Gia công bào là một trong những gia công cơ bản gồm: tiện, phay, khoan, doa, bào, mài,… Nguyên công bào làm nhẵn các bề mặt chi tiết gia công. Máy bào có rất nhiều loại và được sử dụng rộng rãi trong dân dụng cũng như trong công nghiệp. Ngày nay máy bào không chỉ gia công với các nguyên công thô mà còn dùng ở các nguyên công tinh. Truyền động chính của máy bào mặt phẳng hay còn gọi là máy bào giường được chế tạo để gia công bề mặt các chi tiết kim loại có kích thước lớn. Truyền động chính của máy bào mặt phẳng là chuyển động tịnh tiến của bàn máy theo hai hành trình thuận và ngược có tính chất chu kỳ sau mỗi lần gia công. Chất lượng của chi tiết gia công phụ thuộc rất lớn vào tốc độ bàn máy tức là tốc độ động cơ truyền động cho nó và mômen cắt gọt do bàn máy tạo ra.
LỜI NĨI ĐẦU Gia cơng bào gia công gồm: tiện, phay, khoan, doa, bào, mài,… Nguyên công bào làm nhẵn bề mặt chi tiết gia cơng Máy bào có nhiều loại sử dụng rộng rãi dân dụng công nghiệp Ngày máy bào không gia cơng với ngun cơng thơ mà cịn dùng ngun cơng tinh Truyền động máy bào mặt phẳng hay gọi máy bào giường chế tạo để gia công bề mặt chi tiết kim loại có kích thước lớn Truyền động máy bào mặt phẳng chuyển động tịnh tiến bàn máy theo hai hành trình thuận ngược có tính chất chu kỳ sau lần gia cơng Chất lượng chi tiết gia công phụ thuộc lớn vào tốc độ bàn máy độ động truyền động cho mơmen cắt gọt bàn máy tạo Cùng với phát triển mạnh mẽ điện tử công suất năm gần đây, thay hệ truyền động gia công cắt gọt kim loại lạc hậu từ trước hệ truyền động có chất lượng gia công tốt hơn, khả tự động, điều khiển tốt tiết kiệm Đồ án sâu vào tìm hiểu cơng nghệ máy bào mặt phẳng để từ đưa phương án truyền động phù hợp nhằm nâng cao chất lượng, suất đạt hiệu kinh tế cao Đồ án gồm phần chính: Chương 1: Giới thiệu máy bào mặt phẳng Chương 2: Chọn phương án truyền động cho bàn máy Chương 3: Tính tốn phần tử mạch động lực Chương 4: Tính tốn mạch điều khiển cho chỉnh lưu Chương 5: Tính tốn thiết kế mạch vịng tự động điểu chỉnh Do thời gian có hạn cịn thiếu kinh nghiệm nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy bạn để đồ án hoàn thiện thực tế Em xin chân thành cảm ơn Tiến sỹ, Thầy Nguyễn Trung Sơn thầy cô môn thiết bị điện – điện tử giúp em hoàn thành đồ án Sinh viên MỤC LỤC Trang CHƯƠNG - GIỚI THIỆU VỀ MÁY BÀO MẶT PHẲNG.………………… …5 I Khái niệm, phân loại cấu tạo máy bào mặt phẳng …………… ……….5 Khái niệm chung ………………………………………………………………… Phân loại ……………………………………………………………………… … Kết cấu máy bào mặt phẳng ………………………………………………… … II Các truyền động máy bào mặt phẳng…………………………… …… Truyền động bàn máy (Truyền động chính)………………………… ……… Truyền động ăn dao……………………………………………………… ……….12 Truyền động nâng hạ xà…………………………………………………… …… 13 Truyền động kẹp nhả xà…………………………………………………… …… 13 Bơm dầu…………………………………………………………………… …… 13 Quạt gió…………………………………………………………………… …… 13 III Các thông số máy cần truyền động…………………………… …… 13 Kích thước máy bàn máy……………………………………………… …… 13 Kích thước chi tiết gia cơng……………………………………………………… 14 Chỉ tiêu học……………………………………………………………… ……14 CHƯƠNG - CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHO BÀN MÁY…………………………………………… 15 I Lựa chọn phần tử hệ truyền động …………………… ….15 Lựa chọn động truyền động………………………………………………… …15 Lựa chọn phương án truyền động điều chỉnh tốc độ động chiều …….……19 Lựa chọn biến đổi điện áp phần ứng cho động cơ………………………… … 24 Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu……………………………………………………… …29 Lựa chọn phương án đảo chiều động cơ……………………………………… … 31 Sơ đồ mạch động lực hệ truyền động cho bàn máy………………………… 34 CHƯƠNG - TÍNH TỐN CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐỘNG LỰC………………………………………….35 I Chọn tính tốn thơng số cho động cơ………………………… …….35 Tính chọn cơng suất động cơ………………………………………………… … 35 Tính tốn thông số động cơ……………………………………………… … 36 Xây dựng đặc tính tự nhiên………………………………………… …………37 II Tính tốn chọn van cho sơ đồ chỉnh lưu cầu pha………………… …….37 Giá trị điện áp ngược dòng làm việc van…………………………….… 37 Các thông số tiristor………………………………………………………… 38 III Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu……………………………………… ….39 Chọn kiểu máy tính tốn thơng số bản…………………………… 39 Tính tốn sơ mạch từ………………………………………………………… 40 Tính tốn dây quấn……………………………………………………………… 40 Tính kích thước cuối mạch từ…………………………………………… ….43 Tính khối lượng sắt đồng………………………………………………… 45 Tính thống số kỹ thuật máy biến áp………………………………… .46 IV Tính tốn cuộn kháng…………………………………………………….48 Xác định góc mở cực tiểu cực đại …………………………………………… 48 Xác định thành phần sóng hài …………………………………………………49 Xác định điện cảm cuộn kháng cân …………………………………… 50 Xác định điện cảm cần thiết để lọc sóng hài bậc cao …………………………… 51 Xác định điện cảm cần thiết để hạn chế dòng điện gián đoạn…………………… 52 Thiết kế cuộn kháng cân ………………………….………………………….53 V Tính tốn thiết bị bảo vệ cho mạch động lực ………………………… 56 Tính chọn cánh tản nhiệt cho tiristor ……………………………………… 56 tính chọn bảo vệ cho mạch lực ………………………….…………………………57 Tính chọn thiết bị đóng cắt ………………………….……………………… 59 VI Tính tốn mạch kích từ cho động ……………………………………….59 Sơ đồ hoạt động mạch kích từ ………………………………………….59 Tính chọn thơng số cho mạch kích từ …………………………………… 60 CHƯƠNG - TÍNH TỐN MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ CHỈNH LƯU ……………………………………….62 I Nguyên lý điều khiển cho tiristor ……………………………………… 62 Nguyên lý điều khiển thẳng đứng tuyến tính …………………………………… 62 Nguyên lý điều khiển thẳng đứng arccos …………………………………… .63 II Cấu trúc mạch điều khiển ……………………………………………… 64 Khâu đồng pha ………………………….………………………………………….64 Khâu so sánh ………………………….……………………………………………65 Bộ tạo xung chùm………………………….……………………………………….66 Khâu khuếch đại tạo xung ………………………….………………………… 67 III Tính tốn thơng số mạch điều khiển …………………………… 69 Tính tốn máy biến áp xung ………………………….………………………… 69 Tính tầng khuếch đại cuối cùng………………………….…………………………72 Chọn cổng AND ………………………….………………………….…………….72 Tính chọn tạo xung chùm ………………………….………………………… 73 Tính chọn khâu so sánh ………………………….……………………………… 73 Tính chọn khâu đồng pha ………………………….………………………………74 Tạo nguồn ni cho mạch điều khiển ………………………….………………… 75 Tính tốn máy biến áp nguồn nôi ………………………….………………… 76 CHƯƠNG - TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH VỊNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ………………………………… 81 I Phân tích lựa chọn phần tử khâu phản hồi ………………… 81 Yêu cầu ………………………….………………………….…………………… 81 Sơ đồ nguyên lý mạch điều chỉnh tự động ……………………………………… 82 Lựa chọn thông số tính hệ số khuếch đại yêu cầu………………………86 II Xây dựng đặc tính tĩnh hệ kín ………………………….…………… .90 Đặc tính cao ………………………….……………………………………….90 Đặc tính thấp ………………………….………………………….……… .91 Kiểm tra chất lượng tĩnh ………………………….……………………………… 92 III Đặc tính động hệ tổng hợp hệ thống Bằng phương pháp modul tối ưu ………………………………………93 Khái quát ………………………….………………………….……………………93 Xác định hàm truyền phân tích chế độ động hệ chưa có hiệu chỉnh……93 Tổng hợp hệ thống phương pháp modul tối ưu …………………………….97 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ MÁY BÀO MẶT PHẲNG I KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO MÁY BÀO MẶT PHẲNG KHÁI NIỆM CHUNG Máy bào mặt phẳng hay gọi máy bào giường sử dụng rộng rãi Trong loại máy khí, dùng để gia cơng bề mặt chi tiết kim loại có biên dạng lớn Ngồi máy bào mặt phẳng dùng để xẻ rãnh hình T, V, én Máy bào gia công bề mặt chi tiết mức độ thơ tinh khác Truyền động máy bào mặt phẳng chuyển động tịnh tiến bàn máy, bàn máy kéo động điện Chất lượng suất máy bào mặt phẳng phụ thuộc vào nhiều yếu tố tốc độ bàn máy, lực cắt, mơ men cắt dao… Vì việc điều khiển động truyền động cho bàn máy quan trọng mà ta cần nghiên cứu giải PHÂN LOẠI Máy bào mặt phẳng có nhiều chủng loại, dựa vào kiểu phân loại ta chia thành nhóm máy bào mặt phẳng sau: Dựa vào số trụ phân : - Máy bào trụ : ví dụ kiểu máy 710 ; 71120 ; 7116 - Máy bào hai trụ : ví dụ kiểu máy 7210 ; 7212 ; 7216 Dựa vào chiều dài (Lb) bàn máy lực kéo bàn (Fk) ta phân ra: - Máy cỡ nhỏ: Chiều dài bàn Lb < (m) ; Lực kéo Fk = 30 50 (KN) - Máy cỡ trung bình: Chiều dài bàn Lb = (m) ; Lực kéo Fk = 50 70 (KN) - Máy cỡ nặng (lớn): Chiều dài bàn Lb > (m) ; Lực kéo Fk > 70 (KN) Chiều dài lớn bàn máy Lb = 12 m KẾT CẤU MÁY BÀO MẶT PHẲNG Máy bào giường cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khác Ở ta mơ tả kết cấu bên ngồi phận chủ yếu máy Hình 1.1 Hình dáng bên ngồi máy bào giường hai trụ 3.1 Đế máy (thân máy): Được làm gang đúc để đỡ bàn trụ máy để có khối tạo vững cho máy Đế xẻ rãnh hình chữ nhật chữ V bàn máy chuyển động dọc theo đế máy 3.2 Bàn máy: Được làm gang đúc dùng để mang chi tiết gia cơng Trên bàn máy có rãnh chữ T để gá lắp chi tiết cần gia công Bàn máy kéo tịnh tiến đế máy nhờ lực kéo động truyền động 3.3 Giá chữ U: Được cấu tạo từ hai trụ thép vững có dầm ngang Trong dầm đặt động để di chuyển xà ngang lên xuống, dọc theo trục có xẻ rãnh, có trục vít nâng hạ dao động để di chuyển xà 3.4 Xà ngang: chuyển động lên xuống theo hai trụ, xà kẹp chặt gia công 3.5 Các bàn dao máy: Gồm hai bàn dao đứng hai bàn dao hơng, trục bàn có giá đỡ dao Giá máy dịch chuyển góc để gia cơng chi tiết, khoảng dịch chuyển lớn trượt 300 mm, góc quay giá đỡ 600 3.6 Bộ phận truyền động: Gồm máy điện xoay chiều, chiều chuyển động quay qua hộp truyền động truyền chuyển động cho phận máy Tóm lại: Máy bào giường cấu tạo hồn chỉnh có kết cấu chắn, gọn, đảm bảo tính kỹ thuật, kinh tế, thẩm mỹ II CÁC TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY BÀO GIƯỜNG TRUYỀN ĐỘNG CỦA BÀN MÁY (TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH) Truyền động bàn truyền động máy, kiểu chuyển động tịnh tiến có tính chất chu kỳ lặp lại, chu kỳ có hai hành trình hành trình thuận hành trình ngược 1.1 Hành trình thuận Là hành trình gia cơng chi tiết nên cịn gọi hành trình cắt gọt Ở hành trình có nhiều giai đoạn khác khởi động, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao khỏi chi tiết Ứng với giai đoạn tốc độ yêu cầu khác phụ thuộc vào yếu tố chế độ cắt gọt 1.2 Hành trình ngược Sau kết thúc hành trình thuận, bàn máy đảo chiều bắt đầu hành trình ngược Hành trình bàn máy chạy khơng tải trở vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu kỳ làm việc Tốc độ bàn máy hành trình ngược thường lớn hành trình thuận (khoảng lần) để nâng cao suất làm việc máy Truyền động bàn thực động điện qua hộp giảm tốc truyền động tới trục vít biến chuyển động quay động thành chuyển động tịnh tiến bàn Tốc độ bàn máy biểu diễn theo thời chu kỳ gia cơng hình 1.2 V Vth V0 V0 t V0 Vng t1 t21 t22 t3 t4 t5 t61 t62 t7 t8 t9 t10 t11 TCK Hình 1.2 Đồ thị tốc độ bàn máy theo thời gian chu kỳ bào t12 Do đặc điểm chuyển động bàn máy đảo chiều với tần số làm việc lớn nên trình độ chiếm thời gian lớn chu kỳ làm việc Chiều dài hành trình (hay chiều dài bàn) lớn trình độ chiếm tỷ lệ nhỏ Năng suất máy xác định số hành trình kép đơn vị thời gian, muốn đảm bảo suất máy ta cần tìm hiểu tốc độ yêu cầu máy theo thời gian làm việc chu kỳ: - Giả thiết bàn máy đầu hành trình thuận, bàn máy tăng tốc đến vận tốc V0 thời gian t1 Thường vận tốc V0 = 15(m/phút) gọi tốc độ vào dao - Sau chạy ổn định với tốc độ V0 khoảng thời gian t21 dao cắt bắt đầu vào chi tiết Dao cắt vào chi tiết tốc độ thấp nhằm mục đích tránh sứt mẻ dao chi tiết - Dao cắt vào chi tiết cắt với tốc độ V0 hết thời gian t22 - t3 khoảng thời gian bàn máy tăng tốc từ tốc độ V đến tốc độ Vth gọi tốc độ cắt gọt - t4 khoảng thời gian gia công chi tiết với tốc độ cắt gọt Vth không đổi - Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ giảm tốc độ từ tốc độ cắt gọt tốc độ V0 khoảng thời gian t5 - t61 thời gian tiếp tục gia công tốc độ V0 - t62 khoảng thời gian dao đưa khỏi chi tiết bàn máy chạy với tốc độ V0 - t7 thời gian bàn máy giảm tốc để đảo chiều sang hành trình ngược - t8 thời gian bàn máy tăng tốc nhanh sau đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ Vng gọi tốc độ không tải - t9 khoảng thời gian bàn máy chạy ngược tốc độ Vng không đổi - Gần hết hành trình ngược, bàn máy giảm tốc tốc độ V khoảng thời gian t10 - t11 khoảng thời gian bàn máy chạy ngược với tốc độ V bắt đầu giảm tốc để đảo chiều - t12 thời gian vận tốc giảm đảo chiều để kết thúc chu kỳ làm việc chuẩn bị cho chu kỳ làm việc Bàn dao di chuyển thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược kết thúc di chuyển trước dao cắt vào chi tiết Tổng thời gian từ bắt đầu hành trình thuận hết hành trình ngược gọi chu kỳ làm việc máy bào giường TCK Tốc độ hành trình thuận xác định tương ứng với chế độ cắt gọt, thường Vth = 120 m/ph Tốc độ bàn máy lớn đạt V max = 75 120 m/ph Để tăng suất máy, tốc độ hành trình ngược chọn lớn tốc độ hành trình thuận Vng = k.Vth thường k = Năng suất máy phụ thuộc vào số hành trình kép đơn vị thời gian: (1) TCK – thời gian chu kỳ làm việc bàn máy (s) tth – thời gian bàn máy chuyển động hành trình thuận (s) tng – thời gian bàn máy chuyển động hành trình ngược (s) Giả sử gia tốc bàn máy lúc tăng hay giảm tốc độ khơng đổi ta có: ; (2) Trong đó: - Lth , Lng : chiều dài hành trình bàn máy tương ứng với tốc độ ổn định Vth, Vng hành trình thuận hành trình ngược - Lg.th , Lh.th : chiều dài hành trình bàn trình tăng tốc (gia tốc) trình giảm tốc (hãm) hành trình thuận - Lg.ng , Lh.ng : chiều dài hành trình bàn trình tăng tốc (gia tốc) trình giảm tốc (hãm) hành trình ngược Thay (2) vào (1) ta có: (3) Trong đó: - L = Lth + Lg.th + Lh.th = Lng + Lg.ng + Lh.ng chiều dài hành trình máy -k = tỷ số tốc độ hành trình ngược hành trình thuận - tđc thời gian đảo chiều bàn máy Từ công thức (3) ta thấy chọn tốc độ cắt gọt hành trình thuận Vth suất máy phụ thuộc vào hệ số k thời gian đảo chiều t đc Khi k tăng Vng tăng nên suất máy tăng, nhiên k > suất máy tăng khơng đáng kể lúc thời gian đảo chiều t đc lại tăng Nếu chiều dài bàn máy Lb > m thời gian t đc ảnh hưởng đến suất mà chủ yếu hệ số k Khi chiều dài bàn Lb bé tốc độ V = Vmax = 75 120 (m/ph) tđc ảnh hưởng nhiều đến suất máy Vì điều kiện cần ý thiết kế truyền động cho bàn máy máy bào giường cần giảm thời gian trình độ nhỏ tốt Một biện pháp giảm thời gian trình độ xác định tỷ số truyền tối ưu cấu truyền động từ động đến trục làm việc, đảm bảo máy làm việc với gia tốc cao 1.3 Từ phân tích ta rút yêu cầu truyền động máy bào giường sau: Phạm vi điều chỉnh tốc độ: D= Trong : Vngmax : tốc độ lớn bàn máy hành trình ngược, thường V ngmax= 75 120 (m/ph) Vthmin : tốc độ nhỏ bàn máy hành trình thuận, thường V thmin = (m/ph) Như phạm vi điều chỉnh tốc độ nằm khoảng D = (12,5 30)/1 Đặc tính phụ tải truyền động chính: Thông thường, để đảm bảo cho công suất đặt nhỏ cho động truyền động (thường động chiều) hệ truyền động thường điều khiển theo hai vùng điều chỉnh, ta có đặc tính đồ thị phụ tải sau: 10 ... khoảng thời gian dao đưa khỏi chi tiết bàn máy chạy với tốc độ V0 - t7 thời gian bàn máy giảm tốc để đảo chiều sang hành trình ngược - t8 thời gian bàn máy tăng tốc nhanh sau đảo chiều sang hành trình... vào số hành trình kép đơn vị thời gian: (1) TCK – thời gian chu kỳ làm việc bàn máy (s) tth – thời gian bàn máy chuyển động hành trình thuận (s) tng – thời gian bàn máy chuyển động hành trình ngược... (sử dụng rơle thời gian) Các nguyên tắc đơn giản suất máy thường bị hạn chế, lý lượng ăn dao lớn thời gian làm việc phải dài, nghĩa thời gian đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược