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最全電機的知識及其在數控多軸鉆床和多軸攻絲機上的應用
瀏覽量：126次 發布時間：2016-08-27 11:12:39
達人多軸鉆床鉆孔攻絲的過程是將電能轉換成機械能的過程，而這個過程的轉換設備即為電機。
電機（英文：Electric machinery）定義：是指依據電磁感應定律實現電能的轉換或傳遞的一種電磁裝置。電機一般包括三類：
1.電動機：也稱電機（俗稱馬達），在電路中用字母“M”（舊標準用“D”）表示。它的主要作用是產生驅動轉矩，作為用電器或各種機械的動力源。在機械、冶金、石油、煤炭、化學、航空、交通、農業以及其他各種工業中，電動機被廣泛地應用著。隨著工業自動化程度不斷提高，需要采用各種各樣的控制電機作為自動化系統的元件，人造衛星的自動控制系統中，電機也是不可缺少的。
2.發電機：在電路中用字母“G”表示。它的主要作用是利用機械能轉化為電能，目前最常用的是，利用熱能、水能等推動發電機轉子來發電。
3.變壓器：在有的書上稱之為靜止的電機。
電機種類繁多，無法一一介紹，本文重點介紹常用的三相異步電動機及伺服電機兩種。
三相異步電動機
一、三相異步電動機簡介
異步電動機是交流電動機中最常用的一種，它的作用是將交流電能轉換成機械能。三相異步電動機應用最為廣泛，因為它具有結構簡單、運行可靠、維護方便、效率較高等特點，通常被用在金屬切削機床、起重運輸機械、中小型鼓風機和水泵等生產機械設備中。
三相異步電動機
但三相異步電動機也有一些缺點，最主要的是不能經濟地實現范圍較廣的平滑調速：必須從電網吸取滯后的勵磁電流，使電網功率因數降低。但是一般的生產機械并不要求大范圍的平滑調速，而電網的功率因數又可以采取其他辦法來進行補償。特別是由于現代電子技術迅猛發展，采用由晶閘管組成的變頻電源裝置，使三相異步電動機應用更加廣泛。
二、三相異步電動機的結構
三相異步電動機的種類很多，但各類三相異步電動機的基本結構是相同的，它們都由定子和轉子這兩大基本部分組成，在定子和轉子之間具有一定的氣隙。
（1）定子部分：
定子機座和鐵心沖片
（2）轉子部分：
鼠籠式轉子鐵心和繞組結構示意圖
三相繞線型轉子結構示意圖
封閉式三相籠型異步電動機結構圖
伺服是現代數控機床的重要組成部分，通常機床的精度和速度等指標都是由伺服電機來決定的，它由于是正弦波控制，轉矩脈動小，而且隨著技術的發展，高精度、高性能的交流伺服電機已成為伺服系統發展的新趨勢。
1.伺服電機簡介
伺服電機（servo motor）是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。
伺服電機特別適合要求運行平穩、低噪音、響應快、使用壽命長、高輸出扭矩的應用場合，因此廣泛應用于ATM機、噴繪機、刻字機、寫真機、噴涂設備、醫療儀器及設備、計算機外設及海量存儲設備、精密儀器、工業控制系統、辦公自動化、機器人等領域。同時因其頻繁啟動反應速度快、控制性能好等特點，在電腦繡花機等紡織機械設備中有著廣泛的應用。
2.伺服電機結構
伺服電機內部結構圖
轉子部分、定子部分不再詳述。
（1）伺服電機編碼器
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，圓盤兩側有一對光源與受光元件，此外中間還有一個分度尺。圓盤轉動時，遇到透明的地方光就會通過，遇到黑色條紋的時候光就會被遮住。受光元件將光的有無變化轉變為電信號后就成為了脈沖（反饋脈沖）。
圓盤上的條紋的密度等于伺服電機的分辨率（每轉的脈沖數），圓盤上的條紋分為表示轉動量的條紋、表示轉動方向的條紋，還有每轉基準（叫做“零點”）的條紋。零點條紋的脈沖每轉輸出一次，這個脈沖稱為“零點信號”。根據這3種條紋，就可以掌握圓盤（伺服電機）的位置、轉動量和轉動方向。
（2）伺服電機制動方式
伺服電機的制動方式有以下3種：
①動態制動（又稱能耗制動）：由動態制動電阻組成，在故障、急停、電源斷電時通過能耗制動縮短伺服電機的機械進給距離。
②再生制動（又稱回饋制動）：是指伺服電機在減速或停車時將制動產生的能量通過逆變回路反饋到直流母線，經阻容回路吸收。
③電磁制動：是通過機械裝置鎖住電機的軸。
三者的區別：
1.再生制動必須在伺服器正常工作時才起作用，在故障、急停、電源斷電時等情況下法制動電機。動態制動器和電磁制動工作時不需電源。
2.再生制動的工作是系統自動進行，而動態制動器和電磁制動的工作需外部繼電器控制。
三相異步電動機和伺服電機都是最常用的電機，現在以達人多軸鉆床為例，說明電機在機床上的應用。
1.三相異步電動機
三相異步電動機在數控多軸鉆床上的應用基本分為3種：為主軸提供轉矩的主電機、液壓站上的油泵電機和切削液水箱上的水泵電機。
達人數控多軸鉆床
▲主電機▲
主電機為主軸提供轉矩，帶動機架和鉆頭或絲錐進攻，完成鉆孔動作。
▲油泵電機▲
油泵電機，將液壓站的液壓油從油箱抽取進入油管路中，帶動油缸進行傳動作用。
▲ 水泵電機 ▲
切削液水箱上的水泵電機，將水箱中的冷卻水抽取進入水管，對切削工具進行冷卻，延長切削工具的使用壽命。
2.伺服電機
達人多軸鉆攻一體機
▲進給主軸伺服電機▲
進給主軸伺服電機：具備良好的可控性、響應快速、高精度定位.。
▲主軸伺服電機▲
主軸伺服電機：0-8000轉速易于實現高速鉆孔,低轉速攻絲高精度加工要求。
▲托板伺服電機▲
托板伺服電機：具備良好的可控性、響應快速、高精度定位。
達人多軸鉆床上的電機需要日常維護檢查和定期維護，其他機床可參考。
1. 電動機的日常維護檢查
電動機的日常維護檢查的要點是及早的發現設備的異常狀態，及時進行處理，防止事故擴大。維護人員根據繼電器保護裝置的動作和信號可以發現異常現象，也可以依靠維護人員的經驗來判斷事故苗頭。
電動機的日常維護檢查內容如下:
（1）外觀檢查
靠視覺可以發現下列異常現象：電動機外部緊固件是否有松動，零部件是否有毀壞，設備表面是否有油污、腐蝕現象；電動機的各接觸點和連接處是否有變色、燒痕和煙跡等現象。發生這些現象原因是由于電動機局部過熱、導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、轉子三相電阻不平衡、單相運轉、導體接觸不良等。電流表指示過大，則表明電動機過載、軸承故障、繞組匝間短路等；電動機停轉，造成的原因有：電源停電、單相運轉、電壓過低、電動機轉矩太小、負載過大、電壓降過大、軸承燒毀、機械卡住等。
（2）檢查電動機的各種雜音
其中包括電磁噪聲、通風噪聲、機械摩擦聲、軸承雜音等，從而可判斷出電動機的故障原因。引起噪聲大的原因在機械方面有：軸承故障、機械不平衡、緊固螺釘松動、聯軸器連接不符要求、定轉子鐵心相擦等；在電氣方面有：電壓不平衡、單相運行、繞組有斷路或擊穿故障、起動性能不好、加速性能不好等。
（3）檢查電動機是否有焦味、臭味
如果電機有焦味、臭味，應立即停止工作，檢查電機。造成這種現象的原因通常是：電動機過熱、單相運轉、繞組燒毀、繞組故障、軸承故障等。
（4）用手摸機殼表面檢查電動機是否有震動或溫度過高現象
造成震動的原因是：機械負載不平衡、各緊固部件有松動現象、電動機基礎強度不夠、聯軸器連接不當、氣隙不均或混入雜物、電壓不平衡、單相運轉、繞組故障、軸承故障等。
造成電動機溫度過高的原因是過載、冷卻風道堵塞、單相運轉、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間過長、定子和轉子相擦、起動器接觸不良、頻繁起動和制動或反接制動、進口風溫度過高、機械卡住等。
用手摸電動機表面估計溫度高低時，由于每個人的感覺不同，帶有主觀性，因此要由經驗來決定。
2.電機的定期維護
為了保證電機正常工作，除了按操作規程正常使用、運行過程中注意正常監視和維護外，還應該進行定期檢查，做好電機維護保養工作。這樣可以及時消除一些毛病，防止故障發生，保證電機安全可靠地運行。定期維護的時間間隔可根據電機的形式考慮使用環境決定。
定期維護的內容如下：
（1）清擦電機。及時清除電機機座外部的灰塵、油泥。如使用環境灰塵較多，最好每天清掃一次。
（2）檢查和清擦電機接線端子。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。檢查皮帶輪或聯軸器有無魄力、損壞，安裝是否牢固；皮帶及其聯結扣是否完好。
（5）電機的啟動設備，也要及時清擦外部灰塵、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。軸承在使用一段時間后應該清洗，更換潤滑脂或潤滑油。清洗和換油的時間，應隨電機的工作情況，工作環境，清潔程度，潤滑劑種類而定，一半每工作3-6個月，應該清洗一次，重新換潤滑脂。油溫較高時，或者環境條件差、灰塵較多的電機要經常清洗、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，所以檢查電機繞組的干燥是非常重要的。電機工作環境潮濕、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，使帶電部分與機殼等不應帶電的金屬部分相碰，發生這種故障，不僅影響電機正常工作，還會危及人身安全。所以，電機在使用中，應經常檢查絕緣電阻，還要注意查看電機機殼接地是否可靠。
（8）除了按上述幾項內容對電機進行定期維護外，運行一年后要大修一次。大修的目的在于，對電機進行一次徹底、全面的檢查、維護，增補電機缺少、磨損的元件，徹底消除電機內外的灰塵、污物，檢查絕緣情況，清洗軸承并檢查其磨損情況。發現問題，及時處理。
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