1、在伺服系統(tǒng)選型時,除考慮電機的扭矩和額定速度等因素外,我們還需要先計算得知機械系統(tǒng)換算到電機軸的慣量,再根據(jù)機械的實際動作要求及加工件質(zhì)量要求來具體選擇具有合適慣量大小的電機;
2、在調(diào)試時(手動模式下),正確設(shè)定慣量比參數(shù)是充分發(fā)揮機械及伺服系統(tǒng)效能的前題,此點在要求高速高精度的系統(tǒng)上表現(xiàn)由為突出(臺達伺服慣量比參數(shù)為1-37,JL/JM)。這樣,就有了慣量匹配的問題。
那到底什么是“慣量匹配”呢?
1、根據(jù)牛頓第二定律:“進給系統(tǒng)所需力矩T=系統(tǒng)傳動慣量J×角加速度θ
角加速度θ影響系統(tǒng)的動態(tài)特性,θ越小,則由控制器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時間越長,系統(tǒng)反應(yīng)越慢。如果θ變化,則系統(tǒng)反應(yīng)將忽快忽慢,影響加工精度。由于馬達選定后大輸出T值不變,如果希望θ的變化小,則J應(yīng)該盡量小。
2、進給軸的總慣量“J=伺服電機的旋轉(zhuǎn)慣性動量JM+電機軸換算的負載慣性動量JL
負載慣量JL由(以工具機為例)工作臺及上面裝的夾具和工件、螺桿、聯(lián)軸器等直線和旋轉(zhuǎn)運動件的慣量折合到馬達軸上的慣量組成。JM為伺服電機轉(zhuǎn)子慣量,伺服電機選定后,此值就為定值,而JL則隨工件等負載改變而變化。如果希望J變化率小些,則使JL所占比例小些。這就是通俗意義上的“慣量匹配”。
知道了什么是慣量匹配,那慣量匹配具體有什么影響又如何確定呢?
影響:
傳動慣量對伺服系統(tǒng)的精度,穩(wěn)定性,動態(tài)響應(yīng)都有影響,慣量大,系統(tǒng)的機械常數(shù)大,響應(yīng)慢,會使系統(tǒng)的固有頻率下降,容易產(chǎn)生諧振,因而限制了伺服帶寬,影響了伺服精度和響應(yīng)速度,慣量的適當增大只有在改善低速爬行時有利,因此,機械設(shè)計時在不影響系統(tǒng)剛度的條件下,應(yīng)盡量減小慣量。
確定:
衡量機械系統(tǒng)的動態(tài)特性時,慣量越小,系統(tǒng)的動態(tài)特性反應(yīng)越好;慣量越大,馬達的負載也就越大,越難控制,但機械系統(tǒng)的慣量需和馬達慣量相匹配才行。不同的機構(gòu),對慣量匹配原則有不同的選擇,且有不同的作用表現(xiàn)。例如,CNC中心機通過伺服電機作高速切削時,當負載慣量增加時,會發(fā)生:
(1)控制指令改變時,馬達需花費較多時間才能達到新指令的速度要求;
(2)當機臺沿二軸執(zhí)行弧式曲線快速切削時,會發(fā)生較大誤差:
①一般伺服電機通常狀況下,當JL≦JM,則上面的問題不會發(fā)生
②當JL=3×JM,則馬達的可控性會些微降低,但對平常的金屬切削不會有影響。(高速曲線切削一般建議JL≦JM)
③當JL≧3×JM,馬達的可控性會明顯下降,在高速曲線切削時表現(xiàn)突出
不同的機構(gòu)動作及加工質(zhì)量要求對JL與JM大小關(guān)系有不同的要求,慣性匹配的確定需要根據(jù)機械的工藝特點及加工質(zhì)量要求來確定。
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