Файл: Исходные данные Станок с чпу.docx

Исходные данные

Станок с ЧПУ	Шпиндельный узел				Инструмент
	Мощность привода, кВт	Число оборотов, об/мин	Расположение
Токарный	10	15000	Горизонтальное	Р. подрезной

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………...4


Введение

Сегодня требование машиностроительной отросли растет. Увеличиваются требования к точности, качеству и объему производства. Станки с ЧПУ решают эти потребности. Основной частью станков с ЧПУ является высокоскоростной шпиндель, который позволяет вести обработку на больших скоростях (60000 – 100000 об/мин). При этом они работают на не большой мощности при питании как от 220В, так и 380В. Такие шпинделя просты в установке на станок. Так как шпиндель собирается в обособленном цилиндрическом корпусе, то такая конструкция позволяет затрачивать как рксурсы, так и время на техническое обслуживание. Так же они более компактны относительно обычных шпиндельных узлов. В курсовом проекте требуется рассчитать и спроектировать высокоскоростной шпиндель для токарного станка с горизонтальным расположением шпинделя. Для осуществления этой задачи требуется поставить необходимые цели:

1. 
   Выбрать тип инструмента и рассчитать диапазон заготовок, которые будут обрабатывается станком.
   
2. 
   Выбрать подшипники и тип их установки в опоры шпинделя.
   
3. 
   Выбрать тип смазывания подшипников.
   
4. 
   Рассчитать жесткость шпинделя.
   
5. 
   Выполнить компоновку высокоскоростного шпинделя.
   

1. 
   Кинематическая схема
   

Рис. 1. Кинематическая схема токарного станка с ЧПУ.

Особенности конструкции -высокопрочная станина, выполненная литьем из чугуна марки СЧ20 с термообработанными шлифованными направляющими, обеспечивают длительный срок службы и повышенную точность обработки. Станина станка имеет коробчатую форму с по­

---

перечными ребрами П-образного профиля, закален­ные шлифованные направляющие. На станине устанавливаются шпиндельная бабка, каретка, при­вод продольной подачи и задняя бабка. Для базирования ка­ретки на станине передняя направляющая имеет форму неравнобокой призмы, задняя направляю­щая— плоская. Задняя бабка базируется на стани­не по малой задней призматической направляющей и по плоскости — на передней направляющей.

Привод главного движения, включающий главный двигатель 10 кВт и шпиндельную бабку обеспечивает наибольший крутящий момент до 800 Нм.

Привод продольного перемещения. Привод продольного перемещения включает шариковую передачу винт—гайка каче­ния, опоры винта, приводной электродвигатель по­стоянного тока с редуктором или асинхронный двигатель с частот­ным регулированием и редуктором, а также датчик обратной связи, который соединен с винтом через муфту. Выбор зазора в зубчатом зацеплении редуктора производится перемещением переходной плиты с электродвигателем при помощи поворота эксцентрика.

Привод поперечного перемещения включает шариковую передачу винт-гайка качения, опору вин­та, при­водной электродвигатель постоянного тока или асинхронный с частотным регулированием, дат­чик обратной связи, соединенный с типом через муфту.

Высокоточный шпиндель с отверстием 55 мм (по заказу 64 мм), позволяющий обрабатывать детали из пруткового материала зона обработки может быть оснащена как линейной наладкой, так и револьверной головкой, в зависимости от требований.

На токарном станке с ЧПУ исполь­зуется автоматическая универсальная 6 - позиционная головка. Головки оснащены инструментальным диском на шесть ра­диальных или три осевых инструмента (6 - позиционная головка).

Заднее ограждение неподвижное щито­вого типа со съемными щитками с задней стороны станка и переднее ограждение - подвижное с про­зрачным экраном для наблюдения, закрывает зону резания.

Надежная защита шарико-винтовых пар обеспечивает долговечность работы механизмов перемещения по координатам X и Z станок оснащается системами ЧПУ и электроприводами, как отечественного производства, так и производства зарубежных фирм.

Основание станка. Основание станка представляет собой жесткую отливку, на которой устанавливаются станина,

---

электродвигатель главного движения.

Кинематика станка. Главное движение – вращение шпинделя. Вращение шпинделю сообщается от частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя с постоянной мощностью 20-2500 об/мин.

Передача вращения шпинделю осуществляется через клиновой ремень 2240Л20 с передаточным отношением 1:2,5, т.е. 200/280. Далее возможен вариант: через зубчатую передачу 40/54 с I на III вал и передачу 65/43 на шпиндель IV.

2. 
   Описание электродвигателя шпиндельного узла.
   

Синхронные встраиваемые двигатели 1FE1052-4.G.1-1A – Трехфазные серводвигатели [3].

Встраиваемые двигатели 1FE1 – это синхронные двигатели с водяным охлаждением, которые поставляются в виде компонентов статора и ротора. После монтажа ротора в корпус шпинделя получается полный блок шпинделя.

Компактный дизайн – такой как для токарных и вертикальных фрезерных станков – при оснащении механическими компонентами, такими как арматура переключения двигателя, ременная передача, редуктор и датчик шпинделя.

Высокая удельная мощность благодаря водяному охлаждению.

Максимальная скорость до 100000 об/мин, крутящий момент до 5 Нм (605 фунт-дюйм) для режима S1.

Более высокий крутящий момент – до 60% - с таким же объемом активных компонентов, более компактный дизайн по сравнению с двигателями 1РН12.

Очень короткое время ускорение и торможения (50%) благодаря более высокому крутящему моменту по сравнению с двигателями 1РН12.

Холодный ротор благодаря возбуждению от постоянных магнитов, это означает: меньше потерь мощности в роторе в нижнем диапазоне скорости, а значит, и меньше нагрев подшипников и расширение шпинделя.

Статор и ротор готовы к установке, дополнительная обработка не нужна.

Отсутствие поперечных усилий привод обеспечивает очень высокую точность детали благодаря плавному и точному ходу шпинделя даже на минимальных скоростях.

Более крупный внутренний диаметр ротора, чем короткозамкнутый ротор асинхронных двигателей, но с таким же внешним диаметром, что является преимуществом касательно наибольшего диаметра прутка автоматических токарных станков и приводит к более прочной конструкции шпинделя в результате большего диаметра вала для фрезерных шпинделей.

---

Повышенная прочность привода шпинделя благодаря монтажа компонентов двигателя между коренными подшипниками шпинделя.

Нужно меньше производительности охлаждения для одной и той же мощности по сравнению с двигателями 1РН12-другими словами, больше эффективности.

Только один датчик (система измерения с полым валом) для определения скорости двигателя и позиции шпинделя.

Простое сервисное обслуживание при замене комплексных мотор-шпинделей.

Система, совместимая с SINUMERIK. SIMODRIVE и двигателем, поэтому быстрая пуско-наладка.

Большая производительность станка:

Мотор-шпиндели с возбуждением от постоянных магнитов (шпиндели РЕ) увеличивают удельную мощность и экономическую эффективность станков с ЧПУ. Оптимальная комбинация синхронного привода шпинделя 1FE1, сервоуправления приводом и системы ЧПУ обеспечивают дальнейшие возможности для рационализации, такие как время обработки детали и меньшие поверхности зажима.

Встраиваемые синхронные двигатели 1FE1 с водяным охлаждением используются вместе с системой привода SINAMICS или системой преобразователя SIMODRIVE 611 там, где предъявляются требования к:

- качеству обработки, точности и плавности хода, а также

- очень короткому времени разгона.

Встраиваемые двигатели 1FE1 поставляются в двух основных вариантах:

Серия High-torque

6/8-полюсные синхронные двигатели, разработанные для токарных и шлифовальных станков с средними максимальными скоростями.

Эти двигатели характеризуются очень высоким крутящим моментом. В этом случае диапазон скорости приблизится 1:2.

Серия High-speed

В этой серии поставляются 4-полюсные синхронные двигатели для фрезерной обработки. Эти двигатели оптимизированы для высоких максимальных скоростей и диапазона скорости свыше 1:4. Для этих двигателей необходим модуль ограничения напряжения, если они работают на максимальной скорости.

Встраиваемый двигатель 1FE1 включает в себя:

Пластинчатый ротор с возбуждением от постоянных магнитов, который дополнительно может иметь гильзу для простого монтажа и демонтажа.

Блок статора с обмоткой с охлаждающей рубашкой и вылетом герметизированной обмотки.

Свободные концы кабеля 0,5 м/ 1,5 м (1 фут 8 дюймов/4 фута 11 дюймов).

Два интегральных термистора РТС (включая 1 запасной), дополнительно с полной или универсальной защитой.

Охлаждающую рубашку, в которую вставлен статор.

Крутящий момент передается на шпиндель механически без зазора с помощью у\цилиндрической шаговой прессовой посадки. Ротор монтируется на шпиндель методом термической посадки.

---

Ротор с гильзой предварительно сбалансирован и может быть демонтирован и впоследствии снова монтирован. Соединение может быть убрано с помощью впрыска масла под давлением без влияния на поверхности соединения.

3. 
   Описание частотного преобразователя Веспер Е2-8300-015Н.
   

Производитель – Веспер, Россия. Частотные преобразователи векторного типа серии Е2-8300 мощностью от 0,4 до 55 кВт предназначены для управления общепромышленным электроприводом, которому не требуется высокоточное поддержание скорости (±2%) или момента на валу двигателя (привод станочного оборудования, транспортеры, конвейеры, смесители, дозаторы, системы вентиляции, дымососы, подъемно-транспортные механизмы.

Таблица 2. Технические характеристики частотного преобразователя Веспер Е2-8300-015Н.

Входные параметры
Тип сети	Трехфазная 3-х проводная
Входное напряжение (фазное/ линейное)	220/ 380 В
Рабочий диапазон входных напряжений (фазное/ линейное)	187-242/ 323-418 В
Частота	50/ 60 Гц±5%
Выходные параметры
Мощность двигателя	10 кВт
Полная мощность преобразователя	15 кВА
Номинальный ток	25 А
Рабочий диапазон выходных напряжений	Трехфазное 0 до ̴ 380 В
Режим управления	U/ f или управление вектором тока
Диапазон управления по частоте	От 0,1 до 650 Гц
Момент при пуске	150 %/ 1 Гц (при управлении вектором тока)
Кратность регулирования скорости	1:50 (при управлении вектором тока)
Точность регулирования скорости	±0,5% (при управлении вектором тока)
Точность ввода задания	Дискретное: 0,01 Гц при управлении с компьютера или контроллера; аналоговое; 0,05 Гц/ 50 Гц (10 бит)
Ввод задания	Кнопками ˄˅ или потенциометром на пульте управления
Функция дисплея	Четырехразрядный светодиодный индикатор, индикатор состояния, отображение частоты/ скорости/ напряжение цепи постоянного тока/ выходного напряжения/ выходного тока/ направления вращения/ констант преобразователя/ списка ошибок/ версии ПО
Внешние сигналы	Внешний переменный резистор/ 0-10 В/ 4-20 мА/ 10-0 В/ 20-4 мА Многофункциональные входы на клеммах ТМ2 позволяют управлять пуском/ остановом, скоростью и другими функциями
Функция ограничения частоты	Независимая установка верхнего/ нижнего а\пределов ограничения частоты и трех диапазонов запрещенных частот
Несущая частота ШИМ	от 2 до 16 кГц
Характеристики U/f	18 фиксированных и 1 программируемая характеристики
Управление разгоном/ торможением	Две ступени разгона/ торможения (0,1-3600 с) и S-кривые
Многофункциональные входы	6 дискретных, 1 или 2 аналоговых, 30 функций
Уровни сигналов на дискретных входах	Переключаемые: 0 В/ +24 В
Многофункциональные дискретные выходы	2 выхода, 16 функций
Многофункциональный аналоговый выход	6 функций
Управление по каналу последовательной связи	Через порты RS 232 или RS 485 Точка-точка (RS 232) или многоточечное соединение (RS 485) Установка скорости передачи/ количества стоповых бит/ четности
Тормозной момент	До 20% без внешнего тормозного резистора и 100% с внешним тормозным резистром
Сервисные функции
Защита двигателя от перегрузки	Защита двигателя (с устанавливаемой характеристикой) и преобразователя (150% в течении 1 мин)
Зашита предохранителем	При срабатывании встроенного предохранителя двигатель останавливается
Защита при коротком замыкании на выходе	Электронная защита
Защита при перегрузке по напряжению	При напряжении цепи постоянного тока >380В
Защита при недостаточном напряжении	При напряжении цепи постоянного тока <380В
Защита при кратковременном отключении питания	При потери питания на время от 15 мс до 2 с возможен перезапуск с определением скорости
Защита от токов утечек	Электронная защита
Предотвращение срыва вращения	Защита от срыва при разгоне/ торможения/ работе
Другие защитные функции	Защита от перегрева радиаторов, определение по моменту, защита от ошибок подключения клемм управления, запрет обратного вращения, запрет пуска после перерывов в питании или аварийного останова, блокировка изменения констант
Другие сервисные функции	Перезапуск при потере питания, определение скорости, определение перегрузки, 8 предустановленных скоростей, переключение темпов разгона/ торможения (2 ступени), S-образные кривые, 2-х и 3-х проводное управление, ПИД-регулятор, ограничение момента, компенсация скольжения, верхнее и нижнее ограничение частоты, режим экономии энергии, режим управления по протоколу Modbus от ПК или КПК, автоматический перезапуск, встроенный PLC с набором простых логических функций
Конструктивное исполнение
Подключение к сети	3-х проводное, клеммная колодка
Подключение нагрузки	3-х проводное, клеммная колодка
Температура окружающей среды	от -10°С до +50°С
Относительная влажность воздуха	Не более 95% (без конденсата)
Предназначен для эксплуатации	Внутри помещения, защищенного от коррозионных газов и пыли
Высотность	Не более 1000 м
Вибрация	от 9,81 м/с2 (1g) при менее, чем 20 Гц, до 1,96 м/с2 (2g) от 20 до 50 Гц
Степень защиты	IP20
Климатическое исполнение	УЗ
Гарантийный срок эксплуатации	36 мес.
Масса не более, кг	6,5
Габариты (Ш×В×Г), мм	186×260×195

---