1引言現代機電行業中經常會碰到一些復雜的運動，這對電機的動力荷載有很大影響。伺服驅動裝置是許多機電系統的核心，因此，伺服電機的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負載要求的電動機，然后再從中按價格、重量、體積等技術經濟指標選擇最適合的電機。設計時進給伺服電機的選擇原則是：首先根據轉矩－速度特性曲線檢查負載轉矩，加減速轉矩是否滿足要求，然后對負載慣量進行校合，對要求頻繁起動、制動h的電機還應對其轉矩均方根進行校合，這樣選擇出來的電機才能既滿足要求，又可避免由于電機選擇偏大而引起的問題。1PPT課件1引言1PPT課件本文主要敘述了針對VMC750立式加工中心的功能要求和規格參數，對各軸的伺服電動機進行計算選擇，確定FANUC伺服電動機的型號和規格大小，并給出數據表。同時在論文中簡述了各數據的計算公式以及數據計算例子。讓讀者能夠直觀的了解VMC750的伺服電機的數據信息，并知道如何根據一臺加工中心的功能要求和規格參數進行數據計算，來選擇合適的伺服電機。2PPT課件本文主要敘述了針對VMC750立式加工中心的功能要求和規格

2.選擇電動機時的必要計算在伺服電機選型計算當中其主要數據包括：負載/電機慣量比，加減速力矩，切削負載轉矩，連續過載時間等幾方面的內容，本節內容便為大家簡述了以上重要數據的計算方式。

2．1負載/電機慣量比正確設定慣量比參數是充分發揮機械及伺服系統最佳效能的前提，此點在要求高速高精度的系統上表現尤為突出，伺服系統參數的調整跟慣量比有很大的關系，若負載電機慣量比過大，伺服參數調整越趨邊緣化，也越難調整，振動抑制能力也越差，所以控制易變得不穩定；在沒有自適應調整的情況下伺服系統的默認參數在1~3倍負載電機慣量比下，系統會達到最佳工作狀態，3PPT課件2.選擇電動機時的必要計算3PPT課件

這樣，就有了負載電機慣量比的問題，也就是我們一般所說的慣量匹配，如果電機慣量和負載慣量不匹配，就會出現電機慣量和負載慣量之間動量傳遞時發生較大的沖擊；下面分析慣量匹配問題。TM-TL=(JM+JL)α（1）式中，TM———電機所產生的轉矩；TL———負載轉矩；JM———電機轉子的轉動慣量；JL———負載的總轉動慣量；α———角加速度。4PPT課件這樣，就有了負載電機慣量比的問題，也就是我們一般所說的2．2加減速力矩伺服電機除連續運轉區域外，還有短時間內的運轉特性如電機加減速，用最大轉矩表示；即使容量相同，最大轉矩也會因各電機而有所不同。最大轉矩影響驅動電機的加減速時間常數[7]，使用公式(3)，估算線性加減速時間常數ta，根據該公式確定所需的電機最大轉矩，選定電機容量。ta=(JL+JM)n95.5×(0.8Tmax-TL)（3）式中，n———電機設定速度，r/min；JL———電機軸換算負載慣量，kg·cm2；JM———電機慣量，kg·cm2；Tmax———電機最大轉矩，N·m；TL———電機軸換算負載（摩擦、非平衡）轉矩，N·m。5PPT課件2．2加減速力矩5PPT課件2．3切削負載轉矩在正常工作狀態下，切削負載轉矩不超過電機額定轉矩的80%。連續特性（連續實效負載轉矩）對要求頻繁起動、制動的數控機床，為避免電機過熱，必須檢查它在一個周期內電機轉矩的均方根值，并使它小于電機連續額定轉矩，其具體計算可參考其它文獻。在選擇的過程中依次計算此五要素來確定電機型號，如果其中一個條件不滿足則應采取適當的措施，如變更電機系列或提高電機容量等2．4連續過載時間連續過載時間應限制在電機規定時問之內。但是，

Tc若小于了Tms則勿需對此項進行檢驗。

Tlam≤TMon，式中TLam——連續過載時間，minTMON——電機規定過載時問，min6PPT課件2．3切削負載轉矩6PPT課件3VMC750立式加工中心伺服電機的選擇選擇電機時的計算條件敘述VMC750立式加工中心伺服軸(見圖3-1-1）的電機選擇步驟。圖3-1-1水平運動伺服軸例：工作臺和工件的W：運動部件（工作臺及工件）的重量（kgf）=600kgf

機械規格μ：滾動導軌摩擦系數：0.01π：驅動系統的效率：0.95fg：夾具固定力：50kgf

7PPT課件3VMC750立式加工中心伺服電機的選擇7PPT課件Fc：由切削力產生的推進阻力：500kgfFcf：由切削力矩產生的工作臺對滑動表面的壓力：25kgfZ1/Z2：齒輪減速比：1：1例：進給絲杠的（滾珠Db：軸徑=32mm絲杠）的規格

Lb：長度：900mm，單支承

P：螺距：12mm

例：電機軸的運行規格快進速度：X、Y軸：30m/min；Z軸：24m/min

加速時間：0.1s8PPT課件Fc：由切削力產生的推進阻力：500kgf8PPT課3.1慣量匹配計算為使伺服進給系統的進給執行部件具有快速相應能力，必須選用加速能力大的電動機，亦即能夠快速響應的電機（如采用大慣量伺服電機），但又不能盲目追求大慣量，否則由于不能從分發揮其加速能力，會不經濟的。因此必須使電機慣量與進給負載慣量有個合理的匹配。通常在電機慣量與負載慣量（折算至電動機軸）或總慣量之間，推薦下列匹配關系：

或或9PPT課件3.1慣量匹配計算9PPT課件3.1.1回轉的慣量：回轉體：（kg.）

----回轉體材料的密度

D-----回轉體直徑

L-----回轉體長度

g-----重力加速度有臺階的回轉體，按每段計算后相加3.1.2直線運動物體的慣量

W----直線運動物體的重力

10PPT課件3.1.1回轉的慣量： 10PPT課件L----電機轉一圈時物體移動的距離，如電機與絲杠直聯推倒過程：根據能量守恒定律絲杠轉一圈時：于是得：齒輪傳動慣量轉換：11PPT課件L----電機轉一圈時物體移動的距離，如電機與絲杠直聯推倒過

負載折算到電機軸上的轉動慣量：

-----絲杠上聯軸器的轉動慣量

-----絲杠轉動慣量

-----工作臺和工件折算到絲杠上的轉動慣量

------齒輪減速機構的轉動慣量

-------齒輪減速器傳動比電機軸上的驅動系統總慣量：12PPT課件負載折算到電機軸上的轉動慣量：12PPT課件3.2加減速力矩按下步驟計算加速力矩：計算加速力矩：步驟1:假定電機由NC控制加/減速，計算其加速度。將加速度乘以總的轉動慣量（電機的慣量+負載慣量），乘積就是加速力矩。

3.2.1直線加/減速圖3-2-1直線加/減速時間與速度，速度與轉矩關系圖13PPT課件3.2加減速力矩13PPT課件Ta=(Vm/60)×2π×(1/ta)×Jm×（1-e-ks。ta）++(Vm/60)×2π×(1/ta)×JL×（1-e-ks。ta）÷ηVr=Vm×{1-(1/Ta·ks)(1-e-ks。ta)}Ta:加速力矩(kgf·cm)Vm:電機快速移動速度(min-1)ta:加速時間(sec)Jm:電機的慣量(kgf.cm.s2)JL:負載的慣量(kgf.cm.s2)Vr:加速力矩開始下降的速度(與Vm不同)(min-1)Vr=2049(min-1)14PPT課件Ta=(Vm/60)×2π×(1/ta)×Jm

由該式可知，加速時，在轉速2049(min-1)時，要求加速力矩為12.1Nm。由上面的速度-力矩特性可以看出，用α3/3000電機可滿足加速要求。由于已將電機換為α3/3000，則法蘭盤尺寸已經變為130mm×130mm。若機床不允許用較大電機，就必須修改運行特性，例如，使加速時間延長。

3.2.2不控制加/減速時圖3-2-3不控制加/減速時時間與速度，速度與轉矩示意圖15PPT課件由該式可知，加速時，在轉速2049(min-1公式為：Ta=×2π××（Jm+JL）

Ta=1/ks

計算加速力矩：步驟2

為了得到電機軸上的力矩T，應在加速力矩Ta上增加Tm（摩擦力矩）。

T=Ta+TmT=12.1(Nm)+0.9(Nm)=13.0(Nm)

計算加速力矩：步驟3

核算上面步驟2計算出的力矩T應小于或等于放大器已限定的力矩。用相應電機的速度-轉矩特性和數據單核算由步驟1算得的Vr時的T應在斷續工作區內。

因為Vr為2049(min-1)，T為13.0(Nm)，用指定的時間常數加速是可能的（條件2）16PPT課件公式為：16PPT課件

3.2.3計算力矩的均方根值計算快速定位頻率繪制快速定位一個周期的速度-時間和轉矩-時間圖，如下圖。普通切削時，快速定位的頻率不會有問題；但是，對于有些頻繁快速定位的機床必須檢查加/減速電流是否會引起電機過熱。圖3-2-4速度-時間和轉矩-時間周期圖

根據力矩-時間圖可以得到一個運行周期的加于電機上力矩的均方根值。對該值進行核算，確保要小于或等于電機的額定力矩（條件3）17PPT課件3.2.3計算力矩的均方根值17PPT課件果Trms小于或等于電機靜止時的額定力矩（Ts），則選擇的電機可以使用。（考慮到發熱系數，核算時靜止力矩應為實際靜止額定力矩的90%。例子：在下列條件下選用α3/3000（Ts=31kgf.cm）=3.0Nm的電機：Ta=12.1Nm,；Tm=To=0.9Nm；t1=0.1s；t2=1.8s；

t3=7.0s。18PPT課件18PPT課件=20.2Nm＜Ts×0.9=2.9×0.9=2.61Nm

因此，用α3/3000電機可以滿足上述運行條件.（條件3）計算在一個負載變化的若負載（切削負載，加/減速度）變化頻繁，其力矩-時間圖工作周期內的轉矩Trms如下圖所示。用該圖計算出力矩的均方根值后進行核算，和上述一樣，使其小于或等于電機的額定力矩。圖3-2-5工作周期轉矩圖19PPT課件19PPT課件3.2.4計算最大切削核算工作臺以最大切削力矩Tmc運動的時間（在負荷期間力矩的負荷百分比或ON的時間）要在希望的切削時間內。（條件5）如果切削時加于電機軸上的Tmc（最大負載力矩）--由§1.1

算得的—小于電機的靜止額定力矩(Tc)與α(熱效率)的乘積，則所選電機可以滿足連續切削。若Tmc大于該乘積（Tmc＞Tc×α），則按下述步驟計算負荷時間比（ton）。Tmc可以在整個切削周期內加到電機上。（假設α為0.9，考慮機床運行條件計算負荷百分比。

20PPT課件3.2.4計算最大切削20PPT課件例如：如§3.2的計算結果：

Tmc=21.8kgf.cm=2.1NmOS:Tc=30kgf.cm=2.9Nm2.9×0.9=2.6Nm＞2.1Nm=Tmc

連續切削不會有問題。計算最大切削力矩的周期負荷百分比圖3-2-6最大切削力矩周期負荷圖21PPT課件例如：21PPT課件用§3.2所述的方法計算一個切削周期內力矩的均方根值，指定間ton和toff，以使均方根值不要超過靜止額定力矩Tc與熱效率α

乘積。則最大切削力矩的周期負荷百分比計算如下：最大切削力矩的（Tmc）周期負荷百分比=(Tom/T)×100%例如：假設Tmc=4.0Nm；Tm=0.9Nm

22PPT課件用§3.2所述的方法計算一個切削周期內力矩的均方根值，指定2即，非切削時間與切削時間的百分比為1.6，或更大一周期負荷的百分比為：(Ton/Toff)×100=38.5%所以，α3/3000電機滿足上述選擇條件1—5。

3.2.5定位加速時的最大轉距計算定位加速時最大轉距M:----快速移動時的電機轉速

-----加速減速時間，按，取150~200ms---系統的開環增益，通常8~25，加工中心一般取左右；

---電機慣量，可從樣本查得；

----負載慣量

---負載轉距若是M小于伺服電機的最大轉距，則電機能以所取的時間常數進行加速和減速。23PPT課件即，非切削時間與切削時間的百分比為1.6，或更大一周期負荷4.電機的選擇

電機每轉的工作臺的移動量:

根據加于電動機上的負載，快速運動速度，系統的分辨率條件選擇電機。本節后面的“伺服電機的選擇數據表”，可添入電機轉一轉時機床的實際移動量。

例如：當滾珠絲杠的螺距為12mm，變速比為2/3時，每轉的移動量為12×2/3=8mm，若用于轉臺，變速比為1/72時，每轉的移動量是360×1/72=5deg。給速度CNC的最小輸入單位添入NC指令的最小輸入單位值。0，15，16，18系統為0.001mm。快速移動速度：添入機床實際要求的快速移動速度和坐標進給速度和進給速度慣量：添入折算到電機軸上的全部負載慣量值。慣量值不必很準確，添入2位或1位數即可。例如，0.2865可添入0.29或0.3。注意該值不要包括毒劑本身的慣量值。

24PPT課件4.電機的選擇24PPT課件負載力矩：由于在電機停止時也可能有非切削力矩，所以在考慮電機的連續力矩時應留有一定余量。負載力矩要小于電機額定力矩的70%。

快速運動的力矩要添入快速移動穩態時的力矩。要確保該值要小于電機的連續額定力矩。該項數據不要包括加/減速所需力矩。進給時的切削力，要添入切削時進給方向的最大切削力。對于最大切削力矩，要添入上述加于電機軸的最大切削力的力矩值。由于切削力產生的反作用力將大大影響力矩的傳送效率，所以要想得到精確地最大切削力矩，必須考慮其它數據或在機床上測量。

25PPT課件負載力矩：由于在電機停止時也可能有非切削力矩，所以在考慮電在垂直軸方向，若上升或下降的負載力矩值不一樣，就應添入兩個值。最大負荷（加工）在“負載力矩”項中添入最大切削力矩的負荷比和ON時間。

時間/ON時間各值的意義如下圖4-1-1。圖4-1-1時間/ON時間示意圖26PPT課件在垂直軸方向，若上升或下降的負載力矩值不一樣，就應添入兩個值快速移動定位的頻率添入每分鐘快速定位的次數。該值用來檢查加/減速時電機是否會發熱及放大器的放電能量。該組參數是指令的加/減速時間。并非定位的實際執行時間。

速移動時加/減速時間加/減速時間根據負載慣量，負載力矩，電機的輸出力矩和加工速度決定。FANUC的CNC快速運動時為線性加/減速。圖4-1-2快速移動時加/減速時間示意圖27PPT課件快速移動定位的頻率添入每分鐘快速定位的次數。該值用來檢切削進給時的加/減速通常，切削進給時用指數函數加/減速。這組數據添入時間常數。圖4-1-3切削進給時的加/減速示意圖動態制動的停止距離該距離是當故障時，切斷機床電源動態制動停止造成移動距離。圖4-1-4動態制動的停止距離示意圖28PPT課件切削進給時的加/減速通常，切削進給時用指數函數加/減速。Vm：快速移動速率，mm/min或deg/minl1：由于接收器的延時t1造成的移動距離

l2：由于磁接觸器的斷開延時t2組成的移動距離

l3：磁接觸器動作后動制動造成的移動距離（t1+t2）通常大約為0.05

秒移動距離（mm或deg）==(Vm/60)×（t1+t2）+（Jm+J1）×（Ano+Bno3）×LJm：電機的慣量（kg.cm.s2）

J：負載慣量（kg.cm.s2）

No：電機快速移動速度（rpm）

L：電機一轉機移動量（mm或deg）NoL=VmA和B是常數，隨電機而變各種電機的值見下面“動態制動停止距離計算的系數”。29PPT課件Vm：快速移動速率，mm/min或deg/m計算動態制動停止距離的系數數據表30PPT課件計算動態制動停止距離的系數數據表30PPT課件31PPT課件31PPT課件A與B參數數據表

計算A和B時，假設電源線每相的電阻為0.05Ω。由于電阻的變化，表中的數值會稍有不同。系數值還隨伺服放大器改變。這些系數將引起機床停止距離的變32PPT課件A與B參數數據表32PPT課件選擇伺服電機的數據表33PPT課件選擇伺服電機的數據表33PPT課件34PPT課件34PPT課件結論本文是將電機特性與負載特性分離開，并用圖解的形式表示，這種表示方法使得驅動裝置的可行性檢查和不同系統間的比較更方便，另外，還提供了傳動比的一個可能范圍。這種方法的優點：適用于各種負載情況；將負載和電機的特性分離開；有關動力的各個參數均可用圖解的形式表示并且適用于各種電機。因此，不再需要用大量的類比來檢查電機是否能夠驅動某個特定的負載。在電機和負載之間的傳動比會改變電機提供的動力荷載參數。比如，一個大的傳動比會減小外部扭矩對電機運轉的影響，而且，為輸出同樣的運動，電機就得以較高的速度旋轉，產生較大的加速度，因此電機需要較大的慣量扭矩。選擇一個合適的傳動比就能平衡這相反的兩個方面。通常，應用有如下兩種方法可以找到這個傳動比n，它會把電機與工作任務很好地協調起來。一是，從電機得到的最大速度小于電機自身的最大速度電機，最大；二是，電機任意時刻的標準扭矩小于電機額定扭矩M額定。35PPT課件結論35PPT課件

工作機械頻繁啟動，制動時所需轉矩，當工作機械作頻繁啟動，制動時，必須檢查電機是否過熱，為此需計算在一個周期內電機轉矩的均方根值，并且應使此均方根值小于電機的連續轉矩。負載周期性變化的轉矩計算，也需要計算出一個周期中的轉矩均方根值，且該值小于額定轉矩。這樣電機才不會過熱，正常工作。 為了保證輪廓切削形狀精度和低的表面加工粗糙度，要求數控機床具有良好的快速響應特性。隨著控制信號的變化，電機應在較短的時間內完成必須的動作。負載慣量與電機的響應和快速移動ACC/DEC時間息息相關。帶大慣量負載時，當速度指令變化時，電機需較長的時間才能到達這一速度，當二軸同步插補進行圓弧高速切削時大慣量的負載產生的誤差會比小慣量的大一些。因此，加在電機軸上的負載慣量的大小，將直接影響電機的靈敏度以及整個伺服系統的精度。設計時進給伺服電機的選擇原則是：首先根據轉矩－速度特性曲線檢查負載轉矩，加減速轉矩是否滿足要求，然后對負載慣量進行校合，對要求頻繁起動、制動的電機還應對其轉矩均方根進行校合，這樣選擇出來的電機才能既滿足要求，又可避免由于電機選擇偏大而引起的問題36PPT課件工作機械頻繁啟動，制動時所需轉矩，當工作1引言現代機電行業中經常會碰到一些復雜的運動，這對電機的動力荷載有很大影響。伺服驅動裝置是許多機電系統的核心，因此，伺服電機的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負載要求的電動機，然后再從中按價格、重量、體積等技術經濟指標選擇最適合的電機。設計時進給伺服電機的選擇原則是：首先根據轉矩－速度特性曲線檢查負載轉矩，加減速轉矩是否滿足要求，然后對負載慣量進行校合，對要求頻繁起動、制動h的電機還應對其轉矩均方根進行校合，這樣選擇出來的電機才能既滿足要求，又可避免由于電機選擇偏大而引起的問題。37PPT課件1引言1PPT課件本文主要敘述了針對VMC750立式加工中心的功能要求和規格參數，對各軸的伺服電動機進行計算選擇，確定FANUC伺服電動機的型號和規格大小，并給出數據表。同時在論文中簡述了各數據的計算公式以及數據計算例子。讓讀者能夠直觀的了解VMC750的伺服電機的數據信息，并知道如何根據一臺加工中心的功能要求和規格參數進行數據計算，來選擇合適的伺服電機。38PPT課件本文主要敘述了針對VMC750立式加工中心的功能要求和規格

2.選擇電動機時的必要計算在伺服電機選型計算當中其主要數據包括：負載/電機慣量比，加減速力矩，切削負載轉矩，連續過載時間等幾方面的內容，本節內容便為大家簡述了以上重要數據的計算方式。

2．1負載/電機慣量比正確設定慣量比參數是充分發揮機械及伺服系統最佳效能的前提，此點在要求高速高精度的系統上表現尤為突出，伺服系統參數的調整跟慣量比有很大的關系，若負載電機慣量比過大，伺服參數調整越趨邊緣化，也越難調整，振動抑制能力也越差，所以控制易變得不穩定；在沒有自適應調整的情況下伺服系統的默認參數在1~3倍負載電機慣量比下，系統會達到最佳工作狀態，39PPT課件2.選擇電動機時的必要計算3PPT課件

這樣，就有了負載電機慣量比的問題，也就是我們一般所說的慣量匹配，如果電機慣量和負載慣量不匹配，就會出現電機慣量和負載慣量之間動量傳遞時發生較大的沖擊；下面分析慣量匹配問題。TM-TL=(JM+JL)α（1）式中，TM———電機所產生的轉矩；TL———負載轉矩；JM———電機轉子的轉動慣量；JL———負載的總轉動慣量；α———角加速度。40PPT課件這樣，就有了負載電機慣量比的問題，也就是我們一般所說的2．2加減速力矩伺服電機除連續運轉區域外，還有短時間內的運轉特性如電機加減速，用最大轉矩表示；即使容量相同，最大轉矩也會因各電機而有所不同。最大轉矩影響驅動電機的加減速時間常數[7]，使用公式(3)，估算線性加減速時間常數ta，根據該公式確定所需的電機最大轉矩，選定電機容量。ta=(JL+JM)n95.5×(0.8Tmax-TL)（3）式中，n———電機設定速度，r/min；JL———電機軸換算負載慣量，kg·cm2；JM———電機慣量，kg·cm2；Tmax———電機最大轉矩，N·m；TL———電機軸換算負載（摩擦、非平衡）轉矩，N·m。41PPT課件2．2加減速力矩5PPT課件2．3切削負載轉矩在正常工作狀態下，切削負載轉矩不超過電機額定轉矩的80%。連續特性（連續實效負載轉矩）對要求頻繁起動、制動的數控機床，為避免電機過熱，必須檢查它在一個周期內電機轉矩的均方根值，并使它小于電機連續額定轉矩，其具體計算可參考其它文獻。在選擇的過程中依次計算此五要素來確定電機型號，如果其中一個條件不滿足則應采取適當的措施，如變更電機系列或提高電機容量等2．4連續過載時間連續過載時間應限制在電機規定時問之內。但是，

Tc若小于了Tms則勿需對此項進行檢驗。

Tlam≤TMon，式中TLam——連續過載時間，minTMON——電機規定過載時問，min42PPT課件2．3切削負載轉矩6PPT課件3VMC750立式加工中心伺服電機的選擇選擇電機時的計算條件敘述VMC750立式加工中心伺服軸(見圖3-1-1）的電機選擇步驟。圖3-1-1水平運動伺服軸例：工作臺和工件的W：運動部件（工作臺及工件）的重量（kgf）=600kgf

機械規格μ：滾動導軌摩擦系數：0.01π：驅動系統的效率：0.95fg：夾具固定力：50kgf

43PPT課件3VMC750立式加工中心伺服電機的選擇7PPT課件Fc：由切削力產生的推進阻力：500kgfFcf：由切削力矩產生的工作臺對滑動表面的壓力：25kgfZ1/Z2：齒輪減速比：1：1例：進給絲杠的（滾珠Db：軸徑=32mm絲杠）的規格

Lb：長度：900mm，單支承

P：螺距：12mm

例：電機軸的運行規格快進速度：X、Y軸：30m/min；Z軸：24m/min

加速時間：0.1s44PPT課件Fc：由切削力產生的推進阻力：500kgf8PPT課3.1慣量匹配計算為使伺服進給系統的進給執行部件具有快速相應能力，必須選用加速能力大的電動機，亦即能夠快速響應的電機（如采用大慣量伺服電機），但又不能盲目追求大慣量，否則由于不能從分發揮其加速能力，會不經濟的。因此必須使電機慣量與進給負載慣量有個合理的匹配。通常在電機慣量與負載慣量（折算至電動機軸）或總慣量之間，推薦下列匹配關系：

或或45PPT課件3.1慣量匹配計算9PPT課件3.1.1回轉的慣量：回轉體：（kg.）

----回轉體材料的密度

D-----回轉體直徑

L-----回轉體長度

g-----重力加速度有臺階的回轉體，按每段計算后相加3.1.2直線運動物體的慣量

W----直線運動物體的重力

46PPT課件3.1.1回轉的慣量： 10PPT課件L----電機轉一圈時物體移動的距離，如電機與絲杠直聯推倒過程：根據能量守恒定律絲杠轉一圈時：于是得：齒輪傳動慣量轉換：47PPT課件L----電機轉一圈時物體移動的距離，如電機與絲杠直聯推倒過

負載折算到電機軸上的轉動慣量：

-----絲杠上聯軸器的轉動慣量

-----絲杠轉動慣量

-----工作臺和工件折算到絲杠上的轉動慣量

------齒輪減速機構的轉動慣量

-------齒輪減速器傳動比電機軸上的驅動系統總慣量：48PPT課件負載折算到電機軸上的轉動慣量：12PPT課件3.2加減速力矩按下步驟計算加速力矩：計算加速力矩：步驟1:假定電機由NC控制加/減速，計算其加速度。將加速度乘以總的轉動慣量（電機的慣量+負載慣量），乘積就是加速力矩。

3.2.1直線加/減速圖3-2-1直線加/減速時間與速度，速度與轉矩關系圖49PPT課件3.2加減速力矩13PPT課件Ta=(Vm/60)×2π×(1/ta)×Jm×（1-e-ks。ta）++(Vm/60)×2π×(1/ta)×JL×（1-e-ks。ta）÷ηVr=Vm×{1-(1/Ta·ks)(1-e-ks。ta)}Ta:加速力矩(kgf·cm)Vm:電機快速移動速度(min-1)ta:加速時間(sec)Jm:電機的慣量(kgf.cm.s2)JL:負載的慣量(kgf.cm.s2)Vr:加速力矩開始下降的速度(與Vm不同)(min-1)Vr=2049(min-1)50PPT課件Ta=(Vm/60)×2π×(1/ta)×Jm

由該式可知，加速時，在轉速2049(min-1)時，要求加速力矩為12.1Nm。由上面的速度-力矩特性可以看出，用α3/3000電機可滿足加速要求。由于已將電機換為α3/3000，則法蘭盤尺寸已經變為130mm×130mm。若機床不允許用較大電機，就必須修改運行特性，例如，使加速時間延長。

3.2.2不控制加/減速時圖3-2-3不控制加/減速時時間與速度，速度與轉矩示意圖51PPT課件由該式可知，加速時，在轉速2049(min-1公式為：Ta=×2π××（Jm+JL）

Ta=1/ks

計算加速力矩：步驟2

為了得到電機軸上的力矩T，應在加速力矩Ta上增加Tm（摩擦力矩）。

T=Ta+TmT=12.1(Nm)+0.9(Nm)=13.0(Nm)

計算加速力矩：步驟3

核算上面步驟2計算出的力矩T應小于或等于放大器已限定的力矩。用相應電機的速度-轉矩特性和數據單核算由步驟1算得的Vr時的T應在斷續工作區內。

因為Vr為2049(min-1)，T為13.0(Nm)，用指定的時間常數加速是可能的（條件2）52PPT課件公式為：16PPT課件

3.2.3計算力矩的均方根值計算快速定位頻率繪制快速定位一個周期的速度-時間和轉矩-時間圖，如下圖。普通切削時，快速定位的頻率不會有問題；但是，對于有些頻繁快速定位的機床必須檢查加/減速電流是否會引起電機過熱。圖3-2-4速度-時間和轉矩-時間周期圖

根據力矩-時間圖可以得到一個運行周期的加于電機上力矩的均方根值。對該值進行核算，確保要小于或等于電機的額定力矩（條件3）53PPT課件3.2.3計算力矩的均方根值17PPT課件果Trms小于或等于電機靜止時的額定力矩（Ts），則選擇的電機可以使用。（考慮到發熱系數，核算時靜止力矩應為實際靜止額定力矩的90%。例子：在下列條件下選用α3/3000（Ts=31kgf.cm）=3.0Nm的電機：Ta=12.1Nm,；Tm=To=0.9Nm；t1=0.1s；t2=1.8s；

t3=7.0s。54PPT課件18PPT課件=20.2Nm＜Ts×0.9=2.9×0.9=2.61Nm

因此，用α3/3000電機可以滿足上述運行條件.（條件3）計算在一個負載變化的若負載（切削負載，加/減速度）變化頻繁，其力矩-時間圖工作周期內的轉矩Trms如下圖所示。用該圖計算出力矩的均方根值后進行核算，和上述一樣，使其小于或等于電機的額定力矩。圖3-2-5工作周期轉矩圖55PPT課件19PPT課件3.2.4計算最大切削核算工作臺以最大切削力矩Tmc運動的時間（在負荷期間力矩的負荷百分比或ON的時間）要在希望的切削時間內。（條件5）如果切削時加于電機軸上的Tmc（最大負載力矩）--由§1.1

算得的—小于電機的靜止額定力矩(Tc)與α(熱效率)的乘積，則所選電機可以滿足連續切削。若Tmc大于該乘積（Tmc＞Tc×α），則按下述步驟計算負荷時間比（ton）。Tmc可以在整個切削周期內加到電機上。（假設α為0.9，考慮機床運行條件計算負荷百分比。

56PPT課件3.2.4計算最大切削20PPT課件例如：如§3.2的計算結果：

Tmc=21.8kgf.cm=2.1NmOS:Tc=30kgf.cm=2.9Nm2.9×0.9=2.6Nm＞2.1Nm=Tmc

連續切削不會有問題。計算最大切削力矩的周期負荷百分比圖3-2-6最大切削力矩周期負荷圖57PPT課件例如：21PPT課件用§3.2所述的方法計算一個切削周期內力矩的均方根值，指定間ton和toff，以使均方根值不要超過靜止額定力矩Tc與熱效率α

乘積。則最大切削力矩的周期負荷百分比計算如下：最大切削力矩的（Tmc）周期負荷百分比=(Tom/T)×100%例如：假設Tmc=4.0Nm；Tm=0.9Nm

58PPT課件用§3.2所述的方法計算一個切削周期內力矩的均方根值，指定2即，非切削時間與切削時間的百分比為1.6，或更大一周期負荷的百分比為：(Ton/Toff)×100=38.5%所以，α3/3000電機滿足上述選擇條件1—5。

3.2.5定位加速時的最大轉距計算定位加速時最大轉距M:----快速移動時的電機轉速

-----加速減速時間，按，取150~200ms---系統的開環增益，通常8~25，加工中心一般取左右；

---電機慣量，可從樣本查得；

----負載慣量

---負載轉距若是M小于伺服電機的最大轉距，則電機能以所取的時間常數進行加速和減速。59PPT課件即，非切削時間與切削時間的百分比為1.6，或更大一周期負荷4.電機的選擇

電機每轉的工作臺的移動量:

根據加于電動機上的負載，快速運動速度，系統的分辨率條件選擇電機。本節后面的“伺服電機的選擇數據表”，可添入電機轉一轉時機床的實際移動量。

例如：當滾珠絲杠的螺距為12mm，變速比為2/3時，每轉的移動量為12×2/3=8mm，若用于轉臺，變速比為1/72時，每轉的移動量是360×1/72=5deg。給速度CNC的最小輸入單位添入NC指令的最小輸入單位值。0，15，16，18系統為0.001mm。快速移動速度：添入機床實際要求的快速移動速度和坐標進給速度和進給速度慣量：添入折算到電機軸上的全部負載慣量值。慣量值不必很準確，添入2位或1位數即可。例如，0.2865可添入0.29或0.3。注意該值不要包括毒劑本身的慣量值。

60PPT課件4.電機的選擇24PPT課件負載力矩：由于在電機停止時也可能有非切削力矩，所以在考慮電機的連續力矩時應留有一定余量。負載力矩要小于電機額定力矩的70%。

快速運動的力矩要添入快速移動穩態時的力矩。要確保該值要小于電機的連續額定力矩。該項數據不要包括加/減速所需力矩。進給時的切削力，要添入切削時進給方向的最大切削力。對于最大切削力矩，要添入上述加于電機軸的最大切削力的力矩值。由于切削力產生的反作用力將大大影響力矩的傳送效率，所以要想得到精確地最大切削力矩，必須考慮其它數據或在機床上測量。

61PPT課件負載力矩：由于在電機停止時也可能有非切削力矩，所以在考慮電在垂直軸方向，若上升或下降的負載力矩值不一樣，就應添入兩個值。最大負荷（加工）在“負載力矩”項中添入最大切削力矩的負荷比和ON時間。

時間/ON時間各值的意義如下圖4-1-1。圖4-1-1時間/ON時間示意圖62PPT課件在垂直軸方向，若上升或下降的負載力矩值不一樣，就應添入兩個值快速移動定位的頻率添入每分鐘快速定位的次數。該值用來檢查加/減速時電機是否會發熱及放大器的放電能量。該組參數是指令的加/減速時間。并非定位的實際執行時間。

速移動時加/減速時間加/減速時間根據負載慣量，負載力矩，電機的輸出力矩和加工速度決定。FANUC的CNC快速運動時為線性加/減速。圖4-1-2快速移動時加/減速時間示意圖63PPT課件快速移動定位的頻率添入每分鐘快速定位的次數。該值用來檢切削進給時的加/減速通常，切削進給時用指數函