Визначення параметрів електропривода верстата з ЧПК з підпорядкованим регулюванням координат

Визначення параметрів електропривода верстата з ЧПК з підпорядкованим регулюванням координат

Міністерство освіти і науки України

Полтавський національний технічний університет

Курсовий проект

з дисципліни

“Електропривод і автоматизація промислових роботів

і маніпуляторів”

на тему:

Визначення параметрів електропривода верстата з ЧПК

з підпорядкованим регулюванням координат

ЕАРМ 502.001.000 КП

Міністерство освіти і науки України

Полтавський національний технічний університет

Пояснювальна записка

до курсового проекту

з дисципліни

“Електропривод і автоматизація промислових роботів

і маніпуляторів”

на тему:

Визначення параметрів електропривода верстата з ЧПК

з підпорядкованим регулюванням координат

ЕАРМ 502.001.000 ПЗ

Завдання

До виконання курсового проекту з дисципліни

“Електропривод і автоматизація роботів-маніпуляторів”

на тему:

“Визначення параметрів електропривода верстата з ЧПК з підпорядкованим регулюванням координат”

Варіант №1.

Склад курсової роботи

Завдання видав:

Завдання прийняв:

Вихідні дані

Розрахувати параметри електропривода верстата з ЧПК з підпорядкованим регулюванням координат:

Зусилля різання Fр = 5000 Н;

Маса виконуючого механізму m1 = 300 кг;

Маса деталі m2 = 80 кг;

Коефіцієнт тертя = 0,05;

Зусилля попереднього натягу FH = 500 H;

Швидкість швидкого ходу шв.х = 0,13 м/с;

Швидкість подачі п = 0,06 м/с;

Прискорення а = 1,3 м/с2;

Крок гвинта S = 8 мм.

Зміст

Вступ

1. Технічні вимоги

2. Розрахунок потужності і вибір двигунів при контурно-позиційному керуванні

2.1 Розрахунок потужності навантаження

2.2. Вибір електродвигуна і його перевірка

3. Вибір інформаційних електромеханічних елементів виконавчих систем верстата

3.1 Сельсини і обертові трансформатори

3.2 Вибір датчиків кутової швидкості

3.3. Вибір датчика струму

4. Розрахунок параметрів системи регулювання положення електроприводів подачі

4.1 Визначення параметрів структурної схеми двигуна постійного струму

4.2 Визначення і структурна схема контуру регулювання струму в системі керований перетворювач - двигун

4.3. Розрахунок параметрів контуру регулювання швидкості в системі з підпорядкованим контуром струму

4.4. Визначення параметрів контуру регулювання положення системі з підпорядкованими контурами швидкості і струму

Висновки

Література

Додатки

Вступ

Промислові роботи і маніпулятори - одна із головних частин комплексної програми автоматизації виробництва. Вони вирішують задачу скорочення традиційно ручних операцій у виробництві шляхом автоматизації технологічного процесу.

Сучасні наукові розробки акцентують увагу на автоматизації виробничих процесів і електроприводів, створенні і застосуванні сучасних засобів керування і регулювання, розробці складних промислових роботів , маніпуляторів і систем комплексної механізації, що сприяє значному підвищенню продуктивності праці, допомагає працювати у складних умовах.

У відповідності з вимогами сучасної промисловості розвиток електроприводів іде як у напрямку збільшення потужності, так і в напрямку створення мікроелектроприводів. Широкий діапазон потужностей електродвигунів дозволяє проектувати технічно досконалі і економічно доцільні типи приводів в відповідності з вимогами різноманітних галузей промисловості.

Створення нових апаратів для управління електричними машинами, нових типів автоматичних регуляторів, а також впровадження мікро ЭОМ і різноманітних контролерів наводить до розширення галузей автоматизації, і, як окремий випадок, автоматизації електроприводів роботів і маніпуляторів. Отже доцільність розробки промислових роботів обумовлюється як з економічної, так і з технічної точок зору.

1. Технічні вимоги

Електроприводи промислових роботів подібні до електроприводів металорізальних верстатів, а саме до приводів подачі, тому до них висуваються такі вимоги:

1. Електропривод повинний бути розрахований для роботи в тривалому режимі відповідно до вимог технічних умов;

2. Вал електродвигуна повинний бути пов'язаний з валом тахогенератора за допомогою жорсткої безлюфтової передачі з коефіцієнтом редукції, що дорівнює одиниці;

3. У режимі регулювання частоти обертання електропривод повинний забезпечити роботу у всіх чотирьох квадрантах механічної характеристики при зміні напруги керування у межах 10 В, мінімальну частоту обертання вала 1 об/хв.

4. Датчики положення, пов'язані з двигуном вимірювальними безлюфтовими передачами, повинні бути використані на повний робочий кут по всіх координатах механізму;

5. Відхилення миттєвої частоти обертання при зміні моменту навантаження в діапазоні 0,25..0,5 не повинно перевищувати від установленої частоти обертання при 0,5Jдв;

6. Смуга пропускання електропривода зі зворотнім зв'язком по швидкості повинна бути на менше 20-200 Гц при амплітуді вхідного сигналу 0,1 В;

7. При частоті обертання 1 об/хв., моменті навантаження 0,2Мном, зовнішньому моменті інерції 0,5Jдв електропривод повинний забезпечувати зупинку вала після зняття керуючої напруги за 0,5 кута повороту вала двигуна;

8. Лінійність статичної характеристики електропривода, вхідна напруга керування, частота обертання двигуна у режимі регулювання не більш 5%

9. У системах ЧП ПР головні електроприводи і проводи подач повинні забезпечувати режими позиціювання, точність позиціювання повинна досягати 1..2 мкм;

10. Відносна нерівномірність руху при мінімальній швидкості Кн < 0,3;

11. Електроприводи промислових роботів повинні бути реверсивними;

12. Необхідний діапазон регулювання швидкості електроприводів подачі складає 1:10 000;

13. Для зниження динамічних ударів кінематика електроприводу повинна забезпечувати повільність процесів пуску і реверсу

14. Для високої надійності обладнання електропривод повинний мати необхідні види захисту, блокування, сигналізації і діагностики.

2. Розрахунок потужності і вибір двигунів при контурно-позиційному керуванні

2.1 Розрахунок потужності навантаження

Контурно-позиційне керування використовується в приводах подач верстатів і ланок роботів. Відмінною рисою роботи виконавчих двигунів у таких приводах є переважне використання тривалого режиму роботи. У приводах роботів переважає повторно-короткочасний режим роботи, особливо для верстатів із ЧПК. У приводах роботів, які використовуються на виробництві, переважає повторно-короткочасний режим роботи. Оскільки переважним видом приводу виконуючого механізму з контурно-позиційним керуванням є електропривод, то ми обмежимося розрахунком необхідної потужності і вибором електродвигуна для цих пристроїв.

Знайдемо зусилля подачі по керованій осі:

Де:

kp - коефіцієнт запасу, приймаємо рівним 1,4;

Fp - зусилля різання вздовж осі, за умовою дорівнює 5000 Н;

- коефіцієнт тертя, що за умовою дорівнює 0,05 ;

Fн - зусилля попереднього натягу, що за умовою дорівнює 500 Н;

m1, m2 - маса деталі і виконавчого органу.

Потужність, яка прикладена до вала виконуючого органу в режимі різання:

Потужність у режимі швидкого ходу:

Таким чином потужність в режимі різання складає 461,2 Вт, а режимі швидкого ходу 97,5 кВт.

2.2 Вибір електродвигуна і його перевірка

Двигун попередньо вибирається за найбільшому значенню потужності в режимі різання чи в режимі швидкого ходу. В нашому випадку це потужність в режимі різання Рріз = 461,2 Вт.

Потужність вибраного двигуна повинна бут більшою за отриману потужність різання, але не набагато. Виконання цієї рекомендації для високомоментних двигунів постійного струму забезпечує краще узгодження двигуна з виконуючим механізмом у динамічних режимах роботи і зменшуючи число ступеней проміжного редуктору або навіть дозволяє відмовитися від його застосування. Вибираємо двигун, дані якого приведені у таблиці 2.2.1.

Таблиця 2.2.1

Попередній вибір двигуна

У верстатах з ЧПК при довжині переміщення менше 3-4 м використовується передача гвинт-гайка, що має ККД рівний 0,95 при відсутності натягу і 0,85-0,9 при наявності попереднього натягу. Відповідно у нашому випадку приймаємо = 0,9.

Загальне передавальне число між виконуючим механізмом і двигуном дорівнює:

Де:дmax - максимальна швидкість двигуна, яку приймаємо рівну номінальній,

дmax = ном =105 рад/с;

1/м;

Момент на валу двигуна, що розвивається під дією сили різання для передачі гвинт-гайка визначається:

Нм

Момент на валу двигуна від сил тертя складається з моментів тертя в направляючих і з моментів сил від попереднього натягу.

Момент тертя в направляючих визначається виразом :

Нм.

Момент сил тертя в гвинтовій парі, що виникає в результаті попереднього натягу визначається :

Нм

Момент опору на валу двигуна при робочій подачі визначається таким чином:

Статичний момент (момент опору) на валу двигуна при швидкому ході:

Необхідний динамічний момент на валу двигуна, який він повинен розвивати при розгоні до швидкості швидкого ходу дорівнює :

;

де Jд - момент інерції двигуна, = 0,0032 кгм2, (коефіцієнт 1,2 враховує приведений момент механічної передачі);

Jвм - приведений момент інерції виконавчого механізму;

д - прискорення вала двигуна.

Приведений момент інерції механізму:

кгм2

Прискорення вала двигуна:

рад/с2

Необхідний динамічний момент на валу двигуна:

Нм

Відповідно, необхідний момент на валу двигуна для розгону до швидкості швидкого ходу дорівнює :

Нм.

Розраховані значення М1, М2 і М3 повинні бути меншими за відповідні допустимі моменти двигуна Мдоп1, Мдоп2 і Мдоп3 :

Мдоп1 = Мдоп2 =1,2 Мн = 6,24 Нм;

Мдоп3 = Мн = 55,2 = 26 Нм.

Двигун обрано правильно, якщо виконуються всі умови:

М1 < М1доп;7,152 < 6,24не виконується;

М2 < М2доп;0,273 < 6,24виконується;

М3 < М3доп;4,917 < 26 виконується.

Даний двигун вибрано неправильно, вибираємо інший двигун, наступної стандартної потужності за каталогом, дані якого приведені нижче:

Таблиця 2.2.2

Попередній вибір двигуна

Виконуємо перерахунок параметрів :

ККД знову приймаємо рівним = 0,9

Загальне передавальне число між виконуючим механізмом і двигуном дорівнює:

1/м;

Момент на валу двигуна, що розвивається під дією сили різання для передачі гвинт-гайка визначається:

Нм

Момент тертя в направляючих визначається виразом :

Нм.

Момент сил тертя в гвинтовій парі, що виникає в результаті попереднього натягу визначається :

Нм

Момент опору на валу двигуна при робочій подачі визначається таким чином:

Статичний момент (момент опору) на валу двигуна при швидкому ході:

Необхідний динамічний момент на валу двигуна, який він повинен розвивати при розгоні до швидкості швидкого ходу дорівнює :

;

де Jд - момент інерції двигуна, = 0,01 кгм2, (коефіцієнт 1,2 враховує приведений момент механічної передачі);

Приведений момент інерції механізму:

кгм2

Прискорення вала двигуна:

рад/с2

Необхідний динамічний момент на валу двигуна:

Нм

Відповідно, необхідний момент на валу двигуна для розгону до швидкості швидкого ходу дорівнює :

Нм.

Розраховані значення М1, М2 і М3 повинні бути меншими за відповідні допустимі моменти двигуна Мдоп1, Мдоп2 і Мдоп3 :

Мдоп1 = Мдоп2 = 1,2Мн = 8,64 Нм;

Мдоп3 = Мн = 107,2 = 72 Нм.

Двигун обрано правильно, якщо виконуються всі умови:

М1 < М1доп;7,152 < 8,64виконується;

М2 < М2доп;0,273 < 8,64виконується;

М3 < М3доп;13,485 < 26 виконується.

Отже двигун вибрано правильно.

3. Вибір інформаційних електромеханічних елементів виконавчих систем верстата

Страницы: 1, 2