基于三菱plc的c5225双立柱立式车床的电气控制系统设计

基于三菱plc的c5225双立柱立式车床的电气控制系统设计内容摘要：

同步电动机运行效率高，尤其是低速同步电动机这点更加突出。 同步电动机的转速不随负载的大小而改变。 缺点：。 有刷励磁的同步电动机转子直流励磁电流可由励磁装置通过集电环和电刷送到绕组中，由于电刷和集电环的存在，增加了维护检修工作量，并限制了电动机在恶劣环境下的使用。 永磁同步电动机 永磁同步电动机与电励磁同步电动机相比，省去了励磁功率，提高了效率，简化了结构，实现了无刷化。 特别是 100~1000KW 电动机可省去励磁柜。 永磁同步电动机在25%~120%额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因素，使轻载运行时节能效果更为显著 [3]。 开关磁阻电动机 这是一种与小功率笼型异步电动机竞争的新型调速电动机，他是由反应式步进电机发展起来的，突破了传统电动机的结构模式和原理。 定转子采用双凸结构，转子上没有绕组，定子为集中绕组，虽然定子上多了一个位置传感器，但总体上比笼型异步电动机桂林电子科技大学毕业论文专用纸 第 6 页 共 47 页 简单、坚固、和便宜，更重要的是它的绕组电 流不是交流，而是直流脉冲，因此变流器不但造价低，而且可靠性也高得多。 其不足是低速时转矩脉动较大 [3]。 异步电动机 异步电动机广泛应用于工农业和国民经济各个部门，作为机床、风机、水泵、压缩机等机械动力，在各类电动机中，异步电动机应用最广。 异步电动机可分为笼型异步电动机和绕线转子异步电动机。 按用途可分为一般用途的异步电动机；派生系列电动机系基本系列电动机的派生产品，为适应拖动系统和环境条件的某些要求，在基本系列上做部分改动 而导出的系列。 专用电动机与一般用途的基本型电动机不同，具有特殊使用和防护条件的要求，不能用派生的办法解决，须按使用和技术要求进行专门设计 [4]。 异步电动机的特点 笼型电动机结构简单、容易制造、价格低廉。 绕线转子电动机可以通过在转子回路在中串电阻、频敏变阻器或通过双馈改变电动机特性，改善启动性能或事项调速。 功率因素及效率比同步电机低调速控制系统比同步电动机简单 [4]。 在现代机床中应用最为广泛的为直流电机以及交流电机，交流电机结构简单、价格低廉、维护工作量小，在交流电动机能满足生产需要的场合应采用交流电动机，仅在起，制动和调速等方面不能满足需要时才考虑直流电动机。 直流电动机：最大的有点事运行转速可在宽广的范围内任意控制，无极变速，由直流电动机组成的调速系统和交流调速系统相比，直流调速系统控制方便，调速性能好，变流装置结构简单，但是价格相对于交流电机较为昂贵，出于机床成本以及本身机床定位的考虑，所以本文采用 Y 系列的三相异步电动机。 机 床电机功率计算 C5225 机床电机的计算依据 主轴电机属于长时间制工作电机为了计算简便，我们采用统计法的公式 来进行近似计算，然后取一个容量比计算结果稍大的电机型号，而横梁升降电机，刀架快进，进给电机属于短时工作制的店家，油泵电机属于泵类电机的计算。 对于短时工作制的电机在运作期间，其温度不会达到与现有负载相应的稳定值，工作期与间歇期互相交替且间歇期很长，在电动机重新运转时，电动机温度已降到与上次启动时相同。 这类拖动的工作持续时间很短，一般为 5— 15S，仅在大型机床上可达 1—。 在这样短的时间内，电动机在容许的范围内过载，其温也不会上升到额定值。 若按发热情况来决定电动机的容量，则其值很小。 在这种场合，电动机的额定功率应按过载的能力决定。 辅助拖动系统运行时，其阻转矩 rM 基本上由摩擦力决定，所以这类拖动和主体运动的拖动不同，它要求有较大的启动转矩。 由此可得出下面的数学模型机床往复运动的元件桂林电子科技大学毕业论文专用纸 第 7 页 共 47 页 在移动时，为了克服摩擦阻力所需要的功 率，得出公式6010 3 vGPr 式中 rP — 克服摩擦阻力所需功率，单位为 KW； G：元件的重力，单位为 N； μ：摩擦因数，一般为 ~ ； v:移动的速度，单位为m/min 考虑电动机的过负载能力 M 和传动效率 η，电动 机的功率表达式为： mvGP 60 10 3，式中 P：电动机功率； M ：电动机的转矩过载倍数；η：传动效率，机床进给系统的传动效率一般为 ~ ，其他符号含义相同。 在这样的功率下，电动机轴上的最大容许阻转矩为nGnPM NMrm  5 （ 11） 式中 rmM ：电动机轴上的最大容许阻转矩，单位为 mN ； NP ：电动机的额定功率，单 位为 KW； n：在上述过程负载下电动机的转速可近似的按下式求出  NM snn  10 （ 12） NS ：额定转差率，按产品样本数据，应用下式求出00 n nnS NN  （ 13） 其中 0n ：电动机同步转速，单位为 r/min； Nn ：电动机额定转速，单位为 r/min。 下面再求往复运动元件刚一动时，折算到电动机轴上的阻转矩 0rM ，其值较正在一动时的阻转矩大，她是摩擦因数的比值而增大的，即：srmr MM 0（ 14） 式中： s ：静摩擦因数；  ：动摩擦因数 将式（ 11），（ 12）代入式（ 14）可得  NMsr sn GM   00（ 15） 式中： 0rM ：往复元件刚移动时的阻转矩，单位为 mN 决定了电动机必须的功率以后，按式（ 15）求得的转矩必须与电动机的起动转矩 stM 相比较， stM 由产品样本所选出的电动机给定。 如果 str MM 0 ，则电动机的选择是正确的。 若 0rst MM  ，则电动机应选大一号功率的并进行比较后才行。 上述电动机功率的选择，仅考虑机床的运动元件在空载时作前进运动，如果正在切削时，由于切削分力的缘故，摩擦力要加大。 但是在很多情况下，其增加的数值不是很大的，在按产品样本选择电动机时，稍许选大一些既能保证机床的正常运行。 桂林电子科技大学毕业论文专用纸 第 8 页 共 47 页 主轴电机的选择 根据基础的基本参数，采用统计法的计算公式：  其中 P— 电动机功率，单位为 KW ； D — 工 件 最 大 直 径 ， 单 位 为 m 代 入 数 据 得 ：kwDP 482 5 0 02020  跟实际 功率 55KW 相 近， 所以采用6280 MY 型电机。 刀架快进 电机 的选择 P：电动机功率，单位为 KW； G：元件的重力，单位为 N； μ：摩擦因数，一般为~ ； V:移动的速度，单位为 m/min； M ：电动机的转矩过载倍数；η：传动效率，机床进给系统的传动效率一般为 ~ 为了方便计算，我们取 NG 6000 ，电机的过载能力取 在导轨上的静摩擦因数经查阅资料可知为 ，动摩擦因数为 ，传动效率为 代入公式计算有： KWmvGP 10 33    按产品样本，选出大一号的电机 KWPN  的 Y 系列电机 29 1 01 0 0 00  MNnn  所选电机的启动转矩：  nPM NMst  电机的额定转差率： 1000 910100000  n nnS NN 负载 转矩：     00   NMr SsGvM   str MM 0 再取大一号的电机 4 01 0 0 0  MNN nnP  则  nPM NMst  str MM 0 再取大一号的电机：  MNN nP 代入公式并计算得stM 则 0rst MM  所以取 6112 MY 电机 横梁升降电机的选择 横梁升降同属于短时工作制的电机，我们取刀架重 10000N，移动速度 20m/min，在导轨上的静摩擦因素为 ，动摩擦因素为 ，传动效率为 ，电动机的转 速为1350~1450r/min。 电动机的过载能力取 ，当横梁电机移动时，电动机的功率为： KWmvGP 00060 10 33    桂林电子科技大学毕业论文专用纸 第 9 页 共 47 页 按 产 品样 本， 选出 最近 的大 一 号功 率 KWPN  的 Y 系列 异步 电动 机 ， i n/1 4 2 0m i n/1 5 0 00  MN rnrn 。 决定所选电动机的启动转矩： MNnPM NMst   求电机的额定转差率： 1500 1420200000  n nnS NN 求横梁电机移动时的阻转矩 ：     MNSsGvM NMr   00   得出： str MM 0 ，故上述电动机的功率大小，应按产品样本中再去大一号的电动机。 在 Y 系列电动机比 大一号的电动机为 其中 i n/1 4 2 0m i n/1 5 0 00  MN rnrn 。 这台电机的启动转矩为 MNnPM NMst   ，仍是 str MM 0 故再取大一号的电机，在 Y 系列电机中比 大一号的电动机为 其中 i n/1 4 4 0m i n/1 5 0 00  MN rnrn 。 这台电机的启动转矩为 MNnPM NMst   得出 0rst MM 。 故这次选择的电机符合要 求，再根据实际的生产需要以及成本的考虑，我们选择的 Y 系列电机型号为： Y112M— 4 刀架进给电机的选择 刀架进给驱动所要求的功率，以被加工工件的切削里为依据求得。 切削刀具的材料和形状、被加工工件的硬度、切削液的状态等都会影响到切削力。 切削力和切削功率可用经验公式进行计算： hlkkF p  式中 F：切削力，单位为 N； pk ：工件的材质参数，见表 2— 1； k ：实际前倾角参数， α 为被加工工件与刀刃前倾面的夹角， 见表 2— 1； h：切削平均深度，单位为 mm，见表 2— 1； l：实际进行切削时的刀刃长度，单位为 mm，见表 2— 1。 桂林电子科技大学毕业论文专用纸 第 10 页 共 47 页 表 21 工件材质表 被加工工件的材质 h/mm l/mm pk k 低碳钢 % 127 1— 低碳钢 % 146 1— 低碳钢 % 168 1— 黄铜 1— 青铜 59 1— 铝合金 54 1— 铸铁 103 1— 进给电机功率 33 1010    hl vkkFvp p式中： P：主轴电动机功率，单位为 KW； v：切削速度，单位为 m/s； η机床效率，一般为 — 由于 C5225 机床主要是用来加工低碳钢材质的材料，所以工件材质参数 pk 取三个低碳钢参数的平均值 ： 1473 1681461271 pkKWhl vkkFvp p 3313    ； 取比 功率大的电机，根据产品样本参数表得出， P= 所以应取 Y90L— 6型电机。 油泵电机的选择 采用离心泵，由电机直接驱动 NP 电动机功率 ； k 余量系数 ；  液体的密度 ； bq 泵的余量 ； h 扬程 ； p 泵的功率 d 传递效率 ：   NdpbN PhqKP  ； 选取 6802Y 型电机。 根据以上 计算公式，得出表 22 电机型号参数表 表 22 电机型号参数表 电动机 代号 型号 额定功率 额定电流 额定转速 效率 功率因数 主轴电动机 M1 Y280M— 6 55KW 980 92 油泵电动机 M2 Y802— 6 890 65% 横梁升降电动机 M3 Y112M— 4 1440 % 右立刀架快速移动电动机 M4 Y112M— 6 940 79% 右立刀架进给电动机 M5 Y90L— 6 910 % 桂林电子科技大学毕业论文专用纸 第 11 页 共 47 页 左立刀架快速移动电动机 M6 Y112M— 6 940 79% 左立刀架进给电动机 M7 Y90L— 6 910 % 机床电动机启动方式 比较与选择 电动机启动特性概述 在选用机床电机的启动方式上根据三相异步电动机的启动特性，在选用三项异步电动机拖动生产机械时，对电动机启动的主要要求如下： (1) 有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。 一般场合下 希望启动越快越好，以提高生产效率。 电动机的启动转矩要大于负载转矩，否则电动机不能启动。 (2) 在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。 因为过大的启动电流冲击，对于电网和电动机本身都是不利的。 对电网而言，它会引起较大的线路压降，特别是电源容量较小时，电压下降太多，会影响接在同一电源上的其他负载，例如影响到其他异步电动机的正常运行甚至停止运转；对电动机本身而言，过大的启动电流将在绕组中产。