數控機床畢業(yè)設計--直流電機在數控機床上的應用與維護

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題目名稱：直流電機在數控機床上的應用與維護</p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　系 部：

2、 機械制造系 </p><p>　　專業(yè)年級： 09級 數控技術二班 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2012年4月18日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　

3、　摘 要..............................................................................................................5</p><p>　　伺服控制直流電機概述 .......................................................5</p>

4、<p>　　.1伺服控制直流電動機的特點 .......................................................6</p><p>　　.2伺服控制直流電動機的發(fā)展歷史及研究應用現狀............................8</p><p>　　.3本論文的主要內容..........................

5、.....................................................9</p><p>　　第二章 伺服控制直流電動機結構及工作原理</p><p>　　2.1 數控系統(tǒng)的發(fā)展狀況........................................................................5</p>

6、<p>　　2.1.1 數控機床系統(tǒng)簡介..................................................................5</p><p>　　2.1.2 數控機床的發(fā)展狀況..............................................................6</p><p>　　2.2

7、 數控系統(tǒng)的組成原理........................................................................6</p><p>　　2.2.1 伺服系統(tǒng)概述.........................................................................6</p><p>　　2.2.2

8、 伺服系統(tǒng)分析..........................................................................8</p><p>　　2.2.3 伺服控制技術.........................................................................11</p><p>　　直流伺服電

9、動機的簡介..............................................................12</p><p>　　3.1 交流伺服電動機的結構...................................................................12</p><p>　　3.2 交流伺服電動機的工作原理......

10、.....................................................14</p><p>　　直流伺服電動機在數控系統(tǒng)中的應用......................................15</p><p>　　4.1 直流伺服電動機在數控系統(tǒng)中的應用特點...................................15<

11、/p><p>　　4.2 直流伺服電動機與其他電動機的比較...........................................16</p><p>　　4.2.1直流伺服電動機與步進電動機的比較.................................16</p><p>　　4.2.2 永磁直流伺服電動機同直流伺服電動機比較.........

12、............17</p><p>　　4.3 在數控系統(tǒng)中如何選擇直流伺服電動機.......................................18</p><p>　　4.4 直流伺服電動機在數控系統(tǒng)中的應用實例...................................19</p><p>　　直流伺服電動機的常見故障與維護.

13、.........................................22</p><p>　　5.1電機常見故障以及處理....................................................................22</p><p>　　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

14、.............................................23</p><p>　　5.3電機日常維護方法 ..........................................................................25</p><p>　　結束語....................................

15、......................................................26</p><p>　　參考文獻......................................................................................27</p><p><b>　　摘 要</b>&

16、lt;/p><p>　　摘要：在現代化的工業(yè)生產過程中，幾乎無處不使用電力傳動裝置，生產工藝、產品質量的要求不斷提高和產量的增長，使得越來越多的生產機械要求使用自動調速。對可調速的電器傳動系統(tǒng)，可分為直流調速和交流調速。直流電動機具有優(yōu)良的調速特性，調速平滑、方便，易于在大范圍內平滑調速，過載能力達，能承受平凡的沖擊負載，可實現頻繁的無級快速起制動和反轉，能滿足生產過程自動化系統(tǒng)中各種不同的特殊運行要求，至今在金屬切

17、削機床等需要高性能可控電力拖動的領域仍有廣泛的應用，所以直流調速系統(tǒng)至今仍然被廣泛的應用于自動控制要求較高的各種生產部門，是至今為止調速系統(tǒng)的主要形式。</p><p>　　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。</p><p>　　2.通過數控技術的發(fā)展過程，介紹了數控機床伺服系統(tǒng)的組成原理、系統(tǒng)分析了伺服控制技術等原理，使我們更加了解了數控機床伺服系統(tǒng)的工作原理和應用特

18、點。</p><p>　　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構和工作原理，對伺服電動機的相關知識有了進一步的了解。</p><p>　　4．通過實例詳細介紹了伺服電動機在實際生產中的應用特點和應用場合以及合理選擇伺服電動機的有效參數等內容。</p><p>　　5．重點介紹數控電機的維護和保養(yǎng)</p><p>　　作為數控機

19、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)展了多種伺服驅動技術。伺服控制技術是決定交流伺服系統(tǒng)性能好壞的關鍵技術之一，是國外交流伺服技術封鎖的主要部分。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用。</p><p><b>　　.</b></p><p>　　直流伺服電動機的發(fā)展現

20、狀</p><p>　　直流有刷電機的結構及分類</p><p>　　由直流電動機和發(fā)電機工作原理示意圖可以看到，直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。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。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸

21、、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。 </p><p><b>　　1. 定子</b></p><p><b>　　（1）主磁極 </b></p><p>　　主磁極的作用是產生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成。鐵心一般用0.5mm～1.5mm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

22、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， </p><p>　　1—換向器 2—電刷裝置 3—機座 4—主磁極 5—換向極 </p><p>　　6—端蓋 7—風扇 8—電樞繞組 9—電樞鐵心 </p><p><b&

23、gt;　?。?）換向極 </b></p><p>　　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 主磁極的結構 </p><p>　　換向極的數目與主磁極相等。 </p><p><b&g

24、t;　　（3）機座 </b></p><p>　　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； </p><p>　　1—主磁極 2—勵磁繞組 3—機座 </p><p>　　二是機座本身也是磁路的一部分，借以構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

25、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。 </p><p><b>　　4）電刷裝置 </b></p><p>　　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，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

26、在端蓋或軸承內蓋上，圓周位置可以調整，調好以后加以固定。 </p><p>　　圖1.6 換向極 圖1.7 電刷裝置 </p><p><b>　　1—刷握2—電刷 </b></p><p>　　3—壓緊彈簧 4—刷辮 1—換向極鐵心 2—換向極繞組 </p><p><b>　　2. 轉子(電樞)</b

27、></p><p><b>　　（1）電樞鐵心 </b></p><p>　　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生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉軸或轉子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內嵌放電樞繞組。 </p

28、><p><b>　?。?）電樞繞組 </b></p><p>　　電樞繞組的作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量變換的關鍵部件，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

29、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。 </p><p><b>　?。?）換向器 </b></p><p>　　在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應產生的交變電動勢轉換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由

30、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 電樞槽的結構 </p><p>　　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 </p><p>　　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 </p><p><b>　　螺母鎖緊。 </b>

31、;</p><p><b>　　4）轉軸 </b></p><p>　　轉軸起轉子旋轉的支撐作用，需有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼加工而成。 </p><p>　　圖8.10 換向器結構 </p><p>　　1—換向片 2—連接部分 圖8.11 單疊繞組元件 </p><p>　　1—首端

32、2—末端 3—元件邊 4—端接部分 5—換向片 </p><p>　　直流有刷直流電機的工作原理</p><p>　　一、直流發(fā)電機工作原理</p><p>　　直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，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?</p><p>　　感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感

33、線指向手心，大拇指指向導體運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向。） </p><p>　　在圖1.1所示瞬間，導體a b 、c d 的感應電動勢方向分別由 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。 </p><p>　　圖1.1 直流發(fā)電機原理模型 </p><p>　　當線圈逆時針方向旋轉180°時，這時導體c

34、 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。 </p><p>　　圖1.2 直流發(fā)電機原理模型 </p><p>　　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。如果電樞上線圈數增多，并按照一定的規(guī)律把它們連

35、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。 </p><p>　　二、直流電動機的工作原理</p><p>　　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，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針

36、方向旋轉起來。 </p><p>　　圖1.3 直流電動機的原理模型 </p><p>　　當電樞轉了180°后，導體 cd轉到 N極下，導體ab轉到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，產生的電磁轉矩的方向仍為逆時針方向。 </p><

37、;p>　　圖1.4 直流電動機原理模型 </p><p>　　因此，電樞一經轉動，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矩，使電動機能連續(xù)地旋轉。這就是直流電動機的工作原理。</p&

38、gt;<p>　　直流電機在龍門刨床及大型精密機床上的應用</p><p>　　直流電機在龍門刨床和大型精密型機床上都有應用，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機械工作，向負載輸出機械能。在控制系統(tǒng)中

39、，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，但是它們的結構基本上一樣，都是利用電和磁的相互作用來實現機械能與電能的相互轉換。</p><p>　　直流電機在龍門刨床及大型精密機床上的維護</p><p>　　直流電機結構復雜,生產成本高,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

40、合交流電機已得到普及;但由于直流電機仍具有良好的調速性能,較大的起動轉矩和過載能力等許多優(yōu)點,因而在煤礦電力機械中應用仍很廣泛。 </p><p>　　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鍵。 </p><p>　　1、 直流電機的維護保養(yǎng) </p><p>　　1

41、.1 換向器的維護保養(yǎng) </p><p>　　換向器是直流電機中的關鍵部件,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)。 </p><p>　　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

42、向器上火花的大小劃分為五個等級: </p><p>　　換向器的維護和電刷的維護與質量直接掛鉤,正確的進行電刷質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。 </p>&l

43、t;p>　　1.2 電刷的維護保養(yǎng) </p><p>　　電刷的質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: </p><p>　　(1)確認電刷辮螺絲是緊固的,刷辮不影響電刷的自由運動; </p><p>　　(2)確保電刷辮不接觸到電機內部非絕緣部分; </p><p>　　(3)檢查

44、電刷能否在刷握內自由移動,彈簧的位置必須正確,功能正常; </p><p>　　(4)刷握離換向器表面的距離應一致; </p><p>　　(5)更換的碳刷應適合換向器表面曲線。</p><p>　　1.3軸承的維護保養(yǎng) </p><p>　　對軸承進行檢查及維護的4種方法 </p><p>　　1)用竹片刮去軸承內的

45、潤滑脂,用低壓蒸汽作初步清洗,因為彈子內部有舊油或 </p><p><b>　　其他雜物; </b></p><p>　　2)檢查軸承內外圈有無跑圈現象; </p><p>　　3)測量軸承間隙,詳細檢查彈子內外彈道、彈夾有無裂紋,銹蝕、變色等現象,轉動軸承時應平滑,聲音均勻,無卡塞現象; </p><p>　　4)凡

46、有下列現象者必須更換新軸承:①內外彈道有銹蝕無法消除②內外彈夾過分磨損或松動③滾珠或滾柱有銹蝕或裂紋④彈子或彈道有過熱變色現象⑤轉動時有卡塞現象⑥軸承間隙超過最大允許值。 </p><p>　　軸承維護保養(yǎng)、潤滑一般需要根據軸承轉速、工作溫度、工作環(huán)境、環(huán)境溫度等, </p><p>　　然后確定潤滑脂牌號。 </p><p>　　1.4背包冷卻器的維護 </

47、p><p>　　(1)經常檢查進風口濾網、過濾器濾網,對其定期更換或凈化。 </p><p>　　(2)更換濾網時,濾網的厚度應均勻、適宜:層數多,濾風不暢;層數少,碳粉過濾、粘附效果不好。另外邊角處,處理要整齊。 </p><p>　　(3)檢查冷卻器的溫度、壓力值是否在正常范圍內,冷卻水溫度、流量是否正常,有無滲漏。 </p><p>　　直

48、流有刷電機的常見故障及其維修</p><p>　　2、 直流電機故障診斷與分析 </p><p>　　直流電機的復雜結構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。 </p><p><b>　　2.1 機械故障。</b></p><p>　　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

49、、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設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。 </p><p><b>　　2.2 電氣故障 </b></p><p>　　直流電機運行的電氣故障主要表現在以下幾個方面:(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

50、能下降,絕緣老化速度加快等。 </p><p>　　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,并對相應部位進行檢修維護。 </p><p>　　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: </p><p><b>　　3結語 </b></p>

51、<p>　　直流電機的維護保養(yǎng)決定其正常運行;直流電機結構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,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,而且可轉化為經濟效益。只有正確維護,準確診斷,電機才能實現高效穩(wěn)定地運行。 請</p><p>　　FUNUC公司產Alpha電機的應用</p><p>　　通常要求用變頻電機，或者普通

52、電機加風扇以滿足電機在低頻的散熱要求、并且要求電機調速范圍廣。</p><p>　　2、對變頻器的技術要求</p><p>　　(1)要求低頻力矩大</p><p>　　低頻時(1~10Hz)能出來150%額定轉矩。</p><p><b>　　(2)可靠性高</b></p><p>　　變頻器故

53、障率低，運行穩(wěn)定可靠</p><p>　　(3)轉矩動態(tài)響應速度快，穩(wěn)速精度高</p><p>　　能實現很好的動態(tài)響應效果，依據負載的變化，通過輸出轉矩的變化很快做出響 應，從而實現轉軸速度的穩(wěn)定.</p><p>　　(4)減速停車速度快</p><p>　　通常數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

54、外加制動電阻或制動單元。</p><p><b>　　3、電磁兼容問題</b></p><p>　　數控機床為工業(yè)應用環(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備產生干擾，在數控機床上最容易被干擾的設備是CNC控制器。一旦CNC控制器受干擾后，系統(tǒng)將不能正常工作。特

55、別是變頻器的頻率指令和運行指令也可能會受到干擾，干擾嚴重的會造成頻率指令不穩(wěn)定，變頻器誤動作等。解決此類問題的辦法是在變頻器出廠時須經過嚴格的EMC測試，采用EMC測試合格的變頻器產品。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　四個多月的努力，終于圓滿的完成了畢業(yè)設計的任務。畢業(yè)設計是大學四年學習的總結，通過此次畢業(yè)設計，鍛煉了我分析問題與解決

56、問題的能力，提高了我分析問題與解決問題的能力，提高了我的學習能力以及查閱資料的能力，掌握了運用所學知識解決工程實際問題的方法，同時也學到了很多新的知識，開闊了視野。本畢業(yè)設計的全部工作是在zzz老師的悉心教導下完成的。在設計過程中xx老師給予了我很大的鼓勵和幫助，畢業(yè)設計能夠順利完成與指導老師xx老師的幫助密不可分，論文的字里行間凝聚著xx老師的汗水和心血。老師淵博的學識、嚴謹的治學態(tài)度使我受益匪淺，這將激勵我在今后的工作中不斷進取。&

57、lt;/p><p>　　至此論文完成之際，特向xx老師表示衷心的感謝！</p><p><b>　　參考文獻：　</b></p><p>　　劉祖其主編 機床電氣控制與PLC 高等教育出版社2009年</p><p>　　夏慶關主編 數控機床故障診斷與維修 高等教育出版社2002年</p><p&

58、gt;　　張吉平 蔣林敏主編 數控加工設備 大連理工大學出版社 2007年</p><p>　　4.王益全主編 電動機原理與實用技術 北京:科學出版社，2005年</p><p>　　5.唐蘇亞主編 電動車輛及其電機的發(fā)展概況 電機技術， 1996年</p><p>　　6.葉金虎主編 現代無刷直流永磁電動機的原理和設計 辭學出版社，2007年&l