Тема: Модернизация электропривода подачи вертикально-фрезерного станка модели 6550

Технический уровень машиностроительного оборудования определяется следующими основными показателями: гибкостью, производительностью, точное тыо, надежностью, удельной металлоемкое тью и удельным энергопотреблением.
Развитие в машиностроении прогрессивных технических средств, обеспечивающих значительное сокращение вмешательства обслуживающего персонала в процесс функционирования оборудования, требует создания и внедрения принципиально новых систем автоматизированного электропривода.
Современные электроприводы базируются на широком применении специализированных электрических машин, силовой полупроводниковой техники. средств микроэлектроники.
За последние годы произошли качественные изменения в номенклатуре и техническом уровне электроприводов, применяемых в станкостроении. Создаются и внедряются в машиностроительном оборудовании качественно новые электроприводы, построенные на базе двигателей постоянного и переменного тока. Принципиально новые решения в области автоматизированного электропривода позволяю! существенно повысить эксплуатационные характеристики станков и машин. Разрабатываются и внедряются в ГПМ бесколлекторные электроприводы переменного тока с асинхронными двигателями для механизмов главного движения и вентильными (синхронными) двигателями для механизмов подачи станков и промышленных роботов с цифровыми и цифроаналоговыми регуляторами, с микропроцессорным управлением и развитой диагностикой, с энергонезависимой памятыо. Это позволяет увеличить скорость резания в 2 - Зраза; уменьшить время вспомогательных перемещений в 1,5-2 раза; сократить время поиска и устранения неисправностей в электроприводах в 3 - 5 раз; уменьшить время технического обслуживания приводов в 2 - 4 раза; повысить точность обработки в 1,5-2 раза; уменьшить массогабаритные показатели приводов в 1,5-2 раза.
Новым подходом в области станочного электропривода является создание локально - распределительных электромеханических систем, представляющих собой унифицированные узлы ГПМ (поворотные и координатные столы, инструментальные головки, шпиндели и т.д.) со встроенными элементами двигателя и системы управления.
Основные тенденции в развитии электромашиностроения:
- переход от двигателей постоянного тока в регулируемых электроприводах к бесколлекторным специальным двигателям переменного тока асинхронным и синхронным (вентильным) двигателям;
- понижение удельных массогабаритных показателей двигателей путем применения новых электротехнических и магнитных материалов и специальной системы охлаждения;
~ увеличение максимальной скорости двигателя, в том числе создание высокоскоростных электромеханизмов;
- оснащение двигателя особо точными датчиками положения и другими компонентами. обеспечивающими работу механизмов станков с 411У и ГПМ;
- повышение эксплуатационных свойств двигателя в части снижения уровня вибрации, снижения уровня шума, повышения степени защиты двигателя от условий окружающей среды.
В механизмах подачи станков и роботов наряду с традиционными высокомоментными двигателями постоянного тока разработаны и внедряются бесколлекторные вентильные (синхронные) двигатели. На базе вентильных электродвигателей разработаны электроприводы с моментами 0,035 - 100 И м и максимальными скоростями вращения до 3000 - 9000мин-1. Вентильные двигатели имеют наиболее технологичную конструкцию без стальных полюсных наконечников в роторе. Возбуждение машин осуществляется от ферритовых или редкоземельных (самарий, кобальт) магнитов. Вентильные электроприводы характеризуются: отсутствием ограничений по коммутации и перегрузочной способности двигателя; постоянным моментом ускорения, определяемым в основном, механической прочностью; малым моментом инерции и высоким быстродействием (ускорение до 36000рад/с2, полоса пропускания 200с'1); отсутствием потерь в роторе, широким диапазоном регулирования (до 1 / 30000) и равномерностью вращения. Вентильные двигатели практически не требуют обслуживания, в виду отсутствия щеточно-коллекторного узла. Степень защиты двигателей от внешней среды - 1Р65 (пылевлагозакрытое). Наиболее отличительной особенностью вентильных двигателей являются малые габариты и масса. Гак, например, двигатель, в котором используются самарий - кобальтовые магниты, фирмы SIEMENS (Германия) мод. 1РТ5108 с моментом 54,8Н-м имеет массу 51 кг. Вентильные двигатели характеризуются меньшим моментом инерции ротора, который составляет по отношению к коллекторным электродвигателям постоянного тока величину 0,2 - 0,5.
В вентильных двигателях обеспечиваются лучшие условия охлаждения обмоток. Так в двигателе постоянного тока фирмы FANUC (Япония) температура перегрева обмоток модели 20М (22,5 Н-м) составляет через 3 ч - 120 °C, через 6 ч -145 °C, а в вентильном двигателе модели S20 через 3 ч - 80 °C, через 6 ч - 100 °C.
Особенностью преобразователей практически всех электроприводов является применение силовых блоков (тиристорных или транзисторных), смонтированных в теплопроводящем изолирующем (не токопроводящем) корпусе, что позволяет монтировать их на едином охладителе (радиаторе). В системах управления широко применяются микросхемы средней и высокой степени интеграции, а также термостабильные элементы. С целью экономии производственных площадей, занимаемых электрооборудованием, наметились тенденции выполнения конструктивов преобразователей, вертикального исполнения с уменьшенной шириной преобразователя.
Конструкция большинства преобразователей унифицирована по конструктивному исполнению.....
Купить

В ходе выполнения ВКР была изучена и описана конструкция и принцип действия вертикально-фрезерного станка мод. 6550. Внешний вид станка показан на чертеже 140400.2016.125.01.00.000 ГЧ. Были подробно описаны узлы и блоки, входящие в состав станка. Также был проведен анализ недостатков, выявленных во время эксплуатации станка. После чего стало легко сделать вывод о необходимости модернизации. Основной причиной является то, что механическая часть станка достаточно хорошо справляется с возложенными на неё задачами, а основным узлом, вызывающим сбой в работе, является привод подачи, который реализован на магнитном усилителе и двигателе постоянного тока (см. схему 140400.2016.125.03.00.000 ЭЗ). Исходя из этого, было принято решение о модернизации привода подач путём замены магнитного усилителя и двигателя постоянного тока на асинхронный двигатель и частотно-регулируемый привод.
В -гретьей части были определены все статические нагрузки на валу двигателя с использованием паспортных данных станка и кинематической схемы (см. схему 140400.2016.125.02.00.000 КЗ), исходя из которых была подобрана требуемая мощность двигателя. Исходя из требуемой мощности и скорости вращения, был выбран асинхронный двигатель серии 4А.
Опираясь на описание станка и тип выбранного двигателя, были сформулированы требования, предъявляемые к приводу подач станка. После чего был произведен поиск современных приводов с использованием глобальной сети Internet. Исходя из результатов поиска, был проведён сравнительный анализ частотнорегулируемых приводов как отечественного, так и зарубежного производства. Анализируя полученные данные, для модернизации привода подач был выбран частотно-регулируемый привод АТ-04 производства корпорации ’’ТРИОЛ". Данный выбор объясняется тем. что привод соответствует нашим требованиям, обладает относительно простой конструкцией, прост в обслуживании и ремонте, очень надёжен в эксплуатации и позволяет решать сложные производственные задачи.
Для проверки правильности выбора двигателя и привода были рассчитаны статические и динамические характеристики системы. Анализируя вид статических характеристик видно, что привод подач способен обеспечивать требуемые статические моменты, а также обладает небольшим запасом но перегрузке. Вид статических характеристик показан на плакате 140400.2016.125.06.00.000. После расчета переходных процессов пуска двигателя стало ясно, что в системе необходимо задействовать задатчик интенсивности, т.к. пусковой ток двигателя превышает номинальный более чем в 4 раза, что для данного типа двигателя не допустимо. Использование задатчика интенсивности с постоянной времени 0,07 позволило снизить пусковые токи до величины 1,3 от номинального. Причём время пуска с задатчиком интенсивности составляет 0.1 с. При расчёте переходного процесса по возмущению видно, что провал скорости составил 6%. Это неплохо, т.к. при расчёте переходного процесса статический момент скачком увеличивали от нуля до максимально допустимого для механизма подач, т.е. больший момент приложен к двигателю не будет из-за разрушения механизма подач. Вид переходных процессов показан на плакате 140400.2016.125.06.00.000.
Также в ВКР были рассмотрены требования охраны труда при работе с вертикально-фрезерным станком и предложены меры по обеспечению электробезопасности при эксплуатации станка. Кроме того, были рассмотрены вопросы зашиты окружающей среды при механической обработке металлов.
В заключение ВКР был произведён экономический расчёт затрат на модернизацию станка, включая ожидаемый экономический эффект от модернизации. Но результатам этого расчёта был определён срок окупаемости модернизации, который составил 3,62 года.






Купить