Произвести расчет электропривода многооперационного станка с ЧПУ. В программе Vissim создать модель работы данного станка на данной операции.

1 Задание

Произвести расчет электропривода многооперационного станка с ЧПУ. В программе Vissim создать модель работы данного станка на данной операции.

Исходные данные и параметры станка приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные и параметры станка

Параметр	Значение
Модель станка Направление подачи Вид обработки Материал детали	6904ВМФ2 Поперечная Фрезерование канавки Сталь
Размеры рабочей поверхности стола, мм Наибольшая масса обрабатываемого изделия, кг Наибольшее перемещение стола: поперечное, мм шпинделя, мм Расстояние от оси шпинделя до рабочей поверхности стола, мм Расстояние от торца шпинделя до центра стола или до рабочей поверхности, мм Частота вращения шпинделя, об/мин Рабочие подачи, мм/мин Наибольшая сила подачи стола, кН Скорость быстрого перемещения, мм/мин Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт Масса, кг	500´400 65…555 230…730 32…2000 2,5…2500 7,5 4,5

Карта обработки.

Рисунок 1.1 – Карта обработки заготовки

2 Расчёт режимов резания при фрезеровании

Глубина резания при черновом фрезеровании и отсутствии ограничений по мощности оборудования, жёсткости системы СПИД, принимается равной припуску на обработку. Примем t=3,5 мм.

Подача при черновом фрезеровании принимается максимально допустимой по мощности оборудования, жёсткости системы СПИД, прочности режущей пластины и прочности державки. Подачу при черновом фрезеровании выбираем по таблице 33, [1], s_z= 0,083 мм/об.

Скорость резания V, м/мин, при фрезеровании рассчитывается по формуле

,

где С_v, x, y, m, q, u, p – коэффициент и показатели степени по таблице 39, [1], соответственно равные 44; 0,3; 0,2; 0,33; 0,45; 0,1; 0,1.

Т – среднее значение стойкости при одноинструментальной обработке, равное 240 мин;

К_v – общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания, определяется по формуле

,

где К_Мv – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала по таблицам 1-4, [1] равный 1;

К_Пv – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки по таблице 5, [1] равный 0,8;

К_Иv – коэффициент, учитывающий материал инструмента по таблице 6, [1] равный 1.

Частота вращения фрезы

,

(об/мин).

,

Сила резания.

Главная составляющая силы резания при фрезеровании – окружная сила P_z, Н

, (кН),

где ,x, y, u, q, w – коэффициент и показатели степени по таблице 41, [1], соответственно равные =47 (для стали); 0,86; 0,72; 0,1; 0,86; 0;

К_Мр – поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала, для чугуна по таблице 9, [1] равный 0,3.

Горизонтальная составляющая силы резания P_h, определяется по формуле

Мощность резания, кВт, рассчитывается по формуле

,

Рисунок 1.2 – Графики зависимости скорости и силы от времени.

Рассчитаем времена и перемещения для данной циклограммы.

Принимаем перемещение для разгона равным 2 мм, тогда время разгона до скорости быстрого хода V_бх определяется по формуле

3 Расчет времени обработки:

Ускорение определяется по формуле

,

Время, за которое происходит разгон с нуля до рабочей скорости, находим по формуле

,

Перемещение, которое совершит стол за время t_рраб, равно

,

Перемещение на рабочей скорости до врезания

S_праб = 4-0,008 = 3,992 (мм)

Время, которое требуется на подвод фрезы на рабочей скорости к заготовке, находим по формуле

,

Длина обработки принимается 340 мм.

Время, затрачиваемое на обработку заготовки на рабочей скорости

,

4 Расчет сил

Определим силы, действующие на систему. – динамическая сила, равная

,

где а – ускорение, м/с².

Сила трения без учёта силы резания

,

где – коэффициент трения-скольжения, равный 0,03;

m_ст – масса стола, равная 10% от массы станка;

m_дет – масса детали;

g – коэффициент свободного падения, равный 9,8 м/с².

Сила трения с учётом силы резания Р_z

,

Вычислим суммарную силу. Суммарная сила на участках времени представлена в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Значения суммарной силы

Участок	FS i, Н	Dti, с
	-3288,22 -475,22 2337,78 3288,22 475,22 2429,2 3625,7 1196,48 475,22 -2337,78	0,048 3,732 0,048 0,00098 2,35 5,862 0,00098
	-3288,22	0,048
	-475,22	3,732
	2337,78	0,048
Сумма:	215,87

Итак, время работы равно 215,87 с, межоперационное время принято равным 60 с, тогда время цикла t_ц равно их сумме 275,87 с. Среднеквадратичная сила F_ск определяется по формуле

,

5 Выбор двигателя

Выберем передачу винт-гайка по динамической грузоподъемности, то есть для 2,813 кН. Параметры передачи приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Параметры передачи

Параметр	Значение
Номинальный диаметр d0, мм Осевая жесткость, Н/мкм не более Шаг резьбы t, мм	5 или 12

Длина винта l_винта принимается равной 1,5 длины максимального перемещения, то есть l_винта =1,5×500 мм = 750 мм.

Масса винта равна

,

(кг),

где r_ст – плотность стали, равная 7,8×10³ кг/м³.

Момент инерции винта

,

(кг×м²).

Произведём расчет для t=5 мм и для t=12 мм

следовательно

об/мин

об/мин

Передаточное отношение определяется по формуле

Номинальный момент выбирается по номинальной силе, удовлетворяющей условиям:

F_н F_ск;

F^мин_max 2· F_н F_maxтз;

F^c_max 4· F_н F_дин.

Исходя из этих условий принимаем номинальную силу 3750 Н.

Следовательно, номинальный момент для двух шагов винта соответственно равен

H×м

H×м

По номинальному моменту и частоте выберем два двигателя:

Выберем двигатели 2ДВУ115S и ДВУ165S по таблице 3.9, [2].

Номинальный момент для 2ДВУ115S равен 3,5 Н·м, соответственно номинальная сила равна

.

Номинальный момент для ДВУ165S равен 7 Н·м, соответственно номинальная сила равна

.

Построим зависимость частоты вращения от силы для выбора двигателя

Найдем приведенную массу для каждого типа двигателя по формуле

для первого двигателя,

для второго двигателя.

Исходя из всех условий выбираем двигатель 2ДВУ115S, параметры которого представлены в таблице 4.2

Таблица 4.2 – Параметры двигателя 2ДВУ115S

Параметр	Значение
Номинальный момент, H×м Номинальный ток, А Максимальная частота вращения nмах, об/мин Момент инерции двигателя Jдв, кг×м^2	3,5 2,8 4,2×10^-4

6 Моделирование электропривода в программе «Vissim».

Структурная схема электропривода с отрицательной обратной связью по скорости в относительных единицах приведена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – Структурная схема электропривода с отрицательной обратной связью по скорости в относительных единицах

6.1 Выбор базовых величин.

Базовый ток

I_б = I_кз = ,

где U_ном = 110В,

R_я = ,

кФ_н = = 3,9 (Вб),

тогда R_я = 1,2 (Ом),

I_кз = 91,6 (А)

Базовый момент

М_б = I_б· кФ_н = 357,24 (Н·м),

базовая сила

F_б = M_б· i = 140288,2 (Н),

базовая скорость

V_б = .

Базовое перемещение

S_б = V_б· 1(c) = 72 (мм).

Найдем постоянные времени для регулятора тока, двигателя и преобразователя по формулам:

двигатель

Т_м = .

Т_я = 0,1·Т_м = 6·10^-5 (с)

преобразователь

τ = 2/f_шим,

где f_шим = 5 кГц,

тогда τ = 4·10^-4 (с)

Т_ф = 3·τ = 1,2·10^-3 (с).

Регулятор тока

Т₃ = Т_я, Т₄ = 2..4(τ+Т_ф) = 48·10^-4 (с).

6.2 Настройка контуров.

Сначала настраиваем контур регулирования тока. Изменяя параметры, принимаем Т₄ =0,003.

График из КРТ представлен на рисунке 5.1

Рисунок 6.2 – График зависимости Fdv от времени

Далее настраиваем КРС, изменяя к_рс и Т₂ оптимальные значения получаем при к_рс = 0,7 и Т₂ = 0,15.

График из КРС представлен на рисунке 6.3

Рисунок 6.3 – График зависимости Vdv от времени.

Затем настраиваем задатчик интенсивности.

Изменяя частоту, оптимальное значение принимаем 25.

Далее моделируем задание скорости и задание силы резания для постоянной подачи, а затем для переменной.

Список литературы

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил.

2. Кочергин А.И. Конструирование и расчёт металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов. – Мн.: Выш. шк., 1991. – 382 с.: ил.

3. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т. 2 / Под общ. ред. И. П. Копылова, Б. К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 688 с.: ил.

Дата добавления: 2015-08-28