车床主轴拖动变频调速节能改造设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

车床主轴拖动变频调速节能改造设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

............................ 13 系统构成 ................................................................................................... 13 设备明细表 .................................................................................... 14 传动比设计（ 1:3） ....................................................................... 15 iv 变频调速系统控制电路 ................................................................ 15 控制与实现 ............................................................................................... 16 电子触摸屏 .................................................................................... 16 控制流程图 .................................................................................... 17 6. 计算选择 ............................................................................................................ 18 选择电动机型号 ....................................................................................... 18 电动机的主要额定数据 ................................................................ 18 主要计算数据 ................................................................................ 20 电动机容量不变的可行性核算 .................................................... 21 变频器 ....................................................................................................... 22 变频器的基本构成 ........................................................................ 22 变频器内部电路的基本功能 ........................................................ 22 变频器的选择 ................................................................................ 23 变频器的功能参数表 .................................................................... 24 变频器的功能预置 ................................................................................... 27 各参数的设定值 表 ........................................................................ 27 多段速的参数设定表 .................................................................... 28 PLC 选择 .................................................................................................... 28 结 论 ..................................................................................................................... 29 致 谢 ..................................................................................................................... 30 参考文献 ................................................................................................................. 31 北京交通大学毕业设计（论文） 1 1. 绪论 械制造技术已经是生 产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段，所有国家都在寻求、获得、开发和利用它。 它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素。 而车床已经成为机械制造的主要工具。 目前，我国机床工业进入了一个关键的发展时期，当前机床机械制造业面临产品更新，进行技术改造的局面，这是提高生产效率和高速发展迫切需要的。 一个触目惊心的事实刺激着我们：我国传统机床的制造业基础很强，大量出口，可是由于技术含量低，往往出口到国外的价钱只是金属材料的价格。 某发达国家经过用高新技术对其的控制进行改造后，成为智能数控机床就以几十倍甚至百倍的价格 回销我国，这是多么令国人痛心的情景呀。 所以目前机床改造已成为我国迫切需要加大力度发展的事业。 机床的控制主要采用机、电、气、液压控制，采用微机技术可以实现智能数控，提高机床的技术附加值和运行效率；另一方面还有节能的控制改造，配以可编程序控制器（ PLC）数字控制（ NC）和变频调速等技术，可以大大提高传统机床的加工水平，通过对其电力节能的改造后效果惊人，以 C6150 普通机床为例，全国大概有三百多万台 ，如果每台车床的电机由原来 的电机换成 的，每天按 8 小时工作估算，仅节约电力一项每年节约电能将近 161 亿 KW/h，这该是多么可观的一笔节能挖潜的经济效益呀。 本课题是结合 PLC 和变频技术对普通 C6150 机床进行节能改造。 作为机械与电气控制专业的大学生如果把这个项目设计成功，不仅可以检验本人的机 电一体化知识学以致用的能力，还可具有普及推广，以推动我国机床节能改造的事业发展的重大意义。 北京交通大学毕业设计（论文） 2 2. 普通车床主轴的变频调速 普通车床的主要功能与构造 普通车床的主要功能 普通车床以加工圆柱体为主，如：加工圆柱体的外圆、内圆及端面； 圆柱体的钻孔和扩孔；在外圆与内圆表面车削螺纹，等。 普 通车床的构造 如图 21所示，主要部件有： 图 21 普通车床的构造 北京交通大学毕业设计（论文） 3 普通车床的拖动 系统 普通车床的运动系 统 普通车床的运行系统主要包括以下两种运动： 1. 主运动 工件的旋转运动为普通车床的主运动，带动工件旋转的拖动系统为主拖动系统。 2. 进给运动 主要是刀架的移动。 由于在车削螺纹时，刀架的移动速度必须和工件的旋转速度严格配合，故中小型车床的进给运动通常由主电动机经进给传动链而拖动的，并无独立 的进给拖动系统。 普通车床主拖动系统的机械特性 1. 主拖动系统阻转矩的形成 主拖动系统的阻转矩就是工件在切削过程中形成的阻转矩。 理论上说切削功率用于切削的剥落和变形。 故切削力正比于切削的材料性质和截面积，截面积由切削深度和走刀量决定。 而切削转矩则取决于切削力和工件回转半径的乘积，其大小与下列因素有关： (1) 切削深度； (2) 进刀量； (3) 工件的材质与直径 等。 2. 主拖动系统的负载特点 (1) 在相当大的转速范围内，普通车床的允许切削深度和进刀量等都是相同的，因而具有恒转矩的特点。 (2) 在高速段，由于受车床身机械强度及振动等的影响，速度越高，允许的切削深度和进刀量越小，阻转矩也越小，因而具有恒功率的性质。 (3) 综上所述，普通车床的机械特性如图 22所示。 北京交通大学毕业设计（论文） 4 图中， D 点以下是恒转矩区； D点以上是恒功率区。 D 点是分界点，一般来说，大约在 2 处（ 是分界点的转速， 是最高转速）。 但考虑到低速车削通常为粗加工，切削量较大。 尤其是车削毛坯时，由于同心度较差和表面的不光滑，常 会遇到较大的冲击力。 所以，在实际处理时 ，通常取： （ 11） 主拖动系统的负载功率 如图 22，主拖动系统的负载功率取决于高速段任一点转矩与转速的乘积： （ 12） 主拖动系统的工作特点 调速范 围 由最高速 与最低速 的比值决定： （ 13） 北京交通大学毕业设计（论文） 5 通常： = 25~150 例如，国产 CA5140 型车床的 =140，而意大利 SAG 型精密车床的 =。 ，为了提高工作效率，切削深度和进刀量 都较大。 ，非但切削深度较小，进刀量也往往不大。 在正常情况下，出现过载的可能性极小。 普通车床的原拖动系统 普通车床通常是由齿轮箱来传动和调速的。 他具有以下特点： 由于齿轮箱变速时，转矩的变化与转速的变化成反比，故具有恒功率的性质。 所以对同一切削用量而言，电动机的输出功率是不变的。 如忽略齿轮箱的功率损耗不计，则在全调速范围内，都具有恒功率的特点。 在低速段，拖动系统经齿轮降速后的额定转 矩将远远高于负载的最大阻转矩，具有极强的过载能力。 车床主拖动的变频调速系统 对变频调速系统的基本考虑 (1) 由于调速范围很广，且要求有比较硬的机械特性。 所以，以选用矢量控制方式为宜。 对于普通车床来说，由于对动态响应要求不高，用“无反馈矢量控制”方式已经足够。 (2) 因为调速范围广，且高速段与低速段机械特性的特点不一样，故工作频率范围应不限于额定频率以下。 (3) 电动机的容量一般应此比原拖动系统的电动机容量为大（详见下速）。 (4) 如上述，在低 速段，可能出现较大的冲击过载，容易引起变频器的跳闸。 所以，变频器的容量以比电动机容量大一档为好。 北京交通大学毕业设计（论文） 6 低速转保留一级 传动比，且 方案 (1) 电动机和主轴之间的传动比只有一档，传动比 （ 14） (2) 变频器的最大输出频率 等于电动机的额定频率。 从而，电动机的最高转速 等于其额定转速 ，它折算到负载轴上的值 应大于负载要求的最大转速 ： = （ 15） 电动机额定转矩的折算值（折算到负载轴上的转矩）应大于负载的最大转矩的 T； （ 16） 图 21 1—— 负载机械特性曲线 2—— 电动机的有效转矩线 综上所述，电动机的优先转矩线如图 23 的曲线 2 所示，曲线 1 是车床的机械特性曲线。 为了便于比较，图中，电动机的转矩和转速均为折算到负载轴上的值。 北京交通大学毕业设计（论文） 7 2. 电动机的容量 在图 23 中，负载所需功率 （ 17） 其大小与面积 OADB 成正比。 而电动机的容量则与面积 OA180。 HG 成正比，其大小为：。