nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền động chính của máy tiện hitachi - seiki - 4ne - 600

+ Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực, hoặc dựng động cơ một chiều nhưng là hệ thống hở.. 1.3 Giới thiệu máy tiện CNC Hitachi seiki 4N

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hà nội, 07-2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN

-

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:

Khóa Khoa/Viện Ngành

1 Đầu đề thiết kế:

2 Các số liệu ban đầu:

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

5 Họ tên cán bộ hướng dẫn:

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

7 Ngày hoàn thành đồ án:

Ngày tháng năm … Trưởng bộ môn

( Ký, ghi rõ họ, tên)

Cán bộ hướng dẫn

( Ký, ghi rõ họ, tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày… tháng … năm 2012

Người duyệt

( Ký, ghi rõ họ, tên)

Sinh viên

( Ký, ghi rõ họ, tên)

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền động chính của máy tiện HITACHI – SEIKI- 4NE – 600 do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Đỗ Mạnh Cường Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện

có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 06 tháng 08 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quang Trung

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 1

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Error! Bookmark not defined LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY TIỆN CNC HITACHI - SEIKI - 4NE - 600 2

1.1 Chức năng và công dụng của máy tiện 2

1.2 Phân loại máy tiện 2

1.3 Giới thiệu máy tiện CNC Hitachi seiki 4NE ­ 600 3

1.3.1 Giới thiệu máy gia công CNC 3

1.3.2 Tổng quan về máy tiện CNC 3

1.3.3 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy CNC sử dụn phần mềm điều khiển Siemens Sinumerik 802C base line 5

1.4 Các chuyển động cơ bản của máy tiện CNC 4NE­ 600 6

1.4.1 Chuyển động chính 6

1.4.2 Chuyển động ăn dao 6

1.4.3 Các chuyển động phụ 6

1.5 Các chế độ vận hành của máy 6

1.5.1 Máy tiện CNC 4NE­ 600 điều khiển bằng phần mềm SINUMERIK 802S của SIEMENS 6

1.5.2 Các thông số kỹ thuật của máy 7

1.6 CÁC YÊU CẦU TRANG BỊ ĐIỆN CHO TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH 8

1.6.1 Phạm vi điều chỉnh tốc độ 8

1.6.2 Độ trơn khi điều chỉnh 8

1.6.3 Độ ổn định tốc độ khi làm việc 9

1.6.4 Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải 9

1.6.5 Yêu cầu hãm dừng chính xác 9

1.6.6 Yêu cầu về kinh tế 9

CHƯƠNG 2 10

TÌM HIỂU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY TIỆN CNC HITACHI - SEIKI - 4NE - 600 10

2.1.1 Các công thức được dùng trong quá trình tính toán 10

2.1.2 Giới thiệu về phần mềm lập trình SINUMERIK 802S của SIEMENS 10

2.1.3 Quy trình thao tác tiện thân trên máy CNC HITACHI – SEIKI – 4NE – 600 10 2.1.4 Giới thiệu chương trình gia công thân động cơ 7,5kW 11

2.2 Động cơ truyền động chính 15

2.2.1 Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều 15

2.2.2 Các Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 17

CHƯƠNG 3 22

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH 22

3.1 Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi 22

3.1.1 Phân tích và lựa chọn mạch lực 22

3.1.2 Tính chọn mạch động lực 23

3.2 Giới thiệu mạch điều khiển 27

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý : 27

3.2.2 Nguyên tắc điều khiển : 27

3.2.2.1.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : 27

3.2.2.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos : 28

3.2.3 Các khâu cơ bản của mạch điều khiển : 29

3.2.3.1 Khâu đồng pha : 29

3.2.3.2 Khâu so sánh : 32

3.2.3.3 Khâu khếch đại : 34

3.2.4 Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động 37

3.3.Tính toán các thông số mạch điều khiển : 41

3.3.1 Tính biến áp xung : 41

3.3.2 Tính tầng khếch đại cuối cùng : 42

3.3.3 Chọn cổng AND : 42

3.3.4 Chọn tụ C3 và R9 : 43

3.3.5 Tính chọn bộ tạo xung chùm : 43

3.3.6 Tính chọn khâu so sánh : 44

3.3.7 Tính chọn khâu đồng pha : 45

3.3.8 Tính nguồn nuôi 46

3.3.9 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha 47

3.3.10 Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi 48

3.4 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực 48

3.4.1 Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ 48

3.4.2 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn 50

3.4.3 Bảo vệ quá dòng cho van 50

3.4.4 Bảo vệ quá điện áp cho van 51

CHƯƠNG 4 53

TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU MATLAB – SIMULINK 53

4.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống 53

4.2 Xác định các thông số của động cơ 55

4.3 Tìm hiểu tính toán, thiết kế hệ điều khiển 56

4.3.1 Mạch vòng dòng điện : 57

4.3.2 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ 59

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ khối máy tiện CNC 3

Hình 1.2 : Sơ đồ khối của CPU 5

Hình 2.1 : Đồ thị phụ tải và truyền động ăn dao 15

Hình 2.2 : Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 18

bằng cách thay đổi điện trở phụ phần ứng 18

Hình 2.3: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φ 20

Hình 2 4 :Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMdl bằng cách thay đổi Uư 21

Hình 3 1 :Sơ đồ chỉnh lưu có đảo chiều truyền động chính 22

Hình 3­2 : Sơ đồ khối điều khiển thyristor 27

Hình 3­3 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : 28

Hình 3­4 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss 29

Hình 3­5 : Một số khâu đồng pha điển hình 31

Hình 3­6 : Giản đồ của khâu đồng pha là 32

Hình 3­7 : Các khâu so sánh thường gặp 33

Hình 3­8 : Sơ đồ so sánh hai tín hiệu khác dấu 34

Hình 3­9 : Sơ đồ các khâu khếch đại và phân phối xung : 35

Hình 3­10 : Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm 36

Hình 3­11 : Đồ thị dạng sóng của khâu tạo xung chùm 36

Hình 3­12 : Sơ đồ tạo xung chùm 37

Hình 3­13 : Sơ đồ nguyên lý một kênh điều khiển 39

Hình 3­14 : Giản đồ các đường cong mạch điều khiển 40

Hình 3­15 : Sơ đồ chân của IC 4081 43

Hình 3­16 :Sơ đồ chân IC TL084 44

Hình 3­17 : Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn nuôi ± 12 V 46

Hình 3­18 : Mạch động lực có thiết bị bảo vệ 49

Hình 3­19 : Mạch R – C bảo vệ quá điện áp khi van chuyển mạch 52

Hình 3­20 : Mạch R – C bảo vệ xung điện áp từ lưới 52

Hình 4­1 : Sơ đồ cấu trúc động cơ 54

Hình 4­2 : Sơ đồ cấu trúc đã được tuyến tính hóa 55

Hình 4­3 : Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện và tốc độ 57

Hình 4 ­ 4 : Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện 57

Hình 4 ­ 5 : Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ 59

Hình 4 ­ 6 : Đồ thị tốc độ 61

Hình 4 ­ 7 : Đồ thị dòng điện 61

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước thì việc phát triển khoa học kỹ thuật

đã được ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp Ở nước ta đã nhập khá nhiều loại máy móc, thiết bị rất hiện đại Do vậy đòi hỏi quá trình giảng dạy cho học sinh, sinh viên phải trang bị những kiến thức cơ bản về nguyên lý và hoạt động cũng như nguyên tắc vận hành của trang thiết bị nhằm nắm bắt kịp thời với thực tế của xã hội trong hiện tại

và trong những năm tới

Trong quá trình học tập tại trường em đã được học môn học Trang Bị Điện, để củng

cố kiến thức môn học này Em đã được nhận đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống

truyền động chính của máy tiện HITACHI – SEIKI- 4NE – 600 ” Thiết kế truyền

động chính máy tiện là một việc làm tương đối khó, trong quá trình thự hiện đề tài, những thiếu sót và hạn chế là không thể tránh khỏi, chúng em vô cùng cảm ơn những lời góp ý, phản biện của các thầy, cơ trong hội đồng bảo vệ Đặc biệt là thầy TS Đỗ Mạnh Cường, giáo viên trược tiếp hướng dẫn Đó chính là những nhận định mới, những tầm nhìn mới cho chúng em có thể phát triển hơn nữa đề tài của mình Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 06 tháng 08 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quang Trung

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY TIỆN CNC HITACHI - SEIKI -

4NE - 600

1.1 Chức năng và công dụng của máy tiện

Máy tiện thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại Tiện là một phương pháp gia công chi tiết, trên máy có thể thực hiện được nhiều công nghệ tiện khác nhau Như tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện cơn, tiện định hình Trên máy tiện cũng có thể thực hiện doa, khoan và tiện ren, bằng các dao cắt, doa, ta rô ren Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ vài mili một đến hàng trục một

1.2 Phân loại máy tiện

Chuyển động chính của máy tiện làm việc ở chế độ dài hạn, đó là truyền động quay mâm cặp kẹp phôi, vì vậy trong mọi chuyển động có thể coi phôi luôn chuyển động quay còn dao cắt đứng yên

Chuyển động ăn dao của máy tiện là chuyển động tịnh tiến liên tục của bàn dao theo hai chiều trục X và trục Z Trục Z trùng với trục chính còn trục X vuông góc với trục chính Các chuyển động phụ gồm chuyển động phanh cầu dao và ụ sau, kéo phôi, bơm nước, bơm dầu, nâng hạ…

Máy tiện có nhiều loại khác nhau với kích cỡ, công dụng và mức độ chuyên môn hóa khác nhau

­ Phân loại theo chuyển động:

+ Tiện đứng: Phôi chuyển động quay theo phương đứng

+ Tiện ngang: Phôi chuyển động quay theo phương nằm ngang

­ Phân loại theo mức dộ trang bị điện

+ Loại đơn giản: Thường dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc độ về điện + Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi

số đôi cực, hoặc dựng động cơ một chiều nhưng là hệ thống hở

+ Loại phức tạp: Dựng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chương trình số CNC Đây là loại máy tiện có độ

­ Phân loại theo trọng lượng máy:

+ loại nhỏ: Trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn

+ loại trung bình: Trọng lượng của máy từ 10 ­ 100 tấn

+ loại lớn: Trọng lượng của máy lớn hơn 100 tấn

1.3 Giới thiệu máy tiện CNC Hitachi seiki 4NE - 600

1.3.1 Giới thiệu máy gia công CNC

­ Định nghĩa: CNC viết tắt của chữ Computer Numerical Control (điều khiển số bằng máy tính)

­ Máy công cụ + CNC : Sơ đồ khối

Hình 1.1: Sơ đồ khối máy tiện CNC 1.3.2 Tổng quan về máy tiện CNC

Máy CNC lập trình để hoạt động theo các sự kiện nối tiếp nhau với một tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra một mẫu vật với hình dạng và kích thước yêu cầu Trục máy CNC để có thể điều khiển chuyển động dụng cụ cắt dọc theo đường hình học trên bề mặt chi tiết, cần có một mối quân hệ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công Mối quan hệ này có thể được thiết lập thông qua việc đặt dụng cụ và chi tiết gia công trên một hệ tọa độ Đề Các được sử dụng làm hệ tọa độ trong máy CNC Khi đó không gian được giới hạn bởi ba kích thước của hệ tọa độ Đề Các gắn với máy mà hệ điều khiển máy cố thể nhận biết được gọi là vùng gia công Từ đây người ta định nghĩa chuyển động thẳng đứng của dụng cụ song song với trục hệ tọa độ gắn với máy là trục

Bộ điều

khiển

trung tâm

Bộ điều khiển động cơ

Động cơ bước Servo

Vít me đai

ốc bi

Phản hồi tốc độ

Phản hồi vị trí

thẳng của máy Chuyển động của dụng cụ quay xung quanh trục hệ tọa độ gắn với máy gọi là trục quay của máy Qua những nghiên cứu cho thấy, chỉ cần tối đa 14 trục (trục chuyển động) để mô tả bất kỳ một máy CNC phức tạp nào 14 trục chuyển động được chia làm 5 trục quay và 9 trục thẳng, 9 trục thẳng bao gồm ba trục thẳng thứ nhất X,Y,Z; Ba trục thẳng thứ hai U//X, V//Y, W//Z; Ba trục thẳng thứ ba P//X, Q//Y, R//Z

5 trục quay bao gồm ba trục quay thứ nhất A,B,C đây là 3 trục quay xung quanh các trục X,Y,Z Hai trục quay thứ hai D và E, đặc trưng của hai trục quay này là quay song song với trục quay thứ nhất A hoặc B hoặc C hoặc một trục đặc biệt nào đó

Hệ điều khiển CNC mặt tổng quát là các máy CNC trong công nghiệp đều được điều khiển theo một nguyên tắc nhất định Dữ liệu điều khiểu được đọc vào từ vật mang tin như băng từ, đĩa từ, băng đục lỗ… hoặc từ chương trình có sẵn trên máy hoặc do chính người sử dụng nhập vào từ giao tiếp bàn phím Các dữ liệu này được giải mã và hệ thống điều khiển xuất ra những tập lệnh để điều khiển các cơ cấu chấp hành thực hiện các lệnh theo yêu cầu của người sử dụng Trong khi các cơ cấu chấp hành thực hiện các lệnh đó, kết quả về việc thực hiện được mã hóa ngược lại và phản hồi về hệ điều khiển máy, các kết quả này được so sánh với các tập lệnh được gửi đi Sau đó hệ thống điều khiển có nhiệm vụ bù lại các sai lệch và tiếp tục gửi đến các cơ cấu chấp hành cho đến khi thông tin về kết quả thực hiện phản hồi trở lại khớp với thông tin được gửi đi Như vậy ta có thể nói hệ điều khiển máy CNC trong công nghiệp là một

hệ điều khiển kín (dữ liệu lưu thông theo một vòng kín) Để tiện cho việc trình bầy hệ thống điều khiển máy CNC chia làm hai phần, phần cứng và phần mềm

Phần cứng hệ điều khiển máy CNC:

­ Bộ xử lý trung tâm CPU là một máy tính nhỏ hoặc là thành phần chính của máy tính nào đó 16 bit hoặc 32 bit và mạch điện tích hợp Cấu trúc của CPU bao gồm các phần tử cơ bản sau: Phần tử điều khiển, phần tử logic số học, bộ nhớ truy cập nhanh

­ Trong đó phần tử điều khiển làm nhiệm vụ điều khienr tất cả các phần tử của nó và các phần tử khác của CPU Xung nhịp từ đồng đưa vào điều khiển thực hiện đồng

bộ hoạt động của các phần tử

­ Phần tử số học làm nhiệm vụ hình thành các thuật toán mong muốn trên cơ sở số liệu đưa vào Kiểu thuật toán số học là cộng trừ nhân chia, công logic và các chức năng khác theo yêu cầu của chương trình Khối logic số thực hiện các phép so sánh, phân nhánh, lập lựa chọn và phân vùng bộ nhớ

Bộ nhớ truy nhập nhanh là bộ nhớ trong CPU dựng để lưu trữ tạm thời các thông tin đanh được phẩn tử số học xử lý hoặc các chương trìnhđiều khiển từ ROM và RAM gửi tới

Bộ nhớ ROM và EPROM dựng để lưu trữ những dữ liệu không thay đổi của hệ thống CNC, như những chu trình cứng và những vùng bất biến EPROM lưu trữ những dữ liệu phát sinh trong quá trình cài đặt hệ thống, như những tham số máy, những chu trình đặc biệt, những chương trình con Mặc dù nội dung của EPROM được bảo vệ nhưng vẫn có thể thay đổi khi cần RAM mở rộng được sử dụng trong tất cả các bộ CNC để lưu trữ chương trình, dữ liệu Chúng có dung lượng có thể mở rộng từ 16 đến

500 Kbytes Nếu cần những chức năng chuyên dụng thì thường có những card riêng được cắm vào các khe mở rộng của bộ điều khiển và được liên kết bằng bus

Hệ thống truyền dẫn BUS liên hệ giữa CPU và các bộ phận khác trong hệ thống là thiết bị truyền dẫn chính của CNC Có thể hiểu BUS là hệ thống các đường giao thông làm nhiệm vụ truyền dẫn thông tin từ CPU đến các bộ phận khác và ngược lại

Siemens Sinumerik 802C base line

Căn cứ theo thực tế công nghệ của máy như hành trình các trục, tốc độ max min của trục chính người làm công nghệ có thể lập trình PLC từ máy PC để đẩy vào bộ điều khiển để điều khiển quá trình các tín hiệu ra vào cho phù hợp

Logic số

học

Điều khiển

Bộ nhớ truy cập nhanh

Bộ nhớ chính ROM­ RAM Đồng hồ

Khi thực hiện một câu lệnh nào đó trên CNC bộ điều khiển có thể hiểu đó là các tín hiệu ký tự khi đó nó sẽ xử lý sang các dạng tín hiệu số hệ nhị phân để điều khiển CNC chỉ có thể điều khiển chạy các trục, PLC điều khiển các quá trình hoạt động như sang

số, thay dao, dịch chuyển ụ động

1.4 Các chuyển động cơ bản của máy tiện CNC 4NE- 600

1.4.1 Chuyển động chính

Chuyển động chính trong máy tiện chuyển động quay mâm cặp phôi (trục chính) chuyển động này được thực hiện nhờ động cơ điện một chiều kích thích độc lập, thay đổi tốc độ bằng bộ biến đổi điều chỉnh điện áp phần ứng, và qua hộp số bánh răng ăn khớp nối với trục chính Do vậy tốc độ của trục chính thay đổi trong phạm vi rộng qua hộp bánh răng chuyển đổi tốc độ có tỷ số truyền i

Động cơ chính được hãm ngược sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút thử máy 1.4.2 Chuyển động ăn dao

Bao gồm các chuyển động:

­ Chuyển động ăn dao dọc là bàn dao di chuyển tịnh tiến theo chiều dọc trục của dao, (trục Z) cùng chiều trục chính Bằng động cơ Servo và bộ truyền dẫn Drives vòng kín

­ Chuyển động ăn dao ngang là di chuyển tịnh tiến bàn dao theo trục vuông góc với bàn ăn dao và trục chính (trục X) Bằng động cơ Servo và bộ truyền dẫn Drives vòng kín

1.4.3 Các chuyển động phụ

­ Gồm chuyển động lên, xuống di chuyển nhanh, ụ dao, bơm dầu, cơ cấu kẹp lới dao, kẹp phôi được thực hiện nhờ động cơ KĐB rôto lồng sóc và cơ cấu thủy lực

1.5.2 Các thông số kỹ thuật của máy

­ Đường kính tiện lớn nhất tiện được: Φ D = 520 (mm)

­ Khoảng cách chống tâm : 500 (mm)

­ Độ dịch chuyển dọc của bàn máy trục Z: 450 (mm)

­ Độ dịch chuyển ngang của bàn máy trục X: 250 (mm)

­ Công suất động cơ trục chính: 11 (kW)

­ Công suất động cơ trục X: 3,7 (kW)

­ Công suất động cơ trục Z: 7,5 (kW)

­ Công suất động cơ làm mát: 1,5 (kW)

­ Phần mềm điều khiển: SINUMERIK 802C ­ 3 – SIEMNS

­ Kích thước máy: 2500 x 1000 x 1200 (mm)

­ Trọng lượng của máy: 4000 (Kg)

­ Động cơ truyền động chính là động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Do Nhật Bản sản xuất có thông số sau:

­ Động cơ truyền động ăn dao là động cơ bước Servo

1.6.1 Phạm vi điều chỉnh tốc độ

Truyền động trục chính của máy tiện có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dải điều chỉnh được đặc trưng bởi hệ số:

3050

1500min

1.6.2 Độ trơn khi điều chỉnh

Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau như tiện có đường kính lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi tiện có đường kính nhỏ yêu cầu độ bóng cao thì cần tốc độ lớn Để đảm bảo chất lượng gia công bề mặt có độ bóng từ 6 ­ 9 thì tốc độ phải được điều chỉnh vụ cấp



ni 1

1.6.3 Độ ổn định tốc độ khi làm việc

Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính xác cao ngay cả khi tốc độ truyền động chính thay đổi Khi phụ tải biến đổi từ 0  Mmax thì yêu cầu độ sụt tốc độ là:

)155( 

n

n n n

1.6.4 Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải

Trong quá trình làm việc thường xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động:

­ Quá tải tĩnh: Do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai cứng hoặc khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải

­ Quá tải động: Đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều Để rút ngắn thời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này

1.6.5 Yêu cầu hãm dừng chính xác

Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu rất qua trọng Bởi vì khi dừng chính xác thì đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng năng suất của máy, an toàn cho thiết bị và người vận hành

Các biện pháp nâng cao chất lượng quá trình hãm (giảm thời gian hãm)

­ Sử dụng những thiết bị khống chế

­ Tăng gia tốc của hệ thống

­ Sử dụng những vật liệu nhẹ để giảm thành phần mô men quán tính

­ Tăng lực cản bằng cơ khí

­ Hãm bằng điện, sử dụng một trong ba phương pháp: Hãm ngược, Hãm động năng, Hãm tái sinh

­ Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ

­ Đặc điểm công nghệ của truyền động chính máy tiện là có đảo chiều

1.6.6 Yêu cầu về kinh tế

­ Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, thuận thiện cho vận hành và sửa chữa

­ Vốn đầu tư mua sắm thiết bị, chi phí vận hành phải hợp lý

­ Giá thành hệ thống, trong khi phải thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật

CHƯƠNG 2

TÌM HIỂU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY TIỆN

CNC HITACHI - SEIKI - 4NE - 600

 (vòng/phút)

­ Chọn vận tốc cắt V: V ≤ Vmax ,với Vmax là tốc độ cắt tối đa của dao

+ Đối với dao thép gió: Vmax = 18 ÷ 22 m/phút

+ Đối với dao bằng thét hợp kim cứng: Vmax = 120 ÷ 150 m/phút (hiện nay máy đang dùng)

+ Đối với dao được chế tạo đặc biệt (lưỡi cắt bằng gốm, kim cương, …):

Vmax = 18 ÷ 22 m/phút 2.1.2 Giới thiệu về phần mềm lập trình SINUMERIK 802S của SIEMENS

­ Ngôn ngữ lập trình theo ISO (G Code)

­ Quy ước xác định hệ trục tọa độ trên máy tiện, trên máy tiện chỉ cần điều khiển trục X và trục Z Được xác định bằng quy tắc bàn tay phải

­ Giơ bàn tay phải sao cho ngón giữa hướng lên trên chỉ chiều trục Z, ngón cái chỗi

ra chỉ chiều trục X, chiều ngón chỏ chỉ chiều trục Y

2.1.3 Quy trình thao tác tiện thân trên máy CNC HITACHI – SEIKI – 4NE – 600

­ Bắt đầu:

Bật máy – cấp điện cho hệ thống

2.1.4 Giới thiệu chương trình gia công thân động cơ 7,5kW

­ Tiện lòng trong thân động cơ 7,5 kW đã được gia công lần 1 (tiện một đầu), đường kính lỗ phôi Φ 190 mm, chiều dài phôi 292 mm

­ Bắt đầu chương trình

G54 ; Đặt gốc 0 phôi

G90 ; Lập trình theo tọa độ tuyệt đối

G22 ; Lập trình theo đường kính

G95 ; Lập trình bước tiến F theo mm/vòng

G75 X0 Z0 ; Về điểm thay dao

T9 ; Gọi dao tiện mặt đầu và tiện ngoài

G0 Z290

G0 X216

S100 M3

; Xén mặt đầu

Chạy điểm chuẩn cho máy

Gá phôi vào mâm cặp

Chạy chương trình thực hiện gia công

; Thay dao móc lỗ thụ và tiện thụ đạt tới đường kính 199.6 (để lượng dư khi cắt tinh là 0,4)

G75 X0 Z0 ; Về điểm thay dao

; Tạo vát và bậc thoát dao

; Thay dao móc lỗ tinh và tiện tinh đạt tới đường kính 200

G75 X0 Z0 ; Về điểm thay dao

T12 ; Thay dao móc lỗ tinh

2.2 Động cơ truyền động chính

Như đã tìm hiểu ở trên động cơ truyền động cho trục chính ở máy tiện này là động cơ một chiều kích từ độc lập, có thay đổi tốc độ và có đảo chiều quay Từ đồ thị đặc tính của phụ tải

Hình 2.1 : Đồ thị phụ tải và truyền động ăn dao

Từ đồ thị ta thấy tốc độ động cơ được chia làm ba giai đoạn giai đoạn đầu ( giai đoạn vào dao) tốc độ động cơ lúc này được tăng dần từ 0 đến tốc độ vào dao, để tránh mẻ dao và làm hỏng chi tiết Giai đoạn hai ( giai đoạn tiện chi tiết) lúc này tốc độ động cơ được duy trì ổn định Giai đoạn ba( giai đoạn ra dao) tốc độ động cơ lúc này giảm xuống đến tốc độ ra dao v2 cũng để tránh mẻ chi tiết

Động cơ của máy tiện ta đang tìm hiểu là động cơ điện một chiều kích từ độc lập và thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Sau đây ta tìm hiểu qua về một số loại động cơ một chiều và các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ cũng như ưu nhược điểm của từng phương pháp

2.2.1 Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều

a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc song song :

Phương trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ giữa tốc độ (n) và moomen (M)

M K

R R K

.)



0

M Mđm

*

Với những điều kiện U = const, It= const thì từ thông của động cơ hầu như không đổi Vì vậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của động cơ là đường thẳng

Do Rư rất nhỏ, nên khi tải thay đổi từ thông đến định mức thì tốc độ giảm rất ít cho nên đặc tính cơ của động cơ của động cơ kích

từ song song rất cứng Với đặc điểm như vậy, động cơ điện kích từ song song được dùng trong những trường hợp tốc độ hầu như không thay đổi khi tải thay đổi

b) Động cơ điện kích từ nối tiếp

Ở động cơ điện kích từ nối tiếp, dòng kích từ chính là dòng điện phần ứng I =Iư = I Vậy trong phạm vi khá rộng có thể biểu thị :

R M K Ce

U C n

e

u M

Như vậy khi mạch từ chưa bão hòa, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có dạng là đường hypebol bậc hai

Ta thấy, ở động cơ một chiều kích từ nối tiếp, tốc độ quay n giảm rất nhanh khi mômen

M tăng Và khi mất tải ( M=0, I=0) thì n có trị

số rất lớn Vì vậy thường chỉ cho phép động cơ làm việc với tải tối thiểu P2 = ( 0,2 ÷ 0,25)Pđm

tính cơ của động cơ kích từ nối tiêp rất mềm  Động cơ kích từ nối tiếp ưu việt hơn trong những nơi cần mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổi trong phạm vi rộng

c) Động cơ điện kích từ hỗn hợp :

Loại này được chế tạo gồm hai cuộn dây nối tiếp và song song Tác dụng của cuộn dây kích thích song song và nối tiếp bù nhau hoặc ngược nhau Trên thực tế người ta chỉ sử dụng loại kích thích hỗn hợp bù vì động cơ không đảm bảo được điều kiện làm việc ổn định

2.2.2 Các Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

.

, ,



R R K

, ,



R R K

, ,



R R K

ω = 2'

).(

, ,



R R K

dm

R R

K



,

2 ) ( 

; (*)

Muốn thay đổi tốc độ động cơ thì ta thay điện trở phần ứng bằng cách mắt thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng của động cơ Khi thay đổi điện trở phụ Rf thì tốc độ không tải lý tưởng ω0 = cont , còn ∆ω sẽ thay đổi theo Rf như vậy lúc này các đường đặc tính cơ sẽ thay đổi nhưng vẫn đi qua điểm cố định là ω0 Từ (*) ta thấy khi điện trở phụ Rf = 0 thì β có giá trị lớn nhất ứng với đường đặc tính cơ tự nhiên , còn khi Rfcàng lớn thì β càng nhỏ và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Như vậy khi thay đổi điện trở phụ của động cơ ta sẽ được một họ đặc tính cơ có dạng như hình

Ta có : 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3 < … thì ωdm > ω1 > ω2 > ω3 > ….nhưng nếu ta tăng Rf đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ≤ Mc dẫn đến động cơ sẽ quay không được và động cơ sẽ làm việc ở chế độ ngắn mạch ω = 0 , đến bây giờ ta có thay đổi Rf thì động

cơ vẫn không không quay nữa Do đó phương pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh tốc độ không triệt để

Hình 2.2 : Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

bằng cách thay đổi điện trở phụ phần ứng

ω

Mnm

TN Rf1

Rf2

0 ω0

Rf3

Vậy ứng vói một phụ tải Mc nào đó nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch Inm và mômen ngắn mạch Mnm càng giảm , cho nên người ta thường dùng phương pháp này để hạn chế dòng điện khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

b) Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi kích từ của động cơ

Giả thiết điện áp phần ứng : Uư = Udm = const ;

Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát : ω = ' 2

).(

,



R K

ω1 < ω2 <……, nhưng nếu giảm Φ quá nhỏ thì ta có thể làm cho tốc độ động cơ quá lớn quá giới hạn cho phép , hoạt làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi , do dòng phần ứng tăng cao , hoặt để đảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho momen cho phép trên trục động cơ giảm nhanh , dẩn đến động cơ bị quá tải

Hình 2.3: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φ

c) phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động

, ,



R K

ω1 ωdm

Φ1 Φ2

Φdm

+ Bộ biến đổi từ : Khếch đại từ ( KĐT ) một pha , ba pha

+ Bộ biến đổi điện từ ­ bán dẩn :Các bộ chỉnh lưu ( CL ) , các bộ băm điện áp ( BĐA ) , dựng transistor và thuyistor

Ta thấy rằng , khi thay đổi điện áp phần ứng ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạch Mnm ,

và dòng điện ngắn mạch Inm của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ

tải nhất định Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động

cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động

Hình 2 4 :Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMdl bằng cách thay đổi Uư

U2 U3

U1 ω03

ω01 ω02

0

ω

Udm ω0

Do công suất của động cơ truyền động trục chính có công suất lớn, và làm việc ở chế

độ đảo chiều Có thay đổi tốc độ trong quá trình làm việc lên ta có phương án mạch lực cho động cơ truyền động chính như sau:

T3 T6

T5 T2

u2a u2b u2c

3.1.2 Tính chọn mạch động lực

a) Tính chọn máy biến áp

Do động cơ có công suất lớn 11kw ( theo cung cấp điện : phụ tải có công suất 5kw trở lên nguồn điện cung cấp phải là nguồn 3 pha, tránh gây lệch lưới điện) Nên máy biến áp cấp cho động cơ là máy biến áp 3 pha

+ Điện áp sơ cấp : U1 = 380(v)

+ Điện áp thứ cấp: U2 = 220(v)

­ Điện áp chỉnh lưu không tải

Udo = Uđm + ΔUv + ΔUba + ΔULkTrong đó : ΔUv làsụt áp trên các van

ΔUv làđiện áp phụ tải yêu cầu

ΔUba = ΔU1 + ΔU2 sụt áp bên trong máy biến áp khi có tải bao gồm sụt ps trên điện trở ΔUr và điện áp trên điện cảm ΔULk

Đây là máy biến áp cỡ nhỏ sụt áp máy biến áp :

Sụt áp trên điện trở ΔUr = 5%d Sụt áp trên điện kháng ΔULk = 5%d Điện áp sụt áp trên hai tiristo mắc nối tiếp ( trên mỗi van là 1,5v) => trên hai van

là 2 x 1,5 = 3 v Như vậy ta có :

Ud0 = Uđm.1,05 + 22 + 3 = 220.1,05 + 22 +3 = 256(v)

Công suất tối đa của tải :Pd = Ud0 Id = 256.64 = 16384(w)

­ Tính toán các thông số điện áp, dòng điện của các cuộn dây

+ Điện áp của các cuộn dây

Điện áp của cuộn dây thứ cấp máy biến áp.

Dòng điện các cuộn dây

­ Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp

I2 = 2

3Id = 0,816.Id= 0,816 64 = 52,04 (A)

­ Giá trị hiệu dụng của dòng sơ cấp máy biến áp

I1 = I2 n = 52 0,288  15,04 (A) Công suất tính toán máy biến áp : Sba = Ks Pd

Trong đó : Ks làhệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực ( Ksd = 1,05)

Sba làcông suất biểu kiến của máy biến áp (VA)

 Sba = 1,05.16384 = 17203(VA)  17 (KVA)

b) Tính số vòng dây của máy biến áp

Số vòng dây của dây quấn được tính theo :

4, 44f Q.B (vòng) Trong đó : W là số vòng dây của cuộn dây

U làđiện áp của cuộn dây cần tính

Số vòng dây quấn sơ cấp của máy biến áp:

W2 =W1 n =677 0,288 = 195( vòng)

Tiết diện dây dẫn : SCu = I

J (mm

2)

Trong đó : Scu tiết diện của dây đồng

I làdòng điện chạy qua cuộn dây

J là mật độ dòng điện trong máy biến áp ( chọn 1 ÷ 2,75A/mm2) Ở đây ta chọn J = 2,5A/mm2

= = ,

, = 6,01( mm2) Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp

Uvíi U

U2 điện áp xoay chiều của van

Hệ sĩ điện áp ngược ( Knv) và điện áp tải (Ku) trong sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng Knv = √6

u

Dòng điện chảy qua van = = = 21,33 (A)

Để đảm bảo an toàn cho tiristo làm việc lâu dài chọn hệ số dự trữ về dòng Ki = 1,2

Ilv = Ki It = 1,2 21,33 = 25,6 (A) Như vậy Tirito cần chọn có yêu cầu như sau UN = 460,6 (V) ; Ilv = 25,6 (A)

Tra bảng chọn được 6 van: loại T10 ­80

Dòng điện qua van là: Itb = 80 (A )

Tổn thất điện áp: ∆U = 2,7 (V )

Giá trị điện áp điều khiển: Ug = 4 (V )

Giá trị dòng điều khiển: Ig = 150 (mA )

Hệ số san bằng Ksb = 3, 4 34

0,1

dmv dmr

R k

m   f = 0,47.10­3 (H) = 0,47 (mH) Vậy điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: L = 0,47 (mH)

Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng lọc: Iđm = 64 (A)

Biên độ dòng xoay chiều bậc một: I1đm = 10% Iđm = 6,4 (A)

Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở nhỏ, do đó có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng ZL ≈ XL = .L = 2Πf 0,47 = 0,15 (Ω)

Điện áp rơi trên cuộn kháng : 1 0,17

U I r

r s l

3.2.2.1.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính :

Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp :

­ Điện áp đồng bộ ( Us ) , đồng bộ với điện áp đặt trên anôt – catôt của thyristor , thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh