數(shù)控機(jī)床畢業(yè)論文--交流電機(jī)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用與維護(hù)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)論文</b></p><p>　　題目名稱：交流電機(jī)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用與維護(hù)</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　系 部：

2、 機(jī)械制造系 </p><p>　　專業(yè)年級： 09級 數(shù)控技術(shù)二班 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012年4月18日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>

3、　　摘 要..............................................................................................................3</p><p>　　交流伺服電動機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r.......................................................4</p>

4、<p>　　數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)簡介...............................................................5</p><p>　　2.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r........................................................................5</p><p>　　2.1

5、.1 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)簡介..................................................................5</p><p>　　2.1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r..............................................................6</p><p>　　2.2 數(shù)控系統(tǒng)的組成原理.....

6、...................................................................6</p><p>　　2.2.1 伺服系統(tǒng)概述.........................................................................6</p><p>　　2.2.2 伺服系統(tǒng)分析........

7、..................................................................8</p><p>　　2.2.3 伺服控制技術(shù).........................................................................11</p><p>　　交流伺服電動機(jī)的簡介..........

8、....................................................12</p><p>　　3.1 交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)...................................................................12</p><p>　　3.2 交流伺服電動機(jī)的工作原理.....................

9、......................................14</p><p>　　交流伺服電動機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用......................................15</p><p>　　4.1 交流伺服電動機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用特點(diǎn)...................................15</p><p&g

10、t;　　4.2 交流伺服電動機(jī)與其他電動機(jī)的比較...........................................16</p><p>　　4.2.1 交流伺服電動機(jī)與步進(jìn)電動機(jī)的比較.................................16</p><p>　　4.2.2 永磁交流伺服電動機(jī)同直流伺服電動機(jī)比較.....................17

11、</p><p>　　4.3 在數(shù)控系統(tǒng)中如何選擇交流伺服電動機(jī).......................................18</p><p>　　4.4 交流伺服電動機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例...................................19</p><p>　　交流伺服電動機(jī)的常見故障與維護(hù)...............

12、...........................22</p><p>　　5.1電機(jī)常見故障以及處理....................................................................22</p><p>　　5.2 # C. ?0 f. n# p- v5.2 555 電動機(jī)機(jī)械常見故障的分析和處理..............

13、...............................23</p><p>　　5.3電機(jī)日常維護(hù)方法 ..........................................................................25</p><p>　　結(jié)束語..................................................

14、........................................26</p><p>　　參考文獻(xiàn)......................................................................................27</p><p><b>　　摘 要</b></p><

15、;p>　　伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備，電動機(jī)為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動機(jī)械的運(yùn)動要求。具體在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與調(diào)整后，由電動機(jī)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)

16、動，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動及保護(hù)等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機(jī)材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的發(fā)展歷程。數(shù)控機(jī)床中的伺服系統(tǒng)種類繁多，本論文主要從以下四部分作了闡述與分析。</p><p>　　1、闡述了交流伺服電動機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，了解了當(dāng)前最前沿的發(fā)展技術(shù)。</p>&l

17、t;p>　　2、通過數(shù)控技術(shù)的發(fā)展過程，介紹了數(shù)控機(jī)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(jī)床伺服系統(tǒng)的工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)。</p><p>　　3、介紹了交流伺服電動的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，對伺服電動機(jī)的相關(guān)知識有了進(jìn)一步的了解。</p><p>　　4、通過實(shí)例詳細(xì)介紹了伺服電動機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用特點(diǎn)和應(yīng)用場合以及合理選擇伺服電動機(jī)的有效參數(shù)等內(nèi)

18、容。</p><p>　　5、針對數(shù)控系統(tǒng)闡述交流伺服系統(tǒng)的維護(hù)</p><p>　　作為數(shù)控機(jī)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(biāo)。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(jī)械、半導(dǎo)體制造、部件組裝等方面得到了廣泛的應(yīng)用。</

19、p><p>　　交流伺服電動機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，伺服系統(tǒng)的作用與要求越顯突出，交流伺服電動機(jī)的應(yīng)用也越來越為廣泛。針對直流電動機(jī)的缺陷，如果將其里外作相應(yīng)的調(diào)整處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子、轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測出磁極位置，就構(gòu)成了永磁無刷電動機(jī)，同時(shí)隨著矢量控制方法的實(shí)用化，使交流伺服系統(tǒng)具有良好的伺服特性，其寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)

20、響應(yīng)及四象限運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，使其動、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動的要求。</p><p>　　目前，在機(jī)床進(jìn)給伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系統(tǒng)，有三種類型：模擬形式、數(shù)字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號，位置控制通常由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字伺服可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，如做速度、力矩、位置控制?？山邮漳M指令和脈沖指令，各種參

21、數(shù)均以數(shù)字方式設(shè)定，穩(wěn)定性好。具有較豐富的自診斷、報(bào)警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。其將各種控制方式和不同規(guī)格、功率的伺服電機(jī)的監(jiān)控程序以軟件實(shí)現(xiàn)。使用時(shí)可由用戶設(shè)定代碼與相關(guān)的數(shù)據(jù)即自動進(jìn)入工作狀態(tài)。配有數(shù)字接口，改變工作方式、更換電動機(jī)規(guī)格時(shí)，只需重設(shè)代碼即可，故也稱萬能伺服。</p><p>　　交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面。一是系

22、統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)控制算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服控制成為可能。</p><p>　　交流伺服系統(tǒng)由于控制原理的先進(jìn)性，成本低、免維護(hù)，并且控制特性正在全面超越直流伺服系統(tǒng)，其勢必將在絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服電機(jī)。</p><

23、p>　　數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)簡介</p><p>　　2.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　2.1.1 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)簡介</p><p>　　數(shù)控機(jī)床一般由數(shù)控系統(tǒng)、包含伺服電動機(jī)和檢測反饋裝置的伺服系統(tǒng)、強(qiáng)電控制柜、機(jī)床本體和各類輔助裝置組成，如圖（2—1）</p><p>　　圖 2-1 數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成圖</p&g

24、t;<p><b>　　1、控制介質(zhì)</b></p><p>　　控制介質(zhì)又稱信息載體，是人與數(shù)控機(jī)床之間聯(lián)系的中間媒介物質(zhì)，反映了數(shù)控加工中全部的信息。</p><p><b>　　2、數(shù)控系統(tǒng)</b></p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動加工的核心，是整個(gè)數(shù)控機(jī)床的靈魂所在。主要由輸入裝置、監(jiān)視器、

25、主控制系統(tǒng)、可編程控制器、各類輸入/輸出接口等組成。主控制系統(tǒng)主要由CPU、存儲器、控制器等組成。數(shù)控系統(tǒng)的主要控制對象是位置、角度、速度等機(jī)械量，以及溫度、壓力、流量等物理量，其控制方式又可分為數(shù)據(jù)運(yùn)算處理控制和時(shí)序邏輯控制兩大類。</p><p><b>　　3、伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床本體之間的電氣聯(lián)系環(huán)節(jié)。主要由伺服電動機(jī)

26、、驅(qū)動控制系統(tǒng)和位置檢測與反饋裝置等組成。伺服電動機(jī)是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動控制系統(tǒng)則是伺服電動機(jī)的動力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號與位置反饋信號比較后作為位移指令，再經(jīng)過驅(qū)動控制系統(tǒng)的功率放大后，驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過機(jī)械傳動裝置拖動工作臺或刀架運(yùn)動。</p><p><b>　　4、輔助裝置</b></p><p>　　輔助裝置主要包括自動換刀裝置ATC、自動交換工作臺

27、機(jī)構(gòu)APC、工件夾緊放松機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺、液壓控制系統(tǒng)、潤滑裝置、切削液控制裝置、排屑裝</p><p>　　置、過載和保護(hù)裝置等。</p><p><b>　　5、機(jī)床本體</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床的本體是指其機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體。與傳統(tǒng)的普通機(jī)床相比較，同樣由主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)、工作臺、床身以及立柱等部分組成，但數(shù)控機(jī)床的整體布局

28、、外觀造型、傳動機(jī)構(gòu)、工具系統(tǒng)及操作機(jī)構(gòu)等方面都發(fā)生了很大的變化。</p><p>　　2.1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　當(dāng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)入分布式控制(DNC)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)環(huán)境,甚至要求與CAD/CAPP/CAM等共同信息系統(tǒng)通信后,原有的以單機(jī)服務(wù)為對象的CNC裝置就顯得不夠用了,新的環(huán)境要求CNC裝置進(jìn)一步向開放式數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。開放式體系結(jié)構(gòu)普遍采用模塊化、層

29、次化的結(jié)構(gòu),并通過各種形式向外提供統(tǒng)一的應(yīng)用程序接口,具有可移植性、可擴(kuò)展性、互操作性和可縮放性等特點(diǎn),即系統(tǒng)組成的內(nèi)部開放化和系統(tǒng)組成各部件之間的開放化。開放式CNC的產(chǎn)生源于微機(jī)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展,在PC系統(tǒng)中,作為主流操作系統(tǒng)之一的MS-DOS提供了一個(gè)實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的操作平臺,而且微軟正著手將Windows CE統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)操作系統(tǒng)。目前,以微軟視窗為突出代表的圖形用戶接口GUI標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)到來,并將逐步取代DOS,使操作方法與軟件開發(fā)過程

30、發(fā)生變化。國外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究與發(fā)展環(huán)境(Open System Environment for Controllers)的工作委員會。它研究的重點(diǎn)是在NC本身和分布式DNC控制系統(tǒng)上,它認(rèn)為站在制造的角度看NC是分布式DNC系統(tǒng)的一個(gè)服務(wù)器。OSEC所謂的開放式系統(tǒng)本身就被認(rèn)為是一個(gè)分布式系統(tǒng),它能滿</p><p>　　2.2 數(shù)控系統(tǒng)的組成原理</p><p>　　2.2.1 伺

31、服系統(tǒng)概述</p><p>　　伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備，電動機(jī)為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動</p><p>　　自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動機(jī)械的運(yùn)動要求。具體在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、調(diào)整與放大后，由電動機(jī)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)

32、動機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動及保護(hù)等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機(jī)材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的發(fā)展歷程。數(shù)控機(jī)床中的伺服系統(tǒng)種類繁多，對其技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作簡要探討。從基本結(jié)構(gòu)來看，伺服系統(tǒng)主要由三部分組成：控制器、功率驅(qū)

33、動裝置、反饋裝置和電動機(jī)。控制器按照數(shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實(shí)際運(yùn)行值的差，調(diào)節(jié)控制量；功率驅(qū)動裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電動機(jī)之上，調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，</p><p>　　另一方面按電動機(jī)的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動機(jī)所需的交流電或直流電；電動機(jī)則按供電大小拖動機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　任何部分的變化都可構(gòu)成不同種類的伺服

34、系統(tǒng)。根據(jù)驅(qū)動電動機(jī)的類型，可將其分為直流伺服和交流伺服；根據(jù)控制器實(shí)現(xiàn)方法的不同，可將其分為模擬伺服和數(shù)字伺服；根據(jù)控制器中閉環(huán)的多少，可將其分為開環(huán)控制系統(tǒng)、單環(huán)控制系統(tǒng)、雙環(huán)控制系統(tǒng)和多環(huán)控制系統(tǒng)。考慮伺服系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，首先按機(jī)床中傳動機(jī)械的不同將其分為進(jìn)給伺服與主軸伺服，然后再根據(jù)其他要素來探討不同伺服系統(tǒng)的技術(shù)特性。進(jìn)給伺服以數(shù)控機(jī)床的各坐標(biāo)為控制對象，產(chǎn)生機(jī)床的切削進(jìn)給運(yùn)動。為此，要求進(jìn)給伺服能快速調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸的運(yùn)動

35、速度，并能精確地進(jìn)行位置控制。具體要求其調(diào)速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)響應(yīng)快。根據(jù)系統(tǒng)使用的電動機(jī)，進(jìn)給伺服可細(xì)分為步進(jìn)伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。</p><p>　　作為數(shù)控機(jī)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(biāo)。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)?？梢灶A(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字

36、伺服系統(tǒng)、直線電動機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)的關(guān)注的熱點(diǎn)，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。</p><p>　　2.2.2 伺服系統(tǒng)分析</p><p>　　一 、從伺服系統(tǒng)的組成上分析（如圖2-2所示）</p><p>　　輸入量 輸出量</p&

37、gt;<p>　　圖 2-2 伺服系統(tǒng)組成分析</p><p>　　1、比較組件是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進(jìn)行比較，以獲的控制系統(tǒng)動作的偏差信號的環(huán)節(jié)，通常可通過電子電路或計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2、調(diào)節(jié)組件又稱控制器是伺服系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其作用是對比較組件輸出的偏差的偏差信號進(jìn)行交換、放大以控制執(zhí)行組件按要求動作。調(diào)節(jié)組件的質(zhì)量對伺服系統(tǒng)的性

38、能有重要的影響，其功能一般有軟件算法加硬件電路實(shí)現(xiàn)或單獨(dú)有硬件電路實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3、執(zhí)行組件其作用是在控制信號作用下，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換成機(jī) 械能，驅(qū)動被控制對象工作，數(shù)控機(jī)床中伺服電動機(jī)是常見的組件。</p><p>　　4、被控對象是伺服系統(tǒng)中被控制的設(shè)備或裝置，是直接實(shí)現(xiàn)目的功能的主體，其行為質(zhì)量反映著整個(gè)伺服系統(tǒng)的性能，數(shù)控機(jī)床中被控對象主要是機(jī)械裝置，包括傳

39、動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。</p><p>　　5、測量反饋組件是指傳感器及其信號檢測裝置，用于實(shí)時(shí)檢測被控制對象的輸出量并將其反饋到比較組件。</p><p>　　二、從伺服系統(tǒng)的原理上分析</p><p>　　服系統(tǒng)是由速度環(huán)、位置環(huán)、電流環(huán)的三環(huán)結(jié)構(gòu)組成，它的工作原理是：由插補(bǔ)器發(fā)出的脈沖經(jīng)位置控制回路發(fā)出速度指令，比較器中與檢測器信號相與后，再經(jīng)過放大器送出轉(zhuǎn)矩指令

40、，至矢量處理電路，該電路由轉(zhuǎn)角計(jì)算回路、乘法器、比較器等組成。另一方面，檢測器的輸出信號也被送到矢量處理電路中的轉(zhuǎn)角計(jì)算回路，將電動機(jī)的回轉(zhuǎn)位置改變了角度時(shí)，由矢量處理電路輸出三個(gè)電流信號，經(jīng)放大并與電動機(jī)回路的電流檢測信號比較之后，經(jīng)脈寬調(diào)制電路（PWM）放大后，控制三相橋式晶體管電路，使交流伺服電動機(jī)按規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并輸出所需要的轉(zhuǎn)矩值。檢測器檢測出的信號還可送到位置控制回路，與插補(bǔ)器來的脈沖信號進(jìn)行比較完成位置環(huán)控制。</

41、p><p>　　三、從伺服系統(tǒng)的類型上分析</p><p><b>　　1、按調(diào)節(jié)理論分類</b></p><p><b>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)即無位置反饋的系統(tǒng)，其驅(qū)動元件主要是功率步進(jìn)電機(jī)或電液脈沖馬達(dá)。開環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，但精度差，低速不平穩(wěn)，高速扭

42、矩小。</p><p><b>　　閉環(huán)伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　閉環(huán)系統(tǒng)是誤差控制隨動系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的誤差，是CNC輸出的位置指令和機(jī)床工作臺（或刀架）實(shí)際位置的差值。閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)動執(zhí)行元件不能反映運(yùn)動的位置，因此需要有位置檢測裝置。由于閉環(huán)伺服系統(tǒng)是反饋控制，反饋測量裝置精度很高，從而大大提高跟隨精度和定位精度。目前閉環(huán)系統(tǒng)的分辨率多數(shù)為1μm，

43、定位精度可達(dá)+-0.01～+-0.005mm；高精度系統(tǒng)分辨率可0.1μm 。</p><p>　　半閉環(huán)系統(tǒng)位置檢測元件不直接安裝在進(jìn)給坐標(biāo)的最終運(yùn)動部件上，而是中間經(jīng)過機(jī)械傳動部件的位置轉(zhuǎn)換，又稱間接測量。半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)是一致的，不同點(diǎn)只是閉環(huán)系統(tǒng)環(huán)內(nèi)包括多的機(jī)械傳動部件，傳動誤差均可被補(bǔ)償。</p><p>　　2、按使用的驅(qū)動元件分類</p><p&

44、gt;<b>　　電液伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　電液伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為液壓元件，其前一級為電氣元件。驅(qū)動元件為液動機(jī)和液壓缸，常用的有電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。電液伺服系統(tǒng)具有在低速下可以得到很高的輸出力矩，以及剛性好、時(shí)間常數(shù)小、反映快和速度平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　電氣伺服系統(tǒng)</b></p>&

45、lt;p>　　電氣伺服系統(tǒng)全部采用電子器件和電機(jī)部件，操作維護(hù)方便，可靠性高。電氣伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動元件主要有步進(jìn)點(diǎn)機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。它們沒有液壓系統(tǒng)中的噪聲、污染和維修費(fèi)用高等問題，但反應(yīng)速度和低速力矩不如液壓系統(tǒng)高。</p><p>　　3、按使用直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)分類</p><p><b>　　直流伺服系統(tǒng)</b></p>

46、<p>　　直流伺服系統(tǒng)常用的伺服電機(jī)有小慣量直流伺服電機(jī)和永磁直流伺服電機(jī)（也稱為大慣量寬調(diào)速直流伺服電機(jī)）。小慣量伺服電機(jī)最大限度地減少電 的</p><p>　　轉(zhuǎn)動慣量，所以能獲得最好的快速性。永磁直流伺服電機(jī)能在較大過載轉(zhuǎn)矩下長時(shí)間工作以及電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量較大，能直接與絲桿相連而不需要中間傳動裝置。</p><p><b>　　交流伺服系統(tǒng)</b>

47、;</p><p>　　交流伺服系統(tǒng)使用交流異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺服電機(jī)）和永磁同步伺服電機(jī)（一般用于進(jìn)給伺服電機(jī)）。交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小，使得動態(tài)響應(yīng)好。交流電機(jī)輸出功率比直流電機(jī)提高10%-70%。</p><p>　　4、按進(jìn)給驅(qū)動和主軸驅(qū)動分類</p><p><b>　　進(jìn)給伺服系統(tǒng)</b></p>&

48、lt;p>　　進(jìn)給伺服系統(tǒng)是指一般概念的伺服系統(tǒng)，它包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)完成各坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動，具有定位和輪廓跟蹤功能，是數(shù)控機(jī)床中要求最高的伺服控制。</p><p><b>　　主軸伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　一般的主軸控制只是一個(gè)速度控制系統(tǒng)。主要實(shí)現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，提供切削過程中的轉(zhuǎn)矩和功率，且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，完成在轉(zhuǎn)速

49、范圍內(nèi)的無級變速。</p><p>　　5、按反饋比較控制方式分類</p><p>　　脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)</p><p>　　該系統(tǒng)是閉環(huán)伺服系統(tǒng)中的一種控制方式。它是將數(shù)控裝置發(fā)出的數(shù)字（或脈沖）指令信號與檢測裝置得的以數(shù)字（或脈沖）形式表示的反饋信號直接進(jìn)行比較，以產(chǎn)生位置誤差，達(dá)到閉環(huán)控制。</p><p><b>　　

50、相位比較伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　相位比較伺服系統(tǒng)中位置檢測裝置采取相位工作方式，指令信號與反饋信號都變成某個(gè)載波的相位，然后通過兩者相位的比較，獲得實(shí)際位置與指令位置的偏差，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。</p><p><b>　　幅值比較伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　幅值比較伺服系統(tǒng)是以位置檢測信號的幅值大小來反映機(jī)械位移

51、的數(shù)值，并以此信號作為位置反饋信號，一般還要將此幅值信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才與指令數(shù)字信號進(jìn)行比較，從而獲得位置偏差信號構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　5、全數(shù)字伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　隨著微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)已開始采用高速、高精度的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。使伺服控制技術(shù)從模擬方式、混合</p>

52、<p>　　方式走向全數(shù)字方式。數(shù)字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術(shù)和改進(jìn)伺服性能的措施，使控制精度和品質(zhì)大大提高。</p><p>　　2.2.3 伺服控制技術(shù)</p><p>　　從70年代后期到80年代初期，隨著微處理器技術(shù)、大功率高性能半導(dǎo)體功率器件技術(shù)和電機(jī)永磁材料制造工藝的發(fā)展及其性能價(jià)格比的日益提高，交流伺服技術(shù)——交流伺服電機(jī)和交流伺服控制系統(tǒng)逐漸成為主導(dǎo)產(chǎn)品。交

53、流伺服驅(qū)動技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動化的基礎(chǔ)技術(shù)之一，并將逐漸取代直流伺服系統(tǒng)。　　交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動電動機(jī)的類型來分，主要有兩大類：永磁同步（SM型）電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步（IM型）電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)。其中，永磁同步電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于完全成熟，具備了十分優(yōu)良的低速性能，并可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動的要求。并且隨著永磁材料性能的大幅度提高和價(jià)格的降低，其在工業(yè)生產(chǎn)自動

54、化領(lǐng)域中的應(yīng)用將越來越廣泛，目前已成為交流伺服系統(tǒng)的主流。感應(yīng)式異步電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)由于感應(yīng)式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，制造容易，價(jià)格低廉，因而具有很好的發(fā)展前景，代表了將來伺服技術(shù)的方向。但由于該系統(tǒng)采用矢量變換控制，相對永磁同步電動機(jī)伺服系統(tǒng)來說控制比較復(fù)雜，而且電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)還存在著效率低，發(fā)熱嚴(yán)重等有待克服的技術(shù)問題，目前并未得到普遍應(yīng)用。　　系統(tǒng)的執(zhí)行</p><p>　　交流伺服電動機(jī)的簡介</p

55、><p>　　3.1 交流伺服電動機(jī)的組成結(jié)構(gòu)</p><p>　　交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)主要可分為兩大部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90°電角度的兩相繞組，如圖3-1所示。其中L1- L2稱為勵磁繞組， k1-k2稱為控制繞組，所以交流伺服電動機(jī)是一種兩相的交流電動機(jī)。</p><p>　　轉(zhuǎn)子的

56、結(jié)構(gòu)常用的有鼠籠形轉(zhuǎn)子和非磁性杯形轉(zhuǎn)子。 鼠籠形轉(zhuǎn)子交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3-2所示， 它的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、 轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組等組成。 轉(zhuǎn)子鐵心是由硅鋼片疊成的， 每片沖成有齒有槽的形狀， 如圖3-3所示， 然后疊壓起來將軸壓入軸孔內(nèi)。 鐵心的每一槽中放有一根導(dǎo)條， 所有導(dǎo)條兩端用兩個(gè)短路環(huán)連接， 這就構(gòu)成了轉(zhuǎn)子繞組</p><p>　　1 — 定子繞組 2 — 定子鐵心 3 — 鼠籠轉(zhuǎn)

57、子</p><p>　　圖3-1 兩相繞組分布圖</p><p>　　圖3-2 鼠籠型轉(zhuǎn)子交流伺服電機(jī) 圖3-3 轉(zhuǎn)子沖片</p><p>　　非磁性杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。 圖中外定子與鼠籠形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)的定子完全一樣,內(nèi)定子由環(huán)形鋼片疊成,通常內(nèi)定子不放繞組， 只是代替鼠籠轉(zhuǎn)子的鐵心，作為電機(jī)磁路的一部

58、分。在內(nèi)、外定子之間有細(xì)長的空心轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上，空心轉(zhuǎn)子作成杯子形狀，所以又稱為空心杯形轉(zhuǎn)子。空心杯由非磁性材料鋁或銅制成，它的杯壁極薄，一般在0.3 mm左右。 杯形轉(zhuǎn)子套</p><p>　　在內(nèi)定子鐵心外，并通過轉(zhuǎn)軸可以在內(nèi)、外定子之間的氣隙中自由轉(zhuǎn)動，而內(nèi)、 外定子是不動的。</p><p>　　1—杯形轉(zhuǎn)子 2—外定子 3—內(nèi)定子</p><p

59、>　　4—機(jī)殼 5—端蓋</p><p>　　圖3-4 杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)</p><p>　　與鼠籠形轉(zhuǎn)子相比較，非磁性杯形轉(zhuǎn)子慣量小，軸承摩擦阻轉(zhuǎn)矩小。由于它的轉(zhuǎn)子沒有齒和槽，所以定、轉(zhuǎn)子間沒有齒槽粘合現(xiàn)象，轉(zhuǎn)矩不會隨轉(zhuǎn)子不同的位置而發(fā)生變化，恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子一般不會有抖動現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。但是由于它內(nèi)、外定子間氣隙較大(杯壁厚度加上杯壁兩邊的氣隙)，所以勵磁電流就大，

60、降低了電機(jī)的利用率，因而在相同的體積和重量下，在一定的功率范圍內(nèi)，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)比鼠籠轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)所產(chǎn)生的啟動轉(zhuǎn)矩和輸出功率都?。涣硗?，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)和制造工藝又比較復(fù)雜。因此， 目前廣泛應(yīng)用的是鼠籠形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)， 只有在要求運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)的某些特殊場合下(如：積分電路等)， 才采用非磁性杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)。</p><p>　　3.2 交流伺服電動機(jī)的工作原理</p><p&

61、gt;　　交流伺服電機(jī)的工作原理和單相感應(yīng)電動機(jī)無本質(zhì)上的差異。但是，交流伺服電機(jī)必須具備一個(gè)性能，就是能克服交流伺服電機(jī)的所謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，即無控制信號時(shí)，它不應(yīng)轉(zhuǎn)動，特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動時(shí)，如果控制信號消失，它應(yīng)能立即停止轉(zhuǎn)動。而普通的感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動起來以后，如控制信號消失，往往仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動。</p><p>　　當(dāng)電機(jī)原來處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，如控制繞組不加控制電壓，此時(shí)只有勵磁繞組通電產(chǎn)生脈動磁場?？梢园衙}動磁場

62、看成兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場。這兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場以同樣的大小和轉(zhuǎn)速，向相反方向旋轉(zhuǎn)，所建立的正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應(yīng)出大小相同，相位相反的電動勢和電流（或渦流），這些電流分別與各自的磁場作用產(chǎn)生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩為</p><p>　　零，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來。一旦控制系統(tǒng)有偏差信號，控制繞組就要接受與之相對應(yīng)的控制電壓。在一般情況下，電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。一個(gè)橢

63、圓形旋轉(zhuǎn)磁場可以看成是由兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場合成起來的。這兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場幅值不等（與原橢圓旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相同的正轉(zhuǎn)磁場大，與原轉(zhuǎn)向相反的反轉(zhuǎn)磁場?。韵嗤乃俣?，向相反的方向旋轉(zhuǎn)。它們切割轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的電勢和電流以及產(chǎn)生的電磁力矩也方向相反、大小不等（正轉(zhuǎn)者大，反轉(zhuǎn)者?。┖铣闪夭粸榱?，所以伺服電機(jī)就朝著正轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來，隨著信號的增強(qiáng)，磁場接近圓形，此時(shí)正轉(zhuǎn)磁場及其力矩增大，反轉(zhuǎn)磁場及其力矩減小，合成力矩變大，如負(fù)載力矩不變，轉(zhuǎn)

64、子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位，即移相180o，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相反，因而產(chǎn)生的合成力矩方向也相反，伺服電機(jī)將反轉(zhuǎn)。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流，伺服電機(jī)產(chǎn)生的磁場將是脈動磁場，轉(zhuǎn)子很快地停下來。鼠籠轉(zhuǎn)子(或者是非磁性杯形轉(zhuǎn)子)所以會轉(zhuǎn)動起來是由于在空間中有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。 旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條， 在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流再與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用就產(chǎn)生力和轉(zhuǎn)矩， 轉(zhuǎn)矩的方向和旋轉(zhuǎn)</p>

65、<p>　　交流伺服電動機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　4.1 交流伺服電動機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用特點(diǎn)</p><p>　　無刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。</p><

66、;p>　　交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。其交流伺服電機(jī)還有以下特點(diǎn)。</p><p><b>　　1、精度高</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床是按預(yù)定的程序自動進(jìn)行加工的，不可能象普通機(jī)床那樣手動

67、操作來調(diào)整和補(bǔ)償，各種因素對加工精度的影響，故數(shù)控機(jī)床的實(shí)際位移與指令位移之差要小?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的位移精度一般為0.01~0.001mm甚至可高達(dá)0.1微米，以保證加工質(zhì)量的一致性，保證復(fù)雜曲面、曲面零件的加工精度。</p><p><b>　　2、調(diào)速范圍寬</b></p><p>　　調(diào)速范圍是指最高進(jìn)給速度和最低進(jìn)給速度的比，目前先進(jìn)調(diào)速水平是在脈沖當(dāng)量或最小設(shè)

68、定單位為1微米的情況下，進(jìn)給速度能在0~240m/min的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，一般數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度能在0~24m/min的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，即調(diào)速范圍為1：24000。</p><p>　　3、快速響應(yīng)并無超調(diào)</p><p>　　對伺服系統(tǒng)除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤信號的響應(yīng)要快。伺服系統(tǒng)的這個(gè)特點(diǎn)對伺服系統(tǒng)的動態(tài)性提出了兩方面要求：一方面在伺服系統(tǒng)處

69、于頻繁的啟動、制動、加速、減速等動態(tài)過程中，為了提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量則要求加、減速度足夠大以縮短過度過程時(shí)間。一般電機(jī)速度0到最大或從最大減到0，時(shí)間應(yīng)控制在200ms以下，甚至小于幾十毫秒且速度變化時(shí)不應(yīng)有超調(diào)；另一方面，是當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，過度過程前言要陡，恢復(fù)時(shí)間要短，且無震蕩，這樣才能得到光滑的加工表面。</p><p>　　4、能在低速時(shí)輸出大的轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的

70、進(jìn)給系統(tǒng)常在相對較低的速度下進(jìn)行切削，故要求伺服系統(tǒng)能夠</p><p>　　輸出大的轉(zhuǎn)矩。普通加工直徑400mm的車床，縱向和橫向的驅(qū)動力矩都在10Nm以上。為此，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動鏈應(yīng)盡量短，傳動摩插系數(shù)盡量小，并減少間隙，提高剛度，減少慣量，提高效率。</p><p>　　4.2 交流伺服電動機(jī)與其他電動機(jī)的比較</p><p>　　4.2.1 交流伺服電動機(jī)

71、與步進(jìn)電動機(jī)的比較</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運(yùn)動控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異

72、，現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。</p><p><b>　　一 、控制精度不同</b></p><p>　　兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、1.8°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。</p><

73、;p><b>　　二、低頻特性不同</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細(xì)分技術(shù)等。交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即

74、使在低速時(shí)也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。</p><p><b>　　三、矩頻特性不同</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300~600rpm。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即

75、在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000rpm或3000rpm）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。</p><p><b>　　四、過載能力不同</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)

76、因?yàn)闆]有這種過載</p><p>　　能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。</p><p><b>　　五、運(yùn)行性能不同</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象

77、，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。</p><p>　　六、速度響應(yīng)性能不同</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200~400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流

78、伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000rpm僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。</p><p>　　綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。</p><p>　　4.2.2 永磁交流伺服電動機(jī)同直流伺服電動機(jī)比較</p

79、><p>　　直流伺服驅(qū)動技術(shù)受電機(jī)本身缺陷的影響，其發(fā)展受到了限制。直流伺服電機(jī)存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，影響了與其連接的其他機(jī)械設(shè)備的精度，難以應(yīng)用到高速及大容量的場合，機(jī)械換向器則成為直流伺服驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的瓶頸。      交流伺服電機(jī)克服了直流伺服電機(jī)存在的電刷、換向器等機(jī)械部件所帶來的各種缺點(diǎn)，特別是交流伺服電機(jī)的過負(fù)

80、荷特性和低慣性更體現(xiàn)出交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)越性。所以，交流伺服系統(tǒng)在工廠自動化（FA）等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用其交流伺服優(yōu)點(diǎn)有以下特點(diǎn)（1）無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。（2）定子繞組散熱比較方便。（3）慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。（4）適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。（5）同功率下有較小的體積和重量。</p><p>　　4.3 在數(shù)控系統(tǒng)中如何選擇交流伺服電動機(jī)</p><p

81、>　　選擇電機(jī)，首先要確定電機(jī)工作點(diǎn)的力矩有多大，及在這個(gè)力矩下需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速（即額定轉(zhuǎn)速）是多少，依此可以確定需要多大尺寸的電機(jī)能滿足這個(gè)要求。</p><p>　　電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和額定力矩決定了電機(jī)的輸出功率。對于兩臺尺寸完全相同</p><p>　　的電機(jī)來說，由于轉(zhuǎn)速不同，力矩不同，所以輸出功率也不同。力矩大、轉(zhuǎn)速高的電機(jī)，其輸出功率就大，當(dāng)然電流也要增大。</p>

82、;<p>　　對于同一臺電機(jī)，當(dāng)力矩不變時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電壓成正比。即：電壓越高，轉(zhuǎn)速越高。如：一臺12V電機(jī)，在額定力矩下的負(fù)載轉(zhuǎn)速為5000rpm，當(dāng)把電壓升高到24V時(shí)，則負(fù)載轉(zhuǎn)速大約為10000rpm。</p><p><b>　　交流電機(jī)轉(zhuǎn)速公式。</b></p><p>　　式中： f – 定子電源頻率</p><p>

83、<b>　　p – 磁激對數(shù)</b></p><p><b>　　S – 轉(zhuǎn)差率</b></p><p>　　ns – 定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　n– 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　對于同一臺電機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)速與負(fù)載力矩成反比。即：隨著負(fù)載力矩的增大，電

84、機(jī)轉(zhuǎn)速將降低。如：一臺電機(jī)，若在200g.cm時(shí)的轉(zhuǎn)速為5000rpm，當(dāng)負(fù)載力矩大于200g.cm時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速將低于5000rpm；而當(dāng)負(fù)載力矩小于200g.cm時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速將高于5000rpm。</p><p>　　一般來說，電機(jī)所帶的負(fù)載力矩，應(yīng)與電機(jī)給定的額定力矩相同。因?yàn)?，在額定力矩下工作時(shí)，電機(jī)是處于最高效率點(diǎn)附近。而當(dāng)負(fù)載力矩大于額定力矩時(shí)，電機(jī)處在超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，這將影響到電機(jī)的發(fā)熱和使用壽命。&

85、lt;/p><p>　　電機(jī)的力矩通常用g.cm（克·厘米）表示，與其他力矩單位的換算關(guān)系是：</p><p>　　1g.cm＝0.098mNm＝0.014oz-in</p><p>　　1mNM＝10.2g.cm＝0.142oz-in</p><p>　　1oz-in＝7.056mNm＝72.0g.cm</p><

86、p>　　長度單位的換算關(guān)系是：1mm＝0.039in 　lin＝25.4mm</p><p>　　重量單位的換算關(guān)系是：1g＝0.035oz　　 loz＝28.35g</p><p>　　選擇交流伺服電機(jī)應(yīng)考慮的參數(shù)因素：</p><p>　?。?）負(fù)載曲線在電機(jī)轉(zhuǎn)矩極限曲線的下方；（2）負(fù)載曲線必須小于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速；</p><p&g

87、t;　?。?）慣量決定整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)性，即加減速特性</p><p><b>　　選擇恰當(dāng)?shù)臏p速比</b></p><p>　　慣量比：折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量/電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量</p><p>　　伺服電機(jī)工作的慣量比應(yīng)為5~10倍</p><p>　　最佳慣量匹配：慣量比為1</p><p>&l

88、t;b>　　（4）鋒值力矩</b></p><p><b>　　加減速要求</b></p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量、負(fù)載慣量</p><p><b>　　額定力矩</b></p><p>　　4.4 交流伺服電動機(jī)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例</p><p>　

89、　4.4.1交流伺服系統(tǒng)在大型銑鏜床的應(yīng)用     隨著微處理技術(shù)、高性能半導(dǎo)體功率器件等產(chǎn)品制造工藝的發(fā)展及性價(jià)比的日益提高，交流伺服技術(shù)在機(jī)電設(shè)備產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越多，由于三相異步鼠籠式電動機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、制造容易、運(yùn)行可靠、維修方便、價(jià)格低廉，具有良好的發(fā)展前景，是未來伺服技術(shù)的發(fā)展方向之一。     大、重型落地式數(shù)控銑鏜床為機(jī)、電、液一體化技術(shù)密集

90、型產(chǎn)品，其性能要求可實(shí)現(xiàn)多軸控制、五坐標(biāo)聯(lián)動；可加工帶有復(fù)雜曲面的大型工件；屬于機(jī)械加工行業(yè)里的高精度、高性能、高效率的關(guān)鍵重大裝備，目前此種類型產(chǎn)品基本依賴從國外進(jìn)口。如果在保證性能的前提下實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，尤其是采用國產(chǎn)化的全數(shù)字伺服系統(tǒng)，可以達(dá)到大幅度節(jié)約成本，打破國外的技術(shù)壟斷和制約，推動民族工業(yè)的發(fā)展的目的。</p><p>　　4.4.2 技術(shù)要求     落地?cái)?shù)控

91、銑鏜床作為重型精密加工設(shè)備，要求很高的調(diào)速性能，調(diào)速比要求大于1:3000，目前國內(nèi)控制系統(tǒng)主要采用直流調(diào)速系統(tǒng)。主要技術(shù)要求如下：     在帶載調(diào)速過程中必須保證足夠的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)給軸低速平穩(wěn)運(yùn)行和大扭矩輸出。     重載加工過程中在負(fù)載(轉(zhuǎn)矩)大范圍波動的情況下保證運(yùn)行速度的平穩(wěn)。采</p><p>　　用時(shí)光

92、科技交流伺服控制系統(tǒng)的某型號落地式數(shù)控銑鏜床的外形圖（如圖4-1所示）。</p><p>　　圖4-1   某落地式數(shù)控銑鏜床采用時(shí)光交流伺服</p><p>　　時(shí)光科技交流伺服控制器具有以下特點(diǎn)：1、全數(shù)字化      時(shí)光科技的交流伺服控制器是全數(shù)字化技術(shù)，其速度控制范圍為0Hz～500Hz，控制精度

93、標(biāo)準(zhǔn)為0.01～0.02Hz(特殊要求時(shí)可做到0.0025Hz)。該控制器可以滿足數(shù)控銑鏜床進(jìn)行大范圍的穩(wěn)定、準(zhǔn)確的高精度速度控制的需求。2、 高可靠的調(diào)速和過載性能     與變頻器相比較，其速度曲線呈線性，使得加工過程時(shí)機(jī)床在頻繁地起、停、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和制動控制的工況條件下連續(xù)正常地運(yùn)行而速度不產(chǎn)生波動。而且，該系統(tǒng)具有優(yōu)良的超載特性，在銘牌額定轉(zhuǎn)速下可以做到300%的額定轉(zhuǎn)矩輸出，完全有別

94、于一般變頻器的工作曲線(見圖4-2所示)，保證了重載加工過程中在負(fù)載大范圍波動的情況下機(jī)床依然可以平穩(wěn)運(yùn)行。</p><p>　　圖4-2 通用“變頻器”與“伺服控制器”的主要區(qū)別</p><p>　　3、 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的解耦獨(dú)立控制 （如下圖） 圖4-3 立柱水平進(jìn)給 圖4-4軸箱垂直進(jìn)給 圖4-5 鏜軸(內(nèi))和滑枕(外)系統(tǒng)達(dá)

95、到的主要指標(biāo)：</p><p>　　電機(jī)相關(guān)參數(shù)： 調(diào)速范圍：0.01~250Hz(換檔無級變速)；額定轉(zhuǎn)速：4級1500r/min。 時(shí)光科技的交流伺服控制器在大重型數(shù)控銑鏜床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，充分發(fā)揮了系統(tǒng)的低速大扭矩和速度控制平穩(wěn)的特性，使得大重型設(shè)備零速平穩(wěn)起動，超低速進(jìn)給性能顯著提高，應(yīng)用前景十分廣闊。</p><p>　　交流伺服電動機(jī)的常見故障與維護(hù)</p>

96、;<p>　　交流伺服系統(tǒng)由于控制原理的先進(jìn)性，成本低、免維護(hù)，并且控制特性正在全面超越直流伺服系統(tǒng)，其勢必將在絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服電機(jī)。但是電機(jī)在日常的生產(chǎn)當(dāng)中由于操作不當(dāng)或者維護(hù)不到位避免不了產(chǎn)生一些故障，下面就電機(jī)的常見故障進(jìn)行舉例說明。</p><p>　　5.1 電機(jī)常見故障以及處理</p><p>　　電動機(jī)起動困難，加額定負(fù)載后，轉(zhuǎn)速較低。

97、 # `, x3 A: C  `7 [! j' t* O可能原因：（1）電源電壓較低；（2）原為角接誤接成星接；（3）鼠籠型轉(zhuǎn)子的籠條端脫焊，松動或斷裂。, ~7 y% Q% J  Q, j( ?# I 處理方法：（1）提高電壓；（2）檢查銘牌接線方法，改正定子繞組接線方式；（3）進(jìn)行檢查后并對癥處理。$ z% S9 f- U+ f （二）時(shí)機(jī)接通后，電動機(jī)不能起動，但有嗡

98、嗡聲 ( F1 {- }5 P: Y4 M" \) ^, n8 \2 E可能原因：（1）電源沒有全部接通成單相起動；（2）電動機(jī)過載；（3）被拖動機(jī)械卡住；（4）繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路開路成斷線；（5）定子內(nèi)部首端位置接錯(cuò)，或有斷線、短路。機(jī)械設(shè)計(jì),機(jī)械加工,設(shè)計(jì)軟件,機(jī)械工程師,設(shè)備管理,焊接, 處理方法：（1）檢查電源線，電動機(jī)引出線，熔斷器，開關(guān)的各對觸點(diǎn)，找出斷路位置，予以排除；（2）卸載后空載或半載起動；（3）

99、檢查被拖動機(jī)械，排除故障；（4）檢查電刷，滑環(huán)和起動電阻各個(gè)接觸器的接合情況；（5）重新判定三相的首尾端，并檢查三相繞組是否有燦線</p><p>　　機(jī)殼和端蓋的檢修 $ q6 m& |! Z  k6 U機(jī)械設(shè)計(jì),機(jī)械加工,設(shè)計(jì)軟件,機(jī)械工程師,設(shè)備管理,焊接,液壓,鑄造,密封,測量,工程機(jī)械,粉末冶金,軸承,齒輪,泵閥,工業(yè)自動化機(jī)殼和端蓋若有裂紋應(yīng)進(jìn)行堆焊修復(fù)若遇到軸承鏜

100、孔間隙過大，造成軸承端蓋配合過松，一般可用沖子將軸承孔壁均勻打出毛刺激性，然后再將軸承打入端蓋，對于功率較大的電動機(jī)，也可采用鑲補(bǔ)或電鍍的方法最后加工出軸承所需要的尺寸。 - b- p6 C- _6 A4 s# B4 e機(jī)械設(shè)計(jì),機(jī)械加工,設(shè)計(jì)軟件,機(jī)械工程師,設(shè)備管理,焊接,液壓,鑄造,密封,測量,工程機(jī)械,粉末冶金,軸承,齒輪,泵閥,工業(yè)自動化（四）轉(zhuǎn)軸故障檢修; R7 H6 Y0 k3 p （1）軸彎曲 &

101、quot; Z: p4 Z; M  G4 U$ [7 O若彎曲不大，可通過磨光軸徑、滑環(huán)的方法進(jìn)行修復(fù)；若彎曲超過0.2mm，可將軸放于壓力機(jī)下，在拍彎曲處加壓矯正，矯正后的軸表面用車床切削磨光；如彎曲過大則需另換新軸。   d& p$ R- t- K& n' q4 ~（2）軸頸磨損 3 R# G7 q6 }+ B! </p><p>

102、　　5.3電機(jī)日常維護(hù)方法 </p><p>　　) w# |4 N1 O) k, X機(jī)械設(shè)計(jì),機(jī)械加工,設(shè)計(jì)軟件,機(jī)械工程師,設(shè)備管理,焊接,液壓,鑄造,密封,測量,工程機(jī)械,粉末冶金,軸承,齒輪,泵閥,工業(yè)自動化電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，使用方便，價(jià)格低廉等特點(diǎn)。為保證時(shí)機(jī)的正常工作對運(yùn)行的電動機(jī)要按電動機(jī)完好質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行檢查，運(yùn)行中的電動機(jī)與被拖動設(shè)備的軸心要對正，運(yùn)行中無明顯的振動，一定要保持通

103、風(fēng)良好、風(fēng)翅等要完整無缺。要時(shí)刻觀察和測量電動機(jī)電網(wǎng)電壓和正常工作電流，電壓變化不應(yīng)超過額定電壓的±5%，電動機(jī)的額定負(fù)荷電流不能經(jīng)常超過額定電流，以防時(shí)機(jī)過熱，同時(shí)檢查電機(jī)起動保護(hù)裝置的動作是否靈活可靠。檢查電動機(jī)各部分溫升是否正常，還要經(jīng)常檢查軸承溫度，滑動軸承不得超過度，滾動軸承不得超過70度，滾動軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中的聲音要清晰、無雜音。對于電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境要做到防砸、防淋、防潮。對于環(huán)境不良，經(jīng)常挪動、頻繁起動、過載運(yùn)行等要加

104、強(qiáng)日常維護(hù)和保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除隱患。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　21世紀(jì)是一個(gè)嶄新的世紀(jì)，也定將是各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的世紀(jì)。相信隨著材料技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制理論技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的快速發(fā)展以及電機(jī)制造工藝水平的逐步提高，同時(shí)伴隨著制造業(yè)的不斷升級和制造技術(shù)的快速發(fā)展，必將為加工和制造技術(shù)的核心技術(shù)之一的伺服驅(qū)動技

105、術(shù)迎來又一大好的發(fā)展時(shí)機(jī)！</p><p>　　在歷經(jīng)半年的實(shí)習(xí)工作當(dāng)中，經(jīng)過輔導(dǎo)教師xx老師的精心輔導(dǎo)，以及自己在廠實(shí)習(xí)的親身經(jīng)歷，從而寫出了這篇論文，由于車間上班時(shí)間安排所致，所以寫成這篇論文時(shí)間有些倉促，若文中不慎出現(xiàn)錯(cuò)誤，敬請老師予以點(diǎn)評。</p><p>　　在這里再次感謝指導(dǎo)老師xx老師的悉心指導(dǎo)和幫助，才能使我能夠按時(shí)完成此次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)！</p><p&

106、gt;<b>　　此致</b></p><p><b>　　敬禮</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張吉平 蔣林敏 數(shù)控加工設(shè)備 （第二版）. 大連理工大學(xué)出版社，2007</p><p>　　夏慶觀 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修 （第一版）

107、. 高等教育出版社，2002</p><p>　　董 原 數(shù)控維修實(shí)用技術(shù) （第一版）. 內(nèi)蒙古人民出版社，2008</p><p>　　勞動和社會保障部 加工中心操作工（第一版）.中國勞動社會保障出 版社，2001</p><p>　　劉祖其 機(jī)床電器控制與PLC（第一版）. 高等教育出版社，2009</p><p&g

108、t;　　王占元、王寧 交流電機(jī)的使用維護(hù)和修理 .機(jī)械工業(yè)，2010</p><p>　　袁登科、陶生桂 交流永磁電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) .機(jī)械工業(yè)，2011</p><p>　　魏潤仙、孫善君 電機(jī)控制與應(yīng)用 .北京大學(xué)，2010</p><p>　　王洪、唐鍇 電機(jī)設(shè)備安裝與維護(hù) .科學(xué)出版社，2011</p><p>　　熊永前 電機(jī)學(xué)習(xí)題