Электропривод токарного станка

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ

ВВЕДЕНИЕ

1.ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СТАНКА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1 Основные технические данные

1.2 Конструкция станка

1.3 Описание кинематической схемы

1.4 Описание технологического процесса

1.5 Некоторые данные технического паспорта станка

2.ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ

2.1 Требования к электроприводам станков с ЧПУ

2.2 Требования, предъявляемые к электроприводу главного движения

2.3 Требования, предъявляемые к приводам подач

3.РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

3.1 Расчет мощности и выбор привода главного движения

3.2 Построение нагрузочной диаграммы и тахограммы для привода главного

движения

3.2.1 Проверка двигателя по нагреву и перегрузке

3.3 Расчет и выбор двигателей подач

3.3.1 Принцип выбора

3.3.2 Продольная передача

3.3.3 Поперечная передача

3.4 Построение нагрузочной диаграммы и тахограммы для двигателей подач

3.5 Определение параметров якорной цепи

3.6 Анализ динамических свойств электромеханического преобразователя

как объекта управления

4.РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ. ДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Требования к САУ

4.2 Комплектный электропривод подач типа

4.2.1 Структурная схема комплектного электропривода подач

4.2.2 Нелинейное звено и функциональный преобразователь ЭДС

4.2.3 Переключатель характеристик

4.2.4 Узел зависимого токоограничения

4.2.5 Силовая часть

4.3 Расчет параметров математической модели силовой части вентильного преобразователя

4.4 Тиристорный преобразователь, как элемент системы автоматического регулирования

4.5 Настройка регуляторов тока и скорости

4.6 Расчет САУ привода главного движения

4.6.1 Расчет параметров модели главной цепи

4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

4.1 Требования к САУ

4.2 Расчет САР ЭП главного движения

4.2.1 Структура системы управления приводом

4.2.2 Базовые величины

4.2.3 Расчёт параметров объектов регулирования

4.2.3.1 Цепь якоря

4.2.3.2 Цепь возбуждения

4.2.4. Выбор некомпенсируемой постоянной времени Tμ

4.2.5. Разработка и моделирование САР тока

4.2.6. Учет влияния ЭДС якоря двигателя

4.2.7. Разработка и моделирование САР скорости

4.2.8 Разработка и моделирование САР тока возбуждения

4.2.9 Разработка САР ЭДС

4.2.10 Разработка регулятора магнитного потока

4.2.11 Разработка и моделирование задатчика интенсивности

4.2.12 Моделирование системы

4.3 Расчет САР ЭП подач

4.4. Реализация САР

5.СИСТЕМА ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

5.1 Системы ЧПУ металлообрабатывающими станками

5.1.1 Функции УЧПУ

5.1.2 Режимы работы УЧПУ

5.1.3 Система координат станка

5.1.4 Управляющая программа

5.1.5 Основные преимущества станков с ЧПУ

5.2 УЧПУ NC-

5.2.1 Устройство ЧПУ NC-

5.2.2 Технические характеристики УЧПУ

5.2.3 Состав УЧПУ

5.2.4 Порядок установки, подготовка к работе, порядок работы УЧПУ

6.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

6.1 Необходимость модернизации

6.2 Расчёт капитальных вложений

6.3 Определение годового экономического эффекта

6.3.1 Затраты на энергетические ресурсы

6.3.2 Амортизационные отчисления

6.3.3 Стоимость ремонта

6.3.4 Снижение заработной платы основных рабочих

6.4 Определение срока окупаемости

6.5 Заключение

7.БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

7.1 Введение

7.2 Вредные и опасные факторы

7.2.1 Требования к оборудованию

7.3 Безопасность

7.3.1 Меры по электробезопасности

7.3.2 Шум

7.3.3 Вибрация

7.4. Микроклимат

7.5. Экологичность

7.5.1. Вредные вещества в воздухе

7.5.2. Вентиляция

7.6. Чрезвычайные ситуации

7.6.1. Пожарная безопасность

7.6.2. Возможные чрезвычайные ситуации (ЧС)

7.6 Вывод

8. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

8.1 Повышение производительности

8.2 Повышение точности

8.3 Переналаживаемость станков (гибкость)

8.4 Повышение надежности

8.5 Внедрение ГПМ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.2. Описание кинематической схемы

Главный привод

Передача движения от двигателя на вал шпинделя осуществляется посредством коробки скоростей, имеющей три диапазона скоростей, переключаемых ЧПУ NC210 по управляющей программе. Коробка скоростей включает в себя пять валов включаемых тем или иным образом, в зависимости от диапазона. Передача вращательного движения с двигателя на вал I передается посредством ремня.

I диапазон

С вала I движение передается на вал II через зубчатую передачу (зубчатые колеса 1 и 2) с передаточным отношением i=1,0; далее на вал III с передаточным отношением i=1,0; (зубчатые колеса 3 и 4). С вала III на вал IV с передаточным отношением i=0,36; (зубчатые колеса 7 и 8) и, наконец, с вала IV на вал V с помощью зубчатых колес 9 и 11, передаточное отношение i=0,5;

На рис1.1 изображено включение на I диапазоне.

II диапазон

Движение на вал II передается аналогично I диапазону, с вала II на вал V через зубчатую передачу (колеса 5 и 10) с передаточным отношением i=1,25;

III диапазон

Движение на вал II передается аналогично I диапазону, с вала II на вал V через зубчатую передачу (колеса 6 и 11) с передаточным отношением i0,5;

Зубчатые колеса 10 и 11 объеденены и закрепляются на валу в зависимости от диапазона при помощи скользящей шпонки.

Информация об угле поворота V вала снимается с датчика обратной связи ДП ЛИР 2, получающего вращательное движение посредством зубчатой передачи через зубчатые колеса 11 и 12 с передаточным отношением i=1,0.

Продольная передача

Вращение от вала двигателя передается через зубчатую передачу (зубчатые колеса 20 и 19) с передаточным отношением i=3,0; на винтовую шариковую пару продольного перемещения. Информация об угле поворота снимается с датчика обратной связи ДП ЛИР 2.

Аналогично осуществляется передача движения в электроприводе ( кинематике) поперечного движения.

Кинематическая схема представлена на рисунке 1.2.

1.5. Некоторые данные технического паспорта станка

В техническом паспорте станка приводятся указания по эксплуатации.

Для токарного станка модели 16К20ПФЗ они следующие:

1. Станок предназначен для использования в цехах механической обработки.

2. Температура в помещениях, где он устанавливается, должна быть в пределах +15…+40 С.

3. Относительная влажность воздуха не более 80%.

4. Запыленность помещения в пределах санитарной нормы (6 мг/м3).

5. Станок не должен подвергаться воздействию местного нагрева и сильных температурных перепадов.

6. Вблизи станка не должно быть шлифовальных станков, работающих без охлаждения, крупного обдирочного оборудования. Установленные вблизи станка устройства, работающие с использованием токов высокой частоты, должны иметь защиту от радиопомех.

7. В помещениях для установки станка необходимо прокладывать шину , соединенную с низкоомным контуром заземления, для присоединения проводов заземления станка.

8. Станок с ЧПУ подключается к трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В и частотой 50 Гц.

9. Для защиты от электрических помех, создаваемых работой другого электрооборудования, рекомендуется осуществлять питание ЧПУ от отдельного моторгенератора, к которым не разрешается подключать станки без ЧПУ или другое оборудование.

10. Должно быть обеспечено достаточное пространство для удобной уборки станка от стружки и своевременное ее удаление.

11. Станок должен быть установлен на фундаменте.

12. Смазку станка нужно производить теми маслами, которые указаны в руководстве по эксплуатации.

13. Для охлаждения инструмента не использовать жидкости с агрессивными примесями.

14. К работе, наладке станка с ЧПУ и его обслуживанию должны допускаться лица, прошедшие подготовку для работы на станках с ЧПУ и инструктаж по технике безопасности.

2. требования к электроприводу

2.1. Требования к электроприводам станков с ЧПУ

Требования к электроприводам определяются технологией обработки, конструктивными особенностями станка, режущим инструментом, функциональными возможностями системы ЧПУ. Основные технологические требования заключаются в обеспечении: необходимых технологических режимов обработки с использованием современного режущего инструмента; максимальной производительности; требуемой точности обработки; высокой чистоты обрабатываемой поверхности (снижение шероховатости); повторяемость размеров детали в обрабатываемой партии (стабильности).

Требования, предъявляемые к приводам станков определяются главным образом не тем, к какой группе относится станок, а для какого движения предназначен привод: главного движения, подачи или вспомогательного, так как именно это определяет мощность и момент, способ регулирования скорости, диапазон регулирования, требования к динамическим характеристикам, к жесткости механических характеристик и стабильности скорости.

Расширение технологических режимов обработки на одном станке с использованием современного режущего инструмента привело к усложнению устанавливаемых электроприводов, увеличению установленной мощности двигателя главного движения, вращающих моментов двигателей подач, расширению диапазонов регулирования скорости главного привода, рабочих подач и установочных перемещений, увеличению быстродействия всех приводов при управляющем и возмущающем воздействии, ужесточению требований к стабильности и равномерности вращения электродвигателей всех приводов.

Требование повышения производительности также привело к увеличению мощности и максимальной скорости привода главного движения; к увеличению скорости быстрого хода приводов подач; увеличению максимальных рабочих подач; снижению времени разгона и торможения; позиционирования приводов подач и вспомогательных перемещений и ориентации шпинделя.

Удовлетворение требований снижения шероховатости и повышения точности при обработке и позиционировании ужесточило требование к электроприводам по значению погрешностей в установившихся и переходных режимах при различных возмущающих воздействиях, по расширению диапазона регулирования и увеличению чувствительности электроприводов по входному воздействию к нагрузке по повышению равномерности движения, особенно при малых скоростях, по увеличению быстродействия при возмущении, при нагрузке и при реверсе под нагрузкой на малой скорости.

Для обеспечения повторяемости размеров детали в обрабатываемой партии и высокой точности позиционирования необходимо иметь высокостабильный привод с высокой равномерностью перемещения и апериодическим переходным процессом при изменении скорости.

Очень важным требованием к электроприводам станков с ЧПУ, особенно при их работе в автоматизированном производстве, является обеспечение их высокой надежности – как относительно сохранения параметров, так и безаварийности и ремонтопригодности. Повышению надежности работы электроприводов в значительной степени способствуют наличие технологических запасов по параметрам отдельных электронных элементов и схемным решениям, своевременное проведение профилактических мероприятий и установка необходимой системы диагностики, позволяющей быстро определять и устранять неисправности, [1].

2.3. Требования, предъявляемые к приводам подач

Создание многооперационных станков и освоение высокостойких и быстрорежущих инструментов обеспечили возможность осуществления на одном станке фрезерования, точения, сверления. Это потребовало увеличения вращательного момента на валу исполнительного двигателя, расширение диапазона рабочих подач и установочных перемещений, повышение быстродействия привода как при управляющем воздействии, так и при возмущении по нагрузке. Необходимость удовлетворения этих требований привела к изменению конструкции приводов подачи и использования в них специальных двигателей.

Упрощение кинематики механизмов подачи в свою очередь вызвало снижение приведенного момента инерции привода. В результате уменьшились нагрузки на двигатель при холостых перемещениях, и возросла составляющая сила резания в общей нагрузке привода в режиме отработки. Последнее увеличило колебание нагрузки на электроприводе, что ужесточило требования к его статической и динамической жесткости. Требования к качественным показателям регулирования приводов подач формируются в соответствии с необходимостью обеспечения максимальной производительности, наибольшей точности отработки, низкой шероховатости обрабатываемой поверхности, высокой точности позиционирования рабочих органов станка и стабильности размеров партии обрабатываемых деталей.

На станках с большим количеством установочных перемещений и малым ходом винта важна не столько абсолютная скорость быстрого хода, сколько быстродействие привода и системы ЧПУ.

Однако рост ускорений увеличивает нагрузки в механической части привода, допустимый уровень которых ограничен ее прочностными характеристиками. Тип системы ЧПУ так же лимитирует минимальные значения времени разгона и замедления привода. Это связано с ограничением максимальной величины рассогласования, которые может отрабатывать система без потери информации.

Следовательно, быстродействие приводов подач зависит от передаточного отношения и характеристики его механической части, максимальной частоты и дискретности сигнала управления, поступающего от системы ЧПУ, и предельных рассогласований, отрабатываемых ее полностью, максимальной скорости вращения исполнительного двигателя и коэффициента усиления по скорости следящего привода. При линейном разгоне следящего привода до максимальной скорости быстрого хода Uбх динамическая ошибка д пропорциональна скорости быстрого хода Uбх и времени разгона tp . При малой величине рабочего перемещения и недостаточности быстродействия привода электродвигатель может не успеть разогнаться до своей максимальной скорости. Поэтому значение tp на станках не превышают 0,2с. Однако, в приводах подач лимитируется не только время переходных процессов, но и сам характер движения. Наиболее благоприятным является апериодический закон изменения выходной координаты, при котором исключается раскрытие стыков в механических узлах, ударные перегрузки. При позиционировании такой характер движения обеспечивает подход к заданной координате всегда с одной стороны.

В режиме движения с постоянной установившейся скоростью Uy скоростная ошибка С= Uy/kU, где kU добротность следящего привода.

Уровень значения kU определяется исполнением привода и находится в пределах 1050с1. Величина добротности kU может быть увеличена до значений 3008001 в результате введения в систему сигнала компенсации скоростной ошибки, пропорционального скорости изменения управляющего воздействия.

Измерительные устройства в системе ЧПУ должны обеспечивать большие диапазоны измерений при малых значениях допустимой погрешности, поэтому разрешающая способность и точность датчиков положения должны быть значительно выше допустимой неточности отработки. При линейных рабочих характеристиках все элементы измерительных устройств должны обладать высокой надежностью, малой инерционностью и незначительными моментами трения.

Неудовлетворительные свойства привода подач, особенно при возмущениях по нагрузке, приводят к возрастанию шероховатости обрабатываемого изделия. Поэтому необходимо добиваться высокого быстродействия привода в условиях сброса и наброса нагрузки при широком диапазоне регулирования, а так же в условиях реверса двигателя под нагрузкой на самых малых скоростях вращения.

Разработка помехоустойчивых систем, способных надежно выполнять свои функции в условиях цеховой эксплуатации, приобретает особую активность в условиях роста уровня автоматизации производств и внедрения безотходной и малоотходной технологии. Одним из средств увеличения надежности оборудования является повышение его ремонтопригодности. В связи с этим требуется высокая степень унификации узлов и отдельных элементов приводов подач, оснащенность их устройствами диагностики, простота наладки и обслуживания.

Стабильность позиционирования и размеров обработанных изделий на станках ЧПУ зависит от стабильности характеристик приводов подач, датчиков положения и системы ЧПУ. При достаточно большом коэффициенте усиления, стабильность характеристик в основном определяется стабильностью параметров входного усилителя и тахогенератора. На малых скоростях вращения дрейф нуля усиливается и падение напряжения в щеточных контактах тахогенератора становится соизмеримо с полезным сигналом. Поэтому допустимая стабильность входного сигнала и сигнал обратной связи не должна превышать 10% от полезного сигнала.

Удовлетворение перечисленных требований привело к усложнению приводов подач, что позволило обеспечить оптимальное согласование приводов со станком и устройством ЧПУ.

Из-за неудовлетворительных динамических свойств регулируемого электропривода, особенно при возмущении по нагрузке, появляется шероховатость поверхности, поэтому важно обеспечить высокое быстродействие привода при подключении и отключении нагрузки, а также при реверсе двигателя под нагрузкой на самых малых частотах вращения при отключении и подключении нагрузки 0,5 Мном относительно заданного уровня не должно превышать 100% при n=0,001 nном и времени восстановления 100 мс.

К электроприводу подач предъявляются следующие требования:

– минимальные размеры электродвигателя при высоком вращательном моменте;

– высокая максимальная скорость;

– значительная перегрузочная способность привода в режимах кратковременной и повторно-кратковременной нагрузки;

– широкий диапазон регулирования;

– высокая стабильность характеристик;

– высокое быстродействие при разгоне и торможении, подключении и отключении нагрузки;

– высокая равномерность движения при различной нагрузке при всех скоростях вплоть до самых малых;

– удобство конструктивной установки двигателя на станке и встраивания управляемых преобразователей в шкафы и ниши шкафов и ниши станков.