2 Модернизация электропривода главного движения токарного станка

2.1. Электрооборудование станка, описание работы схемы.

Станки токарной группы относятся к наиболее распространенным металлорежущим станкам и широко применяются на промышленных предприятиях.

На токарных станках производится обработка наружных, внутренних и торцевых поверхностей тел вращения цилиндрической, конической и фасонной формы, а также прорезка канавок, нарезка наружной резьбы и т. д. режущими инструментами на токарных станках служат в основном резцы, но применяются также сверла, развертка, метчики, плашки и др.

Характерной особенностью станков токарной группы является осуществление главного движения за счет вращения обрабатываемой детали. Подача режущего инструмента производится путем поступательного перемещения суппортов.

Понятие программное управление станками охватывают обычно такие способы автоматизации станков, которые обеспечивают управление работой станка по заранее подготовленным программам, причем одну программу можно легко заменять другой без трудоемкой переналадки станка.

На станках с программным управлением автоматически в нужной последовательности осуществляется поступательные и вращательные движения рабочих органов.

Для систем числового программного управления применяют числовое задание программы, т.е. в форме совокупности чисел, характеризующих последовательность и необходимые перемещения рабочих органов станка, а также скорости их перемещений.

Станки токарные с числовым программным управлением модели 16К20ФЗ предназначены для токарной обработки в замкнутом полуавтоматическом цикле деталей типа тел вращения со ступенчатым и криволинейным профилем, включая нарезание крепежных резьб. Станки оснащены устройством УЧПУ типа 2Р22 с вводом программы с клавиатуры, магнитной кассеты или при подключении внешнего фотосчитывающего устройства, с перфоленты. На УЧПУ 2Р22 программа визуализируется на буквенно- цифровом экране блока отражения символьной информации.

Класс точности станка «П», область применения – индивидуальное, мелкосерийное и серийное производство с мелкими повторяющимися партиями деталей.

Основные технические данные и характеристики.

Техническая характеристика электрооборудования токарного станка модели 16К20ФЗ представлена в таблице 4

48

Таблица 3

№	Наименование параметров	Величина параметров
1	Род тока питающей сети	Переменный трехфазный
2	Частота тока, Гц	50
3	Напряжение, В	380
4	Напряжение цепей управления	110;24
5	Напряжение цепи местного освещения	24
6	Количество электродвигателей на станке	4
7	Тип электродвигателя главного движения	4АБ2П132М4-1М1009
8	Мощность электродвигателя главного движения, кВт	11
9	Номинальная частота вращения электродвигателя главного движения, об/мин	1500
10	Диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя главного движения с постоянной мощностью, об/мин	1500…4500
11	Суммарная мощность всех электродвигателей, кВт	16
12	Суммарная потребляемая мощность, кВт (с учетом приводов и УЧПУ)	25

49

Технические характеристики станка сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1.

№	Наименование параметров	Величина параметров
1	Наибольший диаметр устанавливаемого изделия над станиной, мм	500
2	Высота резца, устанавливаемого в резцедержатели, мм	25
3	Набольшая длина устанавливаемого изделия, мм	250
4	Диаметр цилиндрического отверстия в шпинделе,мм	55
5	Пределы частоты вращения шпинделя, об/мин	22Д..2240
6	Максимальная скорость продольной подачи, мм/мин	2000
7	Максимальная скорость поперечной подачи, мм/мин	1000
8	Пределы шагов нарезаемых резьб, мм	0,01…40,95
9	Предельные диаметры сверления, мм по чугуну по стали	28 25

50

Описание кинематической схемы

1.Механизм главного движения.

На станке установлена шпиндельная бабка, имеющая три диапазона с соотношением 1,25:1; 1:2; 1:5,5. Переключаемые вручную.

Шпиндель станка смонтирован в коническом двухрядном и однорядном подшипниках. Для обеспечения возможности резъбонарезания. В качестве привода главного движения используется синхронный двигатель.

2. Привод продольного перемещения.

Привод продольного перемещения включает шариковую передачу винт- гайка качения, опоры винта, асинхронный двигатель с частотным регулированием, а также датчик обратной связи. Выбор зазора в зубчатом зацеплении редуктора производится перемещением переходной плиты с установленным электродвигателем при помощи поворота эксцентрика.

3.Привод поперечного перемещения.

Привод поперечного перемещения включает: шариковую передачу винт- гайка качения, опору винта, редуктор с передаточным отношением 1:1, приводной электродвигатель с частотным регулированием и датчик обратной связи. Выбор зазора в зубчатом зацеплении редуктора производится вертикальным перемещением плиты с электродвигателем, посредством вращения верхней Кайки на оси поворота плиты.

4. Головка автоматическая универсальная.

На станке используется 10 позиционная автоматическая универсальная головка с горизонтальной осью поворота с инструментальным диском на 5 радиальных или 5 осевых инструментов.

5. задняя бабка.

6. При помощи рукоятки, эксцентрикового вала, прижимной планки и системы рычагов задняя бабка закрепляется к станице. Перемещение пиноли осуществляется от ручного маховика.

51

Выбор мощности электродвигателя.

Не обходимо правильно выберать мощность электродвигателя, так как завышенная мощность увеличивает потери электропривода и ухудшения энергетических показателей (КПД и cos φ), а заниженная мощность введет к перегрузке, быстрому выходу электродвигателя из строя. Правильное определение мощности и выбор электродвигателей станков должно обеспечивать надежную работу станка при минимальной стоимости капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Определяем мощность двигателя токарного станка модели 16К10ФЗ методом средних потерь.

Материал изделия – хромоникелевая сталь, σ_в =1080 Н/мм² . Материал резца Т5К10.

Скорость, усилие и мощность резания, необходимые при черновом точении с самым тяжелым режимом и при наружном чистовом.

Для чернового точения принимается проходной резец с пластинкой твердого сплава титановольфрамовой группы марки Т5К10 с главным углом в плане φ =45⁰ , вспомогательным углом в плане φ₁ =10^о , передним углом 10^о и задним 12^о. Стойкость резца Т=60 мин.

Скорость резания

V_÷add=(C_v/T^m *t_xv*S^yv)*R_v=( 221/60^0.2*10^0.15*3^0.45)*1 =42,08.

С учетом поправочного коэффициента к_нв=0,8-0,85 на скорость резания для работы по литейной корке V'_черн=k_HV·K_черн=0,8*42,08=33,6 м/мин.

Этой скорости соответствует скорость шпинделя

n_oi=1000* V_÷add /π*d_u=1000*33.6*3.14*400=26.7

На ступень меньшая ближайшая скорость n_шn=25об/мин, который по формуле соответствует

V_÷add=3,14*400*25/1000=31,4

Усиление резания

F_z=9.81*C_Fz*t^xF*S^yf*V^g*r_Fz=9.81*300*10¹*3^0.75*31.4^-0.15*1=40002.92H

Момент на шпинделе станка

M_oi = F_z*d_u/2 = 40002, 92*0.4/2 = 8000, 58 H*i.

Момент расчетный не превосходит допустимого.

Мощность, потребляемая на резание

52

P_z = F_z*V/60*1000=40002.92*31.4/60*1000=20.9

Для чистого точения принимаем резец, оснащенный твердым сплавом ТЗОК, главным и вспомогательным углом в плане φ=45^о и φ₁=10^о , передние и задние углы 10^о и 12^о. Т=60мин. Принимаем глубину резания = 1мм, подача равна 0,25мм/об. Скорость резания

V_÷add=( C_v/T^m *t_xv*S^yv)*R_v=(227/60^0.2*1^0.15*0.25^0.35)*1=162.6

С учетом поправочного коэффициента к_HV= 2,1-2,25 на скорость резания для работы по литейной корке V’_eno = к_HV- V_÷eno =2.15*162.6=350 i/iei

Этой скорости соответствует скорость шпинделя

n_oi=1000* V_÷add /π*d_u=1000*350*3.14*400=278.66

Принимаем скорость n_oi=300 об/мин., что выше расчетного значения на 7%, которой по формуле соответствует

V_÷add=3,14*400*300/1000 = 376,8

Усилие резания

F_z=9.81*C_Fz*t^xF*S^yf*V^g*r_Fz=9.81*300*1¹*0,25^0.75*376,8^-0.15*1=427,39H

Мощность, потребляемая на резание

P_z = F_z*V/60*1000=427,39*376,8/60*1000=2,68

Машинное время представляет собой необходимое время, в течение которого происходит обработка металла резанием

t_iao= L/n*S

где – L длина обрабатываемого изделия;V_n=n*S – скорость подачи. Вспомогательное время определяется по «Нормативам затрат рабочего времени на станочные работы», принимаем t_ecn=2.12мин. КПД станка рассчитывается по формуле

η_no=1/(1+a/e+a)= 1/(1+0,15/1,5+0,1)=0.83

где а=0,15; в=ОД; к= 7,5- коэффициенты.

Мощность на валу двигателя на каждом переходе определяется по формуле

Р_а(о)=D_z(m)/η_cm(m)

53

где m-номер перехода

Результаты расчета сведены в таблицу 4.2

Мощность холостого хода

Р_о=а*Р_ZH=0,15*6,81=1,022

где Р_ZH=6,81 кВт – номинальная мощность резания, принимается равной максимальной.

Тогда средняя мощность резания за цикл

₉

D_a.nd =∑ D_a.e*t_e+D_i+t_ani / t_y= 0.537,

¹

Задаем мощностью двигателя

D_a =(1.2 ÷ 1.3), D_ani=1,3-0,537=0,698

Выбираем двигатель ПБСТ – 32У4, Р_н=1,2 кВт, U_H=220 В, I_H=6,5A.

Момент на валу двигателя на каждом переходе определяется по формуле

М=F_z*d_i/2,

Эквивалентный момент

I_I ≥ I_y

I_y=√M₁²t₁+ M₂²t₂+ M₃²t₃+…/ t₁+t₂+t₃+…

Для обеспечения регулирования частоты вращения шпинделя от 12,5 до 1600 1/мин необходимо установить регулируемый электропривод. В качестве электропривода примем тиристорный электропривод ЭТЗ.

Он имеет следующие данные:

Тип электродвигателя ПБСТ -32У4 , Р_н=1,2 кВт, U_H=220 В, I_H=6,5A;

Возбуждение независимое; U_в=220В, I_в=0,33А; η=79,8%, n_i =1500 1/мин;

М=16,7Н*м; R=1,2 Ом; GD² -0.055кГ*м² ;R_dn =0,12 Ом.

Двигатели типа ПБСТ выпускаются со встроенными тахогенераторами.

Тип тахогенератора ПТ-1, U_H=230 В, n_i =3000 1/мин; Р_н=15 кВт, М=0,0652А; R=34Ом; R_ов=46Ом

54

2.2 Назначение электропривода

Нереверсивный тиристорный электропривод постоянного тока серии ЭТЗ

Предназначен для привода механизма главного движения металлорежущих станков, но может быть использован и для других целей.

Электропривод ЭТЗ позволяет регулировать частоту вращения электродвигателя с постоянным моментом на его валу, в диапазоне частоты вращения от минимальной, равной 10 об/мин, до номинальной – первая зона, а также и регулирование частоты от номинальной до максимальной с постоянной мощностью на валу электродвигателя – вторая зона.

Регулирование во второй зоне- зависимое, т.е. осуществляется одним задатчиком частоты вращения.

В электроприводах ЭТЗ-1 и ЭТЗ-2 предусмотрено бесконтактное динамическое торможение электродигателя при переходе с больших частот вращения на меньшие, выполненное на тиристорах.

Работа электродвигателя во второй зоне обеспечивается увеличением напряжения на якоре электродвигателя до 440В, или до напряжения, при котором двигатель выйдет на максимально допустимую частоту вращения.

Если при 440В частота вращения электродвигателя меньше максимально допустимой, то дальнейшее увеличение ее происходит за счет ослабления магнитного поля двигателя. Нагрузка на валу двигателя должна быть такой, чтобы при частоте вращения выше номинальной, мощности развитая двигателем, не превышала номинальной.

Электроприводы предназначены для работы в закрытых отапливаемых помещениях в условиях;

- высота над уровнем моря – не более 1000м; температура окружающего воздуха от +5 до +45^оС ;

- относительная влажность воздуха при температуре 20 ^оС- 90%, при температуре 40 ^оС-50%;

- окружающая среда – не взрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли , агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающие металлы и изоляцию; содержание масел, пыли в пределах санитарных норм.

Основные технические данные.

Электроприводы рассчитаны для работы в режимах : продолжительном (S1), кратковременном (S2), с продолжительностью периода неизменной минимальной нагрузки 10мин., повторно-кратковременном (S3) с продолжительностью включения 15%.

55

Тепловая защита электродигателей осуществляется средствами заказчика. При этом необходимо учитывать, что электродвигатели серии ПБСТ допускают 4- кратную перегрузку в течение 10 с при номинальном возбуждении, 2-кратную перегрузку по току в течении 10с при ослабленном поле.

Электродвигатели серии 2П допускают 2-кратную перегрузку по току в течении 60с, 3- кратную в течение 10с для двигателей типа 2ПН, 2ПФ, 2ПО, 4-кратную в течение 10с в режиме полного поля.

Вводной автомат, если он устанавливается заказчиком, должен иметь ток отсечки не ниже 300А.

Конструкция электропривода.

Электропривод состоит из тиристорного преобразователя, электродвигателя со встроенным тахогенератором, сглаживающего дросселя, задатчика частоты вращения и тормозных резисторов.

Вся аппаратура электропривода, кроме электродвигателя со встроенным тахогенератором, открытого исполнения 1РОО и предназначен для установки в электрошкафах.

В электроприводе применены электроизоляционные материалы класса нагревостойкости В.

Все детали электропривода из черных и цветных металлов покрыты антикоррозионным покрытием.

Тиристорный преобразователь рассчитан для заднего подсоединения. Для переднего подсоединения предусмотрена планка.