【正文】 參考文獻(xiàn)[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》.[3] 周宗明.《金屬切削機(jī)床》.[4] .《機(jī)械設(shè)計》.[5] 賈亞洲.《金屬切削機(jī)床概論》.北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）31[6] 周開勤.《機(jī)械零件手冊》.[7] 孫恒、陳作模.《機(jī)械原理》.[8] 朱林.《機(jī)電一體化設(shè)計》.[9] 甘永立.《幾何量公差與檢測》.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2022[10] 大連理工大學(xué)工程畫教研室.《 機(jī)械制圖》.[11] 金振華.《組合機(jī)床及其調(diào)整與使用》.。這一課題是一個多方面的綜合性設(shè)計項目，涉及普通車床的功能與構(gòu)造，普通車床的拖動系統(tǒng)，車床主拖動的變頻調(diào)速系統(tǒng)，同時還介紹了變頻器的種類，變頻器的選擇，以及變頻器的功能預(yù)置等多個相關(guān)方面的知識。在本次畢業(yè)設(shè)計的研討與完善過程中，老師給予了我大力支持和指導(dǎo)，并促使這一項目的完整實施。老師正直高尚的品質(zhì)、求真務(wù)實的作風(fēng)和敬業(yè)勤勉的精神也深深地影響了我。所以，本設(shè)計必然存在一些缺點(diǎn)和不足，請各位老師諒解！致 謝本課題是在xx老師的悉心指導(dǎo)下完成的。符合廣大用戶的需求，是我國目前發(fā)展的需要。在設(shè)計中主要的是車床的拖動原理以及變頻器的調(diào)速原理，還有就是用到的一些電子元器件的相關(guān)基本知識以及電動機(jī)、變頻器的型號選擇，我的設(shè)計主要是利用變頻器改變速度來控制車床的變頻調(diào)速。因此，要選擇西門子 S7200（輸入 14 點(diǎn)，輸出 10 點(diǎn)）變頻器。每個端子由指定的功能代碼定義其功能。多段速度運(yùn)行時的起動/停機(jī)由控制方式選擇功能代碼 10 決定，可選擇鍵盤或端子指令。多段速度優(yōu)先級高于鍵盤給定或模擬給定。最大可實現(xiàn) 15 段外部速度。4. 多段速度（功能代碼 35——46）北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）25多段速度由外部端子的狀態(tài)決定。 此功能常用于保證電機(jī)工作于允許頻段，以避免誤操作或意想不到的原因?qū)е聶C(jī)械系統(tǒng)或變頻器發(fā)生意外。若給定頻率小于下限且無停車指令，則輸出頻率保持在下限頻率值不變。但設(shè)定頻率不受上/下限頻率值的影響。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)。2端子 RUN 定義為正轉(zhuǎn)運(yùn)行指令，端子 F/R 定義為反轉(zhuǎn)運(yùn)行指令。（功能代碼 10）北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）24 表 6410 功能說明 備注0 由按鍵 RUN、STOP 控制變頻器的起動與停止1 由端子 RUN=ON=OFF 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。 若頻率給定方式為鍵盤時，可通過▼▲兩鍵對給定頻率進(jìn)行在線調(diào)整，最后的給定頻率值被記憶。 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。??????根據(jù)電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)計算如下：=1（）=??????≥??????/??cos?=1=??????≥??????所以選擇普通功能矢量控制的變頻器，在此選擇變頻器的類型為 ABBACS510。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）23 變頻器的選擇變頻器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時所需的變頻器容量應(yīng)滿足: ??????≥??????/??cos???????≥??????式中： ——負(fù)載所要求的電動機(jī)的輸出功率；???? y——電動機(jī)的效率（通常為 ） ； ——電動機(jī)的功率因數(shù)（通常約為 ） ；cos? ——電動機(jī)的電流， A；???? k——電流波形修正參數(shù)； ——變頻器的額定容量，kVA?？只胖H電路的主要作用是將檢測電力得到的各種信號送至運(yùn)算電路，使運(yùn)算電路能夠根據(jù)要求為變頻器主電路提供必要的保護(hù)。 變頻器的控制電路包括主控制電路、信號檢測電路、門極（基極）驅(qū)動電路、外部接口電力以及保護(hù)電路等幾個部分，也是變頻器的核心部分。它的作用是在控制電路的控制下將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。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。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。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。 而對于采用了矢量控制方式的變頻器來說，由于進(jìn)行矢量控制時需要進(jìn)行大量的運(yùn)算，其運(yùn)算電路中有時還有一個以 DSP（數(shù)字信號處理器）為主的轉(zhuǎn)矩計算用 CPU 以及相應(yīng)的磁通監(jiān)測和調(diào)節(jié)電路。表 63 各檔轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩核算結(jié)果負(fù)載轉(zhuǎn)速/（r/min） 80 120 250 500 800 1200電動機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min ） 480 720 1500 600 960 1440電動機(jī)工作頻率/Hz 25 50與表 32 中的各檔負(fù)載轉(zhuǎn)矩相比，可以看出：各檔的過載能力基本滿足要求。??????=????????帶負(fù)載的過載能力 （1??????=( ????????????????)??39。??????=????????帶負(fù)載的過載能力 （125）??????=????????39。??????????????帶負(fù)載的過載能力 （123）??????=????????39。??????/??39。??????=??39。4) 主要技術(shù)數(shù)據(jù) Y2132S4 變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表 31； 表 61 Y2132S4 參數(shù)表重量/Kg型號 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（%）Y2132S4 380 60 主要計算數(shù)據(jù)1. 調(diào)速范圍 由式（115）得：北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）20 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)矩見表 32（負(fù)載功率按 ）????=2??39。根據(jù)用戶要求可帶電磁式制動器，齒輪減速機(jī)等附件。(7) 電動機(jī)的接線方式，250 及以下機(jī)座號為 Y 聯(lián)結(jié)，280 及以上機(jī)座號為△聯(lián)結(jié)。(6) 低速性能好。(5) 過載能力強(qiáng)。(4) 電動機(jī)調(diào)速范圍廣。也可以給據(jù)用戶要求確定額定點(diǎn)的電壓和頻率。Y2132S4 系列變頻器三相異步電動機(jī)出廠試驗時均采用變頻器電源供電，符合實際使用工況。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)實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩恒功率調(diào)速，并保證在此條件下長期運(yùn)行，電動機(jī)繞組溫升不超過允許值。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，采用了特殊措施予以加強(qiáng)。電動機(jī)的電磁負(fù)載設(shè)計也考慮了一定的裕度，這樣，既能保證電動機(jī)在高頻時的過載能力，又能在低頻運(yùn)行時仍能保持恒轉(zhuǎn)矩輸出。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。電動機(jī)的各項性能指標(biāo)同國外 20 世紀(jì) 80 年代水平相當(dāng)，其基本技術(shù)條件符北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）18合 IEC341 和 GB755 國際和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 控制流程圖北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）17 圖 556. 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)。當(dāng)電源開關(guān)按下時，電源指示燈亮。由于車床需要有點(diǎn)動環(huán)節(jié)，故在電路中增加了點(diǎn)動控制按鈕 SJ 和繼電器 KA3。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。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）15 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。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）14 設(shè)備明細(xì)表表 1名 稱 及 型 號 規(guī) 格 及 尺 寸 數(shù)量 安 裝 位 置 備注電機(jī) Y2132S4 380V/變頻器 ABB510 系列 220V/7KVA 12A 1 控制柜內(nèi)PLC 西門子 S7200 220V/24V10A 1 控制柜內(nèi)總動力空氣開關(guān) 同上 同上接觸器熱繼電器 220V/24V10A 0 控制柜操作面板控制箱電源總開關(guān)自動空氣開關(guān)TMC10，2P220VAC 25A 1 控制柜內(nèi)控制箱總電源開關(guān)金屬鑰匙開關(guān) 220V5A 雙刀雙擲 1 控制柜操作面板DO 輸出 AC 驅(qū)動總電源開關(guān) 1 控制柜操作面板信號端子 DX10 100 控制柜內(nèi)電源端子 DX20 50 控制柜內(nèi)匯線槽 50X50X30 若干 控制柜內(nèi) 傳動比設(shè)計（1:3）由于改造前的機(jī)床是手動變速，是通過手柄改動變速箱內(nèi)齒輪對實現(xiàn)變速，操作起來比較繁瑣。（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。和折算電動機(jī)的有效功率。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）13圖 51：（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。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。圖中，轉(zhuǎn)速檔由按鈕開關(guān)（或觸摸開關(guān)）開選擇。操作工應(yīng)該根據(jù)負(fù)載的具體情況，決定是否需要避開該轉(zhuǎn)速段。 在進(jìn)行無極調(diào)速是必須注意：在低速段的一檔傳動切換到變頻器無極調(diào)速時，存在著一個電動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線小于負(fù)載特性的區(qū)域，如下圖所示。 變頻器的頻率給定變頻器的頻率給定方式可以有多種，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。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。采用無反饋矢量控制方式，進(jìn)行選擇時需要注意其能夠穩(wěn)定運(yùn)行的最低頻率（部分變頻器在無反饋矢量控制方式下的實際穩(wěn)定運(yùn)行的最低頻率為 5~6Hz） 。：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。但從節(jié)能的角度看 V/F 控制方式并不理想。3. 電動機(jī)的工作頻率范圍 設(shè)：最高頻率為 75Hz，則最低頻率為????????=????= 當(dāng) 時， =75/40=；????=40 ???????? 當(dāng) 時， =75/140=；????=140????????北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）93. 變頻調(diào)速的原理 變頻器的控制方式：車床除了在車削毛坯的時候負(fù)荷大小有變化外，以后的車削過程中，負(fù)荷的變化通常是很小的。??????39。G180。圖 241——負(fù)載特性曲線 2——電動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線2. 電動機(jī)的容量 如圖 24，電動機(jī)的容量與面積 OA180。????????/??????????≈??????????/??????????北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）8 電動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線如圖 24 中的的曲線 2 所示。???? (2) 電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 （112）??39。?????????????? （111）??39。????≤????????≤???? 設(shè)最大調(diào)頻比 （1??????????=????????/????10） 則：電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 也約為額定轉(zhuǎn)速 的 倍：??39。 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 。???? (1) 最高頻率