Модернизация электрооборудования и схемы управления токарно-винторезного станка

На электромашиностроительных заводах механическая обработка занимает значительное место в общем процессе изготовления электрической машины в условиях крупносерийного и массового производства.

Металлорежущие станки являются распространенными производственными машинами, предназначенными для механической обработки заготовок из металла режущими инструментами . Путем снятия стружки заготовке предаются требуемая форма, размеры и чистота поверхности.

Станки токарной группы относятся к наиболее распространенным металлорежущим станкам и широко применяются на промышленных предприятиях, в ремонтных мастерских и т.д. В группу токарных станков входят : универсальные токарные, токарновинторезные, револьверные, токарнолобовые,карусельные,токарнокопировальные станки, токарные автоматы и полуавтоматы.

По размерам токарные станки бывают настольными, средними станками нормальных размеров и уникальными.

По точности и чистоте обработки они разделяются на станки для грубой обработки, станки нормальной и повышенной точности.

Общим для всех токарных станков является то, что деталь приводится во вращение – это движение называется главным, а инструмент (резец) перемещают вдоль заданного контура обработки  это движение называется подачей.

Все большее распространение получают новейшие средства электрической автоматизации технологических установок, машин и механизмов на базе полупроводниковой техники, высокочувствительной регулирующей и контрольно-измерительной аппаратуры . Это объясняет необходимость модернизации электрооборудования станков, так как модернизировать станок намного дешевле чем покупать и устанавливать новые.

В дипломном проекте произведена модернизация электрооборудования и схемы управления токарно-винторезного станка модели 16 Б 16 П.

Целью модернизации является:

 увеличение надежности;

 увеличение быстродействия;

 увеличение экономичности;

 увеличение безопасности.

1 Технологическая часть

1.1 Назначение и технические данные станка

Станок 16Б16П предназначен для выполнения разнообразных токарных работ, а также, для нарезания резьб: метрической, дюймовой, модульной и питчевой.

Основные технические данные и характеристики станка сводим в таблицу 1.

Таблица 1

1.2 Устройство и взаимодействие узлов станка

Общий вид с обозначением узлов станка 16Б16П изображен на листе1 графической части дипломного проекта.

Станина литая чугунная, коробчатой формы с поперечными П-образными ребрами, имеет две призматические и две плоские направляющие. Направляющие подвергнуты термообработке с последующей шлифовкой. Станина устанавливается на одной тумбе .В нише правого торца станины размещен двигатель ускоренных ходов каретки.

На задней стенке у левого торца тумбы смонтирована коробка скоростей, у правого – станция смазки, а внутри тумбы расположен электродвигатель главного привода. В нише правого торца тумбы расположен бачок для охлаждающей жидкости и насос системы охлаждения.

Коробка скоростей на 6 ступеней монтируется в отдельном корпусе и крепится к задней наружной стенке левого торца тумбы.

Для натяжения ремня идущего от коробки к шпинделю, она может перемещаться в вертикальной плоскости с помощью натяжного винта.

Механизм коробки скоростей приводится в движение от 2х скоростного электродвигателя через зубчатую ременную передачу.

Все шестерни коробки скоростей изготовлены из легированных сталей и подвергнуты термической обработке с последующей шлифовкой зубьев.

Смазка электромагнитных муфт, шестерен и подшипников коробки скоростей осуществляется от насоса смазки через систему смазки.

Механизм передней бабки получает движение от коробки скоростей через зубчатый ремень и разгруженный приемный шкив.

Коробка передач служит для передачи движения от выходного вала передней бабки к приводному валу коробки подач. Ограждение коробки передач снабжено электрической блокировкой, исключающей случайное включение станка при открытом кожухе ограждения.

Коробка подач получает движение от выходного вала передней бабки через сменные зубчатые колеса коробки передач.

Для осуществления быстрых перемещений суппорта в коробке подач смонтирована обгонная муфта, назначение которой  отключить коробку подач при быстром обратном ходе суппорта.

Фартук имеет четыре пары кулачковых муфт, которые позволяют осуществлять прямой и обратный ход каретки и суппорта.

Фартук имеет блокирующее устройство, препятствующее одновременному включению продольной и поперечной подачи суппорта и маточной гайки станка.

Смазка фартука, направляющих станины и каретки производится плунжерным насосом, встроенным в крышку фартука.

Каретка и поперечная ползушка суппорта имеют ограничение хода в обе стороны, предусмотренные для избежания поломок станка, так как при перемещении суппорта до упора срабатывает механизм отключения фартука. Задняя бабка крепится к станине через систему рычагов и эксцентрик.

Устройство для защиты от стружки состоит из узлов ограждения суппорта и ограждения станка . Ограждение суппорта, имеющее откидной прозрачный экран, крепится на каретке и перемещается вместе с ней, защищая рабочего от стружки. Предусмотрена регулировка установки экрана по высоте.

Назначение узла ограждения станка, состоящего из щитка, подвешенного сзади суппорта, защитить окружающее станок пространство от разлетающейся стружки.

Упор ограничения продольного перемещения каретки устанавливается на передней полке станины, крепится с помощью винтов и прижимной планки.

1.3 Расчет технологических мощностей

Расчёт мощности резания токарно-винторезного станка модели 16Б16П производим для режима резания точения.

Задаёмся материалом обрабатываемого изделия – сталь углеродистая, материалом инструмента – сталь быстрорежущая.

Определяем мощность резания P_z, кВт, по формуле:

P_z= V_z F_z/1020 60, ( 1 )

где V_z–линейная скорость резанья, м/мин.

F_z – усилие резанья, Н;

V_z=(С_v/T^m t^x S^y) К_v, ( 2 )

где С_v коэффициент, учитывающий материал обрабатываемого изделия, инструмента и вид обработки, принимаем по ( ) С_v=300;

Т стойкость резца, мин., принимаем по ( ) Т=30 мин;

S подача, мм/об, принимаем по паспорту

S=2 мм/об.;

m,х,у -показатели степени, зависящие от свойств

обрабатываемого материала, инструмента и вида

обработки, принимаем по ( ) m=0,2 ; .х=0,15; у=0,35;

К_у поправочный коэффициент, учитывающий действительные условия резания.

К_у = К_mv Кnv Киv, ( 3 )

где К_mv коэффициент, учитывающий качество обработки материала;

Кnvкоэффициент, учитывающий состояние обрабатываемой поверхности, определяем по ( ) Кnv=1;

Киvкоэффициент, учитывающий качество материала инструмента, принимаем по ( ) Киv=1.

К_mv= Кr (750 / в )ⁿ, ( 4 )

где Кr –коэффициент характеризующий группу стали по обрабатываемости, принимаем по ( ) Кr=1;

в – фактические параметры, характеризующие обрабатываемый материал, МПа, принимаем по ( ) в =500 МПа;

n_у - показатель степени обработки инструментом, принимаем по ( ) n_у=1.

К_mv= 1 (750 / 300) ¹ = 0,4

К_у = 0,4 1 1 = 0,4

V_z=(300/30^0,2 5^0,15 2^0,35) 0,4=37,4 м/мин

Определяем усилие резания F_z, H, по формуле:

F_z=10 С_ft^x S^y V_zⁿК_р ( 5 )

где С_f–коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала, инструмента и вид обработки, выбираем по ( ) C_f= 150;

К_р коэффициент, учитывающий действительные условия резания, принимаем по ( ) К_р =1;

х,у,n показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала,инструмента и вида обработки,принимаем по ( ) х=1 ; у=0,75 ; n= 0,15;

F_z=10 150 5¹ 2^0.75 37.4^0.15 1= 7326Н

По формуле ( 1 ) определяем мощность резания:

Р_z=7326 37.4 / 1020 60 = 4.47 кВт

Производим расчет мощности насоса охлаждения Р_{насоса,} кВт,по формуле:

=K₃ ( p g Q (H_c+ H)/ _ном) 10³, ( 6 )

где р – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³, принимаем р=1000 кг/м^3;

g ускорение свободного падения, м/с^2, g=9,81 м/с²;

Q производительност,м³/с, по паспарту станка

Q=0,00032 м³/с;

Н_сстатический напор, м, принимаем равным высоте станка, Нс=1,505м;

Н потеря напора, м, принимаем по паспорту

Н=0,5Н_c, Н=0,75 м;

К_з коэффициент запаса, принимаем по ( ) Kз=l,2;

_ном номинальный КПД станка,принимаем по _ном =0,7.

Р_насоса =1,2 (1000 9,81 0,00032 (1_,505+0,75)/0,7) 10³=0,012кВт

Мощность на валу двигателя станции смазки Р_дв1, кВт, определяем по формуле:

Р_дв1 = K₃ Q H 10³ / _нас ( 7 )

где Q – производительность насоса, м³ /с;

Н – давление масла в гидросистеме,Н/м²;

К_з –коэффициент запаса, о.е.

_нас– коэффициент полезного действия насоса, о.е.

По ( ) принимаем Кз = 1,2, _нас = 0,8 Q=0.0004 м³ /с, Н = 196200Н/м²

Р_дв1 = 1,2 0,0004 196200 10³/0,8 = 0,11 кВт

Мощность привода быстрого хода принимаем из паспорта станка, Р_дв2 =0,37 кВт.

2 Электротехническая часть

2.1 Схема управления и ее элементы до модернизации

Технические данные элементов схемы сводим в таблицу 2

Таблица 2

2.2 Анализ системы электропривода и схемы управления

Электропривод токарно-винторезного станка 16Б16П питается от сети переменного напряжения 380 В.

Напряжение цепи управления  110 В переменного тока, напряжение цепи управления электромагнитными муфтами  24 В постоянного тока .Напряжение цепи местного освещения 24 В переменного тока, цепи сигнализации 29 В переменного тока.

Электропривод станка состоит из четырех трехфазных асинхронных электродвигателей:

привода шпинделя типа 4АМI32М8/4У3 мощностью 5 кВт, n=1500 об/мин, U=380 В;

привода быстрых перемещений каретки и суппорта типа ДПТП224СIУ3 мощностью 0,37 кВт, n=1500 об/мин, U=380 В;

привода насоса охлаждающей жидкости типа X1422МУХЛ4 мощностью 0,12 кВт, n=3000 об/мин,U=380 В;

привода насоса смазки,в комплекте со станцией смазки С4814 мощностью 0,12 кВт, n=3000 об/мин,U=380 В;

Электродвигатели установленные на станке имеют низкий коэффициент полезного действия, и создают много шума в работе.

Коробка скоростей главного привода станка имеет две электромагнитные муфты, посредствам которых осуществляется пуск и торможение шпинделя станка.

Органы управления станком сосредоточены в шкафу управления.

На станке размешается пульт управления . На нем находятся следующие кнопки:

рукоятка включения электрооборудования станка в сеть;

рукоятка включения насоса охлаждения;

рукоятка переключения скорости главного электродвигателя;

кнопка включения ускоренных ходов каретки и суппорта;

рукоятка пуска станка и реверсирования шпинделя;

кнопка аварийная;

кнопка пуска главного электродвигателя;

Также на пульте управления находится сигнальная лампа HL2, сигнализирующая наличие питания сети и HL1,сигнализирующая наличие питания трансформатора.

Установленные автоматические выключатели устарели и не отвечают требованиям безопасности . Они нуждаются в замене на более современные с лучшими характеристиками.

Необходимая скорость вращения двигателя М1 главного привода задается установкой переключателя S1 в положение 1 –первая, малая скорость, или в положение 2 –вторая скорость.

Установкой рукоятки вводного выключателя F1 в положение 1 электрооборудование станка подключается к питающей сети и включается сигнальная лампа НL1.

При воздействии на кнопку управления S7 включается реле К2, К3,КТ и магнитные пускатели К1, К7 . Магнитный пускатель К7 включает электродвигатель М1 главного привода, а магнитный пускатель К1 –электродвигатель М4 станции смазки.

После запуска электродвигателя М1 могут быть включены: переключателем S11 –магнитный пускатель К10 электронасоса охлаждения М3, а рукояткой управления, левой или правой –шпиндель станка. Перемещение каретки может происходить независимо от запуска электродвигателя М1; кнопкой управления S10 включается магнитный пускатель К9 электродвигателя М2 быстрых перемещений каретки и суппорта.

Работа одновременно двумя рукоятками управления, например, включение шпинделя правой рукояткой, а отключение левой –невозможно.

Если одной из рукояток шпиндель включен –вторая рукоятка никакого действия на работу привода не оказывает, так как, если работает правой рукояткой, реле К2 оказывается отключенным, а при работе левой рукоятки отключается реле К3 . Но, если обе рукоятки находятся в нейтральном положении и реле К2 и К3 включены, то начинать работу можно любой рукояткой управления.

Для останова шпинделя рукоятку управления следует перевести из положения 3 в положение 2 “Шпиндель стоп”.При этом контакты переключателя s9 в цепях 3 и 5 замыкаются и включается реле КЗ, а контакт в цепи 9 размыкается и отключает реле К4 и через него К6 . Контакт К6 в цепи 25 отключает электромагнитную муфту Y1, а в цепи 27 включает электромагнитную муфту Y2 . Шпиндель тормозится и останавливается, но электродвигатель М1 продолжает вращаться в прямом направлении . После останова шпинделя реле К11 отключается и отключает электромагнитную муфту Y2.

При торможении реле К11 включается и отключается с помощью модуля времени