第2章數(shù)控機(jī)床電氣控制基礎(chǔ)廣東省科學(xué)技術(shù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院帥旗學(xué)習(xí)導(dǎo)論本章主要介紹數(shù)控機(jī)床的發(fā)展過程和趨勢，數(shù)控機(jī)床的基本概念，數(shù)控機(jī)床的組成、工作原理及分類，數(shù)控加工的特點(diǎn)。重點(diǎn)掌握數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理；點(diǎn)位控制、點(diǎn)位直線控制、輪廓控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。目錄項(xiàng)目1數(shù)控機(jī)床電氣控制及基本回路項(xiàng)目2數(shù)控機(jī)床用可編程控制器項(xiàng)目3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置項(xiàng)目4直流伺服驅(qū)動裝置項(xiàng)目5交流伺服驅(qū)動裝置項(xiàng)目6數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動裝置項(xiàng)目九數(shù)控機(jī)床典型驅(qū)動裝置及接口技術(shù)項(xiàng)目1數(shù)控機(jī)床電氣控制及基本回路一、數(shù)控機(jī)床常用控制電器簡介1．主電路中常用低壓電器（1）熔斷器（2）低壓斷路器（3）接觸器（4）熱繼電器第五章數(shù)控機(jī)床I/O控制的故障瓷插式熔斷器熔斷器有填料式熔斷器第五節(jié)熔斷器熔斷器系統(tǒng)DC24V輸入電路的熔斷器。(7.5A)。發(fā)那科熔斷器太貴，最好自作一個(gè)采用玻璃管熔斷器，從原來發(fā)那科保險(xiǎn)焊出兩根線替代。萬能式低壓斷路器結(jié)構(gòu)圖塑殼式低壓斷路器原理圖1．主觸頭2．自由脫扣器3．過電流脫扣器4．分勵脫扣器5．熱脫扣器6．失壓脫扣器

7．按鈕一、刀開關(guān)1.開關(guān)板用刀開關(guān)（不帶熔斷器式刀開關(guān)）

作用：不頻繁地手動接通、斷開電路和隔離電源用。

結(jié)構(gòu)圖和符號：QS觸頭系統(tǒng)：主觸頭、輔助觸頭

常開觸頭（動合觸頭）常閉觸頭（動斷觸頭）電磁系統(tǒng)：動、靜鐵芯，吸引線圈和反作用彈簧滅弧系統(tǒng)：滅弧罩及滅弧柵片滅弧接觸器1．結(jié)構(gòu)

一、交流接觸器

接觸器交流接觸器結(jié)構(gòu)圖主觸頭常閉輔助觸頭常開輔助觸頭靜鐵心動鐵心吸引線圈滅弧裝置用途：遠(yuǎn)距離通斷直流電路或控制直流電動機(jī)的頻繁起停。結(jié)構(gòu)：電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置。工作原理：與交流接觸器基本相同。二、直流接觸器

額定電壓

交流接觸器：127、220、380、500V直流接觸器：110、220、440V交流接觸器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A

直流接觸器：40、80、100、150、250、400、600A額定電流

吸引線圈額定電壓交流接觸器：36、110（127）、220、380V直流接觸器：24、48、220、440V四、接觸器的主要技術(shù)指標(biāo)

作用：控制、放大、聯(lián)鎖、保護(hù)和調(diào)節(jié)分類：按用途分：控制和保護(hù)繼電器按動作原理分：電磁式、感應(yīng)式、電動式、電子式、機(jī)械式按輸入量分：電流、電壓、時(shí)間、速度、壓力按動作時(shí)間分：瞬時(shí)、延時(shí)繼電器特點(diǎn)：額定電流不大于5A繼電器熱繼電器結(jié)構(gòu)示意圖熱繼電器的圖形符號作用：電動機(jī)的過載保護(hù)利用雙金屬片受熱彎曲去推動杠桿使觸頭動作利用電阻值隨溫度變化而變化的特性制成利用過載電流發(fā)熱使易熔合金熔化而使繼電器動作熱繼電器型式：雙金屬片式熱敏電阻式易熔合金式結(jié)構(gòu)：由發(fā)熱元件、雙金屬片和觸頭及動作機(jī)構(gòu)等部分組成。一、電流繼電器特點(diǎn)：線圈串接于電路中，導(dǎo)線粗、匝數(shù)少、阻抗小。分類：過電流繼電器、欠電流繼電器過流電流繼電器欠流電流繼電器欠電流繼電器KAI<KAKA過電流繼電器>IKAKAKA一、電流繼電器繼電器如果線圈在額定電流下工作時(shí)街鐵釋放，當(dāng)電流超過某個(gè)額定值時(shí)街鐵吸合，這樣的繼電器稱為過電流繼電器。若線圈在額定條件下工作時(shí)街鐵吸合，只有當(dāng)電流低于某個(gè)額定值時(shí)銜鐵才釋放的繼電器稱為欠電流繼電器。正常電流時(shí)欠電流繼電器的銜鐵是被吸合的，而過電流繼電器的銜鐵則處于釋放狀態(tài)。它是在輸入電路內(nèi)電流的作用下，由機(jī)械部件的相對運(yùn)動產(chǎn)生預(yù)定響應(yīng)的一種繼電器。包括直流電磁繼電器、交流電磁繼電器等、作用：按整定時(shí)間長短通斷電路分類：按構(gòu)成原理分：電磁式電動式空氣阻尼式晶體管式數(shù)字式按延時(shí)方式分：通電延時(shí)型斷電延時(shí)型

(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)線圈一般符號(b)通電延時(shí)線圈(c)斷電延時(shí)線圈(d)通電延時(shí)閉合動合（常開）觸點(diǎn)(e)通電延時(shí)斷開動斷（常閉）觸點(diǎn)（f）斷電延時(shí)斷開動合（常開）觸點(diǎn)（g）斷電延時(shí)閉合動斷（常閉）觸點(diǎn)（h）瞬動觸點(diǎn)時(shí)間繼電器符號作用：發(fā)送控制命令或信號的電器分類：控制按鈕萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主令控制器行程開關(guān)接近開關(guān)主令電器控制按鈕萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)第六節(jié)主令電器一、輸入元件1.控制開關(guān)（按鈕、）①用于主軸、冷卻、潤滑及換刀等控制的按鈕，這些按鈕往往內(nèi)裝有信號燈，一般綠色用于起動，紅色用于停止。②用于程序保護(hù)，鑰匙插入方可旋轉(zhuǎn)換作的旋鈕式可鎖開關(guān)。③用于緊急停止，裝有突出蘑菇形鈕帽的紅色緊停開關(guān)。④用于坐標(biāo)軸選擇、工作方式選擇和倍率選擇等，手動旋轉(zhuǎn)操作的轉(zhuǎn)換開關(guān)。⑤在數(shù)控車床中，用于控制卡盤夾緊、放松，尾架頂尖前進(jìn)、后退的腳踏開關(guān)等。

行程開關(guān)行程開關(guān)行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，它將機(jī)械位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺钥刂茩C(jī)械運(yùn)動。按結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾動式和微動式。滾動式行程開關(guān)滾動式行程開關(guān)a)結(jié)構(gòu)示意圖b)外形圖1一滾輪2一上轉(zhuǎn)臂3一盤形彈籬4一推扦5—滾輪6—擒縱件7一彈簧(1)8一動斷觸點(diǎn)9--動合觸點(diǎn)l0一動觸點(diǎn)11一壓縮彈簧12一彈簧(2)

接近開關(guān)這是一種在一定的距離(幾毫米至十幾毫米)內(nèi)檢測物體有無的傳感器。它給出的是高電平或低電平的開關(guān)信號，有的還具有較大的負(fù)載能力，可直接驅(qū)動繼電器工作。具有靈敏度高、頻率響應(yīng)快、重復(fù)定位精度高、工作穩(wěn)定可靠及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)1電感式接近開關(guān)電感式接近開關(guān)內(nèi)部大多由一個(gè)高頻振蕩器和一個(gè)整形放大器組成。振蕩器振蕩后，在開關(guān)的感應(yīng)面上產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)金屬物體接近感應(yīng)面時(shí)，金屬體產(chǎn)生渦流，吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以致停振。振蕩和停振兩種不同的狀態(tài)，由整形放大器轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，從而達(dá)到檢測位置的目的。

圖電感式接近開關(guān)

a)外形圖b)位置檢測示意圖c)接近開關(guān)圖形符號

l-測頭2-紋3—螺母4—指示燈5一信號輸出及電源電纜6一運(yùn)動部件7--感應(yīng)塊8一電感式接近開關(guān)9—安裝支架10-輪軸感應(yīng)盤電式接近開關(guān)圖所示的光電式接近開關(guān)是一種遮斷型的光電開關(guān)，又稱光電斷續(xù)器。當(dāng)被測物4從發(fā)射器I和接收器3中間槽通過時(shí)，紅外光束2被遮斷，接收器接收不到紅外線，而產(chǎn)生一個(gè)電脈沖信號。

圖光電式接近開關(guān)a)光電斷續(xù)器外形及結(jié)構(gòu)b)遮斷型光電開關(guān)外形c)反射型光電開關(guān)外形及結(jié)構(gòu)1—發(fā)光二極管2一紅外光3一光敏元件4一被測物5一發(fā)射器6一接收器霍爾式接近開關(guān)霍爾式接近開關(guān)是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器和OC門等電路做在同—個(gè)芯片上的集成電路，因此，有時(shí)稱霍爾式接近開關(guān)為霍爾集成電路。刀位信號是靠霍爾式接近開關(guān)和磁鐵的檢測獲得的，刀架定軸上端裝有4個(gè)霍爾接近開關(guān)，分別為4個(gè)刀位的位置，當(dāng)?shù)杜_旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動磁鐵一起旋轉(zhuǎn)，到達(dá)規(guī)定刀位時(shí)，通過霍爾接近開關(guān)輸出到位信號。如果某個(gè)刀位上的霍爾接近開關(guān)斷路或損壞，就會造成刀臺定位時(shí)不到位或過沖太大的現(xiàn)象。

1-罩殼2-定軸3-霍爾集成電路4-磁鋼5-刀臺6-刀架座3．變壓器及直流穩(wěn)壓電源（1）機(jī)床變壓器

（2）直流穩(wěn)壓電源一.電子裝置中對直流電源的要求要求：是直流電源的穩(wěn)定性好影響因素：電網(wǎng)電壓的變化負(fù)載的變化二.直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的組成１.小功率直流穩(wěn)壓系統(tǒng)由電源變壓器，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路組成．一.穩(wěn)壓電路及穩(wěn)壓原理1.硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路橋式整流

常用濾波電路(a)電容濾波；(b)電感電容Γ型濾波；(c)電阻電容Π型濾波二、電氣控制基本回路1．自鎖控制回路2．互鎖控制回路

3．順序控制回路4.自動循環(huán)控制回路5．點(diǎn)動與長動控制回路6．聯(lián)合控制與分別控制回路自鎖控制回路工作原理互鎖控制回路接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路工作臺自動往返控制三、典型控制回路1．異步電動機(jī)典型控制回路（1）異步電動機(jī)降壓啟動控制回路

（2）異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制回路（3）異步電動機(jī)的制動控制回路2．直流電動機(jī)典型控制控制回路（1）直流電動機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)啟動控制回路（2）直流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制回路（3）直流電動機(jī)制動控制回路三相異步電動機(jī)星型接法三相異步電動機(jī)三角型接法負(fù)載星形（Y形）連接的

三相對稱電路iBiCiNiAN

三相交流電動機(jī)N各負(fù)載的相電壓等于電源的相電壓負(fù)載三角形（△形）連接的

三相對稱電路iCABCiBiAiCAiBCiAB–

+uAB–

+uBC–

+uCA線、相電壓對應(yīng)相等負(fù)載線、相電壓之間的關(guān)系異步電動機(jī)降壓啟動控制回路合上電源開關(guān)按下按鈕SB2KM1、KT線圈通電M串電阻降壓啟動KT延時(shí)KM2線圈通電，KM1、KT線圈斷電M全壓運(yùn)行Y—△降壓啟動控制1.單向反接制動的控制反接制動控制電氣原理圖：速度繼電器

關(guān)鍵是電動機(jī)電源相序的改變，且當(dāng)轉(zhuǎn)速下降接近于零時(shí)，能自動將電源切除。

單向運(yùn)轉(zhuǎn)啟動控制－－串二級電阻按時(shí)間原則啟動控制D6工作原理：合上Q1和Q2KT1通電KT1常閉觸點(diǎn)斷開切斷KM2、KM3電路按下按鈕SB2KM1通電KM1Z主觸點(diǎn)閉合M串電阻啟動KM1常開觸點(diǎn)閉合自鎖KT1斷電延時(shí)KM2通電短接R1KT2斷電延時(shí)短接R2M全壓運(yùn)行3.注意事項(xiàng)直流電動機(jī)在起動和工作時(shí)，勵磁電路一定要接通,不能讓它斷開,而且起動時(shí)要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故：(1)如果電動機(jī)是靜止的，由于轉(zhuǎn)矩太小(T=KT

Ia),

電機(jī)將不能起動，這時(shí)反電動勢為零，電樞電流很大，電樞繞組有被燒壞的危險(xiǎn)。(2)如果電動機(jī)在有載運(yùn)行時(shí)斷開勵磁回路，反電動勢

E立即減小而使電樞電流增大，同時(shí)由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不滿足負(fù)載的需要，電動機(jī)必將減速而停轉(zhuǎn)，更加促使電樞電流的增大，以至燒毀電樞繞組和換向器。(3)如果電機(jī)在空載運(yùn)行，可能造成飛車，使電機(jī)遭受嚴(yán)重的機(jī)械損傷，而且因電樞電流過大而將繞組燒壞。1、單向運(yùn)轉(zhuǎn)啟動控制－－串二級電阻按時(shí)間原則啟動控制D65電氣原理圖：過電流繼電器欠電流繼電器電樞繞組勵磁繞組斷電延時(shí)時(shí)間繼電器放電電阻啟動接觸器短接電阻接觸器啟動電阻改變直流電動機(jī)轉(zhuǎn)動方向：直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向：二、直流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制取決于電磁轉(zhuǎn)矩M=CMφI的方向改變電樞兩端電壓的方向改變勵磁電流的方向電氣原理圖二、直流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制短路保護(hù)反轉(zhuǎn)接觸器正轉(zhuǎn)接觸器短接電阻接觸器四.數(shù)控機(jī)床典型控制線路1．?dāng)?shù)控銑床電氣控制線路X25K型銑床電氣控制（1）電源線路分析（2）主軸及X、Y、Z軸伺服驅(qū)動控制線路分析2．?dāng)?shù)控車床電氣控制線路

機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分析

C650型普通車床的電氣控制系統(tǒng)電路如圖所示。圖C650車床控制電路電源引起的故障1.系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)沒有反應(yīng)，電源不能接通：原因：1）外部電源沒有提供，缺相或外部形成了短路2）電源的保護(hù)裝置跳閘形成了電源開路3）PLC的地址錯(cuò)誤或者互鎖裝置使電源不能正常接通4）系統(tǒng)上電按鈕接觸不良或脫落5）元?dú)饧膿p壞引起的故障 （熔斷器熔斷、浪涌吸收器的短路等）2.電源模塊故障分析：原因： 1）整流橋損壞引起電源短路 2）續(xù)流二極管損壞引起的短路 3）電源模塊外部電源短路 4）濾波電容損壞引起的故障 5）供電電源功率不足使電源模塊不能正常工作3.強(qiáng)電部分接通后，馬上跳閘

原因1： 機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)選擇的空氣開關(guān)容量過小，或空氣開關(guān)的電流選擇撥碼開關(guān)選擇了一個(gè)較小的電流原因2： 機(jī)床上使用了較大功率的變頻器或伺服驅(qū)動，并且在變頻器或伺服驅(qū)動的電源進(jìn)線前沒有使用隔離變壓器或電感器，變頻器或伺服驅(qū)動在上強(qiáng)電時(shí)電流有較大的波動，超過了空氣開關(guān)的限定電流，引起跳閘。項(xiàng)目2數(shù)控機(jī)床用可編程控制器數(shù)控機(jī)床的控制除了對坐標(biāo)軸的進(jìn)給進(jìn)行位置伺服控制外，還需要對機(jī)床的主軸、刀具和各種開關(guān)信號進(jìn)行控制。如主軸的正、反轉(zhuǎn)，起動和停止，刀具交換，工件夾緊、松開，工作臺交換以及切削液的開、關(guān)和潤滑系統(tǒng)的啟動等進(jìn)行順序控制。順序控制的信息主要是開關(guān)量信號，如控制開關(guān)、行程開關(guān)、壓力開關(guān)和溫度開關(guān)等輸入元件輸入的信號和繼電器、接觸器、電磁閥等輸出元件所需要的輸出信號。在數(shù)控機(jī)床上用可編程控制器完成這一控制任務(wù)。FANUC–Oi系統(tǒng)PMC的性能和規(guī)格一、可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理1．基本結(jié)構(gòu)可編程控制器種類繁多，但基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。如圖2-33所示，可編程控制器PLC的基本結(jié)構(gòu)有中央處理單元(CPU)，存儲器、I／O接口，電源，擴(kuò)展接口，通信接口，編程工具，智能I／O接口等組成。圖2-332．工作原理用戶程序通過編程器輸入到用戶存儲器，CPU對用戶程序循環(huán)掃描并順序執(zhí)行，這是PLC的基本工作原理。所謂掃描與順序執(zhí)行是指，只要PLC接通電源，CPU就對用戶存儲器的程序進(jìn)行掃描，即從第一條用戶程序開始順序執(zhí)行，直到用戶程序最后一條，形成一個(gè)掃描周期，周而復(fù)始。用梯形圖形象地說就是從上至下，從左至右，逐行掃描執(zhí)行梯形圖所描述的邏輯功能。PLC對用戶程序的掃描執(zhí)行過程可分為三個(gè)階段，即輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新，如圖2-36所示。圖2-36二、數(shù)控機(jī)床用可編程控制器類型及實(shí)現(xiàn)功能1．類型數(shù)控機(jī)床中所用的PLC可分為兩類：一類是專為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床順序控制而設(shè)計(jì)制造的內(nèi)裝型PLC；另一類是那些輸入輸出技術(shù)規(guī)范，輸入輸出點(diǎn)數(shù)、程序存儲容量以及運(yùn)算和控制功能等均能滿足數(shù)控機(jī)床控制要求的獨(dú)立型PLC。（1）內(nèi)裝型PLC內(nèi)裝型PLC從屬于CNC裝置，PLC與CNC之間信號傳送在CNC裝置內(nèi)部就可完成，而PLC與機(jī)床側(cè)的信息傳送則要通過輸入輸出接口來完成。（2）獨(dú)立型PLC獨(dú)立型PLC又稱通用型PLC。獨(dú)立型PLC獨(dú)立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件，能獨(dú)立完成規(guī)定控制任務(wù)的裝置。圖為內(nèi)裝式PLC輸入/輸出信息示意圖項(xiàng)目四可編程控制器及接口技術(shù)2.獨(dú)立型PLCCNC輸入/輸出電路輸入/輸出電路PLC輸入/輸出電路PLC裝置CNC裝置機(jī)床電器柜位置檢測CRT/MDI面板機(jī)床操作面板強(qiáng)電、氣動、液壓控制電路刀庫伺服單元主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元PLC在機(jī)床中的配置方式CNC

機(jī)床I/O接口PLCCNC接口機(jī)床CNCPLCI/O接口PLCn根線m根線m根線m+n個(gè)點(diǎn)一根電纜線M個(gè)點(diǎn)，易于維護(hù)，成本低數(shù)控裝置、可編程控制器、機(jī)床之間的關(guān)系圖

CNC系統(tǒng)數(shù)控裝置可編程控制器操作面板主軸控制輔助動作換刀動作冷卻排屑PLC在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用、概述二、數(shù)控機(jī)床PLC的功能1.機(jī)床操作面板控制

將機(jī)床操作面板上的控制信號直接送入PLC，以控制數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行。

2.機(jī)床外部開關(guān)輸入信號控制

將機(jī)床側(cè)的開關(guān)信號送人PLC，經(jīng)邏輯運(yùn)算后，輸出給控制對象。這些控制開關(guān)包括各類控制開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)和溫控開關(guān)等。3.輸出信號控制

PLC輸出的信號經(jīng)強(qiáng)電柜中的繼電器、接觸器，通過機(jī)床側(cè)的液壓或氣動電磁閻，對刀庫、機(jī)械手和回轉(zhuǎn)工作臺等裝置進(jìn)行控制，另外還對冷卻來電動機(jī)、潤滑泵電動機(jī)及電磁制動器等進(jìn)行控制。4.伺服控制（主軸和伺服驅(qū)動裝置的使能控制）

控制主軸和伺服進(jìn)給驅(qū)動裝置的使能信號，以滿足伺服驅(qū)動的條件，通過驅(qū)動裝置，驅(qū)動主軸電動機(jī)、伺服進(jìn)給電動機(jī)和刀庫電動機(jī)等。5.報(bào)警處理控制PLC收集強(qiáng)電柜、機(jī)床測和伺服驅(qū)動裝置的故障信號，將報(bào)警標(biāo)志區(qū)中的相應(yīng)報(bào)答標(biāo)志位置位，數(shù)控系統(tǒng)便顯示報(bào)警號及報(bào)警文本以方便故障診斷。6.轉(zhuǎn)換控制有些加工中心的主軸可以立/臥轉(zhuǎn)換，當(dāng)進(jìn)行立/臥轉(zhuǎn)換時(shí)，PLC完成下述工作：①切換主軸控制接觸器。②通過PLC的內(nèi)部功能，在線自動修改有關(guān)機(jī)床數(shù)據(jù)位。③切換伺服系統(tǒng)進(jìn)給模塊，并切換用于坐標(biāo)軸控制的各種開關(guān)、按鍵等。3．PLC與外部的信息交換及地址分配如圖2-40所示為FANUC系統(tǒng)PLC與外部的信息交換流程圖。X信號為機(jī)床到PLC的信號；Y為PLC到機(jī)床的信號；G為PLC到CNC系統(tǒng)的信號；F為CNC系統(tǒng)到PLC的信號。（1）機(jī)床至PLC（MT→PLC）（2）PLC至機(jī)床（PLC→MT）（3）CNC至PLC（CNC→PLC）（4）PLC至CNC（PLC→CNC）PLC與PMC區(qū)別PLC是最基本的邏輯控制，機(jī)床叫的PLC叫PMC，M就是MACHINE，他體現(xiàn)出了區(qū)別，首先PLC對外只有INPUT,OUTPUT的概念，而PMC增加了與數(shù)控系統(tǒng)的專用接口,FANUC用F和G地址來區(qū)分，SIEMENS用DB來區(qū)分，比如主軸旋轉(zhuǎn)指令，PLC處理時(shí)先有主軸旋轉(zhuǎn)指令輸入信號，然后根據(jù)邏輯要求處理完后直接輸出由外圍設(shè)備直接執(zhí)行，而PMC有輸入信號后，有可能要先傳送到PMC處理互鎖信號（如卡盤夾緊，刀具鎖緊，防護(hù)門關(guān)閉）然后PMC再將處理結(jié)果傳送到數(shù)控系統(tǒng)專用地址，然后數(shù)控系統(tǒng)將指令發(fā)給伺服系統(tǒng)執(zhí)行，數(shù)控系統(tǒng)如果執(zhí)行或沒有執(zhí)行都要將信號在傳送給PMC，PMC再處理相應(yīng)輸出。FANUC的PMC是屬于專用的PLC，地址有詳細(xì)的劃分，不能獨(dú)立出來使用。SIEMENS的PLC是以標(biāo)準(zhǔn)S7-300為基礎(chǔ)的，他將一些必要的動作已經(jīng)編輯好了標(biāo)準(zhǔn)功能塊，如FC8是刀具管理，F(xiàn)C9同步子程序控制。FC13手輪單元控制，F(xiàn)C15是PMC控制軸定位等等功能。FANUC的報(bào)警可以分成兩大類。一類我們可以稱之為內(nèi)部報(bào)警。它主要是FANUC系統(tǒng)根據(jù)它所控制的對象，如：伺服放大器、串行主軸放大器、NC本體等的運(yùn)行狀態(tài)來產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警文本。這類報(bào)警是系統(tǒng)本身所固有的。另一類我們可以稱之為外部報(bào)警，它主要機(jī)床廠針對所設(shè)計(jì)的機(jī)床外圍的不減的運(yùn)行狀態(tài)通過I/O單元來產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警文本。外部報(bào)警根據(jù)報(bào)警序號的排列可以分三種.,1)1000~1999：此類報(bào)警會中斷當(dāng)前的操作，同時(shí)將報(bào)警文本顯示在系統(tǒng)的報(bào)警畫面。2)2000~2999：此類報(bào)警不會中斷當(dāng)前操作，同時(shí)將報(bào)警文本顯示在系統(tǒng)的操作信息畫面。此類報(bào)警可以用來做機(jī)床的相關(guān)的警告和操作提示。3)3000~3200：宏程序報(bào)警。機(jī)床廠可以根據(jù)一些加工中產(chǎn)生的機(jī)床狀態(tài)，在執(zhí)行專用宏程序當(dāng)中通過專用語句產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警提示，同時(shí)中斷當(dāng)前的操作。對于前兩種的報(bào)警信息是通過PMC中報(bào)警寄存器A來啟動的，因此在維修過程中如果發(fā)生相應(yīng)的報(bào)警，我們可以通過查找具體的報(bào)警寄存器回路來分析故障原因。

X1000.2為過載常閉開關(guān)（如熱保護(hù)等）發(fā)生過載時(shí)，X1000.2斷開，則X1000.2常閉點(diǎn)為

延時(shí)5秒仍斷開，此時(shí)R50.0得電，則A0.1得電為1，顯示A0.1對應(yīng)的報(bào)警信息。3．FANUC-PLC功能指令功能指令都是一些子程序，應(yīng)用功能指令就是調(diào)用相應(yīng)的子程序。FANUC-PLC的功能指令數(shù)目視型號不同而不同，其中PMC-L為35條，PMC-SA3為66條。功能指令的格式如圖2-46所示。包括控制條件、指令標(biāo)號、參數(shù)和輸出幾個(gè)部分。

PMC-L基本指令表.典型PLC的指令和程序編制FANUC系統(tǒng)

PMC的功能指令

定時(shí)器指令（TMR、TMRB）可變定時(shí)器TMR:TMR指令的定時(shí)時(shí)間可通過PMC參數(shù)進(jìn)行更改。

固定定時(shí)器TMR:TMRB的設(shè)定時(shí)間編在梯形圖中，在指令和定時(shí)器號的后面加上一項(xiàng)參數(shù)預(yù)設(shè)定時(shí)間，與順序程序一起被寫入FROM中，所以定時(shí)器的時(shí)間不能用PMC參數(shù)改寫。

FANUC系統(tǒng)

PMC的功能指令

3.計(jì)數(shù)器指令（CTR）計(jì)數(shù)器主要功能是進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以是加計(jì)數(shù)，也可以是減計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的預(yù)置值形式是BCD代碼還是二進(jìn)制代碼形式由PMC的參數(shù)設(shè)定（一般為二進(jìn)制代碼）。

FANUC系統(tǒng)

PMC的功能指令

8.旋轉(zhuǎn)指令（ROT、ROTB）

①此指令用來判別回轉(zhuǎn)體的下一步旋轉(zhuǎn)方向。②計(jì)算出回轉(zhuǎn)體從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置的步數(shù)。③計(jì)算出回轉(zhuǎn)體從當(dāng)前位置到(目前刀庫上處于換刀位置的刀套號)目標(biāo)位置(在加工程序中要換的刀具所在的刀套號

)前一位置的位置數(shù)。⑴指定起始位置數(shù)：RNO=0,旋轉(zhuǎn)起始位置為0RNO=1,旋轉(zhuǎn)起始位置為1⑵指定要處理數(shù)據(jù)的位數(shù)：BYT=0,指定兩位BCD碼

BYT=1,指定四位BCD碼⑶選擇最短路徑的選擇方向：DIR=0,不選擇按正向

DIR=1，選擇最短路徑⑷指定操作條件：POS=0,計(jì)算現(xiàn)在位置與目標(biāo)位置的步距數(shù)

POS=1,計(jì)算現(xiàn)在位置與目標(biāo)位置的前一個(gè)位置的步距數(shù)⑸指定位置或步距數(shù)：INC=0,計(jì)算目標(biāo)位置號（表內(nèi)號）

INC=1,計(jì)算到達(dá)目標(biāo)位置步數(shù)⑹控制條件：ACT=0,不執(zhí)行ROT指令，W1不變化

ACT=1.執(zhí)行ROT指令，并有旋轉(zhuǎn)方向給出⑺旋轉(zhuǎn)方向輸出:選用最短路徑方式中有旋轉(zhuǎn)方向控制信號，該信號輸出到W1W1=0,旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎‵OR）

W1=1,旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樨?fù)（REV）所謂正轉(zhuǎn)是指轉(zhuǎn)子的位置數(shù)遞增所謂反轉(zhuǎn)是指轉(zhuǎn)子的位置數(shù)遞減1.DSCH指令(找刀套或稱為找刀座)數(shù)據(jù)表容量應(yīng)

數(shù)據(jù)表開頭地址存放要選的刀的刀號存放的要選的刀所在的刀套號

1.COIN指令（一致性檢測指令）（判別指令）：此指令用來檢查參考值與比較值是否一致，可用于檢查刀庫，轉(zhuǎn)臺等旋轉(zhuǎn)體是否到達(dá)目標(biāo)位置等。

如果兩者相等，說明刀套已經(jīng)在換刀側(cè)

宏程序中最重要的概念：由G□□設(shè)定#1000-#1015，稱為宏程序輸入信號由#1100-#1115設(shè)定F□□,稱為宏程序輸出信號詳細(xì)講解之：宏程序輸入信號，通常在梯形圖中設(shè)定G54.0-G55.7的值，對應(yīng)于#1000-#1015。變量#1032用于一次性讀取16位信號，即讀取一個(gè)字。在梯形圖中將G54.0-G54.7,G55.0-G55.7的每一位置0或1，相當(dāng)于#1000-#1007，#1008-#1015的對應(yīng)位置0或置1，兩者是一一對應(yīng)的，是等價(jià)的，又是單向的，只能通過設(shè)定G代碼，去控制#1000-#1015，不能通過#1000-#1015反過來控制G指令，這樣就可以在宏程序中引用#1000-#1015了，即可以在宏程序引用G指令狀態(tài)，將宏程序和梯形圖聯(lián)系起來，宏程序可以讀取梯形圖狀態(tài)。宏程序輸出信號在編寫宏程序中將宏變量#1100-#1115賦值，設(shè)為1或0，相當(dāng)于將梯形圖中F54.0-F55.7相對應(yīng)的位觸點(diǎn)接通或斷開。兩者是一一對應(yīng)的，又是單向的，是通過宏變量#1100-#1115去控制F54.0-F54.7信號。將宏程序和梯形圖聯(lián)系起來。斗笠式換刀過程（流程圖）

MO6調(diào)用宏程序O9001宏程序（O9001）

#4003為“0”時(shí)，執(zhí)行G90(絕對坐標(biāo))

為“1”時(shí)，執(zhí)行G91(相對坐標(biāo))#4006為“0”時(shí)，執(zhí)行G20(英寸輸入)

為“1”時(shí)，執(zhí)行G21（毫米輸入）O9001;M05;主軸停；G04X0.2;延時(shí)0.2秒；IF(#1000EQ1)GOTO100;刀在主軸上（PMC中G54.0有對應(yīng)）,跳出；#23=#4003；記錄主程序中的模態(tài)，以便子程序結(jié)束時(shí)可恢復(fù)；（絕對，相對，英制，公制）#26=#4006；G21G91G30Z0M19;回?fù)Q刀點(diǎn)，主軸定向

M81；刀盤進(jìn)G4X1;延時(shí)1秒M71;主軸松刀G21G91G28Z0;主軸上提至原點(diǎn)M79;刀盤旋轉(zhuǎn)，找刀G21G91G30Z0;回?fù)Q刀點(diǎn)M72;主軸緊刀M82;刀盤退G#23;G#26;恢復(fù)主程序中模態(tài)（英制，公制，相對，絕對）M05;主軸停N100M99;子程序返回FANUC系統(tǒng)

PMC的功能指令

譯碼指令（DEC、DECB）DEC指令的功能是：當(dāng)兩位BCD代碼與給定值一致時(shí)，輸出為“1”；不一致時(shí)，輸出為“0”，主要用于數(shù)控機(jī)床的M碼、T碼的譯碼。一條DEC譯碼指令只能譯一個(gè)M代碼。

項(xiàng)目四可編程控制器及接口技術(shù)2.操作方式選擇、M代碼譯碼HS

M：手動操作開關(guān)

AS

M：自動操作開關(guān)MF:M功能選通DEC:M功能譯碼系統(tǒng)PMC計(jì)數(shù)器畫面

系統(tǒng)PMC的定時(shí)器畫面

3.PMC參數(shù)畫面（PMCPRM）

系統(tǒng)PMC保持型繼電器畫面（KEEPRL）

K00—K15為用戶使用，機(jī)床廠家可根據(jù)機(jī)床的具體要求來設(shè)定，如機(jī)床是否使用第4軸控制、機(jī)床自動排削功能的選擇等控制。K16—K19為系統(tǒng)專用區(qū)，用戶不能作為他用，如K17.0為系統(tǒng)梯形圖顯示選擇(設(shè)定為0時(shí)，表示顯示系統(tǒng)梯形圖)，K17.1為系統(tǒng)內(nèi)裝編輯功能是否有效(設(shè)定為1時(shí),表示有效)。FANUC—0iB/0iC系統(tǒng)采用SB7類型PMC時(shí)，保持型繼電器K900以上為系統(tǒng)專用區(qū)

。一、電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)I/O接線圖啟動按鈕SB1－X1停止按鈕SB2－X2SB1KM1SB2COM1Y1COMX1X2FR運(yùn)行接觸器KM－Y1FRX3熱繼電器的常閉觸點(diǎn)可以作為輸入信號進(jìn)行過載保護(hù)，也可以在輸出進(jìn)行保護(hù)熱繼電器電源KMKMSB1SB2電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)X2X1SB1SB2COM一、電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)常閉觸點(diǎn)輸入信號的處理電氣原理圖KMKMSB1SB2端子接線圖X2X1SB1SB2COM常閉觸點(diǎn)梯形圖X1Y1Y0X2常開觸點(diǎn)電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)二、電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制FUKM1QS正轉(zhuǎn)接觸器反轉(zhuǎn)接觸器L1L2L3主電路KM2FRM3~注意調(diào)相二、電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制I/O接線圖正轉(zhuǎn)啟動SB2-X0反轉(zhuǎn)啟動SB3-X1

停止SB1-X2KM2SB2KM1SB3SB1KM2KM1電源FR正轉(zhuǎn)接觸器KM1-YI反轉(zhuǎn)接觸器KM2-Y2正轉(zhuǎn)互鎖反轉(zhuǎn)互鎖Y1COMX0X1X2Y2COM1電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制二、電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制梯形圖指令表

0LDX11ORY12ANIX23

ANI

X14ANI

Y25OUTY16LDX17ORY28ANIX29ANI

X010ANI

Y111OUTY212END正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)X0Y1Y1X2Y2X1X1Y2Y2X2Y1X0END數(shù)控機(jī)床PLC典型應(yīng)用程序一、主軸定向控制

項(xiàng)目四可編程控制器及接口技術(shù)初始狀態(tài)AUTOM19M06RSTORCMORCMORARTMR203T1T1R14.5sORCM:主軸定向繼電器ORAR:定向到位信號項(xiàng)目四可編程控制器及接口技術(shù)三、潤滑系統(tǒng)自動控制

1.潤滑系統(tǒng)電氣控制接線圖項(xiàng)目四可編程控制器及接口技術(shù)三、潤滑系統(tǒng)自動控制

2.梯形圖項(xiàng)目3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置步進(jìn)電動機(jī)常用于開環(huán)控制系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床用驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)主要有兩種類型：反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)。一、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)1．基本構(gòu)成步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)型式有多種，這里介紹常用的單定子反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)。同樣是由定子和轉(zhuǎn)子組成，如圖2-62所示。

2．工作原理（1）單三拍步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電機(jī)的工作原理和一般電機(jī)的原理是不同的。它是利用電磁鐵作用的原理使步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的，步進(jìn)電機(jī)的工作原理如圖2-63所示。（2）單、雙六拍步進(jìn)電動機(jī)如果電機(jī)的定子繞組的通電順序?yàn)锳→AB→B→BC→C→CA→A……即首先A相通電，然后AB兩相通電，再使A相斷電而使B相保持通電狀態(tài)，接著BC兩相同時(shí)通電，依此類推，每切換一次，步進(jìn)電動機(jī)將逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動15ο，形成三相六拍工作方式。此時(shí)電動機(jī)的步距角比三拍時(shí)小一半。步距角θ為：圖2-63a）b）c）二、多段反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)1．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有一種反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)是按軸向分相的，這種步進(jìn)電動機(jī)也稱為多段反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。如圖2-64所示的是多段反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的剖面圖。多段反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)沿著它的軸向長度分成磁性能上獨(dú)立的幾段，每一段都用一組繞組勵磁，形成一相。因此，三相電動機(jī)有三段。圖2-64三段反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)剖面圖

電動機(jī)的每一段都有一個(gè)定子，它們固定在外殼上。轉(zhuǎn)子制成一體，由電動機(jī)兩端的軸承支承。每段定子上都有許多磁極，相繞組繞在這些極上。2．工作原理沿電動機(jī)的軸向長度看，每段的轉(zhuǎn)子齒都是排齊的，但不同段所對應(yīng)的定子齒之間有不同的相對位置，因此，A段定子齒和轉(zhuǎn)子齒是對齊的，B段和C段里的定子齒和轉(zhuǎn)子齒則對不齊。若從A相通電變化到B相通電，則為了使B段里的定子齒和轉(zhuǎn)子齒對齊，轉(zhuǎn)子需要轉(zhuǎn)動一步。B相斷開，C相通電，則電動機(jī)轉(zhuǎn)子以同一方向再走一步。再使A相單獨(dú)通電，則轉(zhuǎn)子再走一步，A段里的定子齒和轉(zhuǎn)子齒再一次完全對齊。通電狀態(tài)的三次變化使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動三步或一個(gè)齒距：不斷按序改變通電狀態(tài)，電動機(jī)就可連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是多段電機(jī)的基本工作原理。三、混合式步進(jìn)電動機(jī)1．基本構(gòu)成與反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)一樣，混合式步進(jìn)電動機(jī)也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。混合式步進(jìn)電動機(jī)的定子繞組一般有兩相、四相或五相。2．工作原理圖2-67是混合式步進(jìn)電動機(jī)工作原理圖，這是四相混合式步進(jìn)電動機(jī)以圓周展開的剖面模型。轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的磁通回路

步進(jìn)電動機(jī)及其驅(qū)動電路的線路連接混合式步進(jìn)電動機(jī)剖面圖

a）b）四、步進(jìn)電動機(jī)的細(xì)分步進(jìn)電動機(jī)的細(xì)分是將脈沖拍數(shù)進(jìn)行細(xì)分或?qū)⑿D(zhuǎn)磁場進(jìn)行數(shù)字化處理。當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分的方法來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。1．步進(jìn)電機(jī)細(xì)分基本思想2．步距角細(xì)分原理五、步進(jìn)電機(jī)的使用及幾種步進(jìn)電機(jī)的比較磁阻式步進(jìn)電動機(jī)(反應(yīng)式)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行元件，定轉(zhuǎn)子磁路均由軟磁材料制成，只有控制繞組，基于磁導(dǎo)變化而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，其性能特點(diǎn)是步距角小，起動和運(yùn)行頻率較高，斷電時(shí)無定位轉(zhuǎn)矩，消耗功率較大感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子為感應(yīng)子式結(jié)構(gòu)型式，也稱混合式，兼顧永磁式和磁阻式兩類電機(jī)優(yōu)點(diǎn)，它具有步距角小，有較高的起動和運(yùn)行頻率的特點(diǎn)。需要正負(fù)脈沖供電，消耗功率較小，有定位轉(zhuǎn)矩永磁式步進(jìn)電動機(jī)凡在結(jié)構(gòu)上采用永久磁鋼的步進(jìn)電動機(jī)，其特點(diǎn)是控制功率小，電磁阻尼大，步距角大，起動頻率低，需要正、負(fù)脈沖供電，有定位轉(zhuǎn)矩六、步進(jìn)電機(jī)的控制1．步進(jìn)電動機(jī)的工作方式步進(jìn)電動機(jī)的工作方式和一般電動機(jī)的不同，是采用脈沖控制方式工作的。只有按一定規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進(jìn)電動機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。數(shù)控機(jī)床中采用的功率步進(jìn)電機(jī)有三相、四相、五相和六相等。2．步進(jìn)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)由于采用脈沖方式工作，且各相需按一定規(guī)律分配脈沖，因此，在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，需要脈沖分配邏輯和脈沖產(chǎn)生邏輯。圖2-71七、晶體三極管簡介1．晶體三極管基本結(jié)構(gòu)2．電流分配和放大原理3．特性曲線八、步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的形式多種多樣。按所使用的功率開關(guān)元件來分，有晶閘管驅(qū)動電源和晶體管驅(qū)動電源；按供電方式來分，有單電壓供電和雙電壓供電(高低壓供電)；按控制方式來分，有高低壓定時(shí)控制、恒流斬波控制、脈寬控制、調(diào)頻調(diào)壓控制及細(xì)分、平滑控制等，下面將介紹幾種控制原理。1．單電壓驅(qū)動電源2．雙電壓驅(qū)動電源一、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動1.單電壓驅(qū)動單電源串電阻驅(qū)動電路，脈沖分配器輸出脈沖到控制信號端后，通過脈沖放大器放大，加到晶體管的基極，使其導(dǎo)通，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，串聯(lián)電阻R起限流作用。在換相時(shí)，晶體管截止，利用二極管VD的續(xù)流作用，防止繞組電感電流不能突變。這種電路適用于小型步進(jìn)電動機(jī)，且性能要求不高的場合。細(xì)分控制驅(qū)動電路在實(shí)際應(yīng)用中，為了進(jìn)一步提高進(jìn)給運(yùn)動的分辨率，在不改變步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)的前提下，要求對步距角進(jìn)一步細(xì)分。為了達(dá)到這一目的，可將繞組電流以階梯波的方式輸入，這時(shí)，電流分成多少個(gè)階梯，則轉(zhuǎn)子就以同樣的步數(shù)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這樣將一個(gè)步距角細(xì)分成若干步的驅(qū)動方法稱為細(xì)分驅(qū)動電路。二、脈沖分配器1.基本工作原理脈沖分配器用來控制步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行通電方式。將數(shù)控裝置送來的一串指令脈沖，按照運(yùn)行通電方式所要求的順序和分配規(guī)律，分配到各相驅(qū)動電路輸入端，用以控制各相繞組中電流的開通和關(guān)斷。由于步進(jìn)電機(jī)有正反轉(zhuǎn)要求，所以脈沖分配器的輸出既是周期性的，又是可逆的，因此又叫環(huán)形脈沖分配器。脈沖分配器有硬件和軟件兩種實(shí)現(xiàn)形式。項(xiàng)目4直流伺服驅(qū)動裝置一、集成運(yùn)算放大器簡介集成電路是相對于分立電路而言的，就是把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上，組成一個(gè)不可分割的整體。1．集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)2．集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)框圖3．運(yùn)算放大器的管腳用途4．理想運(yùn)算放大器特點(diǎn)及分析依據(jù)5．比例放大運(yùn)算器6．積分運(yùn)算器7．比例-積分運(yùn)算器二、直流伺服電動機(jī)直流伺服電機(jī)具有良好的啟動、制動和調(diào)速特性，可以方便地在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑無級調(diào)速。1．直流電機(jī)的構(gòu)成2．直流電動機(jī)的工作原理

3．直流電動機(jī)的分類4．電磁式直流伺服電動機(jī)直流電機(jī)的構(gòu)成1.電磁式直流電動機(jī)電磁式直流電動機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子(電樞)、換向器(俗稱整流子)、電刷、機(jī)殼、軸承等構(gòu)成，

電磁式直流電動機(jī)的定子磁極(主磁極)由鐵心和勵磁繞組構(gòu)成。根據(jù)其勵磁(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為激磁)方式的不同又可分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。因勵磁方式不同，定子磁極磁通(由定子磁極的勵磁線圈通電后產(chǎn)生)的規(guī)律也不同。

圖直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)

1．定子

圖7-3直流電動機(jī)的定子

2．轉(zhuǎn)子直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和換向器組成，此外，還包括轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等部分，轉(zhuǎn)子的鐵心采用硅鋼片疊壓而成，一般為12槽，內(nèi)嵌12組電樞繞組，各繞組間串聯(lián)接后，再分別與12片換向片連接。圖7-4直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子

3．換向器

換向器由許多彼此絕緣的鋼質(zhì)換向片組成一個(gè)圓柱體，裝在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的一端。轉(zhuǎn)子繞組的每一個(gè)繞組線圈分別接在兩個(gè)與轉(zhuǎn)軸對稱的換向片上。換向片通過和電刷的滑動接觸與外加直流電源相連通。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，接在相應(yīng)換向片上的直流電改變一次極性，相當(dāng)于每個(gè)轉(zhuǎn)子繞組線圈中接的是交流電，保證了形成固定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。換向器是直流電動機(jī)的標(biāo)志性部件，它將加于電刷之間固定極性的直流電流變成轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部的交流電流。電刷與換向器滑動接觸，為轉(zhuǎn)子繞組提供電樞電流。電磁式直流電動機(jī)的電刷一般采用金屬石墨電刷或電化石墨電刷。U–+EETnSbNdFFacII換向片電刷直流電動機(jī)的工作原理

圖直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)動模型正、反轉(zhuǎn)直流電動機(jī)的反轉(zhuǎn)也有兩種方法，如圖所示。圖直流電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)電機(jī)電樞電路的電壓平衡方程式為

(1)感應(yīng)電動勢為

(2)由以上兩個(gè)方程可得電動機(jī)轉(zhuǎn)速特性

(3)式中U為電動機(jī)電樞回路外加電壓；Rd為電樞回路電阻；Id為電樞回路電流；Ce為反電動勢系數(shù)；Kv為反電動勢常數(shù)；為氣隙磁通量。

電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為

(4)因此可得電動機(jī)機(jī)械特性方程式為

(5)式中Cm為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。

他勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵UfIfIaUM并勵UIfM串勵UM復(fù)勵U2）并勵式直流電動機(jī) 如圖所示，勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)后由一個(gè)直流電源供電。直流電源提供的總電流等于勵磁電流和轉(zhuǎn)子電流之和，即I=If+Ia。一般If很小，僅為Ia的1%~5%。這種直流電動機(jī)的特性與他勵式直流電動機(jī)的基本相同，其勵磁繞組匝數(shù)多、電阻大、損耗小，還可節(jié)省一個(gè)直流電源，因此得到廣泛應(yīng)用。3）串勵式直流電動機(jī)如圖所示，勵磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)后接直流電源，兩繞組中的電流相等，If=Ia。這種直流電動機(jī)由于轉(zhuǎn)子電流較大，勵磁電流也較大，因此，勵磁繞組的導(dǎo)線較粗、匝數(shù)較少，相應(yīng)的電阻也較小。其特性與并勵式直流電動機(jī)的不同。另外，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)子電流Ia變化，勵磁電流If和主磁通Φ也跟著變化。這種直流電動機(jī)一般用于電氣機(jī)車和起重設(shè)備中。4）復(fù)勵式直流電動機(jī)如圖所示，產(chǎn)生主磁通的主磁極上有兩個(gè)勵磁繞組，一個(gè)與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)，另一個(gè)與轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)，它們分別稱為串勵繞組和并勵繞組。主磁通是由這兩個(gè)繞組產(chǎn)生的磁通疊加而成的。如果兩個(gè)繞組產(chǎn)生的磁通方向相同則稱為和復(fù)勵或積復(fù)勵，主磁通將隨著轉(zhuǎn)子電流的增加而加強(qiáng)；若兩繞組產(chǎn)生的磁通方向相反則稱為差復(fù)勵，主磁通將隨著轉(zhuǎn)子電流的增加而減小。這種電動機(jī)兼有并勵式和串勵式直流電動機(jī)的共同特點(diǎn)。的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性復(fù)勵串勵并勵2.起動方法3.注意事項(xiàng)(1)電樞串電阻起動法(2)降壓起動法：

直流電動機(jī)在起動和工作時(shí)，勵磁電路一定要接通,不能讓它斷開,而且起動時(shí)要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故：在滿磁下將Rst置最大處，逐漸減小Rst使n升高。3.注意事項(xiàng)直流電動機(jī)在起動和工作時(shí)，勵磁電路一定要接通,不能讓它斷開,而且起動時(shí)要滿勵磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生事故：(1)如果電動機(jī)是靜止的，由于轉(zhuǎn)矩太小(T=KT

Ia),

電機(jī)將不能起動，這時(shí)反電動勢為零，電樞電流很大，電樞繞組有被燒壞的危險(xiǎn)。(2)如果電動機(jī)在有載運(yùn)行時(shí)斷開勵磁回路，反電動勢

E立即減小而使電樞電流增大，同時(shí)由于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不滿足負(fù)載的需要，電動機(jī)必將減速而停轉(zhuǎn)，更加促使電樞電流的增大，以至燒毀電樞繞組和換向器。(3)如果電機(jī)在空載運(yùn)行，可能造成飛車，使電機(jī)遭受嚴(yán)重的機(jī)械損傷，而且因電樞電流過大而將繞組燒壞。2.永磁式直流電動機(jī)永磁式直流電動機(jī)也由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成，

定子磁極采用永磁體(永久磁鋼)，有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，較電磁式直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子的槽數(shù)少直流電機(jī)的基本特性_1理想轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速降IaK值的大小反映了什么？KM也被稱為轉(zhuǎn)速降△n，其物理意義是負(fù)栽對轉(zhuǎn)速的影響機(jī)械特性曲線直流伺服電動機(jī)的工作曲線圖（a）是直流電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流Ia、定子電流If和主磁通Φ的方向。圖（b）、（c）是直流電動機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流Ia、定子電流If和主磁通Φ的方向。 如圖（b）所示，將轉(zhuǎn)子電源電壓U的極性對調(diào)，轉(zhuǎn)子電流Ia的方向就改變了，這時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩M的方向也跟著改變了，電動機(jī)從正轉(zhuǎn)（順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)）變成了反轉(zhuǎn)（逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)）。如圖（c）所示，將定子電源的極性對調(diào)，改變定子繞組電流If的方向，從而改變主磁通Φ的方向，使電磁轉(zhuǎn)矩反向，電動機(jī)也從正轉(zhuǎn)變成了反轉(zhuǎn)。兩種實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)反轉(zhuǎn)的方法中，一般采用改變轉(zhuǎn)子電流方向的方法，而改變主磁通Φ的方法較少采用。三、晶閘管-電動機(jī)直流自動調(diào)速系統(tǒng)1．調(diào)速的定義所謂調(diào)速，是指在某一具體負(fù)載條件下，通過改變電動機(jī)或電源參數(shù)的方法，使機(jī)械特性得以改變，從而使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化或保持不變。由此看來，調(diào)速具有兩個(gè)方面的含義：1）能在一定范圍內(nèi)“變速”。電動機(jī)負(fù)載不變時(shí)，轉(zhuǎn)速可在所允許的范圍內(nèi)變化，即“變速”調(diào)速。2）“恒速”。為了保證工作速度不受外界干擾(如負(fù)載變化)的影響，也可進(jìn)行調(diào)速。例如，由于負(fù)載的增加，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就會降低。為維持轉(zhuǎn)速的恒定，就得調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其回升，并等于或接近于原來的轉(zhuǎn)速。晶閘管是硅晶體閘流管的簡稱，俗稱可控硅（SCR），晶閘管在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。晶閘管的工作條件：1.晶閘管承受反向陽極電壓時(shí)，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。2.晶閘管承受正向陽極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。3.晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。4.晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近于零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_1(D)控制驅(qū)動電源電源電機(jī)CNC系統(tǒng)與速度控制單元的連接信號有：1)VCMD信號為CNC至速度控制單元用來控制伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速的模擬電壓控制信號。2)TSA、TSB信號為CNC至速度控制單元的伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號。3)PRDY1、PRDY2信號為位置準(zhǔn)備好控制信號。當(dāng)PRDY1和PMY2短接時(shí)，速度控制單元主回路接通。4)ENBL1、ENBL2信號為能使控制信號。當(dāng)ENBLl和ENBL2短接時(shí)，速度控制單元開始正常工作，并接受VCMD信號的控制。5)VRDY1、VRDY2信號為速度控制單元通知CNC其正常工作的觸點(diǎn)信號。當(dāng)速度控制單元出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，VRDYl和VRDY2立即斷開，系統(tǒng)封閉。6)OVLl、OVL2信號為過載信號。當(dāng)速度控制單中的過載繼電器MOL或變壓器內(nèi)的熱控開關(guān)TOH動作時(shí)，通知CNC產(chǎn)生過熱報(bào)警。一、直流主軸驅(qū)動裝置1．直流主軸驅(qū)動的工作原理2．直流主軸驅(qū)動器的主回路分析3．直流主軸驅(qū)動裝置的保護(hù)4．直流主軸驅(qū)動裝置控制板卡介紹圖2-154數(shù)控機(jī)床直流主軸電動機(jī)由于功率較大，是要求正、反轉(zhuǎn)及停止迅速，故驅(qū)動裝置往往采用三相橋式反并聯(lián)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)，這樣在制動時(shí)，除了縮短制動時(shí)間外，還能將主軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能送回電網(wǎng)。邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)是利用邏輯電路，使一組晶間管在工作時(shí)，另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖被封鎖，從而切斷正、反兩組晶閘管之間流通的電流(簡稱環(huán)流)。在圖中，正組晶閘管VT1提供電動機(jī)順時(shí)針驅(qū)動(正轉(zhuǎn))的電樞電流Id，若速度指令由正變負(fù)，即電動機(jī)由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)過程中，正組晶閘管進(jìn)入有源逆變狀態(tài)，將電感儲能逆變回送電網(wǎng)。由于此時(shí)逆變是發(fā)生在原來工作著的橋路，故稱為本橋逆變，此時(shí)仍處于電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，因而電樞電流迅速衰減。當(dāng)Id回到零時(shí)，命今級電路使正組晶閘管VT1完全封鎖，此時(shí)正、反組晶閘管均被封鎖，電動機(jī)作慣性運(yùn)轉(zhuǎn)。在一個(gè)安全周朗和后，反組晶閘管VT2接通，進(jìn)入有源逆變狀態(tài)，電動勢E大于電樞電壓Ud，通過反組晶閘管VT2，機(jī)械能由電動機(jī)送回電網(wǎng)，電動機(jī)運(yùn)行在發(fā)電制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速很快下降至零。由于此時(shí)逆變發(fā)生在原來封鎖的橋路，因而稱為他橋逆變。邏輯電路必須保證系統(tǒng)滿足下述條件：①只允許向一組晶閘管提供觸發(fā)脈沖。②只和當(dāng)原先工作的那一組晶閘管完全關(guān)斷后，才能向另一組晶閘管提供觸發(fā)脈沖，以防止出現(xiàn)過大的電流③任何一組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，要防止晶閘管輸出電壓與電動機(jī)電動勢方向一致，導(dǎo)致電壓相加，使瞬時(shí)電流過大。邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)除了用在數(shù)控機(jī)床直流主軸電動機(jī)的驅(qū)動外，還可用在功率較大的直流進(jìn)給伺服電動機(jī)上。

例：某加工中心采用直流主軸電動機(jī)、邏輯無環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)用M03指令起動時(shí)有“咔、咔”的沖擊聲，電動機(jī)換向片上有輕微的火花，起動后無明顯的異常現(xiàn)象；用M05指令使主軸停止時(shí)，換向片上出現(xiàn)強(qiáng)烈的火花，同時(shí)伴有“叭、叭”的放電聲，隨即交流回路的保險(xiǎn)絲熔斷。火花的強(qiáng)烈程度和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。但若用急停方式停止主軸，換向片上沒有任何火花。分析診斷：急停（電阻能耗制動）；正常停機(jī)（回饋制動）。在任何時(shí)候不允許正、反兩組同時(shí)工作，有火花說明逆變電路有故障。2．調(diào)速性能指標(biāo)（1）靜態(tài)調(diào)速指標(biāo)1）調(diào)速范圍2）靜差率（2）動態(tài)調(diào)速指標(biāo)3．晶閘管-直流電動機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)，就是只有控制量(輸入量)對被控制量(輸出量)單向控制作用，而被控制量對控制量沒有任何影響和聯(lián)系的控制系統(tǒng)

4．晶閘管一直流電動機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)（1）閉環(huán)控制系統(tǒng)的定義所謂閉環(huán)控制系統(tǒng)，就是反饋控制系統(tǒng)。它將被測變量值與工藝上需要保持的參數(shù)給定值進(jìn)行比較，得出偏差。根據(jù)這個(gè)偏差的大小及變化趨勢，按預(yù)先設(shè)計(jì)的運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算。（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖（3）速度負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)PID控制器是通加對誤差信號e(t)進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算，其結(jié)果的加權(quán)，得到控制器的輸出u(t)，該值就是控制對象的控制值。PID控制器的數(shù)學(xué)描述為：

1、單獨(dú)的P（比例）就是將差值進(jìn)行成比例的運(yùn)算，它的顯著特點(diǎn)就是有差調(diào)節(jié)，有差的意義就是調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，被調(diào)量不可能與設(shè)定值準(zhǔn)確相等，它們之間一定有殘差，殘差具體值您可以通過比例關(guān)系計(jì)算出。增加比例將會有效減小殘差并增加系統(tǒng)響應(yīng)，但容易導(dǎo)致系統(tǒng)激烈震蕩甚至不穩(wěn)定。

2、單獨(dú)的I（積分）就是使調(diào)節(jié)器的輸出信號的變化速度與差值信號成正比，大家不難理解，如果差值大，則積分環(huán)節(jié)的變化速度大，這個(gè)環(huán)節(jié)的正比常數(shù)的比例倒數(shù)我們在伺服系統(tǒng)里通常叫它為積分時(shí)間常數(shù)，積分時(shí)間常數(shù)越小意味著系統(tǒng)的變化速度越快，所以同樣如果增大積分速度（也就是減小積分時(shí)間常數(shù)）將會降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直到最后出現(xiàn)發(fā)散的震蕩過程，這個(gè)環(huán)節(jié)最大的好處就是被調(diào)量最后是沒有殘差的。

3、PI（比例積分）就是綜合P和I的優(yōu)點(diǎn)，利用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)利用I調(diào)節(jié)消除殘差。

直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)常見故障

1.

主軸速度不正常或不穩(wěn)定

可能原因檢查步驟排除措施電動機(jī)負(fù)載過重

重新考慮負(fù)載條件，減輕負(fù)載速度指令電壓不良或錯(cuò)誤測量從數(shù)控裝置主軸接口輸出過來的信號確保主軸控制信號正常反饋線斷線或不良測量反饋信號確保接線正確反饋裝置損壞更換反饋裝置電動機(jī)故障，如：勵磁喪失等采用交換法，可以判斷是否出了故障更換電動機(jī)驅(qū)動器故障更換驅(qū)動器印刷線路板太臟打開驅(qū)動器，定期給電路板作出清潔保持電路板的清潔或更換放大器2.

電動機(jī)速度達(dá)到一定值就上不去了。

可能原因檢查步驟排除措施驅(qū)動器電流極限設(shè)定錯(cuò)誤。檢查設(shè)定參數(shù)依照參數(shù)說明書，設(shè)置好參數(shù)主軸負(fù)載過大，或機(jī)械故障檢查是否機(jī)械卡住，在停機(jī)狀態(tài)下用手盤主軸，應(yīng)該非常靈活確保主軸無機(jī)械異常，如果負(fù)載過大，重新考慮機(jī)床負(fù)載條件檢查直流主軸電機(jī)的線圈電阻不正常，換向器太臟檢查直流主軸電機(jī)的線圈電阻是否正常，換向器是否太臟確保電阻正常，用干燥的壓縮空氣吹干凈驅(qū)動器的控制勵磁電源存在故障檢查勵磁線連接是否不牢固、檢查勵磁電壓是否正常擰緊勵磁線、更換驅(qū)動器

電動機(jī)故障，如：電樞線圈內(nèi)部存在局部短路采用交換法，可判斷出它們是否有故障更換電動機(jī)驅(qū)動器故障如：同步觸發(fā)脈沖不正確更換驅(qū)動器3.

過熱或過載報(bào)警

可能原因檢查步驟排除措施長期負(fù)載過大，電動機(jī)太熱用手觸摸電動機(jī)，感覺是否發(fā)熱厲害，如果溫度很燙手，等冷卻后再開機(jī)，看是否仍有報(bào)警改善切削條件，調(diào)整切削參數(shù)，降低負(fù)載電動機(jī)或反饋線斷線或短路用萬用表測量其輸出端子，是否接通狀況良好確保連線正確電動機(jī)故障采用交換法，確定電動機(jī)是否有故障更換電動機(jī)4.發(fā)生過流報(bào)警

·可能原因檢查步驟排除措施

主軸負(fù)載過大，或機(jī)械故障檢查是否機(jī)械卡住，在停機(jī)狀態(tài)下用手盤主軸，應(yīng)該非常靈活確保主軸無機(jī)械異常，如果負(fù)載過大，重新考慮機(jī)床負(fù)載條件

勵磁線連接不牢固檢查勵磁線連接是否不牢固擰緊勵磁線

驅(qū)動器的控制勵磁電源存在故障也就是檢查勵磁電壓是否正常

驅(qū)動器故障如：同步觸發(fā)脈沖不正確采用交換法，可判斷出它們是否有故障更換驅(qū)動器

電樞線短路電樞線短路、電樞繞組短路或局部短路，電樞線對地短路排除短路故障主回路故障用萬用表檢查所有主回路的可控硅是否有短路更換相應(yīng)壞的可控硅輸入電壓太高用萬用表測量輸入電壓控制電壓在-10～15%范圍內(nèi)5.

電動機(jī)不轉(zhuǎn)

·可能原因檢查步驟排除措施機(jī)械卡死在不通電的情況下，機(jī)械軸應(yīng)該能自由活動消除機(jī)械故障，減輕負(fù)載負(fù)載特別大在負(fù)載特別重的外界情況下，重新考慮機(jī)床負(fù)載能力機(jī)械連接脫落，如高/低檔齒輪切換用的力和齒嚙合不良檢查機(jī)械連接情況重新調(diào)整機(jī)械連接電動機(jī)動力線不良用萬用表測量各連線端子的接通情況

確保各連接線正常R、S、T線不正常電動機(jī)勵磁回路或主回路組織不正常檢查勵磁回路是否有阻值，或者阻值很大？如果沒阻值或阻值很大，更換電動機(jī)觸發(fā)脈沖電路故障，晶閘管無觸發(fā)脈沖產(chǎn)生屬驅(qū)動器故障，采用交換法判斷是否有故障更換驅(qū)動器7.

主軸定向不停止

·可能原因檢查步驟排除措施主軸沒接收到編碼器信號編碼器故障，沒有輸出零位信號更換編碼器反饋回路故障，沒有傳入到系統(tǒng)消除反饋信號傳輸中的斷路磁性傳感器故障如果采用此行傳感器定位，檢查相關(guān)的指示燈是否點(diǎn)亮如果沒亮，有故障，更換磁性傳感器定向板上的繼電器損壞如果主軸停在準(zhǔn)停位，仍有報(bào)警，則說明定向板上的繼電器損壞更換相應(yīng)繼電器四、晶體管-直流脈寬（PWM）調(diào)制自動控制系統(tǒng)直流脈寬調(diào)制PWM是PulseWidthModulation的縮寫1．直流PWM伺服驅(qū)動裝置的工作原理2．PWM驅(qū)動裝置控制原理框圖3．PWM驅(qū)動裝置特點(diǎn)：4．不可逆PWM變換器5．可逆PWM變換器四、進(jìn)給驅(qū)動的故障診斷驅(qū)動方式—直流PWM和晶閘管驅(qū)動方式、交流變頻控制方式、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動方式1.直流進(jìn)給驅(qū)動PWM調(diào)速是利用脈寬調(diào)制器對大功率晶體管的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制。將速度控制信號轉(zhuǎn)換成一定頻率的電壓，加到直流伺服電機(jī)電樞的兩端，通過對方波寬度的控制改變電樞兩端的平均電壓，從而達(dá)到控制電樞電流，進(jìn)而控制伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。直流斬波器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理1.直流斬波器的基本結(jié)構(gòu)

直流斬波器－－電動機(jī)系統(tǒng)原理圖和電壓波形2.斬波器的基本工作原理

在原理圖中，VT表示電力電子開關(guān)器件，VD表示續(xù)流二極管。當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，直流電源電壓Us加到電動機(jī)上；當(dāng)VT關(guān)斷時(shí)，直流電源與電機(jī)脫開，電動機(jī)電樞電流經(jīng)VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此反復(fù)，電樞端電壓波形如圖，好像是電源電壓Us在ton時(shí)間內(nèi)被接上，又在T–ton時(shí)間內(nèi)被斬?cái)啵史Q“斬波”。3.輸出電壓計(jì)算電動機(jī)得到的平均電壓為：幾種典型PWM變換器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理PWM驅(qū)動裝置控制原理圖

1.不可逆PWM變換器工作狀態(tài)與波形（2）有制動的不可逆PWM變換器工作狀態(tài)與波形2）制動狀態(tài)3）輕載電動狀態(tài)二象限不可逆PWM變換器在不同工作狀態(tài)下的導(dǎo)通器件和電流回路與方向

2.可逆PWM變換器工作狀態(tài)與波形相關(guān)方程：性能評價(jià)（2）單極式可逆PWM變換器四、進(jìn)給驅(qū)動的故障診斷1.直流進(jìn)給驅(qū)動—晶閘管調(diào)速是利用速度調(diào)節(jié)器對晶閘管的導(dǎo)通角進(jìn)行控制，通過改變導(dǎo)通角的大小來改變電樞兩端的電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的PWM速度控制系統(tǒng)

PWM速度控制系統(tǒng)是通過脈寬調(diào)制器對大功率晶體管的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制，將直流電壓轉(zhuǎn)換成某種頻率的方波電壓，并通過對脈沖寬度的控制，改變輸出直流平均電壓的自動調(diào)速系統(tǒng)。PWM驅(qū)動裝置在中小功率場合，有著晶閘管驅(qū)動裝置無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，例如：調(diào)速范圍寬、快速性好、電流波形系數(shù)好、功率因數(shù)好等。圖4-15直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)框圖

項(xiàng)目5交流伺服驅(qū)動裝置一、交流伺服電動機(jī)1．交流伺服電動機(jī)的分類（1）異步型交流伺服電動機(jī)(IM)（2）同步型交流伺服電動機(jī)(SM)2．三相感應(yīng)異步電動機(jī)（1）三相感應(yīng)異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)（2）三相感應(yīng)異步電動機(jī)的工作原理3．永磁交流伺服電動機(jī)（1）永磁交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)（2）永磁式交流伺服電動機(jī)的工作原理（3）永磁式交流伺服電動機(jī)的啟動性能（4）永磁式交流伺服電動機(jī)的機(jī)械性能4.4交流伺服電動機(jī)及其速度控制

4.4.1交流伺服電動機(jī)概述

1.交流伺服電機(jī)的分類和特點(diǎn)交流感應(yīng)電機(jī)按所用電源種類可以分為三相和單相兩種。其結(jié)構(gòu)是定子上裝有對稱三相繞組，而在圓柱體的轉(zhuǎn)子鐵芯上嵌有均勻分布的導(dǎo)條，導(dǎo)條兩端分別用金屬環(huán)連成一個(gè)整體(稱籠式轉(zhuǎn)子)，因此這種電機(jī)也稱籠式電機(jī)。當(dāng)對稱三相繞組接三相電源后，由電源提供勵磁電流，在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙內(nèi)建立起同步轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場，依靠電磁感應(yīng)作用，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，因?yàn)檗D(zhuǎn)子上的導(dǎo)條已構(gòu)成閉合回路，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中就有電流流過，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)由電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的能量變換。

交流同步電機(jī)與感應(yīng)電機(jī)的最大差別是同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源的頻率之間存在嚴(yán)格的關(guān)系，即在電源電壓和頻率固定不變時(shí)，其轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定不變。因此，由變頻電源供電給同步電機(jī)時(shí)，便可獲得與頻率成正比的可變轉(zhuǎn)速，調(diào)速范圍寬，機(jī)械特性硬。交流同步電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與感應(yīng)電機(jī)一樣，而轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不一樣。在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動中常采用永磁式同步電機(jī)，即轉(zhuǎn)子用永磁式結(jié)構(gòu)。永磁式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，效率較高。若永磁式轉(zhuǎn)子采用高剩磁感應(yīng)、高矯頑力的稀土類磁鐵等，可比直流電機(jī)的外形尺寸約減小1/2，重量減輕60%，轉(zhuǎn)子慣量減到原來慣量的1/5。與異步電機(jī)相比，由于采用永磁鐵勵磁消除了勵磁損耗和雜散損耗，所以效率高。通常永磁交流伺服電機(jī)是指永磁同步電機(jī)。

2.永磁交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理永磁交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)示意如圖所示。由圖可見，永磁交流伺服電機(jī)主要由三部分組成：定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件。其中定子具有齒槽，內(nèi)有三相繞組，形狀與普通感應(yīng)電機(jī)的定子相同。但其外部表面呈多邊形，并且無外殼，這有利于散熱，可以避免電機(jī)發(fā)熱對機(jī)床精度的影響。轉(zhuǎn)子由多塊永久磁鐵等組成，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是氣隙磁密較高，極數(shù)較多。

圖4-16永磁交流伺服電機(jī)

圖4-17異步及永磁交流伺服電機(jī)工作原理圖

4．交流伺服電動機(jī)的調(diào)速原理（1）調(diào)速方法1）改變磁極對數(shù)p。2）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。3）變頻調(diào)速。（2）交流變頻調(diào)速系統(tǒng)基本分析4.交流伺服電動機(jī)調(diào)速原理根據(jù)交流電動機(jī)的工作原理，當(dāng)電機(jī)定子三相繞組通三相交流正弦電源時(shí)，將建立旋轉(zhuǎn)磁場，其主磁通Φm的空間轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速n0。其值為

若電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為n，則電機(jī)的轉(zhuǎn)差率為

故

式中f為電源電壓頻率；p為電機(jī)磁極對數(shù)。

(1)改變磁極對數(shù)p調(diào)速。磁極對數(shù)可變的交流電動機(jī)稱為多速電動機(jī)。通常磁極對數(shù)設(shè)計(jì)成4/2、8/4、6/4、8/6/4等幾種。顯然，磁極對數(shù)只能成對地改變，轉(zhuǎn)速只能成倍地變化。

(2)改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。這種方法只能在繞線式異步電動機(jī)中使用。在轉(zhuǎn)子繞組回路中串入電阻，通過改變電阻值的大小，可以改變轉(zhuǎn)差率的大小。串入電阻值大，轉(zhuǎn)差率大，轉(zhuǎn)速低；串入電阻值小，轉(zhuǎn)差率小，轉(zhuǎn)速高。調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍為3∶1。

(3)改變頻率f調(diào)速。如果電源頻率能平滑調(diào)節(jié)，電機(jī)轉(zhuǎn)速也就可以平滑改變。目前，高性能交流電動機(jī)伺服驅(qū)動系統(tǒng)都采用改變頻率調(diào)速方法，這是一種先進(jìn)的調(diào)速方法，電機(jī)從高速到低速其轉(zhuǎn)差率都很小，因而變頻調(diào)速的效率和功率因數(shù)都很高。

旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AYCBZ異步機(jī)中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極(?)電流出(

)電流入XXBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向：二、變頻調(diào)速技術(shù)簡介1．變頻器的分類2．常用變頻器結(jié)構(gòu)框圖及基本特點(diǎn)3．交一直—交電壓型變頻器結(jié)構(gòu)形式及其分析4．交一直—交電流型變頻器結(jié)構(gòu)形式及其分析5．逆變器的基本工作原理變頻調(diào)速技術(shù)對交流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置叫變頻器，其功能是將電網(wǎng)電壓提供的恒壓恒頻(CVCF，ConstantVoltageConstantFrequency)交流電變換為變壓變頻(VVVF，VariableVoltageVariableFrequency)交流電。變頻器有交-交變頻器與交-直-交變頻器兩大類，結(jié)構(gòu)對比如圖所示，性能對比見表。

圖兩種類型變頻器(a)交-交變頻器；(b)交-直-交變頻器

表4交-交變頻器與交-直-交變頻器的主要特點(diǎn)比較

隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，目前數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動多采用交流主軸配變頻器控制的方式。變頻器的控制方式從最初的電壓空間矢量控制（磁通轉(zhuǎn)跡法）到矢量控制（磁通定向控制），發(fā)展至今為直接轉(zhuǎn)矩控制，從而能方便地實(shí)現(xiàn)無速度傳感器化；脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)從正弦PWM發(fā)展至優(yōu)化PWM技術(shù)和隨機(jī)PWM技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)電流諧波畸變小，電壓利用率最高、效率最優(yōu)、轉(zhuǎn)矩脈沖最小及噪聲強(qiáng)度大幅度削弱的目標(biāo)

1.正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)原理正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)變頻器是使用最廣泛的PWM調(diào)制方法，屬于交-直-交變頻裝置，將50Hz交流電經(jīng)整流變壓器變壓到所需電壓，經(jīng)二極管整流和電容濾波，形成直流電壓，再送入6個(gè)大功率晶體管構(gòu)成的逆變器主電路，輸出三相頻率和電壓均可調(diào)整的等效于正弦波的脈寬調(diào)制波(SPWM波)，圖為雙極型SPWM的通用型主回路。

圖4-19雙極性SPWM通用型主回路

SPWM逆變器可產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制波(SPWM)波形，主要是通過一個(gè)正弦波得到2N個(gè)等高而不等寬的脈沖序列，與正弦波等效，如圖4-20所示。SPWM波的產(chǎn)生原理如圖所示，將正弦波作為調(diào)制波對等腰三角波進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)倒相后可得6路SPWM信號。

圖4-20與正弦波等效的矩形脈沖序列

交流驅(qū)動系統(tǒng)1.驅(qū)動裝置的組成（原理圖）負(fù)載端逆變器是由帶反并聯(lián)續(xù)流二極管的六只功率晶體管組成。通過磁場計(jì)算機(jī)的控制，負(fù)載端逆變器輸出三相正弦脈寬調(diào)制(SPWM)電壓，使電動機(jī)獲得所需的轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流。輸出的三相SP