đồ án tính chọn đông cơ trục chính máy tiện và trang bị điện cho máy tiện 1M61

đồ án tính chọn đông cơ trục chính máy tiện và trang bị điện cho máy tiện 1M61

PHầN Mở ĐầU

Trong những năm gần đây với chính sách mở cửa đúng đắn của đảng và nhà nớc, Việt Nam đã đạt đợc những thành tựu hết sức quan trọng trong các lĩnh vực kinh tế Quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá diễn ra mạnh mẽ Trong cáclĩnh vực sản xuất của nền kinh tế, cơ khí hoá có liên quan chặt chẽ với điện khí hoá và tự động hoá Hai yếu tố sau cho phép đơn giản kết cấu cơ khí của máy sản xuất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lợng kĩ thuật của quá trình sản xuất và giảm nhẹ cờng độ lao động Việc tăng năng suất máy và giảm giá thành thiết bị điện của máy là hai yếu cầu chủ yếu đối với hệ thống truyền động điện

và tự động hoá nhng chúng mâu thuẫn với nhau Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số lợng thiết bị chung trên máy và

số thiết bị cao vấp Vởy việc lựa chọn một hệ thống truền động điện và tự động hoá thích hợp cho máy là một bài toán khó

Trong khuôn khổ chơng trình đào tạo kỹ s nghành “công nghệ kỹ thuật

điện” nhằm giúp cho sinh viên có điều kiện hệ thống hoá lại những kiến thức đã

đợc trang bị ở trờng cũng nh có điều kiện tiếp cận với những mô hình kỹ thuật chuyên nghành của thực tiễn trong sản xuất, đồng thời cũng giúp cho sinh viên

có cơ hội t duy độc lập nghiên cứu và thiết kế Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Nam Định tổ chức cho sinh viên làm đồ án học phần ba - bản đồ án học phần này ra đời trong hoàn cảnh đó

Đồ án học phần này, em đã nhận đề tài:”Tính chọn động cơ trục chính

và hệ thống trang bị điện của máy tiện 1M61”

Bản thuyết minh của em sau đây là những trình bày về quá trình tính toán xây dựng hệ thống trang bị điện của máy tiện 1M61 bản thuyến minh của em gồm ba chơng:

Chơng 1: Cơ sở lý thuyết và thực tiễn

Chơng 2: Tính chọn động cơ trục chính và trang bị điện cho máy tiện 1M61

Chơng 3: Mô phỏng hệ thống bằng phần mềm

Trong quá trình làm đồ án em đã nhận đợc sự giúp đỡ, hớng dẫn, chỉ bảo

nhiệt tình của các thâygcô giáo Đặc biệt là cô giáo: Thạc sỹ Hà Thị Thịnh đã

trực tiếp hớng dẫn em Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô giáo

Hà Thị Thịnh đã giúp đỡ, hớng dẫn em hoàn thành bản đồ án này.

Chuơng 1:

cơ sở lý thuyết và thực tiễn.

1.1: Tổng quan về máy cắt gọt kim loại.

1.1.1:giớ thiệu chung về máy cắt gọt kim loại.

Máy cắt kim loại đợc dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt hớt các lớp kim loại thừa, để sửa khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu(gia công thô) hoặc thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất

định về kích thớc và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh)

Phân loại các máy cắt kim loại:

- Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trng bởi phơng pháp gia công, dạng dao đặc tính truyền động v.v , các máy cắt đợc chia thành các máy cơ bản sau: tiện , phay, bào ,khoan , doa, mài và các nhóm máy khác nh gia công ren vítv.v

- Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng, chuyên dùng và đặc biệt Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện đợc các phơng pháp gia công khác nhau nh tiện , khoan , gia công răng v.v Các máychuyên dùng là các máy để gia công các chi tiết có cùng hình dáng nhng có kíchthớc khác nhau Máy đặc biệt là các máy chỉ thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng kích thớc.

- Theo kích thớc và trọng lợng chi tiết gia công trên máy có thể chia máy cắt kim loại thành máy cắt bình thờng ( trọng lợng chi tiết gia công 100 ữ 10.103

kg), các máy cỡ lớn ( trọng lợng chi tiết gia công 10.103 ữ 30.103 kg), các máy

cỡ nặng ( trọng lợng chi tiết gia công 30.103 ữ 100.103 kg) và các máy rất nặng ( trọng lợng chi tiết gia công > 100.103 kg)

- Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành các máy có độ chính xác bình thờng cao và rất cao

máy cắt kim loại

Độ chính xác gia công

Chuyên dùng

Đặc biệt

Th ờngy

Lớn

Nặng y

Rất nặng

Th ờngy

Cao

Rất cao Lớn

1.1.2: Đặc điểm công nghệ của 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 vv….Trên máy có thể Trên máy có thể thực hiện đợc nhiều công nghệ 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 dao cắt dao doa tarôren….Trên máy có thể Kích thớc gia công trên máy tiện có thể từ cỡ vài mili mét đến hàng chục mét (trên máy tiện đứng )

Dạng bên ngoài của máy tiện nh hình 1a :Trên thân máy 1 đặt ụ trớc 2 , trong

đó có trục chính quay chi tiết Trên gờ trợt đạt bàn dao 3 và ụ sau 4 Bàn dao

S

t Chi tiết

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 da công ,hoặc để gá mũi khoan , mũi doa khi khoan ,doa chi tết Sơ đồ gia công tiện ở hình 1b.ở máy tiện : chuyển động quay chi tiết với tốc độ góc ctlà chuyển động chính , chuyển động di chuyển của dao 2 là chuyển động ăn dao Chuyển dộng ăn dao cóthể là ăn dao dọc , nêú dao di chuyển dọc theo chi tiết (tiện dọc )hoặc ăn dao ngang nếu dao di chuyển ngang (hớng kính ) chi tiết (tiện ngang ).

Chuyển động phụ gồm có xiết nới xà , trụ di chuyển nhanh bàn dao , bơm nớc làm mát, hút phoi v.v

Hình2: Hình dạng bề ngoài của máy tiện 1M61

Hình3: Các bộ phận của máy tiện 1M61.

Số thứ tự Các bộ phận của máy tiện 1M61

1 Hộp điều khiển tốc độ (bàn dao)

Hình4: Các chi tiết của cơ cấu điều khiển và công dụng của chúng

Số thứ

tự

Tên chi tiết và công dụng của chúng

1 Tay gạt số vòng quay trục chính

2 Tay gạt định bớc ren bình thờng hoặc tăng và đảo chiều quay

của vít dẫn

3 Tay gạt định số vòng quay trục chính (tay gạt của bộ bánh răng

biến tốc)

4 Tay gạt định kiểu rren hoặc ăn dao

5 Tay gạt định độ lớn ăn dao hoặc ren

6 Tay gạt định bớc ren hoawc ăn dao

7 Tay gạt đóng vít dẫn hoặc trục dẫn

8 Tay gạt cho chuyển dịch ngang của bàn dao

9 Bánh đà dịch chuyển dọc bàn dao bằng tay

10 Công tắc gạt cắt trục bánh răng khỏi thang răng

11 Tay gạt đóng khớp trục bảo vệ

12 Tay gạt đóng ecu dẫn và bộ phận đảo ăn dao dọc và ngang của

bàn dao

13 Tay gạt cữ ăn dao dọc hoặc ngang của bàn dao

14 Tay gạt cho trục chính chạy thuận hoặc chạy ngợc

15 Bánh đà dịch chuyển phần trên của bàn dao băng tay

16 Bánh đà quay dịch chuyển mũi tâm

23 Vít bắt chặn bàn gá dao để gia công mặt đầu

24 Tay gạt quay và giữ chặt gia giữ dao

1.2:Các dạng chuyển động và các dạng gia công điển hình trên máy tiện.

Trên máy tiện có hai dạng chuyển động chủ yếu: Chuyển động cơ bản và chuyển động phụ

Chuyển động cơ bản là sự di chuyển tơng đối của dao cắt so với phôi để

đảm bảo quá trình cắt gọt Chuyển động này đợc chia ra: chuyển động chính và chuyển động ăn dao

- Chuyển động chính (chuyển động làm việc) là chuyển động đa dao cắt

ăn vào chi tiết

- Chuyển động ăn dao là các chuyển động xê dịch của lỡi dao hoặc phôi

để tạo ra một lớp phoi mới

Chuyển động phụ là những chuyển động không liên quan trực tiếp quá trình cắt gọt kim loại, chúng cần thiết khi chuẩn bị gia công, hiệu chỉnh máy, v.v….Trên máy có thể Ví dụ nh chuyển động thanh dao hoặc phôi v.v….Trên máy có thể

Các chuyển động chính, ăn dao có thể là chuyển động quay hoặc chuyển

động tịnh tiến của dao hoặc phôi

1.3: Lực cắt, tốc độ cắt và công suất cắt,thời gian máy.

Lực cắt và tốc độ cắt phụ thuộc vào các yếu tố của điều kiện gia công nh :chiều sâu cắt t, lợng ăn dao s, bề rộng phôi b, độ bền dao cắt T, vật liệu chi tiết, hình dáng và vật liệu dao, điều kiện làm mát v.v Chúng đợc xác định theo công

thức kinh nghiệm ứng với từng nhóm máy Tuy nhiên các công thức có dạng gầngiống nhau nên ta lấy gia công tiện làm ví dụ điển hình.

1.3.1: tốc độ cắt

Tốc độ cắt là tốc độ chuyển động dài tơng đối của chi tiết so với dao cắt tại điểm tiếp xúc giữa chi tiết và dao Nó đợc xác định theo công thức kinh nghiệm:

[m/ph]

s.t

Hình5

cắt) Fz là lực mà trục chính ( truyền động chính ) phải khắc phục , lực hớng kính

F F

 (1-3) trong đó: CF, xF, yF, n - hệ số và các số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết , vật liệu dao và các phơng pháp gia công

các lực FX, FY cũng xác định theo công thức tơng tự nh (1-3) khi tính toán sơ bộ có rhể lấy F X , , F y theo tỉ lệ sau : Fz : FY: FX = 1: 0,4: 0,25

V F

Z  (1-5)

1.3.4: Thời gian máy

Thời gian máy (thời gian gia công ) của máy tiện đợc xác định :

tM =  s

V

10 L

ad

3



( 1-6)trong đó : L - chiều dài da công , mm;

công thức tính thời gian máy

 s

' s

L t

ct M

1.4.1: Phụ tải của cơ cấu truyền động chính

Quá trình tiện nh máy tiện đợc thực hiện với các chế độ cắt khác nhau đặc trng

bởi các thông số : độ sâu cắt t , lợng ăn dao s và tốc độ cắt v

Tốc độ cắt phụ thuộc vào vật liệu gia công , vật liệu dao , kích thớc dao , gia công, điều kiện làm mát v.v….Trên máy có thể , theo công thức kinh nghiệm (1-1):

Vz = [m/ph]

s.tT

C

v

v y x m

Vz = 0,5dct 3

ct60.10

 { m/ph} (1-9)

ở đây dct- là đờng kính chi tiết ,mm

ct- tốc độ góc của chi tiết ,rad/s

Trong quá trình gia công , tại điẻm tiếp xúc giữa dao và chi tiết xuất hiện một lực F gồm 3 thành phần (1-2) và lực cắt xác định theo (1-3)

FZ = 9 , 81 CF tXF SYF VZ[ ]N 10)

(1-Khi gia công thép bằng dao hợp kim cứng CF = 300 ; dao bằng thép gío

CF = 208 Gia công gang xám tơng ứng CF = 92 và CF = 118; xF = 1;yF = 0,75; n

= 0 với dao bằng thép gió và n = - 0,15 với dao bằng hợp kim cứng

Quá trình tiện xảy ra với công suất cắt (kw) là hằng số :

Pz = kw

10 60

V F

3 z

z (1-11)

Bởi vì lực cắt lớn nhất Fmax sinh ra khi lợng ăn dao và độ sâu cắt lớn , tơng ứng với tốc độ cắt nhỏ Vz min, xác định bởi t, s tơng ứng với tốc độ cắt Vz max nghĩa là t-

ơng ứng với hệ thức :

Fmax.vz min = Fmin.Vz max (1-12)

Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ nh hình 6

Tuy nhiên nh đã phân tích ở phần trên, dạng đồ thị phụ tải thực tế của truyền

động chính máy tiện có dạng hai vùng Fz = const và Pz = const

1.4.2: Phụ tải của truyền động ăn dao

Lực ăn dao của truyền động ăn dao đợc xác định theo công thức tổng quát

(1-18).Công suất ăn dao của máy tiện đợc xác định bởi công thức :

Pad = Fad.Vad.10 3kw

(1-13)

Fad – lực ăn dao ,{N}

Vad – tốc độ ăn dao ,{m/s}

Công suất ăn dao thờng nhỏ hơn công suất cắt 100 lần vì tốc độ ăn dao đợc xác

định bởi khối lợng ăn dao và tốc độ góc của chi tiết :

nhỏ hơn tốc độ cắt nhiều lần

Ơ đây : s’= s/2 ( mm/rad)

ct - tốc độ góc của chi tiết , rad/s

s – lợng ăn dao , mm/vg

Lực và mômen phụ tải của truyền động ăn dao không phụ thuộc vào tốc độ của

nó ,vì phụ tải của truyền động ăn dao chỉ đợc xác định bởi khối lợng bộ phận di chuyển của máy và lực ma sát ở gờ trợt và ở hộp tốc độ ở dải tốc độ rộng V1 < V

< V2 mômen phụ tải là hằng số , ở vùng tốc độ V < V1 và V > V2 nh đã phân tích ở bài trên , mômen phụ tải sẽ thay đổi tuyến tính theo tốc độ

1.5.Phơng pháp tính chọn công suất động cơ cho máy tiện.

1.5.1:Tính chọn công suất động cơ.

Truyền động chính của máy tiện thờng làm việc ở chế độ dài hạn Tuy nhiên ,khigia công các chi tiết ngắn , ở các máy cỡ trung bình và nhỏ ,do quá trình thay đổinguyên công và chi tiết chiếm thời gian quá lớn nên truyền động chính sẽ làm việc ở ché độ ngắn hạn lặp lại Khi xác định công suất của động cơ truyền động chính phải tiến hành tính toán ở một chế độ nặng nề nhất

Quá trình tinh toán nh sau :

a) Từ các yếu tố chế độ cắt gọt xác định tốc độ cắt lực cắt công suất cắt và thời gian gia công ứng với từng nguyên công Nếu tốc độ cắt tính đợc không phù hợp với tốc độ máy (theo số liệu kĩ thuật cơ khí ) thì chọn lấy trị số có sẵn trong máy gần giống với tốc độ cắt tính toán Dùng trị số này tính lại Pz tM Trị số

Pz ,Vz ,tM, này đợc dùng chính thức trong toàn bộ bài toán

b) Chọn nguyên công nặng nề nhất và giả thiết ở nguyên công ấy máy làm việc ở chế độ định mức Theo (1-31) xác định hiệu suất của máy ứng với phụ tải của từng nguyên công

Công suất trên trục động cơ ứng với từng nguyên công : PĐi = Pzi /i

Giả thiết trong các thời gian gá lắp , tháo gỡ chi tiết đo đạc kích thớc chuyển

đổi từ nguyên công này sang nguyên công khác , động cơ quay không tải ( mà không cắt điện động cơ ) thì công suất trên trục động cơ lúc này là công suất không tải của máy , tức là bằng năng lợng mất mát không đổi

P0 = a.Pcđm (1-15)

ứng với công suất này là thời gian phụ của máy chúng đợc xác định theo công thức vận hành của máy  t0 các số liệu tính toán đợc ghi vào bảng tính toán hoặc vẽ đồ thị nh hình 7

c) Động cơ có thể chọn theo công suất trung bình hoặc công suất đẳng trị :

t 4

1

t

4 1 i

4 1

t oj

P mi

t ci P tb

t 4

1

t

4 1 i

4 1

t

2 oj

P mi

t

2 ci P dt

Poj , toj – công suất không tải trên trục động cơ , thời gian làm việc không tải của máy

Poj = Po

n- là số khoảng thời gian làm việc không tải

Chọn động cơ có công suất định mức lớn hơn 20 30% công suất trung bìnhhoặc đẳng trị :

.

(1-19)Trong đó: Fz lực cắt KG/mm2

q tiết diện phoi mm2

vz vận tốc cắt m/ph

 hiệu suất

1.5.2:kiểm nghiệm

a)kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng

*Nhiệt độ nóng cho phép của động cơ

Khi động cơ làm việc thì nóng lên.nhiệt độ đoọng cơ nóng hơn nhiệt độ môi trờng xung quanh thì động cơ bắt đầu toả nhiệt vào môi trờng Chênh lệch nhiệt độ môi trờng mt càng lớn:

   dc  mt (1-20)

Thì quá trình toả nhiệt vào môi trờng càng diễn ra mạnh và sự tăng nhiệt độ của

đông cơ sẽ chậm dần.Tới một nhiệt độ chênh lệch   nào đó, nhiệt độ của động cơ không tăng đợc nữa mà đạt một giá trị ổn định od.Lúc này, nhiệt lợng sinh

ra ở động cơ trong một đơn vị thời gian bằng nhiệt lợng từ động cơ toả ra môi

tr-ơng xung quanh.Đó là trạng thái cân bằng động về nhiệt của động cơ

ứng với mỗi mô men tải,động cơ làm việc ổn địng với một giá trị nhiệt

độ.Khi tải là định mức, động cỡe có nhiệt đô ổn định định mức

Đối với mỗi động cơ,có một giá trị nhiệt độ cao nhất cho phépmà khi động cơ làm việc,không đợc để nhiệt độ động cơ tăng cao hơn nhiệt độ đó.Nhiệt độ nóng cho phép cp của động cơ phụ thuộc chủ yếu vật liệu cách điện dùng trong động cơ.Nếu nhiệt độ động cơ cao hơn nhiệt độ cho phép thì vật liệu sẽ bị giòn,giảm tuổi thọ, rạn nứt,cách điện kém hơn và có thể cháy.vỡ dần đén hỏng chập mạch

ck

T

t P t P t P t P

j j ck

m

j j

T T

t P P

1 1

1

(1-22)Trong đó:

j

P

 -Tổn hao công suất trong khoảng thời gian thứ j,w;

tj -Khoảng thời gian thứ j, s;

m -Số khoảng thời gian trong chu kì;

Điều kiện kiểm tra động cơ theo sự tăng nhiệt độ cho phép là tổn hao trung bình không đợc quá tổn hao công suất định mức:

đẳng trị

Hình 8 Đồ thị công suất và tổn hao công trong một chu kì làm việc

là tơng ứng về mặt phát nóng) thì dòng không đổi I thay thế đợc gọi là dòng điện

Trong đó: R là điện trở tác dụng trong mạch động cơ.

Nếu động cơ làm việc với dòng biến đổi i(t) thì công suất tổn hao xác địnhtheo phép tính giải tích là:

t T

CK

d t

i T

R K P

CK

) (

2 0







 (1-25)

Trong cả hai trờng hợp, động cơ nóng lên nh nhau, nghĩa làP dt  P, nên

dễ dàng suy ra giá trị của dòng điện đẳng trị:

T

CK

d t i T

CK

) (

b)

c)Hình10: Hai cách tuyến tính hoá đờng cong dòng điện thay đổi

Để tính toán đơn giản hơn có thể tuyến tính hoá đờng cong i(t) nh hình10ahoặc chính xác hơn nh hình10b

Khi đó dễ dàng thấy rằng dòng điện đẳng trị ở hình10a là:

i(t)i

3 2 1

3

2 3 2

2 2 1

2 1

t I t I t I

(1-27)hoÆc tæng qu¸t lµ:

n j j j

t

t I

.

4 3 2 1

4

2 3 3

2 23 2

2 2 1

2 12

t I t I t I t I

2 4 3

2 3 2

2 2 1

2

t t t t t t

t I t I t I t I

Hinh11: Biểu đồ dòng điện có thời gian căt điện (nghỉ)

Điều kiện phát nóng của động cơ tính chọn sẽ thoả mãn nếu:

Idt  Idm (1-32)Phơng pháp này ứng dụng cho mọi loại động cơ

j j dt

t

t A M

A

2

n j

j j dt

t

t M

Động cơ xoay chiều không đồng bộ nếu từ thông giữ không đổi và trong phạm vi công suất nào đó coi cos 2 = constan thì có thể chấp nhận moomen tỷ

lệ bậc nhất với dòng điện

M=k cos 2I2 (1-37)Những động cơ không thảo mãn điều kiện M ~I thì không sử dụng phơng pháp moomen đẳng trị đợc

Pđt=





n j j

n j j j

đẳng trị.nghĩa là để sử dụng phơng pháp này động cơ phải có:

M~I

=constan

đẩi với động cơ mà tốc độ luôn phải thay đổi (mở máy, hãm máy, điều chỉnh tốc

độ) thì không thể sử dụng phơng pháp này để xác định các điều kiện về phát nóng

b)kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải

Khi chọ động cơ xong cần phải kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện mơ máy và quá tai