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范文一：三菱伺服电机选型
三菱伺服电机选型 三菱伺服电机选型
赵刚罗文苑
(广船国际重机事业部)
摘要:在伺服电机容量选择软件发布之前,选择伺服电机时需要大量计算,
而且要细心核对每一个数据,花费了大量时间.如今三菱公司提供了专门针
对其伺服产品的计算软件,我们只需根据要求在软件中选择和填写必要的数
据,计算过程完全由计算机来完成,使伺服产品的选型工作效率得到了大幅
的提高,可靠性增强.
关键词:伺服电机MR-J2S伺服系统电机容量选择 1引言
现代机电行业中经常会碰到一些精度
要求很高或很复杂的运动,这对电机的动
力荷载及精度有很大影响.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.
伺服电机的选择是根据负载来定的,
而电机轴上的负载主要有两种:负载扭矩
和负载惯量,负载扭矩应小于所选电机的
额定扭矩,负载/电机惯性矩低于伺服电机
惯性矩的规定倍数.
盲目地选择大规格的电机,不仅增加成
本,也会使得结构体积增大,结构不紧
凑.因此选择电机时应充分考虑各方面的
要求,以便充分发挥伺服电机的工作性
能.
2伺服电机容量选择软件介绍
三菱公司提供了针对其伺服产品推出的伺 服电机容量选择软件MRZJW3一MOTSZ11E. 下面就针对三菱伺服电机容量选择软件 MRZJW3一MOTSZ11E的使用进行介绍,图1为 软件打开的初始界面.
广船科技2012年第1F(总第115期)
图1MRZJW3一MOTSZ11E软件界面
每一种伺服电机的安装方式选择都对应 软件右上角的图片,可以直观的理解安装 方式.图中注释的各个部分说明如下:
(1)电机安装形式,软件中提供了多种安
装方式,包括水平丝杠(BallscrwHrz),垂
直丝杠(BallscrwVert),齿条齿轮(Rackand Pinion),辊式馈送(Rollfeed),回转台(Rotary table),台车(Cart),升降机(Elevator),传送
带(Conveyor)以及其它(直接惯量输人) fGeneric)设备.根据具体的应用情形,可以 有针对的选择合适安装方式.
(2)控制模式分为位置控制模式
(Pos.ctr1.mode)和速度控制模(Spa.ctr1.mode).
(3)可选择的放大器型号主要有MR—J3一 A,MR—J2S—A/B/CP,MR—J2M等.放大器 型号选择界面如图2.
35
二
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图2放大器型号选择界面
(4)可选择的电机系列主要有HC—KFS(dx 功率,低惯量),HC—MFS(小功率超低惯
量),HC—SFS(中功率,中惯量)等.伺
服电机型号系列选择界面如图3.
图3伺服电机型号系列选择
(5)运动参数设置
运动参数设置界面如图4:
图4运动参数设置界面
需要设置的主要参数,进给量(Feed), 移动时间(Pos.Time),进给速度(Feed Rate),加速时间(Acce1.Time),减速时间
(Dece1.Time),停止时间Pause.time).添加参 数时注意的问题:如果给定了进给量,加
速,减速和停止时间,要将移动时间空下, 36
任了'E|刎I异口'J修刨I:1l口J,日疋述三日 速度时要考虑是否有减速器.
(6)负载参数设置
工作台重量Massoftable1 负载重量Massofload)
施加在运动部分轴向的力(Thrustload1 导轨预紧力(Guidetighteningforce1
减速比(Reductiongearratio1 减速箱惯量(Reductiongearinertia1
联轴器惯量(Couplinginertia1
其它负载惯量(Inertiaoftheothers1 滚珠丝杆导程(Leadofballscrew) 滚珠丝杆直径(Diameterofballscrew) 滚珠丝杆长度(Lengthofballscrew1 驱动效率(Driveefficiency1 摩擦系数(Coefficientoffriction1 以上参数在参数输入框中输入.
(7)安装减速器选择,联轴器+减速器形
式(coupling[y】+Ext.Red.Gear[y】);联轴
器形式(Coupling[yl+Ext.Red.Gear[n]1;减速
器形式(c0upling[nJ+Ext.Red.Gear[y])
3实际选型应用
下面针对生产线中某工位的定位伺服电
机选择步骤进行说明:
图5冲切定位的装配示意图
如上图5为伺服电机应用于冲切定位的
装配示意图,其中丝杆长1850mm,轴径为
25mm,螺距为5mm.
选择步骤:
(1)选择伺服电机的安装形式:水平丝
杠(BallscrwHrz);
(2)选择安装减速器形式:联轴器形式
(Coupling[y]+Ext.Red.Gear[n]); (3)控制模式选择:本定位控制属于位置
控制模式(Pos.ctr1.mode)
(4)放大器型号选择:MR—J2S—A/B/CP系
赵刚罗文苑:三菱伺服电机选型
列的伺服放大器
(5)伺服电机型号系列选择
由于三菱伺服电机有多种系列,这里可
以根据电机惯量的大小加以区分,因为生产
线中对定位的精度要求比较高,同时负载惯
量较小,所以我们选择小惯量HC—KFS系列
的伺服电机作为被选对象.
电机的容量相同,但是其额定转速也可
能并不相同,额定转速低的转矩比较大,而
且定位时间短.考虑到定位时转矩不要求很
大,同时并没有快速定位的要求,所以我们
选取电机的转速为3000r/min.
(6)负载参数设置
工作台重量Massoftable)WT=10kg; 负载重量Massofload)WL=0kg; 施加在运动部分轴向的力(Thrustload) Fc=3OON;
导轨预紧力(Guidetighteningforce) FG=ON;
减速~L(Reductiongearratio)1/n=1; 速箱惯量(Reductiongearinertia)JG=0; 联轴器惯量(Couplinginertia) JC=0.12kg—cm2;
其它负载惯量(Inertiaoftheothers)JO=0; 滚珠丝杆导程(Leadofballscrew) PB=5mm;
滚珠丝杆直径(Diameterofballscrew) DB=25mm;
滚珠丝杆长度(Lengthofballscrew) LB=1850mm;
驱动效率(Driveefficiency)eta=0.9;
摩擦系数(Coefficientoffriction)ran=0.05;
(7)运动参数设置
进给量(Feed)1700mm; 进给速度(FeedRate)50mm/s; 加速时间(Acce1.Time)2s; 减速时间(Dece1.Time)2s; 停止时间(Pause.time)1S; 移动时间(Pos.Time)由以上数据计算 得出.
(8)以上设置完成后点击计算按钮翻, 可以在结果显示区域看到选择的电机及放大 器的相关参数,包括电机型号,放大器型 广船科技2012年第1期(总第115期) 号,负载惯量,峰值扭矩,有效转矩,再生 功率,如果计算出的电机不在三菱给定的范 围之内,在错误显示区会给出提示.如图 6所示为最终的计算结果.
电机型号(Motor)为HC—KFS23【200W】; 伺服放大器(Amplifier)的型号为
MR,J2S一20A/B/CPRegenerationneedless;
负载惯量(LoadInertia)为5.717kg—em2; 峰值扭矩(PeakTorque)0.289N—m; 有效转矩(RMSTorque)0.267N—m; 图6软件计算结果显示
点击按钮蕊蕊翮隘显示力矩曲线如图7. 图7力矩曲线显示画面
点击按钮显示每个数据的计算过程. 4结论
使用三菱伺服电机容量选择软件
MRZJW3一MOTSZ11E可以快速的选出符合要 求的伺服设备,我们根据该软件所选出的伺 服系统大量应用于设备中,效果良好.
参考文献
[11三菱公司,《三菱电机伺服交流系统》 [2]三菱公司,《三菱通用交流伺服驱动器MR—J2S手册》 (收稿日期:2011—8—1)
37
范文二：伺服电机选型计算
伺服电机选型计算：
（1）计算齿轮的减速比
根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下: i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ －－-步进电机的步距角（o/脉冲）
S －－-丝杆螺距（mm)
Δ－－-(mm/脉冲）
（2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。 Jt=J1+（1/i2)【(J2+Js）+W/g（S/2π)2】 （1-2） 式中Jt －－-折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2) J1、J2 －－-齿轮惯量(Kg.cm.s2)
Js －－－－丝杆惯量(Kg.cm.s2) W－－-工作台重量（N） S －－-丝杆螺距（cm）
（3）计算电机输出的总力矩M
M=Ma+Mf+Mt （1-3）
Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 （1-4）
式中Ma －－-电机启动加速力矩（N.m)
Jm、Jt－－-电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2) n－－-电机所需达到的转速（r/min）
T－－-电机升速时间（s）
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-5）
Mf－－-导轨摩擦折算至电机的转矩（N.m) u－－-摩擦系数
η－－-传递效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-6）
Mt－－-切削力折算至电机力矩（N.m)
Pt－－-最大切削力（N）
（4）负载起动频率估算。
数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系，其估算公式为
fq=fq0【(1-(Mf+Mt))/Ml）?(1+Jt/Jm)】 1/2 （1-7）
式中fq－－-带载起动频率（Hz）
fq0－－-空载起动频率
Ml－－-起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩（N.m)
若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算.
（5）运行的最高频率与升速时间的计算。
由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降，因此在最高频率时，由矩频特性的输出力矩
应能驱动负载，并留有足够的余量。
（6）负载力矩和最大静力矩Mmax。
负载力矩可按式（1-5）和式（1-6）计算，电机在最大进给速度时，由矩频特性决定的电
机输出力矩要大于Mf与Mt之和，并留有余量。一般来说，Mf与Mt之和应小于（0.2 ～0.4)Mmax.
步进电机和交流伺服电机是运动控制系统中最常用的两种执行电动机。在电机选型过程中，
必须首先计算出负载通过机械传动系统对电机轴的折算扭矩（T折），下面就几中常见的机械传动方式介绍折算扭矩（T折）的计算过程。
范文三：FANUC伺服电机选型计算
1 引言
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。设计时进给伺服电机的选择原则是:首先根据转矩,速度特性曲线检查负载转矩，加减速转矩是否满足要求，然后对负载惯量进行校合，对要求频繁起动、制动h的电机还应对其转矩均方根进行校合，这样
选择出来的电机才能既满足要求，又可避免由于电机选择偏大而引起的问题。
本文主要叙述了针对VMC 750立式加工中心的功能要求和规格参数，对各轴的伺服电动机进行计算选择，确定FANUC伺服电动机的型号和规格大小，并给出数据表。同时在论文中简述了各数据的计算公式以及数据计算例子。让读者能够直观的了解VMC750的伺服电机的数据信息，并知道如何根据一台加工中心的功能要求和规格参数进行数据计算，来选择合适的伺服电机。
1
2.选择电动机时的必要计算
在伺服电机选型计算当中其主要数据包括:负载/ 电机惯量比，加减速力矩， 切削负载转矩，连续过载时间等几方面的内容，本节内容便为大家简述了以上重要数据的计算方式。
2(1 负载/ 电机惯量比
正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提，此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，伺服系统参数的调整跟惯量比有很大的关系，若负载电机惯量比过大，伺服参数调整越趋边缘化，也越难调整，振动抑制能力也越差，所以控制易变得不稳定;在没有自适应调整的情况下，伺服系统的默认参数在1~3 倍负载电机惯量比下，系统会达到最佳工作状态，这样，就有了负载电机惯量比的问题，也就是我们一般所说的惯量匹配，如果电机惯量和负载惯量不匹配，就会出现电机惯量和负载惯量之间动量传递时发生较大的冲击;下面分析惯量匹配问题。
TM - TL = ( JM + JL ) α (1)
式中，TM———电机所产生的转矩;
TL———负载转矩;
JM———电机转子的转动惯量;
JL———负载的总转动惯量;
α ———角加速度。
2(2 加减速力矩
伺服电机除连续运转区域外，还有短时间内的运转特性如电机加减速，用最大转矩表示;即使容量相同，最大转矩也会因各电机而有所不同。最大转矩影响驱动电机的加减速时间常数[7]，使用公式(3)，估算线性加减速时间常数ta，根据该公式确定所需的电机最大转矩，选定电机容量。
ta = ( JL + JM ) n95.5×(0.8Tmax - TL )(3)
式中，n ———电机设定速度，r/min;
JL———电机轴换算负载惯量，kg?cm2;
JM———电机惯量，kg?cm2;
2
Tmax———电机最大转矩，N?m;
TL———电机轴换算负载(摩擦、非平衡)转矩，N?m。
2(3 切削负载转矩
在正常工作状态下，切削负载转矩 不超过电机额定转矩 的80%。连续特性(连续实效负载转矩)对要求频繁起动、制动的数控机床，为避免电机过热，必须检查它在一个周期内电机转矩的均方根值，并使它小于电机连续额定转矩，其具体计算可参考其它文献。在选择的过程中依次计算此五要素来确定电机型号，如果其中一个条件不满足则应采取适当的措施，如变更电机系列或提高电机容量等
2(4 连续过载时间
连续过载时间应限制在电机规定时问之内。但是，
Tc若小于了Tms则勿需对此项进行检验。
T? T， lamMon
式中T——连续过载时间，min Lam
T ——电机规定过载时问，min MON
3
3 VMC 750立式加工中心伺服电机的选择
选择电机时的计算条件 叙述VMC750立式加工中心伺服轴(见图3-1-1)的电机选择步骤。
图3-1-1 水平运动伺服轴
例:工作台和工件的 W :运动部件(工作台及工件)的重量(kgf)=600kgf
机械规格 μ :滚动导轨摩擦系数:0.01
π :驱动系统的效率:0.95
fg :夹具固定力:50kgf
Fc :由切削力产生的推进阻力:500kgf
Fcf :由切削力矩产生的工作台对滑动表面的压力:
25kgf
Z1/Z2:齿轮减速比:1:1
例:进给丝杠的(滚珠 Db :轴径=32 mm
丝杠)的规格 Lb :长度:900mm，单支承
P :螺距:12mm
例:电机轴的运行规格 快进速度:X、Y轴:30m/min;Z轴:24m/min
加速时间:0.1s
4
3.1惯量匹配计算
为使伺服进给系统的进给执行部件具有快速相应能力，必须选用加速能力大的电动机，亦即能够快速响应的电机(如采用大惯量伺服电机)，但又不能盲目追求大惯量，否则由于不能从分发挥其加速能力，会不经济的。因此必须使电机惯量与进给负载惯量有个合理的匹配。
通常在电机惯量与负载惯量(折算至电动机轴)或总惯量之间，JJJMLr推荐下列匹配关系:
1JL ,,14JM
或
JM 0.5,,0.8
Jr
或
JL 0.2,,0.5
Jr
3.1.1回转的惯量:
,,24,JL回转体:(kg.) Dm32，g
, ----回转体材料的密度
-----回转体直径 D
L-----回转体长度
g-----重力加速度
有台阶的回转体，按每段计算后相加
,,44J,(，，......) DLDL1112g32
5
3.1.2 直线运动物体的惯量
2
L,,W,J ,,g2,,,
W-------直线运动物体的重力
L------电机转一圈时物体移动的距离，如电机与丝杠直联， L,丝杠导程hsp
推倒过程:根据能量守恒定律
1122() ，,mmvJ,WTT，W22丝杠转一圈时:
22
2,h,,11sp(，), ,,mmJWTW，T222,t,,,t
于是得:
2
,,hsp,(，) ,,JmmW，TWT,,2,,,齿轮传动惯量转换:
1122, JnJn112222
2, JiJ12负载折算到电机轴上的转动惯量:
2,(，，，) JiJJJJextGCspT，WG
-----丝杠上联轴器的转动惯量 JC
-----丝杠转动惯量 Jsp
-----工作台和工件折算到丝杠上的转动惯量 JW，T
------齿轮减速机构的转动惯量 JG
-------齿轮减速器传动比 iG
6
电机轴上的驱动系统总惯量:
,，JJJgenLM
3.2 加减速力矩
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。
3.2.1 直线加/减速
图 3-2-1 直线加/减速时间与速度，速度与转矩关系图
。-kstaTa = (Vm/60) × 2π×( 1/ta )×Jm×(1-e)+
。-ksta+( Vm/60 ) × 2π×(1/ta) ×JL×(1-e)?η
。-ksta Vr = Vm×{1-(1/Ta?ks ) (1 - e)}
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)
JL :负载的惯量(kgf.cm.s2) Vr :加速力矩开始下降的
7
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)，
JL=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)
图3-2-2 速度与转矩示意图
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(如图3-2-2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.s2)，重新计算加速力矩
8
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。
3.2.2 不控制加/减速时
图3-2-3 不控制加/减速时时间与速度，速度与转矩示意图
公式为:
Ta = ×2π× ×(Jm+JL)
Ta =1/ks
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) 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
9
速是可能的(条件2)
3.2.3 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。
图3-2-4 速度-时间和转矩-时间周期图
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)
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:
10
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。
= 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)
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。
图3-2-5 工作周期转矩图
3.2.4 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)
11
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(ton)。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?3.2 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。
12
计算最大切削力矩的
周期负荷百分比
图3-2-6 最大切削力矩周期负荷图 用?3.2所述的方法计算一个切削周期内力矩的均方根值，指定 间 t 和 t，以使均方根值不要超过静止额定力矩 Tc 与热效率α onoff
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= (Tom/T )×100% 例如:
假设 Tmc=4.0 Nm;Tm=0.9 Nm
即，非切削时间与切削时间的百分比为 1.6，或更大一 周期负荷的百分比为:
( T/T )×100 = 38.5% onoff
所以，α3/3000 电机满足上述选择条件 1—5。
13
3.2.5 定位加速时的最大转距计算
定位加速时最大转距M:
2,nmM,(，)，JJMLML60ta
nm----快速移动时的电机转速
,3/ttKsaa-----加速减速时间，按，取150~200ms
1,1,1,,20KsssKss---系统的开环增益，通常8~25，加工中心一般取左右;
JM---电机惯量，可从样本查得;
JL----负载惯量
ML---负载转距
Mmax若是M小于伺服电机的最大转距，则电机能以所取的时间常数进行加速和
减速。
4 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
?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。
14
?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。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4-1-1。
15
图4-1-1 时间/ON时间示意图
?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。
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。
FANUC 的CNC快速运动时为线性加/减速。
图4-1-2 快速移动时加/减速时间示意图
16
?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。
图4-1-3 切削进给时的加/减速示意图
?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。
图4-1-4 动态制动的停止距离示意图
Vm :快速移动速率，mm/min 或deg/min
l :由于接收器的延时 t1造成的移动距离 1
l :由于磁接触器的断开延时 t2 组成的移动距离 2
l :磁接触器动作后动制动造成的移动距离 3
(t1+t2)通常大约为 0.05 秒
17
移动距离(mm或 deg)=
3
= (Vm/60)×(t1+t2)+(Jm+J1)×(Ano+Bno )×L
2 Jm :电机的惯量(kg.cm.s )
2 J :负载惯量(kg.cm.s)
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”。
计算动态制动停止距离的系数数据表
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A与B参数数据表
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
19
选择伺服电机的数据表
机床 类别 型号
NC，主轴电机 NC:FANUC(VMC750 ) 主轴电机 KW
轴 X No YZ
项目
轴移动方向(水平,垂直) 水平 1 水平 垂直
运动部件的重量(包括工件等) kgf 600220 51
平衡锤的重量 kgf
工作台支撑(滑动,滚动,静压)
进给丝杠直径
节距
轴长
总变速比 1:1 1:1 1:1
2电机轴一转机床移动量 mm
NC的最小移动单位 mm
快速运动速度 m/min 30 3020
切削速度 mm/min
2 惯量 kgf.cm.sec
负载力矩 不切削最低速度时 kgf.cm
快速运动时 kgf.cm
切削力 kg
最大切削力矩 kgf.cm
最重切削负荷比/ON时间 %/min
20
快速定位的频率 次数/min 3 分离型位置编码器
机床进给系统的刚性 kgf.cm/rad
反向间隙 mm 4 电机型号
反馈型式
快速运动转数 rpm 5 快速运动时的加/减速时间 msec 0.1s 0.1s 0.1s
切削进给时的加/减速时间 msec 备注
版本 日期 名称
1
2
3
总结:FANUC VMC750伺服电机如下
X轴:β12/3000 is
Y轴:β12/3000` is
Z轴:β22B/2000 is
21
结论
本文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;二是，电机任意时刻的标准扭矩,电机，最大
小于电机额定扭矩M。 额定
工作机械频繁启动，制动时所需转矩，当工作机械作频繁启动，制动时，必须检查电机是否过热，为此需计算在一个周期内电机转矩的均方根值，并且应使此均方根值小于电机的连续转矩。负载周期性变化的转矩计算，也需要计算出一
22
个周期中的转矩均方根值，且该值小于额定转矩。这样电机才不会过热，正常工作。
为了保证轮廓切削形状精度和低的表面加工粗糙度，要求数控机床具有良好的快速响应特性。随着控制信号的变化，电机应在较短的时间内完成必须的动作。负载惯量与电机的响应和快速移动ACC/DEC时间息息相关。带大惯量负载时，当速度指令变化时，电机需较长的时间才能到达这一速度，当二轴同步插补进行圆弧高速切削时大惯量的负载产生的误差会比小惯量的大一些。因此，加在电机轴上的负载惯量的大小，将直接影响电机的灵敏度以及整个伺服系统的精度。
设计时进给伺服电机的选择原则是:首先根据转矩,速度特性曲线检查负载转矩，加减速转矩是否满足要求，然后对负载惯量进行校合，对要求频繁起动、制动的电机还应对其转矩均方根进行校合，这样选择出来的电机才能既满足要求，又可避免由于电机选择偏大而引起的问题。
致谢
毕业论文暂告收尾，这也意味着我在大学学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在汤彩萍，苌晓兵，刘建功等老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这三年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。
论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的。伺服电机选型是一直探讨的热门话题，在指导老师汤彩萍老师的谆谆诱导、同学的出谋划策及公司老板，同事的支持鼓励，是我坚持完成论文的动力源泉。在此，我特别要感谢我的导师汤彩萍老师。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，她都费尽心血。没有导师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。
通过这一阶段的努力，我的毕业论文《FANUC伺服电机选型计算》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与汤彩萍老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。
23
参考文献
1 wingwcm.伺服电机[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/515079.htm， 2009- 06- 03/2009- 10- 02.
2 刘国钧，陈绍业，王凤翥(图书馆目录(第1版(北京:高等教育出版社，1957 3 FANUC 公司.FANUC 0i 数控系统参数说明书，北京:北京发那科机电有限公司。
北京机械工业出版社. 4 龚仲华.数控机床故障诊断与维修500例.
5 汤彩萍. 数控系统安装与调试。电子工业出版社.
常州机电职业技术学院
毕业设计(论文)指导记录
专业: 毕业届别: 姓 名 学 号 班级 指导教师
毕业设计(论文)题目
日期 指导内容 存在问题 教师、学生签字
24
常州机电职业技术学院
届学生毕业设计,论文,中期检查表 学生姓名 学 号 指导教师
课题名称
选题情况 难易程度偏难 适中 偏易
工作量 较大 合理 较小
有 无 任务书
符合规范化 开题报告 有 无 的要求
外文翻译质量 优 良 中 差 学习态度、 一般 差 好出勤情况
25
工作进度快 按计划进行 慢 中期工作汇
报及解答问优 良 中 差 题情况
中期成绩评定:
所在专业意见:
负责人:
年 月 日
26
常州机电职业技术学院
毕业设计(论文)指导教师评语表 学 生 姓 名 班 级 学 号 设计(论文)名称:
指导教师签字:
日 期:
27
常州机电职业技术学院
毕业设计(论文)评审意见表 学 生 姓 名 班 级 学 号 设计(论文)名称:
论文评议等级:
评审教师签字:
日 期:
28
常州机电职业技术学院
毕业设计(论文)答辩记录 姓 名 班 级 学 号 专业 毕业设计(论文)题目
答辩日期、时间
答辩组成员(签字):
答辩记录:
记录人(签字):
年 月 日
答辩组组长(签字):
年 月 日(系部盖章) 附注:
29
常州机电职业技术学院
毕业设计(论文)答辩决议书 学 生 姓 名 班 级 学 号
设计(论文)名称:
设计(论文)答辩意见
成绩评定:
答辩组长:
日 期:
30
常州机电职业技术学院
工程类专业毕业设计(论文)评分标准表 学 生 姓 名 班 级 学 号
设计(论文)名称:
指标 观测点 分值 得分
1(设计过程中分析问题、解决问题能力的表现 5分
2(设计方案的合理性、新颖性 5分 M1 3(设计过程中的独立性 5分
4(设计计算的准确性 5分 指导教师评分
5(设计工作量 5分 (35分)
6(设计过程的工作态度 5分
7(论文的规范程度 5分 小计 35分
1(设计方案、工艺条件论证 5分 M2 2(设计计算的准确性 5分
3(设计工作量 5分 评阅教师评分
4(设计合理、有创新 5分 (25分)
5(设计说明书的结构、文字表达及书写情况 5分 小计 25分
M3 1(个人对课题工作的总体介绍 10分
2(毕业设计的质量(图纸的准确性、数量、质量) 10分 答辩评分(40
3(答辩中回答问题的正确程度 20分 分)
小计 40分
合计
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毕业设计规范说明与培训 一、仔细阅读任务书(按其中给定的论文框架写作)
二、工作方法
1、 资讯(网络检索、图书馆数据库期刊文献)
2、 计划(技术需求分析、总体方案设计)
3、 决策(总体方案论证)
4、 实施(硬件、软件详细设计、调试)
5、 检查(专业达标、论文规范)
6、 评估(答辩)
三、论文编辑技巧
1、 AUTOCAD文件输出
2、 公式编辑器的使用
3、 WORD绘图(裁剪、缩放、版式等)、润色
四、论文(说明书)正文阐述的一般结构
1、 绪论中应说明定义(如果概念很简单，则可以省略)、课题研究的目的与意义、课题
设想或主要内容、研究方法等
2、 从硬件和软件两方面进行技术需求分析和总体实现方案(思路)认证
3、 硬件:一般包括电气连接图或机械结构
4、 软件:一般包括参数和梯形图
5、 相关故障分析
6、 回顾与展望
五、格式注意事项(补充)
1、 摘要、关键词中英文对照。
2、 参考文献不少于10篇，重点应检索期刊杂志论文。
3、 对于首次出现的英文缩写，必须注明全称。
、 先见文，后见图或表格。图号+图例 字号比正文字小一号 4
5、 内容全部放在一个文档中，文件要小，注意图片格式，整个文档不能超过2M。
6、论文说明书不需加页眉页脚。
六、答辩程序
1、学生陈述:学生向答辩小组报告自己设计的简要情况，时间约10分钟，报告内容包
括:课题的任务、目的与意义，所采用的原始资料或指导文献等，设计、论文的基本内
容与主要方法，成果、结论和对自己完成任务的评价。
2、答辩小组提出问题。
3、学生认真准备后回答问题。
4、答辩小组评分。
5、答辩小组写出评语
论文为具有创新性的文章，不是产品广告、不是教科
书，文中切忌使用“介绍”、“了解”等常识普及性词
句。可使用“阐述”、“论述”、“研究”等字眼～
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答辩小组可能提出的问题
1. 伺服电机选择的条件有哪些,
2. 对于垂直轴伺服电机的选择应考虑哪些因素, 3(FANUC公司有哪些型号的伺服电机,各有什么特点,分别应用在什么场合,
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请将下列文字翻成中文
Selecting a motor
When selecting an applicable motor, the load, rapid traverse feedrate, increment system, and other conditions must be considered. This section describes how to calculate the load and other conditions, showing an example of a table with a horizontal axis. Motors are subjected to two types of torque: constant load torque (including friction), and cutting power and acceleration/deceleration torque. Calculate the two loads accurately and select a motor that satisfies the following conditions:
Condition 1
When the machine is operating without any load, the torque is within about 70% of the continuous torque rating.
When the machine tool is stopped, the motor is generating torque in a balanced state with the friction-induced load. If acceleration/deceleration torque required for actual operation is added when this value is close to the rated torque, the rated torque may be exceeded as the average torque, and the motor is more likely to overheat.
This figure of “within 70% of the continuous torque rating” is for reference
only. Determine the appropriate torque based upon actual machine tool conditions.
Condition 2
Acceleration can be made with a desired time constant.
Generally, the load torque helps deceleration. If acceleration can be executed with a desired time constant, deceleration can be made with the same time constant. Calculate the acceleration torque and check that the torque required for acceleration is within the intermittent operating zone of the motor.
Condition 3
The frequency of positioning in rapid traverse is set to a desired value. The greater the frequency of positioning in rapid traverse, the greater the ratio of acceleration time to the entire operation time. This may overheat the motor. When the acceleration time constant is increased according to the rapid traverse federate and positioning frequency constant, the amount of produced heat decreases in inverse proportion to the acceleration time constant.
Condition 4
If the load condition varies during a single cycle, the root-mean-square value of the torques is smaller than or equal to the rated torque.
Condition 5
If time for which the table can be moved with the maximum cutting torque (percentage duty cycle and ON time) is within a desired range.
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选择一个电机
当选择适用电机、负荷、快速穿越刀具,增加系统,必须考虑和其他条件。这一节将描述如何计算负荷和其他条件,给一个例子,一个表,带有一个水平轴。马达受到两种类型的扭矩:恒负载转矩(包括摩擦),和切削力和加速/减速扭矩。准确计算两个心事,选择一个电机,满足下列条件:
第一种情况
当机器操作没有任何载荷、转矩在大约70%的连续扭矩评级。
当机床停了,电机扭矩产生一个平衡状态与friction-induced负荷。如果加速/减速扭矩所需的实际运行时加这个值接近额定转矩,额定扭矩可能超过平均力矩和电机更有可能过热。 这个数字的“70%以内的连续扭矩等级”只供参考。确定适当的扭矩基于实际机床条件。 第二种情况
加速度可制成具有所需的时间常数。
一般来说,负载转矩帮助减速。如果加速达到可执行时间常数、减速可以采用同样的时间常数。计算加速度扭矩和检查扭矩加速度在间歇操作区域的电机。
第三种情况
定位的频率快速穿越创建期望值。更大的频率定位快速穿越越大,加速时间的比例对整个手术时间。这可能过热电机。当加速时间常数增加根据联邦和定位的快速穿越频率不变,产生热的数量减少的反比例关系到加速时间常数。
第四种情况
如果在一场单一的荷载工况变化周期,均方根值的扭矩小于或等于额定转矩。 第五种情况
如果时间可以移动的桌子和最大切削扭矩(比例责任周期和时间)是一个希望的范围内
35
36
范文四：伺服电机选型计算
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
1310
驱动器选择画面
伺服电机的选定
特长
?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。
运行环境
?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）
获得方法
?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。
1311
伺服电机的选定
说明
参见项目
伺服电机选定的流程图
?决定所有由伺服电机的旋转带动的部分的尺寸、质量、摩擦系数及外力等。
——
1312
?决定控制对象部分的动作模式（时间与速度的?动作模式的计算公式关系）。
?将控制对象的动作模式换算为电机轴上的动作形式。
?对于所有由伺服电机的旋转带动的部分，为了?惯量的计算公式能够进行惯量的计算，要将机械系统按要素进行分解。
?对各要素进行惯量计算、计算换算到电机轴的全负载惯量。?摩擦转矩的计算?负载转矩的计算公式对于各要素，如有必要，可计算摩擦力、并换算为电机轴上的摩擦转矩。?外力转矩的计算
对于各要素，如有必要，可计算外力、并换算为电机轴上的外力转矩。
?计算换算到电机轴的全负载转矩。
?根据换算到电机轴的负载惯量、摩擦转矩、外力转矩及旋转数进行电机的初步选定。
——
?根据负载惯量及动作模式来计算加减速转矩。?加减速转矩的计算公式
?根据摩擦转矩、外力转矩及加减速转矩来计算?瞬时最大转矩、有效转矩的计动作模式的各区间的必要转矩。算公式
?确认每个动作区间的转矩最大值（瞬时最大转矩）在电机的瞬时最大转矩以下。
?根据动作区间的转矩计算有效转矩，并确认其在电机的额定转矩以下。
伺服电机的选定
说明
参见项目
?根据每个动作区间的转矩计算再生能量
?再生能量的计算请参见各商品的使用说明书。
?确认编码器的脉冲数是否满足系统要求规格?定位的精度的分辨率。
?确认计算结果和初步选定的电机的规格是否?下表相符。
与规格不相符时，变更临时选定的电机后，再次计算。
特性检查项目检查内容
负载惯量负载惯量≦电机的旋转惯量×适合的惯量比有效转矩
有效转矩﹤电机的额定转矩?请留有约20%的余量。*
瞬时最大转矩﹤电机的瞬时最大转矩?请留有约20%的余量。*
瞬时最大转矩
?电机的瞬时最大转矩，不是指电机单体的值，请使用与驱动器组合时的值。最大转数≦电机的额定转数
最大旋转数
?请尽量使之与电机的额定转数接近。这样电机的使用效率会提高。
?计算公式请参见「直线运动体的速度与电机的旋转数」。再生能量≦驱动器的再生吸收能
再生能量?再生能大的情况下，请连接再生吸收电阻，并提高驱动器的吸收能力。编码器的分辨率编码器的分辨率要满足系统的要求规格。
确认脉冲频率未超过定位器的最大响应频率及最大指令频定位器特性率。
使用环境
使用环境温度?湿度，使用环境大气及振动冲击等项，要满
足商品的规格要求。
＊在垂直负荷及外力转矩作用下，请保留约30％的余量。
1313
伺服电机的选定
计算公式
■动作模式的计算公式
1314
伺服电机的选定
1315
伺服电机的选定
■惯量的计算公式
1316
伺服电机的选定
1317
伺服电机的选定
■负载转矩的计算公式
1318
伺服电机的选定
■加减速转矩的计算公式
■瞬时最大转矩、有效转矩的计算公式
1319
伺服电机的选定
■定位的精度
■直线运动物体的速度与电机的旋转数
1320
伺服电机的选定
计算举例
①机械系统的决定
?负载质量M=5（kg）?滚珠丝杠节距P=10（mm）?滚珠丝杠直径D=20（mm）?滚珠丝杠质量MB=3（kg）?滚珠丝杠摩擦系数μ=0.1?因无减速器，所以G=1、η=1
P
MB?
