【环球】09年资产评估师《机电设备评估》第五章讲义(1)

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　五、直流主轴电动机、交流主轴电动机、永磁直流伺服电动机、永磁同步交流伺服电动机的性能及速度控制方法
　1、直流伺服电动机的优点是具有优良的调速性能。其缺点是电动机的电刷和换向器容易磨损，需要经常维护;由于换向器换向时会产生火花而使最高转速受到限制，也使应用环境受到限制;直流电动机结构复杂，制造困难，成本高。采用交流伺服电动机完全克服了直流伺服电动机固有的缺点，并且通过采取措施也可以获得好的调速性能。

　　2、永磁直流伺服电动机和永磁同步交流伺服电动机的性能，由于其伺服系统的要求，需要用一些特性曲线和数据表加以全面描述。其中最重要的是电动机的工作曲线。在数据表中给出了有关电动机性能的一些参数值，是选购和使用电动机的不可少的参考资料。

　　3、直流主轴电动机为他励直流电动机，电动机的电磁转矩可以：Te=CTφIa

　　由于电磁转矩中的两个可控量中 和 是互相独立的，所以可以方便地分别进行调节。而且这种关系无论在静态还是在动态都成立。这就保证了电动机的良好的静、动态转矩控制特性，从而得到优良的调速性能。

　　直流主轴电动机在基本速度以下为恒转矩范围，在基本速度以上为恒功率范围。因此采用双域调速系统调速，由转子绕组控制回路和磁场控制回路两部分组成。在转子绕组控制回路中，通过改变转子绕组电压(即外加电压)调速，为恒转矩调速，适于基本速度以下的恒转矩范围。在磁场控制回路中，通过改变励磁电流 (即改变磁通 )调速，为恒功率调速，适于基本速度以上的恒功率范围。

　　与直流主轴电动机相类似，交流主轴电动机也存在一个基本速度，在基本速度以下为恒转矩区域，在基本速度以上为恒功率区域。恒功率的速度范围只有1：3的速度比，当速度超过一定值后，功率一速度特性曲线会向下倾斜。

　　对于交流主轴电动机、气隙磁通和转子电流不是独立变量，它们都是转差率S的函数，无法分开进行独立控制。另外，被控量是既有大小又有相位的矢量，比标量难控制得多。为了改善交流主轴电动机的控制.性能，常采用矢量控制调速方法。这种调速方法将被控变量从矢量转换为标量，通过这种转换，将交流电动机模拟成直流电动机来控制其转矩，从而获得高动态调速性能。

　　用于数控机床进给伺服系统中的永磁直流伺服电动机多采用改变外加电压的调速方法。这是因为这种调速方法具有恒转矩调速特性、机械特性好、经济性能好等特点。现代数控机床的直流进给伺服系统中多采用晶体管脉宽调制调速系统。所谓脉宽调制调速，就是利用脉宽调制器对大功率晶体管开关放大器的开关时间进行控制，将直流电压转换成某一频率的矩形波电压，加到直流电动机转子绕组两端，通过对矩形波脉冲宽度的控制，改变转子绕组两端的平均电压，从而达到调节电动机转速的目的。

　　永磁同步交流伺服电动机转子转速为：

　　转子转速; nr=ns=60f/P

　　可见，可以通过改变电动机电源频率来调速。该方法可以实现无级调速，能够较好地满足数控机床的要求。为电动机供电的变频电源采用交一直一交变频器。可以采用不同的方案来实现永磁同步交流伺服电动机的调速控制，常见的有自同步控制变频调速，电流控制调速和矢量控制调速等。

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　第四节 工业机器人
　　一、工业机器人的组成、分类及编程方式

　　工业机器人由操作机、驱动装置和控制系统三部分组成。

　　操作机也称执行机构，由末端执行器、手腕、手臂和机座组成。其功能与人的手臂相似。

　　驱动装置为操作机工作提供动力，分为电动、液动和气动三种类型。其执行部件(伺服电动机、液压缸或气缸)可以与操作机直接相连，也可以通过齿轮、链条和谐波减速器与操作机连接。

　　控制系统的功能是控制工业机器人按要求动作，分为开环控制系统和闭环控制系统。目前，工业机器人多采用计算机控制。

　　工业机器人有多种分类方法：

　　(1)按坐标形式分为直角坐标式(代号PPP);圆柱坐标式(代号RPP);球坐标式(代号RRP);关节坐标式(代号RRR)，又称回转坐标式，分为垂直关节坐标和平面(水平)关节坐标。

　　(2)按驱动方式分为电力驱动、液压驱动和气压驱动。电力驱动的驱动元件可以是步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。液压驱动可以获得很大的抓取能力(可抓取高达上千牛力)，传动平稳，防爆性好，动作也较灵敏，但对密封性要求高，不宜于在高、低温现场工作，需配备一套液压系统。采用气压驱动的机器人结构简单、动作迅速、价格低;但由于空气可压缩而使工作速度稳定性差，抓取力小(几十牛力至百牛力)。

　　(3)按控制方式分为点位控制和连续轨迹控制。点位控制方式简单，适用于上下料、点焊、卸运等作业。连续轨迹控制比较复杂，常用于焊接、喷漆和检测的机器人中。

　　工业机器人有示教编程和语言编程两种编程方式。示教编程又分为手把手示教编程和示教盒示教编程。适用于重复操作型，所面对的作业任务比较简单的机器人。语言编程方式适用于动作复杂，操作精度要求高的工业机器人(如装配机器人)。

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二、工业机器人的特性参数和技术要求
　　工业机器人的主要特性参数有：

　　(1)坐标型式;常用的坐标型式有直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节坐标等。

　　(2)运动自由度数，自由度数表示机器人动作的灵活程度。一般少于6个，也有多于6个的。

　　(3)各自由度的动作范围，指各关节的活动范围。各关节的基本动作范围决定了机器人操作机工作.空间的形状和大小。

　　(4)各自由度的动作速度，指各关节的极限速度。

　　(5)额定负载，指在规定性能范围内，在手腕机械接口处所能承受的最大负载允许值。

　　(6)精度。主要包括位姿精度、位姿重复性、轨迹精度、轨迹重复性等。

　　工业机器人的技术要求包括：外观和结构电气设备、可靠性(用平均无故障工作时间(MTBF)及可维修时间(MTTR)衡量)和安全性(应满足《工业机器人安全规范》(GBll291—89)的规定)。

　　三、柔性制造单元所具有的功能及结构形式

　　概括地说·;柔性制造单元是一种在人的参与减到最小时，能连续运转的对同一工件族内不同的工件进行自动化加工的最小单元，它既可以作为独·立使用的加工生产设备，又可作为更大、更复杂的柔性制造系统和柔性自动线的基本组成模块。

　　柔性制造单元有两种形式：一种是加工中心配托盘交换系统，即托盘存储库式;另一种是数控机床配工业机器人，即机器人直接搬运式。

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四、柔性制造单元与加工中心的区别
　　柔性制造单元是在加工中心的基础上发展起来的。它增加了机器人或托盘自动交换装置、刀具和工件的自动测量装置、加工过程的监测装置。与加工中心相比，它具有更好的柔性，更高的生产率，可实现某些零件的多品种、小批量加工。

　　五、柔性制造系统的基本功能、组成及其柔性

　　柔性制造系统的基本功能包括自动加工功能(包括检验、清洗等)、自动搬运功能和将以上两者综合起来的综合软件功能。

　　柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。

　　加工系统是由加工中心或加工中心与数控机床混合组成的加工设备。除此之外，还有清洗、切屑处理等辅助装置或设备。一个系统的机床配置可按“互补”和“互替”方式配置，也可按这两种方式混合配置。“互补”是指系统需配置完成不同工序的机床(如车、铣、磨……)，在工序上互相补充，而不能代替。“互替”是指一个系统中配置有相同的机床，如其中一台机床有故障时，另一台相同工序的机床可以替代加工，以免等待。

　　物流系统包括工件与刀具夹具的输送、装卸及仓库存储等装置。工件和夹具的存储多用立体仓库，并由仓库计算机进行控制和管理。输送设备有传输带、有轨或无轨小车及行走机器人等。系统还设有中央刀库，由工业机器人在中央刀库和各机床之间进行刀具的输送和交换。

　　信息流系统执行单元加工中信息流的处理、储存和传输等功能，是协调多台机床加工和物料输送的计算系统。

　　柔性制造系统的柔性体现在随机加工能力、容忍故障能力、工作和生产能力的柔性和系统生产纲领的柔性等几个方面。

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国和小松801

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