nghiên cứu khái quát về công nghệ tiện đi sâu thiết kế bộ điều khiển tự động điều chỉnh tốc độ truyền động trục chính dùng BBĐT – Đ

LỜI NÓI ĐẦU Sự bùng nổ của ngành công nghiệp cơ khí và điện tự động hóa đã đạt những thành tựu to lớn, đem lại rất nhiều lợi ích trong công việc cũng như nhiều thiết bị ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Mặc dù các máy gia công kỹ thuật số đang là xu hướng mới của thị trường nhưng đây là những thiết bị đắt tiền và phức tạp. Do đó các máy gia công kim loại như máy tiện, máy mài, máy bào giường, máy rèn rập… vẫn là các thiết bị chủ yếu trong việc chế tạo cơ khí. Nên việc nghiêm cứu, tìm hiểu cải tiến nó là một trong những vấn để rất được quan tâm hiện nay. Môn học Trang bị điện – điện tử máy gia công kim loại là một trong những môn giúp giải quyết phần nào đó các vấn đề trên. Với đề tài được giao: “Nghiên cứu khái quát về công nghệ tiện. Đi sâu thiết kế bộ điều khiển tự động điều chỉnh tốc độ truyền động trục chính dùng BBĐT – Đ” và được sự hướng dẫn của thầy Hoàng Xuân Bình em đã đi sâu tìm hiểu trang bị điện tử của máy tiện và đã khai thác được nhiều vần đề trong thực tế cũng như trong lý thuyết. Vẫn biết còn nhiều thiếu sót và do nội dung vẫn còn mới mẻ đồng thời sự hiểu biết vẫn còn hạn chế nên em chưa thể hoàn thành một cách tốt nhất cho đề tài này. Em mong thầy cô cho ý kiến và giúp đỡ để em hoàn thành tốt hơn nhiệm vụ của mình. Em xin chân thành cám ơn ! 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY TIỆN ……… 3 1.1. Đặc điểm công nghệ máy tiện …………………………………………. 3 1.2. Phụ tải của cơ cấu các chuyển động điển hình của máy tiện …….… 4 1.2.1. Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện ……… …. 4 1.2.2. Phụ tải của cơ cấu truyền động chính ……………………… …… 10 1.2.3. Phụ tải của cơ cấu chuyển động ăn dao ……………………… … 12 1.3. Những yêu cầu và đặc điểm chung đối với truyền động điện máy tiện. 1.3.1. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động chính ………… … 14 1.3.2. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động ăn dao ….… … … 15 Chương 2: CẤU TRÚC – MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .… 17 2.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống ………………………… …… 17 2.1.1. Xây dựng cấu trúc hệ truyền động T – Đ …………………… …… 17 2.1.2. Cấu trúc – mô hình hóa bộ biến đổi một chiều Thyristor ………… 20 2.2. Cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động ……….…………………. 21 2.2.1. Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện ………………….………….… 22 2.2.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ ……………………….………………. 23 2.2.3. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện kích từ ……… … 24 2.2.4. Tổng hợp bộ điều chỉnh sức điện động ………………………….…. 26 Chương 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TRÊN MATLAB – SIMULINK …………………………………………………………… ………. 28 3.1. Tính toán các bộ điều chỉnh ………………………………….…… 28 3.2. Mô phỏng hệ thống điều chỉnh trên Simulink ………………….…. 31 3.3. Thiết kế xây dựng tủ điều khiển ………………… ……………… 34 KẾT LUẬN …………………………………………………………….……… 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………… 37 2 Chương 1: TỔNG QUAN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY TIỆN 1.1. Đặc điểm công nghệ máy tiện. 3 Hình 1.1 – Hình dạng bên ngoài máy tiện Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng v.v… Trên máy tiện có thể thực hiện được nhiều công nghệ tiện khác nhau: tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện côn, tiện định hình. Trên máy tiện cũng có thể thực hiện doa, khoan và tiện ren bằng các dao cắt, dao doa, taro ren… Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cỡ vài mili mét đến hàng chục mét (trên máy tiện đứng). ? 5 Fx Fz Fy 1 2 3 4 2 a) b) 1 t Hình 1.2 – Dạng bên ngoài (a) và dạng gia công (b) trên máy tiện Dạng bên ngoài của máy tiện như hình 1.2a. Trên than máy 1 đặt ụ trước 2, trong đó có trục chính quay chi tiết. Trên gờ trượt đặt bàn dao 3 và ụ sau 4. Bàn dao thực hiện sự di chuyển dao cắt dọc và cắt ngàn so với chi tiết. Ở ụ sao đặt mũi 4 chống tâm dùng để giữ chặt chi tiết dài trong quá trình gia công hoặc để gá mũi khoan, mũi doa khi khoan, doa chi tiết. Sơ đồ gia công tiện ở hình 1.2b. Ở máy tiện: chuyển động quay chi tiết với tốc độ góc ω ct là chuyển động chính, chuyển động di chuyển của dao 2 là chuyển động ăn dao. Chuyển động ăn dao có thể là ăn dao dọc, nếu dao di chuyển dọc theo chi tiết (tiện dọc) hoặc ăn dao ngang (hướng kính) chi tiết (tiện ngang). Chuyển động phụ gồm có xiết nới xà, trụ, di chuyển nhanh của dao, bơn nước, hút phoi v.v… 1.2. Phụ tải của cơ cấu các chuyển động điển hình của máy tiện. 1.2.1. Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện. a. Chiều sâu cắt, t. Là chiều dày lớp kim loại được bóc đi sau một lần chạy dọc theo phương vuông góc với bề mặt gia công. d D t a) b) c) d) d D t t t Hình 1.3 – Chiều sâu cắt khi tiện 5  Khi tiện mặt trụ ngoài hình (1.3a), chiều sâu cắt t bằng 1/2 hiệu giữa đường kính của phôi D với đường kính đã gia công d, nghĩa là: Trong đó: + D – đường kính phôi, [mm]; + d – đường khính mặt đã gia công, [mm];  Khi tiện lỗ (hình 1.3b), chiều sâu cắt t bằng 1/2 hiệu giữa đường kính đã gia công và đường lỗ trước khi gia công.  Khi xén mặt đầu (hình 1.3c), chiều sâu cắt t bằng chiều dày được bóc đi sau một lần chạy dao đo theo phương vuông góc với mặt đầu của chi tiết gia công.  Khi cắt đứt (hình 1.3d), chiều sâu cắt t bằng chiều rống rãnh cắt do dao tạo thành. b. Bước tiến S (lượng chạy dao). Là độ dịch chuyển của lưỡi cắt sau một vòng quay của vật vật gia công. Bước tiến S được đo bằng mm (hình 1.4). Người ta chia ra thành ba loại bước tiến: - Bước tiến dọc: có hướng tiến dọc theo đường tâm của chi tiết gia công. - Bước tiến ngang: có hướng vuông góc với đường tâm của chi tiết gia công. - Bước tiến xiên: có hướng xiên so với đường tâm của chi tiết gia công với một góc bất kỳ (khi gia công mặt côn). 6 S (mm/vg) Phôi Hình 1.4 – Lượng ăn dao khi tiện c. Tốc độ cắt Là tốc độ chuyển động dài tương đối của chi tiết so với dao cắt tại điểm tiếp xúc giữa chi tiết và dao. Nó được xác định theo chi tiết kinh nghiêm: Trong đó: + t – chiều sâu cắt, mm; + s – lượng ăn dao: là lượng dịch chuyển của dao khi chi tiết quay được một vòng, mm/vg; + T – là tuổi thọ (độ bền) của dao: là thời gian làm việc của dao giữa hai lần mài dao kế tiếp, ph; + C V , x V , y V , m – là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết, vật liệu dao và phương pháp gia công. Một vài ví dụ về cá giá trị của các hệ số và số mũ: khi gia công gang và thép bằng dao hợp kim C V =40 – 260; dao cắt bằng thép gió C V =18 – 24. Đối với gia công thô t=3 – 30mm, s=0,4 – 2mm/vg; gia công tinh t=0,1 – 2mm; s=0,1 – 7 0,4mm/vg; T=60 – 180ph. Các số mũ x V , y V , m thường lấy các giá trị x V =0,15÷0,2 ; y V =0,35÷0,8 ; m=0,1÷0,2. Để đảm bảo năng suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhất thì trong quá trình gia công phải luôn đạt tốc độ tối ưu, nó được xác định bời các thông số: độ sâu cắt t, lượng ăn dao S và tốc độ trục chính ứng với đường kính chi tiết xác định. Khi tiện ngang chi tiết có đường kính lớn, trong quá trình gia công đường kính chi tiết giảm để duy trì tốc độ cắt (m/s) tối ưu là hằng số thì phải tăng liên tục tốc độ góc của chục chính theo quan hệ: Trong đó: + D ct – đường kính chi tiết, mm. + ω ct – tốc độ góc của chi tiết, rad/s. b. Lực cắt Trong quá trình gia công, tại điểm tiếp xúc giữa chi tiết và dao có một lực tac dụng F, lực này được chia làm 3 thành phần: 1 3 2 4 Fx Fz Fy Hình 1.4 – Các thành phần đặc trưng cho gia công tiện + Lực tiếp tuyến F z (lực cắt): chống lại sự quay của chi tiết. + Lực dọc trục F x (lực ăn dao): chống lại sự di chuyển của bàn dao. + Lực hướng kính F y : chống lại sự tì của dao và chi tiết. 8 Để tính lực cắt ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau: Trong đó: C F , x F , y F , n – hệ số và các số mũ phụ thuộc vào vật lieu chi tiết, vật liệu dao và các phương pháp gia công. Các lực F x , F y cũng được xác định theo các công thưc tương tự như công thức(1–4). Khi tính toán sơ bộ có thể lấy F x , F y theo tỷ lệ sau: F z : F y : F x = 1 : 0,4 : 0,25 Khi gia công thép bằng dao hợp kim cứng C F = 300 ; dao bằng thép gió C F = 208. Gia công gang xám tương ứng C F = 92 và C F = 118 ; x F = 1 ; y F = 0,75 ; n = 0 với dao bằng thép gió và n = -0,15 với dao bằng hợp kim cứng. c. Công suất cắt. Là công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính. Quá trình tiện xảy ra với công suất cắt(kW) là hằng số và được xác định: Bởi vì lực cắt lớn nhất F max sinh ra khi lượng ăn dao và độ sâu cắt lớn, tương ứng với tốc độ cắt nhỏ V z min ; còn lực cắt nhỏ F min xác định bởi t, s tương ứng với tốc độ cắt V z max nghĩa là tương ứng với hệ thức: F max .V z min = F min . V z max (1 – 7) Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ cắt như hình 1.4: 9 Hình 1.5 – Đồ thị phụ tải của truyền động chính máy tiện d. Thời gian máy Thời gian máy là thời gian dùng để gia công chi tiết. Nó còn được goi là thời gian công nghệ, thời gian cơ bản hoặc thời gina hữu ích. Để tính toán thời gian máy ta phải căn cứ vào các yếu tố của chế độ cắt gọt, phương pháp gia công: Trong đó: + L: chiều dài hành trình làm việc [mm]. + n: tốc độ quay của chi tiết [vg/ph]. Nếu thay vào (1 – 7) giá trị : Ta được: Trong đó: d – đường kính chi tiết gia công [mm] Từ (1 – 8) ta thấy muốn tăng năng suất máy (giảm t), phải tăng tốc độ cắt và lượng ăn dao. Do đó người ta áp dụng phương pháp cắt cao tốc. 10 F z V O [...]... ứng đ đi u chỉnh tốc đ Khi cần tốc đ lớn hơn tốc đ đ nh mức ta thực hiện việc thay đ i từ thông theo chiều giảm từ thông và giữ đi n áp phần ứng không đ i bằng đi n áp đ nh mức  Sơ đ tạo tín hiệu đi u chỉnh tự đ ng: Ban dao P FT RV RD UFh Ucd BÐ ÐC Hình 2.2 – Sơ đ tạo tín hiệu đi u khiển tự đ ng đ ng cơ Đ y là sơ đ đi u khiển tốc đ quay của đ ng cơ ĐC theo hàm của đ ờng kính chi tiết gia công. .. từ thông của mạch vòng đi u chỉnh sức đi n đ ng 32 Hình 3. 4– Thay đ i tốc đ bằng thay đ i đi n áp phần ứng (đi n áp đ t)  Nhận xét: Khi tốc đ dưới mức tốc đ đ nh mức thì mạch đi u chỉnh tốc đ thông qua việc đi u chỉnh đi n áp phần ứng với từ thông không đ i (đ nh mức) Đ đ t đ ợc tốc đ trên đ nh mức thì ta giữ nguyên đi n áp phần ứng bằng đi n áp đ nh mức và thực hiện đi u chỉnh từ thông theo chiều... ĐI U KHIỂN 2.1 Sơ đ nguyên lý đi u khiển hệ thống Sơ đ nguyên lý đi u khiển hệ thống như sau: Hình 2.1 – Sơ đ nguyên lý đi u khiển hệ thống 16 Trong hệ thống đi u chỉnh tốc đ đ ng cơ, ngoài việc sử dụng đi u chỉnh đi n áp phần ứng còn sử dụng thêm đ đi u chỉnh từ thông Khi đ ng cơ làm việc ở dưới tốc đ đ nh mức cần giữ cho từ thông lớn nhất bằng đ nh mức và thực hiện đi u chỉnh đi n áp phần ứng đ ... thay đ i thì pham vi đi u chỉnh tốc đ đ ợc xác đ nh bởi pham vi thay đ i tốc đ dài và pham vi thay đ i đ ờng kính: Ở những máy tiện cỡ nhỏ và trung bình, hệ thống truyền đ ng chính thường là đ ng cơ không đ ng bộ roto lồng sóc và hộp tốc đ có vài cấp tốc đ Ở các máy tiên cỡ nặng, máy tiện đ ng hệ thống truyền đ ng chính đi u chỉnh hai vùng, sử dụng hệ thống bộ biến đ i đ ng cơ đi n một chiều (BBĐ –. .. Uđk = 10(V) và Eđm = 200,9(V): 29 Vậy bộ đi u các bộ đi u chỉnh của mạch kích từ là:  Bộ đi u chỉnh dòng đi n kích từ:  Bộ đi u chỉnh sức đi n đ ng: 3.2 Mô phỏng hệ thống đi u chỉnh trên Simulink Sơ đ cấu trúc mô phỏng như sau: Hình 3.1 – Sơ đ mô phỏng hệ thống Kết quả mô phỏng hệ thống đi u chỉnh trên Matlab - Simulink: 30 Hình 3.2 – Đ p ứng tốc đ ổn đinh của đ ng cơ 31 Hình 3.3 – Đ p ứng từ thông... 2.6 – Sơ đ cấu trúc đi u khiển hệ thống truyền đ ng Đ u vào của bộ đi u chỉnh sức đi n đ ng R E là giá trị đ nh mức của tín hiệu đ t Eđ Trong vùng đi u chỉnh dưới tốc đ cơ bản thì giá trị đ t của dòng đi n kích từ là không đ i, tướng ứng với giá trị không đ i của từ thông Khi sức đi n đ ng đ t đ n giá trị đ t thì qua khâu LOG giá trị này đ ợc so sánh với giá trị E đ , sai lệch đ ợc xử lý bởi bộ đi u... máy tiện cỡ nặng hoặc máy tiện đ ng cần liên hệ với tốc đ quay chi tiết đ đ m bảo giữ nguyên lượng ăn dao Ở máy tiện cỡ nhỏ thường truyền đ ng ăn dao đ ợc thực hiện từ đ ng cơ truyền đ ng chính, còn ở máy tiện nặng thì truyền đ ng ăn dao đ ợc thực hiện từ một đ ng cơ riêng là đ ng cơ một chiều cấp đi n từ khuếch đ i máy đi n hoặc bộ chỉnh lưu có đi u khiển Chương 2: CẤU TRÚC – MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ĐI U... 1.6 – Đ thị phụ tải truyền đ ng ăn dao 1.3 Những yêu cầu và đ c đi m chung đ i với truyền đ ng đi n máy tiện 1.3.1 Yêu cầu và đ c đi m chung của truyền đ ng chính Truyền đ ng chính cần phải đ ợc đ o chiều quay đ đ m bảo quay chi tiết theo cả hai chiều, ví dụ khi tiên ren trái và phải – Phạm vi đi u chỉnh tốc đ trục chính D . phần nào đ các vấn đ trên. Với đ tài đ ợc giao: Nghiên cứu khái quát về công nghệ tiện. Đi sâu thiết kế bộ đi u khiển tự đ ng đi u chỉnh tốc đ truyền đ ng trục chính dùng BBĐT – Đ và đ ợc sự. Thyristor ………… 20 2. 2. Cấu trúc đi u khiển hệ thống truyền đ ng ……….…………………. 21 2. 2 .1. Tổng hợp bộ đi u chỉnh dòng đi n ………………….………….… 22 2. 2 .2. Tổng hợp mạch vòng tốc đ ……………………….………………. 23 2. 2.3. Tổng. sau: Hình 2 .1 – Sơ đ nguyên lý đi u khiển hệ thống 16 Trong hệ thống đi u chỉnh tốc đ đ ng cơ, ngoài việc sử dụng đi u chỉnh đi n áp phần ứng còn sử dụng thêm đ đi u chỉnh từ thông. Khi đ ng cơ