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最全电机的知识及其在数控多轴钻床和多轴攻丝机上的应用
浏览量:9451次发布时间:2016-08-27 09:05:24
  多轴钻床钻孔攻丝的过程是将电能转换成机械能的过程,而这个过程的转换设备即电机。

  电机(英文:Electric machinery)定义:是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。电机一般包括三类:

  1.电动:也称电机(俗称马达),在电路中用字母“M”(旧标准用“D”)表示。它的主要作用是产生驱动转矩,作为用电器或各种机械的动力源。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中,电动机被广泛地应用着。随着工业自动化程度不断提高,需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件,人造卫星的自动控制系统中,电机也是不可缺少的。

  2.发电机:在电路中用字母“G”表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能,目前最常用的是,利用热能、水能等推动发电机转子来发电。

  3.变压器在有的书上称之为静止的电机。

  电机种类繁多,无法一一介绍,本文重点介绍常用的三相异步电动机及伺服电机两种。

三相异步电动机 

  一、三相异步电动机简介

  异步电动机是交流电动机中最常用的一种,它的作用是将交流电能转换成机械能。三相异步电动机应用最为广泛,因为它具有结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高等特点,通常被用在金属切削机床、起重运输机械、中小型鼓风机和水泵等生产机械设备中。

三相异步电动机.jpg

三相异步电动机

  但三相异步电动机也有一些缺点,最主要的是不能经济地实现范围较广的平滑调速:必须从电网吸取滞后的励磁电流,使电网功率因数降低。但是一般的生产机械并不要求大范围的平滑调速,而电网的功率因数又可以采取其他办法来进行补偿。特别是由于现代电子技术迅猛发展,采用由晶闸管组成的变频电源装置,使三相异步电动机应用更加广泛。

  二、三相异步电动机的结构

  三相异步电动机的种类很多,但各类三相异步电动机的基本结构是相同的,它们都由定子和转子这两大基本部分组成,在定子和转子之间具有一定的气隙。

  (1)定子部分:

  电动机定子的作用是产生旋转磁场。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。

定子机座和铁心冲片.jpg

定子机座和铁心冲片


  (2)转子部分:

  电动机转子的作用是在旋转磁场的影响下,产生感应电动势,从而输出转矩。三相电动机的转子一般由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。转子绕组分为鼠笼式和绕线式两种。

鼠笼式转子铁心和绕组结构示意图.jpg

鼠笼式转子铁心和绕组结构示意图 

三相绕线型转子结构示意图.jpg

三相绕线型转子结构示意图    

  此外,还有轴承、风扇、风罩等其他附件,如下图示: 

封闭式三相笼型异步电动机结构图.jpg

封闭式三相笼型异步电动机结构图

  1—轴承;2—前端盖;3—转轴;4—接线盒;5—吊环;6—定子铁心;7—转子;8—定子绕组;9—机座;10—后端盖;11—风罩;12—风扇 

伺服电机  

  伺服是现代数控机床的重要组成部分,通常机床的精度和速度等指标都是由伺服电机来决定的,它由于是正弦波控制,转矩脉动小,而且随着技术的发展,高精度、高性能的交流伺服电机已成为伺服系统发展的新趋势。

1.伺服电机简介

  伺服电机(servo motor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。

  伺服电机可使控制速度、位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。 
伺服电机.jpg
伺服电机 
 

  伺服电机特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合,因此广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。同时因其频繁启动反应速度快、控制性能好等特点,在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用。

2.伺服电机结构

  伺服电机的结构由转子部分、定子部分、编码器、制动系统等部分组成,如下图所示:

伺服电机内部结构图.jpg

伺服电机内部结构图

  转子部分、定子部分不再详述。

(1)伺服电机编码器

  伺服电机编码器是安装在伺服电机上用来测量磁极位置和伺服电机转角及转速的一种传感器,从物理介质的不同来分,伺服电机编码器可以分为光电编码器和磁电编码器,另外旋转变压器也算一种特殊的伺服编码器。

编码器的组成.jpg

编码器的组成

  编码器原理:如上图所示,输入轴上装有透明的编码圆盘,圆盘上印刷有能够遮住光的黑色条纹,圆盘两侧有一对光源与受光元件,此外中间还有一个分度尺。圆盘转动时,遇到透明的地方光就会通过,遇到黑色条纹的时候光就会被遮住。受光元件将光的有无变化转变为电信号后就成为了脉冲(反馈脉冲)。

  圆盘上的条纹的密度等于伺服电机的分辨率(每转的脉冲数),圆盘上的条纹分为表示转动量的条纹、表示转动方向的条纹,还有每转基准(叫做“零点”)的条纹。零点条纹的脉冲每转输出一次,这个脉冲称为“零点信号”。根据这3种条纹,就可以掌握圆盘(伺服电机)的位置、转动量和转动方向。

(2)伺服电机制动方式

  伺服电机的制动方式有以下3种:

  ①动态制动(又称能耗制动):由动态制动电阻组成,在故障、急停、电源断电时通过能耗制动缩短伺服电机的机械进给距离。

  ②再生制动(又称回馈制动):是指伺服电机在减速或停车时将制动产生的能量通过逆变回路反馈到直流母线,经阻容回路吸收。

  ③电磁制动:是通过机械装置锁住电机的轴。

三者的区别:

  1.再生制动必须在伺服器正常工作时才起作用,在故障、急停、电源断电时等情况下法制动电机。动态制动器和电磁制动工作时不需电源。  

  2.再生制动的工作是系统自动进行,而动态制动器和电磁制动的工作需外部继电器控制。

  3.电磁制动一般在SV OFF后启动,否则可能造成放大器过载。动态制动器一般在SV OFF或主回路断电后启动,否则可能造成动态制动电阻过热。

电机应用举例     

  三相异步电动机和伺服电机都是最常用的电机,现在以达人多轴钻床为例,说明电机在机床上的应用。

1.三相异步电动机

  三相异步电动机在数控多轴钻床上的应用基本分为3种:为主轴提供转矩的主电机、液压站上的油泵电机和切削液水箱上的水泵电机。

达人数控多轴钻床.jpg

达人数控多轴钻床 


主电机.gif

▲主电机▲

  主电机为主轴提供转矩,带动机架和钻头或丝锥进攻,完成钻孔动作。
 

油泵电机.gif

油泵电机

  油泵电机,将液压站的液压油从油箱抽取进入油管路中,带动油缸进行传动作用。
 

水泵电机.gif

 水泵电机  

  切削液水箱上的水泵电机,将水箱中的冷却水抽取进入水管,对切削工具进行冷却,延长切削工具的使用寿命。

2.伺服电机

  达人多轴攻丝机及多轴钻攻一体机,攻丝对于位置定位要求精确,一般使用的是伺服电机。其分为3种:为主轴提供转矩的伺服电机、控制进给的进给伺服电机和控制伺服托板移动的伺服电机。

达人多轴钻攻一体机.jpg  

达人多轴钻攻一体机



进给主轴伺服电机.gif

进给主轴伺服电机

  进给主轴伺服电机:具备良好的可控性、响应快速、高精度定位.。
 

主轴伺服电机.gif 

主轴伺服电机

  主轴伺服电机:0-8000转速易于实现高速钻孔,低转速攻丝高精度加工要求。
 

托板伺服电机.gif

托板伺服电机

  托板伺服电机:具备良好的可控性、响应快速、高精度定位。
 

电机的维护保养 

  达人多轴钻床上的电机需要日常维护检查和定期维护,其他机床可参考。

1. 电动机的日常维护检查 

  电动机的日常维护检查的要点是及早的发现设备的异常状态,及时进行处理,防止事故扩大。维护人员根据继电器保护装置的动作和信号可以发现异常现象,也可以依靠维护人员的经验来判断事故苗头。

  电动机的日常维护检查内容如下:

(1)外观检查    

  靠视觉可以发现下列异常现象:电动机外部紧固件是否有松动,零部件是否有毁坏,设备表面是否有油污、腐蚀现象;电动机的各接触点和连接处是否有变色、烧痕和烟迹等现象。发生这些现象原因是由于电动机局部过热、导体接触不良或绕组烧毁等;仪表指示是否正常。电压表无指示或不正常,则表明电源电压不平衡、熔丝烧断、转子三相电阻不平衡、单相运转、导体接触不良等。电流表指示过大,则表明电动机过载、轴承故障、绕组匝间短路等;电动机停转,造成的原因有:电源停电、单相运转、电压过低、电动机转矩太小、负载过大、电压降过大、轴承烧毁、机械卡住等。

(2)检查电动机的各种杂音    

  其中包括电磁噪声、通风噪声、机械摩擦声、轴承杂音等,从而可判断出电动机的故障原因。引起噪声大的原因在机械方面有:轴承故障、机械不平衡、紧固螺钉松动、联轴器连接不符要求、定转子铁心相擦等;在电气方面有:电压不平衡、单相运行、绕组有断路或击穿故障、起动性能不好、加速性能不好等。

(3)检查电动机是否有焦味、臭味    

  如果电机有焦味、臭味,应立即停止工作,检查电机。造成这种现象的原因通常是:电动机过热、单相运转、绕组烧毁、绕组故障、轴承故障等。

(4)用手摸机壳表面检查电动机是否有震动或温度过高现象

  造成震动的原因是:机械负载不平衡、各紧固部件有松动现象、电动机基础强度不够、联轴器连接不当、气隙不均或混入杂物、电压不平衡、单相运转、绕组故障、轴承故障等。

  造成电动机温度过高的原因是过载、冷却风道堵塞、单相运转、匝间短路、电压过高或过低、三相电压不平衡、加速特性不好使起动时间过长、定子和转子相擦、起动器接触不良、频繁起动和制动或反接制动、进口风温度过高、机械卡住等。

  用手摸电动机表面估计温度高低时,由于每个人的感觉不同,带有主观性,因此要由经验来决定。

2.电机的定期维护

  为了保证电机正常工作,除了按操作规程正常使用、运行过程中注意正常监视和维护外,还应该进行定期检查,做好电机维护保养工作。这样可以及时消除一些毛病,防止故障发生,保证电机安全可靠地运行。定期维护的时间间隔可根据电机的形式考虑使用环境决定。

定期维护的内容如下:

(1)清擦电机。及时清除电机机座外部的灰尘、油泥。如使用环境灰尘较多,最好每天清扫一次。  

(2)检查和清擦电机接线端子。检查接线盒接线螺丝是否松动、烧伤。

(3)检查各固定部分螺丝。包括地脚螺丝、端盖螺丝、轴承盖螺丝等。将松动的螺母拧紧。  

(4)检查传动装置。检查皮带轮或联轴器有无魄力、损坏,安装是否牢固;皮带及其联结扣是否完好。

(5)电机的启动设备,也要及时清擦外部灰尘、泥垢,擦拭触头,检查各接线部位是否有烧伤痕迹,接地线是否良好。  

(6)轴承的检查与维护。轴承在使用一段时间后应该清洗,更换润滑脂或润滑油。清洗和换油的时间,应随电机的工作情况,工作环境,清洁程度,润滑剂种类而定,一半每工作3-6个月,应该清洗一次,重新换润滑脂。油温较高时,或者环境条件差、灰尘较多的电机要经常清洗、换油。

(7)绝缘情况的检查。绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异,所以检查电机绕组的干燥是非常重要的。电机工作环境潮湿、工作间有腐蚀性气体等因素存在,都会破坏电绝缘。最常见的是绕组接地故障,即绝缘损坏,使带电部分与机壳等不应带电的金属部分相碰,发生这种故障,不仅影响电机正常工作,还会危及人身安全。所以,电机在使用中,应经常检查绝缘电阻,还要注意查看电机机壳接地是否可靠。

(8)除了按上述几项内容对电机进行定期维护外,运行一年后要大修一次。大修的目的在于,对电机进行一次彻底、全面的检查、维护,增补电机缺少、磨损的元件,彻底消除电机内外的灰尘、污物,检查绝缘情况,清洗轴承并检查其磨损情况。发现问题,及时处理。


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