精密位移平臺(tái)在導(dǎo)體芯片切割控制精度要求非常高,目前國(guó)內(nèi)基本上用的基本上都是進(jìn)口設(shè)備。此為我公司為某半導(dǎo)體廠家開發(fā)的設(shè)備。
1、系統(tǒng)選型
X軸負(fù)載重量Mx:
20.2kg
Y軸負(fù)載重量My: 2.9kg
滾軸絲杠螺距P: 5mm
額定轉(zhuǎn)速: 3000(min-1)
摩擦系數(shù): μ
=0.2
機(jī)械效率: η=0.9
加速時(shí)間: t=0.01s
負(fù)載速度: VL=15m/min
慣量、扭矩計(jì)算
(1)慣量計(jì)算
X軸負(fù)載慣量:Jx=Mx(P /2π)2
=
20.2×(0.005/2×3.14)
= 0.128×10-4
kgm2
Y軸負(fù)載慣量:Jy=My(P/2π)2
=2.9×(0.005/2×3.14)2
= 0.0184×10-4
kgm2
滾珠絲杠: J2 = πρLBDB4/32
= 0.405×10-4 kgm2
X軸電機(jī)負(fù)載慣量: JLX = Jx+
J2=0.533×10-4 kgm2
Y軸電機(jī)負(fù)載慣量: JLY= Jy+ J2=0.4234×10-4 kgm2
400w電機(jī)慣量:Jm4=
0.26×10-4 kgm2
750w電機(jī)慣量:Jm7=0.87×10-4 kgm2
(2)扭矩計(jì)算
由于需要的行程速度是100mm/s到150mm/s,這次速度將以250mm/s=15m/min來計(jì)算。
電機(jī)轉(zhuǎn)速:NL
= VL/P=15/0.005 = 3000(min-1)
= 3000 × 2π / 60=314 rad
加速度:a+ = NL/t =3140
rad/s2
X軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩:TLX=μMgP / 2πη
=0.2×20.2×9.8×0.005/2×3.14×0.9=0.035
Nm
Y軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩:TLY=μMgP / 2πη
=0.2×2.9×9.8×0.005/2×3.14×0.9=0.00304
Nm
X軸啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩:Tpx = (JLX + Jm7)●a+ + TLX
= 0.441 + 0.035 = 0.476
Nm
Y軸啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩:Tpy = (JLY + Jm4)●a+ + TLY
= 0.215 + 0.00304 = 0.218
Nm
X軸制動(dòng)轉(zhuǎn)矩:Tsx = (JLX+ Jm7)●a+ - TL
=0.441-0.035=0.406Nm
Y軸制動(dòng)轉(zhuǎn)矩:Tsy =
(JLY + Jm4)●a+ - TL
= 0.215 - 0.00304 = 0.212
Nm
通過以上的計(jì)算選用的是松下MHMD400w和MSMD750w的交流伺服電機(jī),該型號(hào)輸出慣量適合,運(yùn)行更平穩(wěn)。X軸用的是750w的伺服系統(tǒng),額定扭矩為
2.4Nm;而Y軸用400w的伺服系統(tǒng),額定扭矩為1.3Nm;這兩款的額定轉(zhuǎn)速都為3000rps;所選伺服的慣量及扭矩都能使載體平穩(wěn)的運(yùn)行。
(3)盤式電機(jī)選型
由于在盤式伺服上要放的是一個(gè)鋁制的圓盤,圓盤規(guī)格(R=150mm
M=1kg 實(shí)心):
圓盤慣量J=1/2×M×(D/2)2=1/2×1×(150/2)2=0.0028125
kgm2
扭矩T=角加速度a×慣量J
圓盤轉(zhuǎn)π/2需要的時(shí)間是4s 平均角速度V=π/2÷4=0.3925rad/s
則
角加速度=角速度V/加速時(shí)間t=0.3925×0.01=39.25rad/s2
則
扭矩T=39.25×0.0028125=0.1104Nm
由于慣量要匹配,盤式伺服承受物體的慣量和盤式伺服自身的慣量的比例在1:10之內(nèi)是理想的,所以選的精密位移平臺(tái)盤式伺服ND110-50F自身的慣量是0.00034
kgm2、額定扭矩是2.4Nm大扭矩是7.2Nm、回轉(zhuǎn)速度是5rps、分辨率是720000
ppr。該盤式伺服的定位精度是±90s,重復(fù)定位精度是±18s,外加絕對(duì)值選項(xiàng)定位精度可達(dá)±15s、重復(fù)定位精度±1.8s。
360度=1296000s
圓盤周長(zhǎng) L=πR=3.14×150=471000um
則角度1s=0.363um弧長(zhǎng)
所以當(dāng)定位精度為15s時(shí)圓盤的弧長(zhǎng)精度可達(dá)到5.445um。
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