在伺服系统选型及调试中,常会碰到惯量问题
机械工程设备安装技术存在的问题及质量控制措施

机械工程设备安装技术存在的问题及质量控制措施摘要:机械工程设备的安装是一个涉及多种因素的复杂过程,其不稳定的安装质量、存在的安全隐患、选型和参数匹配不合理、施工进度过快等问题已经引起了人们的高度关注。
为应对这些问题,需要加强安装质量的控制和监管,提高施工人员的技术素质和安全意识,确保设备的正常安装和运行。
在此基础上,还需要做好设备的维护和保养,以预防和解决设备突发故障,从而提升机械工程设备的整体质量和安全性。
关键词:机械工程设备、安装质量、安全隐患、质量控制、维护保养一、机械工程设备安装技术存在的问题随着科技的发展和工业生产的不断进步,机械工程设备在现代化管理过程中扮演着重要的角色。
机械设备的安装是整个机械系统工作的第一步,是保证生产效率和产品质量的关键。
但在实际施工过程中,机械工程设备安装技术却暴露出了许多问题。
1. 安装过程中出现的隐患和质量问题机械工程设备安装过程中存在许多安全隐患和质量问题,例如:施工人员安全意识不强,操作不规范,不按照相关标准和规范进行安装;现场环境不整洁,施工过程中存在噪音、粉尘等污染物,容易导致施工人员身体不适甚至受伤;施工现场对设备的运输、拆卸、拼装、调试等工序缺乏有效的安全措施,安装质量不稳定,易出现设备失效或故障等问题。
在实际施工过程中,安全隐患和质量问题的出现往往是由多种因素引起的。
一方面,一些施工人员缺乏安全意识和规范操作技能,对机械设备的安装流程不熟悉,从而导致误操作和差错现象。
另一方面,一些施工现场的环境较为复杂,例如噪音、粉尘等污染物的存在,也加大了施工人员操作和安装设备的难度与风险。
2. 设备选型和参数匹配不合理设备选型和参数匹配不合理是机械工程设备安装中的另一个难题。
比如,在伺服系统选型及调试中,常会碰到惯量问题。
在伺服系统选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机。
伺服系统调试心得体

伺服系统调试心得体(一)电机问题(1)电动机窜动:在进给时出现窜动现象,测速信号不稳定,如编码器有裂纹;接线端子接触不良,如螺钉松动等;当窜动发生在由正方向运动与反方向运动的换向瞬间时,一般是由于进给传动链的反向问隙或伺服驱动增益过大所致;(2) 电动机爬行:大多发生在起动加速段或低速进给时,一般是由于进给传动链的润滑状态不良,伺服系统增益低及外加负载过大等因素所致。
尤其要注意的是,伺服电动机和滚珠丝杠联接用的联轴器,由于连接松动或联轴器本身的缺陷,如裂纹等,造成滚珠丝杠与伺服电动机的转动不同步,从而使进给运动忽快忽慢;(3)电动机振动:机床高速运行时,可能产生振动,这时就会产生过流报警。
机床振动问题一般属于速度问题,所以应寻找速度环问题;(4)电动机转矩降低:伺服电动机从额定堵转转矩到高速运转时,发现转矩会突然降低,这时因为电动机绕组的散热损坏和机械部分发热引起的。
高速时,电动机温升变大,因此,正确使用伺服电动机前一定要对电动机的负载进行验算;(5) 电动机位置误差:当伺服轴运动超过位置允差范围时(KNDSD100出厂标准设置PA17:400,位置超差检测范围),伺服驱动器就会出现“4”号位置超差报警。
主要原因有:系统设定的允差范围小;伺服系统增益设置不当;位置检测装置有污染;进给传动链累计误差过大等;(6)电动机不转:数控系统到伺服驱动器除了联结脉冲+方向信号外,还有使能控制信号,一般为DC+24 V继电器线圈电压。
伺服电动机不转,常用诊断方法有:检查数控系统是否有脉冲信号输出;检查使能信号是否接通;通过液晶屏观测系统输入/出状态是否满足进给轴的起动条件;对带电磁制动器的伺服电动机确认制动已经打开;驱动器有故障;伺服电动机有故障;伺服电动机和滚珠丝杠联结联轴节失效或键脱开等。
(二)增益问题首先,机械本身的结构对伺服增益的调整有重要影响。
如果机械本身的刚性比较好(磨床丝杆传动),伺服的相关增益则可以设置较高。
PID与伺服解析

附一、 PID调节PLC 利用其闭环控制模块来实现PID控制,它可以直接与ControlNet相连,如Rockwell 的PLC-5等。
还有可以实现PID控制功能的控制器,如Rockwell 的Logix产品系列,它可以直接与ControlNet相连,利用网络来实现其远程控制功能。
1、开环控制系统开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象(被控量)对控制器(controller)的输出没有影响。
在这种控制系统中,不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。
2、闭环控制系统闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。
闭环控制系统有正反响和负反响,假设反响信号与系统给定值信号相反,那么称为负反响( Negative Feedback),假设极性一样,那么称为正反响,一般闭环控制系统均采用负反响。
3、阶跃响应阶跃响应是指将一个阶跃输入〔step function〕加到系统上时系统的输出。
稳态误差是指系统的响应进入稳态后﹐系统的期望输出与实际输出之差。
控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。
稳是指系统的稳定性(stability),一个系统要能正常工作,首先必须是稳定的,从阶跃响应上看应该是收敛的。
准是指控制系统的准确性、控制精度,通常用稳态误差来(Steady-state error)描述,它表示系统输出稳态值与期望值之差。
快是指控制系统响应的快速性,通常用上升时间来定量描述。
4、PID控制的原理和特点在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节,实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进展控制的。
比例〔P〕控制比例控制是控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
电机转动惯量匹配

在伺服系统选型及调试中,常会碰到惯量问题。
其具体表现为:在伺服系统选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机;在调试时,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,这样,就有了惯量匹配的问题。
一、什么是“惯量匹配”?1、根据牛顿第二定律:“进给系统所需力矩T = 系统传动惯量J ×角加速度θ角”。
加速度θ影响系统的动态特性,θ越小,则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长,系统反应越慢。
如果θ变化,则系统反应将忽快忽慢,影响加工精度。
由于马达选定后最大输出T值不变,如果希望θ的变化小,则J应该尽量小。
2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM +电机轴换算的负载惯性动量JL。
负载惯量JL由(以平面金切机床为例)工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。
JM为伺服电机转子惯量,伺服电机选定后,此值就为定值,而JL则随工件等负载改变而变化。
如果希望J变化率小些,则最好使JL所占比例小些。
这就是通俗意义上的“惯量匹配”。
二、“惯量匹配”如何确定?传动惯量对伺服系统的精度,稳定性,动态响应都有影响。
惯量大,系统的机械常数大,响应慢,会使系统的固有频率下降,容易产生谐振,因而限制了伺服带宽,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利,因此,机械设计时在不影响系统刚度的条件下,应尽量减小惯量。
衡量机械系统的动态特性时,惯量越小,系统的动态特性反应越好;惯量越大,马达的负载也就越大,越难控制,但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。
惯量认识

1、什么是惯量惯性:保持原来运动状态或者静止状态的性质叫惯性。
转动惯量:保持原来匀速圆周运动状态或者静止状态的能力。
它的大小与物体质量成正比。
2、低惯量与高惯量伺服电机的惯量由转子自身的质量,以及外加的负载而组成。
惯量越大,物体的运动状态越不容易改变。
无论旋转运动的部件,还是直线运动的部件,都成为电机的负载惯量。
3、惯量对伺服电机运行的影响电机轴上的负载惯量大小,对电机的灵敏度和整个伺服系统的精度将产生很大的影响,通常,当负载小于电机转子惯量时,上述影响不大。
但当负载惯量达到甚至超过转子惯量的5倍时,会使伺服放大器不能在正常调节范围内工作。
所以对这类惯量应避免使用。
所以在设计负载时,应尽可能地减小体积和重量。
在对伺服电机选型及调试过程中,常会碰到惯量匹配问题,具体表现为:1、在伺服电机选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,还需先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机;2、在调试时(手动模式下),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题,此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出。
于是,就有了惯量匹配的问题!那到底什么是“惯量匹配”呢?通常的,进给轴的总惯量J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL,负载惯量JL由工作台及上面装的夹具和工件、滚珠丝杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。
JM为伺服电机转子惯量,伺服电机选定后,此值就为定值,而JL则随工件等负载改变而变化。
如果希望J变化率小些,则最好使JL所占比例小些。
这就是通俗意义上的“惯量匹配”。
那惯量匹配又会带来什么影响?1、传动惯量对伺服电机系统的精度,稳定性,动态响应都有影响,惯量大,系统的机械常数大,响应慢,会使系统的固有频率下降,容易产生谐振,因而限制了伺服带宽,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利。
惯量匹配和电机选型

惯量匹配和电机选型标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]惯量匹配和伺服电机的选型惯量匹配在伺服系统选型及调试中,常会碰到惯量问题。
其具体表现为:在伺服系统选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机。
在调试时,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,这样,就有了惯量匹配的问题。
根据牛顿第二定律:“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ”。
加速度θ影响系统的动态特性,θ越小,则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长,系统反应越慢。
如果θ变化,则系统反应将忽快忽慢,影响加工精度。
由于电机选定后最大输出T值不变,如果希望θ的变化小,则J应该尽量小。
进给轴的总惯量J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL。
负载惯量JL由(以工具机床为例)工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到电机轴上的惯量组成。
JM为伺服电机转子惯量,伺服电机选定后,此值就为定值,而JL则随工件等负载改变而变化。
如果希望J变化率小些,则最好使JL所占比例小些。
这就是通俗意义上的“惯量匹配”。
传动惯量对伺服系统的精度,稳定性,动态响应都有影响。
惯量大,系统的机械常数大,响应慢,会使系统的固有频率下降,容易产生谐振,因而限制了伺服带宽,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利,因此,机械设计时在不影响系统刚度的条件下,应尽量减小惯量。
衡量机械系统的动态特性时,惯量越小,系统的动态特性反应越好;惯量越大,电机的负载也就越大,越难控制,但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。
不同的机构,对惯量匹配原则有不同的选择,且有不同的作用表现。
不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求,但大多要求JL与JM的比值小于10。
惯量认识

1、传动惯量对伺服电机系统的精度,稳定性,动态响应都有影响,惯量大,系统的机械常数大,响应慢,会使系统的固有频率下降,容易产生谐振,因而限制了伺服带宽,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利。因此,机械设计时在不影响系统刚度的条件下,应尽量减小惯量。
2、衡量机械系统的动态特性时,惯量越小,系统的动态特性反应越好;惯量越大,电机的负载也就越大,越难控制,但机械系统的惯量需和电机惯量相匹配才行。不同的机构,对惯量匹配原则有不同的选择,且有不同的作用表现。例如,CNC中心机通过伺服电机作高速切削时,当负载惯量增加时,会发生:
1.控制指令改变时,马达需花费较多时间才能达到新指令的速度要求;
在对伺服电机选型及调试过程中,常会碰到惯量匹配问题,具体表现为:
1、在伺服电机选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,还需先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机;
2、在调试时(手动模式下),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题,此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出。于是,就有了惯量匹配的问题!
1、什么是惯量
惯性:保持原来运动状态或者静止状态的性质叫惯性。
转动惯量:保持原来匀速圆周运动状态或者静止状态的能力。它的大小与物体质量成正比。
2、低惯量与高惯量
伺服电机的惯量由转子自身的质量,以及外加的负载而组成。惯量越大,物体的运动状态越不容易改变。无论旋转运动的部件,还是直线运动的部件,都成为电机的负载惯量。
2.当机台沿二轴执行弧式曲线快速切削时,会发生较大误差1.一般伺服电机通常状况下,当JL≦JM,则上面的问题不会发生。
伺服电机选型中惯量匹配的问题

伺服电机选型中惯量匹配的问题
在伺服电机选型过程中,惯量匹配是一个非常重要的问题。
惯量匹配是指伺服系统中负载的惯性与伺服电机的惯性之间的匹配程度。
如果负载的惯性与伺服电机的惯性不匹配,会导致伺服系统的性能下降,甚至无法正常工作。
为了确保惯量匹配,需要在选型时考虑负载的惯性和伺服电机的惯性。
通常情况下,伺服电机的惯性应该大于负载的惯性,以确保伺服系统的稳定性和响应速度。
如果伺服电机的惯性小于负载的惯性,会导致系统的响应速度变慢,甚至出现不稳定的情况。
另外,在实际应用中,还需要考虑负载的惯性和工作条件的变化。
例如,负载的惯性在不同工作状态下可能会有所变化,这就需要根据实际情况选择合适的伺服电机。
总之,在伺服电机选型过程中,惯量匹配是一个需要重视的问题。
只有确保伺服电机的惯性大于负载的惯性,并根据实际情况选择合适的伺服电机,才能保证伺服系统的性能和稳定性。
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在伺服系统选型及调试中,常会碰到惯量问题。
其具体表现为:在伺服系统选型时,除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外,我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量,再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机;在调试时,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,这样,就有了惯量匹配的问题。
一、什么是“惯量匹配”?
1、根据牛顿第二定律:“进给系统所需力矩T = 系统传动惯量J × 角加速度θ角”。
加速度θ影响系统的动态特性,θ越小,则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长,系统反应越慢。
如果θ变化,则系统反应将忽快忽慢,影响加工精度。
由于马达选定后最大输出T值不变,如果希望θ的变化小,则J应该尽量小。
2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM +电机轴换算的负载惯性动量JL。
负载惯量JL由(以平面金切机床为例)工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。
JM为伺服电机转子惯量,伺服电机选定后,此值就为定值,而JL则随工件等负载改变而变化。
如果希望J 变化率小些,则最好使JL所占比例小些。
这就是通俗意义上的“惯量匹配”。
二、“惯量匹配”如何确定?
传动惯量对伺服系统的精度,稳定性,动态响应都有影响。
惯量大,系统的机械常数大,响应慢,会使系统的固有频率下降,容易产生谐振,因而限制了伺服带宽,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利,因此,机械设计时在不影响系统刚度的条件下,应尽量减小惯量。
衡量机械系统的动态特性时,惯量越小,系统的动态特性反应越好;惯量越大,马达的负载也就越大,越难控制,但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。
不同的机构,对惯量匹配原则有不同的选择,且有不同的作用表现。
不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求,但大多要求JL与JM的比值小于十以内。
一句话,惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。
对于基础金属切削机床,对于伺服电机来说,一般负载惯量建议应小于电机惯量的5倍。
惯量匹配对于电机选型很重要的,同样功率的电机,有些品牌有分轻惯量,中惯量,或大惯量。
其实负载惯量最好还是用公式计算出来。
常见的形体惯量计算公式在以前学的书里都有现成的(可以去查机械设计手册)。
我们曾经做过一试验,在一伺服电机的轴伸,加一大的惯量盘准备用来做测试,结果是:伺服电机低速时停不住,摇头摆尾,
不停地振荡怎么也停不下来。
后来改为:在两个伺服电机的轴伸对接加装联轴器,对其中一个伺服电机通电,作为动力即主动,另一个伺服电机作为从动,即做为一个小负载。
原来那个摇头摆尾的伺服电机,启动、运动、停止,运转一切正常!
三、惯量的理论计算的功式?
惯量计算都有公式,至于多重负载,比如齿轮又带齿轮,或涡轮蜗杆传动,只要分别算出各转动件惯量然后相加即是系统惯量,电机选型时建议根椐不同的电机进行选配。
负载的转动惯量肯定是要设计时通过计算算出来拉,如果没有这个值,电机选型肯定是不那么合理的,或者肯定会有问题的,这是选伺服的最重要的几个参数之一。
至于电机惯量,电机样本手册上都有标注。
当然,对某些伺服,可以通过调整伺服的过程测出负载的惯量,作为理论设计中的计算的参考。
毕竟在设计阶段,很多类似摩擦系数之类的参数只能根据经验来猜,不可能准确。
理论设计中的计算的公式:(仅供参考)通常将转动惯量J用飞轮矩GD2来表示,它们之间的关系为
J=mp^2= GD^2/4g
式中
m与G-转动部分的质量(kg)与重量(N);
D-惯性半径与直径(m);
g=9.81m/s2 -重力加速度飞轮惯量=速度变化率*飞轮距/375
当然,理论与实际总会有偏差的,有些地区(如在欧洲),一般是采用中间值通过实际测试得到。
这样,相对我们的经验公式要准确一些。
不过,在目前还是需要计算的,也有固定公式可以去查机械设计手册的。
四、关于摩擦系数?
关于摩擦系数,一般电机选择只是考虑一个系数加到计算过程中,在电机调整时通常都不会考虑。
不过,如果这个因素很大,或者讲,足以影响电机调整,有些日系通用伺服,据称有一个参数是用来专门测试的,至于是否好用,本人没有用过,估计应该是好用的。
有网友发贴说,曾有人发生过这样的情况:设计时照搬国外的机器,机械部分号称一样,电机功率放大了50%选型,可是电机转不动。
因为样机的机械加工、装配的精度太差,负载惯量是差不多,可摩擦阻力相差太多了,对具体工况考虑不周。
当然,黏性阻尼和摩擦系数不是同一个问题。
摩擦系数是不变值,这点可以通过电机功率给予补偿,但黏性阻尼是变值,通过增大电机功率当然可以缓解,但其实是不合理的。
况且没有设计依据,这个最好是在机械状态上解决,没有好的机械状态,伺服调整完全
是一句空话。
还有,黏性阻尼跟机械结构设计、加工、装配等相关,这些在选型时是必须考虑的。
而且跟摩擦系数也是息息相关的,正是因为加工水平不够才造成的摩擦系数不定,不同点相差较大,甚至技术工人装配水平的差异也会导致很大的差异,这些在电机选型时必须要考虑的。
这样,才会有保险系数,当然归根结底还是电机功率的问题。
五、惯量的理论计算后,微调修正的简单化
可能有些朋友觉的:太复杂了!实际情况是,某品牌的产品各种各样的参数已经确定,在满足功率,转矩,转速的条件下,产品型号已经确定,如果惯量仍然不能满足,能否将功率提高一档来满足惯量的要求?答案是:功率提高可以带动加速度提高的话,应是可以的。
六、伺服电机选型
在选择好机械传动方案以后,就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。
(1)选型条件:一般情况下,选择伺服电机需满足下列情况:
1.马达最大转速>系统所需之最高移动转速。
2.马达的转子惯量与负载惯量相匹配。
3连续负载工作扭力≤马达额定扭力
4.马达最大输出扭力>系统所需最大扭力(加速时扭力)
(2)选型计算:
1. 惯量匹配计算(JL/JM)
2. 回转速度计算(负载端转速,马达端转速)
3. 负载扭矩计算(连续负载工作扭矩,加速时扭矩。