車床主軸拖動(dòng)變頻調(diào)速節(jié)能改造設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .....................................................................18 選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào) ........................................................................................18 電動(dòng)機(jī)的主要額定數(shù)據(jù) .................................................................18 主要計(jì)算數(shù)據(jù) .................................................................................20 電動(dòng)機(jī)容量不變的可行性核算 .....................................................21 變頻器 ........................................................................................................22 變頻器的基本構(gòu)成 .........................................................................22 變頻器內(nèi)部電路的基本功能 .........................................................22 變頻器的選擇 .................................................................................23 變頻器的功能參數(shù)表 .....................................................................24 變頻器的功能預(yù)置 ....................................................................................27 各參數(shù)的設(shè)定值表 .........................................................................27 多段速的參數(shù)設(shè)定表 .....................................................................28 PLC 選擇 ....................................................................................................28結(jié) 論 .....................................................................................................................29致 謝 .....................................................................................................................30參考文獻(xiàn) .................................................................................................................31北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11. 緒論械制造技術(shù)已經(jīng)是生產(chǎn)、國際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)品革新的一種重要手段，所有國家都在尋求、獲得、開發(fā)和利用它。它正被看作是現(xiàn)代國家經(jīng)濟(jì)上獲得成功的關(guān)鍵因素。而車床已經(jīng)成為機(jī)械制造的主要工具。目前，我國機(jī)床工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)關(guān)鍵的發(fā)展時(shí)期，當(dāng)前機(jī)床機(jī)械制造業(yè)面臨產(chǎn)品更新，進(jìn)行技術(shù)改造的局面，這是提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展迫切需要的。一個(gè)觸目驚心的事實(shí)刺激著我們：我國傳統(tǒng)機(jī)床的制造業(yè)基礎(chǔ)很強(qiáng)，大量出口，可是由于技術(shù)含量低，往往出口到國外的價(jià)錢只是金屬材料的價(jià)格。某發(fā)達(dá)國家經(jīng)過用高新技術(shù)對(duì)其的控制進(jìn)行改造后，成為智能數(shù)控機(jī)床就以幾十倍甚至百倍的價(jià)格回銷我國，這是多么令國人痛心的情景呀！所以目前機(jī)床改造已成為我國迫切需要加大力度發(fā)展的事業(yè)。機(jī)床的控制主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，采用微機(jī)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能數(shù)控，提高機(jī)床的技術(shù)附加值和運(yùn)行效率；另一方面還有節(jié)能的控制改造，配以可編程序控制器（PLC）數(shù)字控制（NC）和變頻調(diào)速等技術(shù)，可以大大提高傳統(tǒng)機(jī)床的加工水平，通過對(duì)其電力節(jié)能的改造后效果驚人，以 C6150 普通機(jī)床為例，全國大概有三百多萬臺(tái) ，如果每臺(tái)車床的電機(jī)由原來 的電機(jī)換成 的，每天按 8 小時(shí)工作估算，僅節(jié)約電力一項(xiàng)每年節(jié)約電能將近 161 億 KW/h，這該是多么可觀的一筆節(jié)能挖潛的經(jīng)濟(jì)效益呀！本課題是結(jié)合 PLC 和變頻技術(shù)對(duì)普通 C6150 機(jī)床進(jìn)行節(jié)能改造。作為機(jī)械與電氣控制專業(yè)的大學(xué)生如果把這個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)成功，不僅可以檢驗(yàn)本人的機(jī)電一體化知識(shí)學(xué)以致用的能力，還可具有普及推廣，以推動(dòng)我國機(jī)床節(jié)能改造的事業(yè)發(fā)展的重大意義。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22. 普通車床主軸的變頻調(diào)速 普通車床的主要功能與構(gòu)造 普通車床的主要功能 普通車床以加工圓柱體為主，如：加工圓柱體的外圓、內(nèi)圓及端面；圓柱體的鉆孔和擴(kuò)孔；在外圓與內(nèi)圓表面車削螺紋，等。 普通車床的構(gòu)造如圖 21 所示，主要部件有： 圖 21 普通車床的構(gòu)造北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3 普通車床的拖動(dòng)系統(tǒng) 普通車床的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 普通車床的運(yùn)行系統(tǒng)主要包括以下兩種運(yùn)動(dòng)：1. 主運(yùn)動(dòng) 工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為普通車床的主運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的拖動(dòng)系統(tǒng)為主拖動(dòng)系統(tǒng)。2. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 主要是刀架的移動(dòng)。由于在車削螺紋時(shí)，刀架的移動(dòng)速度必須和工件的旋轉(zhuǎn)速度嚴(yán)格配合，故中小型車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通常由主電動(dòng)機(jī)經(jīng)進(jìn)給傳動(dòng)鏈而拖動(dòng)的，并無獨(dú)立的進(jìn)給拖動(dòng)系統(tǒng)。 普通車床主拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性1. 主拖動(dòng)系統(tǒng)阻轉(zhuǎn)矩的形成 主拖動(dòng)系統(tǒng)的阻轉(zhuǎn)矩就是工件在切削過程中形成的阻轉(zhuǎn)矩。理論上說切削功率用于切削的剝落和變形。故切削力正比于切削的材料性質(zhì)和截面積，截面積由切削深度和走刀量決定。而切削轉(zhuǎn)矩則取決于切削力和工件回轉(zhuǎn)半徑的乘積，其大小與下列因素有關(guān)：(1) 切削深度；(2) 進(jìn)刀量；(3) 工件的材質(zhì)與直徑等。2. 主拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特點(diǎn)(1) 在相當(dāng)大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，普通車床的允許切削深度和進(jìn)刀量等都是相同的，因而具有恒轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)。(2) 在高速段，由于受車床身機(jī)械強(qiáng)度及振動(dòng)等的影響，速度越高，允許的切削深度和進(jìn)刀量越小，阻轉(zhuǎn)矩也越小，因而具有恒功率的性質(zhì)。(3) 綜上所述，普通車床的機(jī)械特性如圖 22 所示。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4圖中，D 點(diǎn)以下是恒轉(zhuǎn)矩區(qū)；D 點(diǎn)以上是恒功率區(qū)。D 點(diǎn)是分界點(diǎn)，一般來說，大約在 2 處（ 是分界點(diǎn)的轉(zhuǎn)速， 是最高轉(zhuǎn)速） 。但考慮到低速車削通??????≈ ?????? ????????常為粗加工，切削量較大。尤其是車削毛坯時(shí)，由于同心度較差和表面的不光滑，常會(huì)遇到較大的沖擊力。所以，在實(shí)際處理時(shí)，通常取： （11）??????≥??/4 主拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載功率 如圖 22，主拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載功率取決于高速段任一點(diǎn)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積： ???? ??=????????????/9550 （12）=??????????/9550 主拖動(dòng)系統(tǒng)的工作特點(diǎn) 調(diào)速范圍 由最高速 與最低速 的比值決定：???? ?????????? ?????????? （13）????=??????????/??????????通常： = 25~150????例如，國產(chǎn) CA5140 型車床的 =140，而意大利 SAG 型精密車床的 =。???? ???? ，為了提高工作效北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5率，切削深度和進(jìn)刀量都較大。 ，非但切削深度較小，進(jìn)刀量也往往不大。在正常情況下，出現(xiàn)過載的可能性極小。 普通車床的原拖動(dòng)系統(tǒng)普通車床通常是由齒輪箱來傳動(dòng)和調(diào)速的。他具有以下特點(diǎn)： 由于齒輪箱變速時(shí)，轉(zhuǎn)矩的變化與轉(zhuǎn)速的變化成反比，故具有恒功率的性質(zhì)。所以對(duì)同一切削用量而言，電動(dòng)機(jī)的輸出功率是不變的。如忽略齒輪箱的功率損耗不計(jì)，則在全調(diào)速范圍內(nèi)，都具有恒功率的特點(diǎn)。 在低速段，拖動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)齒輪降速后的額定轉(zhuǎn)矩將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于負(fù)載的最大阻轉(zhuǎn)矩，具有極強(qiáng)的過載能力。 車床主拖動(dòng)的變頻調(diào)速系統(tǒng) 對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本考慮(1) 由于調(diào)速范圍很廣，且要求有比較硬的機(jī)械特性。所以，以選用矢量控制方式為宜。對(duì)于普通車床來說，由于對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求不高，用“無反饋矢量控制”方式已經(jīng)足夠。 (2) 因?yàn)檎{(diào)速范圍廣，且高速段與低速段機(jī)械特性的特點(diǎn)不一樣，故工作頻率范圍應(yīng)不限于額定頻率以下。 (3) 電動(dòng)機(jī)的容量一般應(yīng)此比原拖動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)容量為大（詳見下速） 。 (4) 如上述，在低速段，可能出現(xiàn)較大的沖擊過載，容易引起變頻器的跳閘。所以，變頻器的容量以比電動(dòng)機(jī)容量大一檔為好。 低速轉(zhuǎn)保留一級(jí)傳動(dòng)比，且 方案????≤???? (1) 電動(dòng)機(jī)和主軸之間的傳動(dòng)比只有一檔，傳動(dòng)比 （14）??=????/????北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6 (2) 變頻器的最大輸出頻率 等于電動(dòng)機(jī)的額定頻率 。從而，電動(dòng)機(jī)???????? ??????的最高轉(zhuǎn)速 等于其額定轉(zhuǎn)速 ，它折算到負(fù)載軸上的值?????????? ??????應(yīng)大于負(fù)載要求的最大轉(zhuǎn)速 ：??????????39。 ?????????? = （15）??????????39。 ??????39。≥??????????電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的折算值（折算到負(fù)載軸上的轉(zhuǎn)矩）應(yīng)大于負(fù)載的最大轉(zhuǎn)矩的 T； （16）??????39。≥??圖 211——負(fù)載機(jī)械特性曲線 2——電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線綜上所述，電動(dòng)機(jī)的優(yōu)先轉(zhuǎn)矩線如圖 23 的曲線 2 所示，曲線 1 是車床的機(jī)械特性曲線。為了便于比較，圖中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均為折算到負(fù)載軸上的值。 2. 電動(dòng)機(jī)的容量 在圖 23 中，負(fù)載所需功率 ????=????????????????/9550 =??????????????????????/9550 （1=????????????????????????/95507）其大小與面積 OADB 成正比。而電動(dòng)機(jī)的容量則與面積 OA180。HG 成正比，其大北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7小為： ????1=??39。??????39。???? ≥????????????????????/9550 （18）=???????? 可見，采用了變頻調(diào)速以后，電動(dòng)機(jī)的容量需增大 倍以上。???? (1) 最高頻率 。????????=???? (2) 最低頻率 因?yàn)橹挥幸粰n轉(zhuǎn)速，故頻率調(diào)節(jié)范圍 為：???? （19）????=????????/????????≈??????????/??????????=???? 當(dāng) 時(shí)， 50/40=????=40 ????????≤ 當(dāng) 時(shí)， 50/140=????=140????????≤ 異步電動(dòng)機(jī)在這樣低的頻率下連續(xù)工作，如不用負(fù)載反饋，是比較困難的。 低速轉(zhuǎn)保留一級(jí)傳動(dòng)比，且 方案???????????? (1) 電動(dòng)機(jī)和主軸之間的傳動(dòng)比仍只有一檔，但變頻器的最高輸出頻率允許超過額定頻率 。但一般不宜超過額定頻率的 倍（即：???????? ????） 。????≤????????≤???? 設(shè)最大調(diào)頻比 （1??????????=????????/????10）