数控-电机选择

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1、打胶机伺服系统选型摘要本文介绍了打胶机伺服系统选型，重点介绍伺服进给系统中伺服电动机的选择 运用计算负载转矩和负载惯量的方法总结出伺服电动机的简单选择方法，根据具体 数据，给出了电动机型号。关键词：传动机构；伺服电动机；负载转矩；负载惯量。一 前言在人类所面临的能源紧缺问题面前,节能的重要性日益凸显。中空玻璃的广泛应 用大大促进了建筑节能的发展步伐 ,同时建筑节能标准要求的逐步提高也必将促使 中空玻璃不断实现更加优良的节能特性。随着可持续发展观念和建筑节能意识的逐 步深入,高性能的中空玻璃产品必将得到不断的发展和拥有更加广阔的市场前景 ,这 将促使生产节能型中空玻璃产品的全自动中空玻璃打胶机的

2、研发技术快速发展。中空玻璃是由两片或多片玻璃 , 以有效的支撑 （一般为内装干燥剂的中空铝隔 条或实心热塑隔条）均匀隔开,周边黏结密封, 使玻璃层间形成干燥气体腔室的产品 , 如图1 所示。它具有隔音、隔热、防结露和降低能耗的作用,因此被广泛应用于建筑 门窗和玻璃幕墙、交通、冷藏等行业。中空玻璃生产线是专门用来生产中空玻璃的设备 , 一套完整的生产线主要的加 工设备包括: 玻璃划片机、玻璃磨边机、玻璃清洗机、玻璃合片-压合机、打胶机等; 辅助设备: 铝隔条存放机、玻璃装载机、卸料机、原料输送车、成品输送车等。其 中全自动打胶机是用来完成对玻璃的二次打胶 , 即对已经由铝隔条进行一次粘合的 中空

3、玻璃的四周进行密封 , 使两块玻璃中间形成密封的腔体以达到中空玻璃隔热、 隔声、节能等效果。它是全自动中空玻璃生产线的重要组成部分, 也是中空玻璃生 产线的核心设备, 其涂胶快慢直接影响整个生产线的生产速度 , 而涂胶质量直接影 响中空玻璃的品质。 打胶机简介：打胶机，顾名思义就是用来输送或抽送胶的流体设备。该设备主要用 来输送高粘度的流体介质。打胶：学称涂胶（sealing）。指中空玻璃经过上道工序加工，用丁基胶十间隔条与玻璃粘接后（俗称合片），进行的第二道涂胶密封。打胶机的定义：打胶机又称涂胶机，灌胶机，点胶机等，是专门对流体进行控 制，并将液体点滴、涂覆、灌封于产品表面或产品内部的自动化

4、机器。打胶机主要 用于产品工艺中的胶水、油，漆以及其他液体精确点，灌。注、涂、点滴到每个产 品精确位置，可以用动实现打点，画线，圆型或弧型。打胶机适用的液体：各种溶济、粘接剂、油，漆。化学材料，固体胶等，包括 硅胶、EMI导电胶、UV胶、AB胶、快干胶、环氧胶、密封胶、热胶、润滑脂、银胶、 红胶、锡膏、散热膏、防焊膏、透明漆、螺丝固定剂，木工胶、厌氧胶、亚克力胶、 防磨胶、水晶胶、灌注胶、喇叭胶、瞬间胶、橡胶，油漆、搪瓷漆、亮漆、油墨、 颜料等。打胶机应用领域：打胶机适用于工业生产的各个领域：手机按键、印花、开关、 连接器、电脑、数码产品、数码相机、MP3、MP4、电子玩具、喇叭、蜂鸣器、电子

5、 元器件、集成电路、电路板、 LCD 液晶屏、继电器、扬声器、晶振元件、 LED 灯、机 壳粘接、光学镜头、机械部件密封。目前市场打胶机的品牌：美国：EFD、飞士能、Asymtek、CAMALOT、等；德国：scheugenpflug 等；亚洲： 武藏MUSASHI、世宗、韩国阿尔帕、IEI、LILE、等；中国：天豪打胶机，月无声、 奥松/世椿、华海达、腾盛等等；目前单液打胶机已经做得很成熟，世界品牌主要是 EFD和I&J ,MUSASHI,武藏等，但进入国内的这些品牌销售的产品都是非常成熟的， 一般具有通用性，但无法根据客户实际要求订做设备，以及定做，成本也会相当高 而且服务无法及时到达。双

6、组份的打胶机目前国外的机器挺多，技术也相对成熟， 但是款式和整体结构并未按国内的使用习惯做改进，显得体积比较大，国内双液点 胶技术已经走向成熟，目前已经有专业双液设备存在，而且质量稳定，很适合国内 用户使用，天豪公司就有这款双液混合定量设备，在国外都销售比较好。打胶机分类：第一类：单液打胶机（也称单组份打胶机、打胶机）：1、控制器式打胶机：包括自动打胶机、定量打胶机、半自动打胶机、数 显打胶机、精密打胶机、等。2、桌面型打胶机：包括台式打胶机、台式三轴打胶机、台式四轴打胶机 或者桌面式自动打胶机、3 轴流水线打胶机、多头打胶机 、多出胶口打胶机、划圆 打胶机、转圈打胶机、喇叭打胶机、手机按键打

7、胶机、机柜打胶机等。进口泵3、压力桶式打胶机：压力桶+点胶阀+控制器，大出胶量打胶机。第二类：双液打胶机（也称双组份打胶机、AB胶打胶机、AB胶灌胶机、双液灌 胶机）： 1、 台式双液打胶机；2、 落地式双液打胶机 ；3、 PU 胶双液灌注机；4、 画圆自动打胶机 ；5、 多头双液打胶机 。二、传动机构的确定根据实际情况，首先要确定打胶机的传动机构，传动机构是机械系统的重要组 成部分，传动机构在整台机器的质量和成本中都占有很大的比例，机械系统的工作 性能和运转在很大程度上取决于传动机构的优劣。2.1 各类传动机构常用传动机构有齿轮传动，链传动，带传动，滚珠丝杠。根据实际情况，我们 只考虑普通齿

8、轮传动，齿轮齿条传动，链传动，同步带传动和滚珠丝杠传动。齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。 按齿轮 轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、 相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮 传动。图 1 齿轮传动 齿轮齿条传动是能够互相齿和有齿的机械零件，它在机械传动及整个机械领域 中的应用极其广泛。图 2 齿轮齿条链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿 形的从动链轮的一种传动方式，链传动是啮合传动，平均传动比是准确的，它是 利用链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动。图 3 链传动 同步带传动是通过传动带内表面上等距分布的横向齿和带轮上的相应齿槽

9、 的啮合来传递运动。图 4 同步带传动滚珠丝杆是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想 的产品。滚珠丝杆由螺杆、螺母和滚珠组成。图 5 滚珠丝杆传动2.2 各类传动机构比较齿轮传动的优点是使用的圆周速度和功率范围广；效率较高；传动比稳定；寿 命长；工作可靠性高；可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间传动。缺 点是要求较高的制造和安装精度，成本较高；不适宜远距离两轴之间传动。链传动的优点是可以在两轴中心距较远的情况下传递运动和动力；能在低速， 重载和高温条件下及尘土大的情况下工作；能够保证准确的传动比，传递功率较大， 并且作用在轴上的力较小，传动效率高。它的缺点是链条的

10、铰链磨损后，使节距变 大造成脱节；安装和维护要求较高。同步带传动的优点是传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；传动平稳 具有缓冲、减振能力，噪声低；传动效率高； 维护保养方便，不需润滑，维护费用 低；可用于长距离传动，中心距可达 10m 以上。它的缺点是同步带上的橡胶材质容 易老化损坏，这样同步带就会出现变形，拉长，开裂的现象；容易磨损出现跳齿的 现象，影响工业生产；它的寿命较短。滚珠丝杆传动的优点是承载小，移动速度快，安装结构大，定位精度高，磨损 需要调整。它的缺点是价格高，制造困难。齿轮齿条传动的优点是承载大，移动速度中等，安装有要求，要预留间隙，磨 损需要补偿，价格便宜，容易制造。他

11、的缺点传动有噪音，磨损大。2.3 确定传动机构通过比较，齿轮传动由于距离限制，舍弃；链传动虽然平均传动比恒定，瞬时 传动比不确定，加上磨损后，节距变大容易脱节，舍弃；同步带传动容易老化磨损，寿 命短，舍弃；滚珠丝杆传动成本太髙，舍弃；齿轮齿条传动比稳定，安装精度可以 达到要求，价格便宜，综合考虑，最终确定为齿轮齿条传动机构。三、伺服系统的匹配计算3.1 负载转矩计算3.1.1 平衡阶段根据打胶机伺服系统选型的已知条件，可知工作台的质量是300Kg，最大行程是2800m m,最大 速度是 30m/min。根据实际情况考虑，取重量m=300+50Kg=350K,传动比i=2,根据公式：T = KF

12、K = d /2订F = mg为了传动平稳，我们选择重合度大的斜齿齿轮齿条传动，齿轮参数： 分别对齿轮轴和电机轴建立动力学方程 1 、分析齿轮轴：-T - B G + T = J 62 2 N 22、分析电机轴：T B 6 - T = J 6G 1 1 N 1 1 其中：T 二 K (6-6 )6 = 014.2N L 1 2 平衡阶段：6 = 0F=mx(g + a)2加速阶段取加速阶段的加速度a二2m/ s2根据公式：T = KF3.2 负载惯量计算根据方案，计算负载的转动惯量，根据动能定理，得222 mV 2丿=(J + J ) + (J + J ) +2 0 1 2 2 3 2 23

13、惯量匹配 林芳菲3.1 惯量匹配的定义在使伺服系统获得最佳效能和电机充分发挥机械效能的情况下，正确制定惯量 比参数是其前提条件和重要条件。这在高精度高速度的系统的要求下也起到了决定 性的作用。高速度的伺服系统参数与惯量两者有着密切的联系。可以做一个假设： 不断加大载电机的惯量比，伺服参数的调整也会越来越趋向边缘化。出现这种现象 的原因是当其速度较高时,抑制震动的能力变差，以致使控制变得不稳定；如果未做 任何自适应调整，便将伺服系统的默认参数控制在 13 倍负载电机惯量比下,那么 系统的运作状态也是最佳的。于是，负载电机惯量比问题便摆在了人们的面前。负 载电机惯量比问题就是“惯量匹配”问题,现负

14、载惯量和电机惯量不相匹配，较大的 冲击便出现在两者动量传递的过程中。根据牛顿第二定律：进给系统所需转矩系统传动惯量JX角加速度0,角加速度 越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果角加 速度出现变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于伺服电动机选定后最 大输出转矩值不变，如果希望角加速度的变化小，则系统转到惯量应该尽量小，而 系统总惯量包括伺服电动机的旋转转动惯量与电动机轴换算的负载惯量。同样当伺 服电动机选定后，伺服电动机转动惯量也为定值，系统总惯量就由负载惯量所决定。 负载惯量由滚珠丝杆、联轴器或齿轮同步带轮、工作台及上面装的夹具和工件等直 线和旋转运动部

15、件的惯量折合到伺服电动机上惯量组成。负载惯量则随工件等负载 改变而发生变化。如果希望系统惯量变化率小些，则最好负载变化所占比例小些。 这就是通俗意义上的“惯量匹配”。3.2 惯量匹配的原则电机本身具有一个固定的转动惯量 J 。电机所驱动的传动机构、执行部件及负M 载质量，具有一个惯量负载惯量。为了便于计算分析，将负载惯量折算到与电 机同一轴上，记为 J 。LJ/J为负载电机惯量比，这一比值反映了电机对于负载的控制能力。J/J值越L M L M小，则电机惯量占总惯量的比率越大，电机的控制能力越强，动态特性越好，加工性能越好；但J/J值太小，则电机规格大，价格增加，经济性差；J/J值越大，则L M

16、 L M电机惯量占总惯量的比率越小，电机控制稳定性越差，动态特性受负载影响越大， 越易受切削力、摩擦力的干扰，系统调试困难，定位时间长，加工性能降低。所以 要根据实际应用情况，选择适当的负载电机惯量比值范围。为了保证切削轮廓形状精度和低的表面加工粗糙度，要求数控机床具有良好的 快速响应特性。负载惯量与电机的响应和快速移动 ACC/DEC 时间息息相关。因此， 加在电机轴上的负载惯量的大小，将直接影响电机的灵敏度以及整个伺服系统的精 度。当负载惯量5倍以上时，会使转子的灵敏度受影响，电机惯量J和负载惯量JML 必须满足:1WJ/J V5LM由电机驱动的所有运动部件，无论是旋转运动的部件，还是直线

17、运动的部件， 都成为电机的负载惯量。电机轴上的负载总惯量可以通过计算各个被驱动的部件的 惯量，并将其相加得到。3.3 运用惯量匹配选择伺服电机一般情况下，负载电机惯量比值选择范围为J/J W35。对于中小型数控机床,LMJ/J W3；对于大型数控机床，J/J W5；性能要求越高，比值选择越小；当要求高L M L M速高精度加工时，比值选择小于3。因此，根据前面算得的负载惯量和惯量匹配原则应满足：OVJ W(23) JLM则可得到 2.7 x10 -3 Kg -m2 J 3.95 x10 -3 Kg -m2 1孔系列电机参数表电机型号SM 13O-1OO-15LFBSM 130-100-25LF

18、BSM 13O-15O-15LFBSM 13O-15O-25LFB功率(31.52 62.33.8额定转矩(Nm)10101515额定转速(Rpm)1500250015002500额宦电流(A)6.010.09.517.0转子惯量(Kgoi1)2.14X10 32.14 X 10 13.24X10 33.24X10 3机械时间常数(Ms)2A1Z111.88L88编码器线数(C/T)2500 C/T (A, B, 1、 U、 V、 W)电机绕组插座绕组引线UVw插座编号2341编码器插座信号5V0VA+A-B+B-Z+Z-U+u-v+V-W+W-插座编号2347586g101311141215

19、1失电制动器插座编号123电源24VDC (-15%+10%)基本参数工作电流：W0.6A 制动转矩：A12Nm 转动惯虽：1.67X 10 Kgm2电机绝缘等级B使用环境环境温度：055匸 湿度：小1-90% (无结露)有上述条件，我们选择 SM130-150-15LFB 型号的伺服电机。参考文献:1 李晓峰，薛志红，宋博，等机床进给驱动伺服电机的选择J.装备制造技术，2008, (7).2 余清华，朱宏杰，等.数控机床进给系统必须惯量匹配J.金属加工冷加工，2011，(3).3 颜嘉男伺服电机应用技术M.北京：科学出版社，2010.4 郭维新数控机床进给伺服电机的选择J.机械研究与应用，1

20、996,(2).5 王军锋，唐宏伺服电机选型的原则和注意事项J.装备制造技术，2009，(11).6 黄其圣.齿轮齿条传动伺服系统及在测量中的应用J.工具技术,1996,(30)7 戴俊平，关文魁，郭辉.齿轮齿条进给伺服系统综合模型的研究J.机械工程与自动化， 2011,(4).8 王勇惯性匹配在伺服电动机选型中的应用J.机电一体化，2011,(15).9 孙颖浅谈在数控机床设计中伺服电机的选取J.民营科技，2010,(9).10 张培彦，李敏，周鹏.浅谈在数控机床设计中伺服电机的选取J.中国科技信息， 2008,(17) .11 魏胜，王明友.三菱数控系统中交流伺服电机的选择J.深圳职业技术学院学报， 2007,(1) .12 刘兴国，刘昌祺.数控机床伺服系统的匹配设计J.西北轻工业学院学报，1994,(12).