三菱變頻器選型
變頻器的正確選擇對(duì)于控制工程的正常運(yùn)行是非常關(guān)鍵的.選擇變頻器時(shí)必須要充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載特性.人們?cè)趯?shí)踐中常將生產(chǎn)機(jī)械分為三種類型: 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載.
恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載:
負(fù)載轉(zhuǎn)矩ＴＬ與轉(zhuǎn)速ｎ無(wú)關(guān),任何轉(zhuǎn)速下ＴＬ總保持恒定或基本恒定.例如傳送帶、攪拌機(jī),擠壓機(jī)等摩擦類負(fù)載以及吊車、提升機(jī)等位能負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載.
變頻器拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí),低速下的轉(zhuǎn)矩要足夠大,并且有足夠的過(guò)載能力.如果需要在低速下穩(wěn)速運(yùn)行,應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)的排熱能力,避免電動(dòng)機(jī)的溫升過(guò)高.
三菱變頻器選型
恒功率負(fù)載:
機(jī)床主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開卷機(jī)等要求的轉(zhuǎn)矩,大體與轉(zhuǎn)速成反比,這就是所謂的恒功率負(fù)載.負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的.當(dāng)速度很低時(shí),受機(jī)械強(qiáng)度的限制,ＴＬ不可能無(wú)限增大,在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì).負(fù)載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對(duì)傳動(dòng)方案的選擇有很大的影響.電動(dòng)機(jī)在恒磁通調(diào)速時(shí),最大容許輸出轉(zhuǎn)矩不變,屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速;而在弱磁調(diào)速時(shí),最大容許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比,屬于恒功率調(diào)速.如果電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時(shí),即所謂“匹配”的情況下,電動(dòng)機(jī)的容量和變頻器的容量均最小.
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風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載:
在各種風(fēng)機(jī)、水泵、油泵中,隨葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng),空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度ｎ的２次方成正比.隨著轉(zhuǎn)速的減小,轉(zhuǎn)速按轉(zhuǎn)速的２次方減小.這種負(fù)載所需的功率與速度的３次方成正比.當(dāng)所需風(fēng)量、流量減小時(shí),利用變頻器通過(guò)調(diào)速的
方式來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量,可以大幅度地節(jié)約電能.由于高速時(shí)所需功率隨轉(zhuǎn)速增長(zhǎng)過(guò)快,與速度的三次方成正比,所以通常不應(yīng)使風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載超工頻運(yùn)行.
我公司可以提供不同類型的變頻器,用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際工藝要求和運(yùn)用場(chǎng)合選擇不同類型的變頻器.在選擇變頻器時(shí)因注意以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng):
三菱變頻器選型
１. 根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器,如負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載需選擇FR-A700系列 變頻器,如負(fù)載為風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載應(yīng)選擇FR-F700系列變頻器.
２. 選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù),電機(jī)的額定功率只能作為參考.另外應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波,會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率都會(huì)變壞.因此,用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較,電動(dòng)機(jī)的電流增加１０％而溫升增加２０％左右.所以在選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器時(shí),應(yīng)考慮到這中情況,適當(dāng)留有裕量,以防止溫升過(guò)高,影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命.
３. 變頻器若要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí),降溫水簾,此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響,避免變頻器出力不夠.所以變頻器應(yīng)放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器.
４. 當(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺(tái)電機(jī)時(shí),一定要考慮變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜的長(zhǎng)度總和在變頻器的容許范圍內(nèi).如果超過(guò)規(guī)定值,要放大一檔或兩檔來(lái)選擇變頻器.另外在此種情況下,變頻器的控制方式只能為Ｖ／Ｆ控制方式,負(fù)壓風(fēng)機(jī)機(jī)殼,并且變頻器無(wú)法保護(hù)電動(dòng)機(jī)的過(guò)流、過(guò)載保護(hù),此時(shí)需在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)上加熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù).
５. 對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合,如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等,此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容,變頻器需放大一檔選擇.
三菱變頻器選型
６. 使用變頻器控制高速電機(jī)時(shí),由于高速電動(dòng)機(jī)的電抗小,高次諧波亦增加輸出電流值.因此,選擇用于高速電動(dòng)機(jī)的變頻器時(shí),應(yīng)比普通電動(dòng)機(jī)的變頻器稍大一些.
７. 變頻器用于變極電動(dòng)機(jī)時(shí),應(yīng)充分注意選擇變頻器的容量,使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下.另外,在運(yùn)行中進(jìn)行極數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí),應(yīng)先停止電動(dòng)機(jī)工作,否則會(huì)造成電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn),惡劣時(shí)會(huì)造成變頻器損壞.
８. 驅(qū)動(dòng)防爆電動(dòng)機(jī)時(shí),變頻器沒有防爆構(gòu)造,應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險(xiǎn)場(chǎng)所之外.
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９. 使用變頻器驅(qū)動(dòng)齒輪減速電動(dòng)機(jī)時(shí),使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤(rùn)滑方式的制約.潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí),在低速范圍內(nèi)沒有限制;在超過(guò)額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi),有可能發(fā)生潤(rùn)滑油用光的危險(xiǎn).因此,不要超過(guò)最高轉(zhuǎn)速容許值.
１０.變頻器驅(qū)動(dòng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)時(shí),大多是利用已有的電動(dòng)機(jī).
繞線電動(dòng)機(jī)與普通的鼠籠電動(dòng)機(jī)相比,繞線電動(dòng)機(jī)繞組的阻抗小.因此,容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過(guò)電流跳閘現(xiàn)象,所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器.一般繞線電動(dòng)機(jī)多用于飛輪力矩ＧＤ２較大的場(chǎng)合,在設(shè)定加減速時(shí)間時(shí)應(yīng)多注意.
１１.變頻器驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)時(shí),與工頻電源相比,降低輸出容量１０％～２０％,變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動(dòng)機(jī)額定電流與同步牽入電流的標(biāo)幺值的乘積.
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１２.對(duì)于壓縮機(jī)、振動(dòng)機(jī)等轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大的負(fù)載和油壓泵等有峰值負(fù)載情況下,如果按照電動(dòng)機(jī)的額定電流或功率值選擇變頻器的話,有可能發(fā)生因峰值電流使過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象.因此,應(yīng)了解工頻運(yùn)行情況,選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器.變頻器驅(qū)動(dòng)潛水泵電動(dòng)機(jī)時(shí),因?yàn)闈撍�泵電�?dòng)機(jī)的額定電流比通常電動(dòng)機(jī)的額定電流大,所以選擇變頻器時(shí),其額定電流要大于潛水泵電動(dòng)機(jī)的額定電流.
１３.當(dāng)變頻器控制羅茨風(fēng)機(jī)時(shí),由于其起動(dòng)電流很大,所以選擇變頻器時(shí)一定要注意變頻器的容量是否足夠大.
１４.選擇變頻器時(shí),一定要注意其防護(hù)等級(jí)是否與現(xiàn)場(chǎng)的情況相匹配.否則現(xiàn)場(chǎng)的灰塵、水汽會(huì)影響變頻器的長(zhǎng)久運(yùn)行.
１５.單相電動(dòng)機(jī)不適用變頻器驅(qū)動(dòng).
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五坐標(biāo)銑制窄流道三元流葉輪的工藝方法

楊小毅　霍海燕 /陜西鼓風(fēng)機(jī)(集團(tuán))有限公司

Technical Method of Five Axle Coordinate Milling 3D Impeller with Narrow Channel
摘要：介紹了一種較難加工的三元流銑制葉輪的特征 , 提出了加工方法。對(duì)加工過(guò)程中的幾個(gè)關(guān)鍵難題 , 提出了解決辦法,為進(jìn)一步提高加工效率提出了建議。
Abstract: The feature of milling 3D impeller is introduced and machining method is put forward. Solving method of several key problems during machining are set forth , recommendation for further improving machining efficiency is put forward.

1引言

　　三元流銑制葉輪的五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工 , 目前在我公司的制造技術(shù)方面尚屬于高難度的新數(shù)控加工技術(shù)。隨著我公司三元流產(chǎn)品的不斷增多 , 在數(shù)控加工技術(shù)方面逐漸積累了一些經(jīng)驗(yàn) , 使該項(xiàng)技術(shù)在我公司逐漸趨于成熟 , 并產(chǎn)生了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。由于受編程軟件功能的限制 , 目前還只能加工一些直紋面 ( Ruled Surface) 的三元流銑制葉輪。最近 , 隨著我公司三元流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷提高 , 出現(xiàn)了一些較難加工的三元流銑制葉輪。如長(zhǎng)短葉片相間、且葉片數(shù)量較多 ( 長(zhǎng)短各 12 枚 ) 、窄流道 (最窄處11mm左右) 并且葉片很寬 (80mm以上) 的三元流葉輪的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工。下面就這類三元流葉輪的數(shù)控銑制工藝方法、加工難點(diǎn)及工藝措施等予以簡(jiǎn)要論述。

2 葉輪的特征

　　我公司 2653a 產(chǎn)品的三元流葉輪 , 就是這種難加工葉輪的一個(gè)典型。其流道最窄處只有11mm( 葉片表面留有 0.3mm 左右的余量 ) , 葉片最寬處 ( 沿直紋曲面母線方向 ) 寬度達(dá) 87mm 左右,長(zhǎng)短葉片相間,各有12 枚,而且葉片的扭曲程度較大,見圖 1 。
3 加工方法

　　銑制葉輪的加工總體上分粗加工和精加工。首先 , 由于流道很窄 , 而出口處較寬 , 為了提高工作效率 , 將流道長(zhǎng)度方向上分成兩段 : 較寬處用直徑較大的刀 , 較窄處用直徑較小的刀 ( 流道底面為三維空間曲面 , 用球頭刀 ) 。其次 , 由于流道很深 , 故需分若干層來(lái)銑制 ,每層走一定的深度。為了提高切削的平穩(wěn)性 , 走刀方向:出口處由外向里 ( 由出口邊向進(jìn)口邊 , 即 Trailing to Leading) , 而進(jìn)口處則由里向外走 (Leading to Trailing),并在中部相接處有一定的重疊量。

4 數(shù)控編程軟件

　　數(shù)控編程軟件采用 NREC 公司的透平葉輪加工編程軟件 Max5 模塊。該模塊只能編制直紋面葉輪加工程序 ( 要加工非直紋面葉輪 ,必須購(gòu)買其他模塊,如 MaxAB 等,但成本較高 ) 。程序編制完后 , 可采用 P3MAX 軟件進(jìn)行刀具軌跡模擬,或用 VeriCUT進(jìn)行三維實(shí)體模擬。

5 幾個(gè)關(guān)鍵難題

5.1 刀具選型

(1) 刀具切削效率:為提高工效,盡可能選用大直徑球頭銑刀 , 并優(yōu)先選擇多刃銑刀 , 這樣可以提高切削速度。
(2) 刀具結(jié)構(gòu)型式 : 為提高刀具剛性 , 除盡可能用大直徑的刀外 , 還要優(yōu)先選多刃刀 , 在窄流道處 , 選擇錐度球頭銑刀。對(duì)于較寬的葉片,葉型精加工時(shí)還可以分段 (分層) 精加工(如圖2) , 雖有加工刀痕 , 但接刀處手感尚可。
(3) 刀具材料 : 依據(jù)不同的工件材料 , 選用不同材料的刀具。如不銹鋼工件 , 粗加工用刀 ,玻璃鋼負(fù)壓風(fēng)機(jī),優(yōu)先選用高速鋼銑刀或高速鋼帶涂層銑刀 , 這種刀的韌性較好。精加工時(shí) , 優(yōu)先選用硬質(zhì)合金銑刀 (可帶涂層) 。硬質(zhì)合金刀較脆而硬度高、耐磨性好 , 可以加工出表面質(zhì)量較好的工件。

5.2 頻繁斷刀問(wèn)題

　　在刀具選型正確的基礎(chǔ)上,要解決此問(wèn)題,可以從以下幾個(gè)方面入手:(1) 盡量避免扎刀現(xiàn)象。在輪盤型面曲率較大的情況下 , 可以適當(dāng)?shù)卦黾油系督嵌?(2) 減小切深和吃刀量,適當(dāng)提高刀具轉(zhuǎn)速,以減小刀具所受抗力;(3) 盡量避免走刀時(shí)的小圓弧轉(zhuǎn)角;(4) 改變走刀方向,使刀具切入時(shí)平穩(wěn)。

5.3 干涉問(wèn)題

　　在多軸加工中,由于運(yùn)動(dòng)合成很復(fù)雜 , 很容易產(chǎn)生干涉而造成多種機(jī)床故障。如若很好地避免 , 可以對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行精確模擬(可以使用CGTECH 公司的 VeriCUT 等軟件進(jìn)行空間三維實(shí)體加工過(guò)程模擬 )。要模擬準(zhǔn)確,必須進(jìn)行精確的工件和刀具造型。經(jīng)模擬后如仍有干涉現(xiàn)象,可返過(guò)來(lái)再修改程序的各種加工參數(shù)。如可改變進(jìn)刀方向、減少切深、增加拖刀角度或選用點(diǎn)銑削方式(Point mill,只對(duì)粗加工而言)等。也可以增加刀具長(zhǎng)度,改變走刀路線(Tool path) 等。改變參數(shù)生成新的程序后再模擬,若仍有干涉則再修改參數(shù),直至做出成功的加工程序后,方可用于實(shí)際工件切削加工。

6 結(jié)論

　　在以上各種方法措施使用得當(dāng)?shù)那闆r下,既可提高加工效率,又可保證加工質(zhì)量,同時(shí)又盡可能地減少了刀具等的消耗。經(jīng)過(guò)幾個(gè)葉輪加工的實(shí)際驗(yàn)證 , 以上各種方法措施還是很有效的。

7 存在的問(wèn)題和建議

　　在目前條件下 , 復(fù)雜型面工件的數(shù)控加工效率還有待于進(jìn)一步提高。以后可以逐漸嘗試用高質(zhì)量的刀具 ( 如某些進(jìn)口刀具 ) 來(lái)進(jìn)行高速銑制。也可以采用專業(yè)化的 CAM 軟件 , 并輔以高精度的三維加工模擬軟件或數(shù)控程序優(yōu)化軟件。模擬軟件可以將機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)部件都進(jìn)行造型 ,使模擬更加真實(shí),從而可保證更高的加工可靠性。程序優(yōu)化軟件可以適當(dāng)提高機(jī)床的加工效率并減少刀具消耗 ,降低加工成本,提高加工質(zhì)量。

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