【正文】 LQ——工作行程； LH——返回行程； VQ——切削速度； VH——返回速度； 0t1——工作臺(tái)前進(jìn)加速至穩(wěn)定工作速度階段； t1t2——穩(wěn)定工作速度階段； t2t3——減速至零前進(jìn)換向； t3t4——后退加速階段； t4t5——后退穩(wěn)定速度階段； t5t6——減速至零后退換向。 6） 實(shí)行聯(lián)鎖保護(hù)。 3） 靜差度： S≤ 4） 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：采用調(diào)壓調(diào)速。 課題主要完成以下幾點(diǎn)要求： 1） 可遞性：電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行切削，反轉(zhuǎn)時(shí)空載返回。它具有調(diào)速范圍大，調(diào)速平滑，可獲得無(wú)級(jí)調(diào)速；設(shè)備的體積、重量小，投資少；運(yùn)行時(shí)噪聲小、能耗小、效率高；控制方便；容易安裝及維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。在傳統(tǒng)龍門刨床中，這種現(xiàn)象尤其明顯，其機(jī)械部分剛性好，精度較高，一般其基本性能可達(dá)到現(xiàn)代同類機(jī)械的水平，但控制和驅(qū)動(dòng)部分則顯得不同程度的老化，這對(duì)加工性能及成本有很大的影響，有的甚至無(wú)法在一些加工要求稍高的工件場(chǎng)合下使用。 課題的研究意義 龍門刨床如控制和使用得當(dāng)，不僅能提高效率，節(jié)約成本，還 可大大延長(zhǎng)使用壽命。而且 由于老式龍門刨床大多數(shù)采用的是 “電機(jī)擴(kuò)大機(jī) 直流發(fā)電機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)(KFD)”主拖動(dòng)系統(tǒng) ， 存在投資大、用料多、耗電量大、占地面積寬、噪音大、難維護(hù)等 4 一系列缺點(diǎn)； 經(jīng)上世紀(jì)后期改進(jìn)為可控硅直流調(diào)速系統(tǒng) (SCRD系統(tǒng) )，但 還存在著一些問(wèn)題：如電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要的功率開(kāi)關(guān)元件多；在相控方式下電壓、電流波形的畸變因數(shù)和相移因數(shù)隨運(yùn)行速度一同下降；主電路開(kāi)關(guān)頻率低，使系統(tǒng)的截止頻率過(guò)低，不利于提高系統(tǒng)對(duì)外部信號(hào)的響應(yīng)速度等。 現(xiàn)有龍門刨床控制 系統(tǒng)存在的問(wèn)題 從速度運(yùn)行圖 12可以看出，在龍門刨床的工作過(guò)程中，對(duì)起動(dòng)、制動(dòng)特性要求很高，由于換向快，正反向起動(dòng)、制動(dòng)頻繁，其中有很大一部分時(shí)間是工作在過(guò)渡過(guò)程中，為了提高生產(chǎn)效率，顯然必須盡量縮短換向過(guò)渡時(shí)間。返回過(guò)程不切削工件，為提高生產(chǎn)率，反向時(shí)直接加速到高速返回速度 VH。切入工件后再加速到規(guī)定的切削速度 VQ。 圖中： LQ——工作行程； LH——返回行程； VJ——慢速切入速度； VQ——切削速度； VH——返回速度； 3 圖 12 原龍門刨床工作臺(tái)速度運(yùn)行圖 0t1——工作臺(tái)前進(jìn)起動(dòng)階段； t1t2——刀具慢速切入階段； t2t3——加速至穩(wěn)定工作速度階段； t3t4——穩(wěn)定工作速度階段； t4t5——減速退出工作階段； t5t6——反接制動(dòng)到后退工作階段； t6t7——后退穗定速度階段； t7t8——后退減速階段； t8t9——后退反接制動(dòng)階段。因而龍門刨床的主運(yùn)動(dòng)是工作臺(tái)和工件的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工件的切削加工僅在工作行 程內(nèi)進(jìn)行，而返回行程只做空運(yùn)轉(zhuǎn)。特別適用于加工大型的、狹長(zhǎng)的機(jī)械零件，如機(jī)床的床身、箱體、立柱、導(dǎo)軌等。應(yīng)用非常廣泛，具有多種控制要求。近些年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，控制領(lǐng)域的數(shù)字化進(jìn)程加快，自動(dòng)控制調(diào)速技術(shù)不斷完善，部分龍門刨床己改造成各種各樣的數(shù)控機(jī)床，工作效率大大提高，老式龍門刨床的電控系統(tǒng)將逐步被淘汰，最終將被全自動(dòng)控制系統(tǒng)完全取代。另外， SCRD系統(tǒng)的調(diào)速范圍，除了受電動(dòng)機(jī)電樞壓降影響外，還受可控整流線路參數(shù)的影響，在低速時(shí)可控硅控制角增大，管壓降增大，致使靜差度增大，調(diào)速范圍低。 SCRD系統(tǒng)可省掉擴(kuò)大機(jī)組和發(fā)電機(jī)組，節(jié)省成本，其系統(tǒng)的效率幾乎與負(fù)載無(wú)關(guān)，適宜于負(fù)載變動(dòng)較大的情況，且可控硅基本上屬于無(wú)慣性環(huán)節(jié)，反應(yīng)速度較快，電磁慣性可以減到很少，但 SCRD系統(tǒng)可靠性稍差。但其有如下缺點(diǎn)： ① 調(diào)速系統(tǒng)占地面積大，噪音大，設(shè)備投資大； ?耗電量大，效率低； ③ 慣性大，調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài) 和 圖 1— 1 龍門刨床結(jié)構(gòu)示意圖 2 靜態(tài)性能均不理想； ④ 操作，維修，檢修工作量大 ⑤ 可靠性差。 龍門刨床的電力傳動(dòng)系統(tǒng)，由始至今一般有以下兩種方式： 1） 工作臺(tái)主傳動(dòng)系統(tǒng)在歷史上曾經(jīng)采用電機(jī)擴(kuò)大機(jī) 直流發(fā)電機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)組成的直流調(diào)速系統(tǒng) ，簡(jiǎn)稱 KFD系統(tǒng)。 龍門刨床自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展歷史及趨勢(shì) 在進(jìn)給系統(tǒng)（如橫梁、刀架）中，用交流鼠籠電機(jī)拖動(dòng)，利用皮帶、齒輪傳動(dòng)或用電磁離合器來(lái)改變進(jìn)刀和退刀方向。 輔助運(yùn)動(dòng)是指橫梁的加緊和放松，橫梁的上下移動(dòng)。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指刀架的進(jìn)給。 圖 11 結(jié)構(gòu)示意圖 主運(yùn)動(dòng)是指工作臺(tái)連續(xù)往返的直線運(yùn)動(dòng)。 如 圖11 中刨床左右立柱上托有可上下移動(dòng)的橫梁，橫梁上裝有可在橫梁上橫向移動(dòng)并垂直進(jìn)給的左右倆個(gè)垂直刀架，左右倆立柱上分別設(shè)有可上下移動(dòng)并橫向進(jìn)給的左側(cè)刀架和右側(cè)刀架工作臺(tái)安裝在底座上，可做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 關(guān)鍵詞 ：龍門刨床；雙閉環(huán)直流調(diào) 速系統(tǒng)；調(diào)壓調(diào)速 目 錄 1 概論 ....................................................................................................................... 1 龍門刨床的基本情況 ........................................... 1 龍門刨床自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展歷史及趨勢(shì) ......................... 1 龍門刨床的工藝特點(diǎn) ............................................ 2 現(xiàn)有龍門刨床控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題 ............................... 3 課題的研究意義 ............................................... 4 本課題的主要任務(wù) ............................................. 4 2 調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ............................................................................................... 5 理想的速度運(yùn)行曲線 ........................................... 5 理想運(yùn)行狀態(tài)下龍門刨床對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求 .................... 5 調(diào)壓調(diào)速的選擇 ............................................... 7 主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電方式的選擇 ................................... 8 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的選擇 ......................................... 9 觸發(fā)電路的選擇 .............................................. 10 調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)主回路的選 擇 ................................ 10 電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速的介紹 ........................................ 11 3 調(diào)速系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì) .......................................... 13 主回路的電氣原理圖 .......................................... 13 主電路的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù) .................................. 14 確定變壓器 T 的參數(shù) ,變壓器為了消除三次諧波而采用Δ /Y 接法。能實(shí)現(xiàn)慢速切入，穩(wěn)速加工，快速換向，點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)等各種加工工藝要求。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 2022 屆） 題 目 龍門刨床主拖動(dòng)控制系統(tǒng)的改造 系 別 機(jī)電動(dòng)力與信息工程系 專 業(yè) 機(jī)械電子應(yīng)用及自動(dòng)化 年 級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2022 年 5 月 4 日 中文題目： 龍門刨床主拖動(dòng)控制系統(tǒng)的改造 畢業(yè)設(shè)計(jì)共 37 頁(yè) 圖紙 共 2 張 完成日期： 2022 年 5 月 4 日 答辯日期： 2022 年 5 月 8 日 I 摘 要 在分析和研究龍門刨床（ B2022A）原控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了龍門刨床雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)調(diào)壓調(diào)速和自動(dòng)控制的理論基礎(chǔ)，通過(guò)改變直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流進(jìn)行調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的可逆調(diào)速，起制動(dòng)時(shí)既能快速啟動(dòng)和制動(dòng)，保證機(jī)械沖擊不過(guò)大?？朔她堥T刨床換向沖擊大、工作效率不高的一系列缺點(diǎn)。 .. 15 元件參數(shù)的選擇： ........................................... 15 平波電感器的參數(shù)計(jì)算： ..................................... 16 電動(dòng)機(jī)電樞電感的計(jì)算 ....................................... 17 變壓器漏電感 BL 的計(jì)算 ....................................... 17 快速熔斷器的選擇 ........................................... 17 主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的容量 ......................................... 18 4 調(diào)速系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì) ........................................ 19 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)速度 ...................................... 19 系統(tǒng)組成及工作原理 ......................................... 19 4. 2 邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng) .............................................. 20 4. 3 邏輯裝置的組成與分析 ........................................ 22 5 調(diào)速系統(tǒng)的計(jì)算 ................................................ 29 電流環(huán)中電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ..................................... 30 速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ............................................ 32 6 結(jié)論 .......................................................... 36 致謝 ............................................................ 36 參考文獻(xiàn) ........................................................ 37 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 概 論 龍門刨床的基本情況 B2022A 型龍門刨床主 要有 8 部分組成，包括床身，工作臺(tái)，橫梁，垂直刀架，側(cè)刀架，立柱，龍門頂梁，刨刀。 龍門刨床的運(yùn)動(dòng)分為主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，輔助運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)前進(jìn)時(shí)為工作行程，即切削行程，此時(shí)帶動(dòng)工作臺(tái)的電動(dòng)機(jī)有負(fù)載；工作臺(tái)后退時(shí) ，即返回行程，刀具抬起，主電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行 。當(dāng)返回行程結(jié)束，工作行程將要開(kāi)始的時(shí)候，道具相對(duì)于工作臺(tái)有一個(gè)位移，這個(gè)位移也叫進(jìn)刀量 。刀架的快速移動(dòng)，以及返回行程時(shí)的抬刀運(yùn)動(dòng)等。這種傳動(dòng)方式電氣裝置簡(jiǎn)單，但機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜并且調(diào)速困難，皮帶和離合器經(jīng)常損壞，這是 比較古老的龍門刨床。利用這種直流機(jī)組傳動(dòng)克服了古老刨床機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以調(diào)速的毛病，系統(tǒng)可靠性相對(duì)較高一些，調(diào)速范圍較寬。 2）隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，從上世紀(jì)七八十年代起， 工作臺(tái)主傳動(dòng)系統(tǒng) 是以可控硅直流電動(dòng)機(jī)模擬調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱 SCRD系統(tǒng)為主。因 可控硅電壓與電流過(guò)載能力小，在過(guò)壓、過(guò)流、電壓和電流上升率太大的情況下容易損壞，且受溫度影響，特性易變化，觸發(fā)部分用的半導(dǎo)體元件其特性受溫度影響也易發(fā)生變化，受外界干擾，易產(chǎn)生誤動(dòng)作。 龍門刨床的主拖動(dòng)系統(tǒng)在加工過(guò)程中起主要作用，而現(xiàn)有的龍門刨床主拖動(dòng)系統(tǒng)都存在著投資大、消耗量大、調(diào)節(jié)精度不高、換向沖擊大等一系列缺點(diǎn)，因此對(duì)龍門刨床電控系統(tǒng)進(jìn)行改造勢(shì)在必行 。 龍門刨床的工藝特點(diǎn) 龍門刨床是制造大型機(jī)械設(shè)備不可缺少的工作母機(jī)。其主要用來(lái)加工大型工件的各種平面、斜面、槽。其生