Расчёт сервопривода ШВП для станков.

[СВ]

 Пришлось заняться кругло и плоскошлифовальными станками. Возникли вопросы. В том числе следующие.
В качестве привода для вертикального и горизонтального перемещения шлифбабки используются шариковинтовые передачи (ШВП) и сервоприводы. При расчётах, как своих, так и по программе*, "прилагаемой" к сервоприводам, получаются заниженные мощности - в сравнении как с асинхронными двигателями, стоявшими ранее на этих станках, так и в сравнении с сервоприводами, установленными на станки при модернизации. Схема расчёта довольно простая: определяем силы по параметрам винта (шаг), трансмиссии (перед-е число, кпд), массе и силам сопротивления  (трение качения или скольжения) при горизонтальном или вертикальном перемещении шлифбабки, получаем потребный момент двигателя, который по этому моменту и выбираем. Вполне возможно, что не учитываю что-то ещё, также возможны какие-то коэффициенты запаса по мощности (но не думаю, что больше 2-х). Есть предположение, что каким-то образом этот коэффициент запаса мощности связан с режимом работы двигателя, а он исключительно стоп-стартовый (правда, не всегда): примерно 0,5...1,5 сек - работа, 2...5 сек - пауза для плоскошлифовальных и 2...10 сек - для круглошлифовальных. Также имеется особенность при вертикальной рабочей подаче: при ней двигатель опускает массу, что облегчает его работу, а потому расчётным режимом будет другой - подъём бабки вверх на максимальной скорости.
Для горизонтальной подачи мах нагрузка получается, соответственно, также при перемещении на максимальной скорости. Или же выбор связан с другим требованием - получить какое-то минимальное время подачи (0,5...1,5 сек?) ?
Пример: механизм вертикальной подачи бабки станка 3Л722..., винт - шаг 5 мм, редуктор червячный u=37,  СЕРВОПРИВОД DELTA ELECTRONICS ASDA...1000Вт; замеры: ток при движении вверх (на мах скорости 0,3м/мин) - 0,7А, вниз (на мах скорости 0,3м/мин) - 0,3А. Расчётная мощность (по замеренному току) - 0,7Ах220В=156 Вт; расчётный двигатель (расчёт по программе) - 200Вт. (Кстати, как правильно считать мощность, если имеем замер тока?)
Если кто что знает, прошу поделиться.
(Буду на форуме скорее не раньше 8-го января, потому на доп.вопросы сразу не отвечу).
-  -  -  -  -  -  -
* - программа включает также время разгона/торможения, моменты инерции вращающихся масс и кое что другое.

[Kirilius83]

Считать надо не мощность, а момент.
При этом учитывать кривую момента - у асинхронников она совсем другая, нежели чем у синхронников. А если это вобще простой асинхронник - то там максимальный момент вовсе не при пуске, а уже у раскрученного двигателя. Узел же надо стронуть с места....
При модернизации двигателя обычно просто подбирают по моменту старых двигателей - считать не надо, и гарантии больше, ибо так работало. Но родные двигателя могли быть взяты с запасом, или для унификации. Болгарские постоянники - их вообще всего пара типоразмеров, и на крупных станках они везде одинаковые, на 48 Нм, других просто не было))))

Усилие страгивания: следует еще учитывать прилипание узла к направляющим, и перетянутые клинья/планки, а бабка еще и перекашивается в направляющих. И к силе трения добывить трение от силы резания - она ведь направляющие нагружает.
А так же момент трения в гайке ШВП и подшипниках винта - они там вовсе не маленькие, пара Нм запросто наберется (для ШВП 80х10 - около 3 Нм только для гайки), там ведь с преднатягом все. А то еще и уплотнения посчитать - но это если уже совсем точно,  а так - запас перекроет.
Усилие разгона - там моменты часто больше чем при резании, особенно если узел 85 тонн весит и бегает быстро...

Незабыть про гамму  - соотношение моментов инерции электродвигателя и приведенного (через квадрат передаточного) к валу двигателя момента инерции остальных масс. Он же кажется коэфф инерции.
Иначе может возникнуть ситуация, когда мотор по моменту вроде утягивает, но на практике, пока рукой не подтолкнешь - не едет. А толкнул - поехало....

ЗЫ погуглите "практика приводной техники" и "тошиба, руководство по выбору инвентора" - там были примеры расчета приводов и формулы.


И это, что за проги-то - сам кучу времени потратил что бы хоть как-то разобратся в расчетах.... так до конца еще и не разобрался, считать не дают(((

[СВ]

 Спасибо!
Информация изрядно полезная.
К сожалению, в связи с прожитыми годами практически всё это знаю. Не достаёт знаний особенностей сервопривода, там, где происходит микронная подача. Как раз то самое залипание, о котором Вы говорите. Т.е. какой запас момента* дать "на залипание" и прочие тонкости микронной подачи.
. . . . . . .
* - знаю, к примеру, что у серводвигателя соотношение моментов номинальный/максимальный =1/3
-  -  -  -  -  -  -
Про "проги": вроде бы с сайта http://www.delta-electronics.info/ASDAA2 скачал програмку для расчёта сервоприводов (думаю, она пойдёт и вообще для приводов), в которой заданы типовые схемы, подходящие для многих механизмов. Называется ASDA_MSizing_V1.02.04. Наверное, Вы её имели в виду?

[Kirilius83]

Как раз то самое залипание, о котором Вы говорите. Т.е. какой запас момента* дать "на залипание" и прочие тонкости микронной подачи.

По свердловской методике - 0,25*f*S, где f - коэф трения, S - площадь направляющих, см^2. результат в кг.

Так же еще полистайте Решетов Д.Н.(ред.) Детали и механизмы металлорежущих станков (1972)(663с) , 2 тома - много чего интересного написано...

* - знаю, к примеру, что у серводвигателя соотношение моментов номинальный/максимальный =1/3

Зависит от конкретного двигателя и привода (блока управления). Я копался в каталогах Сименса, там это для для некоторых серий синхронников 1/3, а у некоторых - 1/4. И зависит это от допустимых токов, сколько обмотки выдержать могут. И соответвенно как долго - у Сименса расписано по режимам нагрузки. Но рекомендуемый блок - часто допускает меньшие токи! Т.е. номинальные токи двигателя такие же, как на приводе, но максимальные - разные. И у двигателей запас обычно больше - что вполне логично, в блоке защита точнее, он же током управляет.
При этом в разных каталогах по годам встречается разная разная инфа, надо смотреть все и сравнивать, что бы понять что к чему...

Я имел ввиду что с ручными расчетами разбирался. Проги как раз интересны для сравнения, как там считается. Спасибо, гляну!


Чтоже касается особенностей пивода - то у меня создалось впечатление что это понимают единицы, большинство - просто админы, тупо настраивают бортовую сеть станка)))
Микроная подача - тут по моему уже не момент движка роль играет, а жесткость привода подачи - движок-то довернет сколько надо (но там тоже нюансы есть, по поводу обратной связи и датчика), а вот то же ШВП - полюбому с деформируется, закрутится на некоторый угол....

В общем давайте придумаем конкретные вопросы и будем обсуждать 

[СВ]

...
В общем давайте придумаем конкретные вопросы и будем обсуждать

В личной переписке, не засоряя форум?

[Kirilius83]

А почему засорять? Информация вполне себе важная, многим может быть интересна...

Для начала, назначение станка. Станок плоскошлифовальный.
Перемещение бабки - оно тут только установочное или фасонное шлифование тоже нужно? Продольное перемещение стола там какое, гидравликой или есть возможность точного позиционирования?
Винт подьема - ШВП или трапеция? раньше обычный асинхронник стоял (чисто на быстрый ход) или нет?

[FuG4s]

Мне очень интересно,но я ,к сожалению,не владею темой(((

[obesov]

 

А почему засорять? Информация вполне себе важная, многим может быть интересна...

Именно! 
Уважаемый Сергей Васильевич!
Ну что Вы всё "на пальцах": схемку бы кинематическую выложили. Глядишь - и дело бы повеселее пошло! 

[СВ]

 Well!
Подробности, скорее всего, на след. неделе.

[Kirilius83]

Да, по поводу микронных подачь - хоть и считается то двигатель может выдавать момент прямо от 0 оборотов и вращатся сколь угодно медленно, но есть еще такое понятие - минимальное задание. Т.е. какой минимальный угол поворота ротора система управления в состоянии задать. Но это - к электрикам)))
Поидее актуально если двигатель непосредственно вращает винт, если же через передачу - то вроде как там запас есть. Но если станок шлифововальный и прецензионный - то стоит посчитать...

[СВ]

 С этим нет проблем - всё работает уже давно. Вопрос стоит по выбору двигателя: как уже говорил, сейчас стоят двигатели с изрядным завышением по мощности/моменту.  К примеру: стоит двигатель 1 квт, ном.ток 3,2 А, а замеренный ток при максимальной скорости (и мах нагрузке - подъём вверх) - 0,7 А, т.е. 4,5-кратный запас. Да плюс (точнее - умножить) 3-х кратный запас по максимальному току. Вот и нужно определиться с методикой выбора двигателя.
Рабочая же подача идёт в так называемом режиме разрешения, т.е. бабка под своим весом движется вниз и двигатель "разрешает" ей перемещаться (микронная подача).
Есть и другие варианты, их и рассмотрим далее: горизонтальные перемещения стола и бабки.

[Kirilius83]

А вы уверены, что ток точно характеризует выдаваемый момент? Мне говорили, что это у постоянников так, а у синхронников все сложнее, просто токовыми клещами не замеришь. Но то про Сименс было. Насколько я понял написанное в каталоге сименса, регулируется не только по току - но и по напряжению... Хотя постояная тока и напражения указаны, но как с ними работать - не знаю толком 

Методика выбора двигателя проста - считается несколько характерных нагрузок на разных режимах, по ним подбирается)))
А вот методика расчета характерных нагрузок - тут-то собака и зарылась...
И первое, с чего начать - это что вообще делает привод узла, какие движения и как двигает... Ведь одно дело - передвинуть бабку на новую позицию, а другое - резать и совсем третье - резать по кривой, т.е. когда тербуется интерполяция осей...

[Sabahs]

Пусковой ток, случайно не мерили, он должен быть больше и Ваш 4,5-кратный запас, превратится в нулевой.

[СВ]

А вы уверены, что ток точно характеризует выдаваемый момент? Мне говорили, что это у постоянников так, а у синхронников все сложнее, просто токовыми клещами не замеришь...

Пусковой ток...

Мерил электронщик, с помощью системы управления, не клещами. Совет учту, плохо, что станок уже ушёл, не повторить измерение.
Серводвигатели характеризуются как раз постоянным моментом во ВСЁМ диапазоне оборотов, вплоть до сверх"ползучих" (это и прочее - с чужих слов, разумеется), так что, думаю, пропорциональность тока и момента должна быть. Разве что ток будет "идти" не от ноля при росте момента от ноля (моё предположение).

...
Методика выбора двигателя проста - считается несколько  характерных нагрузок...
А вот методика расчета характерных нагрузок - тут-то собака и зарылась...
И первое, с чего начать - это что вообще делает привод узла, какие движения и как двигает... Ведь одно дело - передвинуть бабку на новую позицию, а другое - резать и совсем третье - резать по кривой, т.е. когда тербуется интерполяция осей...

Всё понятно, в станкостроении всё-же где-то с 1985 года. Был большой перерыв, как раз и сервоприводы развились, а я, получается, отстал от них.
По расчёту нагрузок - здесь как раз не сложно. Как ранее упоминал, имеем два основных режима: 1 - ускоренное перемещение на мах скорости, при этом наибольшая нагрузка, естественно, при движении вверх (нагрузка, понятно, это вес узла + сопротивление движению в направляющих + "сопротивление" винта и редуктора); 2 - микронная подача "на разрешение" вниз (при реверсе стола), нагрузка  - по моменту - в несколько раз меньше, но требуется обеспечить САМОЕ ГЛАВНОЕ - гарантированное точное перемещение, а потому недопустимо "залипание" и прочее. Есть ещё "промежуточный" режим - установочное перемещение от электронного штурвала (лимба).
В старые времена мощность не жалели, а сейчас "лишний" киловатт серводвигателя - несколько не лишних десятков тысяч, вот и нужна повышенная точность расчёта привода. В принципе несколько станков дадут необходимую статистику, но это - только несколько месяцев.
К примеру, сейчас в работе привод вертикальной подачи, на котором можно "руками" замерить момент сопротивления на том валу, который вращает серводвигатель. Направляющие подоржавели, но замеренный момент при движении вверх всё же оказался рядом с расчётным. И что в итоге: получился двигатель в 1 квт, но и раньше стоял постоянник в 1 квт, только он ещё имел дополнительно редуктор ускоренного перемещения с u=6 (т.е. момент получается в 6 раз больше) и редуктор подачи с u=6*60=360 !

[Kirilius83]

Момент там примерно постоянный, но по факту ни разу не горизонтальная прямая. Я тоже так думал наслушавшись старых зубров, пока сам графики смотреть не стал - а в графиках что у наших постоянников на 48..50Нм момент плавно падает до определенной точки, потом падает резко, что у сименса, думаю что и у других. Но крутость этой кривой разная и в зависимости от движка, и в зависимости от блока управления.

Если я правильно понял, то токи дают момент, а вот обороты дает напряжение. И выходит, при постоянных оборотах и постоянном напражении момент будет пропорционален току, но если обороты сменились, то и пропорция ток/момент тоже? Т.е. на разных оборотах эта пропорция может быть разной? Попробуйте взять постоянную момента и допустимые токи двигателя, посчитать макс момент и сравнить его с паспортным - у меня так руки и не дошли разобратся с этим, как оно считается и что там получается.
И влияет ли напряжение на момент, или только на обороты? А ток на обороты влияет, или только на момент?

С ползучими скоростями мы один раз накололись, с большой (14 метровой) каруселью. В паспорте указаны подачи в мм/об, а движки-то выдают подачу в мм/мин. И при минимальных оборотах планшайбы минимальная подача в мм/об вроде нормальная, но если пересчитать на мм/мин, учеть большое передаточное отношение в приводе подачи, то на движке обороты ну вообще почти нулевые выходят. И электрики на данных движках посто не смогли дать такое маленькое задание, повернуть движок на такой маленький угол за еденицу времени (в чем они там считают, милисекундах?). Хотя если поставить на планшайбе обороты, соответствующие чистовому очению (где и нужна минимальная подача), то в мм/об подача будет той же, а в мм/мин она заметно возрастет, и проблем с подачей нету))))
Но там опять же, были одни движка, электрики сказали, что был бы сименс - там бы проблемы небыло. Возможно дело в особенностях обратной связи - как ЧПУ видит угол, на который реально довернулся движок после получения задания.

Кроме мощности, сравните во первых, моменты - мощность-то такая же, но какой момент и при каких оборотах был? Там может на ускоренном ходу большие обороты были, и момент при них уже падал значительно (постояник же, с оборотами момент падает, хоть и не резко). А микронная подача - без редукции слишком медленные обороты на двигателе, там может еще тахогенератор стоит, который при совсем малых оборотах просто ток еще не выдает, и ситема не видит вращение двигателя. Или еще чего...
А мощность вообще - это актуально только для главного привода, не дял подач.

Еще момент - соотношение момента инерции ротора и приведенного момента инерции узла. Если этой инерции в 10 раз больше, то несмотря на то, что момента хватает, движок может и не сдвинуть. Это как если на вал двигателя повесить очень большой шкив - ведь для проворота вала вроде как не требуется большой момент, и раскручивать шкив можно медленно (без большихх ускорений его массы), но движок может его с места и не сдвинуть))) Пока пальчиком не толкнешь - были прецеденты, по слухам народ нарывался..
Но если между двигателем и узлом есть хоть небольший (даже упругий) люфт - то картина сразу другая: сначало довернется вал двигателя, и уже потом, получив начальную скорость, двигатель переместит узел. В этом случае можно просто повесить маховик на вал двигателя и движку будет легче стронуть узел: он сначало махвик стронет, а потом уже его инерцией и узел...
Теоретически, с точки зрения момент/мощности, можно поставить малюсенький движок, но с большой редукцией - обороты на движке будут большими (мелкие и по 10 000..20 000 крутят), скорости хватит, и редукция момент на выходе обеспечит. Но вот сможет ли этот движок сдвинуть узел? Это вопрос...

[СВ]

 По серводвигателю (всё, о чём меня просвятили):
регулирование скорости типа частотного (по внешнему "поведению" двигателя), фактически же - широтно-импульсное;
момент постоянный во ВСЁМ диапазоне, включая и микромизерные обороты;
двигатель может "стоять" под нагрузкой (этот режим схож с работой электромагнита), если же требуется удерживать рабочий орган и после отключения, то двигатель может комплектоваться тормозом (работа которого будет схожа с крановыми тормозами);
в двигатель встроен датчик, позволяющий определять положение узла; подходит в первую очередь для безлюфтового привода (пример: серводвигатель и швп).
По замерам. Оказывается, замерялся ток на входе в блок управления. Напряжение (на входе) постоянно - 220В. Перемножив ток на напряжение и на кпд преобразователя и серводвигателя, получим механическую мощность двигателя.

[Falcon555]

А вы не думали применить линейный привод? Современный станки уже делают на линейных приводах.

[СВ]

 У нас не изготовление, а ремонт или ремонт с модернизацией. В данном случае - второе.

[Kirilius83]

Для начала, какой тип серводвигателя? Они же разные есть, раньше шаговые были, сейчас есть синхронные, асинхроные. Характеристики тоже разные...
http://iadt.siemens.ru/assets/files/infocenter/Documetations/Automation_systems/SINUMERIK/6.02_1FK7_0103_free.pdf
Стр 37 - вот с чем столкнулся я к примеру. Если ставить двигатель на ШВП напрямую - то обороты до 1000, и момент практически постоянные, можно пренебречь. Но если я ставлю редуктор 1:4, то обороты уже 4000, то момент уже заметно падает. При этом движок-то нянуть будет, но и грется - больше, соответвенно ограничено время работы при таком моменте. И тут уже - либо ставить движок помощнее, либо прикидывать время работы с таким моментом и скоростью, будет перегреватся или нет.
С нашими постоянниками 47МОВ (да и 5МТ тоже), аналогично. http://www.chipmaker.ru/files/go/fa25384a4f32486552952ae71aaa582d/ - не знаю, даст скачать или нет.

А как ток на входе скажет о моменте на двигателе? Он же потом преобразуется преобразователем, а как - никто толком не знает... Мощность - да, но по ней можно лишь примерно прикинуть порядок момента, но не точное его значение.

Еще нюанс -  если двигатель оборудован нужным датчиком, то блок видит, на какой угол повернулся вал двигателя, т.е. есть обратная связь.  А если нет - то блок этого может и не видеть, а видеть только перемещение узла (где датчик стоит), а на какой угол повернулся двигатель он не знает, знает только какое задание он дал и как должен был повернутся вал. Тут тоже нюансы есть.

[СВ]

 Повторяю:
http://www.delta-electronics.info/ASDAA2

...
А как ток на входе скажет о моменте на двигателе? Он же потом преобразуется преобразователем, а как - никто толком не знает... Мощность - да, но по ней можно лишь примерно прикинуть порядок момента, но не точное его значение.
...

Просто. Ток никуда не девается, он идёт в "дело" и на потери, других вариантов нет. Если в преобразователь пришло 3Ах220В=660Вт, то из него выйдет  660хкпдПР (кстати, кпд преобразователя очень высокий, всё-таки современная микропроцессорная техника). И "зайдёт" в двигатель, который выдаст 660хкпдДВ механической энергии.

...
Еще нюанс -  если двигатель оборудован нужным датчиком, то блок видит, на какой угол повернулся вал двигателя, т.е. есть обратная связь.  А если нет - то блок этого может и не видеть, а видеть только перемещение узла (где датчик стоит), а на какой угол повернулся двигатель он не знает, знает только какое задание он дал и как должен был повернутся вал. Тут тоже нюансы есть.

С датчиком или без - здесь абсолютно нет проблем. Всё давно отработано - либо внешний датчик, либо внутренний серводвигателя, всё работает тики-так.