金屬切削机床的变频调速.docVIP

金属切削机床的变频调速 摘要：本文以普通车床作为典型例子，论述了金属切削机床在采用变频调速方案时，通过适当选择传动比，可使系统容量减为最小。介绍了作为机床无级调速典型例子的龙门刨床在采用变频调速方案时的具体考虑。 关键词：车床 计算转速 主运动 进给运动 传动比 龙门刨床 刨台 往复运动周期 双稳态接近开关 接近块 1 机床拖动系统的主要特点 1.1 概述 金属切削机床的种类很多，主要有：车床、铣床、磨床、钻床、刨床、镗床等。 金属切削机床的基本运动是切削运动，即工件与刀具之间的相对运动。切削运动由主运动和进给运动组成。 在切削运动中，承受主要切削功率的运动称为主运动。在车床、磨床和刨床等机床中，主运动是工件的运动；而在铣床、镗床和钻床等机床中，主运动则是刀具的运动。 金属切削机床的主运动都要求调速，并且调速的范围往往较大。例如，CA6140型普通车床的调速范围为120：1，X62 W型铣床的调速范围为50：1等。 但金属切削机床主运动的调速，一般都在停机的情况下进行，在切削过程中是不进行调速的。这在进行变频调速时，为采用多档传动比方案的可行性提供了基础。 1.2 主运动的负载性质 通用机床的低速段，允许的最大进刀量都是相同的，负载转矩也相同，属于恒转矩区；而在高速段，则由于受床身机械强度和振动以及刀量强度等的影响，速度越高，允许的最大进刀量越小，负载转矩也越小，但切削功率保持相同，属于恒功率区。恒转矩区和恒功率区的分界转速，称为计算转速，用nD表示。关于计算转速大小的规定大致如下： 在老系列产品中，一般规定：从最低速起，以全部级数的三分之一的最高速作为计算转速。 例如，CA6140型普通车床主轴的转速共分24级：n1、n2、n3、……n24，则第八档转速（n8）为计算转速。 但随着刀具强度和切削技术的提高，计算转速已经大为提高，通常的规定是：以最高转速的（1/4～1/2）作为计算转速：nD≈nmax/（2～4） （1） 2 普通车床的实例与基本数据 2.1 普通车床的大致构造与拖动系统 2.1.1 大致构造 如图2所示，主要部件有： （1）头架 用于固定工件。内藏齿轮箱，是主要的传动机构之一。 （2）尾架 用于顶住工件，是固定工件用的辅助部件。 （3）刀架 用于固定车刀。 （4）床身 用于安置所有部件。 2.1.2 拖动系统 普通车床的运动系统主要包括以下两种运动： （1）主运动 工件的旋转运动为普通车床的主运动，带动工件旋转的拖动系统为主拖动系统。 （2）进给运动 主要是刀架的移动。由于在车削螺纹时，刀架的移动速度必须和工件的旋转速度严格配合，故中小型车床的进给运动通常由主电动机进给传动链而拖动的，并无独立的进给拖动系统。 2.1.3 主运动系统阻转矩的形成 主运动系统的阻转矩就是工件在切削过程中形成的阻转矩。理论上说，切削功率用于切削的剥落和变形。故切削力正比于被切削的材料性质和截面积，切削面积由切削深度和走刀量决定。而切削转矩则取决于切削力和工件回转半径的乘积，其大小与下列因素有关： 切削深度； 进刀量； 工件的材质与直径，等。 2.2 实例及基本数据 某厂的意大利产SAG型精密车床，由于调速用电磁离合器损坏率较高，国内无配件，进口件又十分昂贵，故改用变频调速。具体情况如下： 2.2.1 原拖动系统概况 （1）转速档次 负载侧有八档转速：75、120、200、300、500、800、1200、2000r/min。 （2）电动机的主要额定数据 1）额定容量 2.2KW； 2）额定转速 1440r/min； 3）过载能力 2.5。 （3）控制方式 由手柄的八个位置来控制四个电磁离合器的分与合，得到齿轮的八种组合，从而得到八档转速。 2.2.2 主要计算数据 （1）调速范围 由公式： аL＝nLmax/nLmin＝2000/75＝26.67 （2）负载转矩 1）计算转速 由（9-1）式，并根据机械工程师提供的数据，有： аD＝2000/4＝500r/min 2）在各档转速下的负载转矩如表10-1所示（考虑到设计者在选择电动机时通常都留有余量，故负载功率按PL=2KW计）。 3）电动机额定转矩 nMN＝9550*2.2/1440＝14.6N·m 表1 各档转速下的负载转矩 档次 1 2 3 4 5 6 7 8 转速（r/min） 75 120 200 300 500 800 1200 2000 转矩（N·m） 38.2 38.2 38.2 38.2 38.2 23.9 15.9 9.55 2.2.3 用户要求 1）尽可能不更换电动机； 2）在高速区，过载能力不低于1.8； 3）转速档次及控制方式不变，即仍由手柄的