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數(shù)控車床主軸及驅(qū)動(dòng)故障與維修設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)

2025-06-22 15:20本頁(yè)面
  

【正文】 矢量,所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無(wú)速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。這樣就可以將一臺(tái)三相異步電機(jī)等效為直流電機(jī)來(lái)控制,因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動(dòng)態(tài)性能。矢量控制算法已被廣泛地應(yīng)用在siemens,AB,GE,F(xiàn)uji 等國(guó)際化大公司變頻器上。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配,而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù),有的通用變頻器在使用時(shí)需要準(zhǔn)確地輸入異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù),有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)辨識(shí)、自適應(yīng)功能,帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí),并根據(jù)辨識(shí)結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù),從而對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。 數(shù)控車床主軸變頻的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行模式 主軸變頻控制的基本原理由異步電機(jī)理論可知,主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為:n=(60f/p)(1s)。其中 P—電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù),s —轉(zhuǎn)差率,f—供電電源的頻率,n—電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。從上式可看出,電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比,改變頻率即可以平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,而對(duì)于變頻器而言,其頻率的調(diào)節(jié)范圍是很寬的,可在 0~400Hz(甚至更高頻率)之間任意調(diào)節(jié),因此主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速即可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。當(dāng)然,轉(zhuǎn)速提高后,還應(yīng)考慮到對(duì)其軸承及繞組的影響,防止電機(jī)過(guò)分磨損及過(guò)熱,一般可以通過(guò)設(shè)定最高頻率來(lái)進(jìn)行限定。圖 31變頻器在數(shù)控上的應(yīng)用圖 31所示為變頻器在數(shù)控車床的應(yīng)用,其中變頻器與數(shù)控裝置的聯(lián)系通常包括:①數(shù)控裝置到變頻器的正反轉(zhuǎn)信號(hào);②數(shù)控裝置到變頻器的速度或頻率信號(hào);③變頻器到數(shù)控裝置的故障等狀態(tài)信號(hào)。因此所有關(guān)于對(duì)變頻器的操作和反饋均可在數(shù)控面板進(jìn)行編程和顯示。 主軸變頻控制的系統(tǒng)構(gòu)成不使用變頻器進(jìn)行變速傳動(dòng)的數(shù)控車床一般用時(shí)間控制器確認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)指令速度開(kāi)始進(jìn)刀,而使用變頻器后,機(jī)床可按指令信號(hào)進(jìn)刀,這樣一來(lái)就提高了效率。如果被加工件如圖 32所示所示形狀,則由圖 22中看出,對(duì)應(yīng)于工件的 AB段,主軸速度維持在 1000rpm,對(duì)應(yīng)于 BC段,電機(jī)拖動(dòng)主軸成恒線速度移動(dòng),但轉(zhuǎn)速卻是聯(lián)系變化的,從而實(shí)現(xiàn)高精度切削。圖 32 主軸變頻器系統(tǒng)構(gòu)成示意在本系統(tǒng)中,速度信號(hào)的傳遞是通過(guò)數(shù)控裝置到變頻器的模擬給定通道(電壓或電流),通過(guò)變頻器內(nèi)部關(guān)于輸入信號(hào)與設(shè)定頻率的輸入輸出特性曲線的設(shè)置,數(shù)控裝置就可以方便而自由地控制主軸的速度。該特性曲線必須涵蓋電壓/電流信號(hào)、正/反作用、單/雙極性的不同配置,以滿足數(shù)控車床快速正反轉(zhuǎn)、自由調(diào)速、變速切削的要求。 無(wú)速度傳感器的矢量控制變頻器目前較為簡(jiǎn)單的一類變頻器是 V/F控制(簡(jiǎn)稱標(biāo)量控制),它就是一種電壓發(fā)生模式裝置,對(duì)調(diào)頻過(guò)程中的電壓進(jìn)行給定變化模式調(diào)節(jié),常見(jiàn)的有線性 V/F控制(用于恒轉(zhuǎn)矩)和平方 V/F控制(用于風(fēng)機(jī)水泵變轉(zhuǎn)矩)?! ?biāo)量控制的弱點(diǎn)在于低頻轉(zhuǎn)矩不夠(需要轉(zhuǎn)矩提升)、速度穩(wěn)定性不好(調(diào)速范圍 1:10),因此在車床主軸變頻使用過(guò)程中被逐步淘汰,而矢量控制的變頻器正逐步進(jìn)行推廣?! ∷^矢量控制,最通俗的講,為使鼠籠式異步機(jī)像直流電機(jī)那樣具有優(yōu)秀的運(yùn)行性能及很高的控制性能,通過(guò)控制變頻器輸出電流的大小、頻率及其相位,用以維持電機(jī)內(nèi)部的磁通為設(shè)定值,產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)矩?! ∈噶靠刂葡鄬?duì)于標(biāo)量控制而言,其優(yōu)點(diǎn)有:①控制特性非常優(yōu)良,可以直流電機(jī)的電樞電流加勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)相媲美;②能適應(yīng)要求高速響應(yīng)的場(chǎng)合;③調(diào)速范圍大(1:100);④可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。  當(dāng)然相對(duì)于標(biāo)量控制而言,矢量控制的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計(jì)算煩瑣,而且必須存貯和頻繁地使用電動(dòng)機(jī)的參數(shù)。矢量控制分無(wú)速度傳感器和有速度傳感器兩種方式,區(qū)別在于后者具有更高的速度控制精度(萬(wàn)分之五),而前者為千分之五,但是在數(shù)控車床中無(wú)速度傳感器的矢量變頻器的控制性能已經(jīng)符合控制要求,所以這里推薦并介紹無(wú)速度傳感器的矢量變頻器。 無(wú)速度傳感器的矢量變頻器無(wú)速度傳感器的矢量變頻器目前包括西門子、艾默生、東芝、日立、LG、森蘭等廠家都有成熟的產(chǎn)品推出,總結(jié)各自產(chǎn)品的特點(diǎn),它們都具有以下特點(diǎn): ①電機(jī)參數(shù)自動(dòng)辯識(shí)和手動(dòng)輸入相結(jié)合;②過(guò)載能力強(qiáng),如 50%額定輸出電流 2min、180%額定輸出電流10s。③低頻高輸出轉(zhuǎn)矩,如 150%額定轉(zhuǎn)矩/1HZ;④各種保護(hù)齊全(通俗地講,就是不容易炸模塊)。無(wú)速度傳感器的矢量控制變頻器不僅改善了轉(zhuǎn)矩控制的特性,而且改善了針對(duì)各種負(fù)載變化產(chǎn)生的不特定環(huán)境下的速度可控性。圖 33所示,為某品牌無(wú)速度傳感器變頻器產(chǎn)品在低頻和正常頻段時(shí)的轉(zhuǎn)矩測(cè)試數(shù)據(jù)(電機(jī)為 )。從圖中可知,其在低速范圍時(shí)同樣可以產(chǎn)生強(qiáng)大的轉(zhuǎn)矩。在實(shí)驗(yàn)中,我們同樣將 2Hz的矢量變頻控制和 V/F控制變頻進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),前者具有更強(qiáng)的輸出力矩,切削力幾乎與正常頻段(如 30Hz或50Hz)相同。圖 33無(wú)傳感器矢量變頻器的轉(zhuǎn)矩特性 矢量控制中的電機(jī)參數(shù)辨識(shí) 由于矢量控制是著眼于轉(zhuǎn)子磁通來(lái)控制電機(jī)的定子電流,因此在其內(nèi)部的算法中大量涉及到電機(jī)參數(shù)。從圖 34的異步電動(dòng)機(jī)的 T型等效電路表示中可以看出,電機(jī)除了常規(guī)的參數(shù)如電機(jī)極數(shù)、額定功率、額定電流外,還有 R1(定子電阻)、X11(定子漏感抗)、R2(轉(zhuǎn)子電阻)、X21(轉(zhuǎn)子漏感抗)、Xm(互感抗)和 I0(空載電流)。  參數(shù)辨識(shí)中分電機(jī)靜止辨識(shí)和旋轉(zhuǎn)辨識(shí) 2種,其中在靜止辨識(shí)中,變頻器能自動(dòng)測(cè)量并計(jì)算頂子和轉(zhuǎn)子電阻以及相對(duì)于基本頻率的漏感抗,并同時(shí)將測(cè)量的參數(shù)寫入。在旋轉(zhuǎn)辨識(shí)中,變頻器自動(dòng)測(cè)量電機(jī)的互感抗和空載電流。圖 34 異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定態(tài)等效電路  在參數(shù)辨識(shí)中,必須注意:①若旋轉(zhuǎn)辨識(shí)中出現(xiàn)過(guò)流或過(guò)壓故障,可適當(dāng)增減加減速時(shí)間;②旋轉(zhuǎn)辨識(shí)只能在空載中進(jìn)行。③如辨識(shí)前必須首先正確輸入電機(jī)銘牌的參數(shù)。 數(shù)控車床主軸變頻矢量控制的功能設(shè)置從圖 11中可以看出,使用在主軸中變頻器的功能設(shè)置分以下幾部分:① 矢量控制方式的設(shè)定和電機(jī)參數(shù);②開(kāi)關(guān)量數(shù)字輸入和輸出;③ 模擬量輸入特性曲線;④SR 速度閉環(huán)參數(shù)設(shè)定。結(jié) 論畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì),通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)—《數(shù)控車床主軸及驅(qū)動(dòng)故障與維修》,我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài),和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí),解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力,同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平,而且通過(guò)對(duì)整體的掌控,對(duì)局部的取舍,以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理,都使我的能力得到了鍛煉,經(jīng)驗(yàn)得到了豐富,并且意志品質(zhì)力,抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多,過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。和老師的溝通交流更使我對(duì)數(shù)控車床有了新的認(rèn)識(shí),也對(duì)自己提出了新的要求。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我了解了數(shù)控相關(guān)的知識(shí),這是很珍貴的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中有些東西讓我很頭痛,例如數(shù)控機(jī)床主軸控制系統(tǒng)故障與維修和數(shù)控車床相關(guān)變頻器參數(shù)設(shè)置過(guò)程及優(yōu)化這兩大部分。數(shù)控機(jī)床主軸控制系統(tǒng)故障與維修,這個(gè)我了解不多,知道的也不多;數(shù)控車床相關(guān)變頻器參數(shù)設(shè)置過(guò)程及優(yōu)化,這個(gè)我沒(méi)有接觸過(guò),最后在老師的幫助下我克服了相關(guān)的問(wèn)題。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我能力得到了很大提升。提高是有限的但提高也是全面的,正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無(wú)數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來(lái),也必然會(huì)讓我在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力,更強(qiáng)的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心,讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)了自己的不足,只有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題面對(duì)問(wèn)題才有可能解決問(wèn)題,不足和遺憾不會(huì)給我打擊只會(huì)更好的鞭策我前行,今后我更會(huì)關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn),并爭(zhēng)取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識(shí),更好的為祖國(guó)的四化服務(wù)。謝 辭三年的美好的大學(xué)生活仿佛就要在這篇畢業(yè)論文最后的謝辭里緩緩落幕,青春散場(chǎng),時(shí)光依然,有些悵然若失,卻又收獲滿載?;厥浊奥?,曾經(jīng)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴在我的心頭涌起,難忘林蔭蔽日的和平路上雄健秀麗的梧桐,難忘曲徑幽深的三好塢里招搖的白鵝,難忘通宵自習(xí)后滿身疲憊時(shí)的一杯熱茶,難忘籃球場(chǎng)上帶著汗水淋漓飆進(jìn)的三分…… 在這里,想說(shuō)的只有兩個(gè)字:謝謝,衷心的謝謝,衷心感謝大學(xué)三年里教導(dǎo)過(guò)我的每一位師長(zhǎng),你們嚴(yán)謹(jǐn)致學(xué)的態(tài)度、高風(fēng)亮節(jié)的品質(zhì)是我人生路上的楷模和坐標(biāo);感謝和我一起共渡三年的兄弟姐妹,感謝你們?cè)谖掖嗳鯚o(wú)助時(shí)溫暖的鼓勵(lì)和真誠(chéng)的幫助,你們的友情永遠(yuǎn)是我生命里最珍貴的財(cái)富;感謝校園里的一草一木,一亭一榭,你們陪伴著我歷經(jīng)了每一個(gè)壯麗的清晨和如血的殘陽(yáng),你們永遠(yuǎn)是我生命里最亮麗的那一道風(fēng)景;感謝同濟(jì)大學(xué)給予我的一切:知識(shí)、信任、勇氣和力量,這一切凝聚成兩個(gè)字,最珍貴的兩個(gè)字:同濟(jì)。這兩個(gè)字,歷經(jīng)百年,走過(guò)風(fēng)雨,它是在夾縫里不屈不撓的精神,它是在角落里默默耕耘的低調(diào)。它是同舟共濟(jì),自強(qiáng)不息的同濟(jì)之魂,它是同心砥礪,濟(jì)世興邦的同濟(jì)之志。同濟(jì),這兩個(gè)字已經(jīng)在我的靈魂里打下了深深的烙印,無(wú)論明天同濟(jì)是否能以我為榮,我都要告訴每一個(gè)人,我永遠(yuǎn)以同濟(jì)為榮,永遠(yuǎn)。 在這里要特別感謝我的指導(dǎo)老師黃國(guó)祥、高錦南老師,感謝您在整個(gè)畢業(yè)論文的創(chuàng)作過(guò)程對(duì)我的幫助和指導(dǎo),感謝您在我懈怠散漫時(shí)的督促與教誨;感謝曾在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中予以我?guī)椭乃型瑢W(xué),朋友。感謝他們陪我一起走過(guò)大學(xué)本科生涯的最后一段,使得我的論文能夠如期順利的完成。 人的一生里能有幾個(gè)三年,在同濟(jì)大學(xué)的三年里,讓我脫胎換骨,讓我化蛹成蝶。這是我生命里最珍貴最美好的財(cái)富。寫到這里,我的心里充滿了希望與力量。未來(lái)的路還有很長(zhǎng)很長(zhǎng),但我會(huì)一直堅(jiān)定的走下去,向著我的理想,向著我的天堂,無(wú)論遇到怎樣的困難與險(xiǎn)阻,我都不會(huì)退縮,我會(huì)一直帶著自己的執(zhí)著,毅然前行。謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給我的父親和母親,感謝他們長(zhǎng)久以來(lái)對(duì)我默默的支持和鼓勵(lì)。參考文獻(xiàn)[1] 王侃夫. 數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)與系統(tǒng)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2022.[2] 杜金城. 電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù)[M]. 北京:中國(guó)電力出版社,2022.[3] 高鐘毓.機(jī)電控制工程.北京:清華大學(xué)出版社,2022.[4] 劉助柏.知識(shí)創(chuàng)新思維方法論.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999[5] 楊仲岡.?dāng)?shù)控設(shè)備與維修.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2022.[6] 黃康美.?dāng)?shù)控車床故障與維修.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2022.[7] 高德文.?dāng)?shù)控加工中心.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2022.[8] 曹鳳.?dāng)?shù)控機(jī)床.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2022.[9] Spriggs G history of fine grained hardmetal. 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