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最全電機(jī)的知識及其在數(shù)控多軸鉆床和多軸攻絲機(jī)上的應(yīng)用
瀏覽量：212次 發(fā)布時(shí)間：2016-08-27 11:12:39
達(dá)人多軸鉆床鉆孔攻絲的過程是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過程，而這個(gè)過程的轉(zhuǎn)換設(shè)備即為電機(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)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動力源。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，電動機(jī)被廣泛地應(yīng)用著。隨著工業(yè)自動化程度不斷提高，需要采用各種各樣的控制電機(jī)作為自動化系統(tǒng)的元件，人造衛(wèi)星的自動控制系統(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、水能等推動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子來發(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，無法一一介紹，本文重點(diǎn)介紹常用的三相異步電動機(jī)及伺服電機(jī)兩種。
三相異步電動機(jī)
一、三相異步電動機(jī)簡介
異步電動機(jī)是交流電動機(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。三相異步電動機(jī)應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、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。
三相異步電動機(jī)
但三相異步電動機(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，使三相異步電動機(jī)應(yīng)用更加廣泛。
二、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)
三相異步電動機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動機(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。
（1）定子部分：
定子機(jī)座和鐵心沖片
（2）轉(zhuǎn)子部分：
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
封閉式三相籠型異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖
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)來決定的，它由于是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動小，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。
1.伺服電機(jī)簡介
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)動機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。
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、高輸出扭矩的應(yīng)用場合，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)及海量存儲設(shè)備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動化、機(jī)器人等領(lǐng)域。同時(shí)因其頻繁啟動反應(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)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
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)有一對光源與受光元件，此外中間還有一個(gè)分度尺。圓盤轉(zhuǎn)動時(shí)，遇到透明的地方光就會通過，遇到黑色條紋的時(shí)候光就會被遮住。受光元件將光的有無變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡缶统蔀榱嗣}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)動量的條紋、表示轉(zhuǎn)動方向的條紋，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”。根據(jù)這3種條紋，就可以掌握圓盤（伺服電機(jī)）的位置、轉(zhuǎn)動量和轉(zhuǎn)動方向。
（2）伺服電機(jī)制動方式
伺服電機(jī)的制動方式有以下3種：
①動態(tài)制動（又稱能耗制動）：由動態(tài)制動電阻組成，在故障、急停、電源斷電時(shí)通過能耗制動縮短伺服電機(jī)的機(jī)械進(jìn)給距離。
②再生制動（又稱回饋制動）：是指伺服電機(jī)在減速或停車時(shí)將制動產(chǎn)生的能量通過逆變回路反饋到直流母線，經(jīng)阻容回路吸收。
③電磁制動：是通過機(jī)械裝置鎖住電機(jī)的軸。
三者的區(qū)別：
1.再生制動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)等情況下法制動電機(jī)。動態(tài)制動器和電磁制動工作時(shí)不需電源。
2.再生制動的工作是系統(tǒng)自動進(jìn)行，而動態(tài)制動器和電磁制動的工作需外部繼電器控制。
三相異步電動機(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，說明電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用。
1.三相異步電動機(jī)
三相異步電動機(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
▲主電機(jī)▲
主電機(jī)為主軸提供轉(zhuǎn)矩，帶動機(jī)架和鉆頭或絲錐進(jìn)攻，完成鉆孔動作。
▲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，帶動油缸進(jìn)行傳動作用。
▲ 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，對切削工具進(jìn)行冷卻，延長切削工具的使用壽命。
2.伺服電機(jī)
達(dá)人多軸鉆攻一體機(jī)
▲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)▲
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)▲
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。
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. 電動機(jī)的日常維護(hù)檢查
電動機(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)裝置的動作和信號可以發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，也可以依靠維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)來判斷事故苗頭。
電動機(jī)的日常維護(hù)檢查內(nèi)容如下:
（1）外觀檢查
靠視覺可以發(fā)現(xiàn)下列異常現(xiàn)象：電動機(jī)外部緊固件是否有松動，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)象原因是由于電動機(jī)局部過熱、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。電流表指示過大，則表明電動機(jī)過載、軸承故障、繞組匝間短路等；電動機(jī)停轉(zhuǎn)，造成的原因有：電源停電、單相運(yùn)轉(zhuǎn)、電壓過低、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩太小、負(fù)載過大、電壓降過大、軸承燒毀、機(jī)械卡住等。
（2）檢查電動機(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、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、起動性能不好、加速性能不好等。
（3）檢查電動機(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：電動機(jī)過熱、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)殼表面檢查電動機(jī)是否有震動或溫度過高現(xiàn)象
造成震動的原因是：機(jī)械負(fù)載不平衡、各緊固部件有松動現(xiàn)象、電動機(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。
造成電動機(jī)溫度過高的原因是過載、冷卻風(fēng)道堵塞、單相運(yùn)轉(zhuǎn)、匝間短路、電壓過高或過低、三相電壓不平衡、加速特性不好使起動時(shí)間過長、定子和轉(zhuǎn)子相擦、起動器接觸不良、頻繁起動和制動或反接制動、進(jìn)口風(fēng)溫度過高、機(jī)械卡住等。
用手摸電動機(jī)表面估計(jì)溫度高低時(shí)，由于每個(gè)人的感覺不同，帶有主觀性，因此要由經(jīng)驗(yàn)來決定。
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、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。將松動的螺母擰緊。
（4）檢查傳動裝置。檢查皮帶輪或聯(lián)軸器有無魄力、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，更換潤滑脂或潤滑油。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，都會破壞電絕緣。最常見的是繞組接地故障，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)問題，及時(shí)處理。
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