ĐỒ án TRUYỀN ĐỘNG điên 2

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.

Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện Mục lục trang Mục lục Lời mở đầu CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 1.1 Tổng quan máy công cụ CNC 1.1.1 Lịch sử phát triển máy điều khiển số 1.1.2 Phân loại công dụng 1.2 Máy tiện CNC 10 1.2.1 Các phận máy tiện CNC 10 1.2.2 Nguyên lý làm việc máy tiện CNC 14 1.2.3 Vận hành máy tiện CNC 14 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT CHIỀU 15 2.1 Cấu tạo, nguyên lí làm việc động điện chiều 15 2.2 Đặc tính động điện chiều 16 2.3 Các phương pháp điều khiển động chiều 19 2.5 Giới thiệu động bước 22 2.5.1 Vai trò động bước 22 2.5.2 Cấu tạo động bước 22 2.5.3 Hoạt động 22 2.6 Giới thiệu thyristor 23 2.7 Hệ truyền động T – Đ động chiều 24 2.7.1 Khái quát chung 24 2.7.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc 24 2.7.3 Đặc điểm 25 2.7.4 Phương pháp điều khiển đối xứng 25 2.8 Sơ đồ điều khiển truyền động máy tiện 26 2.9 Sơ đồ điều khiển truyền động ăn dao máy tiện 27 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện CHƯƠNG III MƠ HÌNH HĨA HỆ T-Đ 30 3.1 Mơ hình hóa chỉnh lưu 30 3.2 Mơ hình hóa động chiều kích từ độc lập 31 3.2.1 Mơ hình tốn chế độ độ động chiều kích từ độc lập 31 3.2.2 Trường hợp động kích từ độc lập có từ thơng khơng đổi 33 Chương IV Tính tốn mơ Simulink 35 4.1 Lựa chọn thơng số cho q trình mơ 35 4.2 Mô trường hợp cụ thể động Simulink 37 4.2.1 Mô động điện trường hợp Φ = const 37 4.2.2 Mô động điện chiều trường hợp Uư khơng đổi (∆Up = 0) 39 4.2.3 Mạch vịng dịng điện động chiều Simulink 41 4.2.4 Mạch vịng điều chỉnh tốc độ (có mạch vịng điều chỉnh dịng điện) mơ Simulink 43 4.2.5 Mạch vịng điều chỉnh tốc độ có thêm khâu hạn chế dịng sau điều khiển tốc độ (hình 3.5) 45 4.3 Nhận xét kết mô thu 47 Kết luận 48 Tài liệu tham khảo 49 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện LỜI MỞ ĐẦU Ngày với cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước nhiều ngành cơng nghiệp phục vụ q trình cơng nghiệp phát triển đất nước Như khai thác khoáng sản, vận chuyển nguyên vật liệu bến cảng, nhà máy Băng tải dùng để vận chuyển vật liệu rời hay sản phẩm nhờ ưu điểm có khả vận chuyển hàng hóa xa, làm việc êm suất cao tiêu hao lượng khơng lớn Chính nhờ ưu điểm mà băng tải ứng dụng rộng rãi lĩnh vự khai thác hầm mỏ hay nhà máy… Để tạo làm chủ máy móc đòi hỏi người phải tìm tịi nghiên cứu nhiều Là sinh viên em thấy tầm quan trọng kiến thức mà tiếp thu từ thầy Nhiệm vụ đồ án công việc quan trọng q trình học tập giúp cho người sinh viên nắm kiến thức của môn học Đồ án em giao “Thiết kế mạch điều khiển máy tiện” Với kiến thức học sau thời gian nghiên cứu với giúp đỡ, hướng dẫn tận tình Thầy Nguyễn Duy Trung với đóng góp trao đổi xây dựng bạn chúng em hoàn thành đồ án giao Song với hiểu biết hạn chế với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, tài liệu tham khảo cịn nên ñồ án chúng em không tránh khỏi thiếu sót Em mong bảo thầy môn để đồ án em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 1.1 Tổng quan máy công cụ CNC 1.1.1 Lịch sử phát triển máy điều khiển số Máy điều khiển số (Computer Numerical Control – CNC) đời từ lâu Người ta cho kiện đời máy dệt dùng thép có lỗ để tự động điều khiển đường chuyển động kim dệt Joseph M.Jacquard chế tạo năm 1808, thời điểm đời máy điều khiển số Máy dệt điều khiển sở thông tin hai trạng thái, trạng thái thứ kim vị trí có lỗ, tương ứng với mức logic “1” trạng thái thứ hai kim vị trí khơng có lỗ, tương ứng với mức logic “0” Hình 1.1 Máy chơi piano dùng bìa đục lỗ Chương trình điều khiển máy mà thơng tin điều khiển viết dạng “1” “0” gọi chương trình điều khiển số máy điều khiển theo chương trình gọi máy điều khiển theo chương trình số Khi nói đến hình thành phát triển dạng máy công cụ điều khiển số khơng thể khơng nói tới đời phát triển máy tính số Phát minh máy tính bước ngoặt quan trọng điều khiển số Máy tính lần Pascal chế tạo vào năm 1642 Máy tính hình thành sở tổ hợp truyền bánh Cho đến năm 1834, Babbage chế tạo máy tính máy tính với độ xác cao Máy Babbage khơng thực phép tính số học mà cịn hình thành hàm tốn học máy tính ngày Đặc biệt máy tính có khả lưu trữ, nhớ, nhập xuất liệu Do kết cấu máy phức tạp nên khơng cịn hội phát triển đến năm 1940, Aiken người Mỹ Zuse người Đức thiết kế máy tính sở tổ hợp điện tử đặt tên ENIAC ( Electronic Numerical Intergator and Computer ) Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện Hình 1.2 Máy tính kỹ thuật số ENIAC Cùng với bước phát triển ứng dụng điều khiển số máy công cụ thành cơng có ý nghĩa to lớn hệ thống máy công cụ điều khiển số MIT (Machachusette Institute of Technology – MIT) thiết kế chế tạo thành công hệ dẫn động động secvo dùng để điều khiển trục máy công cụ Và thành công thúc đẩy nghành máy công cụ điều khiển số phát triển mạnh mẽ ngày Năm 1959, mạch IC (Intergrated Cicruits) đời nhanh chóng thay bóng bán dẫn IC có kích thước nhỏ, độ tin cậy cao, công suất tiêu hao nhỏ sở để hình thành vi xử lý sau IC đưa vào sử dụng nhiều sản xuất năm 1965 Do IC có nhiều ưu điểm nói nên nhanh chóng ứng dụng vào cơng nghệ chế tạo máy tính điện tử Trên sở mạch IC người ta thiết kế chế tạo thành công vi xử lý (Microprocessor) cho máy tính số Năm 1958, người ta sử dụng số từ tiếng Anh làm ký tự để hình thành chương trình điều khiển máy Hệ điều hành gồm chương trình điều khiển, chương trình tính tốn thơng số hình học, tính tốn lựa chọn chế độ gia cơng tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, bôi trơn làm mát Tập hợp ký tự hình thành chương trình dùng để điều khiển máy gọi ngôn ngữ APT (Automatically Programmed Tool) Năm 1976, máy điều khiển hoàn tồn tự động theo chương trình mà thơng tin viết dạng số gọi máy điều khiển số NC (Numerical Control) Cũng vào năm 1976, người ta đưa máy tính nhỏ vào hệ thống điều khiển máy NC nhằm mở rộng đặc tính điều khiển mở rộng nhớ máy so với máy NC, máy gọi CNC (Computer Numerical Control) Và sau chức trợ giúp cho q trình gia công ngày phát triển năm 1965, hệ thống thay dao tự động đưa vào sử dụng, năm Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện 1976, hệ thống CAD/CAM/CNC đời Và năm 1984, đồ hoạ máy tính phát triển, ứng dụng để mơ q trình gia cơng máy cơng cụ Hình 1.3 Shoda trưng bày router gỗ NC (NC-111A) Hội chợ Quốc tế Osaka 1.1.2 Phân loại công dụng a Phân loại • Máy khoan CNC ( Drillling Machine) Hình 1.4 Máy khoan CNC Đặc điểm máy khoan hệ toạ độ máy hình thành sở hệ toạ độ Decac theo nguyên tắc bàn tay phải với trục vng góc với Hệ thống điều khiển hệ thống điều khiển theo vị trí (Point to Point) Vì hệ điều khiển khơng cần cụm nội suy thẳng cong Hệ điều khiển máy khoan CNC thiết kế với khả điều khiển tương thích với hai cách viết chương trình: hệ tuyệt đối hệ gia số • Máy phay CNC ( Millling Machine) Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện Hình 1.5 Máy phay CNC Cấu trúc máy phay thiết kế sở hệ toạ độ Decac theo nguyên tắc bàn tay phải với ba trục toạ độ vng góc với máy khoan Máy phay có nhiều trục máy (trục chuyển động), số trục máy máy phay 1/2 Máy phay CNC trang bị hệ thống lưu trữ dụng cụ, thiết bị thay dụng cụ, cấu kẹp, tháo phôi thay phôi tự động Máy phay CNC có cấu trúc trục thẳng đứng gọi máy phay đứng Máy phay CNC có trục máy bố trí nằm ngang gọi máy phay ngang Máy phay CNC trang bị hệ thống điều khiển mạnh để tính tốn quỹ đạo chuyển động dụng cụ, nội suy thẳng, nội suy vòng đường cong phức tạp ( Spline) Để gia công đường cong bề mặt phức tạp, máy phay CNC cần phải có số trục máy • Máy tiện CNC (Turning Machine) Hình 1.6 Máy tiện CNC Cấu trúc sở máy tiện CNC trục thường bố trí nằm ngang thẳng đứng, bàn máy bố trí mặt phẳng nằm ngang mặt phẳng nghiêng Phôi kẹp mâm cặp đặt hai đầu chống tâm đầu chống tâm có khía để truyền momen xoắn Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện Máy tiện có nhiều trục chính, nhiều bàn xe dao đầu Rơvonve Máy tiện CNC có khả cơng nghệ rộng như: tiện trơn, tiện ren, khoan, khoét, khoan tâm, cắt đứt, tiện mặt đầu … • Máy doa CNC ( Boring Machine) Hình 1.7 Máy doa CNC Trục máy doa CNC thường bố trí nằm ngang thẳng đứng Khi nghiên cứu đặc trưng công nghệ thực máy doa, người ta nhận thấy cấu trúc máy doa hợp lý trục nằm ngang Đặc điểm cơng nghệ doa địi hỏi máy doa phải có độ xác vị trí Vì máy thường trang bị hệ thống điều khiển với mức độ tự động hoá cao trang bị hệ thống thay phơi, dụng cụ tự động Máy doa có số trục điều khiển lớn Hệ điều khiển máy thiết kế nằm đảm bảo máy có khả tự động hoá lựa chọn chế độ gia công cho phù hợp vật liệu dụng cụ cắt vật liệu phơi Máy có tính xác định lượng mòn dụng cụ thực hiệu chỉnh lượng mịn q trình gia cơng Đồng thời máy trang bị phần mềm đồ hoạ đủ mạnh để mơ q trình gia cơng chi tiết máy • Máy mài CNC ( Grinding Machine) Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện Hình 1.8 Máy mài CNC Dựa sở công nghệ, máy mài CNC phân thành loại khác Máy mài có loại: mài trịn ngồi, mài răng, mài định hình dạng khác Máy mài có số trục máy từ đến trục Cơng nghệ mài địi hỏi độ xác, độ bóng bề mặt cao Vì độ xác máy mài CNC cao so với máy CNC khác b Cơng dụng Khi chi tiết có độ phức tạp cao, lựa chọn phương pháp gia công phù hợp gia cơng máy CNC Bởi gia công máy CNC rút ngắn thời gian gia công, đạt độ xác yêu cầu giá thành rẻ so với gia công máy công cụ vạn máy tự động vạn Khả thay đổi dạng sản phẩm chế tạo nhanh cần thay đổi chương trình điều khiển mà khơng cần thay đổi cấu trúc máy thêm đồ gá chuyên dùng Máy điều khiển số đáp ứng tính linh hoạt sản xuất Chi phí cho sản xuất dụng cụ cắt nhỏ máy có khả đánh giá lượng mòn dụng cụ trình gia cơng tự động điều chỉnh máy để bù lượng mịn dụng cụ Máy CNC có tính tự động kiểm tra chất lượng trình gia cơng Các máy thơng thường khơng có khả Do khơng có chức này, máy vạn khơng giám sát q trình gia cơng tổn phí cho kiểm tra chất lượng cao so với máy CNC Thời gian gia công chi tiết máy CNC nhỏ so với máy vạn tập trung ngun cơng cao, gia cơng nhiều nguyên công lúc Máy CNC không cần dùng đồ gá chuyên dùng để ga kẹp phôi Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện 1.2 MÁY TIỆN CNC 1.2.1 Các phận máy tiện CNC Máy tiện CNC xuất nhanh chóng thay đổi việc sản xuất cơng nghiệp Việc tiến hành tiện đường cong, hình phức tạp thực dễ dàng đường thẳng, cấu trúc phức tạp chiều dễ dàng thực hiện, lượng lớn thao tác người thực giảm thiểu Hình 1.9 Máy tiện CNC .Các phận máy tiện CNC: + Ụ tĩnh hay hộp tốc độ trục + Ổ tích dao + Giá đỡ ổ tích dao + Bảng điều khiển + Cửa đóng mở khu vực gia cơng + Ụ động + Mâm cặp a Ụ tĩnh (Hộp tốc độ trục chính) Tạo tốc độ cắt gọt khác 10 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện Chương IV Tính tốn mô Simulink 4.1 Lựa chọn thông số cho q trình mơ Chọn thơng số cho động điện 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% - Điện cảm phần ứng: L = 0,3(H) - Mômen quán tính: J =2 (kg/m)2 - Độ dốc đặc tính từ hố mơmen tải: Kk = B=1 KI0 = KωB = 10 Chọn thông số biến đổi, xenxơ dòng điện máy phát tốc: - Hằng số thời gian cảm biến dòng điện: Ti = 0,002(s) - Hằng số thời gian chuyển mạch chỉnh lưu: Tv = 0,001(s) - Mạch điều khiển chỉnh lưu: Tdk = 0,001(s) - Máy phát tốc: Tω = 0,002(s) Từ thông số chọn ta tính thơng số khác theo cơng thức sau: Ωdm = = = 120,43 (rad/s) Mdm = = = 83,04 (N.m) Idm = = = 45,45 (A) Kф = = = 1,83 Rư = 0,5.(1- ηdm).= = 0,24 (Ώ) Tu = = = 1,25 (s) Tsi = Tdk + Tv + Ti = 0,001+0,001+0,002 = 0.004 (s) Ta có: Udm = Kcl.Udk 37 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện Uid = Ki.Idm Chọn Udk = Uid = 10 (V), suy ra: Kcl = = = 22 Ki = = = 0.22 Tu = = = 1,25 (s) Tc = = = 0,14 (s) Tsω = 2.Tsi + Tω = 2.0,004+0,002 = 0,01 (s) = = 0,94 U = ω.K U = 10 (V) K = = = 0,083 Từ ta suy hàm truyền điều khiển dòng điện tốc độ có dạng: Ri= = 6,2 + R ω = = = 141,48 38 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện 4.2 Mô trường hợp cụ thể động Simulink 4.2.1 Mô động điện trường hợp Φ = const Sơ đồ mô simulink điện áp đặt có dạng bước nhảy hình 1.26 Hình 4.1 Sơ đồ mô simulink từ thông khơng đổi Đặc tính tốc độ, đặc tính dịng điện, điện áp phản hồi động thu mô chế độ độ hình đây: - Đặc tính dịng điện: 39 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện - Đặc tính tốc độ: - Đặc tính điện áp phản hồi: 40 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện 4.2.2 Mô động điện chiều trường hợp Uư không đổi (∆Up = 0) Sơ đồ mô simulink hình 3.2 Hình 4.2 Sơ đồ mơ điện áp phần ứng khơng đổi - Đặc tính dịng điện: 41 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện - Đặc tính tốc độ: -Đặc tính từ thông: 42 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện -Điện áp phản hồi: 4.2.3 Mạch vòng dòng điện động chiều Simulink Sơ đồ mơ simulink hình 1.27 Hình 4.3 Mạch vịng điều chỉnh dịng điện động Simulink Với điện áp dạng step, mô ta thu kết dạng tín hiệu dịng điện điện áp phản hồi có dạng: 43 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện - Tín hiệu dịng điện: - Tín hiệu điện áp phản hồi: 44 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện 4.2.4 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ (có mạch vịng điều chỉnh dịng điện) mô Simulink Sơ đồ mô simulink hình 1.28 Hình 4.4 Mạch vịng điều chỉnh tốc độ Các đường đặc tính thu được: - Dịng điện: 45 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện - Tốc độ: - Điện áp phản hồi: 46 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện 4.2.5 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ có thêm khâu hạn chế dịng sau điều khiển tốc độ (hình 3.5) Hình 4.5 Mạch vịng điều chỉnh tốc độ có thêm khâu hạn chể dịng - Tín hiều dịng điện có thêm khâu hạn chế dòng là: 47 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện - Tín hiệu tốc độ: - Tín hiệu điện áp phản hồi: 48 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện 4.3 Nhận xét kết mô thu -Trong hai trường hợp điện áp phần ứng không đổi từ thông không đổi ta thấy thời gian độ dòng điện, điện áp phản hồi, tốc độ trường hợp điện áp phần ứng không đổi lớn (do Tk>>Tu), nhiên độ điều chỉnh lại nhỏ -Khi có thêm điều chỉnh dịng điện điều chỉnh tốc độ điện áp phản hồi bám theo điện áp đặt -Khâu hạn chế dòng lắp sau điều chỉnh tốc độ có tác dụng làm giảm tín hiệu đặt cho mạch vòng dòng điện 49 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện KẾT LUẬN Máy tiện cơng cụ điều khiển số CNC đóng vai trò quan trọng Sử dụng máy tiện cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ xác gia cơng hiệu kinh tế, đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất nên ngày giới nhiều nước áp dụng rộng rãi máy công cụ số vào lĩnh vực khí chế tạo Bên cạnh đó, phát triển công nghệ thông tin gặt hái nhiều thành tựu to lớn, máy tính số ngày sản xuất nhiều với tính tốc độ xử lý liệu cao, sử dụng dễ dàng, kết cấu nhỏ gọn, giá thành thấp Chính thế, việc thiết kế điều khiển nhỏ gọn, độ xác tin cậy cao q trình gia cơng chi tiết máy, nâng cao hiệu kinh tế sở máy tính cá nhân PC xu hướng phát triển điều khiển cho máy công cụ Với kết thực tế hoạt động cho thấy phù hợp thơng số tính tốn thơng số làm việc thực tế Vậy máy tiện ñược thiết kế ứng dụng gia công chi tiết đạt kết tốt, đáp ứng nhu cầu thay sức lao động chân tay doanh nghiệp 50 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện Tài liệu tham khảo Điều chỉnh tự động truyền động điện (Bùi Quốc Khánh - Nguyễn Văn Liễn - Phạm Quốc Hải - Dương Văn Nghi) Matlap Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động (Nguyễn Phùng Quang) 51 ... 2. 10 Đồ thị dịng điện điện áp 26 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện 2. 8 Sơ đồ điều khiển truyền động máy tiện -Động Đ động truyền động có cơng suất 10kW, điện áp phần ứng 22 0V... từ thông DΦ = 3/1 Hình 2. 11: Sơ đồ điều khiển truyền động 27 Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện * Các điều kiện làm việc máy: - Truyền động ăn dao truyền động phụ cấp điện (cơng... hàm truyền chỉnh lưu là: 32 20 + 0,003s Đồ án truyền động điện Hệ thống điều khiển máy tiện 3 .2 Mơ hình hóa động chiều kích từ độc lập Mạch điện thay động chiều: Hình 3 .2 Mạch điện thay động