【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計與Z軸的設(shè)計相類似。主要表現(xiàn)在啟動力矩方面。所以我們在這里只對Z軸方向的驅(qū)動電動機進(jìn)行選擇與設(shè)計，而X軸與Y軸方向的驅(qū)動電動機直接抄襲Z軸方向的驅(qū)動電動機的型號即可，而B軸、C軸的電動機的設(shè)計我們則直接給出結(jié)果。主要的設(shè)計計算參數(shù)的確定旋轉(zhuǎn)角度系數(shù)的確定：我們選用的是STK32054R型號的滾珠絲杠，與之配合的螺母型號是STK3205FKP3型，所以我們查得其基本動載荷率。在第2章我們進(jìn)行的各部分質(zhì)量估算之中，我們可知Z軸方向的載荷。由于，所以我們查《太敬》樣本，取旋轉(zhuǎn)角度系數(shù)。理論傳動效率的計算：（1）滾珠絲杠的螺旋升角的計算：其中：滾珠絲杠的導(dǎo)程，我們在之前已經(jīng)對其值進(jìn)行選擇過，我們?nèi)∑渲禐?。滾珠絲杠的公稱直徑，我們在之前已經(jīng)對其值進(jìn)行選擇過。故我們算得：（2）摩擦角的計算：（3）計算理論傳動效率計算：實際傳動效率的計算：由于我們的滾珠絲杠是豎直安裝，所以我們的實際傳動效率和理論傳動效率有很大的差別，故我們應(yīng)該進(jìn)行計算實際傳動效率：驅(qū)動力矩的確定其中：滾珠絲杠沿軸向所受的載荷，即Z軸方向的包帶頭的總重量。滾珠絲杠的導(dǎo)程，5。滾珠絲杠的實際傳動效率。故我們算得：初選電動機的型號根據(jù)我們計算的驅(qū)動力矩，我們可知。而且，Z軸方向的負(fù)載在突然斷電是要馬上自鎖，所以要求電動機本身帶有斷電負(fù)載保護(hù)的作用。所以我們參考廈門《精研》電動機樣本，我們選取電動機的型號為100YB200GY38型伺服電動機。該型號的交流伺服電機是電磁制動電機，其特點是：斷電后立即制動保持負(fù)載；內(nèi)轉(zhuǎn)失電電磁制動器，斷電后立即產(chǎn)生制動力保持負(fù)載；可實現(xiàn)復(fù)雜的瞬時的正、反轉(zhuǎn)，每分鐘可以停止6次；制動速度快等。我們從《精研》的樣本上摘取該型號電動機的技術(shù)參數(shù)如下表： 100YB200GY38型伺服電動機的技術(shù)參數(shù)表輸出功率200額定轉(zhuǎn)速電壓/頻率380啟動轉(zhuǎn)矩電流額定轉(zhuǎn)矩。故我們選用的電動機滿足要求。圖31為電動機示意圖 圖31 電動機示意圖 減速箱的選擇根據(jù)Z軸方向的移動速度，我們算得滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速要求是100，而電動機的額定轉(zhuǎn)速為1300。我們必須選擇減速箱與電動機配合使用。于是我們根據(jù)轉(zhuǎn)速的要求，在《精研》。而且在運行頻率為50時，額定輸出轉(zhuǎn)速為120。由于額定輸出轉(zhuǎn)速和額定扭矩均比絲杠要求的大，所以減速箱的選擇合理。圖32為電機，減速箱與主軸連接示意圖. 圖32 連接示意圖 電動機的校核電動機的扭矩校核：由于有減速箱的作用，所以電動機的輸出轉(zhuǎn)矩大于即可。我們查得的100YB200GY38型伺服電動機的技術(shù)參數(shù)表。所以我們選擇的電動機的扭矩符合要求。輸出功率的校核：由于我們選擇的扭矩合理，輸出功率肯定滿足要求，故不必進(jìn)行校核。 其他四軸的驅(qū)動電動機的選擇和減速箱的選擇我們選擇的電動機的方法與Z軸方向的電動機選擇方法相同，故我們不再進(jìn)行計算直接選取型號。其他五軸的電動機型號：100YS200GY38（X軸、Y軸、B軸）；90YS90GY38（C軸）。減速箱型號：100GF30RT（X軸）；100GF60RT（Y軸）。 實現(xiàn)包帶頭旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動電動機的選型與設(shè)計該部分的電動機我們已經(jīng)在進(jìn)行包帶頭帶傳動的設(shè)計中完成了選擇，以下是選擇過程：我們已經(jīng)在本章第1節(jié)中的第8部分已經(jīng)對包帶環(huán)的質(zhì)量進(jìn)行了精確估算，大約為67，重力為670。再加上小帶輪上的傳動鏈加在包帶環(huán)上的正壓力。我們估算正壓力=1000。而且包帶環(huán)的中存在的摩擦是銅與鋼之間的油潤滑摩擦。故我們?nèi)∮蜐櫥幕瑒幽Σ料禂?shù)。故啟動時所需的沿著包帶環(huán)圓周切線方向的推力為：受力示意圖如下：圖33 包帶環(huán)的受力簡圖則有：在包帶機的結(jié)構(gòu)裝配圖（1圖）中，我們量取，包帶環(huán)的直徑約為。所以我們計算包帶環(huán)啟動時的啟動力矩：其中：啟動時所需的沿著包帶環(huán)圓周切線方向的推力，80。包帶環(huán)的半徑。故我們算得：由于，我們估算鏈傳動的傳動比大約等于4，而我們設(shè)計的帶傳動的傳動比為1，所以整個傳動鏈的傳動比大約為4，我們推算電動機的啟動轉(zhuǎn)矩。所以我們選用的是常州寶馬公司的110STM4010型伺服電動機。其技術(shù)參數(shù)如下表：表32 110STM4010型伺服電動機的技術(shù)參數(shù)表額定功率額定電流額定轉(zhuǎn)矩4Nm最大電流最大轉(zhuǎn)矩12 Nm轉(zhuǎn)子慣量cm3額定轉(zhuǎn)速1000r/min電機重量最大轉(zhuǎn)速2000 r/min編碼器線數(shù)2500P/rev根據(jù)表中數(shù)據(jù)該伺服電動機瞬間最大轉(zhuǎn)矩為12 Nm Nm,所以滿足啟動要求。 圖34 包帶頭示意圖 本章小結(jié)驅(qū)動電機的選擇是對包帶機進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計中必不可少的一部分，也是比較重要的部分。選擇合理、適合的電機，不僅能為包帶機精確、快速、穩(wěn)定的工作提供了必要的前提條件，同時，也避免了不必要的消耗和浪費。本章就是通過對包帶機進(jìn)行細(xì)致的分析之后，選擇了與各軸工作時相配合的不同型號的電機。而且在通過選擇之后，進(jìn)行了全面、正確的校核，確保了所選電動機的準(zhǔn)確性。 第四章 電氣系統(tǒng)的設(shè)計 變頻器的介紹通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。在現(xiàn)代機床生產(chǎn)中，一般采用多電機拖動，主軸和各進(jìn)給系統(tǒng)分別由各自的電機來拖動。由于機床加工范圍較廣，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求機床執(zhí)行部件具有不同的運動速度，因此機床的主運動應(yīng)能進(jìn)行調(diào)速，主軸調(diào)速系統(tǒng)一般采用交流主軸系統(tǒng)，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的主軸的交流拖動，同樣能夠很好滿足需要。主驅(qū)動電機通過皮帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過皮帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。由于變頻器的高性價比，所以變頻器在車床上使用非常普遍。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC），我們把實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻器”（inverter）。 變頻器也可用于家電產(chǎn)品。使用變頻器的家電產(chǎn)品中不僅有電機（例如空調(diào)等），還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調(diào)節(jié)電源供電的頻率。汽車上使用的由電池（直流電）產(chǎn)生交流電的設(shè)備也以“inverter”的名稱進(jìn)行出售。變頻器的工作原理被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。例如計算機電源的供電，在該項應(yīng)用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動及電源的瞬間斷電。通常，變頻器安裝在控制柜中。我們要了解一臺變頻器的發(fā)熱量大概是多少，可以用以下公式估算： 發(fā)熱量的近似值＝ 變頻器容量（KW）55 [W]在這里, 如果變頻器容量是以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為準(zhǔn)的(過流能力150% * 60s) 如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器, 并且也在柜子里面, 這時發(fā)熱量會更大一些。 電抗器安裝在變頻器側(cè)面或測上方比較好。這時可以用估算: 變頻器容量（KW）60 [W]因為各變頻器廠家的硬件都差不多, 所以上式可以針對各品牌的產(chǎn)品. 注意： 如果有制動電阻的話，因為制動電阻的散熱量很大， 因此最好安裝位置最好和變頻器隔離開， 如裝在柜子上面或旁邊等。那么, 怎樣采能降低控制柜內(nèi)的發(fā)熱量呢? 當(dāng)變頻器安裝在控制機柜中時，要考慮變頻器發(fā)熱值的問題。根據(jù)機柜內(nèi)產(chǎn)生熱量值的增加，要適當(dāng)?shù)卦黾訖C柜的尺寸。因此，要使控制機柜的尺寸盡量減小，就必須要使機柜中產(chǎn)生的熱量值盡可能地減少。如果在變頻器安裝時，把變頻器的散熱器部分放到控制機柜的外面，將會使變頻器有70％的發(fā)熱量釋放到控制機柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量，所以對大容量變頻器更加有效。還可以用隔離板把本體和散熱器隔開, 使散熱器的散熱不影響到變頻器本體。這樣效果也很好。變頻器散熱設(shè)計中都是以垂直安裝為基礎(chǔ)的，橫著放散熱會變差的! 關(guān)于冷卻風(fēng)扇一般功率稍微大一點的變頻器， 都帶有冷卻風(fēng)扇。同時，也建議在控制柜上出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇。進(jìn)風(fēng)口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進(jìn)入控制柜。 注意控制柜和變頻器上的風(fēng)扇都是要的，不能誰替代誰。另外，散熱問題還要注意以下兩個問題：（1）在海拔高于1000m的地方，因為空氣密度降低，因此應(yīng)加大柜子的冷卻風(fēng)量以改善冷卻效果。理論上變頻器也應(yīng)考慮降容，1000m每5%。但由于實際上因為設(shè)計上變頻器的負(fù)載能力和散熱能力一般比實際使用的要大， 所以也要看具體應(yīng)用。 比方說在1500m的地方，但是周期性負(fù)載，如電梯，就不必要降容。  （2）開關(guān)頻率：變頻器的發(fā)熱主要來自于IGBT，IGBT的發(fā)熱有集中在開和關(guān)的瞬間。 因此開關(guān)頻率高時自然變頻器的發(fā)熱量就變大了。有的廠家宣稱降低開關(guān)頻率可以擴容， 就是這個道理。 矢量控制 （1） 轉(zhuǎn)矩提升：此功能增加變頻器的輸出電壓，以使電機的輸出轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比的關(guān)系增加，從而改善電機的輸出轉(zhuǎn)矩。改善電機低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù),使用矢量控制，可以使電機在低速,如(無速度傳感器時)1Hz（對4極電機，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150％）。對于常規(guī)的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導(dǎo)致由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做轉(zhuǎn)矩提升（*1）。轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對應(yīng)的提高。 因為電機電流包含電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵磁分量）。矢量控制把電機的電流值進(jìn)行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數(shù)值。矢量控制可以通過對電機端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。 變頻器的制動 制動的概念:指電能從電機側(cè)流到變頻器側(cè)（或供電電源側(cè)）,. 動能(由速度和重量確定其大?。╇S著物體的運動而累積。當(dāng)動能減為零時，該事物就處在停止?fàn)顟B(tài)。機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。對于變頻器，如果輸出頻率降低，電機轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低。這時會產(chǎn)生制動過程. 由制動產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類負(fù)載,在下降時, 能量(勢能)也要返回到變頻器(或電源)側(cè),再生制動，而該方法可應(yīng)用于變頻器制動。在減速期間，產(chǎn)生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)的方法叫做功率返回再生方法。在實際中，這種應(yīng)用需要能量回饋單元選件。 關(guān)于提高制動能力 為了用散熱來消耗再生功率，需要在變頻器側(cè)安裝制動電阻。為了改善制動能力，不能制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速. (T=Te,P=Pe) 變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)期望靠增加變頻器的容量來解決問題。請選用制動電阻、制動單元或功率再生變換器等選件來改善變頻器的制動容量轉(zhuǎn)矩的確定。我們經(jīng)常聽到下面的說法：電機在工頻電源供電時（*1）時，電機的起動和加速沖擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。如果用大的電壓和頻率起動電機，例如使用工頻電網(wǎng)直接供電，就會產(chǎn)生一個大的起動沖擊（大的起動電流 (*2) ）。而當(dāng)使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要小于工頻電網(wǎng)供電的轉(zhuǎn)矩值。所以變頻器驅(qū)動的電機起動電流要小些。通常，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p些減小的實際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊中會給出說明。通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)變頻器調(diào)速到大于60Hz頻率時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩將降低。通常的電機是按50Hz(60Hz)電壓設(shè)計矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機以大于60Hz頻率速度運行時，電機負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機在100Hz時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速(P=Ue*Ie)。 變頻器的選擇在目前數(shù)控車床中，主軸控制裝置通常是采用交流變頻器來控制交流主軸電動機。為滿足數(shù)控車床對主軸驅(qū)動的要求，必須有以下性能: （1）寬調(diào)速范圍，且速度穩(wěn)定性能要高。 （2）在斷續(xù)負(fù)載下，電機的轉(zhuǎn)速波動要小。 （3）加減速時間短。 （4）過載能力強。 （5）噪聲低、震動小、壽命長。 另外，還要了解數(shù)控車床主軸變頻的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運行模式，我們在書上能得到主軸變頻控制的基本原理， 由異步電機理論可知，主軸電機的轉(zhuǎn)速公式為: n=（60f/p）（1s） （41）其中p—電動機的極對數(shù)，s—轉(zhuǎn)差率，f—供電電源的頻率，n—電動機的轉(zhuǎn)速。從上式可看出，電機轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，而對于變頻器而言，其頻率的調(diào)節(jié)范圍是很寬的，可在0～400hz（甚至更高頻率）之間任意調(diào)節(jié)，因此主軸電機轉(zhuǎn)速即可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 當(dāng)然，轉(zhuǎn)速提高后，還應(yīng)考慮到對其軸承及繞組的影響，防止電機過分磨損及過熱，一般可以通過設(shè)定最高頻率來進(jìn)行限定。變頻器與數(shù)控裝置的聯(lián)系通常包括： （1）數(shù)控裝置到變頻器的正反轉(zhuǎn)信號。 （2）數(shù)控裝置到變頻器的速度或頻率信號。 （3）變頻器到數(shù)控裝置的故障等狀態(tài)信號。因此所有關(guān)于對變頻器的操作和反饋均可在數(shù)控面板進(jìn)行編程和顯示。 綜上所訴，我們選擇型號為7200MA的變頻器，其主要