【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ............................ 13 系統(tǒng)構(gòu)成 ................................................................................................... 13 設(shè)備明細(xì)表 .................................................................................... 14 傳動(dòng)比設(shè)計(jì)（ 1:3） ....................................................................... 15 iv 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路 ................................................................ 15 控制與實(shí)現(xiàn) ............................................................................................... 16 電子觸摸屏 .................................................................................... 16 控制流程圖 .................................................................................... 17 6. 計(jì)算選擇 ............................................................................................................ 18 選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào) ....................................................................................... 18 電動(dòng)機(jī)的主要額定數(shù)據(jù) ................................................................ 18 主要計(jì)算數(shù)據(jù) ................................................................................ 20 電動(dòng)機(jī)容量不變的可行性核算 .................................................... 21 變頻器 ....................................................................................................... 22 變頻器的基本構(gòu)成 ........................................................................ 22 變頻器內(nèi)部電路的基本功能 ........................................................ 22 變頻器的選擇 ................................................................................ 23 變頻器的功能參數(shù)表 .................................................................... 24 變頻器的功能預(yù)置 ................................................................................... 27 各參數(shù)的設(shè)定值 表 ........................................................................ 27 多段速的參數(shù)設(shè)定表 .................................................................... 28 PLC 選擇 .................................................................................................... 28 結(jié) 論 ..................................................................................................................... 29 致 謝 ..................................................................................................................... 30 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 31 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1. 緒論 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(guān)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。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 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)床以加工圓柱體為主，如：加工圓柱體的外圓、內(nèi)圓及端面； 圓柱體的鉆孔和擴(kuò)孔；在外圓與內(nèi)圓表面車(chē)削螺紋，等。 普 通車(chē)床的構(gòu)造 如圖 21所示，主要部件有： 圖 21 普通車(chē)床的構(gòu)造 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 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)床的運(yùn)行系統(tǒng)主要包括以下兩種運(yùn)動(dòng)： 1. 主運(yùn)動(dòng) 工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為普通車(chē)床的主運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的拖動(dòng)系統(tǒng)為主拖動(dòng)系統(tǒng)。 2. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 主要是刀架的移動(dòng)。由于在車(chē)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(chē)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)。 普通車(chē)床主拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性 1. 主拖動(dòng)系統(tǒng)阻轉(zhuǎn)矩的形成 主拖動(dòng)系統(tǒng)的阻轉(zhuǎn)矩就是工件在切削過(guò)程中形成的阻轉(zhuǎn)矩。理論上說(shuō)切削功率用于切削的剝落和變形。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。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。 2. 主拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載特點(diǎn) (1) 在相當(dāng)大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，普通車(chē)床的允許切削深度和進(jìn)刀量等都是相同的，因而具有恒轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)。 (2) 在高速段，由于受車(chē)床身機(jī)械強(qiáng)度及振動(dòng)等的影響，速度越高，允許的切削深度和進(jìn)刀量越小，阻轉(zhuǎn)矩也越小，因而具有恒功率的性質(zhì)。 (3) 綜上所述，普通車(chē)床的機(jī)械特性如圖 22所示。 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)。 D 點(diǎn)是分界點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，大約在 2 處（ 是分界點(diǎn)的轉(zhuǎn)速， 是最高轉(zhuǎn)速）。但考慮到低速車(chē)削通常為粗加工，切削量較大。尤其是車(chē)削毛坯時(shí)，由于同心度較差和表面的不光滑，常 會(huì)遇到較大的沖擊力。所以，在實(shí)際處理時(shí) ，通常?。? （ 11） 主拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載功率 如圖 22，主拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載功率取決于高速段任一點(diǎn)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積： （ 12） 主拖動(dòng)系統(tǒng)的工作特點(diǎn) 調(diào)速范 圍 由最高速 與最低速 的比值決定： （ 13） 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 通常： = 25~150 例如，國(guó)產(chǎn) CA5140 型車(chē)床的 =140，而意大利 SAG 型精密車(chē)床的 =。 ，為了提高工作效率，切削深度和進(jìn)刀量 都較大。 ，非但切削深度較小，進(jìn)刀量也往往不大。在正常情況下，出現(xiàn)過(guò)載的可能性極小。 普通車(chē)床的原拖動(dòng)系統(tǒng) 普通車(chē)床通常是由齒輪箱來(lái)傳動(dòng)和調(diào)速的。他具有以下特點(diǎn)： 由于齒輪箱變速時(shí)，轉(zhuǎn)矩的變化與轉(zhuǎn)速的變化成反比，故具有恒功率的性質(zhì)。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。如忽略齒輪箱的功率損耗不計(jì)，則在全調(diào)速范圍內(nèi)，都具有恒功率的特點(diǎn)。 在低速段，拖動(dòng)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(guò)載能力。 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 (1) 由于調(diào)速范圍很廣，且要求有比較硬的機(jī)械特性。所以，以選用矢量控制方式為宜。對(duì)于普通車(chē)床來(lái)說(shuō)，由于對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求不高，用“無(wú)反饋矢量控制”方式已經(jīng)足夠。 (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。 (3) 電動(dòng)機(jī)的容量一般應(yīng)此比原拖動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)容量為大（詳見(jiàn)下速）。 (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，變頻器的容量以比電動(dòng)機(jī)容量大一檔為好。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 低速轉(zhuǎn)保留一級(jí) 傳動(dòng)比，且 方案 (1) 電動(dòng)機(jī)和主軸之間的傳動(dòng)比只有一檔，傳動(dòng)比 （ 14） (2) 變頻器的最大輸出頻率 等于電動(dòng)機(jī)的額定頻率 。從而，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 等于其額定轉(zhuǎn)速 ，它折算到負(fù)載軸上的值 應(yīng)大于負(fù)載要求的最大轉(zhuǎn)速 ： = （ 15） 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的折算值（折算到負(fù)載軸上的轉(zhuǎn)矩）應(yīng)大于負(fù)載的最大轉(zhuǎn)矩的 T； （ 16） 圖 21 1—— 負(fù)載機(jī)械特性曲線(xiàn) 2—— 電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線(xiàn) 綜上所述，電動(dòng)機(jī)的優(yōu)先轉(zhuǎn)矩線(xiàn)如圖 23 的曲線(xiàn) 2 所示，曲線(xiàn) 1 是車(chē)床的機(jī)械特性曲線(xiàn)。為了便于比較，圖中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均為折算到負(fù)載軸上的值。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2. 電動(dòng)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。而電動(dòng)機(jī)的容量則與面積 OA180。HG 成正比，其大小為：