數(shù)控技術(shù)論文.doc

新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目名稱：直流電機在數(shù)控機床上的應(yīng)用與維護 學生姓名： 朱瑞亞 學 號： 0901121 系 部： 機械制造系 專業(yè)年級： 09級 數(shù)控技術(shù)二班 指導教師： 茹 亞 東 2012年4月18日目 錄摘 要.5第一章 伺服控制直流電機概述 .5.1伺服控制直流電動機的特點 .6.2伺服控制直流電動機的發(fā)展歷史及研究應(yīng)用現(xiàn)狀.8.3本論文的主要內(nèi)容.9第二章 伺服控制直流電動機結(jié)構(gòu)及工作原理2.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展狀況.52.1.1 數(shù)控機床系統(tǒng)簡介.52.1.2 數(shù)控機床的發(fā)展狀況.62.2 數(shù)控系統(tǒng)的組成原理.62.2.1 伺服系統(tǒng)概述.62.2.2 伺服系統(tǒng)分析.82.2.3 伺服控制技術(shù).111 直流伺服電動機的簡介.123.1 交流伺服電動機的結(jié)構(gòu).123.2 交流伺服電動機的工作原理.142 直流伺服電動機在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用.154.1 直流伺服電動機在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用特點.154.2 直流伺服電動機與其他電動機的比較.164.2.1直流伺服電動機與步進電動機的比較.164.2.2 永磁直流伺服電動機同直流伺服電動機比較.174.3 在數(shù)控系統(tǒng)中如何選擇直流伺服電動機.184.4 直流伺服電動機在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用實例.193 直流伺服電動機的常見故障與維護.22 5.1電機常見故障以及處理.22 5.2 # c. ?0 f. n# p- v5.2 555 電動機機械常見故障的分析和處理.23 5.3電機日常維護方法 .254 結(jié)束語.265 參考文獻.27摘 要摘要：在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中，幾乎無處不使用電力傳動裝置，生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高和產(chǎn)量的增長，使得越來越多的生產(chǎn)機械要求使用自動調(diào)速。對可調(diào)速的電器傳動系統(tǒng)，可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，過載能力達，能承受平凡的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起制動和反轉(zhuǎn)，能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)中各種不同的特殊運行要求，至今在金屬切削機床等需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域仍有廣泛的應(yīng)用，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍然被廣泛的應(yīng)用于自動控制要求較高的各種生產(chǎn)部門，是至今為止調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。1 闡述了直流伺服電動機的發(fā)展狀況，了解最前沿的發(fā)展技術(shù)。2.通過數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程，介紹了數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的組成原理、系統(tǒng)分析了伺服控制技術(shù)等原理，使我們更加了解了數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的工作原理和應(yīng)用特點。3介紹直流電動機的分類及有刷電機和無刷電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，對伺服電動機的相關(guān)知識有了進一步的了解。4通過實例詳細介紹了伺服電動機在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用特點和應(yīng)用場合以及合理選擇伺服電動機的有效參數(shù)等內(nèi)容。5重點介紹數(shù)控電機的維護和保養(yǎng)作為數(shù)控機床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標。圍繞伺服系統(tǒng)動態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來發(fā)展了多種伺服驅(qū)動技術(shù)。伺服控制技術(shù)是決定交流伺服系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵技術(shù)之一，是國外交流伺服技術(shù)封鎖的主要部分。伺服系統(tǒng)在加工機械、半導體制造、部件組裝等方面得到了廣泛的應(yīng)用。.第一章 直流伺服電動機的發(fā)展現(xiàn)狀直流有刷電機的結(jié)構(gòu)及分類由直流電動機和發(fā)電機工作原理示意圖可以看到，直流電機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。 1. 定子（1）主磁極 主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成。鐵心一般用0.5mm1.5mm厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，上面套勵磁繞組的部分稱為極身，下面擴寬的部分稱為極靴，極靴寬于極身，既可以調(diào)整氣隙中磁場的分布，又便于固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵心上。整個主磁極用螺釘固定在機座上， 1換向器 2電刷裝置 3機座 4主磁極 5換向極 6端蓋 7風扇 8電樞繞組 9電樞鐵心 （2）換向極 換向極的作用是改善換向，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的換向火花，一般裝在兩個相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成，如8.6所示。換向極繞組用絕緣導線繞制而成，套在換向極鐵心上， 圖8.5 主磁極的結(jié)構(gòu) 換向極的數(shù)目與主磁極相等。 （3）機座 電機定子的外殼稱為機座，見圖8.4中的3。機座的作用有兩個：一是用來固定主磁極、換向極和端蓋，并起整個電機的支撐和固定作用； 1主磁極 2勵磁繞組 3機座 二是機座本身也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間磁的通路，磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。 4）電刷裝置 電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的，如圖8.7所示。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。 圖1.6 換向極 圖1.7 電刷裝置 1刷握2電刷 3壓緊彈簧 4刷辮 1換向極鐵心 2換向極繞組 2. 轉(zhuǎn)子(電樞)（1）電樞鐵心 電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成(沖片的形狀如圖8.8(a)所示)，以降低電機運行時電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。 （2）電樞繞組 電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量變換的關(guān)鍵部件，所以叫電樞。它是由許多線圈(以下稱元件)按一定規(guī)律連接而成，線圈采用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵心之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外，槽口用槽楔固定，如圖8.9所示。線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進行綁扎。 （3）換向器 在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣，換向 圖8.9 電樞槽的結(jié)構(gòu) 片的緊固通常如圖8.10所示，換向片的下部做成鴿 1槽楔 2線圈絕緣 3電樞導體 尾形，兩端用鋼制v形套筒和v形云母環(huán)固定，再用 4層間絕緣 5槽絕緣 6槽底絕緣 螺母鎖緊。 4）轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼加工而成。 圖8.10 換向器結(jié)構(gòu) 1換向片 2連接部分 圖8.11 單疊繞組元件 1首端 2末端 3元件邊 4端接部分 5換向片 直流有刷直流電機的工作原理一、直流發(fā)電機工作原理直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?感應(yīng)電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運動方向，其他四指的指向就是導體中感應(yīng)電動勢的方向。） 在圖1.1所示瞬間，導體a b 、c d 的感應(yīng)電動勢方向分別由 b指向 a和由d 指向 c 。這時電刷 a呈正極性,電刷b 呈負極性。 圖1.1 直流發(fā)電機原理模型 當線圈逆時針方向旋轉(zhuǎn)180時，這時導體c d 位于n 極下，導體a b 位于s 極下，各導體中電動勢都分別改變了方向。 圖1.2 直流發(fā)電機原理模型 從圖看出，和電刷 a接觸的導體永遠位于 n極下，同樣，和電刷 b接觸的導體永遠位于s 極下。因此，電刷 a始終有正極性，電刷 b始終有負極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動勢。如果電樞上線圈數(shù)增多，并按照一定的規(guī)律把它們連接起來，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動勢。這就是直流發(fā)電機的工作原理。 二、直流電動機的工作原理導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。 圖1.3 直流電動機的原理模型 當電樞轉(zhuǎn)了180后，導體 cd轉(zhuǎn)到 n極下，導體ab轉(zhuǎn)到s極下時，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷 a流入，經(jīng)導體cd 、ab 后，從電刷b流出。這時導體cd 受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，導體ab 受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時針方向。 圖1.4 直流電動機原理模型 因此，電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由導體 ab和cd 流入，使線圈邊只要處于n 極下，其中通過電流的方向總是由電刷a 流入的方向，而在s 極下時，總是從電刷 b流出的方向。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動機能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機的工作原理。直流電機在龍門刨床及大型精密機床上的應(yīng)用直流電機在龍門刨床和大型精密型機床上都有應(yīng)用，直流電機在龍門刨床工作臺的拖動系統(tǒng)中是成對使用的，通過拖動伺服系統(tǒng)來控制工作臺的移動，通常都采用直流電動機作為原動機來拖動工作機械的。直流發(fā)電機通常是作為直流電源，向負載輸出電能；大型精密機床也是通過直流電動機則是作為原動機帶動各種生產(chǎn)機械工作，向負載輸出機械能。在控制系統(tǒng)中，直流電機還有其它的用途，例如測速電機、伺服電機等。雖然直流發(fā)電機和直流電動機的用途各不同，但是它們的結(jié)構(gòu)基本上一樣，都是利用電和磁的相互作用來實現(xiàn)機械能與電能的相互轉(zhuǎn)換。直流電機在龍門刨床及大型精密機床上的維護直流電機結(jié)構(gòu)復雜,生產(chǎn)成本高,運行維護較為困難,特別是換向器的使用已逐漸不符合現(xiàn)今低損耗節(jié)能等基本的要求,加之交流電機的飛速發(fā)展,很多場合交流電機已得到普及;但由于直流電機仍具有良好的調(diào)速性能,較大的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力等許多優(yōu)點,因而在煤礦電力機械中應(yīng)用仍很廣泛。 而直流電機的維護及保養(yǎng)主要集中在電刷、換向器、軸承等元件,同時亦是故障的多發(fā)區(qū)。合理地對其進行維護是正確運行直流電機、迅速排除運行故障的關(guān)鍵。 1、 直流電機的維護保養(yǎng) 1.1 換向器的維護保養(yǎng) 換向器是直流電機中的關(guān)鍵部件,也是觀察直流電機故障的主要窗口, 直流電機的故障很多,但最常見的也是最難處理的是換向故障。換向器工作狀況好壞直接關(guān)系直流電機的工作狀況,因此必須加強對換向器的維護保養(yǎng)。 而直流電機換向故障主要標志是換向火花,換向火花實際上是電刷的換向片脫離接觸時,換向元件中釋放的電磁能量,通常我國國家標準將換向器上火花的大小劃分為五個等級: 換向器的維護和電刷的維護與質(zhì)量直接掛鉤,正確的進行電刷質(zhì)量選擇和合理維護電刷運行時換向器維護的重要途徑,這一點將在下一部分電刷維護談到;在日常運行中要進行精心保養(yǎng),必須保持換向器表面的清潔,要做到定期清掃,如果換向器表面出現(xiàn)輕微條紋或凹槽,這時可以采取研磨或拋光方式處理,后采用干凈綢布擦拭換向器表面,這樣有利于形成和保護氧化膜。 1.2 電刷的維護保養(yǎng) 電刷的質(zhì)量對換向有很大的影響,合理的選擇電刷可以改善換向。而電刷的維護保養(yǎng)需要從以下幾個方面進行: (1)確認電刷辮螺絲是緊固的,刷辮不影響電刷的自由運動; (2)確保電刷辮不接觸到電機內(nèi)部非絕緣部分; (3)檢查電刷能否在刷握內(nèi)自由移動,彈簧的位置必須正確,功能正常; (4)刷握離換向器表面的距離應(yīng)一致; (5)更換的碳刷應(yīng)適合換向器表面曲線。1.3軸承的維護保養(yǎng) 對軸承進行檢查及維護的4種方法 1)用竹片刮去軸承內(nèi)的潤滑脂,用低壓蒸汽作初步清洗,因為彈子內(nèi)部有舊油或 其他雜物; 2)檢查軸承內(nèi)外圈有無跑圈現(xiàn)象; 3)測量軸承間隙,詳細檢查彈子內(nèi)外彈道、彈夾有無裂紋,銹蝕、變色等現(xiàn)象,轉(zhuǎn)動軸承時應(yīng)平滑,聲音均勻,無卡塞現(xiàn)象; 4)凡有下列現(xiàn)象者必須更換新軸承:內(nèi)外彈道有銹蝕無法消除內(nèi)外彈夾過分磨損或松動滾珠或滾柱有銹蝕或裂紋彈子或彈道有過熱變色現(xiàn)象轉(zhuǎn)動時有卡塞現(xiàn)象軸承間隙超過最大允許值。 軸承維護保養(yǎng)、潤滑一般需要根據(jù)軸承轉(zhuǎn)速、工作溫度、工作環(huán)境、環(huán)境溫度等, 然后確定潤滑脂牌號。 1.4背包冷卻器的維護 (1)經(jīng)常檢查進風口濾網(wǎng)、過濾器濾網(wǎng),對其定期更換或凈化。 (2)更換濾網(wǎng)時,濾網(wǎng)的厚度應(yīng)均勻、適宜:層數(shù)多,濾風不暢;層數(shù)少,碳粉過濾、粘附效果不好。另外邊角處,處理要整齊。 (3)檢查冷卻器的溫度、壓力值是否在正常范圍內(nèi),冷卻水溫度、流量是否正常,有無滲漏。 直流有刷電機的常見故障及其維修2、 直流電機故障診斷與分析 直流電機的復雜結(jié)構(gòu)決定了其故障的多樣性原因的多樣性。主要分為機械性故障和電氣性故障。 2.1 機械故障。機械性故障包括電樞動平衡破壞、傳動機械不良、安裝不良松動、軸承不良、未灌潤滑脂或潤滑脂太少或太多等問題,主要通過重新校正平衡以及更換相應(yīng)設(shè)備等措施進行故障排查。機械故障是難以避免的,正確解決機械故障可以有效保證電機的正常運行。 2.2 電氣故障 直流電機運行的電氣故障主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)運行過程中溫度升高(2)電刷下火花強烈引起換向片燒黑(3)電機絕緣性能下降,絕緣老化速度加快等。 運行中的溫度升高主要由電機過載、冷卻系統(tǒng)工作不正常、電樞線圈短路等原因所致。處理過程中要找準引起溫度上升的原因,并對相應(yīng)部位進行檢修維護。 電刷下火花強烈引起換向片燒黑的部分原因分析及處理措施如下表: 3結(jié)語 直流電機的維護保養(yǎng)決定其正常運行;直流電機結(jié)構(gòu)的特殊性決定其故障的多樣性和故障診斷的復雜性。電機的維護保養(yǎng)與故障診斷息息相關(guān),合理的維護不但可以盡量避免故障的發(fā)生,延長電機的使用壽命,而且可轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟效益。只有正確維護,準確診斷,電機才能實現(xiàn)高效穩(wěn)定地運行。 請funuc公司產(chǎn)alpha電機的應(yīng)用通常要求用變頻電機，或者普通電機加風扇以滿足電機在低頻的散熱要求、并且要求電機調(diào)速范圍廣。2、對變頻器的技術(shù)要求(1)要求低頻力矩大低頻時(110hz)能出來150%額定轉(zhuǎn)矩。(2)可靠性高變頻器故障率低，運行穩(wěn)定可靠(3)轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)速度快，穩(wěn)速精度高能實現(xiàn)很好的動態(tài)響應(yīng)效果，依據(jù)負載的變化，通過輸出轉(zhuǎn)矩的變化很快做出響 應(yīng)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸速度的穩(wěn)定.(4)減速停車速度快通常數(shù)控機床的加減速時間都是比較短的，加速時間靠變頻器的性能保證，減速時間則依靠外加制動電阻或制動單元。3、電磁兼容問題數(shù)控機床為工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，不但要求變頻器自身抗干擾能力強，而且不能干擾外圍控制設(shè)備。由變頻器工作原理可知，變頻器輸出含有一定的諧波成份，在使用中如果處理不當會對其它設(shè)備產(chǎn)生干擾，在數(shù)控機床上最容易被干擾的設(shè)備是cnc控制器。一旦cnc