【正文】 器的節(jié)能改造系統(tǒng)。 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。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)。 （ 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。 綜上所述，已經(jīng)掌握了本專業(yè)的基礎(chǔ)理論和相關(guān)專業(yè)知識(shí)，該同學(xué)寫(xiě)作的畢業(yè)論文已經(jīng)達(dá)到本科畢業(yè)論文水平，可以提交答辯。 本畢業(yè) 論文 是對(duì)普通車床 設(shè)計(jì)項(xiàng)目的技術(shù)總結(jié)，主要介紹了變頻調(diào)速原理，普通機(jī)床工作原理， PLC 控制原理，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的無(wú)極調(diào)速， 由原來(lái) 的電機(jī)換成 后進(jìn)行的變頻調(diào)速節(jié)能設(shè)計(jì)，通過(guò)電子觸摸屏實(shí)現(xiàn)速度切換功能 。 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。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(wú)獨(dú)立的進(jìn)給拖動(dòng)系統(tǒng)。 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)。 普通車床的原拖動(dòng)系統(tǒng) 普通車床通常是由齒輪箱來(lái)傳動(dòng)和調(diào)速的。 (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。而電動(dòng)機(jī)的容量則與面積 OA180。 圖 24 1—— 負(fù)載特性曲線 2—— 電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線 2. 電動(dòng)機(jī)的容量 如圖 24，電動(dòng)機(jī)的容量與面積 OA180。 ：新的系列變頻器在無(wú)反饋矢量控制方式下，已經(jīng)能夠做到在 時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，所以完全可以滿足普通車床主拖動(dòng)系統(tǒng)的要求。 在進(jìn)行無(wú)極調(diào)速是必須注意：在低速段的一檔傳動(dòng)切換到變頻器無(wú)極調(diào)速時(shí) ，存在著一個(gè)電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線小于負(fù)載特性的區(qū)域，如下圖所示。 圖 51 二 .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，由于車床低速段為恒 轉(zhuǎn)矩 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。 圖 52 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路 以采用外接電位器調(diào)速為例，控制電路如下圖所示。 控制流程圖 圖 55 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 6. 計(jì)算選擇 選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào) 電動(dòng)機(jī)的主要額定數(shù)據(jù) (1) 額定容量 ； (2) 額定轉(zhuǎn)速 1440r/min； (3) 過(guò) 載能力 考慮到電動(dòng)機(jī)的額定容量和過(guò)載能力，選擇了 Y2132S4 型變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。由其是匝間絕緣，為了能夠承受由高電壓上升率在線圈匝間 反復(fù)施加的陡度極大的沖擊電壓所導(dǎo)致的嚴(yán)酷考驗(yàn)，采用了特殊措施予以加強(qiáng)。 (4) 電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍廣。 根據(jù)用戶要求可帶電磁式制動(dòng)器，齒輪減速機(jī)等附件。整流電路按其控制方式可以使直流電壓源也可以是直流電流源?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。但在運(yùn)行過(guò)程中，輸出頻率始終大于下限頻率（停 車過(guò)程例外），而小于上限頻率。 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 3. 上 /下限頻率（功能代碼 1 17） 在參數(shù)設(shè)定時(shí)，此功能自動(dòng)限制下限頻率不高于上限頻率，自動(dòng)限制上限頻率不高于最大頻率。由功能代碼 72—— 77 定義任意端子為多段速度控制端子 5 5 5 54，可重復(fù)定義，也可部分定義（未定義時(shí)視為 OFF狀態(tài)）。如下表 所示： 表 66 功能代碼 端子名稱 端子定義 出廠值 72 RST 0： 無(wú)定義 1：復(fù)位 2：正 轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng) 3： 反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng) 4： 多段速度運(yùn)行 1 5： 多段速度運(yùn)行 2 6： 多段速度運(yùn)行 3 7： 多段速度運(yùn)行 4 8： 加 /減速時(shí)間 2 9： 自由停車（緊急制動(dòng)） 10： 程序運(yùn)行時(shí)不記憶 11： PI調(diào)節(jié)器切換 12： 外部故障輸入 13： 電壓 /電流切換 14：上升控制 15：下降控制 73 FRE 74 S1 51 75 S2 52 76 S3 53 77 S4 54 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 變頻器的功能預(yù)置 各參數(shù)的 設(shè)定值 表 表 66 功能代碼 功能名稱 設(shè)定值 01 參考頻率 10 控制方式 1 11 頻率給定選擇 0 13 最大頻率 100 14 基準(zhǔn)頻率 50 16 上限頻率 100 17 下線頻率 0 31 加速時(shí)間 1 5 32 減速時(shí)間 1 5 33 加速時(shí)間 2 5 34 減速時(shí)間 2 5 35 多段速設(shè)定 1 36 多段速設(shè)定 2 25 37 多段速設(shè)定 3 38 多段速設(shè)定 4 39 多段速設(shè)定 5 40 多段速設(shè)定 6 50 71 參數(shù)設(shè)定方式 選擇 0 72 RST 端子功能定義 無(wú)定義 73 FRE 端子功能定義 74 S1 端子功能定義 75 S2 端子功能定義 76 S3 端子功能定義 77 S4 端子功能定義 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 多段速的參數(shù)設(shè)定表 表 67 功能代碼 多段速 功能端子 控制頻率 S1 S2 S3 S4 3。 在多段速度運(yùn)行時(shí)，用戶可以用鍵盤▲▼鍵對(duì)當(dāng)前運(yùn)行的頻率進(jìn)行調(diào)整，但調(diào)整后的頻率，在停機(jī)或斷電后不保存。 在運(yùn)行 過(guò)程中，自動(dòng)保證輸出頻率不高于上限頻率，不低于下限頻率。 在多段速度運(yùn)行時(shí)，每一段的頻率值也可用▼▲兩鍵進(jìn)行在線調(diào)整，但改變后的頻率值在停機(jī)后不記憶。此外，控制電路還通過(guò) A/D， D/A 等外部接口電路接收 /發(fā)送多種形式的外部信號(hào)和給出系統(tǒng)內(nèi)部工作狀態(tài)，以便使變頻器能 夠和外部設(shè)備配合進(jìn)行各種高性能的控制。當(dāng)整流電路是電壓源時(shí)直流中間電路的主要元器件是大容量的電解電容，而當(dāng)整流電路是電流源時(shí)平滑電路則主要由大容量電感組成。 4) 主要技術(shù)數(shù)據(jù) Y2132S4 變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 31； 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 表 61 Y2132S4 參數(shù)表 型號(hào) 功率 /KW 額定電流 /A 額定電壓 /V 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 /倍 轉(zhuǎn)差率（ %） 重量 /Kg 60 Y2132S4 380 主要計(jì)算數(shù)據(jù) 1. 調(diào)速范圍 由式（ 115）得： n=1440/30=48 2. 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (1) 恒轉(zhuǎn)矩區(qū) 由式（ 11）得： 1440r/min/2=720r/min (2) 在各檔轉(zhuǎn)速下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩見(jiàn)表 32（負(fù)載功率按 ） 表 62 各檔轉(zhuǎn)度下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 檔次 1 2 3 4 5 6 7 8 轉(zhuǎn)速 /（ r/min） 30 80 120 250 500 800 1200 1440 轉(zhuǎn)矩 /（ ） 1750 656 210 210 105 66 44 37 (3) 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 TMN=9550 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 電動(dòng)機(jī)容量不變的可行性核算 1. 核算公式 (1) 低速檔恒轉(zhuǎn)矩區(qū)折算至負(fù)載軸 （ 120） 帶負(fù)載的過(guò)載能力 （ 121） (2) 低速檔恒功率區(qū)核算至負(fù)載軸的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 = （ 122） 帶負(fù)載的過(guò)載能力 （ 123） (3) 高速恒轉(zhuǎn)矩區(qū)折算至負(fù)載軸的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 （ 124） 帶負(fù)載的過(guò)載能力 （ 125） (4) 高速檔恒功率區(qū)折算至負(fù)載軸的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩（按允許電流不變的原則計(jì)算） （ 126） 帶負(fù)載的過(guò)載能力 （ 127） 2. 核算結(jié)果 跟據(jù)上述公式，將計(jì)算結(jié)果列于表 34中。 (5) 過(guò)載能力強(qiáng)。系列的冷卻方式有兩種：一種為 IC411 系列，可以保證在該系列規(guī)定的頻率范圍 （ 10~70HZ） 內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩恒功率調(diào)速，并保證在此條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)繞組溫升不超過(guò)允許值。 電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)同國(guó)外 20 世紀(jì) 80 年代水平相當(dāng)，其基本技術(shù)條件符合IEC341 和 GB755 國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。繼電器 KA1 用于正轉(zhuǎn)，由 SF 和 ST 控制； KA2用于反轉(zhuǎn)，由 SR 和 ST 控制。和折算電動(dòng)機(jī)的有效功率。操作工應(yīng)該根據(jù)負(fù)載的具體情況，決定是否需要避開(kāi)該轉(zhuǎn)速段。采用無(wú)反饋矢量控制方式，進(jìn)行選擇時(shí)需要注意其能夠穩(wěn)定運(yùn)行的最低頻率（ 部分變頻器在無(wú)反饋矢量控制方式下的實(shí)際穩(wěn)定運(yùn)行的最低頻率為 5~6Hz） 。G180。 (1) 最高頻率 。 (4) 如上述，在低速段，可能出現(xiàn)較大的沖擊過(guò)載，容易引起變頻器的跳閘。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。但考慮到低速車削通常為粗加工，切削量較 大。理論上說(shuō)切削功率用于切削的剝落和變形。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)。 mechanical transmission ratio。 申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 二．設(shè)計(jì)（論文）結(jié)構(gòu)提要 題目： 車床主軸拖動(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 普通車床的構(gòu)造 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) 普通車床的原拖動(dòng)系統(tǒng) 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 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 PL