(5年高職)數(shù)控機床電氣控制教學(xué)課件匯總完整版電子教案全書課件(最新)

1、數(shù)控機床電氣控制 教材數(shù)控機床電氣控制 本課程教學(xué)手段教師為輔以職業(yè)為核心學(xué)生為主以行動為導(dǎo)向 課程定位數(shù)控機床維修安全操作能力數(shù)控機床電氣線路試驗?zāi)芰﹄姎庠淖R別能力典型機床電氣線路分析能力典型數(shù)控裝置應(yīng)用能力數(shù)控機床的維修管理能力數(shù)控機床驅(qū)動裝置分析能力CA6140車床故障排除能力具備自動控制系統(tǒng)分析能力 專業(yè)能力方法能力社會能力獲取信息的能力資料收集整理能力制定、實施工作計劃的能力工藝文件理解能力工作交接能力檢查、判斷能力理論知識的運用能力獨立分析的能力 溝通協(xié)調(diào)能力團隊協(xié)作能力語言表達能力安全與自我保護能力基層生產(chǎn)組織能力責(zé)任心與職業(yè)道德 課程培養(yǎng)目標 主 要 內(nèi) 容常用電動機及其應(yīng)

2、用數(shù)控機床常用低壓電器電器控制基本環(huán)節(jié)典型機床電氣控制可編程控制器及其應(yīng)用自動控制基礎(chǔ)數(shù)控機床驅(qū)動裝置數(shù)控機床電氣控制概況數(shù)控裝置結(jié)構(gòu)與原理典型控制系統(tǒng)正在進行數(shù)控機床維護與維修電力拖動系統(tǒng)及其運動分析 模塊一數(shù)控機床電氣控制概況 模塊一數(shù)控機床電氣控制概況（1）學(xué)習(xí)目標了解數(shù)控機床加工過程及特點；掌握數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的組成和工作特點；理解數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標及要求；熟悉數(shù)控機床電氣控制的分類和發(fā)展方向。 單元一、直流電動機及其應(yīng)用（2）單元學(xué)習(xí)內(nèi)容 數(shù)控機床的編程加工技術(shù)人員除了應(yīng)掌握數(shù)控機床的編程和操作外，還必須了解數(shù)控機床的性能，掌握數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的組成和工作特點，

3、才能充分發(fā)揮數(shù)控機床的作用，判斷數(shù)控機床能否保證零件的加工質(zhì)量；在數(shù)控機床發(fā)生故障時，還應(yīng)能簡單分析故障原因并進行處理，避免故障的擴大；同時應(yīng)及時與維修人員進行溝通，為數(shù)控機床的故障排除提供足夠的信息，從而保證數(shù)控機床長期穩(wěn)定地?zé)o故障運行。 1、數(shù)控機床加工過程及特點2、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)組成及其工作過程3、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分類4、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標及要求5、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況目 錄 一、數(shù)控機床加工過程及特點-(1) 工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)和國防現(xiàn)代化建設(shè)，要求機械產(chǎn)業(yè)不斷地提供各種先進的設(shè)備，如電力機車、內(nèi)燃機車、起重運輸機械、裝卸機械、工程機械、養(yǎng)路機械等。為制

4、造和維修這些設(shè)備，就必須具備制造各種金屬零件的設(shè)備，如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設(shè)備等。機械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，主要靠切削加工來達到，特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求高的零件，往往需要經(jīng)過幾道甚至幾十道切削加工工序才能完成。 利用刀具對金屬毛坯進行切削，從而加工出機械零件的工作機械稱為金屬切削機床，簡稱機床。機床是現(xiàn)代機械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備，在一般機械制造廠中，機床所擔負的加工工作量約占機械制造總工作量的4060。 一、數(shù)控機床加工過程及特點-(2) 工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)和國防現(xiàn)代化建設(shè)，要求機械產(chǎn)業(yè)不斷地提供各種機床的性能直接影響機械產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和經(jīng)濟

5、性，因此，它是國民經(jīng)濟中具有戰(zhàn)略意義的基礎(chǔ)工業(yè)，機床的擁有量及其先進程度將直接影響到國民經(jīng)濟各部門生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)進步的能力。 數(shù)控機床由普通機床發(fā)展而來，它集機械、液壓、氣動、伺服驅(qū)動、精密測量、電氣自動控制、現(xiàn)代控制理論、計算機控制和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)于一體，是一種高效率、高精度、能保證加工質(zhì)量、解決工藝難題，而且又具有一定柔性的生產(chǎn)設(shè)備，并正逐步取代普通機床。數(shù)控機床的廣泛使用，給機械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來了深刻的變化，其技術(shù)水平高低和擁有量多少，是衡量一個國家和企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。 一、數(shù)控機床加工過程及特點-(3) （一） 數(shù)控機床加工過程 普通機床的整個加工過程，

6、需要通過技術(shù)工人手工操作來完成；而數(shù)控機床可以按事先編制的加工程序，自動地對工件進行加工，如圖1.1所示。 一、數(shù)控機床加工過程及特點-(4) 數(shù)控機床的加工過程如下（圖1.2）： （） 根據(jù)加工零件尺寸、形狀和技術(shù)要求，確定零件的加工工藝過程和加工參數(shù)。 （） 按規(guī)定的格式和代碼，編制數(shù)控機床能執(zhí)行的數(shù)控加工程序。 （） 采用按鍵輸入或通信輸入的方式，將數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中。 （） 數(shù)控機床的數(shù)控裝置自動處理數(shù)控加工程序，進行刀具軌跡計算，發(fā)出各種信號控制數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)和機床強電控制系統(tǒng)，驅(qū)動電動機帶動主軸旋轉(zhuǎn)和工作臺移動，并協(xié)調(diào)控制數(shù)控機床的主運動、進給運動和輔助運動

7、，直至零件自動加工完畢。 一、數(shù)控機床加工過程及特點-(5) 由此可看出，數(shù)控機床既具有專用機床生產(chǎn)率高的優(yōu)點，又具有普通機床工藝范圍廣、使用靈活的特點，集高效率、高精度、高柔性于一身，成為當今機床自動化的理想形式。 一、數(shù)控機床加工過程及特點-(6) （二） 普通機床和數(shù)控機床加工實例比較 以切削如圖 所示的搖手柄為例。 搖手柄的普通車床加工方法 數(shù)量較少或單件生產(chǎn)時，各圓弧面采用雙手控制法車削，即通過雙手合成運動加工。 數(shù)量較多時，各圓弧面可以采用多把成形車刀車削，即將多把車刀刀刃磨得跟工件各圓弧面形狀相同，分別對各圓弧面進行切削。 一、數(shù)控機床加工過程及特點-(7) 批量生產(chǎn)時，可以采用

8、靠模法進行加工。采用背板靠模和尾座靠模加工搖手柄的方法分別如圖1.4 和圖1.5 所示。 一、數(shù)控機床加工過程及特點-(7) 搖手柄的數(shù)控車床加工方法 數(shù)控車床加工是將搖手柄圖置于加工坐標系中，通過計算確定各點的坐標，然后編制程序，通過數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)，控制車床的X 軸和Z 軸進給，從而控制車刀刃按輪廓運動，即可加工出高精度的搖手柄。 圖1.6為搖手柄的數(shù)控車床加工示意圖?，F(xiàn)以加工從點P1到點P2的圓弧為例說明數(shù)控車床加工搖手柄的過程。 一、數(shù)控機床加工過程及特點-(8) 設(shè)經(jīng)過計算確定兩點坐標為P1（x1，z1）、P2（x2，z2）的圓弧半徑為40mm。則點P1到點P2 圓弧的數(shù)控加工指

9、令為： G90G02Xx2Zz2R40F100 數(shù)控車床執(zhí)行這條加工指令時，會按照圓弧要求，分別驅(qū)動X 軸和Z 軸運動，兩軸帶動車刀運動合成的軌跡就是R40 的圓弧，當車刀運動到點P2（x2，z2）時，數(shù)控車床會繼續(xù)執(zhí)行下一條指令，從而完成點P1到點P2的圓弧加工。 一、數(shù)控機床加工過程及特點-(9) （三） 數(shù)控機床特點 由此可看出數(shù)控機床具有以下幾個顯著特點： （） 能完成很多普通機床難以加工，或者根本不能加工的復(fù)雜型面的加工。 （） 采用數(shù)控機床可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量。 （） 采用數(shù)控機床可比普通機床提高倍的生產(chǎn)效率，對復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。

10、（） 數(shù)控機床具有柔性，只需更換程序，就可適應(yīng)不同品種及尺寸規(guī)格零件的自動加工。 （） 大大減輕了工人的勞動強度。 二、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)組成及其工作過程-(1) 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的組成 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)由數(shù)控裝置（CNC）、進給伺服系統(tǒng)、主軸伺服系統(tǒng)、機床強電控制系統(tǒng)（包括可編程控制器控制系統(tǒng)和繼電接觸器控制系統(tǒng)）等組成，如圖1.7 所示。 二、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)組成及其工作過程-(2) 數(shù)控裝置是數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的控制中心。它能夠自動地對輸入的數(shù)控加工程序進行處理，將數(shù)控加工程序信息按兩類控制量分別輸出：一類是連續(xù)控制量，送往伺服系統(tǒng)；另一類是離散的開關(guān)控制量，送往機床強電

11、控制系統(tǒng)，從而協(xié)調(diào)控制機床各部分的運動，完成數(shù)控機床所有運動的控制，實現(xiàn)數(shù)控機床的加工過程。 進給伺服系統(tǒng)由進給軸伺服電機（一般內(nèi)裝速度和位置檢測器件）和進給伺服裝置組成。進給伺服系統(tǒng)驅(qū)動機床各坐標軸的切削進給，提供切削過程中所需要的轉(zhuǎn)矩、運轉(zhuǎn)速度。 二、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)組成及其工作過程-(3) 主軸伺服系統(tǒng)包括主軸電機（含速度檢測器件）和主軸伺服裝置，實現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制，有的主軸伺服裝置還含有主軸定向控制功能。 機床強電控制系統(tǒng)，除了對機床輔助運動和輔助動作（包括電動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、冷卻箱及潤滑油箱等）的控制外，還包括對保護開關(guān)、各種行程極限開關(guān)和操作盤上所有元件（包括各

12、種按鍵、操作指示燈、波段開關(guān)）的檢測和控制。在機床強電控制系統(tǒng)中，可編程控制器（PLC）可替代機床上傳統(tǒng)的強電控制系統(tǒng)中大部分機床電器，從而實現(xiàn)對潤滑、冷卻、氣動、液壓和主軸換刀等系統(tǒng)的邏輯控制。 二、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)組成及其工作過程-(4) 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)工作過程 如圖1.6 所示，在從點P1到點P2的圓弧加工中，數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)的工作過程如下： （） CNC 控制主軸伺服系統(tǒng)模塊，使主軸電動機帶動主軸按要求速度旋轉(zhuǎn)。 （） CNC 控制車床強電控制系統(tǒng)，使冷卻系統(tǒng)正常工作。 （） CNC 通過車床強電控制系統(tǒng)，驅(qū)動換刀裝置，使需要使用的車刀轉(zhuǎn)動到工作位置。 （） CNC 控制

13、X 軸、Z 軸伺服裝置，驅(qū)動刀架移動，使車刀定位在點P1（x1，z1）。 （） CNC 按圓弧加工指令控制X 軸、Z 軸伺服裝置，分別驅(qū)動刀架沿X 向、Z 向移動，車刀刀刃按規(guī)定的圓弧軌跡移動，即可加工出所需要的圓弧。 （） 當車刀運動到點P2（x2，z2）時，CNC繼續(xù)下一條指令的控制。以上所有的動作控制都按預(yù)先編好的程序自動進行，不需要人工操作。 三、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分類-(1) 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的種類很多，雖然控制對象不同，但原理卻基本相似。 （一） 按運動軌跡分類 點位控制系統(tǒng)點位控制系統(tǒng)只是精確地控制刀具相對工件從一個坐標點移動到另一個坐標點，移動過程中不進行任何切削加工，點

14、與點之間移動軌跡、速度和路線決定了生產(chǎn)效率的高低。為了提高加工效率，保證定位精度，系統(tǒng)采用“快速趨近，減速定位”的方法實現(xiàn)控制。這類數(shù)控機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。數(shù)控鉆床點位控制如圖1.8 所示，A 孔和B 孔的鉆孔加工，可以按兩種路線加工。 三、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分類-(2) 三、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分類-(3) 直線控制系統(tǒng) 直線控制系統(tǒng)不僅要求具有準確的定位功能，而且要控制兩點之間刀具移動的軌跡是一條直線，且在移動過程中刀具能以給定的進給速度進行切削加工。 直線控制系統(tǒng)的刀具運動軌跡一般是平行于各坐標軸的直線；特殊情況下，如果同時驅(qū)動兩套運動部件，其合成運動的軌跡是與坐標軸

15、成一定夾角的斜線。這類數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床等。數(shù)控銑床直線控制如圖1.9 所示。 三、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分類-(4) 輪廓控制系統(tǒng) 輪廓控制系統(tǒng)能同時控制兩個或兩個以上坐標軸，這需要進行復(fù)雜的插補運算，即根據(jù)給定的運動代碼指令和進給速度，計算刀具相對工件的運動軌跡，實現(xiàn)連續(xù)控制。這類數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機床、數(shù)控加工中心等。數(shù)控銑床輪廓控制如圖1.10 所示，數(shù)控線切割機床輪廓控制如圖1.11 所示。 三、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分類-(5) （二） 按伺服系統(tǒng)分類 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的程序指令及數(shù)據(jù)，經(jīng)插補運算得到位置控制指令，并通過進給伺服系統(tǒng)完成各坐標軸的位置控

16、制。伺服系統(tǒng)按控制方式來分，有開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)。目前，數(shù)控機床上用得最多的是半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩種。 早期的數(shù)控機床采用電液伺服驅(qū)動的較多，當前，數(shù)控機床一般采用全電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)，使用的電動機分為步進電機、直流電動機以及交流電動機三大類，其中步進電機使用在一些要求不高的經(jīng)濟型數(shù)控機床上，直流伺服電機從20世紀70年代到80年代中期在數(shù)控機床中占據(jù)了主導(dǎo)地位，目前大多數(shù)進給伺服系統(tǒng)采用的是交流伺服電機。 三、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分類-(6) 開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)沒有檢測反饋裝置，以步進電機作為驅(qū)動元件，由步進驅(qū)動裝置和步進電機組成，如圖1.12所示。

17、在開環(huán)控制系統(tǒng)中，CNC裝置輸出的指令脈沖經(jīng)驅(qū)動電路進行功率放大，控制步進電機轉(zhuǎn)動，再經(jīng)機床傳動機構(gòu)帶動工作臺移動。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，調(diào)試和維修都比較方便，但無位置閉環(huán)控制，精度主要取決于步進電機及傳動機構(gòu)的精度，因而精度較差。 三、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分類-(7) 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 半閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在電動機或絲杠軸端，通過角位移的測量，間接測量機床工作臺的實際位置，并與CNC裝置的指令值進行比較，用差值進行控制。半閉環(huán)控制系統(tǒng)以交、直流伺服電機作為驅(qū)動元件，由位置比較電路、速度控制電路、伺服電機等組成，如圖1.13所示。 三、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分類-(8) 半閉環(huán)控

18、制系統(tǒng)只檢測電機的旋轉(zhuǎn)角度而不檢測機械間隙等，所以整個位置系統(tǒng)位置環(huán)增益可以較大，且調(diào)試比較容易，穩(wěn)定性較好。對部分環(huán)節(jié)造成的誤差可以控制，精度比開環(huán)高，傳動鏈上有規(guī)律的誤差，如間隙及螺距誤差等，可由數(shù)控系統(tǒng)加以補償。但是傳動機構(gòu)的誤差過大或其誤差不穩(wěn)定時，則數(shù)控系統(tǒng)難以補償。 閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，直接測量工作臺的實際位移，并與CNC裝置的指令值進行比較，用差值進行控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)以交、直流伺服電機作為驅(qū)動元件，用于高精度設(shè)備的控制，如圖1.14 所示。 三、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)分類-(9) 閉環(huán)控制系統(tǒng)直接從機床的移動部件上獲取位置實際移動值，通過反

19、饋控制，可調(diào)節(jié)全部傳動環(huán)節(jié)造成的誤差，其精度很高，檢測裝置的精度對系統(tǒng)的精度影響大。但由于在位置環(huán)中存在著延遲、間隙等非線性環(huán)節(jié)，因此影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)試較困難。 四、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標及要求-(1) （一） 數(shù)控機床的運動性能指標 數(shù)控機床的可控軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù) 數(shù)控機床的可控軸數(shù)是指數(shù)控機床數(shù)控裝置能夠控制的坐標數(shù)量。數(shù)控機床可控軸數(shù)與數(shù)控裝置的運算處理能力、運算速度及內(nèi)存容量等有關(guān)。國外先進數(shù)控裝置的可控軸數(shù)已經(jīng)達到了24軸，我國目前數(shù)控裝置可控軸數(shù)最多為6軸，圖1.15 為6軸加工中心示意圖。 數(shù)控機床的聯(lián)動軸數(shù)是指數(shù)控機床數(shù)控裝置可同時進行運動控制的坐標軸數(shù)。目前有軸聯(lián)

20、動、軸聯(lián)動、軸聯(lián)動、軸聯(lián)動等。軸聯(lián)動數(shù)控機床能三坐標聯(lián)動，可以加工空間復(fù)雜曲面。軸聯(lián)動、軸聯(lián)動數(shù)控機床可以加工飛行器葉輪、螺旋槳等零件。 四、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標及要求-(2) 四、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標及要求-(3) 主軸轉(zhuǎn)速 數(shù)控機床主軸一般均采用直流或交流調(diào)速主軸電動機驅(qū)動，選用高速軸承支承，保證主軸具有較寬的調(diào)速范圍和足夠高的回轉(zhuǎn)精度、剛度及抗震性。目前，數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速已普遍達到500010000 rmin，甚至更高，有利于對各種小孔加工，提高零件加工精度和表面質(zhì)量。 進給速度 數(shù)控機床的進給速度是影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素。它受數(shù)控裝置的

21、運算速度、機床運動特性、剛度等因素的限制。目前我國數(shù)控機床的進給速度可達1015min，國外先進數(shù)控機床的進給速度可達1530mmin。 四、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標及要求-(4) 坐標行程 一般數(shù)控機床坐標軸X、Y、Z 的行程大小構(gòu)成數(shù)控機床的空間加工范圍，即加工零件的大小。坐標行程是直接體現(xiàn)機床加工能力的指標參數(shù)。 刀庫容量和換刀時間 刀庫容量和換刀時間對數(shù)控機床的生產(chǎn)效率有著直接的影響。刀庫容量是指刀庫能存放加工所需要刀具的數(shù)量。中小型數(shù)控加工中心多為1660把刀具，大型加工中心可達100把刀具。換刀時間是指帶有自動交換刀具系統(tǒng)的數(shù)控機床，將主軸上使用的刀具與裝在刀庫上的下一工序

22、需用的刀具進行交換所需要的時間。目前國內(nèi)數(shù)控機床換刀時間為1016，國外先進數(shù)控機床換刀時間一般為45s。 四、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)主要性能指標及要求-(5) （二） 數(shù)控機床的精度指標 定位精度 定位精度是指數(shù)控機床工作臺等移動部件移動到指令位置的準確程度，即實際移動位置與指令要求位置的一致性，移動部件實際位置與指令位置之間的誤差稱為定位誤差。被控制機床坐標的誤差（即定位誤差）包括驅(qū)動此坐標軸控制系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、進給系統(tǒng)等）的誤差，也包括移動部件導(dǎo)軌的幾何誤差等。定位誤差將直接影響零件加工的位置精度。 重復(fù)定位精度 重復(fù)定位精度是指在同一條件下，用相同的方法，重復(fù)進行同一動作時，控

23、制對象到達同一指令位置的一致程度，即在同一臺數(shù)控機床上，應(yīng)用相同程序、相同代碼加工一批零件，所得到的連續(xù)結(jié)果的一致程度，也稱為精密度。重復(fù)定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進給系統(tǒng)的間隙、剛性以及摩擦特性等因素影響。 五、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況-(1) 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展，與數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、可編程控制器的發(fā)展密切相關(guān)。 （一） 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展狀況 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的功能不斷增多，柔性不斷增強，性能價格比不斷提高，當前數(shù)控系統(tǒng)正朝著下面幾個方向發(fā)展。 高速度、高精度化 數(shù)控系統(tǒng)的高速度、高精度化要求數(shù)控系統(tǒng)在讀入加工指令數(shù)據(jù)后，能高速度計算出伺服電機的位移

24、量，并能控制伺服電機高速度準確地運動。此外，要實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的高速度化，還必須要求主軸轉(zhuǎn)速、進給率、刀具交換、托板交換等實現(xiàn)高速度化。提高微處理器的位數(shù)和速度是提高CNC速度的最有效的手段。目前較新的數(shù)控系統(tǒng)大多數(shù)采用32位微處理器。 五、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況-(2) 智能化 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用高技術(shù)的重要目標是智能化。智能化技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面： （） 自適應(yīng)控制技術(shù)。通常數(shù)控機床按照預(yù)先編好的程序進行控制，但隨機因素，如毛坯余量和硬度的不均勻、刀具的磨損等難以預(yù)測，為了確保質(zhì)量，一般要在編程時采用較保守的切削用量，從而降低了加工效率。自適應(yīng)控制系統(tǒng)（AC，adaptive cont

25、rol）可對機床主軸轉(zhuǎn)矩、功率、切削力、切削溫度、刀具磨損等參數(shù)值進行自動測量，并由CPU進行比較運算后，發(fā)出修改主軸轉(zhuǎn)速和進給量大小的信號，確保AC系統(tǒng)處于最佳切削狀態(tài)，從而在保證加工質(zhì)量條件下，使加工成本最低或生產(chǎn)率最高。 （） 附加人機會話自動編程功能。建立切削用量專家系統(tǒng)和示教系統(tǒng)，從而提高編程效率和降低對編程操作人員技術(shù)水平的要求。 （） 具有設(shè)備故障自診斷功能。數(shù)控系統(tǒng)出了故障，控制系統(tǒng)能夠進行自診斷，并自動采取排除故障的措施，以適應(yīng)長時間無人操作環(huán)境的要求。 五、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況-(3) 小型化 蓬勃發(fā)展的機電一體化設(shè)備，對CNC系統(tǒng)提出了小型化的要求。日本新開發(fā)的

26、FS16和FS18都采用了三維安裝方法，電子元器件的高密度地安裝，大大地縮小了系統(tǒng)的占有空間。此外，它們還采用了新型TFT彩色液晶薄型顯示器，使CNC系統(tǒng)進一步小型化，這樣可更方便地將它們裝到機械設(shè)備上。 計算機群控 計算機群控也叫做計算機直接數(shù)控系統(tǒng)（DNC），它是用一臺大型通用計算機為數(shù)臺數(shù)控機床進行自動編程，并直接控制數(shù)臺數(shù)控機床的系統(tǒng)。根據(jù)機床與計算機結(jié)合方式的不同，計算機群控大致可分為間接型、直接型和計算機網(wǎng)絡(luò)等不同的方式。 五、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況-(4) 在間接型群控系統(tǒng)中，把來自通用計算機存儲的程序，通過連接裝置（如電纜）分別送到機床群中每臺機床的普通數(shù)控系統(tǒng)中。大型

27、通用計算機也稱為中央計算機，它們有足夠的存儲容量，可以統(tǒng)一存儲和管理大量的零件程序。 在直接型群控系統(tǒng)中，機床群中每臺數(shù)控機床不必帶有普通數(shù)控系統(tǒng)，只需裝設(shè)具有伺服控制電路和操作面板的機床控制裝置即可，而機床的數(shù)控機能和插補運算功能全部由中央計算機來完成。在這種系統(tǒng)中，各臺數(shù)控機床不能獨立工作，一旦計算機出了故障，各臺數(shù)控機床都將停止運行。 五、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況-(5) 在間接型群控系統(tǒng)中，把來自通用計算機存儲的程序，通過連接裝置在計算機網(wǎng)絡(luò)群控系統(tǒng)中，各臺數(shù)控機床都有獨立的、由小型計算機構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)，并與中央計算機連接成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)分級控制。由于每臺數(shù)控專用計算機價格比較便宜，

28、又都有應(yīng)用軟件，并且相對具有獨立性，所以整個網(wǎng)絡(luò)不再由一臺計算機去分時完成所有數(shù)控系統(tǒng)的工作，全部機床可連續(xù)進行工作。 具有更高的通信功能 一般的數(shù)控系統(tǒng)都具有RS232C和RS422高速遠距離串行接口，可以按照用戶級的格式要求，同上一級計算機進行多種數(shù)據(jù)交換。高檔的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有直接數(shù)控（DNC）接口，以實現(xiàn)幾臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信，直接對幾臺數(shù)控機床進行控制。 五、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況-(6) （二） 伺服系統(tǒng)的發(fā)展狀況 早期的數(shù)控機床伺服系統(tǒng)多采用晶閘管直流驅(qū)動系統(tǒng)，即通過調(diào)整晶閘管可控整流器，調(diào)整直流電動機的電樞電壓，實現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以下的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；調(diào)整直流電動機的勵磁電流，

29、以實現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以上的恒功率調(diào)速。并且采用了閉環(huán)控制，以獲得良好的動靜態(tài)特性。但是由于直流電動機受機械換向的影響和限制，大多數(shù)直流驅(qū)動系統(tǒng)適用性差，維護比較困難，而且其恒功率調(diào)速范圍較小。20世紀80年代以后，隨著交流調(diào)速理論、微電子技術(shù)和大功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，交流驅(qū)動系統(tǒng)進入實用階段，在數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)基本取代了直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 五、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況-(7) （三） 可編程控制器的發(fā)展狀況 1969年，在美國出現(xiàn)第一臺可編程邏輯控制器（PLC，programable logic controller）以來，經(jīng)過多年的發(fā)展，P

30、LC現(xiàn)在已成為一種最重要、高可靠性、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制微型計算機。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路、微型計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成了具有多種優(yōu)點的微型、小型、中型、大型、超大型等各種規(guī)格的PLC系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電接觸器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多過程控制領(lǐng)域?？删幊炭刂破饕押蛿?shù)控技術(shù)及工業(yè)機器人并列為工業(yè)自動化的三大支柱。 初期的PLC只是用于邏輯控制的場合，代替繼電接觸器控制系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC以微處理器為核心，適用于開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，它已進入過程控制和位置控制等場合的控制領(lǐng)域。目前，可編程控制器既保留了原來可編程控制器的所有優(yōu)點，又吸收和發(fā)展了其它控制

31、裝置的優(yōu)點，包括計算機控制系統(tǒng)、過程儀表控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等。在許多場合，可編程控制器可以構(gòu)成各種綜合控制系統(tǒng)，例如構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、圖形工作站等。 五、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況-(8)思考與練習(xí) 1.1與普通機床相比，數(shù)控機床有什么特點？ 1.2試通過數(shù)控機床加工過程說明數(shù)控機床的工作原理。 1.3數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)由哪幾個部分組成？ 各部分的基本作用是什么？ 1.4數(shù)控機床有哪些運動性能指標？ 有哪些精度性能指標？ 1.5數(shù)控機床電氣控制有哪些類型？ 1.6什么是點位控制、直線控制、輪廓控制？ 三者有何區(qū)別？ 1.7什么是開環(huán)、半閉環(huán)、閉

32、環(huán)控制系統(tǒng)？ 各有何特點？ 1.8數(shù)控機床電氣控制的發(fā)展趨勢如何？數(shù)控機床電氣控制 教材數(shù)控機床電氣控制 本課程教學(xué)手段 教師為輔以職業(yè)為核心學(xué)生為主以行動為導(dǎo)向課程定位 數(shù)控機床維修安全操作能力數(shù)控機床電氣線路試驗?zāi)芰﹄姎庠淖R別能力典型機床電氣線路分析能力典型數(shù)控裝置應(yīng)用能力數(shù)控機床的維修管理能力數(shù)控機床驅(qū)動裝置分析能力CA6140車床故障排除能力具備自動控制系統(tǒng)分析能力 專業(yè)能力方法能力社會能力獲取信息的能力資料收集整理能力制定、實施工作計劃的能力工藝文件理解能力工作交接能力檢查、判斷能力理論知識的運用能力獨立分析的能力 溝通協(xié)調(diào)能力團隊協(xié)作能力語言表達能力安全與自我保護能力基層生產(chǎn)組

33、織能力責(zé)任心與職業(yè)道德 課程培養(yǎng)目標主 要 內(nèi) 容 常用電動機及其應(yīng)用數(shù)控機床常用低壓電器電器控制基本環(huán)節(jié)典型機床電氣控制可編程控制器及其應(yīng)用自動控制基礎(chǔ)數(shù)控機床驅(qū)動裝置數(shù)控機床電氣控制概況數(shù)控裝置結(jié)構(gòu)與原理典型控制系統(tǒng)數(shù)控機床維護與維修電力拖動系統(tǒng)及其運動分析正在進行 模塊二電力拖動系統(tǒng)及其運動分析 單元一電力拖動系統(tǒng)的運動方程（1）學(xué)習(xí)目標掌握電力拖動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動的運動方程；理解電力拖動系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)及其實現(xiàn)。 單元一、電力拖動系統(tǒng)的運動方程（2）單元學(xué)習(xí)內(nèi)容 電力拖動系統(tǒng)就是采用電動機拖動生產(chǎn)機械的系統(tǒng)。 在數(shù)控機床加工過程中，電力拖動系統(tǒng)會出現(xiàn)哪些運行狀態(tài)？ 這些運行狀態(tài)在什么情況

34、下產(chǎn)生？ 都與電力拖動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運動的運動方程有關(guān)。只有掌握電力拖動系統(tǒng)的運動方程，才能充分理解在自動控制系統(tǒng)的控制下數(shù)控機床的運動性能，從而掌握數(shù)控機床的編程加工特點、維護保養(yǎng)要點和故障分析，充分地發(fā)揮數(shù)控機床的性能和作用。 1、電力拖動系統(tǒng)的運動方程2、電力拖動系統(tǒng)的各種運動狀態(tài)及其實現(xiàn)目 錄 一、電力拖動系統(tǒng)的運動方程-(1) 電動機轉(zhuǎn)軸上的各種轉(zhuǎn)矩決定了電力拖動系統(tǒng)的運動狀態(tài)，可以用運動方程來描述其運動狀態(tài)。電動機直接拖動生產(chǎn)機械的單軸拖動系統(tǒng)就是最簡單的電力拖動系統(tǒng)，如圖2.1所示。 一、電力拖動系統(tǒng)的運動方程-(2) 如電磁轉(zhuǎn)矩為T，空載轉(zhuǎn)矩為T ，負載轉(zhuǎn)矩為T ，則TTT ，稱阻轉(zhuǎn)

35、矩。一般情況下，T T ，則TT 。電磁轉(zhuǎn)矩T 的正方向與轉(zhuǎn)速n 的正方向相同，而阻轉(zhuǎn)矩T 的正方向與n 的正方向相反，電動機拖動系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時的運動方程式為式中，T 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，N m ； T 阻轉(zhuǎn)矩，N m； J 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，kg ； 角加速度，rad 。 一、電力拖動系統(tǒng)的運動方程-(3) 在電力拖動系統(tǒng)中常采用飛輪慣量（即飛輪矩）GD代替轉(zhuǎn)動慣量，GD 的值可以從電動機和生產(chǎn)機械的產(chǎn)品樣本中查得，它們之間關(guān)系如下： 一、電力拖動系統(tǒng)的運動方程-(4) 二、電力拖動系統(tǒng)的各種運動狀態(tài)及其實現(xiàn)-(1) 經(jīng)過觀察可以知道，數(shù)控機床中電力拖動系統(tǒng)的運行狀態(tài)有靜止、起動、穩(wěn)速、加速、減

36、速、制動等運動狀態(tài)。 由式（2.5）可知，電動機電磁轉(zhuǎn)矩和阻轉(zhuǎn)矩決定了電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速加速度，而轉(zhuǎn)速加速度又決定了電力拖動系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 （） 當T T 時，n t ，即轉(zhuǎn)速加速度為零，電力拖動系統(tǒng)處于靜止或穩(wěn)速運行狀態(tài)。 （） 當T T 時，n t ，即轉(zhuǎn)速加速度大于零，電力拖動系統(tǒng)處于起動或加速運行狀態(tài)。 （） 當T T 時，n t ，即轉(zhuǎn)速加速度小于零，電力拖動系統(tǒng)處于制動或減速運行狀態(tài)。思考與練習(xí) 2.1.1單軸拖動系統(tǒng)的運動方程式是如何表示的？ 其中GD 的意義是什么？ 2.1.2從低速軸折算到高速軸，阻轉(zhuǎn)矩為什么會變?。?而飛輪矩會變得更??？ 模塊二、電力拖動系統(tǒng)及其運動分析學(xué)

37、習(xí)單元二多軸電力拖動系統(tǒng)的折算 單元二多軸電力拖動系統(tǒng)的折算（1）學(xué)習(xí)目標理解多軸電力拖動系統(tǒng)的折算及其意義。 單元二、多軸電力拖動系統(tǒng)的折算（2）單元學(xué)習(xí)內(nèi)容 大部分電動機都具有較高的額定轉(zhuǎn)速，而生產(chǎn)機械往往要求轉(zhuǎn)速較低，為了合理地利用電動機，二者之間需要安裝減速機械，因此大多數(shù)電力拖動系統(tǒng)是多軸拖動系統(tǒng)。 為簡化分析和計算，通常把多軸拖動系統(tǒng)折算成等效的單軸拖動系統(tǒng)。折算的原則是折算前后的功率和動能不變。 1、旋轉(zhuǎn)運動折算2、直線運動折算目 錄 一、旋轉(zhuǎn)運動折算-(1) 兩級齒輪傳動系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)運動的折算示意圖如圖2.2所示。 一、旋轉(zhuǎn)運動折算-(2) 三根軸的轉(zhuǎn)速分別為n、n 、n ，三根

38、軸上的飛輪矩分別為GD、GD 和GD。 把負載轉(zhuǎn)矩T 折算為電動機軸上負載轉(zhuǎn)矩T ，把系統(tǒng)各軸上的飛輪矩折算為電動機軸上總的飛輪矩GD ，即為等效的單軸系統(tǒng)。 1負載轉(zhuǎn)矩的折算 一、旋轉(zhuǎn)運動折算-(3) 由式（2.7）可以看出，低速軸上負載轉(zhuǎn)矩T折算到電動機的高速軸上時，其等效轉(zhuǎn)矩T減小了，僅為T的i。在考慮到傳動機構(gòu)的效率時 一、旋轉(zhuǎn)運動折算-(4) 一、旋轉(zhuǎn)運動折算-(5)【例2.1】在如圖2.2 所示的多軸電力拖動系統(tǒng)中，已知飛輪矩GD 30N m ，GD 20N m ，GD240N m ，傳動效率 0.93， 0.95，工作機構(gòu)負載轉(zhuǎn)矩T 500 N m，電動機轉(zhuǎn)速n 1440min，

39、傳動軸轉(zhuǎn)速n360min，n60min，忽略電動機空載阻轉(zhuǎn)矩T ，求（） 折算到電動機軸上的系統(tǒng)總的飛輪矩GD 。（） 折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩T 。 一、旋轉(zhuǎn)運動折算-(6) 一、旋轉(zhuǎn)運動折算-(7) 二、直線運動折算-(1)刨床主傳動系統(tǒng)如圖2.3 所示。電動機軸與齒輪 直接相連，通過三級減速齒輪帶動齒條，使工作臺和工件作直線運動，而刀具固定不動。設(shè)切削力為F，工件和工作臺的直線速度為v，它們的總重力為G。折算成等效的單軸系統(tǒng)，需要把直線運動的力和質(zhì)量折算到電動機軸上。直線運動力的折算切削力在電動機軸上形成等效負載轉(zhuǎn)矩T 。根據(jù)折算前后功率不變 二、直線運動折算-(2) 直線運動質(zhì)量的折

40、算 根據(jù)折算前后動能不變系統(tǒng)總的飛輪矩直線運動質(zhì)量折算GD旋轉(zhuǎn)部分折算的飛輪矩電動機的飛輪矩這樣，經(jīng)過轉(zhuǎn)矩和飛輪矩的折算，多軸電力拖動系統(tǒng)都可以折算成等效的單軸系統(tǒng)，就可以用運動方程式（2.5）進行運動分析。 二、直線運動折算-(3) 二、直線運動折算-(4) 二、直線運動折算-(5)數(shù)控機床電氣控制 教材數(shù)控機床電氣控制 本課程教學(xué)手段 教師為輔以職業(yè)為核心學(xué)生為主以行動為導(dǎo)向課程定位 數(shù)控機床維修安全操作能力數(shù)控機床電氣線路試驗?zāi)芰﹄姎庠淖R別能力典型機床電氣線路分析能力典型數(shù)控裝置應(yīng)用能力數(shù)控機床的維修管理能力數(shù)控機床驅(qū)動裝置分析能力CA6140車床故障排除能力具備自動控制系統(tǒng)分析能力

41、 專業(yè)能力方法能力社會能力獲取信息的能力資料收集整理能力制定、實施工作計劃的能力工藝文件理解能力工作交接能力檢查、判斷能力理論知識的運用能力獨立分析的能力 溝通協(xié)調(diào)能力團隊協(xié)作能力語言表達能力安全與自我保護能力基層生產(chǎn)組織能力責(zé)任心與職業(yè)道德 課程培養(yǎng)目標主 要 內(nèi) 容 常用電動機及其應(yīng)用數(shù)控機床常用低壓電器電器控制基本環(huán)節(jié)典型機床電氣控制可編程控制器及其應(yīng)用自動控制基礎(chǔ)數(shù)控機床驅(qū)動裝置數(shù)控機床電氣控制概況數(shù)控裝置結(jié)構(gòu)與原理典型控制系統(tǒng)數(shù)控機床維護與維修電力拖動系統(tǒng)及其運動分析正在進行 單元一直流電動機及其應(yīng)用 一、直流電動機及其應(yīng)用二、三相異步電動機及其應(yīng)用三、同步電動機及其應(yīng)用四、步進電機

42、及其應(yīng)用目 錄 單元一、直流電動機及其應(yīng)用（1）學(xué)習(xí)目標了解直流電動機的工作原理和結(jié)構(gòu)；理解直流電動機的勵磁方式和機械特性；掌握直流電動機的起動、調(diào)速、制動、反轉(zhuǎn)方法和特點；熟悉數(shù)控機床常用直流伺服電機的結(jié)構(gòu)和特點。 單元一、直流電動機及其應(yīng)用（2）單元學(xué)習(xí)內(nèi)容 直流電機是進行機械能和直流電能相互轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機電設(shè)備。一臺直流電機既可以作為直流發(fā)電機運行，又可以作為直流電動機運行。將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔芊Q為直流發(fā)電機；將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能則稱為直流電動機。 直流電動機在早期生產(chǎn)的數(shù)控機床中經(jīng)常使用，目前這些機床在生產(chǎn)過程中仍發(fā)揮著比較重要的作用。掌握直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理，有利于數(shù)控機床直

43、流電動機及其控制系統(tǒng)的保養(yǎng)和維護，并且能夠提前發(fā)現(xiàn)早期的直流電動機及其控制故障。 1、直流電動機的工作原理2、直流電動機的結(jié)構(gòu)3、直流電動機的勵磁方式4、他勵直流電動機的機械特性5、他勵直流電動機的起動、調(diào)速、制動和反轉(zhuǎn)6、數(shù)控機床常用直流伺服電機的特點目 錄 一、直流電動機的工作原理-(1) 直流電動機是利用通有電流的導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生電磁力， 形成電磁轉(zhuǎn)矩，從而帶動電動機旋轉(zhuǎn)而工作的。其原理如圖3.1 所示。 直流電動機的電樞線圈 通過換向片、電刷與電源相連。電刷 接電源正極，電刷 接電源負極。 在圖3.1 所示位置時，在 極下，導(dǎo)線電流由至，根據(jù)左手定則，導(dǎo)線受力方向向左；同理，導(dǎo)線受力方

44、向向右。兩個電磁力對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)使電動機逆時針旋轉(zhuǎn)。 當電動機逆時針旋轉(zhuǎn)，帶動線圈轉(zhuǎn)過180，在圖3.1 所示位置時，導(dǎo)線轉(zhuǎn)到極下，導(dǎo)線轉(zhuǎn)到極下，導(dǎo)線電流方向變?yōu)?，電磁轉(zhuǎn)矩方向仍為逆時針，驅(qū)使電動機一直按逆時針旋轉(zhuǎn)。 一、直流電動機的工作原理-(2) 總之，通過換向器，電刷 始終和 極下的導(dǎo)線相連，電刷 則與 極下的導(dǎo)線相連，由于在 極與 極下的導(dǎo)線電流方向始終保持不變，所以電動機的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向始終保持不變。 直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為 T C I （3.1）式中，一個主磁極的磁通，； I 電樞繞組中的電流，； C與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的比例常數(shù)。 可以看出，直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T 與主磁極磁通

45、和電樞繞組電流成正比。電樞繞組在磁場中轉(zhuǎn)動時，線圈中也產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向由右手定則確定，與電流方向相反，所以稱為反電動勢E。 E Cn （3.2）式中，一個主磁極的磁通，； n 電樞轉(zhuǎn)速，； C與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的比例常數(shù)，C 9.55 C 。可以看到，直流電動機的反電動勢E 與主磁極磁通和電動機轉(zhuǎn)速成正比。 二、直流電動機的結(jié)構(gòu)-(1) 二、直流電動機的結(jié)構(gòu) 圖3.2 所示為2 和4 系列直流電動機的外形圖，其中4 系列直流電動機上部的騎式鼓風(fēng)機，用于電動機冷卻。 二、直流電動機的結(jié)構(gòu)-(2) 直流電動機是由定子（靜止部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）兩大部分組成，各主要部件的結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。 二

46、、直流電動機的結(jié)構(gòu)-(3)（一） 直流電動機的定子結(jié)構(gòu) 可以看出，直流電動機的定子主要由機座、主磁極、換向磁極、電刷裝置、前端蓋、后端蓋等部件構(gòu)成。機座 機座的作用一方面是構(gòu)成電動機磁路的一部分，另一方面是用來安裝主磁極、換向磁極、電刷裝置、端蓋等定子部件，并借助底腳將電動機固定在基礎(chǔ)上；機座通常用鑄鋼制成或用厚鋼板焊接而成。主磁極 主磁極本身也是電動機磁路的組成部分，一般由鐵心和勵磁繞組組成，勵磁繞組通過勵磁電流產(chǎn)生磁動勢，在磁路中產(chǎn)生主磁通。永磁電動機的主磁極直接由不同極性的永久磁體組成。 主磁極是用螺栓均勻地固定在機座的內(nèi)壁上，主磁極安裝和連接勵磁繞組時，要保證相鄰主磁極極性按 極和 極

47、依次排列。 二、直流電動機的結(jié)構(gòu)-(4)換向磁極 換向磁極的作用是產(chǎn)生附加磁場，用以改善直流電動機的換向，防止電刷與換向器表面產(chǎn)生火花。換向磁極一般是由鐵心和套在鐵心上的繞組構(gòu)成。換向磁極也是按極性成對地用螺栓固定在定子內(nèi)壁主磁極之間。換向磁極繞組一般與主磁極勵磁繞組串聯(lián)，連接時應(yīng)使直流電動機換向磁極極性與電樞旋轉(zhuǎn)后的主磁極極性相同。電刷裝置 電刷裝置固定在端蓋上，其作用是通過固定不動的電刷和旋轉(zhuǎn)的換向器之間的滑動接觸，將直流電動機的電樞繞組連接到外部的直流電源上。前、后端蓋 前、后端蓋通常采用鑄鋼制造，用于安裝軸承和固定轉(zhuǎn)子，使用螺栓固定在機座兩側(cè)，支撐整個轉(zhuǎn)子重量。 二、直流電動機的結(jié)構(gòu)-

48、(5) （二） 直流電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)直流電動機的轉(zhuǎn)子又稱為電樞，主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸等組成。 電樞鐵心 電樞鐵心是磁路的一部分，其外圓有均勻分布的鐵心槽，用于嵌放電樞繞組。由于電樞鐵心不斷地在極和極下旋轉(zhuǎn)，使通過電樞鐵心中的磁通大小和方向都在不斷變化，因此，為了減小磁滯和渦流損耗，電樞鐵心一般采用厚0.35 0.5 且表面涂有絕緣層的硅鋼片疊壓成形。 電樞繞組 通以電流的電樞繞組在主磁場作用下，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，使電動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。 電樞繞組通常由多個電樞線圈連接而成。每個電樞線圈采用圓形（小容量電動機）或矩形（大容量電動機）截面的導(dǎo)線繞制而成，經(jīng)絕緣處

49、理后，按一定規(guī)則與換向器的換向片相連。 二、直流電動機的結(jié)構(gòu)-(6)換向器 換向器的作用是與電刷保持良好的滑動接觸，將外部的直流電流轉(zhuǎn)換成電樞繞組中的交變電流，使電樞繞組導(dǎo)體在極和極下都產(chǎn)生相同方向的電磁力，從而產(chǎn)生恒定方向的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 換向器結(jié)構(gòu)如圖3.4 所示。 二、直流電動機的結(jié)構(gòu)-(7) 換向片采用導(dǎo)電性能好、硬度大、耐磨性能好的紫銅或銅合金制成，其底部成燕尾形。各換向片之間采用0.6 1.2 mm厚云母片絕緣，拼成圓筒形，經(jīng)過形云母環(huán)絕緣后，使用形鋼環(huán)和螺旋壓圈，固定在鋼套筒上構(gòu)成一個整體。 風(fēng)扇風(fēng)扇固定在轉(zhuǎn)軸上，用于電動機散熱，使電動機運行溫度不超過允許值。 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸除安

50、裝轉(zhuǎn)子其它部件外，還用于傳遞轉(zhuǎn)矩，一般用合金鋼鍛壓加工而成。 三、直流電動機的勵磁方式 三、直流電動機的勵磁方式 勵磁方式是指直流電動機主磁通的產(chǎn)生方式。直流電動機主磁通的產(chǎn)生通常有兩種方式，一種是由永久磁鐵產(chǎn)生；另一種是在勵磁繞組中通入直流電流產(chǎn)生。根據(jù)勵磁繞組與電樞繞組連接方式的不同，后一種直流電動機可分為他勵、并勵、串勵、復(fù)勵直流電動機，分別如圖3.5 、 所示。 四、他勵直流電動機的機械特性-(1) 四、他勵直流電動機的機械特性 他勵直流電動機在數(shù)控機床中最為常用，其工作原理如圖3.6所示。機械特性是指當電源電壓U 為常數(shù)，勵磁電流I為常數(shù)（磁通為常數(shù)），電樞回路電阻R也為常數(shù)時，電動

51、機的電磁轉(zhuǎn)矩T 與轉(zhuǎn)速n 之間的關(guān)系。 四、他勵直流電動機的機械特性-(2) 由電工學(xué)可知 U E IR 式中，U電動機外加直流電源電壓； E反電動勢； I電樞繞組中的電流； R電樞回路電阻。 再由式 ，即可導(dǎo)出他勵直流電動機的機械特性為 式中， 理想空載轉(zhuǎn)速； 電機負載引起的轉(zhuǎn)速降；其中 為機械特性的斜率。 四、他勵直流電動機的機械特性-(3) （一） 固有機械特性 當U U ， 時，電樞回路沒有串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻R 時的機械特性稱為直流電動機的固有機械特性。其表達式為固有機械特性即圖3.7 中U U 時的機械特性。固有機械特性的特點是： 四、他勵直流電動機的機械特性-(4)（） T 時， 為理想

52、空載轉(zhuǎn)速。此時，I ，E U 。（） T T 時，n n n n 為額定轉(zhuǎn)速,其中，為額定轉(zhuǎn)速降，一般n n 。（） 特性斜率 ，因R 很小，故 很小，表明他勵直流電動機的固有機械特性較硬，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較好，負載的變動大時，電動機轉(zhuǎn)速的變化較小。 四、他勵直流電動機的機械特性-(5) （二） 人為機械特性 當改變U、I或R時，他勵直流電動機的機械特性稱為人為機械特性。 改變電樞電壓時的人為機械特性 當I I ，電樞回路不串聯(lián)電阻時，改變電樞電壓，則理想空載轉(zhuǎn)速與電樞電壓成正比，機械特性的斜率與固有機械特性相同，如圖3.7中 U 、U 、U 對應(yīng)的機械特性。 減小勵磁磁通時的人為機械特性 保持U

53、U ，電樞回路不串聯(lián)電阻時，減小I （減小），則理想空載轉(zhuǎn)速、機械特性的斜率都隨的減小而增大，如圖3.7 中 、 對應(yīng)的機械特性。 四、他勵直流電動機的機械特性-(6)電樞回路串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻R 時的人為機械特性保持U U ， ，電樞回路串聯(lián)電阻R，此時的人為機械特性與固有機械特性相比，理想空載轉(zhuǎn)速不變，機械特性的斜率隨R 的增加而增大。電樞回路串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻R 時的人為機械特性如圖3.8 所示。 五、他勵直流電動機的起動、調(diào)速、制動和反轉(zhuǎn)-(1) 五、他勵直流電動機的起動、調(diào)速、制動和反轉(zhuǎn) （一） 他勵直流電動機的起動 電動機的起動是指電動機接通電源后，由靜止狀態(tài)加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。他勵直流

54、電動機有三種起動方法：直接起動、降壓起動、電樞串電阻起動。 直接起動 直接起動是在直流電動機電樞兩端直接加額定電壓的起動方法。 起動開始瞬間，由于機械慣性，n ，E Cn ， 此時 IURI，稱為起動電流；T CIT，稱為起動轉(zhuǎn)矩。由于電樞電阻R 很小，所以I和T比額定值大得多，這樣大的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩會損壞電動機繞組、換向器、電刷等，造成電網(wǎng)電壓下降，并會造成較大的機械沖擊。 因此，除了小容量的直流電動機可采用直接起動外，中、大容量直流電動機不能采用直接起動。 五、他勵直流電動機的起動、調(diào)速、制動和反轉(zhuǎn)-(2) 降壓起動 降壓起動就是在起動時降低電樞兩端的電源電壓U，從而減少I 和T 的起

55、動方法。隨著n的不斷升高，E 也逐漸增大，可逐漸使U 升到額定電壓值，正常運行。 電樞串電阻起動 為限制I ，可在電樞回路中串接電阻，并在起動過程中，隨著n 的不斷升高，用自動控制設(shè)備逐級將起動電阻切除。 （二） 他勵直流電動機的速度調(diào)節(jié) 由機械特性方程式可知，改變電樞回路電阻、磁通及電壓，可達到調(diào)速的目的。 電樞回路串電阻調(diào)速 電樞回路串電阻調(diào)速不能改變理想空載轉(zhuǎn)速，只改變機械特性的斜率，即特性的硬度。所串電阻愈大，機械特性愈軟，電動機轉(zhuǎn)速越低，對應(yīng)于 R 的電阻調(diào)節(jié)范圍，調(diào)速范圍是n n 。 五、他勵直流電動機的起動、調(diào)速、制動和反轉(zhuǎn)-(3) 電樞回路串電阻調(diào)速是有級調(diào)速，能耗大，僅用于小

56、容量、低速工作時間不長、調(diào)速范圍小的場合。 減弱勵磁磁通調(diào)速 在電樞電壓為U U ，電樞回路不串聯(lián)電阻的條件下，減弱勵磁磁通，理想空載轉(zhuǎn)速升高，機械特性變軟。磁通越小，機械特性愈軟，電動機轉(zhuǎn)速越高，對應(yīng)于 的磁通調(diào)節(jié)范圍，調(diào)速范圍是n n 。 減弱磁通調(diào)速，可在勵磁回路串接可調(diào)電阻，或用單獨的可調(diào)直流電源向勵磁回路供電。減弱磁通調(diào)速要選用專用調(diào)磁調(diào)速電動機，調(diào)速時能耗小、控制較容易，可實現(xiàn)平滑調(diào)速。降低電樞電壓調(diào)速降低電樞電壓，理想空載轉(zhuǎn)速降低，但機械特性的斜率不變。電壓越低，電動機轉(zhuǎn)速越低，當電壓在U 范圍內(nèi)連續(xù)變化時，轉(zhuǎn)速也在n 范圍內(nèi)連續(xù)變化。屬于無級調(diào)速，平滑性好，因此在直流電力拖動自

57、動控制系統(tǒng)中，得到廣泛應(yīng)用。 五、他勵直流電動機的起動、調(diào)速、制動和反轉(zhuǎn)-(4) （三） 他勵直流電動機的制動 使電力拖動系統(tǒng)停車，可采用自由停車，即斷開電源，使轉(zhuǎn)速逐漸減慢，最后停車。為使系統(tǒng)加速停車，可用兩種方法：一是用機械、電磁制動器，俗稱“抱閘”停車；二是用電氣制動，使電動機產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，加快減速過程。 電氣制動運行的特點是：電動機轉(zhuǎn)矩T 與轉(zhuǎn)速n 方向相反，電動機吸收機械能并轉(zhuǎn)化為電能。常用的電氣制動方法有：能耗、反接和回饋制動。 能耗制動 電動機原來處于電動狀態(tài)下運行，若切斷電樞電源，將電樞與制動電阻構(gòu)成回路，由于機械慣性，轉(zhuǎn)速n不變，則電動勢E不變，此時I方向與電動狀態(tài)時相反，T

58、與轉(zhuǎn)速n方向相反，起制動作用，使系統(tǒng)的動能變?yōu)殡娔?，消耗在電樞電阻和制動電阻上?能耗制動在零速時，沒有轉(zhuǎn)矩，可準確停車。例如車床、鏜床的主軸，可采用能耗制動停車。 五、他勵直流電動機的起動、調(diào)速、制動和反轉(zhuǎn)-(5) 反接制動 （） 倒拉反接制動 直流電動機在提升重物時，電樞回路串入電阻加大，電磁轉(zhuǎn)矩降低，轉(zhuǎn)速n 不斷降低；當電樞回路串入電阻太大，使T T （負載轉(zhuǎn)矩），以致電動機被負載帶動反轉(zhuǎn)，電動機轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩方向相反，就發(fā)生了倒拉反接制動。 （） 電樞反接制動 給運轉(zhuǎn)中的電動機電樞接入反向電源，由于機械慣性，轉(zhuǎn)速n 不能立即改變，則電動勢E 大小不變，而其方向則與反接的電源電壓相同，此

59、時I 方向與電動狀態(tài)時相反，T 與轉(zhuǎn)速n 方向相反，起制動作用，使電動機迅速停車。如果電動機不需要反轉(zhuǎn)，即制動結(jié)束（n ）后，必須切斷電源，否則電動機將反轉(zhuǎn)。 由于反接制動時電樞電壓與反電動勢方向相同，所以制動電流很大。為了限制電樞電流，電樞電路必須串接很大的制動電阻，以保證電樞電流不超過1.5 2.5 倍的額定電流。 五、他勵直流電動機的起動、調(diào)速、制動和反轉(zhuǎn)-(6) 回饋制動 回饋制動也稱發(fā)電反饋制動、再生制動。在處于電動狀態(tài)下運行的電動機軸上加一外力矩 ，且與T 方向相同，二者共同作用，使n不斷升高超過理想空載轉(zhuǎn)速n，則E 高于U，使I反向，T 的方向也隨之反向，起制動作用，電動機向電網(wǎng)

60、輸送電流，即回饋電能。 回饋制動既可出現(xiàn)在位能負載下放重物的過程中，也可出現(xiàn)在電動機轉(zhuǎn)速由高變低的過程中，如他勵直流電動機由弱磁恢復(fù)正常勵磁、迅速降低電網(wǎng)電壓等狀態(tài)時，都會發(fā)生回饋制動現(xiàn)象。 （ 四） 他勵直流電動機的反轉(zhuǎn) 直流電動機的轉(zhuǎn)向是由電樞電流方向和主磁場方向確定的，要改變其轉(zhuǎn)向，一是改變電樞電流的方向，二是改變勵磁電流的方向。 五、他勵直流電動機的起動、調(diào)速、制動和反轉(zhuǎn)-(7) 六、數(shù)控機床常用直流伺服電機的特點 直流伺服電機工作原理與普通直流電動機相同。 在數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)中，電動機經(jīng)常處于頻繁的起動、反轉(zhuǎn)、制動等過渡工作狀態(tài)，電動機的動態(tài)品質(zhì)直接影響著生產(chǎn)效率、加工精度和工