Сверлильный станок

1. Назначение станка и общая характеристика электрооборудования

 

Сверлильный станок с  зажимным устройством с условным диаметром сверления 15 мм предназначен для выполнения следующих операций: сверления, рассверливания, нарезания  резьбы.

На станине станка размещены основные узлы. Станина имеет вертикальные направляющие, по которым перемещается стол и сверлильная головка, несущая шпиндель и электродвигатель. Заготовку или приспособление устанавливают на столе станка в зажимное устройство, причем соосность отверстия заготовки и шпинделя достигается перемещением заготовки.

Управление коробками  скоростей и подач осуществляется рукоятками, ручная подача — штурвалом. Глубину обработки контролируют по лимбу. Противовес размещают в  нише, а электрооборудование вынесено в отдельный шкаф. Фундаментная плита служит опорой станка. Внутренние полости фундаментной плиты служат резервуаром для СОЖ. Охлаждающая жидкость подается электронасосом по шлангам. Узлы сверлильной головки смазывают с помощью насоса, остальные узлы — вручную.Сверлильная головка представляет собой чугунную отливку, в которой смонтированы коробка скоростей, механизмы подачи и шпиндель. Частота вращения шпинделя, как правило, изменяется ступенчато, что обеспечивается коробкой скоростей и односкоростным асинхронным электродвигателем. Схемой управления предусмотрен зажим / отжим заготовки с сигнализацией состояния, автоматический и ручной пуск шпинделя по окончанию зажима, в зависимости от выбранного режима. Электрооборудование станка рассчитано на питание от электросети трехфазного переменного тока напряжением, указанным в таблице:

Таблица 1 – Параметры  напряжения питания

Назначение цепей	Напряжение, В
Силовая цепь	380
Цепь управления	220
Цепь местного освещения	36

Станок оборудован тремя электродвигателями: М1 – привод шпинделя, М2 – привод зажима / отжима заготовки и М3 – привод насоса охлаждения.

Вводной автоматический выключатель QF и автоматический выключатель  насоса охлаждения QF1 расположены на вводном щите, укрепленном на цоколе колонны.Панель управления расположена в нише рукава на подвижной части станка, поэтому питание и защитное заземление осуществляется через кольцевой токосъемник ХА1.

Пульт управления расположен на сверлильной головке.

2. Принципиальная  схема и порядок ее работы

 

Принципиальная  схема — это схема электрических  соединений, выполненная в развернутом  виде. Она является основной схемой проекта электрооборудования производственного  механизма и дает общее представление  об электрооборудовании данного  механизма, отражает работу системы автоматического управления механизмом, служит источником для составления схем соединений и подключений, разработки конструктивных узлов и оформления перечня элементов.

Питание цепи управления осуществляется через трансформатор  ТV1, при включении автоматического выключателя QF, который защищает цепи управления от коротких замыканий и перегрузок.

Перед началом работы станка необходимо произвести зажим  заготовки, что осуществляется нажатием и удержанием кнопки ЗАЖИМ. Получает питание пускатель КМ3 и главными контактами включает двигатель М2, который приводит в действие зажимные устройства. После зажима заготовки микропереключатель  SQ1 разрывает цепь ЗАЖИМа, одновременно с этим вторыми контактами собирает цепь промежуточного реле KV2 и включает сигнализацию зажима заготовки HL2.

 Промежуточное реле KV2 своими контактами собирает цепь подготовки к пуску, включается реле KV1, становится на самопитание и своими контактами собирает цепь управления вращением шпинделя. Включается световая сигнализация готовности схемы управления к пуску. Выбор режима (ручной или автоматический) осуществляется трехпозиционным переключателем SA2, выбор направления вращения шпинделя (вправо или влево) – переключателем SA3.

 

Рассмотрим случай ручного  управления шпинделя:

Переключатель SA2 устанавливаем из нейтрального положения в положение РУЧНОЕ, переключателем SA3 выбираем направление вращения шпинделя (влево/вправо), нажатием кнопки SB5 ПУСК замыкаем цепь пускателя КМ1 (или КМ2) и через блок-контакт он становится на самопитание.

 

Рассмотрим случай автоматического  управления шпинделя:

Автоматическое вращение возможно только после зажатия заготовки. Зажимаем заготовку. Микропереключатель SQ3 своими контактами подготавливает цепь автоматического вращения. Переключателем SA3 выбираем направление вращения шпинделя (влево/вправо), переключатель SA2 устанавливаем в положение АВТОМАТИЧЕСКОЕ из нейтрального положения. Движение шпинделя начинается автоматически.

 Торможение главного  двигателя вращения осуществляется  при кратковременном нажатии на кнопку СТОП SB4, которая своими замыкающими контактами включает в зависимости от выбранного направления вращения реверсивный пускатель, тем самым происходит торможение противовключением.

Отжим заготовки осуществляется нажатием и удержанием кнопки SB3, включается пускатель КМ4 и происходит отжатие. При полном отжиме срабатывает микропереключатель SQ2, тем самым разрывает цепь ОТЖИМа и включает световую сигнализацию отжима заготовки.

Местное освещение включается тумблером SA1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбор электродвигателей

 

Для выбора мощности главного электродвигателя М1 – необходимо учесть условия задания:

- диаметр сверла d = 15 мм;

- подача S = 1 мм;

- число оборотов n = 950 об/мин;

- КПД станка = 0,7;

Мощность электродвигателя рассчитаем по формуле:

(1)

Подставляя данные задания  в формулу (1) находим расчетную  мощность электродвигателя вращения шпинделя:

кВт

 

Выбираем по каталогу асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с ближайшей большей стандартной мощностью. Это двигатель 4А100L4У3 мощностью 4,0 кВт и частотой вращения 1500 об/мин.

Для выбора мощности электродвигателя зажима/отжима заготовок   М2 – необходимо учесть условия задания: мощность должна быть около 1 кВт.

Выбираем по каталогу асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с ближайшей стандартной мощностью с наименьшей частотой вращения. Это двигатель 4А100L8У3 мощностью 1,5 кВт и частотой вращения 750 об/мин.

Для подачи охлажденной  жидкости к инструменту выбираем электронасос типа ПА-22 погружаемый производительностью 22 л/мин мощностью электродвигателя 1,12 кВт и частотой вращения 2800 об/мин.

Выбранные электродвигатели и их технические характеристики в сводную таблицу:

Таблица 2 – Технические характеристики асинхронных электродвигателей привода шпинделя и вспомогательных механизмов

Назначение	Марка электро- двигателя	Ном. мощность, кВт	Частота вращения, об/мин	КПД, %	cos φ	Iп/ Iн
М1 – вращение шпинделя	4А100L4У3	4,0	1500	84	0,84	6
М2 – зажим/отжим заготовки	4А100L8У3	1,5	750	74	0,65	5,5
М3 – насос охлаждения	ПА – 22	1,12	2800	68	0,72	5

 

Таким образом, электропривод  сверлильного станка состоит из трех электродвигателей:

- М1 – электродвигатель вращения  шпинделя, Рном  = 4,0 кВт.

- М2 – электродвигатель зажима/отжима заготовки, Рном  = 1,5 кВт.

- М3 – электродвигатель насоса  охлаждающей жидкости, Рном  = 1,12 кВт.

 

Рассчитаем номинальные и пусковые токи электродвигателей.

Номинальные токи двигателей рассчитаем по формуле:

Iном =

(2)

 

По формуле (2) находим  номинальный ток двигателя М1:

Iном1 = = 8,62А

По формуле (2) находим  номинальный ток двигателя М2:

Iном2 = = 4,74А

 

По формуле (2) находим  номинальный ток двигателя М3:

Iном3 = = 3,48А

Из условия Iп/Iн  выражаем пусковой ток:

Iпуск = Iп/Iн  * Iном

(3)

По формуле (3) находим пусковой ток двигателя М1:

 

Iпуск1 = 6 * 8,62 = 51,72 А

 

По формуле (3) находим пусковой ток двигателя М2:

 

Iпуск2 = 5,5 * 4,74 = 26,07 А

 

По формуле (3) находим пусковой ток двигателя М3:

 

Iпуск3 = 5 * 3,48 = 17,4 А

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Выбор электрических аппаратов и элементов схемы управления

 

При  выборе  аппаратов  управления  предпочтение  необходимо  отдавать  наиболее современным  и совершенным типам аппаратов.

а) Выбор магнитных пускателей и промежуточных реле производим по следующим параметрам:

1) по номинальному напряжению сети:

U_НОМ. ³ U_СЕТИ, 

где  U_НОМ. – номинальное напряжение катушки аппарата;                                                               

2) по номинальному току нагрузки (длительно расчетный ток цепи):

I_НОМ. ³ I_{НОМ.НАГР},

где I_НОМ. – номинальный ток аппарата для конкретного режима работы; 

3) по количеству контактов;

4. по напряжению питания катушки:

5) по числу включения  и отключения в час;

6) по времени включения  и отключения.

Выбор магнитных пускателей производим на примере выбора пускателя КМ1, предназначенного для подключения к питающей сети электродвигателя М1.

Ток главных контактов  магнитного пускателя рассчитывается по формуле:

(4)

             

  _{Где  I- расчетная сила тока, U- напряжение,  cos φ-  коэффициент мощности,  ή- КПД двигателя.}

 

Тогда, по формуле (4) рассчитаем ток главных контактов КМ1:

По полученным параметрам выбираем магнитный пускатель типа ПМ12 – 010 150 УХЛ 4 А (1з) с параметрами:

 

- режим работы	АС3;
- номинальный ток нагрузки	10 А;
- номинальное напряжение  контактов	380 В;
- номинальное напряжение  катушки	220 В;
- степень защиты	IP20;
- количество вспомогательных  контактов	1з

 

 

 Для увеличения  числа блок-контактов выберем  приставку контактную ПКЛ – 22М УХЛ 4 (2з + 2р) с параметрами:

 

- режим работы	АС3;
- номинальный ток нагрузки	10 А;
- номинальное напряжение  контактов	380 В;
- номинальное напряжение  катушки	220 В;
- степень защиты	IP20;
- количество вспомогательных  контактов	2з + 2р