半自动磨床的电动机调速系统的设计毕业设计论文.docx

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半自动磨床的电动机调速系统的设计毕业设计论文

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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指导教师签名：

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

本次设计的内容是半自动磨床的电动机调速系统的设计，重点设计和介绍了直流调速系统工作原理图。

直流调速系统具有调速性能优良、可靠性高的优点，被广泛的应用。

直流调速系统是弱电控制与强电控制相结合的系统。

系统弱电部分检测系统工作时的转速、电枢电流、电机温度、晶闸管温度等信号，根据检测到的信号发出控制信号；强电部分根据控制信号调节电动机转速，拖动铰刀、钻机等机械负载进行作业，以满足不同作业现场的需要。

磨床是应用于零件精加工，尤其是淬硬钢件和高硬度特殊材料精加工的一种机床。

近年来由于科学技术的发展，现代机械零件的精度和表面粗糙度要求越来越高，各种硬度材料日益增多，所以磨床的应用越来越广泛。

关键词：

半自动磨床；直流电动机；SCR—M自动调速系统；控制电路设计

Abstract

Thedesignofthecontentsincludesemi-automaticgrinderandmotorspeedregulationsystem.ItmainlydesignsandintroducesthedirectcurrentGovernorsystem.TheDcspeedcontrolsystemhasgoodperformance,reliablity,highspeedadvantage,bywidespreadapplication.Dcspeedcontrolsystemiselvcontrolandspecializedcombinationofsystemcontrol.Systemelvpartdetectionsystemwork,motorarmaturecurrentspeed,temperature,thyristortemperaturesignal,accordingtodectetthesignalcontrolsignal;Accordingtothecontrolsignalregulating&highpartoftherotation,dragreamer,drillsuchmechanicalloadintheoperations,tomeettheneedsofdifferentassigmentssite.Grindingmachineisusedinpartsfinishing,inparticularhardenedsteelandspecialmaterialsofhighhardnessofamachinetoolforfinishing.Inrecentyears,duetothedevelopmentofscienceandtachnology,modernmachinerypartsofthesurfaceroughnessandprecisiondemandishigherandhigher,thehardnessofmaterialisincreasing,sotheGrindingmachineismoreandmorewidelyapplied.

Keywords:

Semicautomaticgrindingmachine;DCmotor;SCR—Mautomaticspeedregulatingsystem;Controlcircuitdesign

1绪论

1.1引言

直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。

在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。

晶闸管—直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。

尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。

但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制原理的基础。

现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。

1.2课题研究的目的和意义

直流电动机具有良好的起制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。

直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以首先应该掌握好直流系统。

从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统，位置随动系统，张力控制系统，多电动机同步控制系统等多种类型，而各种系统往往通过控制转速来实现的，因而调速系统是最基本的拖动控制系统。

直流调速的电枢和励磁不是耦合的，是分开的，对电枢电流和励磁电流都能够做到精确控制；而交流调速，电枢电流和励磁电流是耦合的，是无法做到精确控制的。

因此在轧机、造纸等对力矩要求很高的行业，直流调速还是具有广泛性，直流调速器具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。

我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。

由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。

通过本设计论文，我们将对直流调速有一个更深的了解。

1.3论文的主要内容

万能螺纹磨床布局与外圆磨床类似，工作台在床身上移动，作纵向进给运动；砂轮架作横向进给运动，为磨削不同导程角的工件；砂轮轴能在垂直面内转一定角度。

为消除双向磨削时的换向间隙，在传动链中设有间隙消除机构。

万能螺纹磨床有铲磨机构和螺距累积误差校正机构，可用单线砂轮和多线砂轮磨削各种精密螺纹（如外螺纹、内螺纹、锥螺纹和多头螺纹等）。

万能螺纹磨床用途广泛，可用于加工螺纹量规、螺纹滚压轮、滚珠丝杠、滚珠螺母、蜗杆、丝锥、滚刀、螺纹铣刀和其它螺纹件，使用适当的附件还可磨削环形沟槽齿条和搓丝板等。

本设计论文以直流电机为对象，用转速负反馈晶闸管直流调速小功率有静差调速速度和电流双闭环直流调速的调速方法对直流电机的调速进行研究。

2磨床的种类、用途及其发展状况

2.1磨床的类型与用途

2.1.1磨床的类型及其特点

用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料等）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床（英文为Grindingmachine），它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的。

磨床的种类很多，主要有：

外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等。

对外圆磨床来说，又可分为普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床、宽砂轮外圆磨床、断面外圆磨床等。

以上均为使用砂轮作为切削工具的磨床。

此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床等。

磨床与其它机床相比，具有以下几个特点：

1、磨床的磨具（砂轮）相对于工件做高速旋转运动（一般砂轮圆周线速度在35米/秒左右，目前已向200米/秒以上发展）；

2、它能加工表面硬度很高的金属和非金属材料的工件；

3、它能使工件表面获得很高的精度和光洁度；

4、易于实现自动化和自动线，进行高效率生产；

5、磨床通常是电动机——油泵——发动部件，通过机械，电气，液压传动——传动部件带动工件和砂轮相对运动——工件部分组成。

2.1.2磨床的用途

磨床可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成型表面。

磨床可以进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。

随着科学技术的发展，对机械零件的精度和表面质量要求越来越高，各种高硬度材料的应用日益增多。

精密铸造和精密锻造工艺的发展，使得有可能将毛坯直接磨成成品。

高速磨削和强力磨削，进一步提高了磨削效率。

因此，磨床的使用范围日益扩大。

它在金属切削机床所占的比重不断上升。

目前在工业发达的国家中，磨床在机床总数中的比例已达30%——40%.

据1997年欧洲机床展览会（EMO）的调查数据表明，25%的企业认为磨削是他们应用的最主要的加工技术，车削只占23%，钻削只占22%，其它占8%；而磨床在企业中占机床的比例高达42%，车床占23%，铣床占22%，钻床占14%。

由此可见，在精密加工中，有许多零部件是通过精密磨削来达到其要求的，而精密磨削加工会要在相应的精密磨床上进行，因此精密磨床在精密加工中占有举足轻重的作用。

但是要实现精密磨削加工，则所用的磨床就应该满足以下几个基本要求：

1.高几何精度。

精密磨床应有高的几何精度，主要有砂轮主轴的回转精度和导轨的直线度以保证工件的几何形状精度。

主轴轴承可采用液体静压轴承短三块瓦或长三块瓦油膜轴承，整体度油楔式动压轴承及动静压组合轴承等。

当前采用动压轴承和动静压轴承较多。

主轴的径向圆跳动一般小于1μm，轴向圆跳动应限制在2—3μm以内。

2.低速进给运动的稳定性。

由于砂轮的修整导程要求10—15mn/min,因此工作台必须低速进给运动，要求无爬行和无冲击现象并能平稳工作。

3.减少振动。

精密磨削时如果产生振动，会对加工质量产生严重不良影响。

故对于精密磨床，在结构上应减少振动。

4.减少热变形。

精密磨削中热变形引起的加工误差会达到总误差的50%，故机床和工艺系统的热变形已经成为实现精密磨削的主要障碍。

2.1.3外圆磨削和端面外圆磨床

1.外圆磨削

在外圆磨削过程中，工件是安装在两顶尖的中心之间，砂轮旋转是引起切削旋转的主要来源和原因。

基本的外圆磨削方法有两种，即横磨法磨外圆和纵磨法磨外圆。

事实上，外圆磨削可以通过其它以下几种方法来实施：

（1）传递方法：

在这种方法中，磨削砂轮和工件旋转以及径向进给都应满足所有的整个长度，切削的深度是由磨削砂轮到工件的纵向进给来调整的。

（2）冲压切削方法：

在这种方法中，磨削是通过砂轮的纵向进给和无轴向进给来完成的，正如我们所看到的，只有在表面成为圆柱的宽度比磨削轮磨损宽度短时，这种方法才能完成。

（3）整块深度切削方法：

除了在磨削过程中，要进行间隙调整外，这种方法与传递方法很相似，同时这种方法具有代表性，除了磨削短而粗的轴。

2.端面外圆磨床及其特点

端面外圆磨床是外圆磨床的一种变形机床，它宜于大批量磨削带肩的轴类工件，有较高的生产率。

它的特点如下

（1）这种磨床的布局形成和运动联系与外圆磨床相似，只是砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜一角度（通常10°，15°，26.23°,30°,45°），数控端面外圆磨床MKS1632A的砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜30°。

为避免砂轮架与工件或为架相碰，砂轮安装在砂轮架的右边，从斜向切入，一次磨削工件外圆和端面。

（2）由于它适用于大批量生产，所以具有自动磨削循环，完成快速进给（长切入）——粗磨——精磨——无花磨削。

由定程装置或自动测量控制工件尺寸。

（3）装有砂轮成型修整器，按样板修整出磨削工件外圆和端面的成型砂轮，为保证端面尺寸稳定及操作安全，一般具有轴向对刀装置。

2.2磨床的现状及其发展趋势

随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密（从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展）和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展，如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石平均半径可小至4μm、磨削精度高达0.025μm；使用电主轴单元可使砂轮线速度高达400m/s,但这样的线速度一般仅用于实验室，实际生产中常用的砂轮线速度为40—60m/s；从精度上看，定位精度＜2μm，重复定位精度≤±1μm的机床已经越来越多；从主轴转速来看，8.2kw主轴达60000r/min，13kw达42000r/min,高速已不是小功率主轴的专有特征；从刚性上看，已出现可加工60HRC硬度材料的加工中心。

北京第二机床厂引进日本丰田公司先进技术并与之合作生产的CA（P）62—63数控外圆/数控端面外圆磨床，砂轮架采用原装进口，砂轮线速度可达60m/s；砂轮架主轴采用高刚性动静压轴承提高旋转精度，采用日本丰田工机公司GC32—ECNC磨床专用数控系统可实现二轴（X和Z）到四轴（X、Z、U和W）控制。

此外，对磨床的环保要求越来越高，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。

大量的工业清洗机和切削液处理机系统反映现代制造业对环保越来越高的要求。

3直流电动机调速系统

3.1自动调速系统中常用的反馈

自动调速系统中的反馈分为硬反馈和软反馈两类。

3.1.1硬反馈

硬反馈是指系统稳定运行时加入的反馈，常用的硬反馈有转速负反馈、电压负反馈和电流正反馈。

转速负反馈的作用是直接反馈电动机的转速，静特性较好。

电压负反馈和电流正反馈又称电势内反馈，由于电动机的转速与电势成正比，因此电压负反馈和电流正反馈系统的静特性接近于转速负反馈的静特性。

3.1.2软反馈

常软反馈是指在启动等暂态过程中加入的反馈，常用的软反馈有电流截止负反馈、电压微分负反馈等。

电流截止负反馈的作用是防止调速系统启动时较大的电流对电动机的冲击；电压微分负反馈的作用，是防止电动机转速突变时所引起的振荡。

3.2转速负反馈调速系统

3.2.1转速负反馈调速系统的组成

转速负反馈调速系统组成的方框图如图4-3所示。

图4-3转速负反馈自动调速系统原理方框图

由图4-3可知，转速负反馈调速系统的组成主要包括6个部分：

①直流电动机M。

②晶闸管触发电路和主电路。

③放大器（比例调节器）。

④给定环节：

给定电压Ug。

⑤反馈环节：

反馈电压Uf。

⑥比较环节：

净输入电压△U，且：

（4-4）

3.2.2转速负反馈调速系统的工作原理

在图4-3中，当扰动使电动机的转速n偏离给定值而下降——与电动机同轴相连的测速发电机的转速也随之下降，测速发电机的输出电压Uf下降——比较环节的净输入电压△n升高——放大器输出电压Uk增加——触发器输出脉冲前移（

变小）——可控整流电路输出电压Ud升高——将电动机转速拉回给定值n。

调速系统在电动机的转速偏离给定值时，由反馈回路检测出偏差，前向通道迅速纠正偏差。

这种调节称之为有差调节。

3.3电流截止负反馈

在转速负反馈系统中,电动机起动瞬间,转子没有动,没有反馈电压,只有给定电压起作用.一方面,电动机将快速起动;另一方面,过大的起动电流对电动机不利。

为了限制电动机起动过程时的过大电流,引入电流截止负反馈。

实际应用的自动调速系统都带有电流截止负反馈环节。

电流截止负反馈环节由信号源、比较源和方向整流器三个部分组成。

电流截止负反馈的静特性近似挖掘机特性.如图4-4所示。

.带电流截止负反馈的调速系统方框图如图4-5所示。

图4-4电流截止负反馈的静特性

图4-5带电流截止负反馈的调速系统方框图

4直流电动机的调速方法

4.1直流电机调速方法简介

SA7512半自动螺纹磨床头架电动机采用直流电动机，该调速系统为晶闸管-电动机自动调速系统。

要求的调速指标为：

电动机转速为60-1200r/min，即调速范围为1：

20，最大可达1：

30；满载时系统静差度小于10%。

由于加工工艺的需要，电动机应能正反转。

自动调速系统中的反馈分为硬反馈和软反馈两类。

硬反馈是指系统稳定运行时加入的反馈，软反馈是指在启动等暂态过程中加入的反馈。

常用的硬反馈有转速负反馈、电压负反馈和电流正反馈。

转速负反馈的作用是直接反馈电动机的转速，静特性较好。

电压负反馈和电流正反馈又称电势内反馈，由于电动机的转速与电势成正比，因此电压负反馈和电流正反馈系统的静特性接近于转速负反馈的静特性。

常用的软反馈有电流截止负反馈、电压微分负反馈等。

电流截止负反馈的作用是防止调速系统启动时较大的电流对电动机的冲击；电压微分负反馈的作用，是防止电动机转速突变时所引起的振荡。

根据调速性能指标的要求，设计的转速负反馈自动调速系统电气原理图如图4-21所示。

分析该电路图，应先找到直流电动机，再找到直流测速发电机；然后按图4-5所示带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统的方框图，先分析每一个方框电路，最后综合读图。

图4-21SA7512型半自动螺纹磨床头架电动机调速系统电气原理图

4.2SA7512半自动螺纹磨床头架电动机调速系统电气原理图分析

4.2.1直流电动机电路

SA7512型螺纹磨床头架电动机晶闸管-电动机自动调速系统中的直流电动机电路见图4-22。

电动机为他励式直流电动机。

在图