数控机床-主轴系统的工作原理
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任务四 主轴速度异常的维修
（2）交流主轴电动机的调速方式 矢量变换调速这种方法把异步电动机经过坐标变换等 效成直流电动机，设法在交流电动机上模拟直流电动 机控制转矩的规律，以使交流电动机具有同样产生电 磁转矩的能力。矢量控制原理的基本思路就是按照产 生同样的旋转磁场这一等效原则建立起来的。矢量变 换SPWM调速系统，是将通过矢量变换得到相应的交流 电动机的三相电压控制信号，作为SPWM系统的基准正 弦波，即可实现对交流电动机的调速。
任务四 主轴速度异常的维修
决策
检查
决策：1、对学生解决故障的方案进行检查。
2、对学生提出的解决故障的方案进行论证可行性。 3、对学生提出的方案的解决步骤、解决要点进行 说明。 4、强调安全性的维修。
检查：
学生按所提故障的解决方案进行实际的故障的检测， 教师要巡回检查，及时发现问题及时解决，尤其是对与 有安全隐患的操作维修要特别的重视，学生可以对有关 的操作向老师询问。
任务四 主轴速度异常的维修
资 讯
基础知识
1、主轴系统的组成结构
（1）直流主轴的结构特点： 直流主轴电动机的结构与永磁式直流伺服电动 机的结构不同。这类电动机在结构上的特点是： 为了改善换向性能，在结构上都有换向极，为 缩小体积，改善冷却效果，以免电动机热量传 到主轴上，常采用轴向强迫风冷或水管冷却技 术。为适应主轴调速范围宽的要求，一般主轴 电动机都能在调速比1:100的范围内实现无级调 速，而且在基本速度以上达到恒功率输出，在 基本速度以下为恒转矩输出，以适应重负荷的 要求。
任务四 主轴速度异常的维修 2、主轴系统的速度控制
（1）直流主轴电动机的调速方式
直流主轴电动机的调速控制方式较为复杂，一般在额定转速以 下时，保持励磁绕组中励磁电流为额定值，通过改变电枢绕 组的端电压调速；在额定转速以上时，则应保持电枢端电压 不变（为额定值），通过改变励磁绕组中的励磁电流的办法 调速。改变励磁电流，实际上就是改变气隙主磁通Ф，由式 U≈Ea=CeФn可知，在电枢端电压不变的情况下，电动机反电 动势Ea也基本不变，因而气隙主磁通Ф与转速n成反比，减弱 Ф即可升速。 改变电动机电枢端电压的调速方法是恒转矩调速，改变励磁电 流的调速方式称为恒功率调速，直流主轴电动机的调速方法 是恒转矩调速与恒功率调速的结合。
任务四 主轴速度异常的维修
（2）交流主轴的结构特点： 交流伺服电动机的结构有笼型感应电动机和永磁式 同步电动机两种。而交流主轴电动机与进给电动机 不同，交流主轴电动机采用感应电动机形式。这是 因为受永磁体的限制，当容量做得很大时电动机成 本太高，另外数控机床主轴驱动系统不必像进给伺 服驱动系统那样，要求如此高的性能，因此，采用 感应电动机完全能满足主轴的要求。在这类电动机 轴的尾部安装有检测用脉冲发生器或脉冲编码器。
参考资料：
李志兴主编的《数控设备与维修技术》-中国电力出版社 ；武友德主编的《数控设备故 障诊断与维修技术》--化学工业出版社
现有条件：
FX0S系列实验箱、手持编程器、导线等
任务四 主轴速度异常的维修
引导性问题：
（1）操作演示主轴速度异常的现象。 （2）熟悉主轴系统的组成结构、主轴系统的电气连 接。 （3）熟悉主轴系统的速度调节。 （4）掌握主轴参数的设置 （5）掌握主轴控制中PLC、变频器的作用与维护
任务四 主轴速度异常的维修 3、主轴控制中PLC、变频器的作用
在主轴电动机的控制电路中，PLC的输出提供相关控制 信号，例如：速度、转矩设定值。
主轴电动机的速度调节则是直接通过变频器的变频调 速来实现的。
PLC、变频器的维护参见相关书籍材料。
任务四 主轴速度异常的维修
4、实践与操作
1、识读机床各部分电气接线图的作用。 2、分析电气连接图的工作原理。 3、查阅手册了解各设备接线端子的分布情况。 4、利用接线图查找部分故障。 5、分组讨论完成实践报告。
任务四 主轴速度异常的维修
资
查 询----
讯
1、 熟悉主轴系统的组成结构、主轴系统的电气连接 2、 掌握主轴系统的参数设置 3、 回顾主轴准停的原理及类别 4、了解PLC、变频器的应用
查询方法：
在咨询部分的讲解采用多媒体进行相关知识的介绍说明、 解释，在操作或故障设置、故障诊断时在现场。
任务四 主轴速度异常的维修
任务四 主轴速度异常的维修
评价与作业
评价：1、对学生的维修结果进行检查，论 证其正确性与可行性。 2 、对表现优异的学生进行表扬， 并对其方法进行推广。 3 、对没有做出结果的学生查找原 因，鼓励其不要妥协，继续努力。 作业： 思考在机床准停的过程中关于速度控制
与调节的问题，速度调节环节出现问题对于准 停的影响。
任务四 主轴速度异常的维修
数控设备控制系统维修与调试
——以工作过程为导向的课程
任务四 主轴速度异常的维修
知识目标：
能够根据所学知识分析主轴系统的工作原理；掌握主轴速度 的控制方式，能够解决主轴由于速度异常所引起的一些故障； 熟悉主轴的操作方法；锻炼学生亲自动手、观察分析的能力。
能力目标：
学生掌握职业教育学习方法、课外观察方法、引导学生提问， 启发学生提问及自学的能力。 1、提出问题的能力 2、分析问题的能力 3、自学能力 4、动手能力
任务四 主轴速度异常的维修
（2）交流主轴电动机的调速方式 矢量变换调速这种方法把异步电动机经过坐标变换等 效成直流电动机，设法在交流电动机上模拟直流电动 机控制转矩的规律，以使交流电动机具有同样产生电 磁转矩的能力。矢量控制原理的基本思路就是按照产 生同样的旋转磁场这一等效原则建立起来的。矢量变 换SPWM调速系统，是将通过矢量变换得到相应的交流 电动机的三相电压控制信号，作为SPWM系统的基准正 弦波，即可实现对交流电动机的调速。
任务四 主轴速度异常的维修
决策
检查
决策：1、对学生解决故障的方案进行检查。
2、对学生提出的解决故障的方案进行论证可行性。 3、对学生提出的方案的解决步骤、解决要点进行 说明。 4、强调安全性的维修。
检查：
学生按所提故障的解决方案进行实际的故障的检测， 教师要巡回检查，及时发现问题及时解决，尤其是对与 有安全隐患的操作维修要特别的重视，学生可以对有关 的操作向老师询问。
任务四 主轴速度异常的维修
资 讯
基础知识
1、主轴系统的组成结构
（1）直流主轴的结构特点： 直流主轴电动机的结构与永磁式直流伺服电动 机的结构不同。这类电动机在结构上的特点是： 为了改善换向性能，在结构上都有换向极，为 缩小体积，改善冷却效果，以免电动机热量传 到主轴上，常采用轴向强迫风冷或水管冷却技 术。为适应主轴调速范围宽的要求，一般主轴 电动机都能在调速比1:100的范围内实现无级调 速，而且在基本速度以上达到恒功率输出，在 基本速度以下为恒转矩输出，以适应重负荷的 要求。
任务四 主轴速度异常的维修 2、主轴系统的速度控制
（1）直流主轴电动机的调速方式
直流主轴电动机的调速控制方式较为复杂，一般在额定转速以 下时，保持励磁绕组中励磁电流为额定值，通过改变电枢绕 组的端电压调速；在额定转速以上时，则应保持电枢端电压 不变（为额定值），通过改变励磁绕组中的励磁电流的办法 调速。改变励磁电流，实际上就是改变气隙主磁通Ф，由式 U≈Ea=CeФn可知，在电枢端电压不变的情况下，电动机反电 动势Ea也基本不变，因而气隙主磁通Ф与转速n成反比，减弱 Ф即可升速。 改变电动机电枢端电压的调速方法是恒转矩调速，改变励磁电 流的调速方式称为恒功率调速，直流主轴电动机的调速方法 是恒转矩调速与恒功率调速的结合。
任务四 主轴速度异常的维修
（2）交流主轴的结构特点： 交流伺服电动机的结构有笼型感应电动机和永磁式 同步电动机两种。而交流主轴电动机与进给电动机 不同，交流主轴电动机采用感应电动机形式。这是 因为受永磁体的限制，当容量做得很大时电动机成 本太高，另外数控机床主轴驱动系统不必像进给伺 服驱动系统那样，要求如此高的性能，因此，采用 感应电动机完全能满足主轴的要求。在这类电动机 轴的尾部安装有检测用脉冲发生器或脉冲编码器。
参考资料：
李志兴主编的《数控设备与维修技术》-中国电力出版社 ；武友德主编的《数控设备故 障诊断与维修技术》--化学工业出版社
现有条件：
FX0S系列实验箱、手持编程器、导线等
任务四 主轴速度异常的维修
引导性问题：
（1）操作演示主轴速度异常的现象。 （2）熟悉主轴系统的组成结构、主轴系统的电气连 接。 （3）熟悉主轴系统的速度调节。 （4）掌握主轴参数的设置 （5）掌握主轴控制中PLC、变频器的作用与维护
任务四 主轴速度异常的维修 3、主轴控制中PLC、变频器的作用
在主轴电动机的控制电路中，PLC的输出提供相关控制 信号，例如：速度、转矩设定值。
主轴电动机的速度调节则是直接通过变频器的变频调 速来实现的。
PLC、变频器的维护参见相关书籍材料。
任务四 主轴速度异常的维修
4、实践与操作
1、识读机床各部分电气接线图的作用。 2、分析电气连接图的工作原理。 3、查阅手册了解各设备接线端子的分布情况。 4、利用接线图查找部分故障。 5、分组讨论完成实践报告。
任务四 主轴速度异常的维修
资
查 询----
讯
1、 熟悉主轴系统的组成结构、主轴系统的电气连接 2、 掌握主轴系统的参数设置 3、 回顾主轴准停的原理及类别 4、了解PLC、变频器的应用
查询方法：
在咨询部分的讲解采用多媒体进行相关知识的介绍说明、 解释，在操作或故障设置、故障诊断时在现场。
任务四 主轴速度异常的维修
任务四 主轴速度异常的维修
评价与作业
评价：1、对学生的维修结果进行检查，论 证其正确性与可行性。 2 、对表现优异的学生进行表扬， 并对其方法进行推广。 3 、对没有做出结果的学生查找原 因，鼓励其不要妥协，继续努力。 作业： 思考在机床准停的过程中关于速度控制
与调节的问题，速度调节环节出现问题对于准 停的影响。
任务四 主轴速度异常的维修
数控设备控制系统维修与调试
——以工作过程为导向的课程
任务四 主轴速度异常的维修
知识目标：
能够根据所学知识分析主轴系统的工作原理；掌握主轴速度 的控制方式，能够解决主轴由于速度异常所引起的一些故障； 熟悉主轴的操作方法；锻炼学生亲自动手、观察分析的能力。
能力目标：
学生掌握职业教育学习方法、课外观察方法、引导学生提问， 启发学生提问及自学的能力。 1、提出问题的能力 2、分析问题的能力 3、自学能力 4、动手能力