【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 車(chē)床主軸拖動(dòng)變頻調(diào)速節(jié)能改造設(shè)計(jì)學(xué) 號(hào)：姓 名：專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化系 別：二○一三年六月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 車(chē)床主軸拖動(dòng)變頻調(diào)速節(jié)能改造設(shè)計(jì)學(xué) 號(hào)：姓 名：專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化系 別：二○一三年六月題目： 車(chē)床主軸拖動(dòng)變頻調(diào)速節(jié)能改造設(shè)計(jì) 系別： 專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師建議成績(jī)： 85 分 評(píng)閱教師建議成績(jī)： 80 分 答辯小組建議成績(jī)： 80 分 總成績(jī)： 82 分 答辯委員會(huì)主席簽字：年 月 日 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)姓名 學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)（論文）題目 車(chē)床主軸拖動(dòng)變頻調(diào)速節(jié)能改造設(shè)計(jì)題目性質(zhì) ?設(shè)計(jì)； □ 論文題目來(lái)源 □ 教學(xué)；? 科研； □ 生產(chǎn)； □ 其他 指導(dǎo)教師 職 稱 工作單位 備注畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容和要求：一．目的意義1．過(guò)去我國(guó)的機(jī)床工業(yè)加工基礎(chǔ)雄厚，可是在國(guó)際市場(chǎng)上金屬材料的價(jià)格，原因是技術(shù)含量低，歐美國(guó)家數(shù)控機(jī)床先進(jìn)發(fā)達(dá)，返銷(xiāo)我們令我們吃了大虧?，F(xiàn)在我國(guó)機(jī)床工業(yè)處于大力發(fā)展高技術(shù)附加值的數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵階段，應(yīng)用到微機(jī)技術(shù)的普通機(jī)床可以增值數(shù)十，上百倍。 2. 對(duì)量大面廣的普通車(chē)床進(jìn)行 PLC 及微電子技術(shù)，特別是變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造，按全國(guó)所有量粗估：可以每年節(jié)約上百億度電能，意義重大。 3. 車(chē)床主軸的變頻節(jié)能改造是《交流變頻調(diào)速技術(shù)》專(zhuān)業(yè)課的典型應(yīng)用實(shí)例，應(yīng)該很成熟可行。學(xué)生學(xué)以致用大有可為。作為典型應(yīng)用設(shè)計(jì)可以推廣到社會(huì)大多數(shù)車(chē)床。二．內(nèi)容與要求 1. 以 C6150 普通車(chē)床主軸傳動(dòng)為控制對(duì)象，用 電動(dòng)機(jī)取代原 電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用 PLC 和變頻器的節(jié)能改造系統(tǒng)。 2. 為克服減小電機(jī)后的低速啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不夠的問(wèn)題，設(shè)計(jì) 1：3 的齒輪變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，嵌入車(chē)床傳動(dòng)箱內(nèi)。 3. 以小 PLC 和電子觸摸屏小鍵盤(pán)設(shè)定轉(zhuǎn)速，變頻器執(zhí)行調(diào)速取代電機(jī)不調(diào)速的手柄機(jī)械變速，設(shè) 8 檔調(diào)速功能。 4. 實(shí)時(shí)驗(yàn)算機(jī)械轉(zhuǎn)矩，智能判斷切削進(jìn)刀量，設(shè)置超限報(bào)警保護(hù)功能。 5. 完成完整的改造設(shè)計(jì)方案和施工圖設(shè)計(jì)，編程，并仿真、模擬調(diào)試。 6. 總計(jì)技術(shù)論文形成典型設(shè)計(jì)方案，以便推廣。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)主要參考資料： [1]. 大連組合機(jī)車(chē)研究所.《組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械部分》 機(jī)械工業(yè)出版社 1975[2]. 大連組合機(jī)車(chē)研究所. 《組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社 1975[3]. 周宗明. 《金屬切削機(jī)床》 清華大學(xué)出版社 2022[4]. 濮良貴，紀(jì)名剛. 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 高等教育出版社 2022[5]. 賈亞洲. 《金屬切削機(jī)床概論》 機(jī)械工業(yè)出版社 2022[6]. 周開(kāi)勤. 《機(jī)械零件手冊(cè)》 高等教育出版社 2022[7]. 孫恒，陳作模. 《 機(jī)械原理》 北京高等教育出版社 2022[8]. 朱林. 《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)》 石油工業(yè)出版社 2022[9]. 甘永立. 《幾何量公差與檢測(cè)》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2022[10]. 大連理工大學(xué)工程畫(huà)教研室.《 機(jī)械制圖》 高等教育出版社 1993[11]. 金振華. 《組合機(jī)床及其調(diào)整與使用》 機(jī)械工業(yè)出版社 1990畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的工作：1 查找與機(jī)床改造和機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)的資料2 設(shè)計(jì)全套機(jī)和電結(jié)合的圖紙、應(yīng)用軟件編程，以及研制總結(jié)論文，作為典型設(shè)計(jì)在有條件時(shí)做成實(shí)物設(shè)備，成為具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的商品以備推廣到大多數(shù)車(chē)床用戶。3 到有 C6150 車(chē)床的企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)考察，以取得切削控制要求設(shè)計(jì)依據(jù)。4 可用計(jì)算機(jī)仿真模擬出系統(tǒng)控制曲線、效果，計(jì)算節(jié)能效果。5 如果設(shè)計(jì)優(yōu)秀完整，可以向社會(huì)推廣應(yīng)用到很多車(chē)床用戶。進(jìn)度安排：22022 年 12 月底—2022 年 1 月初，完成資料調(diào)研，寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告； 2022 年 3 月初—4 月初 完成所有圖紙、選型設(shè)計(jì)； 2022 年 4 月初—4 月底 探討、計(jì)算應(yīng)用中的機(jī)械轉(zhuǎn)矩問(wèn)題。2022 年 5 月初—5 月中 系統(tǒng)編程、仿真、模擬調(diào)試；2022 年 5 月中—5 月底 完成論文 準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師簽字： 日期： 年 月 日系意見(jiàn)：簽字：系（蓋章）日期： 年 月 日北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告姓名 學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)（論文）題目 車(chē)床主軸拖動(dòng)變頻調(diào)速節(jié)能改造設(shè)計(jì)1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的目的及意義（含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）：機(jī)械制造技術(shù)已經(jīng)是生產(chǎn)、國(guó)際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)品革新的一種重要手段，所有國(guó)家都在尋求、獲得、開(kāi)發(fā)和利用它。它正被看作是現(xiàn)代國(guó)家經(jīng)濟(jì)上獲得成功的關(guān)鍵因素。而車(chē)床已經(jīng)成為機(jī)械制造的主要工具。目前，我國(guó)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(guó)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(guó)外的價(jià)錢(qián)只是金屬材料的價(jià)格。某發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)過(guò)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(xiāo)我國(guó)，這是多么令國(guó)人痛心的情景呀！所以目前機(jī)床改造已成為我國(guó)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(guò)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(guó)大概有三百多萬(wàn)臺(tái) ，如果每臺(tái)車(chē)床的電機(jī)由原來(lái) 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(zhuān)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(guó)機(jī)床節(jié)能改造的事業(yè)發(fā)展的重大意義。2. 基本內(nèi)容和技術(shù)方案： 一．系統(tǒng)構(gòu)成：本課題是以《交流變頻調(diào)速技術(shù)》的典型應(yīng)用實(shí)例為基礎(chǔ)，對(duì)制造業(yè)量大面廣的普通車(chē)床 C6150 主軸拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造：包括電動(dòng)機(jī)容量減??；機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)改造；機(jī)械變速改為變頻調(diào)速（微電子觸摸屏取代機(jī)械手柄笨重操作） ；PLC 對(duì)車(chē)床的邏輯判斷控制等設(shè)計(jì)任務(wù)。本課題所涉及的技術(shù)原理分述如下：（1）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性 分析確定機(jī)床的主傳動(dòng)功率轉(zhuǎn)矩，由于車(chē)床低速段為恒功率負(fù)載特性，在高速段 為恒功率負(fù)載特性，為了減小電動(dòng)機(jī)容量后啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不夠的問(wèn)題，改造設(shè)計(jì)一級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的 傳動(dòng)比為 1：3，這樣使得減小的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩線被有效覆蓋，以滿足負(fù)載特性，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、節(jié)能。因此除了要進(jìn)行計(jì)算傳動(dòng)比 1：3 的齒輪箱的機(jī)械設(shè)計(jì)，還要把這個(gè)多軸傳動(dòng)折算到電動(dòng)機(jī)軸側(cè)，以驗(yàn)算改造后的 GD178。和折算電動(dòng)機(jī)的有效功率。（2）變頻調(diào)速拖動(dòng)原理 根據(jù)交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n = 60f /p 可知，調(diào)節(jié)交流電的頻率 f 能夠改變電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速，變頻器是應(yīng)用電力電子元件通過(guò)整流再按不同頻率要求逆變成變頻交流電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變速， （實(shí)際是控制 E/f 比） ，由于變頻器內(nèi)核心單元是 MPU 微機(jī)處理器，可以采用矢量及矩陣方法計(jì)算得到很好的調(diào)速機(jī)械特性，并可預(yù)置很多智能控制功能。（3）PLC 在變速設(shè)定和存儲(chǔ)切削自動(dòng)過(guò)程等應(yīng)用 PLC 的 DI 接受觸摸屏微動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò) DO 輸出 3 個(gè)信號(hào)可以輸出給變頻器X1，X2，X3 端子，組合成 8 種轉(zhuǎn)速，同時(shí)設(shè) Shift 鍵與 X1—X3 組合使用，產(chǎn)生 8 種預(yù)先存儲(chǔ)好的自動(dòng)切削過(guò)程程序。（4）變頻器程序譯碼器實(shí)現(xiàn)電子觸摸屏轉(zhuǎn)速設(shè)定 如（2）所述，變頻器接受 3 個(gè)信號(hào)譯出 8 種轉(zhuǎn)速作為變頻器給定；另外通過(guò)變頻器預(yù)先設(shè)置參數(shù)，存儲(chǔ) 8 種自動(dòng)變速的車(chē)削方案曲線，通過(guò)組合鍵選擇，使變頻器按存儲(chǔ)的不同轉(zhuǎn)速切削過(guò)程自動(dòng)調(diào)速。 二．設(shè)計(jì)（論文）結(jié)構(gòu)提要題目：車(chē)床主軸拖動(dòng)變頻調(diào)速節(jié)能改造設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞：電機(jī)轉(zhuǎn)矩線；機(jī)械傳動(dòng)比；變頻調(diào)速；PLC 編程；電子觸摸屏1. 緒論2. 普通車(chē)床主軸的變頻調(diào)速 普通車(chē)床的主要功能與構(gòu)造 普通車(chē)床的主要功能 普通車(chē)床的構(gòu)造 普通車(chē)床的拖動(dòng)系統(tǒng) 普通車(chē)床的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 普通車(chē)床主拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性 主拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載功率 主拖動(dòng)系統(tǒng)的工作特點(diǎn) 普通車(chē)床的原拖動(dòng)系統(tǒng) 車(chē)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 低速轉(zhuǎn)保留一級(jí)傳動(dòng)比，且 方案????≤???? 低速轉(zhuǎn)保留一級(jí)傳動(dòng)比，且 方案????????????3. 變頻調(diào)速的原理 變頻器的控制方式 變頻器的頻率給定4. PLC 控制實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速分段給定原理5. 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)構(gòu)成 設(shè)備明細(xì)表 傳動(dòng)比設(shè)計(jì)（1:3） 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路 控制與實(shí)現(xiàn) 電子觸摸屏 控制流程圖 選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào) 電動(dòng)機(jī)的主要額定數(shù)據(jù) 主要計(jì)算數(shù)據(jù) 電動(dòng)機(jī)容量不變的可行性核算 變頻器 變頻器的基本構(gòu)成 變頻器內(nèi)部電路的基本功能 變頻器的選擇 變頻器的功能參數(shù)表 變頻器的功能預(yù)置 各參數(shù)的設(shè)定值表 多段速的參數(shù)設(shè)定表 PLC 選擇后記 感謝協(xié)作者3. 主要參考文獻(xiàn)：[1]. 大連組合機(jī)車(chē)研究所.《組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械部分》 機(jī)械工業(yè)出版社 1975[2]. 大連組合機(jī)車(chē)研究所. 《組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社 1975[3]. 周宗明. 《金屬切削機(jī)床》 清華大學(xué)出版社 2022[4]. 濮良貴，紀(jì)名剛. 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 高等教育出版社 2022[5]. 賈亞洲. 《金屬切削機(jī)床概論》 機(jī)械工業(yè)出版社 2022[6]. 周開(kāi)勤. 《機(jī)械零件手冊(cè)》 高等教育出版社 2022[7]. 孫恒，陳作模. 《 機(jī)械原理》 北京高等教育出版社 2022[8]. 朱林. 《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)》 石油工業(yè)出版社 2022[9]. 甘永立. 《幾何量公差與檢測(cè)》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2022[10]. 大連理工大學(xué)工程畫(huà)教研室.《 機(jī)械制圖》 高等教育出版社 1993[11]. 金振華. 《組合機(jī)床及其調(diào)整與使用》 機(jī)械工業(yè)出版社 19904. 進(jìn)度安排：（1） 2022/12/232022/01/10 資料調(diào)研和開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)（2） 2022/01 初2022/02/20 假期期間走訪調(diào)查（3） 2022/02 底2022/03 初 匯總資料，方案設(shè)計(jì) （4） 2022/03 中2022/03 底 設(shè)計(jì)變頻器和 PLC 原理接線圖 （5） 2022/04 初2022/04 中 選型設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì) （6） 2022/04 中2022/04 底 PLC 和變頻器編程 （7） 2022/05 初2022/05/中 仿真模擬系統(tǒng)調(diào)試（8） 2022/05 中2022/05 底 整理圖紙和論文 答辯5. 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 該課題設(shè)計(jì)有機(jī)、有電，要請(qǐng)教機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)老師，要準(zhǔn)確計(jì)算和校核轉(zhuǎn)矩。課題設(shè)計(jì)思路清晰，可操作性強(qiáng)；要搞成典型設(shè)計(jì)，以便今后推廣。指導(dǎo)教師簽字： 日期： 年 月 日6. 系意見(jiàn)：簽字：系（蓋章）日期： 年 月 日北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(jiàn)姓名 學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師 職稱 單位指導(dǎo)教師 職稱 單位畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題