伺服电机计算选择应用实例
伺服电机计算选择应用实例
1．选择电机时的计算条件本节叙述水平运动伺服轴（见下图）的电机选择步骤。
例：工作台和工件的W ：运动部件（工作台及工件）的重量（kgf）=1000 kgf 机械规格μ：滑动表面的摩擦系数=0.05
π：驱动系统（包括滚珠丝杠）的效率=0.9
fg ：镶条锁紧力（kgf）=50 kgf
Fc ：由切削力引起的反推力（kgf）=100 kgf
Fcf ：由切削力矩引起的滑动表面上工作台受到的力（kgf）
=30kgf
Z1/Z2：变速比=1/1
例：进给丝杠的（滚珠Db ：轴径=32 mm
丝杠）的规格Lb ：轴长=1000 mm
P ：节距=8 mm
例：电机轴的运行规格Ta ：加速力矩（kgf.cm）
Vm :快速移动时的电机速度(mm-1)=3000 mm-1
ta :加速时间(s)=0.10 s
Jm :电机的惯量(kgf.cm.sec2)
Jl :负载惯量(kgf.cm.sec2)
ks :伺服的位置回路增益(sec-1)=30 sec-1
1.1 负载力矩和惯量的计算
计算负载力矩加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出:
Tm = + Tf
Tm :加到电机轴上的负载力矩(Nm)
F :沿坐标轴移动一个部件(工作台或刀架)所需的力(kgf)
L :电机转一转机床的移动距离=P×(Z1/Z2)=8 mm
Tf :滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩=2Nm
F×L
2πη
无论是否在切削，是垂直轴还是水平轴，F值取决于工作台的重量，
摩擦系数。若坐标轴是垂直轴，F值还与平衡锤有关。对于水平工
作台，F值可按下列公式计算：
不切削时：
F = μ（W+fg）
例如：
F=0.05×(1000+50)=52.5 (kgf)
Tm = (52.5×0.8) / (2×μ×0.9)+2=9.4(kgf.cm)
= 0.9(Nm)
切削时:
F = Fc+μ(W+fg+Fcf)
例如:
F=100+0.05×(1000+50+30)=154(kgf)
Tmc=(154×0.8) / (2×μ×0.9)+2=21.8(kgf.cm)
=2.1(Nm)
为了满足条件1，应根据数据单选择电机，其负载力矩在不切削时
应大于0.9（Nm），最高转速应高于3000（min-1）。考虑到加/减速，
可选择α2/3000（其静止时的额定转矩为2.0 Nm）。
·注计算力矩时，要注意以下几点：
。考虑由镶条锁紧力（fg）引起的摩擦力矩
根据运动部件的重量和摩擦系数计算的力矩通常相当小。镶条
锁紧力和滑动表面的质量对力矩有很大影响。
。滚珠丝杠的轴承和螺母的预加负荷，丝杠的预应力及其它一些因
素有可能使得滚动接触的Fc相当大。小型和轻型机床其摩擦力矩
会大大影响电机的承受的力矩。
。考虑由切削力引起的滑动表面摩擦力（Fcf）的增加。切削力和驱
动力通常并不作用在一个公共点上如下图所示。当切削力很大时，
造成的力矩会增加滑动表面的负载。
当计算切削时的力矩时要考虑由负载引起的摩擦力矩。
。进给速度会使摩擦力矩变化很大。欲得到精确的摩擦力矩值，应
仔细研究速度变化，工作台支撑结构（滑动接触，滚动接触和静压
力等），滑动表面材料，润滑情况和其它因素对摩擦力的影响。
。机床的装配情况，环境温度，润滑状况对一台机床的摩擦力矩影
响也很大。大量搜集同一型号机床的数据可以较为精确的计算其负
载力矩。调整镶条锁紧力时，要监测其摩擦力矩，注意不要产生过
大的力矩。
计算负载惯量与负载力矩不同，负载惯量可以精确地算出。由电机的转动
驱动的物体的惯量形成电机的负载惯量，无论该物体是转动还是沿
直线运动。对各运动物体分别计算其惯量，然后按一定规则将各物
体的惯量加在一起，即可得出总惯量。总惯量可按下述方法计算：·圆柱体（滚珠丝杠，齿轮，
联轴节等）的惯量计算
圆柱体绕其中心轴回转的惯量可按下式计算：
J = D b4L b（kgf.Cm.s2）
J : 惯量(kgf.cm.s2)
γ：物体的比重（kg/cm3）
D b：直径（cm）
L b：长度（cm）
若物体的材料是铁（其比重为7.8×10-3kg/cm3）, 则惯量的近似
值为：
J=0.78×10-6D b4L b （kgf.cm.s2）
例如:
滚珠丝杠的D b为32mm，L b为1000mm，其惯量为J b为：
J = 0.78×10-6×3.24×100 = 0.0082(kg.cm.s2)
·沿直线运动物体(工
作台,工件等)的惯量J = ×( )2(kgf.cm.s2)
W :沿直线运动物体的重量(kg)
L :电机一转物体沿直线的移动距离(cm)正确的公式
例如:
工作台和工件的W为1000kg，L为8mm，则其惯量计算得：
J W = 1000/980×（0.8/2/π）2 = 0.0165(kgf.cm.s2) ·速度高于或低于电机
πγ
32×980
W
980
L
2π
轴速的物体的惯量(惯量的折算)
惯量J0折算到电机轴上后的计算方法如下:
J = ( )×J0 (kgf.cm.s2)
J0:折算前的惯量(kgf.cm.s2)
·回转中心偏离轴心
的圆柱体的惯量
J = J0＋R2 (kgf.cm.s2)
J0 :围绕圆柱体中心回转的转动惯量(kgf.cm.s2)
M :物体的重量(kg)
R :回转半径(cm)
上述公式用于计算大齿轮等零件的惯量。为了减小重量和惯量，这
些零件的结构都是中空的。上述计算的惯量值的和是电机加速的负
载惯量J。
上述例子计算得到的J B及J W的和就是负载惯量J L。
J L= 0.0082＋0.0165 = 0.0247(kgf.cm.s2)
·对负载惯量的限制负载惯量对电机的控制特性和快速移动的加/减速时间都有
很大影响。负载惯量增加时，可能出现以下问题：指令变化后，需
要较长的时间达到新指令指定的速度。若机床沿着两个轴高速运动
加工圆弧等曲线，会造成较大的加工误差。
负载惯量小于或等于电机的惯量时，不会出现这些问题。若负载惯
量为电机的3倍以上，控制特性就会降低。实际上这对普通金属加
工机床的工作的影响不大，但是如果加工木制品或是高速加工曲线
轨迹，建议负载惯量要小于或等于电机的惯量。
Z1
Z2
M
980
如果负载惯量比3倍的电机惯量大的多，则控制特性将大大下降。
此时，电机的特性需要特殊调整。使用中应避免这样大的惯量。若
机械设计出现这种情况，请与FANUC联系。
1．2 加速力矩的计算按下步骤计算加速力矩：
计算加速力矩：步骤1 假定电机由NC控制加/减速，计算其加速度。将加速度乘
以总的转动惯量（电机的惯量+ 负载惯量），乘积就是加速力矩。
计算式如下。
·直线加/减速
Ta = ×2π××Jm×（1-e-ks。ta）+
+ ×2π××J L×（1-e-ks。ta）÷η
Vr = Vm×{1- (1- e-ks。ta )}
Ta :加速力矩(kgf·cm)
Vm :电机快速移动速度(min-1)
ta :加速时间(sec)
Jm :电机的惯量(kgf.cm.s2)
J L:负载的惯量(kgf.cm.s2)
Vr :加速力矩开始下降的速度(与Vm不同) (min-1)
Ks :位置回路的增益(sec-1)
η:机床的效率
例子:
在下列条件下进行直线加/减速：
电机为α2/3000。首先计算电机和负载惯量，然后计算
加速转矩。电机惯量Jm为0.0061(kgf.cm.s2)，Vm为3000(min-1)，ta
为0.1(s),ks为30(sec-1)，J L=0.0247(kgf.cm.s2)。
Ta = 3000/60 ×2π×1/0.1×0.0061×（1-e-30×0.1）+
+ 3000/60×2π×1/0.1×0.0247×（1-e-30×0.1）÷0.9
= 100.1(kgf.cm.) = 9.81(Nm)
Vm
60
1
ta
Vm
60
1
ta
1
Ta·ks
由α2/3000的速度-转矩特性可以看到，9.81（Nm ）的加速
力矩处于断续工作区的外面（见上面的特性曲线和电机的数据单）。（α2/3000的力矩是不够的。）
如果轴的运行特性（如，加速时间）不变，就必须选择大电机。比如，选择α3/3000（Jm 为0.02 kgf.cm.s 2），重新计算加速力矩如下： Ta = 123.7(Kg.cm) = 12.1(Nm) Vr = 2049(min -1)
由该式可知，加速时，在转速2049(min -1)时，要求加速力矩为12.1 Nm 。由上面的速度-力矩特性可以看出，用α3/3000
电机可满足加速要求。由于已将电机换为α3/3000，则法兰盘尺寸已经变为130mm ×130mm 。若机床不允许用较大电机，就必须修改运行特性，例如，使加速时间延长。
·不控制加/减速时 速度 指令 转矩 Vm Ta
时间
公式为：
Ta = ×2π× ×（Jm+J L ）
Ta =
计算加速力矩：步骤2
为了得到电机轴上的力矩T ，应在加速力矩Ta 上增加Tm （摩擦力矩）。 T = Ta+Tm
T = 12.1(Nm)+0.9(Nm) = 13.0 (Nm)
Vm 60 1
ta
1
ks
ta
计算加速力矩：步骤3 核算上面步骤2计算出的力矩T应小于或等于放大器已限
定的力矩。用相应电机的速度-转矩特性和数据单核算由步骤1算得
的Vr时的T应在断续工作区内。
因为Vr为2049(min-1)，T为13.0(Nm)，用指定的时间常数加速是
可能的（条件2）。
1．3 计算力矩的均方根值
计算快速定位频率绘制快速定位一个周期的速度-时间和转矩-时间图，如下
图。普通切削时，快速定位的频率不会有问题；但是，对于
有些频繁快速定位的机床必须检查加/减速电流是否会引起
电机过热。
根据力矩-时间图可以得到一个运行周期的加于电机上力矩
的均方根值。对该值进行核算，确保要小于或等于电机的额
定力矩（条件3）。
Trms =
Ta ：加速力矩
Tm ：摩擦力矩
To ：停止时的力矩
如果Trms小于或等于电机静止时的额定力矩（Ts），则选择
的电机可以使用。（考虑到发热系数，核算时静止力矩应为
实际静止额定力矩的90%。
例子：
在下列条件下选用α3/3000（Ts=31 kgf.cm）=3.0Nm的电机：
Ta=12.1 Nm,；Tm=To=0.9 Nm；t1= 0.1 s；t2=1.8s；t3=7.0s。
Trms =
= 20.2 Nm ＜Ts×0.9=2.9×0.9=2.61 Nm
因此，用α3/3000电机可以满足上述运行条件。（条件3）
（Ta+Tm）2 t2+Tm2t2+（Ta-Tm）2t1+To2t3
t0
（12.1+0.9）2×0.1+0.92×1.8+(12.1-0.9)2×0.1+0.92×7
t0
计算在一个负载变化的若负载（切削负载，加/减速度）变化频繁，其力矩-时间图
工作周期内的转矩Trms 如下图所示。用该图计算出力矩的均方根值后进行核算，和
上述一样，使其小于或等于电机的额定力矩。
1．4 计算最大切削核算工作台以最大切削力矩Tmc运动的时间（在负荷期间力矩的负荷百分比或ON的时间）要在希望的切削时间内。（条件5）
如果切削时加于电机轴上的Tmc（最大负载力矩）--由§1.1
算得的—小于电机的静止额定力矩(Tc)与α(热效率)的乘积，则所选
电机可以满足连续切削。若Tmc大于该乘积（Tmc＞Tc×α），则
按下述步骤计算负荷时间比（t on）。Tmc可以在整个切削周期内加
到电机上。（假设α为0.9，考虑机床运行条件计算负荷百分比。）
Tmc＜Tc×α可用最大切削力矩连续运行（用最大切削力
矩运行的周期负荷百分比是100%）。
Tmc＞Tc×α根据下图和公式计算周期负荷的百分比。
例如：
如§1.1的计算结果：
Tmc=21.8 kgf.cm=2.1 Nm
OS: Tc=30 kgf.cm=2.9 Nm
2.9×0.9=2.6 Nm＞2.1 Nm=Tmc
连续切削不会有问题。
计算最大切削力矩的
周期负荷百分比
用§1.3所述的方法计算一个切削周期内力矩的均方根值，指定时间t on 和t off ，以使均方根值不要超过静止额定力矩Tc 与热效率α的乘积。则最大切削力矩的周期负荷百分比计算如下：
最大切削力矩的（Tmc ）周期负荷百分比= ×100%
例如： 假设Tmc=4.0 Nm ；Tm=0.9 Nm
＜ 2.6 Nm
因此 ＜
即，非切削时间与切削时间的百分比为1.6，或更大一些。 周期负荷的百分比为：
×100 = 38.5%
所以，α3/3000电机满足上述选择条件1—5。
3
电机的选择
根据加于电动机上的负载，快速运动速度，系统的分辨率等 条件选择电机。本节后面的“伺服电机的选择数据表”，可
t on
T
4.02×t on +0.92×t off
t on +t of
t on
t off
1
1.6
t on
t off
以帮助正确地选择。
将机床的数据添在表的1-3组中，寄到我公司的代表处，他
们将负责填写表中4-8组的电机数据，并将表寄回。表中数
据在§3.1和§3.2中详细解释。
3.1 非数据组
机床类型添入机床的型式，如：车床，铣床，加工中心等。
机床型号机床厂确定的型号。
CNC装置使用的CNC系统，如：0MC，15T，16M等。
主轴电机的功率该组用于检查伺服电机的输出功率。
轴的名称CNC指令使用的轴。若超过4个轴，添在第2张表上。
版本号，日期，名字等由FANUC填写。
3.2 数据机床厂需填写1，2，3组数据，其后的数据如果能够确定也
可以添入。如果确定不了，可由FANUC代表填写。各项的
详细内容如下所述。
No.1 组此组数据用于确定电机负载（惯量，力矩等）的近似值。该
组的全部数据都要添。
·轴的运动方向即运动部件如：工作台，刀架等的移动方向。若轴为斜向移
动，要添入与水平方向的角度（如60○）。
为了计算再生放电能量，无论是水平方向还是垂直方向都必
须指明。
·驱动部件的重量添入运动部件如工作台，刀架（包括工件，卡具等但不要包
含下一组中的平衡锤）等的最大重量。
·平衡锤垂直轴若有平衡锤请添入其重量，若用液压平衡请添入平衡
力。
·工作台支撑添入工作台滑板的类型，如：滚动，滑动或是静压。若有其
它形式的滑动导轨材料，请说明。
·进给丝杠按次添入丝杠的直径，节距，长度。
·传动比添入滚珠丝杠与进给电机之间的传动比，齿轮齿条时小齿轮
与进给电机间的传动比，回转工作台的转台与电机间的传动
比。
No.2组这组是选择电机的基本数据。其中某些数据的计算方法请见§4.1
和§4.2。
·电机每转的工作添入电机转一转时机床的实际移动量。例如：
台的移动量·当滚珠丝杠的螺距为12mm，变速比为2/3时，每转的移动量为
12×2/3 =8 mm
·若用于转台，变速比为1/72时，每转的移动量是
360×1/72 = 5 deg。
·CNC的最小输入单位添入NC指令的最小输入单位值。0，15，16，18系统为0.001mm。·快速移动速度添入机床实际要求的快速移动速度和坐标进给速度。
和进给速度
·惯量添入折算到电机轴上的全部负载惯量值。计算方法见§1.1。惯量
值不必很准确，添入2位或1位数即可。例如，0.2865可添入0.29
或0.3。注意该值不要包括毒剂本身的惯量值。
·负载力矩·由于在电机停止时也可能有非切削力矩，所以在考虑电机的连
续力矩时应留有一定余量。负载力矩要小于电机额定力矩的70%。
·快速运动的力矩要添入快速移动稳态时的力矩。要确保该值要小
于电机的连续额定力矩。该项数据不要包括加/减速所需力矩。
·进给时的切削力，要添入切削时进给方向的最大切削力。
·对于最大切削力矩，要添入上述加于电机轴的最大切削力的力矩
值。由于切削力产生的反作用力将大大影响力矩的传送效率，所以
要想得到精确地最大切削力矩，必须考虑其它数据或在机床上测
量。
·在垂直轴方向，若上升或下降的负载力矩值不一样，就应添入两
个值。
·最大负荷（加工）在“负载力矩”项中添入最大切削力矩的负荷比和ON时间。
时间/ON时间各值的意义如下图。
·快速移动定位的频率添入每分钟快速定位的次数。该值用来检查加/减速时电机
是否会发热及放大器的放电能量。
No.3 组这组数据用于检查位置编码器装在电机外部时伺服系统的
稳定性。当系统用直线光栅尺和分离型编码器时不要忘记添
入这些数据。
·分离型检测器若位置编码器装在电机外面，添入检测器的名称。若1使用
回转式检测器，在“标注（Remark）”栏中添入下列各项。
·旋转变压器
旋变转一转时机床的移动量。
旋变转一转时的波长数。
·脉冲编码器
脉冲转一转时机床的移动量。
脉冲编码器的脉冲数。
·机床进给系统的刚性该项添入力矩加于电机轴且最终的驱动部件（如工作台）锁
住时的力矩与移动量之间的关系值，的即1弧度角位移所用
的力矩值。例如：
力矩500kgf.cm时位移5deg的计算结果如下:
刚性= 500/5 ×180/π= 5730 kgf.cm/rad
若位移与力矩的关系是非线形的，可用原点附近的梯度计算。
·反向间隙添入变换到工作台移动量的电机与最后驱动部件间（如工作
台）的间隙。
No.4 电机的规格。
·电机的型号添入电机的名称，内装反馈单元的规格。
·选择项，特殊规格添入特殊规格要求，如果有的话。
反馈（FB）型式
No.5 该组参数是指令的加/减速时间。并非定位的实际执行时间。·快速移动时加/减速时间加/减速时间根据负载惯量，负载力矩，电机的输出力矩和
加工速度决定。详细地计算见§1.2和§1.3。
FANUC的CNC快速运动时为线性加/减速。
·切削进给时的加
/减速通常，切削进给时用指数函数加/减速。这组数据添入时间常数。
No.6
·输入倍乘比,指令该组数据要求添入以最小输入单位移机床时的NC所需的设定
倍乘比,柔性变速比值。这些值的关系如下图示。
上图中，各比值必须设定，以保证误差寄存器的两个输入a和b
要相等脉冲编码器用柔变速比。所以，CMR通常设1。若不设1，
请与FANUC商量。柔性变速比（F.FG）要设定电机轴转一转时
所要脉冲数与反馈脉冲数的比值算法如下：
F.FG = 电机轴转一转要求的进脉冲数
1,000,000
注 计算时，α脉冲编码器的反馈脉冲数是1,000,000。分子和
分母的最大允许值是32767。分数要约为真分数。
例如： NC 的脉冲当量为1μm ，电机一转机床的移动距为8mm ，
使用A64脉冲编码器。则
F.FG = =
, CMR=1
半闭环且1μm 检测单位F.FG 的设定如下:
·位置回路增益 该组参数根据惯量添入经验值。由于机床的刚性，阻尼和其它因
素的影响，这些参数并非总是可用的，通常是按实际机床确定。 若位置编码器装在电机的外面，这些值受机床的刚性，反向间隙， 摩擦力矩影响。这些值必须填写。
·减速停止的距离 在行程的终端，要考虑机床减速停止的距离，将其添入本组数据。
Vm ：快速运动速度，mm/min 或deg/min 。 l 1 ：由接收器的动作延时造成的运动距离。
l 2 ：减速时间t 2造成运动距离。
l 3
：伺服的偏差量。
t 1 ：通常为0.02秒。 移动距离 = ×（t1+ + ）
k S ：位置回路增益（sec -1）
·动态制动的停止距离
该距离是当故障时，切断机床电源动态制动停止造成移动距 离。
8,000 1000,000,000 1
125
Vm
60
t2 2
1
k s
Vm ：快速移动速率，mm/min 或deg/min l 1 ：由于接收器的延时t1造成的移动距离
l 2 ：由于磁接触器的断开延时t2组成的移动距离 l3 ：磁接触器动作后动制动造成的移动距离 （t1+t2）通常大约为0.05秒
移动距离（mm 或deg ）=
= ×（t1+t2）+（Jm+J1）×（Ano+Bno 3）×L
Jm ：电机的惯量（kg.cm.s 2） J ：负载惯量（kg.cm.s 2）
No ：电机快速移动速度（rpm ）
L ：电机一转机移动量（mm 或deg ） NoL=Vm
A 和
B 是常数，随电机而变各种电机的值见下面“动态制 动停止距离计算的系数”。
No.8 组 伺服放大器的规格。 ·放大器的型式 指定AC 。
·变压器 添入变压器的规格。 ·放大器规格 添入放大器模块的规格。
Vm
60
计算动态制动停止距离的系数
计算A和B时，假设电源线每相的电阻为0.05Ω。由于电阻的变化，表中的数值会稍有不同。
系数值还随伺服放大器改变。这些系数将引起机床停止距离的变化。
FANUC LTD
FANUC LTD
步进电机选型的计算方法
步进电机选型表中有部分参数需要计算来得到。但是实际计算中许多情况我们都无法得到确切的机械参数，因此，这里只给出比较简单的计算方法。
一、驱动模式的选择
驱动模式是指如何将传送装置的运动转换为步进电机的旋转。
下图所示的驱动模式包括了电机的加/减速时间，驱动和定位时间，电机的选型基于模式图。
●必要脉冲数的计算
必要脉冲数是指传动装置将物体从起始位置传送到目标位置所需要提供给步进电机的脉冲数。必要脉冲数按下面公式计算：
必要脉冲数＝
物体移动的距离
距离电机旋转一周移动的距离
×
360 o
步进角
●驱动脉冲速度的计算
驱动脉冲速度是指在设定的定位时间中电机旋转过一定角度所需要的脉冲数。
驱动脉冲数可以根据必要脉冲数、定位时间和加/减速时间计算得出。
（1）自启动运行方式
自启动运行方式是指在驱动电机旋转和停止时不经过加速、减速阶段，而直接以驱动脉冲速度启动和停止的运行方式。
自启动运行方式通常在转速较低的时候使用。同时，因为在启动/停止时存在一个突然的速度变化，所以这种方式需要较大的加/减速力矩。
自启动运行方式的驱动脉冲速度计算方法如下：
驱动脉冲速度[Hz]=必要脉冲数[脉冲]定位时间[秒]
（2）加/减速运行方式
加//减速运行方式是指电机首先以一个较低的速度启动，经过一个加速过程后达到正常的驱动脉冲速度，运行一段时间之后再经过一个减速过程后电机停止的运行方式。其定位时间包括加速时间、减速时间和以驱动脉冲速度运行的时间。
加/减速时间需要根据传送距离、速度和定位时间来计算。在加/减速运行方式中，因为速度变化较小，所以需要的力矩要比自启动方式下的力矩小。加/减速运行方式下的驱动脉冲速度计算方法如下：
驱动脉冲速度[Hz]=必要脉冲数－启动脉冲数[Hz]×加/减速时间[秒]定位时间[秒]－加/减速时间[秒]
伺服电机计算选择应用实例全解
伺服电机计算选择应用实例 1． 选择电机时的计算条件 本节叙述水平运动伺服轴（见下图）的电机选择步骤。 例：工作台和工件的 W ：运动部件（工作台及工件）的重量（kgf ）=1000 kgf 机械规格 μ ：滑动表面的摩擦系数=0.05 π ：驱动系统（包括滚珠丝杠）的效率=0.9 fg ：镶条锁紧力（kgf ）=50 kgf Fc ：由切削力引起的反推力（kgf ）=100 kgf Fcf ：由切削力矩引起的滑动表面上工作台受到的力（kgf ） =30kgf Z1/Z2： 变速比=1/1 例：进给丝杠的（滚珠 Db ：轴径=32 mm 丝杠）的规格 Lb ：轴长=1000 mm P ：节距=8 mm 例：电机轴的运行规格 Ta ：加速力矩（kgf.cm ） Vm :快速移动时的电机速度(mm -1)=3000 mm -1 ta :加速时间(s)=0.10 s Jm :电机的惯量(kgf.cm.sec 2) Jl :负载惯量(kgf.cm.sec 2) ks :伺服的位置回路增益(sec -1)=30 sec -1 1.1 负载力矩和惯量的计算 计算负载力矩 加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出: Tm = + Tf Tm :加到电机轴上的负载力矩(Nm) F :沿坐标轴移动一个部件(工作台或刀架)所需的力(kgf) L :电机转一转机床的移动距离=P ×(Z1/Z2)=8 mm Tf :滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩=2Nm F ×L 2πη
无论是否在切削，是垂直轴还是水平轴，F值取决于工作台的重量， 摩擦系数。若坐标轴是垂直轴，F值还与平衡锤有关。对于水平工 作台，F值可按下列公式计算： 不切削时： F = μ（W+fg） 例如： F=0.05×(1000+50)=52.5 (kgf) Tm = (52.5×0.8) / (2×μ×0.9)+2=9.4(kgf.cm) = 0.9(Nm) 切削时: F = Fc+μ(W+fg+Fcf) 例如: F=100+0.05×(1000+50+30)=154(kgf) Tmc=(154×0.8) / (2×μ×0.9)+2=21.8(kgf.cm) =2.1(Nm) 为了满足条件1，应根据数据单选择电机，其负载力矩在不切削时 应大于0.9（Nm），最高转速应高于3000（min-1）。考虑到加/减速， 可选择α2/3000（其静止时的额定转矩为2.0 Nm）。 ·注计算力矩时，要注意以下几点： 。考虑由镶条锁紧力（fg）引起的摩擦力矩 根据运动部件的重量和摩擦系数计算的力矩通常相当小。镶条 锁紧力和滑动表面的质量对力矩有很大影响。 。滚珠丝杠的轴承和螺母的预加负荷，丝杠的预应力及其它一些因 素有可能使得滚动接触的Fc相当大。小型和轻型机床其摩擦力矩 会大大影响电机的承受的力矩。 。考虑由切削力引起的滑动表面摩擦力（Fcf）的增加。切削力和驱 动力通常并不作用在一个公共点上如下图所示。当切削力很大时， 造成的力矩会增加滑动表面的负载。 当计算切削时的力矩时要考虑由负载引起的摩擦力矩。 。进给速度会使摩擦力矩变化很大。欲得到精确的摩擦力矩值，应 仔细研究速度变化，工作台支撑结构（滑动接触，滚动接触和静压 力等），滑动表面材料，润滑情况和其它因素对摩擦力的影响。 。机床的装配情况，环境温度，润滑状况对一台机床的摩擦力矩影 响也很大。大量搜集同一型号机床的数据可以较为精确的计算其负
伺服电机的选型和计算
电机的选择： （1）电机扭矩的计算 负载扭矩是由于驱动系统的摩擦力和切削力所引起的可用下式表达： FL M =π2 式中 M-----电动机轴转距； F------使机械部件沿直线方向移动所需的力； L------电动机转一圈（2πrad ）时，机械移动的距离 2πM 是电动机以扭矩M 转一圈时电动机所作的功，而FL 是以F 力机械移动L 距离时所需的机械功。 实际机床上，由于存在传动效率和摩擦系数因素，滚珠丝杠克服外部载荷P 做等速运动所需力矩，应按下式计算： z z M h h F M B sp SP ao P K 2 11122? ??? ??++=ηππ M 1-----等速运动时的驱动力矩(N.mm) π 2h F sp ao K ---双螺母滚珠丝杠的预紧力矩(N.mm) F ao ------预紧力(N),通常预紧力取最大轴向工作载荷 F m ax 的1/3，即 F ao = 3 1 F m ax 当F m ax 难于计算时，可采用F ao =(0.1~0.12))(N C a ； C a -----滚珠丝杠副的额定载荷，产品样本中可查： h sp -----丝杠导程(mm)； K--------滚珠丝杠预紧力矩系数，取0.1~0.2； P---------加在丝杠轴向的外部载荷(N),W F P μ+=； F---------作用于丝杠轴向的切削力(N)； W--------法向载荷(N),P W W 11+=； W 1-----移动部件重力(N),包括最大承载重力； P 1 -------有夹板夹持时（如主轴箱）的夹板夹持力； μ --------导轨摩擦系数，粘贴聚四氟乙烯板的滑动导轨副09.0=μ，有润滑条件时，05.0~03.0=μ，直线滚动导轨004.0~003.0=μ； η 1 -------滚珠丝杠的效率，取0.90~0.95； M B ----支撑轴承的摩擦力矩，即叫启动力矩(N.m),可以从滚珠丝杠专用轴 承样本中得到，见表2-6（这里注意，双支撑轴承有M B 之和的问题） z 1--------齿轮1的齿数 z 2 --------齿轮2的齿数 最后按满足下式的条件选择伺服电机 M M s ≤1 M s -----伺服电机的额定转距
伺服电机选型计算公式
选择伺服电机时，首先要考虑的是功率的选择。一般应注意以下两点： 1．如果选择的电机功率太小，就会出现“小马车”现象，会导致电机长期过载，由于发热而损坏绝缘，甚至烧坏电机。 2．如果电动机功率太大，就会出现“大手拉车”现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率不高，不仅不利于用户和电网。而且还会造成电能浪费。 也就是说，电动机功率既不能太大也不能太小。为了正确选择电动机功率，必须进行以下计算或比较： P = F * V / 100 （其中p是计算出的功率，以KW为单位，f是所需的拉力，以n为单位，v是工作机的线速度m / s） 另外，最常用的方法是通过类比选择电动机的功率。所谓的类比法是比较类似生产机械中使用的电动机的功率。 具体方法是知道该装置或附近其他装置中类似生产机械使用了多少功率电动机，然后选择具有类似功率的电动机进行调试。调试的目的
是验证所选电动机是否与生产机械匹配。 验证方法是使电动机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电动机的工作电流，并将测量的电流与电动机铭牌上标记的额定电流进行比较。 如果电动机的实际工作电流与标在脾脏上的额定电流相差不大，则表明所选电动机的功率合适。如果电机的实际工作电流比铭牌上标明的额定电流低70％，则表明电机功率太大，应更换功率较小的电机。 如果测得的电动机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40％以上，则表明电动机功率过小，应更换功率较大的电动机。 实际上，它应该是考虑转矩（转矩），电动机功率和转矩的计算公式。T ＝9550p / n。 其中： P功率，kw；N-电机额定转速，r / min；T扭矩，Nm。 电动机的输出扭矩必须大于工作机械所需的扭矩，并且通常需要安全系数。机械功率公式：P = T * N / 97500 P：功率单位W；T：扭矩，g / cm；N：转速，以r / min为单位。
PLC控制伺服电机应用实例
PLC控制伺服电机应用实例，写出组成整个系统的PLC模块及外围器件，并附相关程序。 PLC品牌不限。 以松下FP1系列PLC和A4系列伺服驱动为例，编制控制伺服电机定长正、反旋转的PLC程序并设计外围接线图，此方案不采用松下的位置控制模块FPG--PP11\12\21\22等，而是用晶体管输出式的PLC，让其特定输出点给出位置指令脉冲串，直接发送到伺服输入端，此时松下A4伺服工作在位置模式。在PLC 程序中设定伺服电机旋转速度，单位为（rpm），设伺服电机设定为1000个脉冲转一圈。PLC输出脉冲频率=（速度设定值/6）*100（HZ）。假设该伺服系统的驱动直线定位精度为±0.1mm，伺服电机每转一圈滚珠丝杠副移动10mm，伺服电机转一圈需要的脉冲数为1000，故该系统的脉冲当量或者说驱动分辨率为0.01mm(一个丝)；PLC输出脉冲数=长度设定值*10。 以上的结论是在伺服电机参数设定完的基础上得出的。也就是说，在计算PLC发出脉冲频率与脉冲前，先根据机械条件，综合考虑精度与速度要求设定好伺服电机的电子齿轮比！大致过程如下： 机械机构确定后，伺服电机转动一圈的行走长度已经固定（如上面所说的10mm），设计要求的定位精度为0.1mm(10个丝)。为了保证此精度，一般情况下是让一个脉冲的行走长度低于0.1mm，如设定一个脉冲的行走长度为如上所述的0.01mm，于是电机转一圈所需要脉冲数即为1000个脉冲。此种设定当电机速度要求为1200转/分时，PLC应该发出的脉冲频率为20K。松下FP1---40T 的PLC的CPU本体可以发脉冲频率为50KHz，完全可以满足要求。 如果电机转动一圈为100mm，设定一个脉冲行走仍然是0.01mm，电机转一圈所需要脉冲数即为10000 个脉冲，电机速度为1200转时所需要脉冲频率就是200K。PLC的CPU输出点工作频率就不够了。需要位置控制专用模块等方式。 有了以上频率与脉冲数的算法就只需应用PLC的相应脉冲指令发出脉冲即可实现控制了。假设使用松下 A4伺服，其工作在位置模式，伺服电机参数设置与接线方式如下： 一、按照伺服电机驱动器说明书上的“位置控制模式控制信号接线图”接线： pin3(PULS1)，pin4(PULS2)为脉冲信号端子，PULS1连接直流电源正极(24V电源需串连2K左右的电阻),PULS2连接控制器(如PLC的输出端子)。 pin5(SIGN1)，pin6(SIGN2)为控制方向信号端子，SIGN1连接直流电源正极(24V电源需串连2K左右的电阻)，SIGN2连接控制器(如PLC的输出端子)。当此端子接收信号变化时，伺服电机的运转方向改变。实际运转方向由伺服电机驱动器的P41，P42这两个参数控制，pin7(com+)与外接24V直流电源的正极相连。pin29(SRV-0N)，伺服使能信号，此端子与外接24V直流电源的负极相连，则伺服电机进入使能状态，通俗地讲就是伺服电机已经准备好，接收脉冲即可以运转。 上面所述的六根线连接完毕(电源、编码器、电机线当然不能忘)，伺服电机即可根据控制器发出的脉冲与方向信号运转。其他的信号端子，如伺服报警、偏差计数清零、定位完成等可根据您的要求接入控制器构成更完善的控制系统。
伺服电机及选型
伺服电机及选型 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
伺服电机伺服电机(servomotor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机。伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，可把所收到的转换成电动机轴上的角位移或输出。 “伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思，“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动，当控制信号发出时，转子立即转动；当控制信号消失时，转子能即时停转。因此伺服电机指的是随时跟随命令进行动作的一种电机，是以其工作性质命名的。 伺服主要靠脉冲来定位，伺服电机接收到一个脉冲就会旋转一个脉冲对应的角度，从而实现位移。伺服本身带有编码器，具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，就会发出对应数量的脉冲。等于是把电机旋转的详细信息反馈回去，形成闭环。这样的话，系统就会知道发了多少脉冲给电机，同时又收了多少脉冲回来，这样就能很精准的控制电机的转动，实现非常精准的定位。 一、伺服电机分类 1、直流伺服 结构简单控制容易。但从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置，成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花影响生产，会产生电磁干扰。而且碳刷需要维护更换。机械换向器的换向能力，也限制了电动机的容量和速度。 2、交流伺服 分为永磁同步伺服电机和异步伺服电机。目前运动控制基本都用同步电机。
永磁同步伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W 三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。特点如下： 1、控制速度非常快，从启动到额定转速只需几毫秒；而相同情况下异步电机却需要几秒钟。 2、启动扭矩大，可以带动大惯量的物体进行运动。 3、功率密度大，相同功率范围下相比异步电机可以把体积做得更小、重量做得更轻。 4、运行效率高。 5、可支持低速长时间运行。 6、断电无自转现象，可快速控制停止动作。 7、控制和响应性能比异步伺服电机高很多。 二、伺服电机计算 、电机转矩 电机转矩，简单的说，就是转动的力量的大小。也就是电机可以发出多大的力，转矩是一种力矩，力矩在物理中的定义是： 力矩= 力 ×力臂 这里的力臂就可以看成电机所带动的物体的转动半径。如果电机转矩太小，就带不动所要带的物体，也就是感觉电机的“劲”不够大。 假设我们是采用滚珠丝杆使工件做平行移动： 假设： 负载速度： s m v L /01.0= 检测物体质量： kg m j 5= 移动块质量： kg m z 25= 滚珠丝杆直径： m d B 02.0=
伺服电机选型计算
电机： 电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电机在电路中是用字母M表示，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源，发电机在电路中用字母G表示，它的主要作用是利用机械能转化为电能。 伺服电机： 伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。 伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 工作原理： 1、伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就
会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 2、交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 3、伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。
伺服电机计算选择应用实例
伺服电机计算选择应用实例 1． 选择电机时的计算条件 本节叙述水平运动伺服轴（见下图）的电机选择步骤。 例：工作台和工件的 W ：运动部件（工作台及工件）的重量（kgf ）=1000 kgf 机械规格 μ ：滑动表面的摩擦系数=0.05 π ：驱动系统（包括滚珠丝杠）的效率=0.9 fg ：镶条锁紧力（kgf ）=50 kgf Fc ：由切削力引起的反推力（kgf ）=100 kgf Fcf ：由切削力矩引起的滑动表面上工作台受到的力（kgf ） =30kgf Z1/Z2： 变速比=1/1 例：进给丝杠的（滚珠 Db ：轴径=32 mm 丝杠）的规格 Lb ：轴长=1000 mm P ：节距=8 mm 例：电机轴的运行规格 Ta ：加速力矩（kgf.cm ） Vm :快速移动时的电机速度(mm -1)=3000 mm -1 ta :加速时间(s)=0.10 s Jm :电机的惯量(kgf.cm.sec 2) Jl :负载惯量(kgf.cm.sec 2) ks :伺服的位置回路增益(sec -1)=30 sec -1 1.1 负载力矩和惯量的计算 计算负载力矩 加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出: Tm = + Tf Tm :加到电机轴上的负载力矩(Nm) F :沿坐标轴移动一个部件(工作台或刀架)所需的力(kgf) L :电机转一转机床的移动距离=P ×(Z1/Z2)=8 mm Tf :滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩=2Nm 无论是否在切削，是垂直轴还是水平轴，F 值取决于工作台的重量，摩擦系数。若坐标轴是垂直轴，F 值还与平衡锤有关。对于水平工作台，F 值可按下列公式计算： 不切削时： F = μ（W+fg ） 例如： F=0.05×(1000+50)=52.5 (kgf) Tm = (52.5×0.8) / (2×μ×0.9)+2=9.4(kgf.cm) = 0.9(Nm) 切削时: F = Fc+μ(W+fg+Fcf) 例如: F=100+0.05×(1000+50+30)=154(kgf) Tmc=(154×0.8) / (2×μ×0.9)+2=21.8(kgf.cm) =2.1(Nm) 为了满足条件1，应根据数据单选择电机，其负载力矩在不切削时 应大于0.9（Nm ），最高转速应高于3000（min -1）。考虑到加/减速， F ×L 2πη
关于伺服电机与步进电机性能比较及选型的计算方法
关于伺服电机与步进电机性能比较及选型的计算方法 内容来源于 https://www.360docs.net/doc/3218079540.html,/%C5%C9%BF%CB%D6%B1%C1%F7%B5%F7%CB%D9%C6%F7/blog/i tem/61656f385baf28de7c1e7129.html 步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。 １、伺服电机和步进电机的性能比较 步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为 1.8°、0.9°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如山洋公司（S A N Y O D E N K I）生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为 1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072 =0.0027466°，是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。
伺服电机的选定与选择计算
伺服电机的选定 伺服电机的选定软件 可用电脑进行伺服电机选定的 「选定的电机 (Motor Selection Programmer)选定程序 for Windows 版」 「伺服电机的选定中，由于计算复杂而比较困难」，您是否一直苦恼于此？ 手工计算的方法，虽然在1314～1320页有「计算公式」，在1321～1322页有「计算举例」，但如果使用本软件，任何人都可以简单地进行电机的选定。 工作模式的设定画面 电机选择?判定画面 驱动器选择画面
伺服电机的选定 ?使用电机的机械系统的结构要按照标准进行准备。 标准机械组合举例：滚珠丝杆、齿条及齿轮、台车等或者，还有将机械要素分别逐个组合的方法。 机械要素举例：减速机、齿轮、传送带、辊轴、直接作用负荷、偏心圆板负荷、外力等?可以容易地完成动作模式的设定。 此外，在选择电机后，可以用图形显示旋转数及转矩。?因为伺服电机/驱动器的机型数据是作为数据库编入的、 因此不是仅输出每个机型的数据，而是可以自动地选定出最适合的电机。?可自动地显示出可与选定的电机组合的驱动器一览、并可自动地进行驱动器的再生能力的判定。 ?OS ：Microsoft Windows 98/2000/XP 日语版?处理器：486DX/66MHz 以上（推荐Pentium 处理器）?内存：16MB 以上（推荐32MB 以上） ?硬盘：安装时，需要有10MB 以上的未使用空间 ?显示器：可使用分辨率为640×480以上的设备（推荐800×600以上）?碟片装置 ：CD-ROM 驱动器（仅安装时需要） ?备有方便电机选定的「电机选定程序」。请务必使用。请从欧姆龙的Industrial Web 访问。http://www.fa.omron.co.jp/ ※ 进入I-Web 成员目录。请登录后再使用。 特 长 运行环境 获得方法
交流伺服电机选型手册
ST系列交流伺服电机型号编号说明? 1: 表示电机外径,单位:mm。? 2：表示电机是正弦波驱动的永磁同步交流伺服电机。? 3：表示电机安装的反馈元件，M—光电编码器，X—旋转变压器。? 4：表示电机零速转矩，其值为三位数×，单位：Nm。? 5：表示电机额定转速，其值为二位数×100，单位：rpm。? 6：表示电机适配的驱动器工作电压，L—AC220V，H—AC380V。? 7：表示反馈元件的规格，F—复合式增量光电编码器（2500 C/T），R—1对极旋转变压器。? 8：表示电机类型，B—基本型。? 9：表示电机安装了失电制动器。 SD系列交流伺服驱动器型号编号说明? 1：表示采用空间矢量调制方式（SVPWM）的交流伺服驱动器? 2：表示IPM模块的额定电流（15/20/30/50/75A）? 3：表示功能代码（M：数字量与模拟量兼容） ●交流伺服电机与伺服驱动器适配表 ST系列电机主要参数 适配驱动器 ST系列电机ST系列电机电机型号额定转矩额定转速额定功率外形尺寸零售价(元) 110ST-M02030 2 Nm3000rpm SD15M SD20MN SD30MN SD50MN SD75MN 110×110×1581500 110ST-M04030 4 Nm3000rpm110×110×1851700 110ST-M05030 5 Nm3000rpm110×110×2001800 110ST-M06020 6 Nm2000rpm110×110×2171900 110ST-M06030 6 Nm3000rpm110×110×2171900 130ST-M04025 4 Nm2500rpm130×130×1631800 130ST-M05025 5 Nm2500rpm130×130×1712100 130ST-M06025 6 Nm2500rpm130×130×1812400 130ST-M07720 Nm2000rpm130×130×1952900 130ST-M07730 Nm3000rpm130×130×1952900 130ST-M1001510 Nm1500rpm130×130×2193200 130ST-M1002510 Nm2500rpm130×130×2193200 130ST-M1501515 Nm1500rpm130×130×2673620 130ST-M1502515 Nm2500rpm130×130×2673620 ST系列交流伺服电机
松下PLC控制伺服电机实例程序
松下PLC控制伺服电机实例程序 上位机设定伺服电机旋转速度单位为（转/分），伺服电机设定为1000个脉冲转一圈. PLC输出脉冲频率=（速度设定值/6）*100（HZ）。 上位机设定伺服电机行走长度单位为(0.1mm)，伺服电机每转一圈的行走长度10mm，伺服电机转一圈需要的脉冲数为1000，故PLC发出一个脉冲的行走长度为0.01mm(一个丝)。 PLC输出脉冲数=长度设定值*10。 上面两点的计算都是在伺服电机参数设定完的基础上得出的。也就是说，在计算PLC发出脉冲频率与脉冲前，必须先根据机械条件，综合考虑精度与速度要求设定好伺服电机的电子齿轮比！大致方法如下： 机械安装结束，伺服电机转动一圈的行走长度已经固定（如上面所说的10mm），设计要求的行走精度为0.1mm(10个丝)。为了保证此精度，一般情况下是让一个脉冲的行走长度低于0.1mm，如设定一个脉冲的行走长度为如上所述的0.01mm，于是电机转一圈所需要脉冲数即为1000个脉冲。此种设定当电机速度要求为1200转/分时，PLC应该发出的脉冲频率为20K。松下PLC的CPU本体可以发脉冲频率为100K，完全可以满足要求。 如果电机转动一圈为100mm,设定一个脉冲行走仍然是0.01mm，电机转一圈所需要脉冲数即为10000个脉冲，电机速度为1200转时所需要脉冲频率就是200K。PLC的CPU本体就不够了。需要加大成本，如增加脉冲输出专用模块等方式。 知道了频率与脉冲数的算法就简单了，只需应用PLC的相应脉冲指令发出脉冲即可，松下PLC的程序图如下：
松下伺服常见问题 一、基本接线 主电源输入采用～220V，从L1、L3接入（实际使用应参照操作手册）； 控制电源输入r、t也可直接接～220V; 电机接线见操作手册第22、23页，编码器接线见操作手册第24～26页，切勿接错。 二、试机步骤 1.JOG试机功能 仅按基本接线就可试机； 在数码显示为初始状态‘r 0’下，按‘SET’键，然后连续按‘MODE’键直至数码显示为‘AF－AcL’，然后按上、下键至‘AF-JoG’; 按‘SET’键，显示‘JoG -’:按住‘^’键直至显示‘rEAdy’; 按住‘<’键直至显示‘SrV-on’; 按住‘^’键电机反时针旋转，按‘V’电机顺时针旋转，其转速可由参数Pr57设定。 按‘SET’键结束。 2.内部速度控制方式 COM＋（7脚）接＋12～24VDC,COM-（41脚）接该直流电源地；SRV－ON（29脚）接COM-; 参数No.53、No.05设置为1：（注此类参数修改后应写入EEPROM,并重新上电）
伺服电机如何进行选型
伺服电机选型技术指南 1、机电领域中伺服电机的选择原则 现代机电行业中经常会碰到一些复杂的运动，这对电机的动力荷载有很大影响。伺服驱动装置是许多机电系统的核心，因此，伺服电机的选择就变得尤为重要。首先要选出满足给定负载要求的电动机，然后再从中按价格、重量、体积等技术经济指标选择最适合的电机。 各种电机的T- 曲线 （1）传统的选择方法 这里只考虑电机的动力问题，对于直线运动用速度v(t) ，加速度 a(t)和所需外力 F(t) 表 示，对于旋转运动用角速度(t) ，角加速度(t)和所需扭矩 T(t) 表示，它们均可以表示 为时 间的函数，与其他因素无关。很显然。电机的最大功率P 电机，最大应大于工作负载所 需的峰值 功率 P 峰值，但仅仅如此是不够的，物理意义上的功率包含扭矩和速度两部分，但在实际的 传动机构中它们是受限制的。用峰值， T 峰值表示最大值或者峰值。电机的最大速度决 定了 减速器减速比的上限， n 上限 = 峰值， 最大 / 峰值，同样，电机的最大扭矩决定了减速比的下 限， n 下限 =T 峰值 /T 电机，最大，如果 n 下限大于 n 上限，选择的电机是不合适的。反之，则可以通过对每 种电机的广泛类比来确定上下限之间可行的传动比范 围。只用峰值功率作为选择电机的原则是不充分的，而且传动比的准确计算非常繁 琐。 （2）新的选择方法 一种新的选择原则是将电机特性与负载特性分离 开，并用图解的形式表示，这种表示方法使得驱动装置的可行性检查和不同系统间的比较更方 便，另外，还提供了传动比的一个可 能范围。这种方法的优点：适用于各种负载情况；将负载和电机的特性分离开；有关动力 的 各个参数均可用图解的形式表示并且适用于各种电机。因此，不再需要用大量的类比来检 查 电机是否能够驱动某个特定的负载。 在电机和负载之间的传动比会改变电机提供的动力荷载参数。比如，一个大的传动比会减小外部扭矩对电机运转的影响，而且，为输出同样的运动，电机就得以较高的速度旋转， 产生较大的加速度，因此电机需要较大的惯量扭 矩。选择一个合适的传动比就能平衡这相反 的两个方面。通常，应用有如下两种方法可以找到这个传 动比n，它会把电机与工作任务很好地协调起来。一是，从电机得到的最大速度小于电机自身的最大 速度电机，最大；二是，电机任意时刻的标准扭矩小于电机额定扭M 额
伺服电机选型计算公式
伺服电机选型计算公式 伺服电机选择的时候，首先一个要考虑的就是功率的选择。一般应注意以下两点： 1。如果电机功率选得过小．就会出现“小马拉大车”现象，造成电机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电机被烧毁。 2。如果电机功率选得过大．就会出现“大马拉小车”现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。 也就是说，电机功率既不能太大，也不能太小，要正确选择电机的功率，必须经过以下计算或比较： P=F*V/100 (其中P是计算功率，单位是KW，F是所需拉力，单位是N，V是工作机线速度m/s) 此外．最常用的是采用类比法来选择电机的功率。所谓类比法，就是与类似生产机械所用电机的功率进行对比。
具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功率的电机，然后选用相近功率的电机进行试车。试车的目的是验证所选电机与生产机械是否匹配。 验证的方法是：使电机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电机的工作电流，将测得的电流与该电机铭牌上标出的额定电流进行对比。 如果电功机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大，则表明所选电机的功率合适。如果电机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70％左右．则表明电机的功率选得过大，应调换功率较小的电机。 如果测得的电机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40％以上．则表明电机的功率选得过小，应调换功率较大的电机。 实际上应该是考虑扭矩（转矩），电机功率和转矩计算公式。即T = 9550P/n 式中： P —功率，kW；n —电机的额定转速，r/min；T —转矩，Nm。
伺服电机及选型
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伺服电机 伺服电机(servomotor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机。伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。 “伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思，“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动，当控制信号发出时，转子立即转动；当控制信号消失时，转子能即时停转。因此伺服电机指的是随时跟随命令进行动作的一种电机，是以其工作性质命名的。 伺服主要靠脉冲来定位，伺服电机接收到一个脉冲就会旋转一个脉冲对应的角度，从而实现位移。伺服本身带有编码器，具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，就会发出对应数量的脉冲。等于是把电机旋转的详细信息反馈回去，形成闭环。这样的话，系统就会知道发了多少脉冲给电机，同时又收了多少脉冲回来，这样就能很精准的控制电机的转动，实现非常精准的定位。 一、伺服电机分类 1、直流伺服 结构简单控制容易。但从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置，成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花影响生产，会产生电磁干扰。而且碳刷需要维护更换。机械换向器的换向能力，也限制了电动机的容量和速度。
2、交流伺服 分为永磁同步伺服电机和异步伺服电机。目前运动控制基本都用同步电机。 永磁同步伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。特点如下： 1、控制速度非常快，从启动到额定转速只需几毫秒；而相同情况下异步电机却需要几秒钟。 2、启动扭矩大，可以带动大惯量的物体进行运动。 ? 3、功率密度大，相同功率范围下相比异步电机可以把体积做得更小、重量做得更轻。 ? 4、运行效率高。 ? 5、可支持低速长时间运行。 ? 6、断电无自转现象，可快速控制停止动作。 7、控制和响应性能比异步伺服电机高很多。 二、伺服电机计算 2.1、电机转矩
伺服电机的选型计算方法
伺服电机的选型计算方法
2012-4-17 10:51:00 来源：kingservo
１、
伺服电机和步进电机的性能比较
步进电机作为一种开环控制的系统， 和现代数字控制技术有着本质的联系。 在目前国 内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交 流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。 为了适应数字控制的发展趋势， 运动控 制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。 虽然两者在控制方 式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二 者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为 1.8°、0.9°，五相混合式步进电机步距角一般 为 0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如山洋公司 （SANYO DENKI）生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为 1.8°、 0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合 式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以京伺服（KINGSERVO) 全数字式交流伺服电机为例，对于带标准 2500 线编码器的电机而言，由于驱动器内部采 用了四倍频技术，其脉冲当量为 360°/10000=0.036°。对于带 17 位编码器的电机而言， 驱动器每接收 131072 个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为 360°/131072=0.0027466°， 是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲当量的 1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。 振动频率与负载情况和驱动器性能有关， 一 般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。 这种由步进电机的工作原理所决定的低频振 动现象对于机器的正常运转非常不利。 当步进电机工作在低速时， 一般应采用阻尼技术来 克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳， 即使在低速时也不会出现振动现象。 交流伺服系统具有 共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检 测出机械的共振点，便于系统调整。 三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降， 且在较高转速时会急剧下降， 所以其最高工 作转速一般在 300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为 2000RPM 或 3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以京伺服 （KINGSERVO)交流伺服系统为例， 它具有速度过载和转矩过载能力。 其最大转矩为额定转 矩的三倍， 可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。 步进电机因为没有这种过载能力， 在选型时为了克服这种惯性力矩， 往往需要选取较大转矩的电机， 而机器在正常工作期间 又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。 五、运行性能不同
Elmo应用案例集锦
哈工大博实抓取机器人(为富士康设计) 1. 机器工艺简介 ELMO驱动器控制4轴联动机器人完成抓取手机用液晶面板工作,使之可以 正常放入规定的插槽中 2. 下图为机器的照片 3. Elmo解决方案，系统构架，所应用产品 1.选用WHI 15/60驱动器 2.ELMO驱动器控制4轴联动机器手完成抓取 工作,开始工作时机器手向左从下往上依次 取出3片(或多片)液晶面板,在放到右边托盘 里,之后循环运行. 3. 上位机发送脉冲至ELMO驱动器,而后驱动 器按照控制指令运行 4. 选用Elmo解决方案的优势，好处 1. 利用ELMO目前全球最高的功率密度与最小的体积,可以解决机器人等 项目对驱动器体积等的苛刻要求,目前该客户使用驱动器峰值功率3.3KW, 额定电流20A,峰值电流40A. 2. 利用驱动器内部进行编程,简化控制手续 1
上海高鸟自动拉布裁布机 1. 机器工艺简介 ELMO驱动器控制从轴通过皮带摩擦带动布卷运行,当主轴做往复运动时, 从轴按照预先设定进行放布或收布 2. 下图为机器的照片与系统原理图 3. Elmo解决方案，系统构架，所应用产品 1.选用APM-SC08ADK-52 BAS-A5/230-4 2.ELMO驱动器控制绿色布卷的收放, PLC控 制变频器带动平台上小车运转,ELMO驱动 器控制从轴跟随主轴运转(放布或收布),客 ) 户要求从轴放布速度与主轴运转速度相等, 即不能出现布的堆叠或拉伸. 3.利用ELMO驱动器FOLLOWING功能,通过 人机时时设定驱动器的跟随比,由于主轴 小车会做往复运动,可以在程序中判断主轴 的转速使之保持一直放布或收布 4. 右图为跟随系统机械原理图 4. 选用Elmo解决方案的优势，好处 1.利用ELMO驱动器较高的功率密度,可以节省大量空间 2.利用ELMO驱动器本身自带的编程功能,简化编程复杂程度 3.利用ELMO驱动器本身的双闭环控制能力,省去PLC的位置控制,简化整个系统的复杂程度, 使接线也更容易 2
伺服电机选型计算
1310 伺服电机的选定 伺服电机的选定软件 可用电脑进行伺服电机选定的 「选定的电机 (Motor Selection Programmer)选定程序 for Windows 版」 「伺服电机的选定中，由于计算复杂而比较困难」，您是否一直苦恼于此？ 手工计算的方法，虽然在1314～1320页有「计算公式」，在1321～1322页有「计算举例」，但如果使用本软件，任何人都可以简单地进行电机的选定。 工作模式的设定画面 电机选择?判定画面 驱动器选择画面
1311 伺服电机的选定 ?使用电机的机械系统的结构要按照标准进行准备。 标准机械组合举例：滚珠丝杆、齿条及齿轮、台车等或者，还有将机械要素分别逐个组合的方法。 机械要素举例：减速机、齿轮、传送带、辊轴、直接作用负荷、偏心圆板负荷、外力等?可以容易地完成动作模式的设定。 此外，在选择电机后，可以用图形显示旋转数及转矩。?因为伺服电机/驱动器的机型数据是作为数据库编入的、 因此不是仅输出每个机型的数据，而是可以自动地选定出最适合的电机。?可自动地显示出可与选定的电机组合的驱动器一览、并可自动地进行驱动器的再生能力的判定。 ?OS ：Microsoft Windows 98/2000/XP 日语版?处理器：486DX/66MHz 以上（推荐Pentium 处理器）?内存：16MB 以上（推荐32MB 以上） ?硬盘：安装时，需要有10MB 以上的未使用空间 ?显示器：可使用分辨率为640×480以上的设备（推荐800×600以上）?碟片装置 ：CD-ROM 驱动器（仅安装时需要） ?备有方便电机选定的「电机选定程序」。请务必使用。请从欧姆龙的Industrial Web 访问。http://www.fa.omron.co.jp/ ※ 进入I-Web 成员目录。请登录后再使用。 特 长 运行环境 获得方法
伺服电机选型计算公式及注意事项
伺服电机选型计算公式及注意事项 伺服电机选择的时候，首先一个要考虑的就是功率的选择。一般应注意以下两点： 1。如果电机功率选得过小．就会出现“小马拉大车”现象，造成电机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电机被烧毁。 2。如果电机功率选得过大．就会出现“大马拉小车”现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。 也就是说，电机功率既不能太大，也不能太小，要正确选择电机的功率，必须经过以下计算或比较： P=F*V/100 (其中P是计算功率，单位是KW，F是所需拉力，单位是N，V是工作机线速度m/s) 此外．最常用的是采用类比法来选择电机的功率。所谓类比法，就是与类似生产机械所用电机的功率进行对比。 具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功率的电机，然后选用相近功率的电机进行试车。试车的目的是验证所选电机与生产机械是否匹配。 验证的方法是：使电机带动生产机械运转，用钳形电流
表测量电机的工作电流，将测得的电流与该电机铭牌上标出的额定电流进行对比。 如果电功机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大，则表明所选电机的功率合适。如果电机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70％左右．则表明电机的功率选得过大，应调换功率较小的电机。 如果测得的电机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40％以上．则表明电机的功率选得过小，应调换功率较大的电机。 实际上应该是考虑扭矩（转矩），电机功率和转矩计算公式。即T = 9550P/n 式中： P —功率，kW；n —电机的额定转速，r/min；T —转矩，Nm。 电机的输出转矩一定要大于工作机械所需要的转矩，一般需要一个安全系数。 机械功率公式：P=T*N/97500 P：功率单位W；T：转矩，单位克/cm；N：转速，单位r/min。