Магистерский диплом на тему Варианты модернизации привода главного движения станка 16А20Ф3

Содержание:

Введение 4
1. Аналитическая часть 5
1.1 Анализ конструкции современных токарных станков с ЧПУ 5
1.1.1 Основные технические характеристики станков с ЧПУ 5
1.1.2 Основные требования к конструкции станков с ЧПУ 6
1.1.3 Основные виды обработки заготовок и принципы построения металлорежущих станков с ЧПУ 9
1.1.4 Тенденции построения токарных станков с ЧПУ 12
1.1.5 Особенности устройства приводов станков с ЧПУ. Приводы главного движения 18
1.2 Описание станка 16А20Ф3 28
1.3 Анализ недостатков и обоснование необходимости модернизации существующего привода главного движения станка 16А20Ф3 37
1.4 Литературный и патентный поиск по теме исследования 38
1.5 Выводы 42
2. Анализ вариантов модернизации привода главного движения станка 16А20Ф3 43
2.1 Анализ варианта модернизации за счет установки электрошпинделя зарубежного производства 43
2.2 Анализ варианта модернизации за счет установки сервомотора зарубежного производства 47
2.3 Анализ варианта модернизации за счет установки асинхронного двигателя отечественного производства с преобразователем частоты 51
2.3.1 Описание установленного электродвигателя 51
2.3.2 Описание предлагаемого к установке асинхронного двигателя отечественного производства с преобразователем частоты 57
2.4 Выбор и обоснование рационального варианта модернизации привода главного движения станка 16А20Ф3 57
2.5 Выводы 58
3. Проработка выбранного варианта модернизации привода главного движения станка 16А20Ф3 59
3.1 Описание выбранного варианта модернизации привода главного движения станка 16А20Ф3 59
3.2 Кинематический расчёт модернизированного привода главного движения станка 16А20Ф3 67
3.2.1 Расчет мощности двигателя 67
3.2.2 Расчет параметров Т-образной схемы замещения АД КЗР 69
3.2.3 Расчет и построение естественной механической характеристики АД КЗР 71
3.2.4 Расчет искусственных механических характеристик АД КЗР при разных частотах 73
3.3 Расчёты шпинделя станка 16А20Ф3 в программе Design 3.0 76
3.4 Выводы 84
Заключение 85
Список использованных источников 86

Введение:

Использование асинхронного привода в станках с ЧПУ связано с его важнейшими преимуществами, основными из которых являются:
— низкая стоимость;
— простота технического обслуживания и эксплуатации;
— широкий диапазон регулирования производительности при сохранении достаточно высокого значения КПД.
Одна из особенностей асинхронной электрической машины — отсутствие явно выраженных магнито- и моментообразующих токов (как, например, у двигателя постоянного тока), обе эти функции выполняет ток статора. Суще-ствует несколько законов управления асинхронным электродвигателем пере-менного тока, которые можно классифицировать следующим образом.
Наиболее перспективным методом управления режимами работы приво-дов главного движения токарных станков с ЧПУ является использование ча-стотно-регулируемого электропривода (ЧРП), который обеспечивает повыше-ние гибкости управления потребляемой мощностью и производительностью станка.

Заключение:

В результате выполнения работы ее цель – анализ вариантов и выбор ва-рианта модернизации привода главного движения станка 16А20Ф3 выполнена.
При этом были решены задачи.
1. Анализ конструкции современных токарных станков с ЧПУ.
2. Описание станка 16А20Ф3.
3. Анализ недостатков и обоснование необходимости модернизации су-ществующего привода главного движения станка 16А20Ф3.
4. Литературный и патентный поиск по теме исследования.
5. Анализ и выбор варианта модернизации привода главного движения станка 16А20Ф3.
6. Проработка выбранного варианта модернизации привода главного движения станка 16А20Ф3.
7. Технико-экономическое обоснование

Фрагмент текста работы:

1. Аналитическая часть

1.1 Анализ конструкции современных токарных станков с ЧПУ

1.1.1 Основные технические характеристики станков с ЧПУ

Основными техническими характеристиками являются следующие [1]:
1. Класс точности (отечественное оборудование). Обозначается следую-щими буквами: П-повышенной точности; В-высокой точности; А-особо высо-кой точности, С-особо точные (прецизионные). По каждому классу точности и группе станков нормируется допустимая величина погрешности.
2. Вид устройства ЧПУ (УЧПУ) обозначается индексами (отечественное оборудование), входящими в наименование модели станка: Ф1 — станки с циф-ровой индикацией (в том числе с предварительным набором координат); Ф2 — станки с позиционными и прямоугольными системами управления; Ф3 — станки с контурными прямолинейными и криволинейными системами управления; Ф4 — станки с универсальной системой управления для позиционноконтурной об-работки; Ц — станки с цикловым программным управлением.
3. Основные параметры станка: наибольший диаметр обрабатываемого изделия (для токарных станков); наибольший диаметр сверления, (для свер-лильных станков); диаметр расточного шпинделя (для расточных станков); размеры стола (для фрезерных станков) и т. д.
4. Наличие инструментального магазина.
5. Наличие устройства автоматической загрузки заготовок.
6. Габаритные размеры станка и его масса.
7.Число управляемых координат и число одновременно управляемых ко-ординат (число одновременно управляемых координат определяет траекторию движения инструмента относительно заготовки).
При сложной обработке на токарных станках используют УЧПУ с непре-рывным (контурным) управлением одновременно по нескольким координатам. Существуют УЧПУ с управлением одновременно по трем, четырем и пяти ко-ординатам. Последние используются в станках со сложной траекторией ин-струмента. В токарных станках обычно применяются УЧПУ с одновременным управлением по двум координатам, а в токарно-револьверных и токарно-карусельных — по трем координатам.

1.1.2 Основные требования к конструкции станков с ЧПУ

Для точной обработки заготовки деталей на станках с ЧПУ необходима высокая точность изготовления всех его деталей, узлов и станка в целом. Точ-ность станка определяется точностью изготовления его деталей и узлов (осо-бенно направляющих корпусных деталей, несущих инструмент и заготовку), точностью изготовления приводов механизмов, качеством сборки станка, жест-костью его элементов, зазорами в сопрягаемых деталях, условиями трения в направляющих при перемещении рабочих органов и др. Жесткость шпинделя и других ответственных узлов станка должна превосходить жесткость анало-гичных узлов, предназначенных для традиционных станков [1].
При трогании с места исполнительный орган начинает движение не одно-временно с действием управляющего сигнала, а только после того, как будут выбраны зазоры в передачах, произойдет некоторая упругая деформация эле-ментов, а усилие, воздействующее на управляемый орган, превзойдет сопро-тивление сил трения и сил резания. Действие указанных факторов особенно важно учитывать при конструировании ходовых винтов — важнейших звеньев передачи к исполнительным органам команду на перемещение. Именно поэто-му в станках с ЧПУ используют шарико-винтовые пары, отличающиеся высо-кими точностью, износостойкостью и жесткостью благодаря применению гаек с предварительным натягом и большему диаметру ходового винта. Последний жестко крепится в осевом направлении, для чего используют упорные подшип-ники с предварительным натягом.
В станках с ЧПУ, по сравнению с традиционными станками, кинематиче-ские цепи, передающие движение от двигателя к исполнительному механизму, значительно короче благодаря применению автономных приводов для всех рабочих движений. Эти конструктивные особенности позволяют значительно увеличить статическую и динамическую жесткость привода.
Точность перемещения рабочих органов также зависит от точности сра-батывания по времени механизмов останова: электромагнитных муфт, электро-двигателей, тормозных устройств.
Для уменьшения времени торможения и пуска конструкторы стремятся уменьшить маховые массы вращающихся деталей и электромеханическую по-стоянную времени привода.
Дискретность (цена импульса) — это перемещение механизма, соответ-ствующее одному импульсу управляющей программы. Дискретность переме-щения определяет значение ошибки, обусловленной представлением траекто-рии движения в цифровой форме. Чтобы снизить эту погрешность, целесооб-разно уменьшить дискретность. Однако это приводит к увеличению управля-ющей частоты для обеспечения требуемой скорости перемещения. При возрас-тании частоты усложняются УЧПУ, привод подач и измерительные преобразо-ватели обратной связи. Кроме того, снижение дискретности не везде является оправданным, так как система станок — деталь может вносить существенно большие погрешности. В токарных станках повышенной точности дискрет-ность не должна превышать 1 мкм.
В машиностроении необходимо изготавливать большое количество раз-личных деталей, на базе которых создаются механизмы и машины. При этом детали изготавливаются в разном количестве (массовое, крупносерийное, сред-несерийное и мелкосерийное производство), из различных материалов (сталь, чугун, различные цветные сплавы), могут иметь простую или сложную форму, изготавливаются с различной точностью размеров и шероховатостью обраба-тываемых поверхностей.
При изготовлении деталей в массовом и крупносерийном производстве должен обеспечиваться выпуск большого количества одинаковых деталей (сот-ни тысяч и даже миллионы штук). Это, например, шарикоподшипники, болты, винты, шайбы и другие детали. При их изготовлении применяют высокопроиз-водительные полуавтоматы, автоматы, автоматические линии, цеха-автоматы и даже заводы-автоматы, которые без переналадки должны в течение длительно-го срока изготавливать одинаковые детали с высокой производительностью. Однако таких деталей в машиностроении относительно немного (20- 25%). Большая же часть деталей изготавливается в среднесерийном и мелкосерийном производстве в небольших количествах (несколько сотен или даже несколько десятков штук). При этом разновидность этих деталей (размеры, форма, мате-риал, точность обработки) очень большая. Поэтому металлорежущие станки, на которых изготавливаются данные детали, должны быть широкоуниверсаль-ными и иметь высокую мобильность (быструю переналаживаемость на изго-товление других деталей). Долгое время (до появления станков с ЧПУ) автома-тизация управления таких станков была затруднена. Во многих случаях при-ходилось жертвовать производительностью этих станков с целью получения большей мобильности.