【正文】 圖 55 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 6. 計算選擇 選擇電動機(jī)型號 電動機(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 載能力 考慮到電動機(jī)的額定容量和過載能力，選擇了 Y2132S4 型變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)。 圖 51 二 .本課題所涉及的技術(shù)原理分述如下： （ 1）機(jī)械傳動機(jī) 構(gòu)與電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性 分析確定機(jī)床的主傳動功率轉(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，為了減小電動機(jī)容量后啟動轉(zhuǎn)矩不夠的問題，改造設(shè)計一級傳動機(jī)構(gòu)的傳動比為 1： 3，這樣使得減小的電動機(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。 ：新的系列變頻器在無反饋矢量控制方式下，已經(jīng)能夠做到在 時穩(wěn)定運(yùn)行，所以完全可以滿足普通車床主拖動系統(tǒng)的要求。而電動機(jī)的容量則與面積 OA180。 普通車床的原拖動系統(tǒng) 普通車床通常是由齒輪箱來傳動和調(diào)速的。由于在車削螺紋時，刀架的移動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)動通常由主電動機(jī)經(jīng)進(jìn)給傳動鏈而拖動的，并無獨(dú)立的進(jìn)給拖動系統(tǒng)。 本畢業(yè) 論文 是對普通車床 設(shè)計項目的技術(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，實現(xiàn)了機(jī)床的無極調(diào)速， 由原來 的電機(jī)換成 后進(jìn)行的變頻調(diào)速節(jié)能設(shè)計，通過電子觸摸屏實現(xiàn)速度切換功能 。 （ 3） PLC 在變速設(shè)定和存儲切削自動過程等應(yīng)用 PLC 的 DI 接受觸摸屏微動開關(guān)信號，通過 DO 輸出 3 個信號可以輸出給變頻器X1， X2， X3 端子，組合成 8 種轉(zhuǎn)速，同時設(shè) Shift 鍵與 X1— X3 組合使用，產(chǎn)生 8 種預(yù)先存儲好的自動切削過程程序。 4 可用計算機(jī)仿真模擬出系統(tǒng)控制曲線、效果，計算節(jié)能效果。現(xiàn)在我國機(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。 2020年 5月初 — 5月中 系統(tǒng)編程、仿真、模擬調(diào)試； 2020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： 簽字： 系（蓋章） 日期： 年 月 日 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 姓名 學(xué)號 專業(yè) 電氣工 程及其自動化 設(shè)計（論文）題目 車床主軸拖動變頻調(diào)速節(jié)能改造設(shè)計 1. 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )的目的及意義 （含國內(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)、國際經(jīng)濟(jì)競爭、產(chǎn)品革新的一種重要手段，所有國家都在尋求、獲得、開發(fā)和利用它。課題設(shè)計思路清晰，可操作性強(qiáng)；要搞成典型設(shè)計，以便今后推廣。 frequency control。故切削力正比于切削的材料性質(zhì)和截面積，截面積由切削深度和走刀量決定。如忽略齒輪箱的功率損耗不計，則在全調(diào)速范圍內(nèi) ，都具有恒功率的特點(diǎn)。 (2) 最低頻率 因為只有一檔轉(zhuǎn)速，故頻率調(diào)節(jié)范圍 為： （ 19） 當(dāng) 時， 50/40= 當(dāng) 時， 50/140= 異步電動機(jī)在這樣低的頻率下連續(xù)工作，如不用負(fù)載反饋，是比較困難的。 ：有反饋矢量控制方式雖然是運(yùn)行性能最完善的一種控制方式，但由于需要增加編碼器等轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，不但增加了費(fèi)用，對編碼器的安裝也比較麻煩。 （ 2）變頻調(diào)速拖動原理 根據(jù)交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n = 60 f /p 可知，調(diào)節(jié)交流電的頻率 f 能夠改 變電動 機(jī)轉(zhuǎn)速，變頻器是應(yīng)用電力電子元件通過整流再按不同頻率要求逆變成變頻交流電驅(qū)動電動機(jī)變速，（實際是控制 E/f 比），由于變頻器內(nèi)核心單北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 元是 MPU 微機(jī)處理器，可以采用矢量及矩陣方法計算得到很好的調(diào)速機(jī)械特性，并可預(yù)置很多智能控制功能。電動機(jī)噪聲低、振動小、調(diào)速范圍廣、外觀新穎。能夠承受額定轉(zhuǎn)矩 160%過載，歷史 1min。此外，由于電動機(jī)制動的需要，在直流中間電路中有時還包括制動電阻以及其它輔助電路。 （功能代碼 10） 表 64 10 功能說明 備注 0 由按鍵 RUN、 STOP 控制變頻器的起動與停止 運(yùn)轉(zhuǎn)方向由端子 F/R 控制 F/R=OFF，正轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)優(yōu)先） F/R=OFF，反轉(zhuǎn) 在運(yùn)行過程中，允許正反轉(zhuǎn)切換，由鍵盤上的 指示燈FWD 或 REV指示。 多段速度優(yōu)先級高于鍵盤給定或模擬給定。 4. 多段速度（功能代碼 35—— 46） 多段速度由外部端子的狀態(tài)決定。 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 變頻器的功能參數(shù)表 1. 參考頻率（功能代碼 01） 參考頻率即當(dāng)前的給定頻率，輸出頻率始終按設(shè)定的加減速時間跟隨參考頻率。它的主要作 用是對工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。 (3) 電動機(jī)的絕緣等級為 F級或 H級，絕緣結(jié)構(gòu)具有對變頻器輸出高載波頻率電壓的適應(yīng)能力。按下對應(yīng)數(shù)字鍵再按確認(rèn)鍵，機(jī)器工作；按下復(fù)位鍵，機(jī)器停止。 圖 41 邏輯表 檔位 1 2 3 4 5 6 7 8 二進(jìn)制 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 5. 設(shè) 計 系統(tǒng)構(gòu)成 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)用實例為基礎(chǔ)，對制造業(yè)量大面廣的普通車床主軸拖動系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造：包括電動機(jī)容量減小；機(jī)械傳動機(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 對車床的邏輯判斷控制等設(shè)計任務(wù)。因為在低速切削時，需要預(yù)置較大的 V/F，則會出現(xiàn)在負(fù)載較輕的情況下，電動機(jī)的磁路常處于過飽和狀態(tài)，勵磁電流過大的問題。 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 2. 電動機(jī)的容量 在圖 23 中，負(fù)載所需功率 （ 17） 其大小與面積 OADB 成正比。在正常情況下，出現(xiàn)過載的可能性極小。 2. 進(jìn)給運(yùn)動 主要是刀架的移動。 經(jīng)過變頻調(diào)速改造后，車床實際應(yīng)用效果良好，同時還具備了節(jié)能、容 易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機(jī)的調(diào)速控制、 可以在車床應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行大面積推廣。 （ 2）變頻調(diào)速拖動原理 根據(jù)交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n = 60 f /p 可知，調(diào)節(jié)交流電的頻率 f 能夠改變電動 機(jī)轉(zhuǎn)速，變頻器是應(yīng)用電力電子元件通過整流再按不同頻率要求逆變成變頻交流電驅(qū)動電動機(jī)變速，（實際是控制 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 到有 C6150 車床的企業(yè)現(xiàn)場考察，以取得切削控制要求設(shè)計依據(jù)。 2. 對量大面廣的普通車床進(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，按全國所 有量粗估：可以每年節(jié)約上百億度電能，意義重大。它正被看作是現(xiàn)代國家經(jīng)濟(jì)上獲得成功的關(guān)鍵因素。 指導(dǎo)教師簽字： 日期： 年 月 日 6. 系意見： 簽字： 系（蓋章） 日期： 年 月 日 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師評閱意見 姓名 學(xué)號 專業(yè) 電氣工程及其自動化 指導(dǎo)教師 職稱 單位 指導(dǎo)教 師 職稱 單位 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 車床主軸拖動變頻調(diào)速節(jié)能改造設(shè)計 指導(dǎo)教師評語： 是否同意答辯： 同意 論文成績： 85分 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱教師評閱意見 姓名 學(xué)號 09142074 專業(yè) 電氣工程及其自動化 指導(dǎo)教師 職稱 教授級高工 單位 本校機(jī)械電氣控制系 指導(dǎo)教師 職 稱 單位 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 車床主軸拖動變頻調(diào)速節(jié)能改造設(shè)計 對論文的評語： 同學(xué)畢業(yè)論文的選題 《 車床主軸拖動變頻調(diào)速節(jié)能改造設(shè)計 》 論文探討了 車床主軸拖動變頻調(diào)速節(jié)能 系統(tǒng)分析和設(shè)計方法，具有一定實用價值。 PLC programming。而切削轉(zhuǎn)矩則取決于切削力和工件回轉(zhuǎn)半徑的乘積，其大小與下列因素有關(guān)： (1) 切削深度； (2) 進(jìn)刀量； (3) 工件的材質(zhì)與直徑 等。 在低速段，拖動系統(tǒng)經(jīng)齒輪降速后的額定轉(zhuǎn)矩將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于負(fù)載的最大阻轉(zhuǎn)矩，具有極強(qiáng)的過載能力。 低速轉(zhuǎn)保留一級 傳動比，且 方案 (1) 電動機(jī)和主軸之間的傳動比仍只有一檔，但變頻器的最高輸出頻率 允許超過額定頻率 。所以，除非該機(jī)床對加工精度有特殊要求，一般沒必要采取此種控制方式。 （ 3） PLC 在變速設(shè)定和存儲切削自動過程等應(yīng)用 PLC 的 DI 接受觸摸屏微動開關(guān)信號，通過 DO 輸出 3 個信號可以輸出給變頻器 X1， X2， X3 端子，組合成 8 種轉(zhuǎn)速。 Y2132S4 系列變頻調(diào)速三相異步電動 機(jī)集國內(nèi)外同類產(chǎn)品之優(yōu)點(diǎn)，采用計 算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)進(jìn)行設(shè)計 。 (6) 低速性能好。 逆變電路是變頻器最主要的部分之一。反轉(zhuǎn)禁止功能有效（功能代碼 93定義）時，只能正轉(zhuǎn)運(yùn)行，與 F/R端子無關(guān)。故當(dāng) S1=S2=S3=S4=OFF 時，頻率給定方式由功能代碼 11 選擇，運(yùn)行頻率由鍵盤給定或模擬給定，因而，實際最多可選擇 16 段速度運(yùn)行。在防止低速或超速運(yùn)行的場合尤為適用。容量： 7kVA，電流： 12A，完全滿足以上計算要求。 變頻器內(nèi)部電路的基本功能 一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。也可以給據(jù)用戶要求確定額定點(diǎn)的電壓和頻率。當(dāng)電源開關(guān)按下北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 時，電源指示燈亮。圖中電動機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，和停止分別由按鈕開關(guān) SF,SR,ST 來進(jìn)行控制。但從節(jié)能的角度看 V/F 控制方式并不理想。為了便于比較，圖中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均為折算到負(fù)載軸上的值。 ，非但切削深度較小，進(jìn)刀量也往往不大。 普通車床的構(gòu)造 如圖 21所示，主要部件有： 圖 21 普通車床的構(gòu)造 北京交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 普通車床的拖動 系統(tǒng) 普通車床的運(yùn)動系 統(tǒng) 普通車床的運(yùn)行系統(tǒng)主要包括以下兩種運(yùn)動： 1. 主運(yùn)動 工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為普通車床的主運(yùn)動，帶動工件旋轉(zhuǎn)的拖動系統(tǒng)為主拖動系統(tǒng)。 配以 PLC控制實現(xiàn)變頻調(diào)速的目的。和折算電動機(jī)的有效功率。 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )主要參考資料： [1]. 大連組合機(jī)車研究所 .《組合機(jī)床設(shè)計手冊 機(jī)械部分》 機(jī)械工業(yè)出版社 1975 [2]. 大連組合機(jī)車研究所 . 《組合機(jī)床設(shè)計參考圖冊》 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 2020 [4]. 濮良貴，紀(jì)名剛 . 《機(jī)械設(shè)計》 高等教育出版社 2020 [5]. 賈亞洲 . 《金屬切削機(jī)床概論》 機(jī)械工業(yè)出版社 2020 [6]. 周開勤 . 《機(jī)械零件手冊》 高等教育出版社 2020 [7]. 孫恒，陳作模 . 《 機(jī)械原理》 北京高等教育出版社 2020 [8]. 朱林 . 《機(jī)電一體化設(shè)計》 石油工業(yè)出版社 2020 [