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1、毕业设计(论文) 车床主轴拖动变频调速节能改造设计学 号：姓 名：专 业：电气工程及其自动化系 别：二一三年六月毕业设计(论文) 车床主轴拖动变频调速节能改造设计学 号：姓 名：专 业：电气工程及其自动化系 别：二一三年六月题目： 车床主轴拖动变频调速节能改造设计 系别：专业：电气工程及其自动化 姓名： 学号： 指导教师建议成绩： 85分 评阅教师建议成绩： 80分 答辩小组建议成绩： 80分 总成绩： 82分 答辩委员会主席签字：年 月 日 北京交通大学毕业设计（论文）任务书姓名学号专业电气工程及其自动化设计（论文）题目车床主轴拖动变频调速节能改造设计题目性质R设计； 论文题目来源 教学；R
2、科研； 生产； 其他 指导教师职 称工作单位备注毕业设计(论文)的内容和要求：一目的意义1过去我国的机床工业加工基础雄厚，可是在国际市场上金属材料的价格，原因是技术含量低，欧美国家数控机床先进发达，返销我们令我们吃了大亏。现在我国机床工业处于大力发展高技术附加值的数控机床关键阶段，应用到微机技术的普通机床可以增值数十，上百倍。 2. 对量大面广的普通车床进行PLC及微电子技术，特别是变频调速技术进行节能改造，按全国所有量粗估：可以每年节约上百亿度电能，意义重大。 3. 车床主轴的变频节能改造是交流变频调速技术专业课的典型应用实例，应该很成熟可行。学生学以致用大有可为。作为典型应用设计可以推广到
3、社会大多数车床。二内容与要求 1. 以C6150普通车床主轴传动为控制对象，用5.5KW电动机取代原7.5KW电动机，设计一个应用PLC和变频器的节能改造系统。 2. 为克服减小电机后的低速启动转矩不够的问题，设计1：3的齿轮变速传动机构，嵌入车床传动箱内。 3. 以小PLC和电子触摸屏小键盘设定转速，变频器执行调速取代电机不调速的手柄机械变速，设8档调速功能。 4. 实时验算机械转矩，智能判断切削进刀量，设置超限报警保护功能。 5. 完成完整的改造设计方案和施工图设计，编程，并仿真、模拟调试。 6. 总计技术论文形成典型设计方案，以便推广。毕业设计(论文)主要参考资料： 1. 大连组合机车研
4、究所.组合机床设计手册 机械部分 机械工业出版社 19752. 大连组合机车研究所. 组合机床设计参考图册 机械工业出版社 19753. 周宗明. 金属切削机床 清华大学出版社 20044. 濮良贵，纪名刚. 机械设计 高等教育出版社 20065. 贾亚洲. 金属切削机床概论 机械工业出版社 20056. 周开勤. 机械零件手册 高等教育出版社 20027. 孙恒，陈作模. 机械原理 北京高等教育出版社 20018. 朱林. 机电一体化设计 石油工业出版社 20089. 甘永立. 几何量公差与检测 上海科学技术出版社 200110. 大连理工大学工程画教研室. 机械制图 高等教育出版社 199
5、311. 金振华. 组合机床及其调整与使用 机械工业出版社 1990毕业设计(论文)应完成的工作：1 查找与机床改造和机械设计相关的资料2 设计全套机和电结合的图纸、应用软件编程，以及研制总结论文，作为典型设计在有条件时做成实物设备，成为具有知识产权的商品以备推广到大多数车床用户。3 到有C6150车床的企业现场考察，以取得切削控制要求设计依据。4 可用计算机仿真模拟出系统控制曲线、效果，计算节能效果。5 如果设计优秀完整，可以向社会推广应用到很多车床用户。进度安排：22012年12月底2013年1月初，完成资料调研，写出开题报告； 2013年3月初4月初 完成所有图纸、选型设计； 2013年
6、4月初4月底 探讨、计算应用中的机械转矩问题。2013年5月初5月中 系统编程、仿真、模拟调试；2013年5月中5月底 完成论文 准备答辩指导教师签字： 日期： 年 月 日系意见：签字：系（盖章）日期： 年 月 日北京交通大学毕业设计（论文）开题报告姓名学号专业电气工程及其自动化设计（论文）题目车床主轴拖动变频调速节能改造设计1. 毕业设计(论文)的目的及意义（含国内外的研究现状分析）：机械制造技术已经是生产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段，所有国家都在寻求、获得、开发和利用它。它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素。而车床已经成为机械制造的主要工具。目前，我国机床工业进入了一个关
7、键的发展时期，当前机床机械制造业面临产品更新，进行技术改造的局面，这是提高生产效率和高速发展迫切需要的。一个触目惊心的事实刺激着我们：我国传统机床的制造业基础很强，大量出口，可是由于技术含量低，往往出口到国外的价钱只是金属材料的价格。某发达国家经过用高新技术对其的控制进行改造后，成为智能数控机床就以几十倍甚至百倍的价格回销我国，这是多么令国人痛心的情景呀！所以目前机床改造已成为我国迫切需要加大力度发展的事业。机床的控制主要采用机、电、气、液压控制，采用微机技术可以实现智能数控，提高机床的技术附加值和运行效率；另一方面还有节能的控制改造，配以可编程序控制器（PLC）数字控制（NC）和变频调速等技
8、术，可以大大提高传统机床的加工水平，通过对其电力节能的改造后效果惊人，以C6150普通机床为例，全国大概有三百多万台 ，如果每台车床的电机由原来7.5KW的电机换成5.5KW的，每天按8小时工作估算，仅节约电力一项每年节约电能将近161亿KW/h，这该是多么可观的一笔节能挖潜的经济效益呀！本课题是结合PLC和变频技术对普通C6150机床进行节能改造。作为机械与电气控制专业的大学生如果把这个项目设计成功，不仅可以检验本人的机-电一体化知识学以致用的能力，还可具有普及推广，以推动我国机床节能改造的事业发展的重大意义。2. 基本内容和技术方案： 一系统构成：本课题是以交流变频调速技术的典型应用实例为
9、基础，对制造业量大面广的普通车床C6150主轴拖动系统进行节能改造：包括电动机容量减小；机械传动机构改造；机械变速改为变频调速（微电子触摸屏取代机械手柄笨重操作）；PLC对车床的逻辑判断控制等设计任务。本课题所涉及的技术原理分述如下：（1）机械传动机构与电机转矩特性 分析确定机床的主传动功率转矩，由于车床低速段为恒功率负载特性，在高速段 为恒功率负载特性，为了减小电动机容量后启动转矩不够的问题，改造设计一级传动机构的 传动比为1：3，这样使得减小的电动机的转矩线被有效覆盖，以满足负载特性，达到经济、节能。因此除了要进行计算传动比1：3的齿轮箱的机械设计，还要把这个多轴传动折算到电动机轴侧，以验
10、算改造后的GD。和折算电动机的有效功率。（2）变频调速拖动原理 根据交流异步电动机的转速 n = 60f /p 可知，调节交流电的频率f能够改变电动 机转速，变频器是应用电力电子元件通过整流再按不同频率要求逆变成变频交流电驱动电动机变速，（实际是控制E/f比），由于变频器内核心单元是MPU微机处理器，可以采用矢量及矩阵方法计算得到很好的调速机械特性，并可预置很多智能控制功能。（3）PLC在变速设定和存储切削自动过程等应用 PLC的DI接受触摸屏微动开关信号，通过DO输出3个信号可以输出给变频器X1，X2，X3端子，组合成8种转速，同时设Shift键与X1X3组合使用，产生8种预先存储好的自动切
11、削过程程序。（4）变频器程序译码器实现电子触摸屏转速设定 如（2）所述，变频器接受3个信号译出8种转速作为变频器给定；另外通过变频器预先设置参数，存储8种自动变速的车削方案曲线，通过组合键选择，使变频器按存储的不同转速切削过程自动调速。 二设计（论文）结构提要题目：车床主轴拖动变频调速节能改造设计关键词：电机转矩线；机械传动比；变频调速；PLC编程；电子触摸屏1. 绪论2. 普通车床主轴的变频调速2.1 普通车床的主要功能与构造2.1.1 普通车床的主要功能2.1.2 普通车床的构造2.2 普通车床的拖动系统2.2.1 普通车床的运动系统2.2.2 普通车床主拖动系统的机械特性2.2.3 主拖
12、动系统的负载功率2.2.4 主拖动系统的工作特点2.2.5 普通车床的原拖动系统2.3 车床主拖动的变频调速系统2.3.1 对变频调速系统的基本考虑2.3.2 低速转保留一级传动比，且方案2.3.3 低速转保留一级传动比，且方案3. 变频调速的原理3.1 变频器的控制方式3.2 变频器的频率给定4. PLC控制实现的转速分段给定原理5. 设计5.1 系统构成5.1.1 设备明细表5.1.2 传动比设计（1:3）5.1.3 变频调速系统控制电路5.2 控制与实现5.2.1 电子触摸屏5.2.2 控制流程图6.计算选择6.1 选择电动机型号6.1.1 电动机的主要额定数据6.1.2 主要计算数据6.1.3 电动机容量不变的可行性核算6.2 变频器6.2.1 变频器的基本构成6.2.2 变频器内部电路的基本功能6.2.3 变频器的选择6.2.4 变频器的功能参数表6.3 变频器的功能预置6.3.1 各参数的设定值表6.3.2 多段速的参数设定表6.4 PLC选择后记 感谢协作者3. 主要参考文献：1. 大连组合机车研究所.组合机床设计手册 机械部分 机械工业出版社 19752. 大连组合机车研究所. 组合机床设计参考图册 机械工业出版社 19753. 周宗明. 金属切削机床 清华大学出版社 20044. 濮良贵，纪名刚. 机械设计 高等教育出版社 20065. 贾亚洲.
