伺服电机选型介绍
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伺服电机选型介绍
2012-11-15
影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 一、选择电机时候的考虑因素
影响电机选择的因素为机床选择进给驱动电机时，需要考虑机械部分的传 动结构与电机的匹配、电机的运转速度、机床的加减速时间大小、电机的停 止距离等因素。 概括言之，即选择与机械相匹配的电机，主要包括以下因素：
2、齿轮齿条传动 一转移动量（I）=2π*R*减速比（R为分度圆半径） （注：分度圆直径=齿数*模数） 比如齿轮齿条传动时，齿轮分度圆的半径为10mm，减速比为1/2， 则: 一转移动量=2π*10*（1/2）=10π 3、涡轮蜗杆传动 一转移动量（I）=(R*减速比*P)/r (注：R为涡轮半径，r为蜗杆半径，P为蜗杆导程)
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影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 二、加减速特性（短时加工因素）
在机械加工中，除了需要保证推动负载加工的连续推力之外，还必须要考 虑短时的加工因素，即：电机在加减速过程中的输出特性。在加减速过程 中，会达到机械需要的最大推力。因此，在选择电机时，需要考虑电机的最 大扭矩与机械加减速过程中所需要的最大扭矩是否匹配。电机的最大扭矩直 接影响加减速时间常数的设定。
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一转移动量的计算 一转移动量的计算
一转移动量为电机旋转一圈机床的移动距离 1、丝杆传动 一转移动量（I）=丝杆螺距*减速比 比如10mm螺距，减速比为1：2，则一转移动量=10*（1/2）=5mm P*n=F （其中P为螺距，n为转速，单位为rpm/min；F为进给速度，单位为 mm/min）
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影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 六、动态刹车距离
刹车距离 = Vm × (t 1 + t 2) + (J M + J L ) × (A × N 0 + B× N 0 3 ) × L [mm/deg]
Vm ：快速移动速度， mm / sec 或者[deg / sec] J M ：电机惯量 [kg ⋅ m 2 ] J L ：负载惯量 [kg ⋅ m 2 ] N 0：电机快速移动速度 [min −1 ] L：电机一转的移动距离 [ mm ]或者[deg ]（ N 0 / 60 × L = Vm ） A ： 计算动态刹车距离的刹 车系数 A B： 计算动态刹车距离的刹 车系数 B
六、动态刹车距离
动态刹车距离是指当意外事故发生时，需要机床停止时的刹车距离。动态刹车的 方法是将电机动力线的两端进行短接（系统放大器内完成，不需要进行额外的连线）。 动态刹车的过程分为三个过程： 1）放大器接收时间延迟产生的移动距离。延时时间为t1； 2）电磁接触器（MCC）的关断时间产生的移动距离。延时时间为t2； 3）电磁接触器关断后，动态刹车过程产生的距离。 通常，t1 + t 2 = 0.05秒。
三、空载扭矩
空载扭矩指不进行切削时电机所承受的扭矩，主要包括机械摩擦以及重力轴中重力的作用 力矩，通常空载的扭矩应该不超过伺服电机堵转扭矩的30%。 在无配重重力轴电机的使用中，空载扭矩最高可至伺服电机堵转扭矩的70%。
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影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 四、扭矩的均方根值
¾ 扭矩的均方根值在一个加工周期内应该小于电机的堵转扭矩的90% Trms ≤ 堵转扭矩× 90%
1. 2. 3. 4. 5. 6.
负载惯量比； 加减速特性（短时加工因素）； 连续负载扭矩； 电机速度； 扭矩的均方根值； 动态刹车距离。
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影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 一、负载惯量比
负载惯量比是指进给轴的负载惯量与进给轴电机惯量的比值。该值反映了电 机对于负载的控制能力。该值越小，电机的控制力越强。要确保伺服电机能够有效的 工作，需要为机床选择具有恰当惯量的电机。而其选择的技术指标称为负载惯量比 （负载惯量 / 电机惯量）。推荐选取范围：负载惯量/电机惯量 = 3~5,用于模具加 工或有频繁加减速要求的机床要求小于300%，用于零件加工的机床最大可至500%。
注：刹车系数A与B可以查询说明书65262EN以及65302EN。
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伺服电机选定所必须的项目 伺服电机选定所必须的次旋转移动量(I)、移动方向(判断是水平轴还是重力轴) z 工件转动惯量(Jw)＝移动物重量×（一次旋转移动量／２π）2 • 移动物重量1000kg、一次旋转移动量12mm(=0.012m)、Jw=0.0365kgm2 z 重力轴负载(Tw)＝移动物重量×（一次旋转移动量／２π）×9.8÷机械效率 • 移動物重量1000kg、一次旋转移动量12mm(=0.012m)、機械効率0.8、Tw=23.4Nm z 水平轴摩擦负载(Tf)＝移动物重量×（一次旋转移动量／２π）×9.8×摩擦系数 • 移動物重量1000kg、一次旋转移动量12mm(=0.012m)、摩擦系数0.1、Tf=1.87Nm 二．丝杠（③直径(D)、④长度(L)、⑤螺距(p)） z 丝杠转动惯量(Jb) ＝765×（丝杆直径）4×长度×(一次旋转移动量／螺距)2 • 螺纹直径40mm、长度1m 765×(0.04)4×1=0.00196kgm2
Trms
T ⋅ t 1 + T2 ⋅ t 2 + T3 ⋅ t 3 + T4 ⋅ t 4 + T5 ⋅ t 5 + T6 ⋅ t 6 + T7 ⋅ t 7 + T8 ⋅ t 8 = 1 t0
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影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 五、电机速度
在实际机械运转中，电机的旋转速度不可以超过电机旋转的最大速度。
• 螺纹直径100mm、长度3m 765×(0.1)4×3=0.230kgm2 相同的螺纹一次旋转移动量10mm、螺距20mm 765×(0.1)4×3×(10/20)2=0.0574kgm2 三． ⑥快速进给速度(V) z 电机旋转速度(N)＝快速进给速度V÷一次旋转移动量 • 快速进给速度36m/分、一次旋转移动量12mm N=3000rpm
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小型加工中心的电机选定例(1/2) 小型加工中心的电机选定例(1/2)
2012-11-15
影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 一、选择电机时候的考虑因素
影响电机选择的因素为机床选择进给驱动电机时，需要考虑机械部分的传 动结构与电机的匹配、电机的运转速度、机床的加减速时间大小、电机的停 止距离等因素。 概括言之，即选择与机械相匹配的电机，主要包括以下因素：
2、齿轮齿条传动 一转移动量（I）=2π*R*减速比（R为分度圆半径） （注：分度圆直径=齿数*模数） 比如齿轮齿条传动时，齿轮分度圆的半径为10mm，减速比为1/2， 则: 一转移动量=2π*10*（1/2）=10π 3、涡轮蜗杆传动 一转移动量（I）=(R*减速比*P)/r (注：R为涡轮半径，r为蜗杆半径，P为蜗杆导程)
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影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 二、加减速特性（短时加工因素）
在机械加工中，除了需要保证推动负载加工的连续推力之外，还必须要考 虑短时的加工因素，即：电机在加减速过程中的输出特性。在加减速过程 中，会达到机械需要的最大推力。因此，在选择电机时，需要考虑电机的最 大扭矩与机械加减速过程中所需要的最大扭矩是否匹配。电机的最大扭矩直 接影响加减速时间常数的设定。
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一转移动量的计算 一转移动量的计算
一转移动量为电机旋转一圈机床的移动距离 1、丝杆传动 一转移动量（I）=丝杆螺距*减速比 比如10mm螺距，减速比为1：2，则一转移动量=10*（1/2）=5mm P*n=F （其中P为螺距，n为转速，单位为rpm/min；F为进给速度，单位为 mm/min）
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影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 六、动态刹车距离
刹车距离 = Vm × (t 1 + t 2) + (J M + J L ) × (A × N 0 + B× N 0 3 ) × L [mm/deg]
Vm ：快速移动速度， mm / sec 或者[deg / sec] J M ：电机惯量 [kg ⋅ m 2 ] J L ：负载惯量 [kg ⋅ m 2 ] N 0：电机快速移动速度 [min −1 ] L：电机一转的移动距离 [ mm ]或者[deg ]（ N 0 / 60 × L = Vm ） A ： 计算动态刹车距离的刹 车系数 A B： 计算动态刹车距离的刹 车系数 B
六、动态刹车距离
动态刹车距离是指当意外事故发生时，需要机床停止时的刹车距离。动态刹车的 方法是将电机动力线的两端进行短接（系统放大器内完成，不需要进行额外的连线）。 动态刹车的过程分为三个过程： 1）放大器接收时间延迟产生的移动距离。延时时间为t1； 2）电磁接触器（MCC）的关断时间产生的移动距离。延时时间为t2； 3）电磁接触器关断后，动态刹车过程产生的距离。 通常，t1 + t 2 = 0.05秒。
三、空载扭矩
空载扭矩指不进行切削时电机所承受的扭矩，主要包括机械摩擦以及重力轴中重力的作用 力矩，通常空载的扭矩应该不超过伺服电机堵转扭矩的30%。 在无配重重力轴电机的使用中，空载扭矩最高可至伺服电机堵转扭矩的70%。
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影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 四、扭矩的均方根值
¾ 扭矩的均方根值在一个加工周期内应该小于电机的堵转扭矩的90% Trms ≤ 堵转扭矩× 90%
1. 2. 3. 4. 5. 6.
负载惯量比； 加减速特性（短时加工因素）； 连续负载扭矩； 电机速度； 扭矩的均方根值； 动态刹车距离。
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影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 一、负载惯量比
负载惯量比是指进给轴的负载惯量与进给轴电机惯量的比值。该值反映了电 机对于负载的控制能力。该值越小，电机的控制力越强。要确保伺服电机能够有效的 工作，需要为机床选择具有恰当惯量的电机。而其选择的技术指标称为负载惯量比 （负载惯量 / 电机惯量）。推荐选取范围：负载惯量/电机惯量 = 3~5,用于模具加 工或有频繁加减速要求的机床要求小于300%，用于零件加工的机床最大可至500%。
注：刹车系数A与B可以查询说明书65262EN以及65302EN。
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伺服电机选定所必须的项目 伺服电机选定所必须的次旋转移动量(I)、移动方向(判断是水平轴还是重力轴) z 工件转动惯量(Jw)＝移动物重量×（一次旋转移动量／２π）2 • 移动物重量1000kg、一次旋转移动量12mm(=0.012m)、Jw=0.0365kgm2 z 重力轴负载(Tw)＝移动物重量×（一次旋转移动量／２π）×9.8÷机械效率 • 移動物重量1000kg、一次旋转移动量12mm(=0.012m)、機械効率0.8、Tw=23.4Nm z 水平轴摩擦负载(Tf)＝移动物重量×（一次旋转移动量／２π）×9.8×摩擦系数 • 移動物重量1000kg、一次旋转移动量12mm(=0.012m)、摩擦系数0.1、Tf=1.87Nm 二．丝杠（③直径(D)、④长度(L)、⑤螺距(p)） z 丝杠转动惯量(Jb) ＝765×（丝杆直径）4×长度×(一次旋转移动量／螺距)2 • 螺纹直径40mm、长度1m 765×(0.04)4×1=0.00196kgm2
Trms
T ⋅ t 1 + T2 ⋅ t 2 + T3 ⋅ t 3 + T4 ⋅ t 4 + T5 ⋅ t 5 + T6 ⋅ t 6 + T7 ⋅ t 7 + T8 ⋅ t 8 = 1 t0
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影响选择伺服电机的因素 影响选择伺服电机的因素 五、电机速度
在实际机械运转中，电机的旋转速度不可以超过电机旋转的最大速度。
• 螺纹直径100mm、长度3m 765×(0.1)4×3=0.230kgm2 相同的螺纹一次旋转移动量10mm、螺距20mm 765×(0.1)4×3×(10/20)2=0.0574kgm2 三． ⑥快速进给速度(V) z 电机旋转速度(N)＝快速进给速度V÷一次旋转移动量 • 快速进给速度36m/分、一次旋转移动量12mm N=3000rpm
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小型加工中心的电机选定例(1/2) 小型加工中心的电机选定例(1/2)