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伺服電機、步進電機、絲杠、導軌的計算選擇
伺服電機的選擇
伺服電機：伺服主要靠脈沖來定位，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉1個脈沖對應的角度，從而實現(xiàn)位移；可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。
伺服電機內(nèi)部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。
閉環(huán)半閉環(huán)：格蘭達的設備用伺服電機都是半閉環(huán)，只是編碼器發(fā)出多少個脈沖，無法進行反饋值和目標值的比較；如是閉環(huán)則使用光柵尺進行反饋。 開環(huán)步進電機：則沒有記憶發(fā)出多少個脈沖。
伺服：速度控制、位置控制、力矩控制
增量式伺服電機：是沒有記憶功能，下次開始是從零開始；
絕對值伺服電機：具有記憶功能，下次開始是從上次停止位置開始。
伺服電機額定速度3000rpm，最大速度5000 rpm； 加速度一般設0.05 ~~ 0.5s
計算內(nèi)容：
1.負載(有效)轉矩T<伺服電機T的額定轉矩
2.負載慣量J/伺服電機慣量J< 10 (5倍以下為好)
3.加、減速期間伺服電機要求的轉矩 < 伺服電機的最大轉矩
4.最大轉速<電機額定轉速
伺服電機：編碼器分辨率1048576puls/圈；則控制器發(fā)出1048576個脈沖，電機轉一圈。
1.確定機構部。 另確定各種機構零件（絲杠的長度、導程和帶輪直徑等）細節(jié)。
典型機構：滾珠絲杠機構、皮帶傳動機構、齒輪齒條機構等
2.確定運轉模式。 （加減速時間、勻速時間、停止時間、循環(huán)時間、移動距離）
運轉模式對電機的容量選擇影響很大，加減速時間、停止時間盡量取大，就可以選擇小容量電機
3.計算負載慣量J和慣量比（x10-4kg.m2）。 根據(jù)結構形式計算慣量比。 負載慣量J/伺服電機慣量J< 10 單位（x10-4kg.m2）
計算負載慣量后預選電機，計算慣量比
4.計算轉速N【r/min】。 根據(jù)移動距離、加速時間ta、減速時間td、勻速時間tb計算電機轉速。
計算最高速度Vmax 12 x ta x Vmax + tb x Vmax + 12 x td x Vmax = 移動距離 則得Vmax=0.334m/s（假設）
則最高轉速：要轉換成N【r/min】，
1）絲桿轉1圈的導程為Ph=0.02m（假設） 最高轉速Vmax=0.334m/s（假設
N = Vmax/Ph = 0.334/0.02=16.7（r/s）
= 16.7 x 60 = 1002（r/min）< 3000(電機額定轉速)
2）帶輪轉1全周長=0.157m（假設） 最高轉速Vmax=1.111（m/s）
N = Vmax/Ph = 1.111/0.157 = 7.08（r/s）
= 7.08 x 60 = 428.8 （r/min）< 3000(電機額定轉速)
5.計算轉矩T【N . m】。 根據(jù)負載慣量、加減速時間、勻速時間計算電機轉矩。
計算移動轉矩、加速轉矩、減速轉矩
確認最大轉矩：加減速時轉矩最大 < 電機最大轉矩
確認有效轉矩：有效（負載）轉矩Trms < 電機額定轉矩
6.選擇電機。 選擇能滿足3~5項條件的電機。
1.轉矩[N.m]：1）峰值轉矩：運轉過程中（主要是加減速）電機所需要的最大轉矩；為電機最大轉矩的80%以下。
2）移動轉矩、停止時的保持轉矩：電機長時間運行所需轉矩；為電機額定轉矩的80%以下。
3）有效轉矩：運轉、停止全過程所需轉矩的平方平均值的單位時間數(shù)值；為電機額定轉矩的80%以下。
Trms=Ta2 x ta+Tf2 x tb+Td2 x tdtc
Ta：加速轉矩 ta:加速時間 Tf：移動轉矩 tb：勻速時間 Td：減速轉矩 td：減速時間 tc：循環(huán)時間
2.轉速：最高轉速 運轉時電機的最高轉速：大致為額定轉速以下；（最高轉速時需要注意轉矩和溫度的上升）
3.慣量：保持某種狀態(tài)所需要的力
步進電機
步進電機：是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓�位移的開環(huán)控制元步進電機件。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。
1.步進電機的最大速度600~~~1200rpm 加速度一般設0.1s~~~1s
1.確定驅動機械結構 2.確定運動曲線 3.計算負荷轉矩 4.計算負荷慣量 5.計算啟動轉矩 6.計算必須轉矩 7.電機選型 8.選型電機驗算 9.選型完成
選定電機：
1.負載慣量J/伺服電機慣量J< 10 (5倍以下為好)
2.在起動脈沖速度f1時，起動轉矩>負載轉矩T
3.在最大脈沖速度f0時，離開轉矩（是不是必須轉矩）>負載轉矩T
步進選型計算見（KINCO 步進選型中12頁的例題）
伺服選型計算見（松下伺服選型計算伺服電機選型方法）
1千克·米(kg·m)＝9.8牛頓·米(N·m)。
脈沖當量（即運動精度）&= Cxi200xm<0.05
(0.05為重復定位精度) 200為兩相步進電機的脈沖數(shù) m為細分數(shù) 200=360/1.8 i減速比1/x
C電機轉一圈的周長
無減速比電機轉一圈絲杠走一個導程
電機轉速（r/s） V=P(360/1.8)xm P為脈沖頻率
例: 已知齒輪減速器的傳動比為1/16，步進電機步距角為1.5°，細分數(shù)為4細分，滾珠絲杠的基本導程為4mm。問：脈沖當量是多少？
脈沖當量是每一個脈沖滾珠絲杠移動的距離
滾珠絲杠導程為4mm，滾珠絲杠每轉360°滾珠絲杠移動一個導程也就是4mm
那么每一度移動（4/360）mm
電機4細分，步距角為1.5°，則每一個脈沖，步進電動機轉1.5/4
那么一個脈沖，通過減速比，則絲杠轉動（1.5/4）*（1/16）度
那么每個脈沖滾珠絲杠移動距離（及脈沖當量）&：
&=（1.5/4）*（1/16）*（4/360）=0.0003mm或者&= Cxi200xm<0.05
例: 必要脈沖數(shù)和驅動脈沖數(shù)速度計算的示例
下面給出的是一個3相步進電機必要脈沖數(shù)和驅動脈沖速度的計算示例。這是一個實際應用例子，可以更好的理解電機選型的計算方法。
1.1 驅動滾軸絲桿
如下圖，2相步進電機（1.8°/步）驅動物體運動1秒鐘，則必要脈沖數(shù)和驅動脈沖速度的計算方法如下：
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必要脈沖數(shù)＝
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100
 10
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×
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 360°
1.8°
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×細分數(shù)m＝ [脈沖]
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例: 精度要求0.01mm的雕刻機，導程5mm，步進電機驅動器一般用多少細分好呢？
如果確認是“精度”而不是“分辨率”的話，要考慮誤差問題。
一，1)、你選擇絲杠本身精度要高于0.01mm,
2)、其次電機細分只表示了分辨率，并不等同于電機精度。
假設你絲杠精度0.005mm，那么剩給電機的允許誤差也就只有0.005mm了（暫不考慮其他誤差因素）
0.005//5*360=0.36，表示你的電機精度要高于0.36度，所以你要選擇絕對精度高于0.36度的電機。
二，至于細分，就簡單了。
0.01/5*360=0.72；表示步進角0.72度時可達到0.01mm的分辨率
360/0.72=500;表示0.01mm分辨率時，電機一圈500步即可。
在實際使用時，你要盡可能選擇細分高些，一方面提高運動平穩(wěn)性，一方面也提供更高的步進分辨率。
滾珠絲杠的選型
一.已知條件：UPH、工作臺質量m1、行程長度ls、最高速度Vmax、加減速時間t1和t3、
定位精度+-0.3mm/1000mm、往復運動周期、游隙0.15mm
二.選擇項目：絲杠直徑、導程、螺母型號、精度、軸向間隙、絲杠支撐方式、馬達
三.計 算：
1.精度和類型。（游隙、軸向間隙）0.15mm，選擇游隙在0.15以下的絲杠，查表選擇直徑32mm以下的絲杠。32mm游隙為0.14mm。
為了滿足+-0.3mm/1000mm則，+-0.3mm/1000=x/300 則x=+-0.09mm. 必須選擇± 0.090mm ／ 300mm 以上的導程精度。參照絲杠精度等級，選擇C7級絲杠。
絲杠類型：根據(jù)機構確定絲杠類型是：軋制或研磨、定位或傳動
2.導程。（以直線速度和旋轉速度確定滾珠絲杠導程） 導程和馬達的最高轉速 Ph>=60*1000*v/(N/A) 1.Ph: 絲桿導程mm 2.V：預定的最高進給速度m/s 3.N：馬達使用轉速rpm 4.A：減速比
3.直徑。（負載確定直徑） 動載荷、靜載荷；計算推力，一般只看動載荷
軸向負荷的計算：u摩擦系數(shù)；a=Vmax/t 加速度；t加減速時間；
水平時：加速時承受最大軸向載荷，減速時承受最小載荷；垂直時：上升時承受最大軸向載荷，下降時承受最小載荷；
1.加速時（上升）N：Fmax=u*m*g+f-m*a 2.減速時（下降）N：Fmin=u*m*g+f-m*a 3.勻速時 N：F勻 =u*m*g+fu 因螺桿軸直徑越細，螺桿軸的容許軸向負荷越小
4.長度。（總長=工作行程+螺母長度+安全余量+安裝長度+連接長度+余量）。如果增加了防護，比如護套，需要把護套的伸縮比值（一般是1：8，即護套的最大伸長量除以8）考慮進去。
5.支撐方式。固定-固定 固定-支撐 支撐-支撐 固定-自由
6.螺母的選擇：
7.許用轉速計算： 螺桿軸直徑20mm 、導程Ph=20mm 最高速度Vmax ＝ 1m/s
則：最高轉速 Nmax=Vmax * 60 * 103/Ph 許用轉速（臨界轉速） N1=r * （d1/l2）* 107
r安裝方式?jīng)Q定的系數(shù)；d1=絲杠軸溝槽谷徑；l=安裝間距 所以有：最高轉速 < 許用轉速
8.剛度的選擇 9.選擇馬達
*驗證：剛度驗證、精度等級的驗證、壽命選擇、驅動轉矩的選擇
*滾珠絲杠副預緊：1.方式：雙螺母墊片預緊、單螺母變位導程預緊、單螺母增大滾珠直徑預緊；
2.目的：消除滾珠絲杠副的軸向間隙、增大滾珠絲杠副的剛性、
*DN值： D：滾珠絲杠副的公稱直徑，也為滾珠中心處的直徑（mm）; N：滾珠絲杠副的極限轉速（rpm）
*導程精度、定位精度、重復定位精度
導程精度：1.有效行程Lu內(nèi)的平均行程偏差e（um），ep=2*（Lu/300）* V300<=C ；
2.任意300mm行程內(nèi)行程變動量V300(um)，V300<=
定位精度：1）. 導程精度 2）.軸向間隙 3）傳動系統(tǒng)的軸向剛性 4)熱變形 5）絲杠的運動姿勢
重復定位精度：預緊到負間隙的絲杠，重復定位精度趨于零；
直線導軌的選擇
1.直線導軌的運動精度：
1）運動精度：a：滑塊頂面中心對導軌基準底面的平行度；b:與導軌基準側面同側的滑塊側面對導軌基準側面的平行度。
2）綜合精度：a：滑塊上頂面與導軌基準底面高度H的極限偏差；b：同一平面上多個滑塊頂面高度H的變動量；c：與導軌基準側面同側的滑塊側面對導軌基準側面間距離W1的極限偏差；d: ：同一導軌上多個滑塊側面對導軌基準側面W1的變動量。
3）導軌上有超過兩個以上的導軌，只檢驗首尾兩個滑塊，中間的不做W1檢驗，但中間的W1應小于首尾的W1。
2.選擇：
1---確定軌寬。
軌寬指滑軌的寬度。軌寬是決定其負載大小的關鍵因素之一
2---確定軌長。
這個長度是軌的總長，不是行程。全長=有效行程+滑塊間距（2個以上滑塊）+滑塊長度×滑塊數(shù)量+兩端的安全行程，如果增加了防護罩，需要加上兩端防護罩的壓縮長度。
3---確定滑塊類型和數(shù)量。
常用的滑塊是兩種：法蘭型，方形。前者高度低一點，但是寬一點，安裝孔是貫穿螺紋孔，后者高一點，窄一點，安裝孔是螺紋盲孔。兩者均有短型、標準型和加長型之分（有的品牌也稱為中負荷、重負荷和超重負荷），主要的區(qū)別是滑塊本體（金屬部分）長度不同，當然安裝孔的孔間距也可能不同，多數(shù)短型滑塊只有2個安裝孔。滑塊的數(shù)量應由用戶通過計算確定，在此只推薦一條：少到可以承載，多到可以安裝�；瑝K類型和數(shù)量與滑軌寬度構成負載大小的三要素。
4---確定精度等級。
任何廠家的產(chǎn)品都會標注精度等級，有些廠家的標注比較科學，一般采用該等級名稱的第一個字母，如普通級標N，精密級標P。
5---確定其他參數(shù)
除上述4個主要參數(shù)外，還有一些參數(shù)需要確定，例如組合高度類型、預壓等級等。預壓等級高的表示滑塊和滑軌之間的間隙小或為負間隙，預壓等級低的反之。感官區(qū)別就是等級高的滑塊滑動阻力大，等級低的阻力小。表示方法得看廠家選型樣本，等級數(shù)有3級的，也有5級的。等級的選擇要看用戶的實際使用場合，大致的原則是滑軌規(guī)格大、負載大、有沖擊、精度高的場合可以選預壓等級高一點的，反之選低一點。提示：1--預壓等級與質量無關，2—預壓等級與滑軌使用精度成正比，與使用壽命成反比。
尺寸鏈的基本術語
1.尺寸鏈——在機器裝配或零件加工過程中，由相互連接的尺寸形成封閉的尺寸組，稱為尺寸鏈。間隙A0與其它尺寸連接成的封閉尺寸組，形成尺寸鏈。
2.環(huán)——列入尺寸鏈中的每一個尺寸稱為環(huán),A0、A1、A2、A3…都是環(huán)。長度環(huán)用大寫斜體拉丁字母A，B，C……表示；角度環(huán)用小寫斜體希臘字母α，β等表示。
3.封閉環(huán)——尺寸鏈中在裝配過程或加工過程后自然形成的一環(huán)稱為封閉環(huán)。封閉環(huán)的下角標“0”表示。
4.組成環(huán)——尺寸鏈中對封閉環(huán)有影響的全部環(huán)，稱為組成環(huán)。組成環(huán)的下角標用阿拉伯數(shù)字表示。
5.增環(huán)——尺寸鏈中某一類組成環(huán)，當其他組成環(huán)的大小不變，若封閉環(huán)隨著某組成環(huán)的增大而增大，則該組成環(huán)為增環(huán)。
6.減環(huán)——尺寸鏈中某一類組成環(huán)，當其他組成環(huán)的大小不變，若封閉環(huán)隨著某組成環(huán)的減小而減小，則該組成環(huán)為減環(huán)。
7.補償環(huán)——尺寸鏈中預先選定某一組成環(huán)，可以通過改變其大小或位置，使封閉環(huán)達到規(guī)定的要求，該組成環(huán)為補償環(huán)。
封閉環(huán)：基本尺寸：A0=Ap1+Ap2 -Aq3 上偏差：ES0=ESp1+ESp2-EIq3 下偏差：EI0=EIp1+EIp2-ESq3
A0:封閉環(huán) Ap1、Ap2：增環(huán) Aq3：減環(huán)
w封閉環(huán)基本尺寸＝所有增環(huán)基本尺寸－所有減環(huán)基本尺寸；
w封閉環(huán)的上偏差＝所有增環(huán)的上偏差－所有減環(huán)的下偏差；
w封閉環(huán)的下偏差＝所有增環(huán)的下偏差－所有減環(huán)的上偏差。
1．退火：指金屬材料加熱到適當?shù)臏囟�，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝（隨爐冷卻）。常見的退火工藝有：再結晶退火、去應力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應力，提高組 織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準備等。
2．正火：指將鋼材或鋼件加熱到或 （鋼的上臨界點溫度）以上，30～50℃保持適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高低碳鋼的 力學性能，改善切削加工性，細化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準備等。
3．淬火：指將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1（鋼的下臨界點溫度）以上某一溫度，保持一 定的時間，然后以適當?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見的淬 火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準備等。
4．回火：指鋼件經(jīng)淬硬后，再加熱到 Ac1 以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。常見的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等。
回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時所產(chǎn)生的應力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韌性等。
5．調(diào)質：指將鋼材或鋼件進行淬火及高溫回火的復合熱處理工藝。使用于調(diào)質處理的鋼稱調(diào)質鋼。它一般是指中碳結構鋼和中碳合金結構鋼。
6．滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。 也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性�！ �“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結合起來的工藝，稱為調(diào)質。某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。
7.滲氮：
正火：850 淬火：840 回火：600
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