САУ электроприводом шпинделя горизонтально-расточного станка

Введение

 

     Целью разработки проекта является применение знаний, которые были получены в курсе изучения дисциплины ‘Системы управления электроприводами’, а также использование знаний по  другим профильным предметам.

   Расточные станки  предназначаются для обработки деталей в условиях одиночного и серийного производства. Это широкоуниверсальные станки, на которых можно производить растачивание отверстий, обтачивание наружных цилиндрических поверхностей и торцов отверстий, фрезерование плоскостей, нарезание резьбы и другие операции.

    Характерной особенностью расточных станков является наличие горизонтального или вертикального шпинделя, который совершает движение осевой подачи. В шпинделе крепится режущий инструмент – сверло, фреза, метчик и другие.

Формообразующими движениями в расточных станках является вращение шпинделя и движение подачи. Подача сообщается либо инструменту, либо заготовке в зависимости от условий обработки.

Целью проекта является обеспечение необходимых показателей, которые должна обеспечить система управления. Задачами данного проекта являются: выбор системы регулируемого электропривода, выбор структуры системы автоматического управления (САУ) и её синтез. Эти задачи связаны с вопросами выбора типоразмера электродвигателя, силового оборудования и элементной базы, выбора методов синтеза и анализа системы.

 

   

1. Технические характеристики механизма. Требования к САУ электроприводом

 

Расточные станки предназначены  для обработки деталей, имеющих  отверстие, связанные точными расстояниями. Расточные станки бывают обычно универсальны. На них можно производить растачивание, сверление, фрезерование, обтачивание, нарезание резьбы. Расточные станки бывают горизонтальными и вертикальными.

Конструктивно горизонтально-расточные  станки включают в себя станину, на которой с одной стороны закреплена передняя неподвижная стойка со шпиндельной бабкой, а с другой – подвижная задняя стойка с манжетой, поддерживающая борштангу в процессе резания.

Между стойками на направляющих станины расположен поворотный стол, имеющий продольное и поперечное перемещение. В шпиндельной бабке расположены шпиндель, в котором закрепляют инструменты, коробки скоростей и подач. Шпиндельная бабка может перемещаться в вертикальном направлении со шпинделем, перемещающемся и в горизонтальном направлении.

Главное движение в расточных  станках – вращение шпинделя или  планшайбы с инструментами. Движением  подачи является продольное и поперечное перемещение стола с изделием или перемещение шпинделя с инструментами. Движением вспомогательным является вертикальное перемещение шпинделя бабки.

К электроприводам и  схеме автоматического управления универсальных расточных станков  предъявляют следующие требования. Главный привод станка должен быть реверсивным, чтобы обеспечивать вращение резца в обе стороны, необходимые, например, для нарезания правой и левой резьбы. Диапазон регулирования скорости 1:130 приблизительно при постоянной мощности с коэффициентом регулирования не выше 1,26. Для быстрой остановки необходимо предусмотреть принудительное торможение.

Требуемый диапазон Д_м (при постоянстве момента), обеспечивают регулированием скорости двигателя в первой зоне изменением напряжения на якоре двигателя. Для обеспечения во второй зоне изменением магнитного потока в диапазоне Д_р (при постоянстве мощности).

Главный привод расточных  станков выполняется с ЭД переменного  и 

 

 

 

постоянного тока. В качестве электродвигателей переменного  тока используют асинхронные одно- и многоскоростные электродвигатели с К.З. ротором и переключателем числа пар полюсов в обмотке статора.

Регулируют скорость главных электроприводов электромеханическим  способом, электрическим двигателем с регулированием скорости при постоянстве  мощности и коробкой скоростей. При  применении односкоростного асинхронного двигателя регулирование скорости только механическое за счет коробки скоростей.

Использование на станках громоздкой коробки скоростей, особенно при  односкоростном электродвигателе, и  невозможность изменения режима в процессе резания привело к  применению для главного привода  на тяжелых горизонтально-расточных станках двигателя постоянного тока, позволяющего упростить конструкцию шпиндельной бабки и изменить  режим. Кроме того, электропривод с двигателем постоянного тока даёт возможность в зоне низких скоростей регулировать скорость при постоянном моменте, что требуется в тяжёлых горизонтально-расточных станках.

Динамические характеристики электроприводов станков могут быть заданы во времени или частотной области. В первом случае задаются параметры, характеризующие качество переходного процесса при обработке скачка управляющего или возмущающего воздействия. Нормируется время переходного процесса, при котором угловая скорость привода меньше чем на 5% отличается от установившегося значения. Нормализуется время реверса привода, которое не равно времени пуска и торможения, поскольку разгон двигателя в обратном направлении происходит при нулевых начальных условиях. Ожидается, что число реверсов в электроприводе достигает 600 в 1 минуту.

Кроме того определяется перерегулирование  , т.е. максимальный выброс скорости в переходных процессах. Обычно требуют, чтобы .

Однако иногда необходим  монотонный переходной процесс и  перерегулирование совершенно недопустимо. Это происходит, например, при одностороннем  выборе зазора кинематической цепи, при  точном позиционировании и в других случаях. Краткой характеристикой динамических свойств привода являются среднее значение углового ускорения в переходном процессе. Его определяют  исходя из того, что переходной носит апериодический характер, типичный для звена первого порядка. Приращение угловой скорости и времени выбирают на начальном участке переходной характеристики, близкой к линейному. Обычно считают, что (где - время, за которое ротор двигателя разгоняется до угловой скорости, равной ). Это значение соответствует времени, равному одной постоянной времени первого порядка. Среднее значение углового ускорения в современном электроприводе достигает .

Переходную динамическую характеристику определяют при установившемся значении угловой скорости для привода подачи и привода главного движения. Динамические характеристики привода по возмущению определяют при скачкообразном приложении момента сил сопротивления. При этом нормируется статическое снижение скорости и динамические параметры: динамический провал угловой скорости по которому можно определить перерегулирование по возмущению, время восстановления скорости, т.е. время переходного процесса . В большинстве случаев это время не должно превышать . При анализе динамических свойств электропривода часто используют амплитудно-частотную характеристику по управляющему воздействию в диапазоне существенных частот. При этом нормируется полоса пропускания электропривода, которая должна составлять не менее 20Гц для тиристорных и 40Гц для транзисторных приводов подачи. Для привода главного движения это значение не превышает 10Гц.

Схема автоматического  управления станком обеспечивает управление электроприводами для осуществления всех технологических режимов работы станка. Кроме основной работы в ней предусмотрены наладочные режимы главного привода и приводов подач с малыми скоростями. В схеме управления используется простая электрическая защита двигателей и аппаратов, и блокировании, защищающие пуск главного привода при недостаточной циркуляции масла в системе смазки, выключенном двигателе вентилятора охлаждения главного двигателя и нефиксированном положении рукоятки механизма коробки скоростей и защитного охлаждения, и блокировки, запрещающий пуск двигателя подачи при отключенном главном двигателе. В схеме предусмотрена также световая и звуковая сигнализация состояния системы смазки, включающая при нормальной работе зелёную лампу, а при неисправной системе смазки красную лампу и звонок.

Управление электроприводами станка выполняется дистанционно и  сосредотачивается на передней бабке, суппорте или другом месте,  удобном  для рабочего.