Đang tải... (xem toàn văn)
Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cỡ vài milimét đếnhàng chục mét Trên máy tiện đứng.Hình 1.2: Hình dạng bên ngoài máy tiệnTrong đó: Trang 7 Chuyển động chính của máy tiện là
MỤC LỤC CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 6 1.1 Đặc điểm công nghệ máy tiện 6 1.2 Các thông số đặc trung chế độ cắt dọt của máy tiện 7 1.2.1 Tốc độ cắt 7 1.2.2 Lực cắt 8 1.2.3 Công suất cắt 9 1.2.4 Thời gian máy 9 1.3 Phụ tải cơ cấu truyền động cơ bản của máy tiện .10 1.3.1 Trong truyền động chính của máy tiện lực cắt là lực hữu ích của máy nó phụ thuộc vào chế độ cắt ( t, S, V) vật liệu chi tiết làm dao 10 1.3.2 Cơ cấu chuyển động ăn dao .11 1.3.3 Phụ tải của cơ cấu truyền động chính máy tiện 13 1.4 Tính chọn công suất động cơ 14 1.4.1 Tổng hợp thông tin về hệ thống .14 1.5 Tính toán công suất động cơ 15 CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG 17 2.1 Động cơ điện 17 2.2 Các hệ thống truyền động điện điều khiển động cơ không đồng bộ .18 2.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp 18 2.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số 20 2.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở roto 22 2.2.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách nối cấp trả năng lượng về nguồn .23 2.3 Lựa chọn hệ truyền động 24 2.3.1 Lựa chọn hệ truyền động: 24 2.3.2 Biến tần 24 CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO BBĐ.26 3.1 Thiết kế mạch lực 26 3.1.1 Sơ đồ mạch lực 26 3.1.2 Tính toán lựa chọn mạch lực 27 3.2 Thiết kế mạch điều khiển 32 3.2.1 Các phương pháp điều khiển 32 3.2.2 Giới thiệu về biến tần nguồn áp điều khiển theo phương pháp V/f 33 3.2.3 Các phương pháp thông dụng trong điều khiển động cơ không đồng bộ 36 3.2.4 Kết luận 50 CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG .66 4.1 Sơ đồ mô phỏng 66 4.2 Kết quả mô phỏng Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Máy tiện 6 Hình 1.2: Hình dạng bên ngoài máy tiện 6 Hình 1.3: Các loại lực cắt 8 Hình 1.4: Quan hệ giữa lực cắt và tốc độ cắt 9 Hình 1.5: Cơ cấu chuyển động ăn dao 11 Hình 1.6: Đồ thị phụ tải của chuyển động trục chính 13 Hình 1.7: Đồ thị phụ tải truyền động ăn dao .13 Hình 1.8: Truyền động mâm cặp máy tiện 14 Hình 1.9: Bảng tra động cơ trên trang ABB 15 Hình 2.1: Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc .18 Hình 2.2: Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp .19 Hình 2.3: Bộ điều áp xoay chiều 19 Hình 2.4: Đặc tính cơ của hệ BT-ĐCKĐB 20 Hình 2.5: Sơ đồ khối của bộ biến tần 20 Hình 2.6: Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở roto 22 Hình 2.7: Đặc tính cơ của ĐK roto dấy quấn 22 Hình 2.8: Biến trở 23 Hình 2.9: Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở roto .23 Hình 2.10: Sơ đồ tầng điện 24 Hình 2.11: Sơ đồ mạch nguyên lý hoạt động của biến tần 25 Hình 3.1: Sơ đồ mạch lực 26 Hình 3.2: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha dùng diode 27 Hình 3.3: Nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha 28 Hình 3.4: Dạng tín hiệu điều khiển các van và dạng dòng điện, điện áp trên các phần tử trong sơ đồ NLĐL ba pha 28 Hình 3.5: Hình ảnh thực tế van IGBT FS75R12KE3G .29 Hình 3.6: Quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số .36 Hình 3.7: Nguyên lý phương pháp điều rộng sin 37 Hình 3.8: Sơ đồ dạng điện áp trên các pha 38 Hình 3.9: Quá trình hoạt động của bộ điều khiển .40 Hình 3.10: Sơ đồ kết nối các khóa trong bộ nghịch lưu 40 Hình 3.11: Sơ đồ bộ biến tần nghịch lưu áp 6 khóa 41 Hình 3.12: Biểu diễn không gian vector trong hệ tọa độ x-y 42 Hình 3.13: Các vector không gian tử 1-6 44 Hình 3.14: Trạng thái đóng ngắt của các khóa 45 Hình 3.15: Vector không gian Vs trong vùng 1 46 Hình 3.16: Vector không gian Vs trong vùng bất kỳ 47 Hình 3.17: Giản đồ đóng cắt linh kiện 48 Hình 3.18: Vector Vs trong các vùng tử 0-6 .50 Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng Error! Bookmark not defined Hình 4.2: Khâu điều chế SINPWM .Error! Bookmark not defined Hình 4.3: Khối nghịch lưu Error! Bookmark not defined Hình 4.4: Khối thông cơ Error! Bookmark not defined Hình 4.5: Dòng điện stator, Đáp ứng momen, Đáp ứng tốc độ .Error! Bookmark not defined Hình 4.6: Tín hiệu điều chế SinPWM 70 Hình 4.7: Điện áp 3 pha đầu ra nghịch lưu 72 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Thông số diode chỉnh lưu 28 Bảng 3.2: Thông số van IGBT FS75R12KE3G 30 Bảng 3.3: Bảng lựa chọn van IGBT loại 6 IGBT kiểu đấu sẵn theo sơ đồ cầu 3 pha 30 Bảng 3.4: Giá trị điện áp các trạng thái đóng ngắt và vector không gian tương ứng 45 CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 1.1 Đặc điểm công nghệ máy tiện Hình 1.1: 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 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 có thể thực hiện được doa, khoan và tiện ren bằng các dao cắt, dao doa, tarô ren Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cỡ vài milimét đến hàng chục mét (Trên máy tiện đứng) Hình 1.2: Hình dạng bên ngoài máy tiện Trong đó: 1: Thân máy, 2: Ụ trước, 3: Bàn dao, 4: Ụ sau 6 Chuyển động chính của máy tiện làm việc ở chế độ dài hạn, đó là chuyển động quay của mâm cặp, chuyển động tịnh tiến liên tục của bàn dao Các chuyển động phụ gồm chuyển động phanh cầu dao và ụ sau, kéo phôi, bơm nước, nâng hạ, kẹp và nới xà v.v Ở các máy cỡ nhỏ, người ta thường dùng động cơ lồng sóc để kéo các truyền động cơ bản Loại động cơ này có ưu điểm về mặt kinh tế, đơn giản và đặc tính cơ cứng Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp cơ khí, trong phạm vi không rộng lắm Khi máy yêu cầu phạm vi tốc độ rộng thường sử dụng động cơ lồng sóc hai hay nhiều tốc độ Một trong những đặc điểm của máy tiện cỡ nặng là yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ trong phạm vi rộng Vì vậy phần nhiều, người ta dùng động cơ điện một chiều kết hợp với tốc độ 3-4 cấp Điều chỉnh tốc độ điện khí được thực hiện bằng cách thay đổi từ thông động cơ, hoặc bằng phương pháp điều chỉnh 2 vùng 1.2 Các thông số đặc trung chế độ cắt dọt của máy tiện 1.2.1 Tốc độ cắt Là tốc độ di chuyển tương đối của bàn dao so với chi tiết tại điểm tiếp xúc Đây là thông số cơ bản để xác định chế độ làm việc của máy và để tính toán chế độ cắt gọt của máy, nó phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu làm dao và chi tiết gia công - Lượng ăn dao : S (mm/vg) - Chiều sâu cắt : t (mm) - Tuổi thọ của dao : T Tốc độ cắt được xác đinh theo biểu thức kinh nghiệm: Trong đó: - t là chiều sâu cắt - T là tuổi thọ (độ bền) của dao - S là lượng ăn dao khi chi tiết quay được một vòng - CV, xV, yV, m là hệ số mũ phụ thuộc vào chi tiết gia công, vật liệu làm dao và phương pháp gia công Vật liệu gia công là gang, thép CT45 và vật liệu 7 làm dao bằng thép hợp kim cường độ cao, nên chọn: CV = 40 ữ 260 lấy CV = 200; xV = 0,15 - 0,2 chọn: xV = 0,2; yV = 0,35-0,8 chọn: yV = 0,35; m = 0,1-0,2 chọn: m = 0,1; T = 60 ữ 80 ph chọn: T = 60 ph 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 bởi những thông số như: 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: Trong đó: - dct: là đường kính chi tiết (mm) - ωct : tốc độ góc của chi tiết (rad/s) 1.2.2 Lực cắt Là lực tác động tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết, lực đẩy tại điểm tiếp xúc gọi là lực pháp tuyến chia làm ba thành phần: Hình 1.3: Các loại lực cắt - Lực tiếp tuyến Fz: chống lại sự quay của chi tiết, - Lực dọc trục Fx: chống lại sự di chuyển của bàn dao - Lực hướng kính Fy: Chống lại sự tì của dao và chi tiết Tỉ lệ các thành phần lực: Fz:Fy:Fx = 1 : 0,4 : 0,25 Lực cắt là thông số quan trọng xác định từ các chế độ cắt của máy Thông thường lực cắt được xác định theo công thức kinh nghiệm: 8 Trong đó: CF, XF, YF, n là hệ số và mũ phụ thuộc vào vật liệu làm dao, chi tiết gia công và phương pháp gia công 1.2.3 Công suất cắt Là công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính Quá trình tiện xảy ra với công suất cắt là hằng số và được xác định PZ=60 103 FZ V Z ,( kW ) Bởi vì lực cắt lớn nhất Fmax sinh ra khi lượng ăn dao và độ sâu ăn dao lớn, tương ứng với tốc độ cắt nhỏ Vzmin; còn gọi là lực cắt lớn nhất Fmax xác định bởi t, s tương ứng với tốc độ cắt Vzmin; nghĩa là tương ứng với hệ thức : Fmax.Vzmin = Fmin.Vzmax Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ như hình vẽ: Hình 1.4: Quan hệ giữa lực cắt và tốc độ cắt 1.2.4 Thời gian máy Là thời gian để gia công chi tiết, nó còn đợc gọi là thời gian công nghệ hay thời gian hữu ích Để tính thời gian máy phải căn cứ vào các yếu tố của chế độ cắt gọt và phư- ơng pháp gia công Trong đó: L: là chiều dài gia công - Vad: là tốc độ ăn dao - S: là lượng ăn dao - 9 - N: tốc độ quay của chi tiết vg/ph Như vậy để giảm thời gian gia công, ta phải tăng tốc độ cắt, lượng ăn dao và năng suất sẽ tăng 1.3 Phụ tải cơ cấu truyền động cơ bản của máy tiện 1.3.1 Trong truyền động chính của máy tiện lực cắt là lực hữu ích của máy nó phụ thuộc vào chế độ cắt ( t, S, V) vật liệu chi tiết làm dao Chuyển động chính của máy tiện là chuyển động quay được xác định: Trong đó: - FZ: là lực cắt (N) - d: là đường kính gia công (m) Mô men hữu ích trên trục động cơ : - i là tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến : Mhi = FZ ρ (N.m) - ρ là bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ Mô men cản tĩnh trên trục động cơ : M c= M hi η ( N m) - η : là hiệu suất của bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính Với máy tiện đứng do có chuyển động trượt trên băng máy nên có xuất hiện lực ma sát nơi gờ trượt của máy Fms = FN.μ = [g (mb + mct) + Fy ] μ (N) - FN: là lực đẩy tác dụng lên gờ trượt 10