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最全電機(jī)的知識(shí)及其在數(shù)控多軸鉆床和多軸攻絲機(jī)上的應(yīng)用
瀏覽量:10053次發(fā)布時(shí)間:2016-08-27 09:05:24
  達(dá)多軸鉆床鉆孔攻絲的過(guò)程是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過(guò)程,而這個(gè)過(guò)程的轉(zhuǎn)換設(shè)備即電機(jī)。

  電機(jī)(英文:Electric machinery)定義:是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。電機(jī)一般包括三類:

  1.電動(dòng)機(jī):也稱電機(jī)(俗稱馬達(dá)),在電路中用字母“M”(舊標(biāo)準(zhǔn)用“D”)表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源。在機(jī)械、冶金、石油、煤炭、化學(xué)、航空、交通、農(nóng)業(yè)以及其他各種工業(yè)中,電動(dòng)機(jī)被廣泛地應(yīng)用著。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度不斷提高,需要采用各種各樣的控制電機(jī)作為自動(dòng)化系統(tǒng)的元件,人造衛(wèi)星的自動(dòng)控制系統(tǒng)中,電機(jī)也是不可缺少的。

  2.發(fā)電機(jī):在電路中用字母“G”表示。它的主要作用是利用機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,目前最常用的是,利用熱能、水能等推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)發(fā)電。

  3.變壓器在有的書上稱之為靜止的電機(jī)。

  電機(jī)種類繁多,無(wú)法一一介紹,本文重點(diǎn)介紹常用的三相異步電動(dòng)機(jī)及伺服電機(jī)兩種。

三相異步電動(dòng)機(jī) 

  一、三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介

  異步電動(dòng)機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)中最常用的一種,它的作用是將交流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛,因?yàn)樗哂?span style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; color: rgb(0, 122, 170); font-size: 16px; ">結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、效率較高等特點(diǎn),通常被用在金屬切削機(jī)床、起重運(yùn)輸機(jī)械、中小型鼓風(fēng)機(jī)和水泵等生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備中。

三相異步電動(dòng)機(jī).jpg

三相異步電動(dòng)機(jī)

  但三相異步電動(dòng)機(jī)也有一些缺點(diǎn),最主要的是不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速:必須從電網(wǎng)吸取滯后的勵(lì)磁電流,使電網(wǎng)功率因數(shù)降低。但是一般的生產(chǎn)機(jī)械并不要求大范圍的平滑調(diào)速,而電網(wǎng)的功率因數(shù)又可以采取其他辦法來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。特別是由于現(xiàn)代電子技術(shù)迅猛發(fā)展,采用由晶閘管組成的變頻電源裝置,使三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用更加廣泛。

  二、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

  三相異步電動(dòng)機(jī)的種類很多,但各類三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的,它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成,在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。

 ?。?)定子部分:

  電動(dòng)機(jī)定子的作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相電動(dòng)機(jī)的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。

定子機(jī)座和鐵心沖片.jpg

定子機(jī)座和鐵心沖片


 ?。?)轉(zhuǎn)子部分:

  電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的作用是在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的影響下,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從而輸出轉(zhuǎn)矩。三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子一般由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三部分組成。轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式和繞線式兩種。

鼠籠式轉(zhuǎn)子鐵心和繞組結(jié)構(gòu)示意圖.jpg

鼠籠式轉(zhuǎn)子鐵心和繞組結(jié)構(gòu)示意圖 

三相繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖.jpg

三相繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖    

  此外,還有軸承、風(fēng)扇、風(fēng)罩等其他附件,如下圖示: 

封閉式三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖.jpg

封閉式三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

  1—軸承;2—前端蓋;3—轉(zhuǎn)軸;4—接線盒;5—吊環(huán);6—定子鐵心;7—轉(zhuǎn)子;8—定子繞組;9—機(jī)座;10—后端蓋;11—風(fēng)罩;12—風(fēng)扇 

伺服電機(jī)  

  伺服是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的重要組成部分,通常機(jī)床的精度和速度等指標(biāo)都是由伺服電機(jī)來(lái)決定的,它由于是正弦波控制,轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小,而且隨著技術(shù)的發(fā)展,高精度、高性能的交流伺服電機(jī)已成為伺服系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢(shì)。

1.伺服電機(jī)簡(jiǎn)介

  伺服電機(jī)(servo motor)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī),是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。

  伺服電機(jī)可使控制速度、位置精度非常準(zhǔn)確,可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制,并能快速反應(yīng),在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,用作執(zhí)行元件,且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性,可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類,其主要特點(diǎn)是當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。 
伺服電機(jī).jpg
伺服電機(jī) 
 

  伺服電機(jī)特別適合要求運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)、高輸出扭矩的應(yīng)用場(chǎng)合,因此廣泛應(yīng)用于ATM機(jī)、噴繪機(jī)、刻字機(jī)、寫真機(jī)、噴涂設(shè)備、醫(yī)療儀器及設(shè)備、計(jì)算機(jī)外設(shè)及海量存儲(chǔ)設(shè)備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、機(jī)器人等領(lǐng)域。同時(shí)因其頻繁啟動(dòng)反應(yīng)速度快、控制性能好等特點(diǎn),在電腦繡花機(jī)等紡織機(jī)械設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。

2.伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)

  伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子部分、定子部分、編碼器、制動(dòng)系統(tǒng)等部分組成,如下圖所示:

伺服電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖.jpg

伺服電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

  轉(zhuǎn)子部分、定子部分不再詳述。

(1)伺服電機(jī)編碼器

  伺服電機(jī)編碼器是安裝在伺服電機(jī)上用來(lái)測(cè)量磁極位置和伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速的一種傳感器,從物理介質(zhì)的不同來(lái)分,伺服電機(jī)編碼器可以分為光電編碼器和磁電編碼器,另外旋轉(zhuǎn)變壓器也算一種特殊的伺服編碼器。

編碼器的組成.jpg

編碼器的組成

  編碼器原理:如上圖所示,輸入軸上裝有透明的編碼圓盤,圓盤上印刷有能夠遮住光的黑色條紋,圓盤兩側(cè)有一對(duì)光源與受光元件,此外中間還有一個(gè)分度尺。圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),遇到透明的地方光就會(huì)通過(guò),遇到黑色條紋的時(shí)候光就會(huì)被遮住。受光元件將光的有無(wú)變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后就成為了脈沖(反饋脈沖)。

  圓盤上的條紋的密度等于伺服電機(jī)的分辨率(每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)),圓盤上的條紋分為表示轉(zhuǎn)動(dòng)量的條紋、表示轉(zhuǎn)動(dòng)方向的條紋,還有每轉(zhuǎn)基準(zhǔn)(叫做“零點(diǎn)”)的條紋。零點(diǎn)條紋的脈沖每轉(zhuǎn)輸出一次,這個(gè)脈沖稱為“零點(diǎn)信號(hào)”。根據(jù)這3種條紋,就可以掌握?qǐng)A盤(伺服電機(jī))的位置、轉(zhuǎn)動(dòng)量和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

(2)伺服電機(jī)制動(dòng)方式

  伺服電機(jī)的制動(dòng)方式有以下3種:

  ①動(dòng)態(tài)制動(dòng)(又稱能耗制動(dòng)):由動(dòng)態(tài)制動(dòng)電阻組成,在故障、急停、電源斷電時(shí)通過(guò)能耗制動(dòng)縮短伺服電機(jī)的機(jī)械進(jìn)給距離。

 ?、谠偕苿?dòng)(又稱回饋制動(dòng)):是指伺服電機(jī)在減速或停車時(shí)將制動(dòng)產(chǎn)生的能量通過(guò)逆變回路反饋到直流母線,經(jīng)阻容回路吸收。

  ③電磁制動(dòng):是通過(guò)機(jī)械裝置鎖住電機(jī)的軸。

三者的區(qū)別:

  1.再生制動(dòng)必須在伺服器正常工作時(shí)才起作用,在故障、急停、電源斷電時(shí)等情況下法制動(dòng)電機(jī)。動(dòng)態(tài)制動(dòng)器和電磁制動(dòng)工作時(shí)不需電源。  

  2.再生制動(dòng)的工作是系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行,而動(dòng)態(tài)制動(dòng)器和電磁制動(dòng)的工作需外部繼電器控制。

  3.電磁制動(dòng)一般在SV OFF后啟動(dòng),否則可能造成放大器過(guò)載。動(dòng)態(tài)制動(dòng)器一般在SV OFF或主回路斷電后啟動(dòng),否則可能造成動(dòng)態(tài)制動(dòng)電阻過(guò)熱。

電機(jī)應(yīng)用舉例     

  三相異步電動(dòng)機(jī)和伺服電機(jī)都是最常用的電機(jī),現(xiàn)在以達(dá)人多軸鉆床為例,說(shuō)明電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用。

1.三相異步電動(dòng)機(jī)

  三相異步電動(dòng)機(jī)在數(shù)控多軸鉆床上的應(yīng)用基本分為3種:為主軸提供轉(zhuǎn)矩的主電機(jī)、液壓站上的油泵電機(jī)和切削液水箱上的水泵電機(jī)。

達(dá)人數(shù)控多軸鉆床.jpg

達(dá)人數(shù)控多軸鉆床 


主電機(jī).gif

▲主電機(jī)▲

  主電機(jī)為主軸提供轉(zhuǎn)矩,帶動(dòng)機(jī)架和鉆頭或絲錐進(jìn)攻,完成鉆孔動(dòng)作。
 

油泵電機(jī).gif

油泵電機(jī)

  油泵電機(jī),將液壓站的液壓油從油箱抽取進(jìn)入油管路中,帶動(dòng)油缸進(jìn)行傳動(dòng)作用。
 

水泵電機(jī).gif

 水泵電機(jī)  

  切削液水箱上的水泵電機(jī),將水箱中的冷卻水抽取進(jìn)入水管,對(duì)切削工具進(jìn)行冷卻,延長(zhǎng)切削工具的使用壽命。

2.伺服電機(jī)

  達(dá)人多軸攻絲機(jī)及多軸鉆攻一體機(jī),攻絲對(duì)于位置定位要求精確,一般使用的是伺服電機(jī)。其分為3種:為主軸提供轉(zhuǎn)矩的伺服電機(jī)、控制進(jìn)給的進(jìn)給伺服電機(jī)和控制伺服托板移動(dòng)的伺服電機(jī)。

達(dá)人多軸鉆攻一體機(jī).jpg  

達(dá)人多軸鉆攻一體機(jī)



進(jìn)給主軸伺服電機(jī).gif

進(jìn)給主軸伺服電機(jī)

  進(jìn)給主軸伺服電機(jī):具備良好的可控性、響應(yīng)快速、高精度定位.。
 

主軸伺服電機(jī).gif 

主軸伺服電機(jī)

  主軸伺服電機(jī):0-8000轉(zhuǎn)速易于實(shí)現(xiàn)高速鉆孔,低轉(zhuǎn)速攻絲高精度加工要求。
 

托板伺服電機(jī).gif

托板伺服電機(jī)

  托板伺服電機(jī):具備良好的可控性、響應(yīng)快速、高精度定位。
 

電機(jī)的維護(hù)保養(yǎng) 

  達(dá)人多軸鉆床上的電機(jī)需要日常維護(hù)檢查和定期維護(hù),其他機(jī)床可參考。

1. 電動(dòng)機(jī)的日常維護(hù)檢查 

  電動(dòng)機(jī)的日常維護(hù)檢查的要點(diǎn)是及早的發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常狀態(tài),及時(shí)進(jìn)行處理,防止事故擴(kuò)大。維護(hù)人員根據(jù)繼電器保護(hù)裝置的動(dòng)作和信號(hào)可以發(fā)現(xiàn)異?,F(xiàn)象,也可以依靠維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷事故苗頭。

  電動(dòng)機(jī)的日常維護(hù)檢查內(nèi)容如下:

(1)外觀檢查    

  靠視覺(jué)可以發(fā)現(xiàn)下列異常現(xiàn)象:電動(dòng)機(jī)外部緊固件是否有松動(dòng),零部件是否有毀壞,設(shè)備表面是否有油污、腐蝕現(xiàn)象;電動(dòng)機(jī)的各接觸點(diǎn)和連接處是否有變色、燒痕和煙跡等現(xiàn)象。發(fā)生這些現(xiàn)象原因是由于電動(dòng)機(jī)局部過(guò)熱、導(dǎo)體接觸不良或繞組燒毀等;儀表指示是否正常。電壓表無(wú)指示或不正常,則表明電源電壓不平衡、熔絲燒斷、轉(zhuǎn)子三相電阻不平衡、單相運(yùn)轉(zhuǎn)、導(dǎo)體接觸不良等。電流表指示過(guò)大,則表明電動(dòng)機(jī)過(guò)載、軸承故障、繞組匝間短路等;電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn),造成的原因有:電源停電、單相運(yùn)轉(zhuǎn)、電壓過(guò)低、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩太小、負(fù)載過(guò)大、電壓降過(guò)大、軸承燒毀、機(jī)械卡住等。

(2)檢查電動(dòng)機(jī)的各種雜音    

  其中包括電磁噪聲、通風(fēng)噪聲、機(jī)械摩擦聲、軸承雜音等,從而可判斷出電動(dòng)機(jī)的故障原因。引起噪聲大的原因在機(jī)械方面有:軸承故障、機(jī)械不平衡、緊固螺釘松動(dòng)、聯(lián)軸器連接不符要求、定轉(zhuǎn)子鐵心相擦等;在電氣方面有:電壓不平衡、單相運(yùn)行、繞組有斷路或擊穿故障、起動(dòng)性能不好、加速性能不好等。

(3)檢查電動(dòng)機(jī)是否有焦味、臭味    

  如果電機(jī)有焦味、臭味,應(yīng)立即停止工作,檢查電機(jī)。造成這種現(xiàn)象的原因通常是:電動(dòng)機(jī)過(guò)熱、單相運(yùn)轉(zhuǎn)、繞組燒毀、繞組故障、軸承故障等。

(4)用手摸機(jī)殼表面檢查電動(dòng)機(jī)是否有震動(dòng)或溫度過(guò)高現(xiàn)象

  造成震動(dòng)的原因是:機(jī)械負(fù)載不平衡、各緊固部件有松動(dòng)現(xiàn)象、電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)強(qiáng)度不夠、聯(lián)軸器連接不當(dāng)、氣隙不均或混入雜物、電壓不平衡、單相運(yùn)轉(zhuǎn)、繞組故障、軸承故障等。

  造成電動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高的原因是過(guò)載、冷卻風(fēng)道堵塞、單相運(yùn)轉(zhuǎn)、匝間短路、電壓過(guò)高或過(guò)低、三相電壓不平衡、加速特性不好使起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、定子和轉(zhuǎn)子相擦、起動(dòng)器接觸不良、頻繁起動(dòng)和制動(dòng)或反接制動(dòng)、進(jìn)口風(fēng)溫度過(guò)高、機(jī)械卡住等。

  用手摸電動(dòng)機(jī)表面估計(jì)溫度高低時(shí),由于每個(gè)人的感覺(jué)不同,帶有主觀性,因此要由經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定。

2.電機(jī)的定期維護(hù)

  為了保證電機(jī)正常工作,除了按操作規(guī)程正常使用、運(yùn)行過(guò)程中注意正常監(jiān)視和維護(hù)外,還應(yīng)該進(jìn)行定期檢查,做好電機(jī)維護(hù)保養(yǎng)工作。這樣可以及時(shí)消除一些毛病,防止故障發(fā)生,保證電機(jī)安全可靠地運(yùn)行。定期維護(hù)的時(shí)間間隔可根據(jù)電機(jī)的形式考慮使用環(huán)境決定。

定期維護(hù)的內(nèi)容如下:

(1)清擦電機(jī)。及時(shí)清除電機(jī)機(jī)座外部的灰塵、油泥。如使用環(huán)境灰塵較多,最好每天清掃一次。  

(2)檢查和清擦電機(jī)接線端子。檢查接線盒接線螺絲是否松動(dòng)、燒傷。

(3)檢查各固定部分螺絲。包括地腳螺絲、端蓋螺絲、軸承蓋螺絲等。將松動(dòng)的螺母擰緊。  

(4)檢查傳動(dòng)裝置。檢查皮帶輪或聯(lián)軸器有無(wú)魄力、損壞,安裝是否牢固;皮帶及其聯(lián)結(jié)扣是否完好。

(5)電機(jī)的啟動(dòng)設(shè)備,也要及時(shí)清擦外部灰塵、泥垢,擦拭觸頭,檢查各接線部位是否有燒傷痕跡,接地線是否良好。  

(6)軸承的檢查與維護(hù)。軸承在使用一段時(shí)間后應(yīng)該清洗,更換潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑油。清洗和換油的時(shí)間,應(yīng)隨電機(jī)的工作情況,工作環(huán)境,清潔程度,潤(rùn)滑劑種類而定,一半每工作3-6個(gè)月,應(yīng)該清洗一次,重新?lián)Q潤(rùn)滑脂。油溫較高時(shí),或者環(huán)境條件差、灰塵較多的電機(jī)要經(jīng)常清洗、換油。

(7)絕緣情況的檢查。絕緣材料的絕緣能力因干燥程度不同而異,所以檢查電機(jī)繞組的干燥是非常重要的。電機(jī)工作環(huán)境潮濕、工作間有腐蝕性氣體等因素存在,都會(huì)破壞電絕緣。最常見(jiàn)的是繞組接地故障,即絕緣損壞,使帶電部分與機(jī)殼等不應(yīng)帶電的金屬部分相碰,發(fā)生這種故障,不僅影響電機(jī)正常工作,還會(huì)危及人身安全。所以,電機(jī)在使用中,應(yīng)經(jīng)常檢查絕緣電阻,還要注意查看電機(jī)機(jī)殼接地是否可靠。

(8)除了按上述幾項(xiàng)內(nèi)容對(duì)電機(jī)進(jìn)行定期維護(hù)外,運(yùn)行一年后要大修一次。大修的目的在于,對(duì)電機(jī)進(jìn)行一次徹底、全面的檢查、維護(hù),增補(bǔ)電機(jī)缺少、磨損的元件,徹底消除電機(jī)內(nèi)外的灰塵、污物,檢查絕緣情況,清洗軸承并檢查其磨損情況。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,及時(shí)處理。


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