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

Наименование параметраЗначение
Наибольший диаметр обрабатываемого изделия над суппортом, мм 180
Наибольший диаметр обрабатываемого изделия над станиной, мм 360
Наибольшая длинна обтачивания, мм 710
Наибольшая длинна обрабатываемого изделия,мм 750
Наибольшее поперечное перемещение, мм 220
Наибольшее продольное перемещение, мм 750
Быстрое продольное перемещение, м/мин 4
Быстрое поперечное перемещение, м/мин 2
Перемещение на одно деление лимба, мм 0.025
Пределы продольных подач, мм/об 0.052.8
Пределы поперечных подач, мм/об 0.0251.4
Количество скоростей прямого вращения 21
Количество скоростей обратного вращения 21
Наибольшее перемещение пиноли, мм 120
Пределы частоты прямого вращения шпинделя, мин 202000
Пределы частоты обратного вращения шпинделя, мин 202000
Поперечное перемещение вперед, мм 5
Поперечное перемещение назад, мм 5
Длинна станка, мм 2270
Ширина станка, мм 1110
Высота станка, мм 1505
Вес станка, кг 2050

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 Pz, кВт, по формуле:

Pz= Vz Fz/1020 60, ( 1 )

где Vzлинейная скорость резанья, м/мин.

Fz – усилие резанья, Н;

Vz=(Сv/Tm tx Sy) Кv, ( 2 )

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

Ку поправочный коэффициент, учитывающий действительные условия резания.

Ку = Кmv Кnv Киv, ( 3 )

где Кmv коэффициент, учитывающий качество обработки материала;

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

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

Кmv= 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;

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

Кmv= 1 (750 / 300) 1 = 0,4

Ку = 0,4 1 1 = 0,4

Vz=(300/300,2 50,15 20,35) 0,4=37,4 м/мин

Определяем усилие резания Fz, H, по формуле:

Fz=10 Сftx Sy VznКр ( 5 )

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

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

Fz=10 150 51 20.75 37.40.15 1= 7326Н

По формуле ( 1 ) определяем мощность резания:

Рz=7326 37.4 / 1020 60 = 4.47 кВт

Производим расчет мощности насоса охлаждения Рнасоса, кВт,по формуле:

=K3 ( p g Q (Hc+ H)/ ном) 103, ( 6 )

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

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

Q производительност,м3/с, по паспарту станка

Q=0,00032 м3/с;

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

Н потеря напора, м, принимаем по паспорту

Н=0,5Нc, Н=0,75 м;

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

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

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

Мощность на валу двигателя станции смазки Рдв1, кВт, определяем по формуле:

Рдв1 = K3 Q H 103 / нас ( 7 )

где Q – производительность насоса, м3 /с;

Н – давление масла в гидросистеме,Н/м2;

Кз –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

Рдв1 = 1,2 0,0004 196200 103/0,8 = 0,11 кВт

Мощность привода быстрого хода принимаем из паспорта станка, Рдв2 =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

Обозначение на схемеНаименованиеТипКоличество
М1Электродвигатель Р=5,0 кВт, n=1500 об/мин4АМI32М8/4У31
М2Электродвигатель Р=0.37 кВт, n=1500 об/минДПТП224СIУ31
М3Электронасос Р=0.12кВт, n=3000 об/минX1422МУХЛ41
М4Электродвигатель Р=0.12 кВт, n=3000 об/минКомплектно со станцией смазки С48141
РИзмеритель I=10 A U=380ВЭ8031 У31
R1РезисторПЭВ7.5150 Ом1
S1ПереключательПКП256107ПУ31
S2ВыключательВ сборе со светильником1
S3S5ВыключательВП15Д21622154У233
S6ВыключательКЕ191У31
S7ВыключательКЕ181У21
S8 S9ПереключательПКУ311С2071У32
S10ВыключательВПК 2010У41
S11ПереключательПЕ061У31
SAМикропереключательМП1104ЛУХЛ31
SQВыключательВП16Г23Б2311
TТрансформаторОСМ10,4У31
V1V4ДиодД2431
V5,V6ДиодД226 В1
Y1Муфта электромагнитнаяЭТМ0841Н21
Y2Муфта электромагнитнаяЭТМ0862В1
КТРелеРВП72312100У41
К1Пускатель магнитныйП6111УХЛ4Б1
К2К6РелеРП21003УХЛ45
К7,К8Пускатель магнитныйПМА3102УХЛ42
К9,К10Пускатель магнитныйП6111УХЛ4Б2
К11РелеРП21003УХЛ41
F1Выключатель I=31,5AАЕ2056М110У31
F3,F4Реле I=16AТРН25УХЛ4 162
F2Реле I=0,4AТРН25УХЛ 0,41
F5F7Предохранитель Iвст =6АПРС 6У33
F8Предохранитель Iвст =2АПРС 6У31
F9,F10Предохранитель Iвст =4АПРС 6У32
F11Предохранитель Iвст =2АПРС 6У31
F12,F13Предохранитель Iвст =2АПРС 6У32
F14,F15Предохранитель Iвст =1АПРС 6У32
ЕLЛампаМО2440У31
ATМодуль времениЭ53507.000.0001
C1,C2Конденсатор 0,51 мкфМБГ22000,512

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

Подобные работы:

Актуально: