Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
ДП 2-530105.31.18.13.12 ПЗ
Технологический процесс – часть производственного процесса, непосредственной целью которого является изменение формы и физических свойств материала.
Технологический процесс в токарной обработке – это определённая последовательность действий токаря и станка, направленных на превращение заготовки в готовую деталь.
Так как чаще всего полное изготовление деталей совершается на различных металлообрабатывающих станках, а некоторые из них проходят и термическую обработку, то в пределах цеха (участка) технологический процесс может включать различные виды работ, последовательно выполняемых над заготовкой до превращения её в готовую деталь.
В токарно-винторезных станках вращение заготовки является главным движением, а движение суппорта с резцом - движение подачи. Все остальные движения являются вспомогательными.
Для установки заготовок в зависимости от их размеров и формы применяют центры, патроны, планшайбы, оправки. В центрах обрабатывают длинные заготовки типа валов или заготовки, насаженные на оправки. Задний центр может быть не вращающимися или вращающимся. Оправки бывают цилиндрические, конусные и разжимные. Последняя состоит из втулки с прорезями, которую натягивают на конус стержня гайкой. Втулка разжимается и закрепляет надетую на нее заготовку. Для освобождения готовой детали служит гайка. Крутящий момент передается со шпинделя на оправку через поводковый патрон и хомутик . Длинные, нежесткие заготовки поддерживаются неподвижным люнетом, установленным на станине, или подвижным, закрепленным на суппорте.
В патронах закрепляют сравнительно короткие заготовки. Чаще всего применяют трехкулачковые самоцентрирующие патроны с одновременно сдвигающимися кулачками. Несимметричные заготовки выставляют в четырехкулачковом патроне, где каждый кулачок перемещается независимо от другого. Крупные, а также несимметричные заготовки закрепляют на планшайбе с помощью болтов, прихватов и других приспособлений. Для прутков используют цанговые патроны.
Для обработки заготовок на станке применяются различные виды инструментов: резцы (проходные, подрезные, отрезные), которые закрепляются в резцедержателях, а так же сверла, зенкеры, фрезы и другие инструменты, которые закрепляются в пиноли задней бабки.
Материалы режущей части также различны и зависят от обрабатываемого материала.
Твердые сплавы в виде пластин соединяют с державкой резца с помощью пайки или специальных высокотемпературных клеев.
Многогранные твердосплавные пластины закрепляют прихватами, винтами и клиньями.
Металлорежущие инструменты изнашиваются по передней и задней поверхности. На размерный износ влияют материал режущей части инструмента, конструкция, геометрия и состояние лезвия, режимы обработки, жесткость системы и многие другие факторы.
Обтачивание цилиндрических поверхностей производится прямыми или отогнутыми резцами с продольным движением подачи. При этом используют различные проходные резцы для того, чтобы получить разные по форме переходные поверхности. Максимальный диаметр заготовки до 630 мм.
Растачивание внутренних цилиндрических поверхностей выполняют расточными резцами, закреплёнными в резцедержателе в направлении оси заготовки, с продольной подачей.
Сверление, зенкерование и развертывание центральных отверстий выполняют соответствующим режущим инструментом, закрепленным в пиноли задней бабки. При этом задняя бабка закреплена на направляющих станины, а перемещение пиноли с инструментом осуществляется вручную.
Нарезание резьбы проводится специальными резьбовыми резцами. Форма режущих кромок резцов определяется профилем и размерами поперечного сечения нарезаемых резьб. Суппорт получает продольное перемещение от ходового винта для повышения точности движения инструмента относительно заготовки. Величина подачи при этом должна быть равна шагу нарезаемой резьбы.
Обработка конических поверхностей может производится следующими способами:
- поворотом поворотных салазок суппорта на угол равный половине угла при вершине требуемого конуса. Обработку ведут с ручной подачей резца. Длина обрабатываемой таким способом образующей конуса определяется величиной хода каретки верхних поворотных салазок;
-широкими токарными резцами с продольным или поперечным движением подачи. Таким способом получают поверхности с длинной образующей не более 30 мм. Используют способ при снятии фасок с обработанных цилиндрических поверхностей;
-смещением корпуса задней бабки в поперечном направлении. Таким способом обрабатывают длинные конические поверхности с углом конуса не более 80 . Для этого корпус задней бабки смещают относительно её основания в направлении, перпендикулярном к линии центров станка. Обрабатываемую заготовку устанавливают на шариковые центры. При этом ось вращения заготовки располагается под углом к линии центров станка, а образующая конической поверхности – параллельно линии центров станка.
Назначение режимов резания основывается на определении глубины, подачи и скорости резания, при которых будет обеспечена наиболее экономичная и производительная обработка поверхности (при условии выполнения заданных технических требований) по точности и шероховатости обработанной поверхности.
Вначале выбирается глубина резания, затем максимально допустимая подача, а потом определяется скорость резания. Такой порядок выбора элементов режима резания определяется тем, что на количество выделяемого при резании тепла, а следовательно, на износ и стойкость резца глубина резания влияет в наименьшей, а подача и особенно скорость резания – в наибольшей степени.
Элементы режима резания должны выбираться так, чтобы режущие свойства инструмента и возможности металлорежущего станка (его мощность и другие динамические и кинематические характеристики) были использованы в достаточной степени. Поэтому для выбора оптимальных режимов резания необходимо знать не только материал обрабатываемой заготовки, но и материал и геометрические параметры резца, допустимую величину его износа, а также характеристики станка, намеченного для выполнения обработки.
Глубина резания в основном определяется припуском на обработку, который по возможности стремятся удалить за один проход.
Величина подачи определяется требуемым классом чистоты обработки. Она должна быть больше допустимой этим условием, а также жесткостью обрабатываемой заготовки, жесткостью и прочностью резца и прочностью механизмов станка. Определив силы резания, возникающие при выбранных глубинах резания и подачи, можно путем расчета проверить (на основе зависимостей, известных из сопротивления материалов) соответствие выбранного сечения стружки прочности и жесткости детали, резца и прочности механизма подачи станка.
Практически обычно такие расчеты производить приходится не часто, так как в соответствующих нормативах по выбору режимов резания даны значения подач в соответствии с размерами резцов и характеристик металлорежущих станков.
Токарно-винторезный станок модели 1М63Н предназначен для выполнения
разнообразных работ. На этих станках можно обтачивать наружные цилиндрические, конические и фасонные поверхности, растачивать цилиндрические и конические отверстия, обрабатывать торцевые поверхности, нарезать наружную и внутреннюю резьбы, сверлить, зенкеровать и развёртывать отверстия, производить отрезку, подрезку и другие операции.
Основными параметрами токарно-винторезного станка являются наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над станиной и наибольшее расстояние между его центрами, которое определяет наибольшую длину обрабатываемой заготовки. Кроме этих основных параметров важными размерами токарно-винторезных станков, регламентируемыми стандартами, являются наибольший диаметр обрабатываемой заготовки над суппортом, наибольшая частота вращения шпинделя, наибольший диаметр прутка, проходящего через отверстие шпинделя, размер центра шпинделя.
Основные узлы и их назначение станка 1M63H представлены в графической части (Лист 1).
Основными узлами токарно-винторезного станка 1M63H являются: станина, передняя бабка, коробка подач, задняя бабка, суппорт с резцедержателем и фартуком.
Станина 1 является базовой сборочной единицей, на которой монтируются все остальные сборочные единицы. Она цельнолитая на тумбах. Имеет две призматических направляющих для каретки и две для задней бабки из которых одна плоская. Внутри станины имеются наклонные люки (окна) для отвода стружки и охлаждающей жидкости. В правовой тумбе помещаются бак с эмульсией и электронасос. На левой тумбе сзади крепится электродвигатель главного привода.
Передняя бабка 3 устанавливается на левой головной части станины. Все зубчатые колеса кинематической цепи смонтированы на валах и шпинделе, изготовлены из хромистой стали, закалены и прошлифованы. Сами валы установлены на подшипниках качения.
Шпиндель со сквозным отверстием и внутренними конусами имеет три
опоры. Передняя и средняя опоры - двухрядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами и задняя опора - радиальный подшипник, работающий в паре с упорными шарикоподшипниками.
Изменение частоты вращения шпинделя достигается перемещением блоков шестерен по шлицевым валам при помощи двух рукояток, выведенных на переднюю стенку. Прямое и обратное вращение шпинделя осуществляется фрикционной механической муфтой, а торможение - электромагнитной муфтой.
Задняя бабка 17 в отжатом состоянии перемещается по направляющим станины на четырех подпружиненных радиальных шарикоподшипниках 1, установленных на мостике 2.
На направляющих станины бабка закрепляется при помощи двух планок 3 и четырьмя болтами 4. Поперечное смещение корпуса бабки 5 относительно мостика производится с помощью двух винтов 6 и гайки 7, установленной в мостике.
Коробка подач 2 служит для передачи вращения от шпинделя или от отдельного привода ходовому валу или ходовому винту, а также для изменения их частоты вращения для получения необходимых подач или определённого шага при нарезании резьбы. Коробка подач обеспечивает настройку на следующие виды работ:
1) нарезание резьбы метрической дюймовой, модульной и питчевой;
2) нарезание резьб, минуя механизм коробки подач;
3) точение.
Шестеренный механизм коробки подач состоит из наборного механизма,
множительного механизма привода ходового винта, ходового вала и механизма
выбора вида работы - нарезание резьбы или точение.
Множительный механизм привода ходового вала снабжен двумя электромагнитными муфтами, управление которыми осуществляется с пульта на фартуке. При переключении электромагнитных муфт величина подачи увеличивается или уменьшается в два раза.
Шестерни сменные 4 служат для передачи вращения от выходного вала
передней бабки на входной вал коробки подач.
При помощи комбинаций сменных шестерен станок можно налаживать на нарезание различных резьб.
Люнеты подвижный 9 и неподвижный 16 служат для обработки нежестких деталей. Люнеты снабжены сменными роликами и сухарями, устанавливаемыми в зависимости от условий работы. Люнет неподвижный оснащен сменными пинолями, устанавливаемыми в зависимости от диаметра обрабатываемой детали.
Фартук 15 закрытого типа со съемной передней стенкой (крышкой). Механизм фартука снабжен четырьмя электромагнитными муфтами, что позволило сосредоточить управление на одной рукоятке, причем направления включения рукоятки совпадают с направлениями движения подачи. В эту же рукоятку встроена кнопка, нажатием которой включается ускоренный ход суппорта.
Благодаря наличию в фартуке обгонной муфты включение быстрого хода возможно при включенной подаче. Электрическая блокировка исключает возможность одновременного включения быстрого перемещения суппорта и подачи от ходового вала при сцепленной гайке ходового винта.
Суппорт 11 служит для закрепления режущего инструмента и сообщения ему движения подачи. Суппорт крестовой конструкции имеет продольное перемещение по призматическим направляющим станины и поперечное - по направляющим каретки. Перемещение можно осуществлять в ручную и механическим приводом. Имеется механизм для ускоренного перемещения суппорта.
Поворотная часть суппорта имеет направляющие для перемещения верхней части суппорта с резцовой головкой. Верхняя часть суппорта также может перемещаться вручную и механически.
1.2 Литературный обзор по теме дипломного проекта
1.2.1 Анализ существующих схем электропривода
Энергетическую основу производства составляет электрический привод,
технический уровень которого определяет эффективность функционирования технологического оборудования. Развитие электрического привода идёт по пути повышения экономичности и надёжности за счёт дальнейшего совершенствования двигателей, аппаратов, преобразователей, аналоговых и цифровых средств управления. Прогрессивным явлением в этом процессе
является применение микропроцессоров и микроЭВМ, позволяющих существенно расширить функциональные возможности автоматизированного электропривода и улучшить его технические и экономические характеристики.
Электромеханическое устройство, в котором источником механической энергии служит электродвигатель, предназначенное для приведения в движение механизмов или машин называется электрическим приводом.
Наибольший прогресс в решении проблемы создания современного регулируемого электропривода с двигателями постоянного тока был, достигнут с освоением промышленностью тиристоров. Высокие, недоступные ранее управляемость и быстродействие, относительно небольшие размеры тиристорного блока, высокие коэффициенты усиления, отсутствие подвижных частей и контактов в преобразователе, возможность унификации узлов и схем управления и другие ранее изведанные ценные качества значительно продвинули тиристорный электропривод. Однако тиристорный электропривод имеет и отрицательные стороны: низкий коэффициент мощности, искажение напряжения питающей сети, пульсации на стороне выпрямленного тока и так далее.
Стремление избавится от отрицательных сторон тиристорных электроприводов связано с повышением габаритов.
Развитие электропривода в различных отраслях промышленности характеризуется и ростом мощности приводных механизмов и увеличением числа механизмов, требующих либо широкого изменения диапазона частоты вращения приводных двигателей, либо высокой степени стабилизации частоты вращения на заданном уровне. До последнего времени при широком диапазоне регулирования частоты вращения в основном применялись ДПТ. Именно они позволяют сравнительно простыми средствами осуществить экономичное регулирование частоты вращения в широком диапазоне; моментные характеристики ДПТ хорошо согласуются с самыми различными характеристиками приводных механизмов. Эти несомненные достоинства ДПТ и обеспечили им широкое распространение в регулируемом электроприводе.
Между тем с ростом требуемой мощности известный недостаток машин постоянного тока – наличие коллектора – проявляется всё в большей степени. Коллектор ограничивает параметры единичной машины постоянного тока как по току, так и по напряжению, а следовательно, и по мощности. Поэтому коэффициент предельности, равный в первом приближении произведению мощности на частоту вращения, у современных машин постоянного тока существенно ниже, чем у машин переменного тока.
Необходимость снижения массы, материалоёмкости, габаритов, уменьшения трудоёмкости изготовления, а также возрастающие требования в части диапазона и точности регулирования обусловливают наряду с совершенствованием электроприводов постоянного тока задачу создания бесколлекторных электроприводов. Наряду с регулируемыми приводами постоянного тока получают заметное распространение регулируемые приводы переменного тока и, в частности, приводы по схеме асинхронно-вентильного каскада.
Асинхронные вентильные каскады, отличающиеся благодаря простоте тиристорного преобразователя и применению АД, высокими эксплуатационными показателями, находят широкое применение для привода различных механизмов.
Привод по схеме асинхронно-вентильного каскада является наиболее экономичной системой регулируемого привода переменного тока, так как в этой системе преобразованию подвергается лишь часть энергии, потребляемой приводом, и поэтому потери энергии при преобразовании относительно малы.
Однако асинхронно-вентильный каскад имеет и существенные недостатки, основными из которых являются низкий коэффициент мощности и значительное искажение сети питания.
В промышленности также применяются электроприводы с вентильными двигателями. Вентильным двигателем принято называть комплект электрооборудования, состоящий из синхронного двигателя и вентильного преобразователя частоты, управляемого в функции углового положения индуктора.
По сравнению с приводом постоянного тока преимущество рассматриваемого привода заключается в использовании синхронного двигателя, в котором отсутствует коллектор и связанные с ним ограничения в части мощности и скорости двигателя и трудности по обеспечению работоспособности в специальных условиях.
В настоящее время наиболее перспективная область применения вентильного двигателя – приводы мощных высокоскоростных нагнетателей, используемых, в частности, в доменном и конверторном производстве, магистральных газопроводах и нефтепроводах. Другим перспективным направлением использования данного привода является установка для запуска мощных синхронных двигателей с последующим переключением на сеть.
1.2.2 Формулирование требований к автоматизированному электроприводу и автоматизации промышленной установки
Одним из важнейших вопросов электрооборудования металлорежущих станков является выбор типа электропривода для основных движений. На этот выбор оказывает влияние ряд факторов:
1) диапазон и плавность регулирования скорости рабочею механизма;
2) характер нагрузки привода;
3) частота включений привода;
4) соотношение периодов машинного н вспомогательного времени работы станка;
5) энергетические показатели работы природа — КПД и коэффициент мощности;
6) надежность привода, простота его обслуживания и наладки.
Регулирование скорости приводов главного движения станков производится
в диапазоне от (3—6) до (100—120): 1 и может быть осуществлено одним из
следующих способов:
- механическим — изменением передаточного отношения от двигателя к рабочему органу станка;
- электрически — изменением частоты вращения двигателя;
- электромеханическим — комбинированием двух первых способов.
При этом механическое регулирование, как правило, является ступенчатым, а электрическое может быть ступеньчатым и бесступенчатым.
Следует отметить, что механические характеристики электродвигателей главных приводов должны быть жесткими. Перепал угловой скорости при изменении нагрузки на валу двигателя от холостого хода до номинальной не должен превышать 5—10%.
Нагрузка двигателя главного привода при регулировании скорости меняется по - разному для различных станков. Так, для станков с вращательным главный движением (токарных, карусельных, фрезерных и других) мощность Р, подводимая к шпинделю станка, на значительной части диапазона регулирования частоты вращения должна быть постоянной. У станков с возвратно-поступательным главным движением, например, продольно-строгальных, наоборот, на большей части диапазона регулирования при рабочем ходе сохраняется постоянство момента нагрузки.
Приводы подачи современных станков характеризуются значительным диапазоном изменения скорости (до 1000:1 и более) при постоянстве момента нагрузки, определяемого наибольшим усилием подачи. Механическая характеристика привода подачи должна быть жесткой.
Применяются следующие типы приводов подачи:
1) от главного привода через механическую передачу;
2) от отдельного, электродвигателя;
3) от гидропривода.
Осуществление подачи от главного привода позволяет сохранить постоянным установленное соотношение между скоростью подачи и частотой вращения шпинделя (планшайбы) станка, что является обязательным для выполнения таких работ, как нарезание резьбы, фрезерование и шлифование зубчатых колес и так далее. Вместе с тем при таком способе невозможно плавное изменение скорости подачи в процессе резания и значительно усложняется кинематика станка.
Основным требованием при выборе электродвигателя является его соответствие условиям технологического процесса рабочей машины. Задача выбора состоит в поиске такого двигателя, который обеспечивает заданный технологический цикл рабочей машины, соответствует условиям окружающей среды и компоновки с рабочей машиной.
Выбор двигателя недостаточной мощности может привести к нарушению заданного цикла, снижению производительности рабочей машины. При этом будут иметь место также его повышенный нагрев, ускоренное старение изоляции и преждевременный выход двигателя из строя, что вызовет остановку рабочей машины.
Недопустимым является также использование двигателей завышенной мощности, так как при этом повышается не только первоначальная стоимость электропривода, но и увеличиваются потери энергии за счёт снижения коэффициента полезного действия двигателя, а для асинхронного и вентильного электропривода, кроме того, снижается коэффициент мощности.
Для современного станкостроения характерно стремление приблизить двигатель к рабочему органу станка, это позволяет упростить кинематические цепи, снизить потери на передачах и сделать привод более компактным, что в свою очередь ведет к органическому слиянию электрической и механической частей станка. Это обстоятельство привело к применению на станках кроме двигателей нормального исполнении со станиной на лапах, двигателей специального исполнения со станиной без лап, имеющих фланец на подшипниковом щите. Приводные двигатели станков должны быть защищены от вредного влияния окружающей среды (попадания в них машинного масла, эмульсии, металлической и абразивной пыли). Если при работе станка не образуют металлической пыли и исключено попадание в двигатель капель масла (эмульсии), то могут бить использованы защищенные двигатели. Во всех других случаях следует применять для привода станков закрытые двигатель с наружным обдувом или с естественным охлаждением.
Не мало важным требованием к автоматизированному электроприводу является их недогрузка. Это приводит к увеличению непроизводительного расхода электроэнергии из-за снижения КПД двигателей, так как в его электрической нагрузке возрастает доля реактивной мощности. В результате ухудшается использование мощности питающих предприятие трансформаторов и линий электропередачи, увеличиваются потери энергии в системе электроснабжения. Поэтому приходится устанавливать компенсирующие устройства, повышающие коэффициент мощности до нормы. С этой же целью следует стремиться к более полной загрузке двигателей и к сокращению или исключению холостого хода.
Проанализировав требования к электроприводу и технические характеристики станка (Таблица 1), отдадим предпочтение двигателю постоянного тока.
Таблица 1 – Технические характеристики станка 1М63Н
|
Наименование параметра |
Величина параметра |
|
Наибольший диаметр устанавливаемой заготовки над станиной должен составлять, мм, не менее |
700 |
Продолжение таблицы 1
|
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм, не менее: -над суппортом -в люнете (пределы) -над станиной |
350 20…350 630 |
|
Наибольшая длинна заготовки, мм, не менее |
3000 |
|
Наибольшая устанавливаемая масса заготовки, кг |
2000 |
|
Центр в шпинделе передней бабки по ГОСТ 13214-79 |
7032-0043 |
|
Центр в пиноли задней бабки по ГОСТ 13214-79 |
7032-0035 |
|
Диаметр цилиндрического отверстия в шпинделе, мм, не менее |
105 или 80 |
|
Высота устанавливаемого резца, мм, не менее |
32 |
|
Количество позиций инструмента в резцедержателе |
4 |
|
Пределы частоты вращения шпинделя, об/мин |
10...1250 |
|
Количество ступеней частот вращения шпинделя: - прямого вращения - обратного вращения |
22 11 |
|
Количество ступеней рабочих подач: - продольных - резцовых салазок - поперечных |
32 32 32 |
|
Количество обрабатываемых резьб: - метрических - дюймовых |
46 31 |
|
Наибольший крутящий момент на шпинделе, кНм |
3 |
|
Масса станка, кг |
5750 |
Продолжение таблицы 1
|
Наибольшее усилие резания, Рх, допускаемое механизмом подач, при подачах, кН: - продольное - поперечное |
6,80 3,7 |
|
Габаритные размеры станка, мм, не более: - длина - высота |
5190 1550 |
|
Шероховатость цилиндрической поверхности образца-изделия после его чистовой обработки на станке |
Ra 2,5 мкм |
1.3 Расчётная часть
1.3.1 Предварительный расчёт мощности двигателя
Для чернового точения принимается проходной резец из твёрдого сплава многогранных пластин стали марки Т15К6 с главным углом в плане φ=45°, вспомогательным углом в плане φ1=10° и задним углом 5°. Стойкость резца принимается равной 60 минут (Т=60 мин).
Принимается глубина резания для чернового точения t=3 мм и подача суппорта s=0,76 мм/об, которая определяется по справочнику.
Скорость резания для черновой обработки определяется по формуле:
(1)
где – коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и материал резца, а также вид токарной обработки;
Т – стойкость резца, мин;
t – глубина резания, мм;
s – подача суппорта, мм/об;
m, x, y – показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого металла, материала резца и вида обработки.
м/мин;
С учётом поправочного коэффициента = 2,2 скорость резания
определяется по формуле:
(2)
где – черновая скорость резания.
Тогда, по формуле (2):
м/мин.
Данной скорости резания соответствует скорость шпинделя:
(3)
где d – диаметр изделия, мм.
По формуле (3) определим скорость вращения шпинделя
об/мин.
Для дальнейших расчётов необходимо брать меньшую скорость, возможную для данного станка. Однако, скорость шпинделя можно брать и выше, но в пределах 10 %. На станке 1М63Н ближайшая меньшая скорость – 315 об/мин, а большая – 400 об/мин. Значит берём меньшее значение.
Данной скорости вращения шпинделя должна соответствовать скорость резания по формуле (2):
об/мин.
Усилие резания необходимое для выполнения чернового точения определяется по формуле:
(4)
где - коэффициент, характеризующий обрабатываемой материал, материал резца, вид токарной обработки;
t – глубина резания, мм;
s – подача суппорта, мм/об;
– скорость резания, об/мин.
По формуле (4) определяем усилие резания:
Н.
Учитывая усилие резания при точении, найдём мощность, потребную на резание по формуле:
(5)
Найдём мощность резания:
кВт.
Для чистовой обработки детали принимается проходной резец из твёрдого сплава многогранных пластин стали марки Т15К6 с главным и вспомогательным углом в плане φ=45° и φ1=10°, передним и задним углом 8° и 5°. Стойкость резца принимается равной 60 минут (Т=60 мин).
Принимается глубина резания для чернового точения t=1 мм и подача суппорта s=1,2 мм/об.
Чистовая скорость резания определяется по формуле (1) с учётом новых данных и коэффициентов:
м/мин.
С учётом поправочного коэффициента kυ=0,9 скорость резания определяется по формуле (2):
м/мин.
Этой скорости резания соответствует скорость шпинделя, по формуле (3):
об/мин.
На станке 1М63Н ближайшая меньшая скорость – 160 об/мин, а большая – 200 об/мин, значит берём меньшее значение по формуле (3)
об/мин.
Усилие резания чистовой обработки рассчитывается по формуле (4):
Н.
Мощность, необходимая для резания находится по формуле (5):
кВт.
Для построения нагрузочной диаграммы необходимо рассчитать мощность двигателя в режиме черновой обработки и чистовой. Также необходимо найти время черновой и чистовой обработок.
Для определения мощностей двигателя воспользуемся следующими формулами:
(6)
(7)
По формуле (6) найдём мощность двигателя в черновом режиме обработки детали:
кВт.
А по формуле (7) найдём мощность двигателя в чистовом режиме:
кВт.
Машинное время определяется по формуле:
(8)
где L – длина обрабатываемой заготовки, мм;
n – частота вращения шпинделя станка, об/мин;
s – подача суппорта, мм/об;
Для черновой обработки машинное время, учитывая формулу (8) составит:
мин = 168 сек.
Для чистовой обработки машинное время рассчитывается по формуле (8):
мин = 312 сек.
Строим нагрузочную диаграмму (рисунок 2).
Рисунок 2 - Нагрузочная диаграмма
1.3.2 Предварительный выбор электродвигателя
Основным требованием при выборе электродвигателя является его соответствие условиям технологического процесса рабочей машины. Задача выбора состоит в поиске такого двигателя, который обеспечивает заданный технологический цикл рабочей машины, соответствует условиям окружающей среды и компоновки с рабочей машиной и при этом имеет допустимый нагрев.
Выбор двигателя недостаточной мощности может привести к нарушению
заданного цикла, снижению производительности рабочей машины. При этом будут иметь место также его повышенный нагрев, ускоренное старение изоляции и преждевременный выход двигателя из строя, что вызовет останов рабочей машины.
Недопустимым является также использование двигателей завышенной мощности, так как при этом повышается не только первоначальная стоимость электропривода, но и увеличиваются потери энергии за счёт снижения коэффициента полезного действия двигателя, а для асинхронного и вентильного
электропривода, кроме того, снижается коэффициент мощности. Таким образом, обоснованный выбор электродвигателя является весьма важной задачей, во многом определяющим технико-экономические показатели работы комплекса «электропривод – рабочая машина».
Выбор электродвигателя производится обычно в такой последовательности: расчёт мощности и предварительный выбор двигателя; проверка выбранного двигателя по условиям пуска, перегрузки и нагреву.
Если выбранный двигатель удовлетворяет условиям проверки, то на этом выбор двигателя заканчивается. Если же двигатель не удовлетворяет условиям проверки, то выбирается другой двигатель, как правило, большей мощности, и проверка повторяется.
Предварительный выбор двигателя выполняем по рассчитанной ранее большей мощности, в нашем случае при черновой обработке детали (точении), с учетом различных потерь в механической части и в двигателе. По каталогу выбираем электродвигатель постоянного тока 2ПФ200МУХЛ4, имеющий следующие основные технические данные: номинальная мощность двигателя 22 кВт; номинальная частота вращения 1600 об/мин; момент инерции 0,25 .
1. 3. 3 Построение нагрузочной диаграммы
Для построения диаграммы статического момента рассчитываем
статический момент нагрузки на валу двигателя по формуле:
(9)
где – рассчитанная мощность двигателя при черновой обработке, кВт;
nн – номинальная скорость вращения двигателя;
.
Строим диаграмму статического момента. Время действия статического момента равно времени установившегося режима резания, t=168 (рисунок 3).
Рисунок 3 - Диаграмму статического момента
Определяем номинальный момент на валу двигателя по формуле:
(10)
где – номинальная мощность двигателя;
– номинальная угловая частота вращения двигателя.
(11)
где – номинальная частота вращения двигателя.
рад/с
Подставив значения ωн и Рн в формулу (10) получим номинальный момент на валу двигателя:
Для построения диаграммы динамического момента необходимо найти время пуска и торможения двигателя.
Время пуска находим по формуле:
(12)
где – угловая скорость при t=0.
Время торможения находим по формуле:
(13)
где ωкон – конечная угловая скорость.
Время установившегося время резания t = 2. Строим графическую зависимость номинальной частоты от момента (рисунок 4).
Рисунок 4 – Диаграмма зависимости номинальной частоты от момента
Для построения диаграммы динамического момента необходимо рассчитать динамический момент , возникающий при разгоне двигателя по формуле:
(14)
где J – момент инерции;
ωн – номинальная угловая частота вращения двигателя.
.
Строим диаграмму динамических моментов (рисунок 5).
Рисунок 5 - Диаграмма динамических моментов
По полученным данным (Мс, Мд, Мп, Мт, tпуск, tторм) строим нагрузочную диаграмму двигателя, приведённую к валу двигателя в соответствии с рисунком 6
Рисунок 6 – Нагрузочная диаграмма двигателя
1.3.4 Проверка выбранных электродвигателей.
Выбранный электродвигатель проверяем по условиям нагрева исходя из условия:
(15)
где Мн– номинальный момент двигателя, ;
Мэ– эквивалентный момент двигателя,
Эквивалентный момент рассчитываем по формуле:
(16)
где Мс, Мп, Мт – статический, пусковой и тормозной моменты;
tp, tп, tт – рабочее время, пусковое время и время торможения. tp – берётся из результатов вычислений по формуле (8).
Подставив все известные значения в формулу (16) получим:
Условие (15) выполняется.
Так как данный двигатель удовлетворяет условию 15, то он подходит к
данным условиям эксплуатации. Окончательно выбираем двигатель 2ПФ200МУХЛ4, технические данные которого сведены в таблице 2.
Таблица 2 – Технические денные двигателя.
|
Наименование параметра (единица измерения) |
Величина |
|
Номинальная мощность двигателя, кВт |
22 |
|
Номинальный ток двигателя, А |
48 |
|
Номинальная частота вращения двигателя, об/мин |
1600 |
|
Максимальная частота вращения двигателя, об/мин |
3500 |
|
Коэффициент полезного действия, % |
88 |
|
Приведённое сопротивление якоря, Ом |
0,188 |
|
Приведённое дополнительное сопротивление, Ом |
0,116 |
|
Приведённое сопротивление обмотки возбуждения, Ом |
46/13,1 |
|
Приведённое индуктивное сопротивление якоря, мГн |
6,4 |
|
Момент инерции, кг м |
0,25 |
1.3.5 Расчёт силовых элементов электропривода
В начальной стадии проектирования системы ТП-Д возникает необходимость расчета параметров и выбора силовых элементов реверсивного тиристорного преобразователя.
Выбор тиристоров производится по предельному значению тока,
протекающего через вентиль, и максимальному значению обратного напряже- ния с учетом условий охлаждения вентиля и отличия формы тока от синусоидального.
Определим класс вентиля по напряжению:
Кзи Uм UDRM (19)
где Кзи – коэффициент запаса по рабочему напряжению
Кзи = 1,65 2
Uм – максимальное значение напряжения прикладываемого к вентилю.
Максимальное значение рабочего напряжения прикладываемого к вентилю определяется:
Uм = Кс Uмн (20)
где Uмн – номинальное значение Uм;
Кс – коэффициент учитывающий возможное повышение напряжения в сети
Кс = 1,1
По формуле (20) находим максимальное значение рабочего напряжения прикладываемого к вентилю:
Uм = 1,1 539 =593 В
Таким образом UDRM 1,8 593 = 1067
Выбираем тиристор 11 класса.
Определим средний расчетный ток вентиля:
(21)
Найдём действующее значение тока:
(22)
Коэффициент формы тока будет равен:
(23)
Далее выбираем тиристоры по условию КзоКзрiIв ср ITAVm.
где Кзо – коэффициент запаса по охлаждению Кзо = 1
Кзi – коэффициент запаса по рабочему току Кзi = 1,55
ITAVm 1 1,55 16 =24,8 А
Данному условию удовлетворяет тиристор марки T152-63 с охладителем О151-80. Параметры тиристора приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Параметры тиристора T152-63 с охладителем О151-80.
|
UТ(ТО), В |
rt, мОм |
Rthja, С/Вт |
Rthjс, С/Вт |
Rthha, С/Вт |
Tjm, С |
Tja, С |
ITAVm, А |
IУД, кА |
|
1,15 |
5,3 |
2,24 |
0,32 |
1,82 |
125 |
40 |
21 |
1,2 |
Выбранный тиристор необходимо проверить на нагрев. Для этого необходимо провести расчет по формуле:
I*TAVm = , А (24)
где UТ(ТО) – пороговое напряжение прямой ветви прибора;
rt – сопротивление прямой ветви тиристора;
Tjm – предельно допустимая температура структуры
Tja – температура окружающей среды.
Rthja – тепловое сопротивление “переход-среда”;
Rthja = Rthjc+ Rthch + Rthha, (25)
где Rthja – тепловое сопротивление “переход-среда”;
Rthjс – тепловое сопротивление “переход-корпус”;
Rthha – тепловое сопротивление “охладитель - охлаждающая среда”;
Rthch– тепловое сопротивление “корпус - контактная поверхность ”;
Подставив все значения в формулу (25) получим:
Rthja= Rthjc + Rthch +Rthha = 0,32+0,1+1,82=2,24 0 С/BT
Затем подставляем все известные значения в формулу (24)
I*TAVm = А.
Так как выполняется неравенство: I*TAV m > ITAV m,, (25 > 24,8), то данный тиристор подходит для использования в рассчитываемом преобразователе.
Далее необходимо произвести выбор анодного реактора.
Индуктивность анодного реактора можно определить по формуле:
где U1 – линейное напряжение;
n = 3 (число анодных реакторов);
ω = 314 рад/с.
Выбираем из справочника анодный реактор марки РТСТ- 41-1,01УЗ с данными :
Rобм=88,5 мОм;
Lн =1,01 мГн.
Выбор сглаживающего дросселя, включенного последовательно с якорем двигателя, производится для обеспечения непрерывности тока двигателя на всем диапазоне изменения ЭДС преобразователя, а также для ограничения пульсаций тока, которые ухудшают коммутацию двигателя и увеличивают его нагрев.
Сначала определяется требуемая постоянная времени электрической цепи исходя из условий ограничения зоны прерывистого тока:
, (26)
где КГР – постоянный коэффициент схемы выпрямления (КГР = 2,910-4 с)
– максимальное значение относительно граничного тока зоны прерывистого тока:
ГР.max =, (27)
где – абсолютное наибольшее значение граничного тока, которое должно быть меньше тока холостого хода.
Iб – базовое значение тока.
= 0,1IН = 0,148= 4,8 А.
IБ = , (28)
где UМ – максимальное значение анодного напряжения;
Rn – активное сопротивление якорной цепи в граничном режиме (в режиме прерывистого тока).
Rn = RЯ +RАР + RСП (29)
где RЯ – сопротивление якоря двигателя;
RАР – активное сопротивление анодного реактора;
RСП – активное сопротивление силового преобразователя, учитывающее
падение напряжения на вентилях и проводах.
(30)
где ΔUВ – падение напряжения на вентиле в прямом состоянии (ΔUВ ≈ 2 В);
n – число последовательно включенных вентилей проводящих ток в один и тот же момент времени (n = 2).
По формуле (30) найдем Rn:
Rn = 0,188 + 30,0885 + 0,25=0,7
По формуле (29) найдем I
По формуле (28) найдем ГР.max:
Теперь мы можем определить Ттреб. по формуле (26):
Далее определяется требуемая индуктивность якорной цепи и требуемая индуктивность сглаживающего дросселя:
Ln = ТтребRn = 0,050,7 = 0,035 Гн. (31)
LДР = Ln – LЯ –LАР = 0,035 - 0,0064 - 30,001=0,02 Гн. (32)
Из справочника выбираем реактор марки ДФ-7-20-62,5.
1.3.6 Выбор аппаратуры защиты и коммутации
Основой для выбора аппаратов коммутации, управления и защиты электропривода является номинальные (паспортные) данные двигателя, режимы и условия работы.
Расчет плавких предохранителей.
Для ДПТ и АД с фазным ротором обычно используются предохранители с током плавкой вставки, рассчитываемом по отношению к номинальному току:
(33)
Исходя из этого выбираем предохранители типа ПР2–100А с номинальным током плавкой вставки 100 А.
Расчет автоматических выключателей.
Эти аппараты выбираются по номинальному току и напряжению, роду тока, предельной коммутационной способности, электродинамической и термической стойкостью, собственному времени отключения. Все параметры автоматов должны соответствовать работе электропривода как в обычном, так в аварийном режимах.
Максимальная токовая защита не должна срабатывать при пуске двигателя, для его её установка Iу.м. выбирается по соотношению:
(34)
Исходя из найденного тока выбираем автоматический выключатель типа АK-50 с номинальным током плавкой вставки 100 (A).
Реле максимального тока.
Установка тока при защите ДПТ выбирается из соотношения:
Iут = (2…2,5)Iном (35)
Iут = 2 ∙ 48=96 A.
Выбираем реле тока и напряжения РЭВ-330.
Предельной коммутационной способностью автомата называют максимальное значение тока, которое он способен включить и отключить несколько раз, оставаясь исправным.
Электродинамическая стойкость характеризуется амплитудой ударного тока короткого замыкания, который способен пропустить автомат без своего повреждения.
Термическая стойкость характеризуется допустимым количеством тепла, которое может быть выделена в автомате за время действия тока короткого замыкания.
1.4 Проектирование электрической принципиальной схемы электропри- вода
Проанализировав схемы ЭП было отдано предпочтение электроприводу типа «Кемтор». Данный электропривод предназначен для управления приводами главного движения токарных, фрезерных и других станков и представляет собой электропривод постоянного тока с двузонным регулированием скорости.
В первой зоне регулирование осуществляется при постоянстве момента
М=const за счет изменения подводимого к якорю двигателя напряжения при постоянном потоке возбуждения (D=1:1000), во второй зоне при постоянстве мощности Р=const за счет ослабления тока возбуждения при номинальном значении напряжения якоря (Д= 1:3,5).
Функциональная схема ЭП представлена на листе 2 графической части.
В состав привода входят:
- преобразователь тиристорный для питания якоря и обмотки возбуждения двигателя;
- электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением, с встроенным тахогенератором и вентилятором;
- коммутационный трехфазный дроссель;
- трансформатор для питания обмотки возбуждения;
- коммутационный блок, включая и блок динамического торможения.
- окружающая среда — невзрывоопасная, не содержащая агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.
Конструктивно преобразователь имеет блочную конструкцию, газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.
Привод подсоединяется к питающей сети при помощи трехфазного дросселя оберегающего ее от коммутационных токов преобразователя. Тиристорный блок преобразователя для питания обмотки якоря состоит из двух встречно-параллельных трехфазных мостовых выпрямителей.
Питание обмотки возбуждения осуществляется нереверсивным полууправляемым выпрямителем, с выполнением по однофазной мостовой
схеме. Величина тока возбуждения регулируется в зависимости от напряжения якоря. Система автоматического регулирования осуществляется по двухконтурной схеме с подчиненным регулированием. Сигнал для тока якоря получается выпрямлением сигнала с двух трансформаторов тока.
Система управления электроприводом включает в себя следующие основные блоки:
- задатчик интенсивности ЗИ, задающий интенсивность разгона и торможения и задающее напряжение скорости (в диапазоне от 0 до ± 10 В), то на выходе задатчика интенсивности напряжение изменяется линейно до заданной на входе величины;
- регулятор скорости РС, сравнивающий заданную скорость с действительной;
- блок токоограничения БТ, ограничивающий заданный ток таким образом, что на выходе скоростного регулятора напряжение не превышает 11,5 В по абсолютной величине;
- блок модуля задания тока БМТ, повторяющий на выходе напряжение любой полярности на входе с той же самой амплитудой, но всегда со знаком «плюс»;
- блок ограничения момента БОМ;
- регулятор тока РТ, сравнивающий заданный ток с действительным якорным током от датчика тока, причем на выходе напряжение определяет угол открывания тиристоров;
- блок задания тока при нулевой скорости;
- логический блок раздельного управления ЛБ, предназначен для осуществления раздельного управления комплектами тиристоров
- система импульсно - фазового управления якоря СИФУ(я), которая предназначена для формирования и синхронизации подачи управляющих импульсов на силовые тиристоры в цепи якоря;
- корректирующая цепочка в цепи якоря КЦЯ;
- датчик тока якоря ДТЯ, который является формирователем сигнала для
якорного тока;
- блок модуля напряжения тахогенератора БМТГ;
- блок модуля якорного напряжения БМЯ;
- корректирующая цепочка в цепи возбуждения КЦВ;
- регулятор тока возбуждения РВ;
- система импульсно - фазового управления возбуждения СИФУ(в), которая предназначена для формирования и синхронизации подачи управляющих импульсов на силовые тиристоры в цепи возбуждения.
На листе 3 графической части представлена электрическая принципиальная схема блока логики БЛ.
Блок логики предназначен для осуществления раздельного управления комплектами тиристоров преобразователя. Обеспечения бестоковой паузы при переключении комплектов, а так же для формирования сигналов блокировки регулятора скорости. Регулятора тока и импульсов СИФУ.
Переключение каналов СИФУ выполняет RS-триггер на элементах DD2(3) и DD2(11), управляемый входным сигналом регулятора скорости Upc.
При включении питания на период выдержки времени или при срабатывании защиты триггер блока логики блокирован единичным сигналом от транзистора VT60 блока защиты. Транзистор VT1 блока логики открыт, на оба ввода триггера через диоды VD4 и VD6 подается нулевой потенциал. Можно говорить о разрыве триггерной связи. Так как оба его плеча DD2(3) и DD2(11) работают как инверторы с единичными выходными сигналами. На выходах инверторов DD2(6) и DD2(8) нулевой потенциал, транзисторы VT4 и VT5 закрыты, следовательно, выходные ключи VT8 и VT7, управляющие усилителями СИФУ, также закрыты, импульсы управления силовыми тиристорами блокированы (нет питания +24 В).
Одновременно единичные сигналы DD2(3) и DD2(11) через резисторы R11 и R12 открывают транзисторы VT2 и VT3, и сигнал +15 В с коллектора VT3 блокирует регуляторы скорости и тока.
В рабочем режиме сигнал от блока защиты имеет нулевой уровень, транзистор VT1 и диоды VD4 и VD6 заперты.
Состояние RS - триггера определяется уровнем сигнала регулятора скорости Uрс на входе элемента DD1(11). В зависимости от сигнала Uрс происходит установка или сброс RS-триггера, при этом снимается блокировка импульсов СИФУ с одной из групп вентилей преобразователя.
Например : для +Upc, то есть единичного сигнала, на выходе DD1(11) - ноль, DD1(8) - единица, следовательно, на выходах плеч триггера DD2(3) - ноль, DD2(11) - единица, на выходах инверторов DD2(6) - единица, DD2(7) - ноль.
Транзистор VT4 открыт, VT5 - закрыт и VT7 - открыт, VT8 - закрыт. Импульсы СИФУ по каналу «Н» блокированы, а по каналу «В» разрешены. Одновременно нулевой сигнал с выхода DD2(3) запирает транзисторы VT2 и VT3, потенциал - 30 В снимает блокировку регуляторов.
На обоих входах RS-триггера включены временные задержки R237, R239, C163 и R236, R238, C162, осуществляющие задержку переключения выходов триггера из единичного состояния в нулевое. Этим достигается задержка включения второго комплекта вентилей в переходных режимах приблизительно на 4 мсек, то есть осуществляется бестоковая пауза, что необходимо при раздельном управлении группами вентилей для исключения аварийных ситуаций.
1.5 Наладка электропривода
Каждый электропривод подвергается на заводе-изготовителе тщательному контролю и наладке.
Дать однозначную методику наладки электроприводов главного движения с двузонным регулированием не представляется возможным. Здесь возможно применение нескольких вариантов:
- первоначальная наладка преобразователя возбуждения, а затем преобразователя якоря;
- первоначальная наладка преобразователя якоря, а затем преобразователя возбуждения;
- предварительная наладка систем управления при отключенной нагрузке;
- предварительная наладка преобразователя при активной нагрузке;
- контроль и наладка при подключенных силовых цепях якоря и возбуждения и другие варианты наладки, в том числе и в комбинациях перечисленных выше методов.
Кроме того, выбор способа введения привода в эксплуатацию зависит от того, получен ли новый привод от завода-изготовителя, произошла ли серьезная авария, вставлены ли новые ненастроенные платы и так далее.
Все монтажные работы следует проводить при выключенном напряжении.
Рекомендуется следующая последовательность наладки:
подтянуть винтовые соединения, устранить замеченные неисправности;
2. Выполнить монтаж внешних соединений и комплектностью поставки привода;
3. Убедиться в правильности чередования фаз питания силового преобразователя якоря и цепей синхронизации;
4. Проверить работоспособность и правильность направления вращения вентилятора двигателя;
5. Запаять настроечные резисторы в цепи обратной связи регулятора скорости в цепи обратной связи регулятора тока D59, сделав их пропорциональными;
6. Выключить тумблер «Работа» (ON);
7. Включить силовое питание;
8. Проверить величины выходных напряжений источников питания преобразователя;
9. Настроить преобразователь питания обмотки возбуждения;
10. На входе задатчика интенсивности D60, D6I установить нулевое задающее напряжение, после чего проверить величину напряжения на его выходе;
11. Сфазировать отрицательную обратную связь по частоте вращения;
12. Наблюдать форму тока якоря в контрольной точке на входе обратной связи регулятора тока ;
13. Провести балансировку регулятора скорости;
14. Выполнить плавный разгон, останов и реверс привода в первой зоне регулирования. Убедиться в его работоспособности;
15. Настроить датчик напряжения якоря D2I;
16. Плавно разогнать привод до максимальной частоты вращения, повысив задающее напряжение до величины U3aд= ±10 В;
17. Установить требуемое время разгона привода до максимальной частоты
вращения исходя из условий работы механизма;
18. Настроить оптимальный переходный процесс по частоте вращения;
19. Проверить срабатывание электронных защит преобразователя;
20. Проверить работу цепей сигнализации;
На этом наладку привода можно считать законченной.