【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(jì)手冊(cè) 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(jì)參考圖冊(cè)》.[3] 周宗明.《金屬切削機(jī)床》.[4] .《機(jī)械設(shè)計(jì)》.[5] 賈亞洲.《金屬切削機(jī)床概論》.[6] 周開勤.《機(jī)械零件手冊(cè)》.北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31[7] 孫恒、陳作模.《機(jī)械原理》.[8] 朱林.《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)》.[9] 甘永立.《幾何量公差與檢測(cè)》.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(gè)多方面的綜合性設(shè)計(jì)項(xiàng)目，涉及普通車床的功能與構(gòu)造，普通車床的拖動(dòng)系統(tǒng)，車床主拖動(dòng)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，同時(shí)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(gè)相關(guān)方面的知識(shí)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(xiàng)目的完整實(shí)施。老師正直高尚的品質(zhì)、求真務(wù)實(shí)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(jì)必然存在一些缺點(diǎn)和不足，請(qǐng)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(guó)目前發(fā)展的需要。在設(shè)計(jì)中主要的是車床的拖動(dòng)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(shí)以及電動(dòng)機(jī)、變頻器的型號(hào)選擇，我的設(shè)計(jì)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(gè)端子由指定的功能代碼定義其功能。多段速度運(yùn)行時(shí)的起動(dòng)/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(jí)高于鍵盤給定或模擬給定。最大可實(shí)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(jì)（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(shí)） ，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(jì)（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(dòng)與停止1 由端子 RUN=ON=OFF 控制變頻器的起動(dòng)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(shí)，可通過▼▲兩鍵對(duì)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(shí)間跟隨參考頻率。??????根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)計(jì)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(jì)（論文）23 變頻器的選擇變頻器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量應(yīng)滿足: ??????≥??????/??cos???????≥??????式中： ——負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的輸出功率；???? y——電動(dòng)機(jī)的效率（通常為 ） ； ——電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（通常約為 ） ；cos? ——電動(dòng)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。恐慌之際電路的主要作用是將檢測(cè)電力得到的各種信號(hào)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(hào)檢測(cè)電路、門極（基極）驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電力以及保護(hù)電路等幾個(gè)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(dòng)機(jī)制動(dòng)的需要，在直流中間電路中有時(shí)還包括制動(dòng)電阻以及其它輔助電路。直流中間電路的作用是對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)需要進(jìn)行大量的運(yùn)算，其運(yùn)算電路中有時(shí)還有一個(gè)以 DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）為主的轉(zhuǎn)矩計(jì)算用 CPU 以及相應(yīng)的磁通監(jiān)測(cè)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min ） 480 720 1500 600 960 1440電動(dòng)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(dòng)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(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（%）Y2132S4 380 60 主要計(jì)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(jì)（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(dòng)器，齒輪減速機(jī)等附件。(7) 電動(dòng)機(jī)的接線方式，250 及以下機(jī)座號(hào)為 Y 聯(lián)結(jié)，280 及以上機(jī)座號(hào)為△聯(lián)結(jié)。(6) 低速性能好。(5) 過載能力強(qiáng)。(4) 電動(dòng)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(dòng)機(jī)出廠試驗(yàn)時(shí)均采用變頻器電源供電，符合實(shí)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(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(yàn)，采用了特殊措施予以加強(qiáng)。電動(dòng)機(jī)的電磁負(fù)載設(shè)計(jì)也考慮了一定的裕度，這樣，既能保證電動(dòng)機(jī)在高頻時(shí)的過載能力，又能在低頻運(yùn)行時(shí)仍能保持恒轉(zhuǎn)矩輸出。Y2132S4 系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)集國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品之優(yōu)點(diǎn)，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。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)條件符北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18合 IEC341 和 GB755 國(guó)際和國(guó)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(jì)（論文）17 圖 556. 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) 過載能力 考慮到電動(dòng)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(dòng)機(jī)。當(dāng)電源開關(guān)按下時(shí)，電源指示燈亮。由于車床需要有點(diǎn)動(dòng)環(huán)節(jié)，故在電路中增加了點(diǎn)動(dòng)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(jì)（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(jì)（論文）14 設(shè)備明細(xì)表表 1名 稱 及 型 號(hào) 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(dòng)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(dòng)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(dòng)總電源開關(guān) 1 控制柜操作面板信號(hào)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(dòng)比設(shè)計(jì)（1:3）由于改造前的機(jī)床是手動(dòng)變速，是通過手柄改動(dòng)變速箱內(nèi)齒輪對(duì)實(shí)現(xiàn)變速，操作起來比較繁瑣。（3）PLC 在變速設(shè)定和存儲(chǔ)切削自動(dòng)過程等應(yīng)用 PLC 的 DI 接受觸摸屏微動(dòng)開關(guān)信號(hào)，通過 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。和折算電動(dòng)機(jī)的有效功率。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13圖 51：（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。圖中電動(dòng)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(dòng)切換到變頻器無極調(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。 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(duì)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(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） 。：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(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。但從節(jié)能的角度看 V/F 控制方式并不理想。3. 電動(dòng)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(shí)， =75/40=；????=40 ???????? 當(dāng) 時(shí)， =75/140=；????=140????????北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shí)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(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。????????/??????????≈??????????/??????????北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8 電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線如圖 24 中的的曲線 2 所示。???? (2) 電動(dòng)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(dòng)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(jí)傳動(dòng)比，且 方案???????????? (1) 電動(dòng)機(jī)和主軸之間的傳動(dòng)比仍只有一檔，但變頻器的最高輸出頻率允許超