Электрооборудование

Нормативная скорость фрезы υ_z, м/мин, при фрезеровании определяется по формуле

                             υ_Z = ,                                          (4.1)

где – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, типа    фрезы и   вида обработки;

D – диаметр фрезы, мм;

t – глубина фрезерования (толщина слоя металла, снимаемого за один    проход), мм;

B – ширина фрезерования, мм;

Т – стойкость фрезы, принимаемая  обычно для цилиндрических, торцевых, дисковых и фасонных фрез при обработке  стали и ковкого чугуна равной 180 мин, при обработке серого чугуна 240 мин;

z – число зубьев фрезы;

s_z – подача на зуб фрезы, мм;

К_υ – общий поправочный коэффициент на скорость резания.

Значения коэффициента и показателей  степеней в формуле (4.1) при

 фрезеровании принимаем из [4, Таблица 37]. Подачу s_z берем из [4, Таблица 32]

 

для быстрорежущей стали, также  выбираем оборот фрезы из [4, Таблица 36].

Тогда по формуле (4.1) определяем нормативную скорость фрезы

                  υ_Z = = 41,45 м/мин

Усилие резания или окружное усилие при фрезеровании, кг, рассчитывается по формуле

                           Р_z=,                                   (4.2)

где   n – число оборотов фрезы в минуту;

    – коэффициент на силу резания.

 Коэффициенты и показатели степеней в формуле (4.2) при фрезеровании принимаем из [4, Таблица 39].

Определяем усилие резания Р_z по формуле (4.2)

                            Р_z=  =414 кг

Мощность на валу N, кВт, главного электродвигателя, соответствующая мощности резания, определяется по формуле

                                N =                                                            (4.3)   

                           N = = 2,803 кВт     

Выбераем  электродвигатель главного движения по условию

                              N ≤ Р_дв

Для привода  главного движения М1 выбераем двигатель типа АИР 100S4, мощностью 3 кВт и частотой вращения 1500 об/мин, технические характеристики двигателя приведены в Таблице 4.1

 

 Таблица 4.1 – Технические характеристики двигателя АИР 100S4

Р, кВт	КПД, %	cosφ	Sн,%	Мп/Мн	Мmax/Мн	Мmin/Мн	Iп/Iн	Масса, кг
3	82	0,83	6	2	2,2	1,6	7	21,6

 

 

            

 

 

                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Расчет мощности и выбор  электродвигателей подач и вспомогательных  движений

Электропривод подачи стола фрезерных станков предназначен для перемещения тяжелой и габаритной обрабатываемой детали относительно инструмента. Определяем мощность N_S, кВт, электродвигателя подач по формуле

                             N_S=(F_θ⋅S)/(6⋅10⁴⋅η),                                                          (5.1)

где F_θ – тяговая сила, при перемещении стола, Н, равна 8280Н;

      S – подача стола, мм/мин, для проектируемого станка равна 1000;

 η – КПД цепи подач, обычно равняется 1,15 – 0,2.

                         N_S = (8280⋅1000)/(6⋅10⁴⋅0,2)⋅10^-3 = 0,69 кВт

Выбираем двигатель М3 по условию того, что его мощность будет больше расчетной. Для электропривода стола подач выбираем электродвигатель серии АИР 71В4 с частотой вращения 1500 об/мин, технические характеристики двигателя приведены в Таблице 5.1.

В гидроприводах и системы охлаждения фрезерных станков применяются насосы объемного типа, работающие по принципу вытеснения жидкости за счет статического напора. Их производительность зависит от частты вращения нагнетательного органа и объема рабочих камер. Необходимая мощность N, кВт, для привода насоса определяется по выражению

                           N = p⋅Q/60⋅η ,                                                             (5.2)

где р – рабочее давление насоса, МПа;

 η – КПД насоса, для пластинчатых 0,7 – 0,88;

 Q – подача насоса, л/мин, для проектируемого станка 2 – 6 л/мин;

                          N = 2⋅2/60⋅0,7= 0,095 кВт

В качестве двигателя насоса М4 принимаем электродвигатель серии АИР 56А4, технические характеристики двигателя приведены в Таблице 5.1.

Расчитаем скорость резания (фрезерной головки) по формуле

                              υ_Z =,                                                                 (5.3)

где С_υ – коэффициент, зависящий от материала изделия и сверла;

  D – диаметр сверла, мм;

  Т  – стойкость сверла, мин;

  S – подача, мм/об.

Тип фрезы обуславливается схемой фрезерования. Диаметр фрезы для  сокращения основного технологического времени выбирают по возможности  наименьшей. Тип фрезы – цилиндрическая, материал режущей части Т15К6  (фреза  с пластинкой из твердого сплава). Коэффициенты и показатели степени в формуле скорости рассверливании, зенкеровании и развертывании принимаем из [4, Таблица 29].

Тогда скорость резания определяем по формуле (5.3)

                             υ_Z =⋅1= 68 м/мин

По найденному значению скорости резания  рассчитаем частоту вращения шпинделя n_шп, об/мин, по формуле

                            n_шп=10³υ/(πD)                                                             (5.4)        

                            n_шп= 10³⋅68/3,14⋅20=1082 об/мин

Крутящий момент, Н⋅м, рассчитываем по формуле

                              M_kp = 10⋅C_M⋅ ⋅⋅⋅                                                   (5.5)

Коэффициенты и показатели степени  в формуле крутящего момента  рассверливании, зенкеровании и развертывании  принимаем из [4, Таблица 32].

                             M_kp = 10⋅0,012⋅4⋅⋅1= 7340,6 Н⋅м

Зная момент и частоту вращения шпинделя, можно найти мощность резания при сверлении , Вт

                            P_z = M_kp⋅ n_шп/9550                                                       (5.6)  

                            P_z = 7340,6⋅1082/9550 = 831,68 Вт    

 Выбираем двигатель М2 по условию того, что его мощность будет больше расчетной. Для электропривода шпинделя головки выбираем электродвигатель серии АИР 80В4 с частотой вращения 1500 об/мин, технические характеристики двигателя приведены в Таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Технические данные двигателей серии АИР

Тип двигателя	Р, кВт	КПД, %	cosφ	Sн,%	Мп/Мн	Мmax/Мн	Мmin/Мн	Iп/Iн
АИР 56А4	0,12	63	0,66	10	2,3	2,2	1,8	5
АИР 71В4	0,75	73	0,76	10	2,2	2,2	1,6	5
АИР 80В4	1,1	75	0,81	7	2,2	2,2	1,6	5,5

 

 

                                         

 

               

 

 

 

 

 

                          

 

 

6 Расчет и построение  механической характеристики с  применением ПЭВМ

При питании обмотки статора  создаётся вращающееся магнитное поле с  синхронной частотой вращения n₁, об/мин, которая связана с частотой сети , Гц, соотношением:

                               n₁ = 60ƒ/2p,                                                         (6.1)

где р — число пар магнитных полюсов обмотки статора.

Трехфазный асинхронный электродвигатель может работать в разных режимах. Рассмотрим двигательный режим работы, т.к. в этом режиме работает двигатель  главного движения. При действии нагрузки частота вращения ротора уменьшается по сравнению с частотой вращения статора n₁, возникает скольжение  – относительная разность частот вращения магнитного поля статора и ротора, которое соответственно определяется по выражению

                   

                                 ,                                                          (6.2)                       

где n₂ – частота вращения ротора, об/мин.

Механическая характеристика показывает, какое изменение момента на валу двигателя будет с изменением скольжения двигателя. С помощью  ПЭВМ рассчитываем механическую характеристику на основании технических характеристик двигателя главного движения (таблица 4.1) и строим ее.

 

 

 

 

 

 

7 Разработка принципиальной электрической схемы управления

Включением вводного автоматического выключателя QF1 подается напряжение сети на первичные обмотки трансформаторов TV1 и TV2 и на входные контакты магнитного пускателя KM1.

Пуск в работу станка осуществляется нажатием кнопки SB2, при этом срабатывает магнитный пускатель KM1, который, замкнув свои замыкающие контакты в силовой цепи KM1.1…3, включает электродвигатели привода шпинделя М1 или фрезерной головки М2, привода подачи М3 и электронасоса М4.

Для раздельной работы электродвигателей  М1 – М4 имеются, соответственно, выключатели SA1 – SA4. Кроме того, выключатель SA1 предназначен для изменения направления вращения электродвигателя М1, а выключатель SA2 – для изменения направления вращения электродвигателя М2.

Остановка станка осуществляется нажатием кнопки SB1, при нажатии которой магнитный пускатель KM1 отключается, который выключает все электродвигатели и включает магнитный пускатель KА1.

Магнитный пускатель KА1 совместно с промежуточным реле KU1, замкнув свои замыкающие контакты KА1.1…3 в цепи торможения, подает в цепь статоров электродвигателей постоянный ток. Происходит электродинамическое торможение электродвигателей. Длительность торможения определяет выдержка времени на реле КТ1.

Для включения ускоренного перемещения  стола имеется кнопка SB4, от нажатия которой при включенном магнитном пускателе KM1 включается электромагнитная муфта YG1. Для кратковременного включения электродвигателей имеется кнопка SB3.

Для включения местного освещения  на светильниках установлены выключатели  SA5 и SA6.

Защита электрооборудования станка от коротких замыканий осуществляется автоматическими выключателями  QF1 и FА1. Защита от перегрузок электродвигателей шпинделя М1, фрезерной головки М2, привода подачи М3 и электронасоса М4 осуществляется тепловыми реле КК1 – КК 4. Минимальная защита электродвигателей осуществляется магнитным пускателем KM1.

Невозможность включения электродвигателей  при открытой задней дверце станка обеспечивается конечным выключателем SQ1.

О наличии напряжения сети в электрических  цепях станка при включенном вводном выключателе QF1 указывает сигнальная лампа HL1.

В случае короткого замыкания на землю цепи управления 110 В загорается в полный накал одна из сигнальных ламп HL2 или HL3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 Выбор аппаратов пуска,  защиты и управления

Для запуска, управления и создания безопасных условий работы электродвигателей применяют аппаратуру контактного или без контактного действия, которую делят на пусковую, командную, промежуточную и защитную.

Аппаратура контактного действия предназначена для ручной и автоматической подачи электрического импульса команды  в электрическую цепь. К аппаратуре ручного управления относятся выключатели, тумблера, кнопки и т. п. кнопки и  тумблера в основном используются для  включения и отключения вспомогательных  электрических цепей. Пусковые кнопки обычно окрашены в черный цвет, а  кнопки «СТОП» – в красный. К пусковой аппаратуре относят магнитные пускатели  или электромагнитные контакторы. Эти  аппараты автоматически отключают двигатель, если прекращается подача напряжения в сеть определенной величины.

Для защиты электрооборудования от коротких замыканий применяют предохранители в виде пробок или трубок с плавкими вставками. Для предотвращения перегрева  двигателя служит тепловое реле. Для  защиты силовых цепей  от коротких замыканий и чрезмерных перегрузок используют комбинированные автоматические выключатели.