數控火焰切割機的步進驅動電機的轉速可以用頻率來控制,選擇功率步進電機時,應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率,使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量,使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。步進電機的運行頻率跟轉速成正比,可以通過計算公式,計算出步進電機的轉速。步進電機轉速=頻率*60/200*x其中:步進電機的轉速可以用頻率來控制,步進電機的運行頻率跟轉速成正比,可以通過計算公式,計算出步進電機的轉速。
選擇步進電機需要進行以下計算:
(1)計算齒輪的減速比
根據所要求脈沖當量,齒輪減速比i計算如下:
i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1)
式中φ ---步進電機的步距角(o/脈沖)
S ---絲桿螺距(mm)
Δ---(mm/脈沖)
(2)計算工作臺,絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量Jt。
Jt=J1+(1/i2)[(J2+Js)+W/g(S/2π)2] (1-2)
式中Jt ---折算至電機軸上的慣量(Kg.cm.s2)
J1、J2 ---齒輪慣量(Kg.cm.s2)
Js ----絲桿慣量(Kg.cm.s2) W---工作臺重量(N)
S ---絲桿螺距(cm)
(3)計算電機輸出的總力矩M
M=Ma+Mf+Mt (1-3)
Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 (1-4)
式中Ma ---電機啟動加速力矩(N.m)
Jm、Jt---電機自身慣量與負載慣量(Kg.cm.s2)
n---電機所需達到的轉速(r/min)
T---電機升速時間(s)
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-5)
Mf---導軌摩擦折算至電機的轉矩(N.m)
u---摩擦系數
η---傳遞效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-6)
Mt---切削力折算至電機力矩(N.m)
Pt---最大切削力(N)
(4)負載起動頻率估算。數控系統(tǒng)控制電機的啟動頻率與負載轉矩和慣量有很大關系,其估算公式為
fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml)÷(1+Jt/Jm)] 1/2 (1-7)
式中fq---帶載起動頻率(Hz)
fq0---空載起動頻率
Ml---起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩(N.m)
若負載參數無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進行估算.
(5)運行的最高頻率與升速時間的計算。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降,因此在最高頻率 時,由矩頻特性的輸出力矩應能驅動負載,并留有足夠的余量。
(6)負載力矩和最大靜力矩Mmax。負載力矩可按式(1-5)和式(1-6)計算,電機在最大進給速度時,由矩頻特性決定的電機輸出力矩要大于Mf與Mt之和,并留有余量。一般來說,Mf與Mt之和應小于(0.2 ~0.4)Mmax.
步進電機和交流伺服電機是運動控制系統(tǒng)中最常用的兩種執(zhí)行電動機。在電機選型過程中,必須首先計算出負載通過機械傳動系統(tǒng)對電機軸的折算扭矩(T折),下面就幾中常見的機械傳動方式介紹折算扭矩(T折)的計算過程。
a. 重物提升
T折= (m×g×D) /(2×i) [N.m]
b. 絲杠螺母傳動
T折= 1/I((F×t)/(2×π ×η)+Tb) [N.m] F=F0+μmg [N]
c. 同步帶或齒輪齒條傳動
T折=(F×D)/( 2×i ×η) [N.m] F=F0+μmg [N]