nghiên cứu khái quát về điều khiển máy tiện, thiết kế chương trình điều khiển để phối hợp truyền động chính và truyền động ăn dao

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY TIỆN 1.1. Đặc điểm công nghệ máy tiện 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 1.2.2. Phụ tải của cơ cấu truyền động chính 1.2.3. Phụ tải của cơ cấu chuyển động ăn dao 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 1.3.2. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động ăn dao Chương 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY TIỆN 2.1. Sơ đồ điều khiển TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH máy tiện 2.2. Sơ đồ điều khiển TRUYỀN ĐỘNG ĂN DAO máy tiện 2.3.Điều khiển phối hợp truyền động chính và truyền động ăn dao 2.4. MÔ HÌNH HÓA Cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động cho máy tiện Chương 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TRÊN MATLAB – SIMULINK 3.1. Tính toán các bộ điều chỉnh 3.2. Mô phỏng hệ thống điều chỉnh trên Simulink 3.3. Thiết kế xây dựng tủ điều khiển KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI MỞ 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 1 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 là môn học có thể giúp em thực hiện các công việc này. Được giao đề tài về máy tiện là loại máy phổ biến nhất trong công nghệ gia công kim loại. Với yêu cầu là nghiên cứu khái quát về điều khiển máy tiện, thiết kế chương trình điều khiển để phối hợp truyền động chính và truyền động ăn dao cho máy tiện dùng hệ T - Đ. Qua thời gian học tập nghiên cứu và chỉ bảo tận tình của thấy Hoàng Xuân Bình em đã hoàn thành đồ án này. Mặc dù đồ án đã hoàn thành đạt kết quả nhất định nhưng do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi sai sót. Em mong được sự góp ý ủng hộ của các thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG1. TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN 1.1. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ 1.1.1. 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 2 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, doa, tarô ren. Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ vài milimet một đến hàng trục mét (trên máy tiện đứng). Hình 1-1. Dạng bên ngoài của máy tiện Dạng bên ngoài của máy tiện như ở hình H1.1. Trên thân máy 1 đặt ụ trước 2, trong đó có trục chính quay chi tiết. Trên gờ trượt đặt bàn dao 3 và 4. Bàn dao thực hiện sự di chuyển dao cắt dọc và ngang so với chi tiết. Ở ụ sau đặt mũi 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. Ở máy tiện,chuyển động quay chi tiết với tốc độ góc ct ω 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, nếu dao di chuyển ngang (hướng kính) chi tiết (tiện ngang). Chuyển động phụ gồm có xiết nới xà, di chuyển nhanh của dao, bơm nước, hút phoi … 1.1.2.Phân loại máy tiện 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. 3 - 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 chính xác rất cao. - 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. Một số máy tiện tiêu biểu hiện nay trên thị trường như sau: Hình 1-2. Máy tiện Việt chuẩn. 4 Hình 1-3. Máy tiện với m 1234410458. Hình 1-4. Máy tiện với m 1239953967 Hình 1-5. Máy tiện DSC01180 5 Hình 1-6. Máy tiện (Kit- 11211171877). 1.1.3.Các chuyển động cơ bản của máy tiện a. 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. 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. b.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. Chuyển động ăn dao của máy tiện là chuyển động tịnh tiến liên tục của 6 bàn dao theo hai chiều trục X và trục Z. Trục Z trùng với trục chính còn trục X vuông góc với trục chính. c.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. Các chuyển động phụ gồm chuyển động phanh cầu dao và ụ sau, kéo phôi, bơm nước, bơm dầu, nâng hạ… 1.2.PHỤ TẢI TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH CỦA MÁY TIỆN 1.2.1. Phụ tải của cơ cấu truyền động chính Quá trình tiện trên máy tiện được thực hiện với các chếđộ cắt khác nhau đặc trưng bởi các thông số: độ sâu cắt t, lượng ăn dao và tốc độ cắt v. Tốc độ phụ thuộc vật liệu gia công, vật liệu dao, kích thước dao, dạng gia công, điều kiện làm mát v.v… theo công thức kinh nghiệm. ]/[, phm StT C v VV YX m v = trong đó: với - t: chiều sâu cắt (mm), s: lượng ăn dao, là độ dịch chuyển của dao khi chi tiết quay được một vòng (mm/vg), T: độ bền của dao là thời gian làm việc của dao giữa hai lần mài dao kế tiếp (phút); 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. Để đảm bảo năng suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhất thì trong quá trình gia công phải luôn đạt tốc độ cắt tối ưu, nó được xác định bởi 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 dần, để duy trì tốc độ cắt (m/s) tối ưu là hằng số, thì phải tăng liên tục tốc độ góc của trục chính theo quan hệ: v = 0,5d ct .ω ct với d ct : đường kính chi tiết (m). Trong quá trình gia công, tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết xuất hiện một lực F gồm 3 thành phần và lực cắt được xác định theo công thức: Fz = 9,81.C F .t x F .s y F .v n , [N]. 7 Quá trình tiện xảy ra với công suất cắt (kW) là hằng số: P z = F z .v.10 -3 , [kW]. 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 min ; còn lực cắt nhỏ nhất F min , xác định bởi t, s tương ứng với tốc độ cắt V max , nghĩa là tương ứng với hệ thức: F max .v min = F min .v max . Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ như hình. Tuy nhiên dạng đồ thị phụ tải thực tế của truyền động chính máy tiện có dạng hai vùng F z = const và P z = const. Hình 1.7. Đồ thị phụ tải của truyền động chính máy tiện. 1.2.2. Phụ tải của truyền động chính máy tiện đứng Truyền động chính máy tiện đứng có dạng đặc thù riêng, khác so với máy tiện bình thường về câu trúc và kích thước. Trên máy tiện đứng, chi tiết gia công có đường kính lớn và được đặt trên mâm cặp nằm ngang, hay nói cách khác trục mâm cặp là theo phương thẳng đứng. Do trọng lượng mâm cặp, trọng lượng chi tiết lớn lớn nên lực ma sát ở gờ trượt và hộp tốc độ khá lớn. Vì vậy phụ tải trên trục động cơ truyền động chính máy tiện đứng là tổng của các thành phần lực cắt, lực ma sát ở gờ trượt, lực ma sát ở hộp tốc độ. Trên hình 1.8a, là đồ thị biểu diễn các thành phần công suất của truyền động chính và sự phụ thuộc của chúng vào tốc độ mâm cặp: P 1 – công suất khắc phục lực cắt; P 2 – công suất khắc phục lực ma sát ở gờ trượt; P 3 và P 4 – công suất khắc phục lực ma sát trong hộp tốc độ tương ứng do lực cắt và sự quay của mâm cặp; P 5 - tổng công suất của truyền động chính. Trên hình 1.8b, là các thành phần mômen tương ứng với tốc độ của mâm cặp. 8 Hình 1.8. Đồ thị phụ tải của truyền động chính máy tiện đứng. Thành phần lực ma sát phụ thuộc vào tốc độảnh hưởng lớn đến quá trình quá độ của truyền động chính. Do khối lượng của mâm cặp và chi tiết lớn và sự khác nhau của hệ số ma sát lúc đứng yên và chuyển động nên mômen cản tĩnh khi khởi động của truyền động có thể đạt tới 60 ÷ 80% momen định mức. Vì momen quán tính tổng qui đổi về trục động cơ có thểđạt tới 8 ÷ 9 lần momen quán tính của động cơ nên quá trình khởi động của hệ thống diễn ra chậm với momen cản tĩnh lớn. Theo mức độ gia tốc của động cơ, momen cản tĩnh sẽ giảm nhanh và khi tốc độ tăng thì nó ít thay đổi. 1.3. NHỮNG YÊU CẦU VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY TIỆN Truyền động chính cần phải được đảo chiều quay để đảm bảo quay chi tiết cả hai chiều, ví dụ khi ren trái hoặc ren phải. Phạm vi điều chỉnh tốc độ trục chính D < (40÷125)/1 với độ trơn điều chỉnh φ = 1,06 và 1,21 và công suất là hằng số (Pc = const). Ở chế độ xác lập, hệ thống truyền động điện cần đảm bảo độ cứng đặc tính cơ trong phạm vi điều chỉnh tốc độ với sai số tĩnh nhỏ hơn 10% khi phụ tải thay đổi từ không đến định mức. Quá trình khởi động , hãm yêu cầu phải trơn, tránh va đập trong bộ truyền lực. Đối với máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng dùng gia công chi tiết có đường kính lớn, đểđảm bảo tốc độ cắt tối ưu và không đổi (v = const) khi đường kính chi tiết thay đổi, thì phạm vi điều chỉnh tốc độ được xác 9 định bởi phạm vi thay đổi tốc độ dài và phạm vi thay đổi đường kính: min max min max min max min max min max ct dct ct D D v v v D D v D === ω ω Ở những máy tiện cỡ nhỏ và trung bình, hệ thống truyền động điện chính thường là động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và hộp tốc độ có vài cấp tốc độ. Ở các máy tiện cỡ nặng, máy tiện đứng, hệ thống truyền động chính điều chỉnh 2 vùng, sử dụng bộ biến đổi động cơđiện một chiều (BBĐ – Đ) và hộp tốc độ: khi v< vgh đảm bảo M = const; khi v> vgh thì P= const. Bộ Biến đổi có thể là máy phát một chiều hoặc bộ chỉnh lưu dùng Thyristor. Hình 1.9. Biểu đồ momen và công suất động cơ trong truyền động chính. 1.3.1. 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: 30 50 1500 min max === n n D 1.3.2. 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: ϕ = = + n n i i 1 1 10 [...]... cú in Thc hin hóm cỏc dao v bn dao bng cỏc khp ly hp in t NC5 v NC6 Khi hai khp NC5 v NC6 cú in do cỏc rle tng ng R4 n R7 mt in, dao v bn dao c hóm dng Khi cn dng dao v bn dao m khụng cn hóm cng bc thỡ t KC2 v trớ 1(bờn trỏi) Lỳc ny cỏc khp in t NC5 v NC6 khụng cú in S m bo s lm vic ca truyn ng n dao ba ch : n dao lm vic, di chuyn nhanh v chm bng s dng b khng ch KC1 ch n dao lm vic, t b khng... tc hnh trỡnh cui BK1ữ BK5 S n dao ch lm vic khi: - Truyn ng chớnh ó lm vic: tip im L kớn - ng c bm du ó lm vic: tip im KT2 kớn - X mỏy ó c kp cht: tip im RX kớn - dao c di chuyn khi ó c ni: tip im R1 kớn - Bn dao ch di chuyn khi bn dao ó c ni: tip im R2 kớn Cỏc ốn tớn hiu 1ữ 4 bỏo hiu ch di chuyn ca dao v bn dao tng ng 2.3.IU KHIN PHI HP TRUYN NG CHNH V TRUYN NG N DAO 20 Hỡnh 2.4 Cỏc s iu khin... S IU KHIN TRUYN NG N DAO MY TIN 17 Hỡnh 2.3 S iu khin truyn ng n dao mỏy tin h T 1540 truyn ng mỏy tin c nng v mỏy tin ng, thng dựng h thng truyn ng riờng cho bn dao Vỡ h thng ny cú cụng sut khụng ln v phm vi iu chnh tc rng nờn thng s dng h thng KM- v ngy nay l h thng T- H thng truyn ng n dao m bo iu chnh tc n dao lm vic trong phm vi 0,059 ữ 470 m/ph H thng truyn ng n dao l h thng T- khụng o... nhanh dao hoc bn dao, t KC1 v trớ 2 bờn trỏi, n nỳt M, rle R2 cú in, v tip ú úng cụng tc t K, ng c2 cú in khụng duy trỡ, bn dao s di chuyn nhanh di chuyn chm bn dao hoc dao, t KC1 v trớ 1 bờn trỏi, n nỳt M, rle R3 19 cú in, in ỏp cho c ly trờn RD1 qua tip im R3 s cú tr s bộ tng ng vi tc nh S cú cỏc bo v sau: Bo v dũng in cc i v ngn mch nh aptụmat AT1, AT2 v bo v gii hn chuyn ng ca v bn dao bng... cụng La chn ch di chuyn ca dao hay bn dao c thc hin bng cỏc cụng tc chuyn i C1 ữ C4, cỏc rle tng ng R4 ữ R7 s cú in v úng ngun cho cỏc nam chõm in ca cỏc khp ly hp in t NC1ữ NC4 - Di chuyn lờn ca dao: úng C1, rle R4 cú in, NC1 cú in - Di chuyn xung ca dao: úng C2; rle R5 cú in, NC2 cú in - Di chuyn ti tõm ca bn dao: úng C3 rle R6 cú in, NC3 cú in - Di chuyn xa tõm ca bn dao: úng C4, rle R7 cú in,... 0, R9(37-35) = 1, R9(39 - 41) = 1, R9(47 - 51) = 1, in ỏp t vo b khuch i K lỳc ny l URV - URD Chõn bin tr RD ni vi chuyn ng n dao theo chiu hng tõm Khi dao i vo tõm chi tit thỡ chõn bin tr RD dch chuyn theo hng gim nh U RD lm cho in ỏp t vo K tng nờn tc ng c s tng tng ng Dao cng i sõu vo tõm chi tit thỡ th ti im 43 cng gim n mc chờnh lch th ti im 31 vi 43 ln cho RTr2 tỏc ng RTr2(13) = 1, R10(13)... FT2 ni cng vi ng c truyn ng n dao 1 ch gia cụng tin ct, rle R10 (khụng v trong s ) khụng cú in, tip im thng kớn ca nú úng nờn in ỏp ch o ly trờn bin tr RD1 ch mi mt u, rle R10 cú in, in ỏp ch o c ly trờn bin tr RD2 t l vi in ỏp mỏy phỏt tc FT1 v do mỏy phỏt tc ni cng vi trc ng c truyn ng chớnh nờn tc ng c n dao s t l vi tc ng c truyn ng chớnh Nh vy tc di chuyn bn dao s thay i nhp nhng vi tc ... Hỡnh 2.5 S duy trỡ lng n dao l hng s thc hin phộp nhõn cỏc tớn hiu t l vi v D, cú th dựng b nhõn bng in t thay cho mỏy phỏt tc u im ca nú l iu chnh trn, tin cycao Nhc im l khú chnh nh mch sao cho quỏ trỡnh quỏ ti u trong ton b iu chnh Mt yờu cu c bit i vi mỏy tin c nng v mỏy tin ng l duy trỡ lng n dao khụng i iu ú cú th thc hin bng s 2.5 in ỏp ch o ca h thng truyn ng n dao c ly t mỏy phỏt tc FT1... ng vi s tng tc ca ng c chớnh v in ỏp 21 mỏy phỏt tc FT1 Khi in ỏp UD =Uv , rle RTr2 mt in nờn RT ngt nờn ng c X dng c hóm ng nng Tc ca ng c chớnh s tng ng vi tc ct t trc v v trớ bn dao khi bt u gia cụng Khi gia cụng, bn dao di chuyn ti tõm, con trt ca bin tr di chuyn v hng gim UD, do ú rle RTr2, RT li tỏc ng; ng c X li quay theo chiu tng tc ng c trc chớnh, nh vy duy trỡ c in ỏp U D ~ct.D l hng s Khi... theo t l cho trc Cu trỳc ca b iu khin ELS c trỡnh by nh hỡnh 2.16, gm hai phn chớnh FEED FORWARD v FEEDBACK Ta i xõy dng cu trỳc s kt hp ca truyn ng trc chớnh v truyn ng n dao mỏy tin trờn simulink 32 Hỡnh 2.17 Cu trỳc kt hp truyn ng n dao v truyn ng chớnh mỏy tin CHNG 3 Mễ PHNG H THNG TRấN MATLAB & SIMULINK 3.1 Mụ hỡnh h truyn ng chớnh mỏy tin Cỏc tham s hm truyn cỏc thit b trong h thng truyn ng in mỏy . là nghiên cứu khái quát về điều khiển máy tiện, thiết kế chương trình điều khiển để phối hợp truyền động chính và truyền động ăn dao cho máy tiện dùng hệ T - Đ. Qua thời gian học tập nghiên cứu. tiện 2.2. Sơ đồ điều khiển TRUYỀN ĐỘNG ĂN DAO máy tiện 2.3 .Điều khiển phối hợp truyền động chính và truyền động ăn dao 2.4. MÔ HÌNH HÓA Cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động cho máy tiện Chương 3:. của truyền động chính 1.3.2. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động ăn dao Chương 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY TIỆN 2.1. Sơ đồ điều khiển TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH máy tiện 2.2.