Вертикально-фрезерный станок

Вертикально-фрезерный станок

Аннотация

Данный курсовой проект включает в себя пояснительную записку, выполненную на листах формата А4 с расчетами, выполненными в соответствии с техническим заданием и графические документы, выполненные на 3 листах формата А1: принципиальная схема вертикально-фрезерного станка, схема соединения и управления вертикально-фрезерного станка, план осветительной сети и заземления.

Целью данного курсового проекта является ознакомление с назначением, устройством, электрооборудованием, эксплуатацией вертикально-фрезерного станка; расчет мощности двигателя, расчет и выбор аппаратов, разработка схем управления, схемы соединения и монтажной схемы панели управления; охрана труда и правила технической эксплуатации.

        
Проектирование электрооборудования вертикально-фрезерного станка

.1 Назначение и характеристика электрооборудования вертикально-фрезерного станка

Вертикально-фрезерный станок предназначен для обработки различных изделий из стали, чугуна, цветных металлов и пластмасс цилиндрическими, торцовыми, дисковыми, угловыми и специальными фрезами.

Широкий диапазон скоростей шпинделя и подач стола обеспечивает возможность обработки изделий на оптимальных режимах резания.

Для вращения шпинделя и механических подач стола предусмотрены приводы от отдельных электродвигателей. Стол станка может совершать быстрые перемещения в трех направлениях.

Ручной и механический приводы сблокированы. Выключение механических перемещений стола может осуществляться упорами и вручную. Для торможения шпинделя применяется электромагнитная муфта.

Повышенная мощность электродвигателей и жесткость станка обеспечивают обработку изделий на скоростных режимах резания твердосплавным инструментом.

Станок может применяться в единичном мелкосерийном и серийном производстве.

Вертикально-фрезерный станок необходим, прежде всего, для металлообрабатывающих операций. Как правило, обработка ведется торцевыми, цилиндрическими, фасонными, угловыми и иными фрезами.

Технологические преимущества значительно расширяет шпиндель. Он вращается вокруг своей оси и поворачиваться в горизонтальной плоскости.

Шпиндельная головка размещается в верхней части станка. Основным рабочим движением агрегата является вращение шпинделя.

К основным технологическим составляющим вертикально-фрезерного станка относятся следующие элементы: коробка скоростей, консоль, шпиндельная и делительная головки. Сама делительная головка является основополагающим элементом. Она способна поворачивает заготовку на необходимый угол. Она также обеспечивает беспрерывное вращение обрабатываемой детали.

.2 Расчет мощности двигателей вертикально-фрезерного станка

Рассчитываем мощность двигателя главного движения фрезерного станка, определяем для каждого перехода скорость резания Vzi, м\мин, при фрезеровании по формуле:

; (1) [Л1.1]

где Cvi- коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, типа фрезы и вида обработки;- диаметр фрезы, мм - число зубьев фрезы, мм- подачи на зуб фрезы, мм- глубина фрезерерования, мм - ширина фрезерования, мм- стойкость фрезы, мм

Определяем усилие резания Fzi, H, при фрезеровании на каждом переходе:

; (2) [Л1.1]

Значение показателей степени и коэффициентов в этих формулах берутся из справочника по режимам резания.

Определяем машинное время tм, мин, за каждый проход фрезы:

; (3) [Л1.1]

где li- длинна фрезерования, мм- перебег фрезы, мм- минутная подача, мм\мин.

Определяем время t0, мин, работы вхолостую по формуле:

; (4) [Л1.1]

где lxx- величина вспомогательных перемещений суппорта (отвод, подвод инструмента), мб.пер - скорость быстрых перемещений суппорта, м\мин - время смены инструмента, мин- время переустановки, смены заготовки, мин- время контроля размеров, мин

Определим мощность резания Pzi, кВт, для каждого рабочего участка нагрузочной диаграммы по формуле:

; (5) [Л1.1]

Построим нагрузочную диаграмму Pz(t) привода главного двигателя:

Рисунок 1 Нагрузочная диаграмма главного двигателя P_z(t)

Определяем мощность Po, кВт, холостого хода по формуле:

; (6) [Л1.1]

где a - коэффициент постоянных потерь в двигателе,

,кВт; (7) [Л1.1]

где ηшп.ном. - КПД привода шпинделя при номинальной нагрузке

= кВт.

,кВт

Находим режим работы механизма по формуле:

; (8) [Л1.1]

где tp- суммарное время работы, минсуммарное время паузы, мин.

Рассчитываем среднее эквивалентное значение мощности Рср, кВт, двигателя по формуле:

,кВт ; (9) [Л1.1]

; (10) [Л1.1]

Технические параметры двигателя сводим в таблицу №1

Таблица №1 Выбор главного двигателя

Тип двигателя            Рн, кВт  Ηн, об\мин          ηн           cosᵠ        J,

Производим проверку двигателя.

Проверка выбранного двигателя привода главного движения по условиям нагрева.

По данным таблицы находим токи Ini, А, в обмотке статора двигателя для различных интервалов нагрузки:

; (11) [Л1.1]

где:линейное напряжение сети, В

А

А

А

А

А

А

Рассчитаем эквивалентное значение тока, I_экв, А, в обмотке статора двигателя:

 (12) [Л1.1]

Находим максимальный ток I_ном, А, в обмотке статора двигателя:

,А (13) [Л1.1]

Проверяем условие:

, А (14) [Л1.1]

,58<15.14, А

Условия выполняются, предварительно выбранный двигатель удовлетворяет условиям проверки по нагреву.

Проверяем выбранный двигатель привода главного движения по перегрузочной способности.

В соответствие с нагрузочной диаграммой Pz = f (t) определяем наибольший момент М_наиб, H*м нагрузки, по формуле:

 (15) [Л1.1]

Рассчитываем наименьший момент М_наим, Н×м, нагрузки, по формуле:

 (16) [Л1.1]

Определяем перегрузку, возникающую на валу двигателя при работе и перегрузочную способность двигателя по формуле:

,Н*м (17) [Л1.1]

, Н*м

Н*м

Условие выполняется. Выбранный двигатель соответствует нагрузке возникающей на него.

Находим мощность двигателя насоса охлаждения (смазки).

Определяем мощность Р_дв, кВт, насоса по формуле:

 (18) [Л1.1]

где:

к_з - коэффициент запаса(1,1)

y - плотность перекачиваемой жидкости кг/м (для холодной воды-9810 н/м)

q - ускорение свободного падения, м/с (q=9,81 м²/с)

Н - напор,м

Q - производительность насоса, м³/с

h_нас - КПД насоса

h_перед - КПД передачи

По найденным значениям выбрать асинхронный двигатель, технические параметры сводим в таблицу

Таблица №2 Выбор двигателя охлаждения.

.3 Разработка схемы управления вертикально-фрезерного станка и описания ее работы

Вертикально - фрезерные станки разных моделей имеют ряд однотипных узлов и сходные схемы управления электроприводами.

Шпиндель станка получает вращение от асинхронного короткозамкнутого двигателя, мощностью 7,5 кВт при 1455м об/мин через коробку скоростей, которая даёт 18 ступеней скорости шпинделя - от 30 до 1500 об/мин. Переключение скоростей производится вручную. Напряжение в силовую цепь подаётся путем включения автоматического выключателя QF1. Двигатели станка включаются на напряжение 380В, цепь управления питается от вторичной обмотки трансформатора TV, напряжением 110 В.

Пуск двигателя М1 производится нажатием кнопки SB1(пуск), при этом включается магнитный пускатель КМ1 и к статору двигателя подводится напряжение через сопротивления R1, ограничивающие пусковой ток. Одновременно через замыкающий блок-контакт КМ1 получает питание реле времени КТ1, и замыкается его контакт мгновенного действия, шунтирующий кнопку SB1(пуск). Двигатель начинает разгоняться. При скорости двигателя, близкой к номинальной, замыкается основной контакт реле времени КТ1, и запитывается магнитый пускатель КМ3, шунтирующий главными контактами сопротивления R1. Далее рукоятка командоаппарата SM1 переводится в положение (вправо). Тогда через замкнувшийся контакт SM1.1, получает питание магнитный пускатель КМ4, включающий своими главными контактами двигатель подачи МЗ. Стол движется вправо с выбранной скоростью подачи.

При необходимости быстрого подвода стола с деталью к фрезе нажимается кнопка SB3 (быстро), включается магнитный пускатель КМ6 и электромагнит YA. Который через фрикционную муфту переключает механизм передвижения стола на быстрый ход. При отпускании кнопки SB3 (быстро) магнитный пускатель КМ6 отключается, и стол получает рабочую подачу.

Остановка стола происходит при переводе рукоятки командоаппарата SM1 в нейтральное положение. Контакт SM1.1 размыкается, и теряет питание КМ4. Для перемещения стола в обратную сторону следует перевести рукоятку командоаппарата SM1 в положение (влево). Замыкается контакт SM1.3 Получает питание магнитный пускатель КМ5, двигатель М3 резерсируется, стол будет двигаться влево до размыкания контакта SM1.3.

Аналогичным образом можно проследить работу схемы при вертикальной подачи консоли. В этом случае управления ведется командоаппратом SM2, а крайнее положение консоли контролируется при переходе вперед (вверх) контактом SM2.1, при ходе назад (вниз) контактом SM2.3.

Для остановки двигателя шпинделя М1 следует нажать кнопку SB2 (стоп) и удерживать её 1,5 - 2 секунды. При этом отключается контактор КМ1 и включается магнитный пускатель КМ2, обмотки статора присоединяются к источнику постоянного тока КМ2 (выпрямителю VD) и происходит динамическое торможение двигателя. При отпускании кнопки SB2 (стоп), магнитный пускатель КМ2 отключается и схема приходит в исходное положение.

В схеме управления предусмотрена блокировка, не допускающая работу при одновременном включении командоаппаратов SM1 и SM2, при одновременном их исключении размыкаются контакты SM1.2 или SM1.4, SM2.2 или SM2.4 и питание контакторов КМ4 и КМ5 прекращается.

Защита от короткого замыкания производится автоматическими выключателями. Защита от перегрузок производится автоматическими выключателями (с тепловыми расцепителями), рубильниками, магнитными пускателями, предохранителями, и тепловым реле.

1.4 Расчет и выбор электрических аппаратов

Электрические аппараты служат для коммутации, сигнализации и защиты электрических цепей и электроприемников, а также для управления электротехническими и технологическими установками. Основой для выбора аппаратов защиты и управления является номинальные данные двигателей, режимы и условия их работы. Применяемые устройства и аппараты должны в наилучшей степени обеспечивать все возлагаемые на них функции и полностью соответствовать условиям выбора.

Расчет аппаратов защиты и управления для механического цеха определяем по номинальному току потребителей и току уставки автоматических выключателей и предохранителей.

Номинальный ток для потребителей электроэнергии Iном, А, находим по формуле.

Номинальный ток автомата должен соблюдать следующее условие:

; (19) [Л2.1]

Установка тепловых расцепителей находится из условия:

; (20) [Л2.1]

Автоматические выключатели предназначены для защиты электроустановок.

Рассчитываем автоматический выключатель по формуле:

 , А; (21) [Л2.1]

А

А ; (22) [Л2.1]

 А

По каталогу предварительно выбираем автомат и заносим данные в таблицу № 3

Таблица № 3 Выбор автоматического выключателя

При работе плавких вставок предохранитель для электродвигателей со значительным пусковыми токами превышающие номинальные токи, вводится коэффициент снижения пускового тока. При легких пусках он равен 2,5, при тяжёлых пусках 1,6. При защите одного двигателя ток плавкой вставки находится из условия:

; (23) [Л2.1]

Предохранитель - коммутационный электрический аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей от токов перегрузки и короткого замыкания.

Рассчитываем предохранитель для электродвигателя главного движения.

Находим номинальный ток по формуле:

, А ; (24) [Л2.1]

Находим пусковой ток по формуле:

А; (25) [Л2.1]

А

Находим ток плавкой вставки по формуле:

; (26) [Л2.1]

А

Рассчитываем предохранитель для двигателя насоса гидросистемы:

А

А

А

По каталогу предварительно выбираем предохранители и заносим данные в таблицу № 4

Таблица № 4 Выбор предохранителей

Магнитный пускатель - это электрический аппарат, предназначенный для пуска, остановки, реверса и защиты электродвигателя от токов перегрузки и понижения напряжения.

Рассчитываем магнитный пускатель для электродвигателя главного движения:

; (27) [Л2.1]

Рассчитываем магнитный пускатель для двигателя насоса гидросистемы:

По каталогу предварительно выбираем магнитные пускатели и заносим данные в таблицу № 5

Таблица № 5 Выбор магнитных пускателей

Тепловое реле - это электрический аппарат, предназначенный для защиты электродвигателей от токов перегрузки.

Рассчитываем тепловое реле для электродвигателя главного движения:

А

; (28) [Л2.1]

А

Рассчитываем тепловое реле для двигателя насоса гидросистемы:

По каталогу предварительно выбираем тепловое реле и заносим данные в таблицу № 6

Таблица № 6 Выбор теплового реле

.5