Luận văn: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị chuyển dịch góc hai trục nc ppt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THIẾT BỊ CHUYỂN DỊCH GÓC HAI TRỤC NC Học viên: Nguyễn Mạnh Hà Người hướng dẫn Khoa học: TS Hoàng Vị THÁI NGUYÊN 2008 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 MỤC LỤC Trang Mở đầu ………………………………………………………………………………………… 05 Chương I: TỔNG QUAN………………… ………………………………………………… 07 Chương II: NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC THIẾT BỊ PHÂN ĐỘ TRUYỀN THỐNG…. 09 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN ĐỘ …… …………………………………………… 09 2.1.1 Phân độ trực tiếp…………… …………………………………………… 10 2.1.2 Phân độ giản đơn…………… …………………………………………………… 10 2.1.3 Phân độ phức tạp …………… ……………………………………………………. 11 2.1.4 Phân độ vi sai…………… ………………………………………………………… 15 2.1.5 Phân độ vạn năng…………… …………………………………………………… 17 2.1.6 Phân độ theo trị số góc…………… ……………………………………………… 19 2.1.7 Phân độ trong trường hợp chia vòng tròn ra các phần không bằng nhau ………… 20 2.1.8 Phân độ theo theo trị số góc theo điều khiển gián tiếp bằng động cơ bước ……… 21 2.2 KẾT LUẬN CHƯƠNG II …… ……………………………………………………. 21 Chương III: NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC………………… 23 3.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC (STEP MOTOR)……………………………. 23 3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG………………………………………………………… 26 3.3 CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC……………………………………. 28 3.4 ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ BƯỚC TRONG CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG RỜI RẠC… 31 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG III…………………………………………………………… 41 Chương IV: NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC LOẠI ENCODER …………………… 43 4.1 Giới thiệu về encoder…………………………………………………………………. 43 4.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder, LED và lỗ. ………………………………. 43 4.3 Nguyên lý cơ bản của hoạt động encoder. . ………………………………………… 44 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG III…………………………………………………………… 47 Chương V: XÂY DỰNG MÔ HÌNH. ………………………………………………………… 48 5.1 Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít.………………………………………………… 48 5.2 Lựa chọn loại động cơ bước. ………………………………………………………… 51 5.3 Lựa chọn loại encoder. …………………………………………………………… 51 5.4 Tính toán cho độ phân giải của mô hình thử nghiệm ………………………………… 52 5.5 Thiết kế bảng mạch điều khiển. ……………………………………………………… 54 5.6 Thao tác điều khiển phân độ. ………………………………………………………… 76 5.7 Kết luận chương V ………………………………………………………… 76 Chương VI: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN. ………………………………………………… 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO. …………………………………………………………………… 80 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 MỞ ĐẦU Trong gia công cơ khí chính xác đầu phân độ được sử dụng và có đóng góp nhiều trong quá sản xuất và chế tạo máy. Tuy nhiên, khi sử dụng đầu phân độ truyền thống thường gặp nhiều phức tạp như việc tính toán gia công phải sử dụng bảng tra, kết quả đôi khi chỉ mang tính gần đúng do trong quá trình tính toán, như quy đổi số thập phân ra phân số thường chỉ lấy gần đúng. Những bất lợi đó làm hạn chế nhiều về độ chính xác gia công, tính kinh tế và hiệu quả gia công. Dựa trên cơ sở kế thừa những thiết bị truyền thống và kết hợp những thiết bị công nghệ cao, luận văn chọn hướng cải tiến và áp dụng sản phẩm điện tử với nội dung: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị dịch chuyển góc hai trục NC. Nội dung luận văn chủ yếu với mục đích thiết kế mô hình đầu phân độ số, với ý tưởng áp dụng sản phẩm cơ điện tử trong gia công cơ khí chính xác. Tuy nhiên, mặc dù có cố gắng nhiều trong việc xây dựng ý tưởng mô hình nhưng nội dung của luận văn còn nhiều thiếu sót và còn nhiều những điểm mới cần được đề xuất và trao đổi, thảo luận thêm. Tác giả rất mong và trân trọng mọi sự đóng góp, phê bình của các thầy giáo và đồng nghiệp đối với luận văn. Em xin trân trọng cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa Đào tạo sau Đại học Trường Đại học KTCN, Ban Giám hiệu và Ban Chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật Công nghiệp Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật đã hết sức tạo điều khiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo trong Hội đồng bảo vệ Đề cương luận văn Thạc sỹ đã góp ý, chỉnh sửa và phê duyệt đề cương để luận văn của em được hoàn thành với nội dung tốt nhất. Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn Tiến sỹ Hoàng Vị, Phó Chủ nhiệm Khoa Cơ khí Trường Đại học KTCN đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình xây dựng ý tưởng mô hình và hoàn thành nội dung luận văn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, các cộng tác viên đã giúp đỡ, thảo luận và đề xuất những giải pháp tốt nhất trong quá trình viết luận văn và xây dựng mô hình thiết bị thử nghiệm. Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, cổ vũ về tinh thần và vật chất cho bản thân trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. HỌC VIÊN Nguyễn Mạnh Hà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: Trong lĩnh vực gia công chế tạo cơ khí và đặc biệt là gia công các bề mặt phức tạp để đạt được độ chính xác tương quan về hình dáng hình học thì chuyển động phân độ có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Các thiết bị phân độ là một phần không thể thiếu của các máy công cụ. Trong thực tế các cơ cấu phân độ đơn giản như: đầu phân độ trực tiếp, đầu phân độ gián tiếp, đầu phân độ vạn năng, đầu phân độ quang học… đã được sử dụng khá phổ biến và rộng rãi trong ngành chế tạo máy. Với ứng dụng kỹ thuật số hiện nay, các thiết bị phân độ có ứng dụng kỹ thuật số cũng đã được sử dụng nhiều trong cơ khí chế tạo chính xác và hiện đại. Trong điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu, thiết kế và phát triển cơ cấu phân độ số đóng vai trò quan trọng trong việc chủ động sản xuất các thiết bị phân độ cho ngành chế tạo máy của nước nhà. Vì vậy, đề tài tập trung vào việc Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị dịch chuyển góc hai trục NC. 2.1 Mục tiêu của đề tài: - Xây dựng cấu trúc, mô hình kết cấu của thiết bị phân độ số. - Đánh giá độ chính xác dịch chuyển góc của thiết bị dịch chuyển góc hai trục NC trên cơ sở các nghiên cứu về công nghệ chế tạo thiết bị đo số trong điều kiện của Việt Nam. 3.1 Nội dung của đề tài: - Nghiên cứu, khảo sát các thiết bị phân độ truyền thống. - Nghiên cứu, khảo sát các loại động cơ bước. - Nghiên cứu, khảo sát các loại encoder (bộ mã hoá vòng quay). - Xây dựng mô hình theo hướng phát triển cấu trúc của thiết bị đầu phân độ số theo định hướng của sản phẩm cơ điện tử. - Đánh giá và kết luận. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 MÔ HÌNH THIẾT BỊ Step motor + Encoder Step motor + Encoder hÖ thèng h·m m©m cÆp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC THIẾT BỊ PHÂN ĐỘ TRUYỀN THỐNG Đầu phân độ là một trong số những bộ phận quan trọng của máy công cụ, được dùng để chia vòng tròn ra nhiều phần đều nhau hoặc không đều nhau, cách nhau một góc độ nào đó. Công việc phân độ thường gặp trong khi gia công các chi tiết sau: - Phay các rãnh trên mặt ngoài của chi tiết trụ tròn, ví dụ: răng dao doa, răng dao phay, rãnh ta rô, bánh răng, trục then hoa, v.v… - Phay các cạnh của chi tiết có dạng khối đa diện, ví dụ: mũ ốc, đầu bu lông, chuôi ta rô, v.v… - Phay các rãnh trên mặt đầu của chi tiết trụ tròn, ví dụ: răng đầu mút của dao phay trụ đứng, răng của đĩa tục kết, v.v… - Phay các rãnh trên mặt côn, ví dụ: phay bánh răng côn, phay răng của dao phay góc, v.v… - Khoan các lỗ trên mặt đĩa, ví dụ: chế tạo đĩa phân độ. - Khắc vạch trên vòng du xích của máy công cụ, v.v… * Những bộ phận chính của đầu phân độ: Đầu phân độ phổ biến bao gồm: Cơ cấu truyền động chính bằng trục vít - bánh vít. Các bộ phận phụ như tay quay, đĩa phân độ, kim cài, cánh kéo, ụ sau 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN ĐỘ: Tuỳ theo yêu cầu công việc và tuỳ mức độ chính xác cần thiết, có thể áp dụng một ttong các phương pháp sau: - Phân độ trực tiếp. - Phân độ giản đơn. - Phân độ phức tạp. - Phân độ theo trị số góc. - Phân độ vi sai. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 2.1.1 Phân độ trực tiếp Nguyên tắc của phương pháp phân độ trực tiếp là từ mẫu chia (tức đĩa phân độ) đến chi tiết gia công có quan hệ trực tiếp, không thông qua một cơ cấu trung gian chuyển tiếp nào. Đĩa phân độ quay bao nhiêu thì chi tiết gia công quay bấy nhiêu. Với phương pháp này, số phần chia cũng như sai số hoàn toàn phụ thuộc vào đĩa phân độ, tính vạn năng kém và độ chính xác thấp (thường chỉ chia được 2, 4, 6, 12 phần đều nhau). Tuy nhiên ưu điểm của nó là đơn giản, giá thành rẻ, thao tác dễ dàng. Trong các đồ gá quay chuyên dùng, thường áp dụng nguyên tắc này (ví dụ: gá khoan các lỗ dầu ở rãnh pít tông ô tô). Để mở rộng phạm vi sử dụng, có thể thay đổi các đĩa phân độ thay thế có số lỗ khác nhau. Ví dụ: đĩa có 24 lỗ thì chia được 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24 phần đều nhau; đĩa có 30 lỗ thì chia được 2, 3, 5, 10, 15, 30 phần đều nhau, v.v… Cũng có kiểu bố trí hệ thống trục vít – bánh vít với mục đích truyền động được êm, đều, song về nguyên tắc vẫn là phân độ trực tiếp. 2.1.2 Phân độ giản đơn Nguyên tắc của phân độ giản đơn là giữa chuyển động của tay quay phân độ với chi tiết gia công có quan hệ giảm tốc nhằm mục đích thu nhỏ sai số biểu hiện Gá đầu phân độ trực tiếp trên máy phay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 trên chi tiết, không phải chịu mức sai nhiều như bản thân đĩa phân độ; đồng thời số phần chia cũng được nhiều hơn. Nếu tỷ số giảm tốc của ụ phân độ là N (thường N= 40 hoặc có khi N = 30, 60, 80 ) thì muốn chi tiết gia công quay 1 vòng, phải xoay tay quay N vòng. Ví dụ: với N= 40, muốn chia vòng tròn ra 2 phần đều nhau thì tay quay phải quay: 20 2 40 = vòng Ta có công thức tổng quát: Z N n = Trong đó: n - số vòng tay quay khi phân độ; N - Tỷ số giảm tốc của ụ phân độ (thường N = 40); Z- số phần cần chia đều. Đĩa phân độ có nhiều hàng lỗ với số lượng lỗ khác nhau. Cơ cấu mở góc dùng làm chuẩn đánh dấu để khỏi nhầm lẫn trong khi phân độ. Ví dụ: Ụ phân độ có N = 40, cần phay khối 7 cạnh đều. Như vậy mỗi lần phân độ khởi phẩm phải quay 1/7 vòng. Tay quay ụ phân độ phải quay: 5 7 5 5 7 40 =+=== Z N n vòng + 21 15 lỗ Cụ thể là: Điều chỉnh cho chốt định vị nằm vào hàng lỗ có 21 lỗ. Mỗi lần phân độ tay quay quay 5 vòng cộng thêm 15 lỗ nữa (cắm chốt vào lỗ thứ 16). Trường hợp Z là ước số của N (ví dụ Z = 20, 10, 8, 5), không cần sử dụng đĩa phân độ, vì mối lần phân độ thì tay quay chỉ phải quay số vòng nguyên. Ví dụ: muốn phay bánh răng có 20 răng, mỗi lần phân độ phải quay tay quay 2 20 40 ==n vòng. 2.1.3 Phân độ phức tạp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 Đối với phương pháp phân độ giản đơn nói trên thì chỉ chia được vòng tròn ra số phần Z chẵn với số lỗ có sẵn trên đĩa phân độ. Gặp trường hợp số phần cần chia không chẵn với số lỗ ở đĩa phân độ, ta phải áp dụng phương pháp phân độ phức tạp hoặc phương pháp phân độ vi sai. Với ụ phân độ giản đơn thì dùng phương pháp phân độ vi sai phức tạp và với ụ phân độ vạn năng thì dùng phương pháp phân độ vi sai. Ví dụ: Cần phân độ ra 61, 79, 83, 89, 91, 93 phần, thường không phân độ giản đơn được. Nguyên tắc của phương pháp phân độ phức tạp là phối hợp 2 lần phân độ giản đơn để thực hiện phần chia lẻ trên một chi tiết. Nội dung công việc như sau: 2.1.3.1 Ụ phân độ: Trên ụ phân độ giản đơn bắt 1 mũi nhọn M ở bên cạnh đĩa phân độ, có thể điều chỉnh cho nhô ra thụt vào để chỉ đúng 1 hàng lỗ nào đó trên đĩa. 2.1.3.2 Thao tác: - Bước 1: Quay tay quay Q một số lỗ số vòng trên hàng lỗ nào đó đã được tính toán, trong khi đó đĩa phân độ đứng yên, nghĩa là hoàn toàn giống như phân độ giản đơn. - Bước 2: Chốt của tay quay vẫn nằm trong lỗ của đĩa phân độ, quay tay quay cho kéo theo cả đĩa cùng quay trong khi đó nhìn mũi nhọn M, cho tới khi đĩa quay được một số lỗ nào đó đã tính toán thì dừng lại. 2.1.3.3 Công thức tính toán: Có thể áp dụng một trong hai công thức sau: - Nếu trong hai bước phân độ cùng quay tay quay theo một chiều thì: 2 2 1 1 40 n H n H Z += (1) - Nếu chiều quay của tay quay trong hai bước ngược nhau thì: [...]... khi n vào stato theo m t th t và m t t n s nh t đ nh T ng s góc quay c a rôto tương ng v i s l n chuy n m ch, cũng như chi u quay và t c đ quay c a rôto, ph thu c vào th t chuy n đ i và t n s chuy n đ i Khi m t xung đi n áp đ t vào cu n dây stato (ph n ng) c a đ ng cơ bư c thì rôto (ph n c m) c a đ ng cơ s quay đi m t góc nh t đ nh, góc y là m t bư c quay c a đ ng cơ Khi các xung đi n áp đ t vào các... http://www.lrc-tnu.edu.vn 30 V c u t o, nó k t h p c hai lo i đ ng cơ trên V tính ch t, nó phát huy đư c các ưu đi m c a c đ ng cơ nam châm vĩnh c u và đ ng cơ ph n kháng: có mômen hãm (khi ng t đi n), có mômen gi và mômen quay l n, ho t đ ng v i t c đ cao và có s bư c l n (góc bư c trong kho ng t 0,450 ÷ 50) Hình bên v c u t o đ ng cơ h n h p có góc bư c là 1,8 0 Hi n nay trên th trư ng có m t ch y... + Đ c tuy n mômen - t c đ c a đ ng cơ Mômen là l c quay đư c đ nh nghĩa b ng tích c a l c v i bán kính quay: M = F R S hóa b i Trung tâm H c li u – Đ i h c Thái Nguyên (10) http://www.lrc-tnu.edu.vn 34 Mômen có đơn v chu n Anh qu c là oz.in (ao-xơ – inh), đơn v chu n qu c t là Ncm Khi ch n đ ng cơ và mô un đi u khi n c n ph i tính toán đ mômen c a đ ng cơ th ng đư c t t c các l c c n và mômen c n c... ng F có tr s l n hơn và n m v trí chính gi a hai tr c c a hai cu n dây Trên hình c v l c đi n t t ng F khi cung c p đi n đ ng th i cho m t s l cu n dây (3 cu n dây), l c đi n t t ng F n m trùng v i tr c c a m t cu n dây nhưng có tr s l n hơn Trong c hai trư ng h p (c p đi n cho m t s ch n cu n dây và m t s l cu n dây), rôto c a đ ng cơ bư c s có m v trí cân b ng Góc xê d ch gi a hai v trí liên ti p... thay đ i theo góc quay M i răng c a stato và rôto g i là m t c c M i pha trên stato đư c qu n thành hai cu n n i ti p nhau v trí xuyên tâm đ i trên stato, th m chí thành 4 cu n đôi m t tr c giao G i NR là s răng c a rôto, NP là s pha c a stato, góc bư c c a đ ng cơ đư c tính theo công th c: α= 360 0 NR NP (6) Đ ng cơ v hình bên có góc bư c là 150, vì có s pha là 3 và s răng rôto là 8 Góc bư c c a đ... đư c t t c các l c c n và mômen c n c a t i (Mc) C n nh là mômen c a đ ng cơ ph thu c vào công su t c p c a mô un đi u khi n V n t c quay càng cao thì mômen c a đ ng cơ càng gi m Do đó khi thi t k c n ph i s d ng các đư ng đ c tuy n mômen - t c đ riêng bi t cho m i trư ng h p +T s M gi a mômen và quán tính c a đ ng cơ J Đư c đ nh nghĩa là mômen t i đa (Mmax) c a đ ng cơ chia cho quán tính riêng c a... trên có hai cách: - L p encorder vào đ u tr c đ ng cơ đ giám sát vi c d ch bư c c a đ ng cơ Đây là phương án t n kém nhưng ch c ch n Hi n nay m t s hãng đã ch t o đ ng cơ bư c có tr c h c hai đ u đ có th l p đư c encorder Đ i v i h đi u khi n S hóa b i Trung tâm H c li u – Đ i h c Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 36 bám sát v trí, ngoài encorder l p đ u tr c đ ng cơ còn ph i l p encorder vào đ u... nam châm vĩnh c u 2 pha ki u lư ng c c Hai cu n dây pha đ i x ng, vuông góc v i nhau và đư c qu n thành hai ph n v trí xuyên tâm đ i trên stato Đ ng cơ bư c nam châm vĩnh c u 4 pha ki u đơn c c S hóa b i Trung tâm H c li u – Đ i h c Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 31 B n cu n dây pha đôi m t tr c giao và đôi m t qu n kép l ng vào nhau, m i cu n qu n thành hai ph n v trí xuyên tâm đ i trên stato... nh hơn và tính năng h th ng t t hơn S hóa b i Trung tâm H c li u – Đ i h c Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 32 3.4.1 Nh ng quan đi m chung nh t khi ch n đ ng cơ bư c và mô un đi u khi n cho m t h truy n đ ng Đ ng cơ bư c và mô un đi u khi n t o ra kh năng đi u khi n chính xác t c đ và v trí m t ph m vi r t r ng V i đ ng cơ bư c, các thông tin s hoá có th đư c bi n đ i chính xác thành các góc quay... t o v i stato có d ng hình móng đư c t hoá v i c c N và S xen k nhau; rôto thư ng không có răng, đư c t hoá vĩnh c u vuông góc v i tr c (ngang tr c) Lo i đ ng cơ này có góc bư c trong kho ng 60 ÷ 450, t c đ ch m nhưng có mômen khá l n Sơ đ c u t o c a đ ng cơ bư c nam châm vĩnh c u v i m = 4 và 2p = 2; 3.3.2 Đ ng cơ bư c có t tr thay đ i Còn g i là đ ng cơ ph n kháng C stato và rôto đ u có răng Rôto . cải tiến và áp dụng sản phẩm điện tử với nội dung: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị dịch chuyển góc hai trục NC. Nội dung luận văn chủ yếu với mục đích thiết kế mô hình đầu. tài tập trung vào việc Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị dịch chuyển góc hai trục NC. 2.1 Mục tiêu của đề tài: - Xây dựng cấu trúc, mô hình kết cấu của thiết bị phân độ số NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THIẾT BỊ CHUYỂN DỊCH GÓC HAI TRỤC NC Học viên: