回转台的电气传动系统设计毕业设计论文Word下载.docx
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注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
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3)中文摘要(300字左右)、关键词
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2.论文字数要求:
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3.附件包括:
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4.文字、图表要求:
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5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性;
技术线路的可行性;
设计方案的合理性
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
建议成绩:
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
二、论文(设计)水平
评阅教师:
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩:
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
教学系意见:
系主任:
摘要
电气传动系统又名电力拖动系统,所谓电力拖动就是以电动机作为原动力的机械系统的总称[1,2]。
电气传动系统的目的就是通过对电动机的合理的控制,以实现对生产机械的启动、停止、速度、位置调节等各种生产工艺的要求。
随着生产技术的进步及社会对节能、优化、环保等要求的日益严格,电气传动系统在社会的各个方面的使用越来越广泛,所以如何优化的设计电气传动系统已达到节能、优化、环保等要求,并实现更低廉的成本,更好的性能就具有特别重要的意义。
随着计算机技术及新型的电力电子元器件的飞速发展,以电力电子器件、和控制技术等为基础的变频调速技术有了突破性的进展,生产出来满足变频调速要求的变频器,高性能的交流电动机的变频调速系统得到了广泛的应用[3]。
回转台作为各种数控铣床和加工中心的理想的配套附件,它水平安装在主机上面,工作时利用主机的控制系统或者专门配套的控制系统,完成与主机相协调的各种加工回转工作,在机械制造行业中是不可缺少的辅助装置。
本论文主要设计回转台的电气传动系统,主要对电机的选择、变频器的选择,交流变频技术,转矩的特性及计算等方面进行设计。
关键字:
电机;
变频器;
交流变频技术;
回转台
Abstract
Electrictransmissionsystem,alsoknownaselectricdrivesystem,theso-calledelectricdriveisanelectricmotorasthedrivingforceofthemechanicalsystemingeneral.Electrictransmissionsystempurposeisthereasonablecontrolofthemotortoachievestartofproductionmachinery,stop,speed,positionadjustmentandotherproductionrequirements.Withadvancesintechnologyandtheproductionofenergy-savingsociety,optimization,increasinglystringentenvironmentalrequirements,electricaltransmissionsystemforuseinallaspectsofsocietymorewidely,sohowtooptimizethedesignofenergy-efficientelectricdrivesystemhasbeenreached,optimization,environmentalprotectionetc.,andtoachievelowercostandbetterperformanceisofparticularimportance.
Withtherapiddevelopmentofcomputertechnologyandnewelectroniccomponentsforpowerelectronics,andcontroltechnologybasedonfrequencycontroltechnologyhasmadebreakthroughprogress,andproducedtomeettherequirementsofthedriveinverter,highperformanceACmotorfrequencycontrolsystemhasbeenwidelyused.TurntableasanidealmatchingaccessoriesvarietyofCNCmillingmachinesandmachiningcenters,whichhosttoplevelinstallation,operationoruseofthehostcontrolsystemspecificallysupportingthecontrolsystem,completewithahostofvariousprocessingrotarycoordinateworkinthemachinerymanufacturingindustryisindispensableauxiliarydevices.Thepapermainturretelectricdrivesystemdesign,themainmotorofchoice,selectaspectoftheinverter,ACvariablefrequencytechnology,torquecharacteristicsandcalculationsimpletodesign.
Keywords:
motor;
inverter;
ACdrivetechnology;
rotarytable
1绪论
1.1本课题研究的目的及意义
在经济危机阴霾逐渐消散、国际经济缓慢回暖的背景下,中国经济健康、快速的发展模式,正在吸引越来越多的目光。
高效率、高精度、高可靠性、高寿命仍然是开发追求的主题,作为机床附件的回转工作台也不例外。
回转工作台分为分度工作台和数控回转台。
分度工作台也只能完成分度运动,没有进给功能。
可以与工作台作为一个整体使用,也可以单独使用。
常见的有定位销式和鼠齿盘式;
数控回转工作台是各类数控铣床和加工中心的理想配套附件。
回转工作台设计过程不仅包括机械传动机构,而且也涉及机电控制系统,这两部分的设计内容随着市场和客户的需求,不断地更新和完善,因此,回转工作台的设计与研究方向直接影响转台生产企业的效益与兴亡。
中国回转工作台产业的发展出现的问题中,有很多情况不容乐观,如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型的产品;
技术密集型产品明显落后于发达工业国家;
生产要素决定性作用正在削弱;
产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大;
企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。
从什么角度分析中国数控分度回转工作台产业的发展状况?
以什么方式评价中国数控分度回转工作台产业的发展程度?
中国数控分度回转工作台产业的发展定位和前景是什么?
中国数控分度回转工作台产业发展与当前经济热点问题关联度如何……诸如此类,都是数控分度回转工作台产业发展必须面对和解决的问题——中国数控分度回转工作台产业发展已到了岔口;
中国回转工作台的产业生产企业急需选择发展方向。
中国回转工作台产业发展研究报告阐述了世界回转工作台产业的发展历程,分析了中国回转工作台产业发展现状与差距,开创性地提出了“新型数控分度回转工作台产业”及替代品产业概念,在此基础上,从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型数控分度回转工作台产业”及替代产品的内涵。
根据“新型数控分度回转工作台产业”及替代品的评价体系和量化指标体系,从全新的角度对中国数控分度回转工作台产业发展进行了推演和精准预测,在此基础上,对中国的行政区划和四大都市圈的回转工作台产业发展进行了全面的研究。
1.2发展前景
60年代以来,跨国公司推动的产业全球化发展使得国际分工和国际贸易格局发生了改变,加工贸易成为全球化产业发展的本质要求。
在全球化背景下,对于发展中国家而言,产业升级成为在全球化产业链条中由劳动密集环节向资本和技术密集环节逐步提升的过程。
由跨国公司推动的加工贸易的发展,为发展中国家切入全球高新技术产业链条,实现产业升级提供了便捷路径。
其中分度回转工作台的运用得到了广泛推广,各种新型工作台不断被引进,同时我国也自主研制和开发了一批适用、高效性的回转工作台。
本次设计的意义是设计出一套结构简单、实用性强、精度系数比较高的自动分度回转工作台,并能满足生产和加工的需要。
回转工作台作为数控机床中的一个非常重要的部分,研究其设计、制造过程等是非常有实际的工程应用价值。
回转工作台的应用非常多,而数控工作台像自动分度回转工作台的研究必然有着其实际的意义。
1.3回转台的电气传动系统研究概况
长久以来,我国的电气传动技术特别是交流变频调速技术与国外发达国家存在着比较大的差距,但自改革开发以来,这一技术得到了迅速的发展,并以非常快的速度赶了上来。
我国在变频调速技术上目前虽说尚处于初级阶段,但其发展速度逐年增长较快,国家已将此项技术列为“八五”重点攻关和推广项目。
这将加快交流变频调速在我国的普及与应用[4]。
目前国内变频调速技术产业的状况如下:
(1)变频器的控制策略的基础研究与国外差距不大;
(2)变频器的整体技术落后,国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力、但由于力量分散,并没有形成一定的技术和生产规模;
(3)变频器产品所用的半导体功率器件的制造业几乎是空白;
(4)相关配套产业及行业落后;
(5)产销量少,可靠性及工艺水平不高;
交流变频调速技术在工业发达国家已得到广泛的应用。
在美国有60%-65%的发电量用于电机驱动,由于有效地利用了变频调速技术,仅工业电气传动用电就节约了15%-20%的电量。
国外在高性能大容量交流电机传动技术的研究和应用上远远走在了我们前面,已有更高级别的高压逆变器产品大量投入市场,并应用于电力机车、船舰电力推进、轧钢、造纸及供水等系统中,交流电机变频调速技术及其产品已成为一些工业发达国家的先导产业。
目前,国外先进的工业国家生产直流传动的装置基本呈下降趋势,而交流变频调速装置的生产大幅度上升。
以日本为例,1975年在调速领域,直流占80%,交流占20%;
1985年交流占80%,直流占20%。
到目前为止,日本除了个别的地方还继续采用直流电机驱动外,几乎所有的调速系统都采用交流变频装置。
发达国家依靠他们强大的科技实力把变频技术推向小型化、高可靠性、抗公害、多功能、高性能等方向发展。
2回转台电气传动系统设计要求
2.1回转工作台的简介
带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的机床附件或者加工中心的附件,简称转台或第四轴。
回转台按照功能的不同可分为通用转台和精密转台两大类。
图2.1常见的回转台
2.1.1通用转台
通用转台是镗床、钻床、铣床和插床等重要加工附件,用于加工有分度要求的孔、槽和斜面等,加工时转动工作台,则可以加工圆弧面和圆弧槽等。
通用转台按结构不同又可分为水平转台、立卧转台和万能转台。
(1)水平转台:
在圆台面上有工件定位用的中心孔和夹紧用的T型槽。
台面外圆周上刻有360°
的等分刻线。
台面与底座之间设有蜗杆-蜗轮副(见蜗杆传动),速比为90:
1或120:
1,用以传动和分度,蜗杆从底座伸出的一端装有细分刻度盘和手轮。
转动手轮即可驱动台面,并由台面外圆周上的刻度(以度为单位)与细分刻度盘读出旋转角度。
分度精度一般为±
60″。
水平转台的蜗杆伸出端也可用联轴器与机床传动装置联接,以实现动力驱动。
(2)立卧转台:
底座有两个相互垂直的安装基面,使台面既可水平也可垂直放置。
(3)万能转台:
台面可以在0°
~90°
范围内倾斜任意角度,使工件在空间的任何角度都能准确调整。
2.1.2精密转台
图2.2精密转台
(1)光学转台:
主轴上装有玻璃或金属精密刻度盘,经光学系统将刻度细分、放大,通过目镜或光屏读出角度值。
(2)数显转台:
转台主轴上装有精密圆光栅或圆感应同步器,由数字显示装置读出角度值。
上述两种精密转台的分度精度最高可达±
1″。
(3)超精密端面齿盘转台:
利用一对经过精密对研的1440齿、720齿或360齿的端面齿盘分度定位,其分度精度最高可达±
0.01″,作精密角度计量用。
2.1.3工作台交换系统
有的加工中心为了实现进一步的无人化运行或进一步缩短非切削时间,采用多个自动交换工作台方式储备工件。
一个工件安装在工作台上加工的同时,另外一个或几个可交换的工作台面上还可以装卸别的工件。
当完成一个托盘上工件的加工后,便自动交换托盘,进行新零件的加工,这样可以减少辅助时间,提高加工效率。
2.1.4回转台的结构
图2.3回转台结构图
2.1.5回转台的工作描述
回转台主要由工作台和电气传动系统两部分组成,工作台上面是被加工对象,电气传动系统是动力源,负责工作台的启动、停止、正转、反转等加工动作。
回转台在回转工作中,对传动系统的控制非常重要,因为回转台按功能分为通用转台和精密转台,但是无论通用转台还是精密转台它们的工作都是对工件进行加工,加工的目的就是得到我们想要的工件,都是极其精细的工作,所以传动系统控制工作台的转动包括控制工作台的速度,控制工作台的加速度等使其精准的运动到工件的相应的位置是非常重要的工作。
2.1.6回转工作台的技术参数
序号
主要规格
技术参数
1
工作台面尺寸
2000mm*2500mm/2000mm*3000mm/2500mm*3000mm
2
工作台总高度
1050mm/1110mm/1110mm
3
工作台最大负荷重量
20000kg
4
工作台直线移动行程
1500mm/2000mm/3000mm
5
工作台直线移动进给范围
4级10-432mm
6
工作台直线快速移动速度
2000mm/min
7
工作台回转调速范围
4级0.0032-1.362mm/min
8
工作台快速回转速度
0.63r/min
9
转速
1400r/min
10
油泵电功率
+-“允差12”
11
总重量
13500kg
表1.1回转工作台的技术参数
2.2电气传动系统设计要求
对于回转台的电气传动系统而言,更好的设计回转台还不如更用心的设计它的电气传动系统。
因为回转台的运动,无论是启动、停止、正转、反转、加速运动还是减速运动都是依靠电气传动系统,而更好的设计电气传动系统我们就得在电动机的选择下功夫,电动机的选择对我们的设计起着至关重要的作用。
而对于现代的电气传动系统来说调速系统的设计是核心问题,随着生产技术的进步以及社会对节能、优化、环保等要求的日益严格,电气传动系统在社会的各个方面的使用已经越来越广泛,所以如何优化的设计电气传动系统并且达到节能、优化、环保等要求,并实现更低廉的成本和更好的性能就具有特别重要的意义,在这样的要求的情况下,调速系统的设计更显得尤为重要。
减速器在回转台的电气传动系统扮演着非常重要的角色,它对机械制动的停车精度控制得更好,更加精确。
虽然变频器在调速系统中的应用已经越来越普遍,但是变频器还不能完全取代减速器。
3回转台电气传动系统设计
3.1回转台选择的规格
本设计关于回转台的规格如下:
图3.1选择的回转台
工作台直径Dtable3m
工作台质量mtable2,000kg
工件的质量mload350kg
工件的距离L2m(从表的中心)
辅助传动装置比itra5.3(包括所有传动变速器输出速度和进给速度
之间的比率)
旋转角a90
时间旋转角6s
加速a0.6m/s2(maximum)
变化幅度1:
开关频率每分钟一个运动
日常操作时间18h
效率µ
0.9
表3.1回转台选择的规格
3.2回转台电气传动系统
3.2.1工作台转动计算
通过本设计的回转台的规格我们可以计算出选择电机的数据如下:
转台周围的圆周距,90。
旋转角相当于台面周长的1/4:
(3.1)
基于台面中心台面的转动惯量:
(3.2)
基于台面中心工件的转动惯量:
(3.3)
在这里,
是工件转动惯量;
是平行轴分量(工作台的中心作为旋转中心);
在这个例子中,我们假设工作台上的工件的转动惯性应该被忽略更有利;
(3.4)
转台圆周速度:
(3.5)
工作台的速度:
这并不需要加速和减速过程的考虑
运转1/4台面需要6s:
(3.6)
所需的齿轮比:
我们假设一个四级电机正在使用
(3.7)
静态摩擦力矩:
(3.8)
在这个例子中,没有产生径向力
由此产生的轴向力:
(3.9)
倾斜力矩结果如果转台上的负载不对称,如示例:
(3.10)
加速度时间的计算:
(3.11)
动态
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