Розрахунок електроприводу головного руху вертикального сверлійно-фрезерно-росточного напівавтомата 243ВМФ (стр. 3 из 6)

У високо автоматизованих верстатах з числовим програмним управлінням (ЧПУ) функції, що виконуються електроприводом головного руху, значно ускладнені. Крім стабілізації частоти обертання, при силових режимах різання потрібний забезпечення режимів позиціонування шпінделя при автоматичній зміні інструменту і виробництві легких довбальних і стругальних робіт, а також можливість нарізування різьблення як мітчиками так і різцями. Це обов’язково веде до збільшення потрібного діапазону регулювання частоти обертання. Так, при необхідній точності позиціонування шпинделя 0,1 і максимальній частоті обертання двигуна 3000-5000 об./хв. Сумарний діапазон частоти обертання повинен бути не менше 10000.Електромеханічний спосіб регулювання швидкості (частоти обертання) для приводів головного руху є найбільш перспективним. Необхідний технологічний діапазон регулювання швидкості шпинделя з постійною швидкістю, рівний 20-50 при двох ступеневою коробкою швидкостей. На швидкостях нижче за номінальних регулювання здійснюється з постійним моментом. Таким чином, виходить двозначне регулювання швидкості. При невеликій потужності головного приводу застосовують однозначне регулювання швидкості з постійним моментом. Стабільність роботи приводу характеризується перепадом частоти обертання при зміні навантаження, напруги живлячої мережі, температури навколишнього повітря і т.п.[5]

Відмітною особливістю головного приводу для високо автоматизованих верстатів з ЧПУ є необхідність застосування реверсивного приводу навіть в тих випадках, коли за технологією обробки не потрібен реверс. Вимога забезпечення ефективного гальмування і під гальмування при знижені частоти обертання і режимом підтримки постійної швидкості різання приводить до необхідності застосування реверсивного приводу з метою отримання потрібної якості перехідних процесів.

У ряді свердлильний верстатів потрібний отримання високих частот обертання двигунів. У багатошпиндельних свердлильних верстатах, призначених для свердлення друкарської платні також потрібне отримання високих частот обертання 6-60000 об/хв. Отримання таких високих частот обертання можливо шляхом застосування ремінної передачі, що підвищує, від двигуна з частотою обертання 3000 об/хв. або високо швидкісних двигунів. У першому випадку використовуються короткозамкнуті АД з частотою живлення мережі 50 Гц. Таке рішення застосовується при потужності до 2-3 кВт і частоті обертання кола до 18 тис. об/хв. При застосуванні вказаного типа приводу на частоти обертання більше 20000 об/хв. виходить не сприятливе співвідношення діаметрів шківів на двигуні і шпинделі. Кут обхвату ременем шківа на шпинделі виявляється не достатнім для передачі необхідної потужності. Використання другого типа приводу з високо швидкісним двигуном - електрошпинделем, на валу якого крепеться ріжучий інструмент, дозволяє одержати найбільш раціональну конструкцію механізму головного руху. Проте тільки спрощення конструкції головного приводу не вирішує задачі істотного підвищення продуктивності праці і якості обробки на верстатах. До теперішнього часу в більшості верстатів для зміни частоти обертання кола мінявся електрошпиндель. На одному верстаті використовувалися до чотирьох змінних електрошпинделів з різними номінальними частотами обертання.

Застосування регульованого приводу з електрошпинделем дозволяє зберегти незмінною швидкість. забезпечується отримання оптимальних режимів шляхом регулювання швидкості різання.

1.3 Опис схеми електроприводу механізму головного руху верстата 243ВМФ2

Функціональна схема електропривода головного механізму верстата 243ВМФ2 показана на аркуші графічної частини.

Силова частина містить головний елемент «тиристорний перетворювач» (ТП). ТП підключається до живлячої мережі за допомогою трансформатора. Трансформатор називається таким, що «узгоджує» оскільки служить для узгодження змінної напруги мережі і постійної напруги двигуна . Окрім цього трансформатор обмежує струм короткого замикання і знижує швидкість зміни струму в тиристорах. Зменшує вплив мережі і інших джерел на роботу приводу.

ТП зібраний по схемі «трифазна нульова». При сумісному управлінні перша група тиристорів працює випрямлячами,а друга інвертором. У схемах з сумісним управлінням в групах тиристорів і трансформатора можливі зрівняльні струми які минувши навантаження можуть досягати небезпечних для тиристора значень,для їх обмеження включений зрівняльний дросель між груп тиристорів. Для захисту тиристорів використовуємо «запобіжник» - захист від струму і «RC-ланцюг»- від перенапруження. Запобіжники повинні бути швидкодіючі, плавкі, володіючі струмообмежувальною дією. Струмогодинна захисна характеристика швидкодіючого запобіжника повинна бути узгоджена з перевантажувальною характеристикою тиристора, таким чином щоб час плавлення і відключення запобіжника були менші за той час в перебігу якого наступає руйнування тиристора. Захист за допомогою RC-ланцюжків застосовується як від внутрішніх так і від зовнішніх перенапружень . Також є захист в котушці збудження двигуна в якій може відбутися обрив поля. Для усунення обриву поля використовується датчик струму RS2, який відстежує струм що протікає по котушці збудження і відправляє сигнал через аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) на пристрій числового і програмного управління (ПЧПУ). Обмотка збудження підключена за схемою «однофазна мостова» зібраної на діодах. Послідовно з якорем включений згладжуючий дросель, який згладжує пульсацію випрямленої напруги і тим самим покращує роботу двигуна.

Схема регулювання виконана за принципом підлеглого регулювання. Система управління складається з регулятора швидкості, регулятора струму і система імпульсно-фазового управління (СІФУ). Регулятор швидкості виконується за допомогою операційного підсилювача і резистора включеного в ланцюг зворотнього зв'язку. Датчиком швидкості є тахогенератор (BR) вбудований в двигун . Сигнал на виході регулятора швидкості порівнюється з сигналом зворотнього зв'язку по струму і поступає на регулятор струму. Регулятор струму складається з операційного підсилювача з резистором і конденсатором увімкненим у ланцюг зворотного зв'язку. З силової частини за допомогою (RS) датчика струму подається сигнал на регулятор струму який.

СІФУ виконує 3 функції:

формує імпульс;

визначає кут відхилення тиристора (чим більше кут тим напруга, що випрямляється, менше; чим менше кут тим напруга, що випрямляється, більше);

подає даний імпульс на відповідний тиристор;

Виходи СІФУ залежать від вибраної схеми подачі імпульсів . Схема управління, що управляють, сумісна означає на виході СІФУ буде така кількість імпульсів які рівно загальній кількості тиристорів обох груп.

Даний двигун працює при запуску в режимі зниженої напруги,в діапазоні частот (167-33), для гальмування двигуна використовується режим динамічного гальмування і режим реверсу двигуна. Пуск двигуна здійснюється при зниженій напрузі 40(В), яке видає тиристорний перетворювач відповідно до виходу з СІФУ кута . Чим менше кут тим

більша напруга тиристорного перетворювача, двигун виходить на

природну характеристику. Для зупинки двигуна використовуємо режим динамічного гальмування, який здійснюється відключенням якірної обмотки від мережі і замиканням її на динамічний опір . Щоб здійснити реверс двигуна СІФУ перемикає групи тиристорів і по цьому міняється полярність напруги. Регулятор струму і регулятор швидкості забезпечують регулювання частоти обертання. Параметри регулятора струму і регулятора швидкості розраховані по «технічному оптимуму» перехідних процесів.

2. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

Початкові данні:

розрахункова потужність

;

розрахункова частота обертання

;

схема тиристорного перетворювача (ТП): трифазна нульова ;

настроєння перехідного процесу ,’’ технічний оптимум’’: 4,3% ;

відношення моментів інерції механізму та двигуна:

= 0,62 ;

коефіцієнт підсилення ТП:

;

постійна часу ТП:

;

2.1 Вибір двигуна і розрахунок його механічних характеристик

Двигун вибираю по умові:

По довіднику[6] вибираю двигун типу 2ПБ132МГУХЛ4: друга серія машин постійного струму; закритого виконання з природним охолоджуванням; із заввишки осі обертання 132мм.; з якорем великої довжини; з вбудованим тахогенератором для використання в помірному кліматі.

Номінальні параметри двигуна: потужність

;

частота обертання

;

напруга

;

КПД %

;

опір якірного ланцюга

;

опір обмотки збудження

;