Mục lục trang Mục lục 1 Lời mở đầu 2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 4 1 1 Tổng quan về máy công cụ CNC 4 1 1 1 Lịch sử phát triển của máy điều khiển số 4 1 1 2 Phân loại và công dụn.
Máy tiện CNC 10
Các bộ phận của máy tiện CNC 10
Máy tiện CNC đã cách mạng hóa ngành sản xuất công nghiệp, cho phép tiện các đường cong và hình phức tạp một cách dễ dàng như tiện các đường thẳng Nó cũng hỗ trợ thực hiện các cấu trúc 3 chiều phức tạp một cách hiệu quả, đồng thời giảm thiểu đáng kể số lượng thao tác cần thiết do con người thực hiện.
.Các bộ phận chính trên máy tiện CNC:
+ Ụ tĩnh hay hộp tốc độ trục chính.
+ Cửa đóng mở khu vực gia công.
+ Mâm cặp. a Ụ tĩnh (Hộp tốc độ trục chính)
Tạo ra các tốc độ cắt gọt khác nhau.
Kết cấu: Gồm trục chính, đầu trục chính lắp với mâm cặp được dẫn động bởi động cơ Secvo.
Hộp tốc độ trục chính có khả năng điều chỉnh và thay đổi tốc độ cũng như chiều quay theo yêu cầu, với hệ thống truyền động thủy lực phía sau trục chính để thực hiện việc đóng mở hoặc kẹp chi tiết Bên cạnh đó, ổ tích dao cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Đầu Rơvônve là một bộ phận tiêu chuẩn hóa, có khả năng lắp đặt 12 loại dao khác nhau Nó được trang bị các khối mang dao và kết nối trực tiếp với các dụng cụ cắt tương ứng.
Hình 1.11 Đầu Rơvônve. Đầu Rơvônve thay đổi dao bằng cách thay đổi vị trí của dao theo chương trình đã được lập sẵn.
+Ổ chứa dao: kết hợp với đồ gá tháo lắp dao tự động
Nắp trên khối mang dao Nắp trên ổ tích dao Nắp trên giá đỡ ổ tích dao c Giá đỡ ổ tích dao
Để lắp với ổ tích dao, máy cần thực hiện các chuyển động tịnh tiến ra vào và vuông góc với trục chính, những chuyển động này được lập trình sẵn Mâm cặp là một phần quan trọng trong quá trình này.
Quá trình đóng mở và hãm mâm cặp trong việc tháo lắp chi tiết sử dụng hệ thống thủy lực, mang lại lực phát động nhỏ và an toàn Máy tiện CNC hoạt động với tốc độ cao, với số vòng quay của trục chính có thể đạt tới 8000 vòng/phút khi gia công kim loại màu Do lực ly tâm lớn, các mâm cặp thường được kẹp chặt bằng hệ thống thủy lực hoặc khí nén tự động thông qua chương trình.
Mâm cặp thủy lực (Hình 1.12) được sử dụng trong Ụ động, đóng vai trò là trục thứ hai bên ngoài, giúp kẹp chi tiết gia công Trục này hoạt động với tốc độ tương đương với trục chính và có khả năng tịnh tiến theo trục Z.
Hình 1.13 Ụ chống tâm thủy lực.
Thân máy được thiết kế để hỗ trợ toàn bộ các bộ phận khác, với kết cấu và hệ thống truyền động kép hai phía Nhờ vào độ cân bằng tốt, thân máy mang lại phản hồi truyền động chính xác và khả năng cắt êm ái trong mọi tình huống.
Là nơi thực hiện sự giao diện (thao tác) giữa người với máy.
Bảng điều khiển máy gồm có hai phần:
+ Bảng điều khiển màn hình (CRT).
Nguyên lý làm việc của máy tiện CNC 14
Để thực hiện nhiệm vụ gia công, máy tiện sử dụng hai chuyển động chính: chuyển động cắt và chuyển động chạy dao Chuyển động cắt chính diễn ra khi chi tiết quay quanh trục, với vận tốc cắt và lượng chạy dao là những yếu tố quan trọng trong quá trình gia công.
Vận hành máy tiện CNC 14
Quy trình công nghệ là thứ tự công việc được lập thành văn bản để hướng dẫn thực hiện Đồng thời, điều kiện cắt gọt cần được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo các dao sử dụng trong mỗi điều kiện là phù hợp và hiệu quả.
Cố định dao: Kiểm tra thứ tự các dao, cố định dao.
Để đảm bảo hiệu quả cho quá trình thực hiện, các công việc chuẩn bị là rất quan trọng Chương trình cần được chuẩn bị kỹ lưỡng và kiểm tra trước khi nạp vào máy Sau khi nạp xong, tiến hành chạy mô phỏng để kiểm tra và sửa lỗi nếu có Bên cạnh đó, cần chuẩn bị dao và thực hiện các công việc liên quan khác để đảm bảo mọi thứ sẵn sàng cho quá trình làm việc.
+ Chương trình gia công được ghi nhớ vào bộ nhớ NC
Dao được gá trên đầu dao theo thứ tự, và nếu mũi dao hỏng, sẽ ảnh hưởng đến lượng bù dao đã nạp vào máy Khi mũi dao có bán kính R, cần tính toán lượng bù dao trong quá trình lập trình để đảm bảo độ chính xác.
+ Gá phôi: Hầu hết các phôi đều được gá bằng mâm cặp 3 chấu thuỷ lực
Điểm bắt đầu của dao là yếu tố quan trọng cần xác định, vì nó liên quan đến điểm gốc của máy Để thiết lập chính xác, điểm bắt đầu của dao được tính từ điểm gốc của phôi đã được lập trong chương trình.
Trước khi triển khai chương trình, cần kiểm tra nội dung và các công việc chuẩn bị để đảm bảo không có sai sót Nếu phát hiện lỗi, chương trình sẽ cần được sửa chữa hoặc các công việc khác phải được chuẩn bị lại Các phương pháp kiểm tra chương trình bao gồm khoá máy để chạy chương trình, chạy không, và chạy mô phỏng, được minh họa bằng đồ thị để dễ hiểu hơn.
Cắt thử là quá trình kiểm tra chương trình và điều kiện cắt gọt trong khi thực hiện cắt gọt trên chi tiết Việc xác định điều kiện cắt gọt trong chương trình cần được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo độ chính xác của máy Đồng thời, cần thực hiện kiểm tra trên phôi sau khi cắt gọt để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Vận hành máy tự động giúp hoàn thiện chi tiết gia công thông qua việc chạy chương trình tự động Chỉ khi tất cả các công việc đã được sửa chữa và hoàn thiện, máy cắt gọt tự động mới được khởi động.
Sau khi hoàn tất các bước chuẩn bị như lập chương trình, gá phôi và gá dao, xác định điểm gốc không của phôi, kiểm tra chương trình qua mô phỏng và chạy không cắt gọt, tiến hành cho chương trình chạy tự động.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT CHIỀU 15
Cấu tạo, nguyên lí làm việc động cơ điện một chiều 15
a Cấu tạo của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần động
- Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường nó gồm có:
Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ là những thành phần quan trọng trong động cơ điện, đặc biệt khi động cơ được kích từ bằng nam châm điện Mạch từ thường được chế tạo từ vật liệu sắt từ như thép đúc hoặc thép đặc Dây quấn kích thích, hay còn gọi là dây quấn kích từ, được làm bằng dây điện từ và các cuộn dây này được mắc nối tiếp với nhau để đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ.
+) Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ
Cực từ phụ được lắp đặt trên các cực từ chính và thường được làm từ thép khối Trên thân của cực từ phụ có dây quấn tương tự như dây quấn của cực từ chính Cực từ phụ được gắn chắc chắn vào vỏ máy bằng các bulông.
Gông từ là bộ phận quan trọng trong động cơ điện, có chức năng kết nối các cực từ và đồng thời làm vỏ máy Đối với động cơ điện nhỏ và vừa, thường sử dụng thép dày được uốn và hàn, trong khi đó, động cơ điện lớn thường sử dụng thép đúc Ngoài ra, một số động cơ điện nhỏ cũng có thể sử dụng gang để làm vỏ máy.
Nắp máy có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ máy khỏi các vật thể lạ, ngăn chặn hư hỏng dây quấn và đảm bảo an toàn cho người sử dụng tránh tiếp xúc với điện Đối với các máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn đóng vai trò làm giá đỡ ổ bi, thường được chế tạo từ vật liệu gang để đảm bảo độ bền và ổn định.
Cơ cấu chổi than là bộ phận quan trọng giúp dẫn dòng điện từ phần quay ra ngoài Nó bao gồm chổi than được đặt trong hộp chổi than, được nén chặt lên cổ góp nhờ lò xo Hộp chổi than được gắn cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có khả năng quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chính xác, sau khi điều chỉnh xong, cần dùng vít để cố định lại.
- Phần quay hay rôto: Bao gồm những bộ phận chính sau
Phần sinh ra sức điện động bao gồm mạch từ được chế tạo từ vật liệu sắt từ, như lá thép kỹ thuật, được xếp chồng lên nhau Trên mạch từ này có các rãnh được thiết kế để lồng dây quấn phần ứng.
Cuộn dây phần ứng là cấu trúc bao gồm nhiều bối dây được kết nối theo một quy luật nhất định Mỗi bối dây được tạo thành từ nhiều vòng dây, với các đầu dây nối vào các phiến đồng, được gọi là phiến góp Các phiến góp này được cách điện với nhau và với trục, tạo thành cổ góp hay vành góp.
Lõi sắt phần ứng là thành phần quan trọng trong việc dẫn từ, thường được chế tạo từ những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, được phủ cách điện mỏng ở cả hai mặt Việc ép chặt các tấm thép này giúp giảm thiểu tổn hao năng lượng do dòng điện xoáy gây ra.
Dây quấn phần ứng là bộ phận tạo ra suất điện động và cho phép dòng điện lưu thông Thông thường, dây quấn này được làm từ dây đồng và được bọc cách điện để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
Cổ góp trong động cơ điện một chiều bao gồm nhiều phiến đồng được cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm, tạo thành một hình trục tròn Nguyên lý hoạt động của động cơ này dựa vào cấu trúc và chức năng của cổ góp để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.
Khi áp dụng điện áp một chiều vào dây quấn phần ứng, dòng điện sẽ tạo ra lực tác dụng lên các thanh dẫn trong từ trường, khiến rôto quay theo quy tắc bàn tay trái Khi rôto quay nửa vòng, vị trí các thanh dẫn sẽ thay đổi nhưng chiều dòng điện vẫn giữ nguyên, dẫn đến chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi các thanh dẫn cắt qua từ trường, chúng sẽ cảm ứng với suất điện động Eư, được xác định theo quy tắc bàn tay phải Do Eư ngược chiều với dòng điện Iư trong động cơ, Eư được gọi là sức phản điện động, và ta có phương trình: U = Eư + Rư.Iư.
Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 16
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có sơ đồ nối dây đặc trưng, trong đó mạch điện phần ứng và mạch điện kích từ được kết nối với hai nguồn độc lập Khi nguồn một chiều không cung cấp đủ công suất, động cơ này vẫn hoạt động nhờ vào cấu trúc độc lập của các mạch điện.
Ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau:
Uư: Điện áp phần ứng, V
Eư: Sức điện động phần ứng, V
Rư: Điện trở mạch phần ứng,
Iư: Dòng điện của mạch phần ứng, A
Với: Rư = rư + rcf + rb + rct rư: Điện trở cuộn dây phần ứng rcf: Điện trở cuộn dây cực từ phụ rct: Điện trở tiếp xúc cuộn bù
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
P: Số đôi cực từ chính
N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a: Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng Ф: Từ thông kích từ dưới một cực từ ω: Tốc độ góc (rad/s)
Biểu thức trên là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ
Mặt khác, mô men điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi:
Nếu không tính đến tổn thất cơ và tổn thất thép, mômen cơ trên trục động cơ sẽ bằng mômen điện từ, được ký hiệu là M Điều này có nghĩa là Mđt = Mcơ = M, thể hiện đặc tính cơ của động cơ điện một chiều có kích từ độc lập.
Giả sử phần ứng được bù đủ và thông Ф không đổi, các phương trình đặc tính cơ điện và cơ sẽ trở thành tuyến tính, với đồ thị biểu diễn dưới dạng đường thẳng như hình 2 Tốc độ không tải lý tưởng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập được gọi là ω0.
Hình 2.2 Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều.
Inm và Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch.
Ngoài ra phương trình đặc tính cũng có thể được viết dưới dạng:
Độ sút tốc độ tương ứng với giá trị của M là một yếu tố quan trọng trong đặc tính cơ của động cơ Từ phương trình đặc tính cơ, có ba tham số chính ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ: từ thông động cơ (Ф), điện áp phần ứng (Uư) và điện trở phần ứng của động cơ.
Các phương pháp điều khiển động cơ một chiều 19
- Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng
- Phương pháp thay đổi từ thông Ф
Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng, cụ thể là phương pháp thay đổi điện trở phần ứng, là một kỹ thuật phổ biến để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều Nguyên lý của phương pháp này là giữ nguyên điện áp U = Uđm và từ trường Ф = Фđm, đồng thời kết nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng nhằm tăng điện trở phần ứng Điều này ảnh hưởng đến độ cứng của đường đặc tính cơ của động cơ.
+) Ta thấy khi điện trở càng lớn thì β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc và do đó càng mềm hơn.
Tốc độ không tải lí tưởng:
Khi thay đổi điện trở phụ Rf, độ cứng tự nhiên βTN đạt giá trị lớn nhất khi Rf = 0, dẫn đến đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng vượt trội so với các đường đặc tính cơ khác Do đó, việc điều chỉnh Rf sẽ tạo ra một loạt đặc tính cơ có độ cứng thấp hơn so với đặc tính cơ tự nhiên Một phương pháp khác để điều chỉnh đặc tính cơ là thay đổi điện áp phần ứng.
Nguyên lý điều khiển trong mạch phần ứng cho thấy khi từ thông không đổi (Ф = Фđm) và không có điện trở phụ (Rf = 0, Rư = const), việc thay đổi điện áp đặt vào phần ứng (Uư = var) sẽ tạo ra các đặc tính cơ song song Độ cứng cửa của các đặc tính cơ này là yếu tố quan trọng trong việc phân tích hiệu suất của mạch.
Tốc độ không tải lí tưởng:
Vì từ thông của động cơ được giữ cố định, độ cứng đặc tính cơ cũng không thay đổi Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk của hệ thống Kết quả là, chúng ta có được một họ đặc tính mới, song song và thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên, tức là vùng điều khiển tốc độ nằm dưới tốc độ định mức.
Hình 2.4 Đặc tính cơ của động cơ khi từ thay đổi phần ứng.
Khi điện áp Uư giảm, dòng khởi động Inm và mô men mở máy Mnm cũng giảm, dẫn đến tốc độ động cơ giảm khi có một phụ tải nhất định Phương pháp này giúp hạn chế dòng khởi động Inm và điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua việc thay đổi từ thông Ф.
Nguyên lý điều khiển động cơ dựa trên giả thiết U = Uđm và Rư = hằng số Để thay đổi từ thông của động cơ, cần điều chỉnh dòng điện kích từ, có thể thực hiện bằng cách nối tiếp biến trở vào mạch kích từ hoặc thay đổi điện áp cấp cho mạch này Độ cứng cửa đặc tính cơ cũng là yếu tố quan trọng trong việc điều chỉnh hiệu suất của động cơ.
Tốc độ không tải lí tưởng:
Khi động cơ hoạt động ở chế độ định mức với kích thích tối đa (Ф = Фmax), phương pháp chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ, dẫn đến việc giảm từ thông Khi giảm Ф, tốc độ không tải lý tưởng ω0 sẽ tăng, trong khi độ cứng đặc tính cơ β giảm, kết quả là chúng ta thu được đặc tính cơ nằm trên đặc tính cơ tự nhiên.
Hình 2.5 Đặc tính cơ của động cơ khi từ thay đổi từ thông Ф.
Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thông, dòng điện sẽ tăng lên và có thể vượt quá giá trị cho phép nếu mômen không đổi Để duy trì dòng điện trong giới hạn cho phép trong khi giảm từ thông, cần phải giảm mômen (Mt) theo cùng tỷ lệ.
Giới thiệu động cơ bước 22
2.5.1 Vai trò của động cơ bước. Động cơ bước có vai trò rất quan trọng trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, tự động hóa,… vì nó là cơ cấu chập hành trung thành với những lệnh đưa ra dưới dạng số, nó chấp hành chính xác Ta cớ thể điều khiển nó quay một góc bất kỳ, chính xác, dừng lại ở một vị trí nào đó ta muốn Vì vậy nó được ứng dụng nhiều trong tự động hóa và điều khiển số Một số ứng dụng như : máy CNC, máy in, ổ cứng , ổ đĩa quang, robot, …
Rất nhiều ứng dụng đòi hỏi cơ cấu chuyển động có độ chính xác cao, chuyển động êm cho thấy vai trò của động cơ bước rất quan trọng.
2.5.2 Cấu tạo của động cơ bước. Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ không đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết.
Động cơ bước là sự kết hợp giữa động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ Nó có thể được mô tả là một loại động cơ điện không sử dụng chuyển mạch.
Các mấu trong động cơ bao gồm rô to và stato, được chế tạo từ nam châm vĩnh cửu hoặc các khối răng bằng vật liệu nhẹ có từ tính trong động cơ biến từ trở Những thiết kế này cho phép động cơ quay nhanh và dễ dàng khởi động, dừng lại ở bất kỳ vị trí nào theo ý muốn với sự điều khiển thích hợp.
Động cơ bước là thiết bị quan trọng trong hệ thống vòng hở, giúp điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh Tuy nhiên, khi tải trọng thay đổi hoặc yêu cầu điều khiển ở gia tốc lớn, cần sử dụng hệ thống điều khiển vòng kín Trong những trường hợp này, động cơ bước một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ được ưu tiên sử dụng để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác cao.
2.5.3 Hoạt động. Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định
Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, trong khi chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
Giới thiệu về thyristor 23
Thyristor là linh kiện gồm bốn lớp bán dẫn là P1-N1-P2-N2 liên tiếp tạo nên ba cực: anot
A, catot K, và cực điều khiển G (Gate) Tại ba vị trí tiếp xúc nhau của các lớp P1-N1-P2- N2 tạo ra các lớp tiếp giáp J1, J2, J3.Về lý thuyết có 2 loại thyristor:
Thyristor kiểu N hay thyristor có cực điều khiển G nối với vùng N gần anot.
Hình 2.7 Ký hiệu và cấu trúc thyiristor.
Thyiristor kiểu P hay thyristor có cực điều khiển G nối với vùng P gần catot.
+ Thyristor khoá nếu UAK < 0 và sẽ vẫn khoá nếu ta cho UAK > 0.
+ Thyristor chuyển trạng thái tư khoá sang dẫn nếu đồng thời đảm bảo hai điều kiện UAK >
Thyristor hoạt động khi có dòng điều khiển IG đủ mạnh, và khi ngắt dòng điều khiển (IG = 0), nó vẫn dẫn nếu dòng điện qua van lớn hơn giá trị gọi là dòng điện duy trì Trong thực tế, thyristor kiểu N được sử dụng phổ biến hơn Cấu trúc của thyristor bao gồm một đĩa silic đơn tinh thể loại N với điện trở suất cao, lớp bán dẫn loại P và cực điều khiển bằng dây nhôm Các chuyển tiếp được tạo ra nhờ kỹ thuật bay hơi gali, trong khi lớp tiếp xúc giữa anot và catot được làm bằng đĩa molypden hoặc tungsten có điểm nóng chảy gần bằng silic, với thiết kế dạng đĩa giúp dễ tản nhiệt.
Hệ truyền động T – Đ trong động cơ một chiều 24
Chỉnh lưu Tiristo chỉ cho phép dòng điện đi theo một chiều và chỉ có thể được điều khiển khi mở, trong khi việc khóa lại phụ thuộc vào điện áp lưới Điều này làm cho việc điều khiển van thực hiện đảo chiều trở nên khó khăn và phức tạp hơn so với các phương pháp truyền động khác.
F – Đ Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T – Đ đảo chiều Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ.
2.7.2 Sơ đồ và nguyên lý làm việc.
Hình 2.8 Sơ đồ hệ truyền động T – Đ.
Khi Ed ≥ Ed, dòng điện chỉ có thể chạy từ BĐ1 đến động cơ mà không thể chuyển sang BĐ2 Để đạt được trạng thái này, góc điều khiển cần phải được thoả mãn.
Giá trị lớn nhất của góc điều khiển trong chế độ nghịch lưu của bộ biến đổi được xác định bởi công thức: αmax = π - (àmax + δ).
Ta có phương phát điều khiển chung đối xứng, dòng điện trung bình chảy vòng qua hai bộ biến đổi là.
Hệ T - Đ nổi bật với độ tác động nhanh, không gây ồn và dễ dàng tự động hóa nhờ vào các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất lớn Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng, từ đó nâng cao chất lượng.
Hệ thống T-Đ có nhược điểm là các van bán dẫn phi tuyến, dẫn đến điện áp ra có biên độ đập mạnh, gây tổn thất phụ trong máy điện Điều này không chỉ làm giảm hiệu suất mà còn ảnh hưởng xấu đến điện áp nguồn và lưới xoay chiều.
2.7.4 Phương pháp điều khiển đối xứng. a Sơ đồ nguyên lý.
Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý.
Trong phương pháp điều chỉnh, các cặp van lẻ và chẵn hoạt động luân phiên để đóng cắt Điện áp ra tải có hai dấu hiệu +E và -E, từ đó giá trị trung bình của điện áp được xác định Bên cạnh đó, đồ thị dòng điện và điện áp cũng được phân tích để hiểu rõ hơn về hoạt động của hệ thống.
Hình 2.10 Đồ thị dòng điện và điện áp.
Sơ đồ điều khiển truyền động chính máy tiện 26
Động cơ Đ là loại động cơ chính với công suất 10kW và điện áp phần ứng 220V Tốc độ của động cơ có thể điều chỉnh thông qua việc thay đổi điện áp phần ứng với tỷ lệ Du = 6,7/l và điều chỉnh từ thông với tỷ lệ DΦ = 3/1.
Hình 2.11: Sơ đồ điều khiển truyền động chính.
* Các điều kiện làm việc của máy:
- Truyền động ăn dao và truyền động phụ đã được cấp điện (công tắc tơ K1 có điện).
- Đủ dầu bôi trơn trong hộp tốc độ và gờ trượt (rơle kiểm tra dầu RAK, áp kế điện tiếp xúc RAL và rơ le RBT có điện).
- Bánh răng trong hộp tốc độ đã ăn khớp (tiếp điểm BK1, BK2 kín).
- Xà ngang đã được kẹp chặt (tiếp điểm BK3 kín).
- Truyền động năng hạ xà không làm việc (tiếp điểm BK4 kín),
- Đã có nguồn một chiều cung cấp cho các khớp ly hợp (rơle R11, R12).
* Thuyết minh nguyên lý khởi động động cơ Đ:
Giả sử động cơ Đ quay theo chiều thuận: Để đưa hệ thống vào làm việc, đóng các aptômat
Khi ấn nút M1, công tắc tơ K1 sẽ có điện, cung cấp nguồn ba pha cho truyền động ăn dao và mạch điều khiển của động cơ chính Khi ấn nút M2, công tắc tơ K2 cũng được kích hoạt, cấp nguồn ba pha cho bộ biến đổi BBĐ1 và BBĐ2 Để khởi động động cơ, ấn nút MT(13) sẽ làm cho rơle R5(13) có điện, kích hoạt các tiếp điểm R5(14), R5(18) và R5(5), từ đó cung cấp điện cho rơle R1(5) và R3(9) Tiếp điểm R1 sẽ gửi tín hiệu điều khiển cho bộ biến đổi BBĐ2, đảm bảo từ thông động cơ đạt giá trị định mức và hướng quay thuận Các tiếp điểm R3(41-45) và R3(47-49) nối phát tốc FT với cực tính để phản hồi tốc độ là âm Khi từ thông động cơ đạt giá trị định mức, rơle kiểm tra từ thông RTT sẽ tác động, làm cho rơle R8 có điện, cung cấp nguồn điện áp cho mạch đặt tốc độ Rω Rơle R12 cũng được cấp điện thông qua các tiếp điểm R1(17) và RTT(17) Hiệu điện áp chủ đạo và điện áp trên phát tốc FT sẽ được đưa vào bộ khuếch đại, làm cho tốc độ động cơ tăng đến giá trị tương ứng với điện áp chủ đạo do chiết áp Rω đặt Dòng điện động cơ được giới hạn ở mức 1,5Iđm nhờ khâu ngắt dòng điện.
Sơ đồ điều khiển truyền động ăn dao máy tiện 27
Trong các máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng, hệ thống truyền động riêng cho bàn dao thường được áp dụng Với công suất không lớn và khả năng điều chỉnh tốc độ rộng rãi, hệ thống KĐMĐ - Đ thường được sử dụng, và hiện nay, hệ thống T - Đ (biến đổi dùng thyristor cho động cơ điện một chiều) đang trở thành lựa chọn phổ biến.
Trong sơ đồ điều khiển truyền động ăn dao của máy tiện, khi gia công tiện trụ, rơle R10 không có điện, dẫn đến điện áp chủ đạo được lấy từ biến trở RD1 Ngược lại, trong chế độ tiện mặt đầu, rơle R10 có điện và điện áp chủ đạo được lấy từ biến trở RD2, tỷ lệ với điện áp máy phát tốc FT1 Do máy phát tốc được nối cứng với động cơ truyền động chính, tốc độ động cơ ăn dao sẽ tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ chính, đảm bảo tốc độ di chuyển bàn dao thay đổi nhịp nhàng với tốc độ quay của chi tiết, giữ cho lượng ăn dao s là hằng số trong quá trình gia công.
Việc lựa chọn chế độ di chuyển của ụ dao hoặc bàn dao được thực hiện thông qua các công tắc chuyển đổi CĐ1 - CĐ4 Khi đó, các rơle R4 - R7 sẽ được cấp điện, kích hoạt nguồn cho các nam châm điện của các khớp ly hợp điện từ NC1 - NC4.
- Di chuyển lên của ụ dao: Đóng CĐ1, rơle R4 có điện, NC1 có điện.
- Di chuyển xuống của ụ dao: Đóng CĐ2, rơle R5 có điện, NC2 có điện
- Di chuyển tới tâm của bàn dao: Đóng CĐ3, rơle R6 có điện, NC3 có điện
- Di chuyển xa tâm của bàn dao: Đóng CĐ4, rơle R7 có điện, NC4 có điện.
Thực hiện hãm các ụ dao và bàn dao bằng các khớp điện từ NC5 và NC6 không có điện.
Sơ đồ điều khiển truyền động ăn dao hoạt động hiệu quả trong ba chế độ: ăn dao làm việc, di chuyển nhanh và di chuyển chậm, nhờ vào bộ khống chế KC1 Khi ở chế độ ăn dao làm việc, bộ khống chế KC1 được đặt tại vị trí O và nút M được ấn, rơle R1 sẽ có điện (nếu truyền động chính đang hoạt động, tiếp điểm RLĐ sẽ kín) Điện áp chủ đạo được lấy từ biến trở RD1 và truyền vào bộ biến đổi qua tiếp điểm R1.
Dừng máy bằng cách ấn nút D Muốn di chuyển nhanh ụ dao hoặc bàn dao, đặt KC1 ở vị trí
Khi ấn nút M bên trái, rơle R2 và công tắc tơ K sẽ được kích hoạt, cho phép động cơ Đ2 hoạt động và bàn dao di chuyển nhanh Để di chuyển chậm bàn dao hoặc ụ dao, cần đặt KC1 ở vị trí 1 bên trái và ấn nút M, lúc này rơle R3 sẽ được cấp điện, cung cấp điện áp nhỏ cho động cơ Hệ thống được bảo vệ bởi aptômat AT1, AT2 để ngăn ngừa dòng cực đại và ngắn mạch, cùng với các công tắc hành trình cuối BK1 - BK5 để giới hạn chuyển động của ụ và bàn dao.
Sơ đồ ăn dao chỉ làm việc khi:
- Truyền động chính đã làm việc: Tiếp điểm RLĐ kín.
- Động cơ bơm dầu đã làm việc: Tiếp điểm KT kín
- Xà máy đã được kẹp chặt: Tiếp điểm RX kín
- Ụ dao được di chuyển khi ụ đã được nới: tiếp điểm RĐ1 kín.
- Bàn dao chỉ di chuyển khi bàn dao đã được nới: Tiếp điểm RĐ2 kín.
Các đèn tín hiệu ĐH1 ÷ ĐH4 báo hiệu chế độ di chuyển của ụ dao và bàn dao tương ứng.
MÔ HÌNH HÓA HỆ T-Đ 30
Mô hình hóa bộ chỉnh lưu 30
Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu có điều khiển.
Hàm truyền của bộ chỉnh lưu:
Hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu:
=U = Hằng số thời gian bộ chỉnh lưu:
Trong đó: f = 50Hz là tần số nguồn lưới m là số xung đầu ra của chỉnh lưu tia 3 pha: m = 3
Vậy hàm truyền của bộ chỉnh lưu là:
Mô hình hóa động cơ một chiều kích từ độc lập 31
Mạch điện thay thế của động cơ một chiều:
Hình 3.2 Mạch điện thay thế của động cơ một chiều.
Hệ thống mô tả động cơ DC thường phi tuyến, với các đại lượng đầu vào như điện áp phần ứng U và điện áp kích từ Uk Tín hiệu đầu ra bao gồm tốc độ góc của động cơ ω, mômen quay M, dòng điện phần ứng I và vị trí của rotor ϕ Mômen tải MC, do cơ cấu làm việc truyền về trục động cơ, là nhiễu loạn quan trọng nhất trong hệ truyền động điện tự động.
3.2.1 Mô hình toán ở chế độ quá độ của động cơ một chiều kích từ độc lập.
Hệ phương trình được viết cho động cơ dưới dạng toán tử Laplace:
Mạch kích từ có hai biến là dòng điện kích từ Ik và từ thông Φ phụ thuộc phi tuyến bởi đường cong từ hoá của lõi sắt:
UKT(p) = RKT.IKT + NKT.pφ(p) Trong đó: Nk là số vòng dây cuộn kích từ.
Uu(p) = Ru.Iu(p) + Lu.p.Iu(p) + E(p)
Từ phương trình phần ứng ta có:
+ Lư: Điện cảm mạch phần ứng.
: Hằng số thời gian mạch phần ứng
Phương trình cân bằng momen:
Trong đó: J là mômen quán tính c ủa các phần chuyển động quy đổi về trục động cơ.
Từ các phương trình trên ta thành lập được sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều:
Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều.
Sơ đồ này cho thấy rằng nó là một mạch phi tuyến Do đó, chúng ta có thể thực hiện việc tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc, và các phương trình tuyến tính hóa có thể được diễn đạt như sau:
Uk0 + ∆Uk(p) = Rk.[Ik0+∆Ik(p)] +pLk[Ik0 + ∆Ik(p)]
Một cách gần đúng ta có phương trình gia số:
Từ hệ phương trình trên ta xác định được sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa như sau:
Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc mô tả động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Nhìn vào sơ đồ ta thấy rằng để điều chỉnh tốc độ ω ta có thể thực hiện theo 2 cách:
+ Giữ nguyên điện áp mạch kích từ Ub và điều chỉnh điện áp mạch phần ứng Ua.
+ Giữ nguyên điện áp mạch phần ứng và điều chỉnh điện áp Ub: điều chỉnh từ thông.
3.2.2 Trường hợp động cơ kích từ độc lập có từ thông không đổi.
Khi xem xét động cơ một chiều với kích từ độc lập và không điều khiển từ thông, từ thông được coi là hằng số, dẫn đến việc không cần mạch kích từ mà chỉ còn phương trình cân bằng mạch phần ứng Do đó, có thể loại bỏ các chỉ số liên quan đến mạch kích từ và mạch phần ứng Trong tình huống này, mô hình toán của động cơ chỉ bao gồm hai phương trình: phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng và phương trình chuyển động cơ học.
Phương trình cân bằng mạch phần ứng:
Phương trình chuyển động cơ học:
Từ các phương trình này ta xây dựng được mô hình của động cơ một chiều kích từ độc lập từ thông không đổi như sau:
Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều kích từ độc lập với từ thông không đổi:
Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc mô tả động cơ điện một chiều kích từ độc lập có từ thông không đổi.
Tính toán và mô phỏng trên Simulink 35
Lựa chọn các thông số cho quá trình mô phỏng 35
Chọn các thông số cho động cơ điện một chiều:
- Công suất định mức: Pdm = 10(kW)
- Điện áp định mức: Udm = 220 (V)
- Tốc độ định mức ndm = 1150 (v/ph)
- Hiệu suất định mức: ηdm = 90%
- Độ dốc của đặc tính từ hoá và mômen tải:
Chọn các thông số của các bộ biến đổi, xenxơ dòng điện và máy phát tốc:
- Hằng số thời gian của cảm biến dòng điện: Ti = 0,002(s)
- Hằng số thời gian của chuyển mạch chỉnh lưu: Tv = 0,001(s)
- Mạch điều khiển chỉnh lưu: Tdk = 0,001(s)
Từ các thông số đã chọn ta tính được các thông số khác theo các công thức sau: Ωdm = = = 120,43 (rad/s)
Chọn Udk = Uid = 10 (V), suy ra:
Từ đây ta suy ra hàm truyền của bộ điều khiển dòng điện và tốc độ có dạng:
Mô phỏng các trường hợp cụ thể của động cơ bằng Simulink 37
4.2.1 Mô phỏng động cơ điện trong trường hợp Φ = const.
Sơ đồ mô phỏng trong simulink khi điện áp đặt có dạng bước nhảy như hình 1.26.
Hình 4.1 trình bày sơ đồ mô phỏng trong Simulink khi từ thông không đổi Đặc tính tốc độ, dòng điện và điện áp phản hồi của động cơ được thu thập khi thực hiện mô phỏng trong chế độ quá độ, như thể hiện trong các hình ảnh dưới đây.
- Đặc tính điện áp phản hồi:
4.2.2 Mô phỏng động cơ điện một chiều trong trường hợp Uư không đổi (∆Up = 0).
Sơ đồ mô phỏng trong simulink như hình 3.2.
Hình 4.2 Sơ đồ mô phỏng khi điện áp phần ứng không đổi.
4.2.3 Mạch vòng dòng điện của động cơ một chiều trong Simulink.
Sơ đồ mô phỏng trong simulink như hình 1.27
Hình 4.3 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện động cơ trong Simulink.
Với điện áp là dạng step, mô phỏng ta thu được kết quả dạng tín hiệu dòng điện ra và điện áp phản hồi có dạng:
- Tín hiệu điện áp phản hồi:
4.2.4 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ (có mạch vòng điều chỉnh dòng điện) mô phỏng trong Simulink.
Sơ đồ mô phỏng trong simulink như hình 1.28.
Hình 4.4 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ.
Các đường đặc tính thu được:
4.2.5 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ khi có thêm khâu hạn chế dòng sau bộ điều khiển tốc độ (hình 3.5).
Hình 4.5 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ khi có thêm khâu hạn chể dòng.
- Tín hiều dòng điện khi có thêm khâu hạn chế dòng là:
- Tín hiệu điện áp phản hồi:
Nhận xét về kết quả mô phỏng thu được 47
Trong hai trường hợp điện áp phần ứng và từ thông không đổi, thời gian quá độ của dòng điện và điện áp phản hồi ở trường hợp điện áp phần ứng không đổi lớn hơn, do T_k >> T_u Tuy nhiên, độ quá điều chỉnh lại nhỏ hơn.
-Khi có thêm bộ điều chỉnh dòng điện và bộ điều chỉnh tốc độ thì điện áp phản hồi bám theo điện áp đặt hơn.
-Khâu hạn chế dòng lắp sau bộ điều chỉnh tốc độ có tác dụng làm giảm tín hiệu đặt cho mạch vòng dòng điện.
Máy tiện CNC đóng vai trò quan trọng trong gia công cơ khí, giúp giảm khối lượng công việc, nâng cao độ chính xác và hiệu quả kinh tế, đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất Nhiều quốc gia đã áp dụng máy công cụ số rộng rãi trong ngành chế tạo Sự phát triển công nghệ thông tin đã dẫn đến việc sản xuất máy tính số với tốc độ xử lý cao, dễ sử dụng và giá thành thấp Xu hướng thiết kế bộ điều khiển nhỏ gọn, chính xác và tin cậy dựa trên máy tính cá nhân PC ngày càng được ưa chuộng, nâng cao hiệu quả kinh tế trong gia công chi tiết máy Các kết quả thực tế cho thấy thông số tính toán phù hợp với thông số làm việc thực tế, cho thấy máy tiện được thiết kế ứng dụng trong gia công chi tiết đạt kết quả tốt, đáp ứng nhu cầu thay thế sức lao động chân tay cho các doanh nghiệp.
