TBD HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Chương TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY GIA CÔNG KIM LOẠI Máy gia công kim loại theo số lượng chủng loại chiếm vị trí hàng đầu tất máy công nghiệp Máy gia công kim loại dùng để gia công chi tiết kim loại cách cắt bớt lớp kim loại thừa để sau gia công có hình dáng gần yêu cầu (gia công thô) thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ xác định kích thước độ bóng cần thiết bề mặt gia công (gia công tinh) 5.1 CÁC YÊU CẦU CHÍNH VÀ NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ ĐẶC TRƯNG CỦA TRANG BỊ ĐIỆN CÁC MÁY GIA CÔNG KIM LOẠI 5.1.1 Các yêu cầu đặc điểm công nghệ đặc trưng trang bị điện máy gia công kim loại a) Phân loại máy gia công kim loại Máy gia công kim loại gồm nhiều chủng loại đa dạng nhóm máy, phân loại chúng dựa đặc điểm hình 5.1 MÁY GIA CÔNG KIM LOẠI QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ TIỆN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT TRỌNG LƯỢNG KÍCH THƯỚC VẠN NĂNG THƯỜNG THƯỜNG LỚN PHAY N BÀO ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG NGHỆ CHUYÊN DÙNG CAO NHỎ MÀI KHOAN RẤT NHỎ ĐẶC BIỆT RẤT CAO Hình 5-1 Sơ đồ phân loại máy gia công kim loại - Tùy thuộc vào trình công nghệ đặc trưng phương pháp gia công, dạng dao, đăc tính chuyển động v.v…, máy cắt chia thành máy bản: Tiện, phay; bào, khoan – doa, mài nhóm máy khác gia công răng, ren vít v.v… - Theo đặc điểm trình sản xuất, chia thành máy: Vạn năng, chuyên dùng đặc biệt Máy vạn máy thực phương pháp gia công khác tiện, khoan, gia công v.v… để gia công chi tiết khác -1- hình dạng kích thước Các máy chuyên dùng máy để gian công chi tiết có hình dáng có kích thước khác Máy đặc biệt máy thực gia công chi tiết có hình dáng kích thước - Theo kích thước trọng lượng chi tiết gia công máy, chia maý cắt kim loại thành máy: Bình thườngng (nhỏ 10.000kG), máy cỡ lớn (nhỏ 30.000kG), máy cỡ nặng (nhỏ 100.000kG) máy nặng (lớn 100.000kG) - Theo độ xác gia công, chia thành máy có độ xác: Bình thường, cao cao b) Các chuyển động dạng gia công điển hình MGCKL Trên MGCKL, có hai loại chuyển động chủ yếu: chuyển động chuyển động phụ - Chuyển động chuyển động tương đối dao cắt so với phôi để đảm bảo trình cắt gọt Chuyển động chia ra: chuyển động chuyển động ăn dao + Chuyển động (chuyển động làm việc) chuyển động thực trình cắt gọt kim loại dao cắt + Chuyển động ăn dao chuyển động xê dịch dao phôi để tạo lớp phôi Hình 5-2 Các dạng gia công kim loại máy cắt kim loại a) Tiện; b) Khoan; c) Phay; d) Mài; e) Bào - Chuyển động phụ chuyển động không liên quan trực tiếp đến trình cắt gọt, chúng cần thiết chuẩn bị gia công, nâng cao hiệu suất chất lương gia công, hiệu chỉnh máy v.v… Ví dụ di chuyển nhanh bàn phôi máy tiện, nới siết xà trụ máy khoan cần, nâng hạ xà dao máy bào giường, bơm dầu hệ thống bôi trơn, bơm nước làm mát v.v… Các chuyển động chính, ăn dao chuyển động quay chuyển động tịnh tiến dao phôi Hình 5-2 biểu diễn dạng gia công điển hình thực MGCKL * Gia công máy tiện (hình 5-2a): n - Tốc độ quay chi tiết (chuyển động chính); -2- v - Vận tốc xê dịch dao cắt vào chi tiết (chuyển động ăn dao) * Gia công máy khoan (hình 5-2b): n- Tốc độ quay mũi khoan (chuyển động chính); v- Chuyển động tịnh tiến mũi khoan vào chi tiết (chuyển động ăn dao) * Gia công máy phay (hình 5-2c) n- Tốc độ quay dao phay (chuyển động chính); v- Chuyển động tịnh tiến phôi (chuyển động ăn dao) * Gia công máy mài tròn (hình 5-2d) n- Tốc độ quay đá mài (chuyển động chính); v- Chuyển động tịnh tiến đá mài vào chi tiết (chuyển động ăn dao) * Gia công máy bào giường (hình 5-2e): vt, vn- Chuyển động qua lại bàn (chuyển động chính), Chuyển động di chuyển dao theo chiều ngang bàn (chuyển động ăn dao) c) Các thiết bị điện chuyên dùng dùng máy gia công kim loại 1- Nam châm điện F δ 12345- Mạch từ; Cuộn dây nam châm; Thanh dẫn hướng; Phần ứng lõi nam châm; Vòng ngắn mạch Hình 5-3 Nam châm điện a) Cấu tạo; b) Đặc tính Thường dùng để điều khiển van thuỷ lực, van khí nén, điều khiển đóng cắt ly hợp ma sát, ly hợp điện từ dùng để hãm động điện Nam châm điện dùng máy gia công kim loại nam châm điện xoay chiều có lực hút từ 10N đến 80N với hành trình phần ứng (lõi nam châm) từ đến 15mm Hình 5-3 trình bày cấu tạo đặc tính nam châm điện Nguyên lý làm việc nam châm điện sau: cấp nguồn cho cuộn dây (hình 5-3a) xuất từ thông khép kín theo mạch từ Sự tác dụng tương hỗ từ thông dòng điện cuộn dây sinh lực kéo hút phần ứng vào sâu nam châm điện Thanh dẫn hướng có chức giảm hệ số ma sát phần ứng mạch từ, đảm bảo cho phần ứng không bị hút lệch Đặc tính quan trọng nam châm điện đặc tính (đặc tính lực kéo) Nó biểu diễn phụ thuộc lực kéo sinh nam châm điện hành trình phần ứng F = f(δ) Đặc tính biểu diễn hình 5-3b 2- Bàn từ: Dùng để cặp chi tiết gian công máy mài mặt phẳng (hình 5-4) -3- Cấu tạo bàn từ gồm: hộp sắt non với N S S N S S N cực lõi 2, cuộn dây 3, àn từ có lót mỏng vật liệu không nhiễm từ Khi cấp nguồn chiều cho cuộn dây, bàn trở thành cam châm với nhiều cặp cực: Hình 5-4 Cấu tạo bàn từ cực bắc N cực nam S Bàn từ cấp nguồn chiều (trị số điện áp 24, 48, 110 220V với công suất từ 100 ÷ 3000W) từ chỉnh lưu dùng diode bán dẫn Sau gia công xong, muốn lấy chi tiết khỏi bàn phải khử từ dư bàn từ, thực cách đảo cực tính nguồn cấp cho bàn từ 3- Khớp ly hợp điện từ: Dùng để điều chỉnh tốc độ quay, điều khiển động truyền động: khởi động, đảo chiều, điều chỉnh tốc độ hãm Khớp ly hợp điện từ khâu trung gian nối động truyền động với máy công tác cho phép thay đổi tốc độ máy công tác tốc độ động không đổi, thường dùng hệ truyền động ăn dao máy cắt kim loại Đối với hệ truyền động ăn dao máy cắt gọt kim loại, yêu cầu trì mômen không đổi toàn dải điều chỉnh tốc độ Về cấu tạo nguyên lý hoạt động, người ta phân biệt hai loại khớp ly hợp điện từ: khớp ly hợp điện từ ma sát khớp ly hợp điện từ trượt * Khớp ly hợp điện từ ma sát Cấu tạo biểu diễn hình 5-5 gồm: Thân khớp ly hợp 3, cuộn dây 4, đĩa ma sát 9, đĩa ép 10 giá kẹp 11 Tất phần tử kể gá lắp bạc lót làm từ vật liệu không nhiễm từ bạc lót lắp trục vào (trục gắn với trục động truyền động) Nguồn cấp cho cuộn dây ly hợp cấp sau: cực âm nguồn nối với thân ly hợp 3, cực dương nguồn cấp qua chổi than vành trượt tiếp điện 6, vành cách điện cực dương nguồn thân ly hợp Nguyên lý làm việc khớp ly hợp ma sát sau: Khi cuộn dây cấp nguồn, tạo từ trường khép kín qua đĩa ma sát Từ trường tạo lực hút kéo đĩa ma sát thân ly hợp Các đĩa ma sát ăn khớp Đĩa ma sát nối với trục (trục động truyền động), đĩa Hình 5-5 Khớp ly hợp điện từ ma sát ma sát nối với trục 12 (trục máy công tác) * Khớp ly hợp điện từ trượt -4- Cấu tạo biểu diễn hình 5-6 Hình 5-6 Khớp ly hợp điện từ trượt Cấu tạo gồm hai phần chính: Phần ứng gắn với trục động truyền động (trục chủ động) phần cảm cuộn dây kích thích nối với trục máy công tác (trục thụ động) Nguồn cấp cho cuộn dây kích thích nguồn chiều tiếp điện chổi than vành trượt lắp trục Nguyên lý làm việc khớp ly hợp điện từ trượt sau: Khi cho động truyền động quay cấp nguồn cho cuộn kích thích, phần ứng xuất sức điện động cảm ứng, sức điện động sinh dòng điện xoáy (dòng Fucô) Sự tác dụng tương hỗ dòng điện phần ứng từ thông phần cảm sinh mômen điện từ làm cho phần cảm quay theo chiều với phần ứng Hệ số trượt khớp ly hợp phụ thuộc vào trị số dòng điện cuộn kích thích mômen phụ tải Bởi vậy, với mômen tải không đổi, ta thay đổi dòng điện cuộn dây kích thích thay đổi tốc độ máy công tác 5.1.2 Chọn hệ truyền động tính chọn công suất động truyền động máy gia công kim loại a) Các hệ truyền động thường dùng máy gia công kim loại Đối với chuyển động máy tiện, khoan, doa, máy phay… với tần số đóng cắt điện không lớn, phạm vi điều chỉnh tốc độ không rộng thường dùng hệ truyền động với động không đồng rôto lồng sóc Điều chỉnh tốc độ máy thực phương pháp khí dùng hộp tốc độ Đối với số máy khác như: máy tiện Rơvonve, máy doa ngang, máy sọc răng… yêu cầu phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng hơn, hệ truyền động trục dùng hệ truyền động với động không đồng hai ba cấp tốc độ Quá trình thay đổi tốc độ thực cách thay đổi sơ đồ đấu dây quấn stato động để thay đổi số đôi cực với công suất trì không đổi Đối với số máy như: máy bào giường, máy mài tròn, máy doa toạ độ hệ truyền động ăn dao số máy yêu cầu: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, đảo chiều quay liên tục tần số đóng cắt điện lớn thường dùng hệ truyền động chiều (hệ máy phát - động điện chiều F - Đ, hệ máy điện khuếch đại - động điện chiều MĐKĐ - Đ, hệ khuếch đại từ động điện chiều KĐT - Đ biến đổi thyristo - động điện chiều T-Đ) hệ truyền động xoay chiều dùng biến tần -5- b) Các tham số đặc trưng cho chế độ cắt gọt máy gia công kim loại Các tham số đặc trưng cho chế độ cắt phụ thuộc vào yếu tố điều kiện gia công như: chiều sâu cắt t, lượng ăn dao s (hình 5-2), bề rộng phôi b, độ bền dao cắt T, vật liệu chi tiết, hình dáng vật liệu dao, điều kiện làm mát…Các tham số xác định theo công thức kinh nghiệm ứng với nhóm máy Tuy nhiên, công thức có dạng gần giống nên ta lấy gia công máy tiện làm ví dụ điển hình 1- Tốc độ cắt: Tốc độ chuyển động dài tương đối chi tiết so với dao cắt điểm tiếp xúc chi tiết dao Tốc độ cắt phụ thuộc vật liệu gia công, vật liệu dao, kích thước dao, dạng gia công, điều kiện làm mát v.v… Nó xác định theo công thức kinh nghiệm sau: V= Cv , m/ph T m t xv s yv (5-1) t – Chiều sâu cắt, mm; s – Lượng ăn dao, độ dịch chuyển dao cắt chi tiết quay vòng, mm/vg; T – Độ bền dao cắt, thời gian làm việc dao cắt hai lần mài kế tiếp, ph; Cv, xv, yv, m – Hệ số số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia công, vật liệu làm dao cắt phương pháp gia công 2- Lực cắt Trong  trình gia công, điểm tiếp xúc chi tiết gia công dao cắt có lực tác dụng F , lực phân thành ba thành phần (hình 5-7):     F = + + F F F y z z, N (5-2)  - Fz - Lực tiếp tuyến (lực cắt) - Lực mà trục (chuyển động chính) phải khắc phục; - Lực hướng kính   Fy - Tạo áp lực lên bàn dao (ăn dao); - Lực dọc trục Fx - Lực ăn dao mà cấu ăn dao cần phải khắc phục; Để tính lực cắt ta dùng công thức kinh nghiệm sau: Fz = 9,81CF t xF s yF V zn , N (5-3) CF, x F , y F , n - Hệ số số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết, vật liệu dao phương pháp gia công Các lực Fy, Fx xác định theo công thức tương tự (5-3), tính toán sơ lấy theo tỷ lệ sau: Fz : Fy : Fx = : 0.4 : 0,25 3- Công suất cắt Công suất cắt (công suất yêu cầu cấu truyền động chính) xác định theo công thức: Pz = Fz v , kW 60.1000 (5-4) Fz – Lực cắt; V – Tốc độ cắt 4- Thời gian máy Là thời gian dùng để gia công chi tiết hay gọi thời gian công nghệ, thời gian thời gian hữu ích Để tính toán thời gian máy ta vào tham số đặc trưng cho chế độ cắt gọt gọi phương pháp gia công máy Ví dụ: Đối với máy tiện -6- L n.s tm = (5-5) L – Chiều dài hành trình làm việc, mm; n – Tốc độ quay chi tiết (tốc độ quay mâm cặp), vg/ph; s – Lượng ăn dao, mm/vg Nếu thay giá trị n: n= 60.1000v πd (5-6) πdL 60.1000vs (5-7) d- Đường kính chi tiết gia công, mm vào công thức (5-5) ta có: tm = Nhìn vào công thức (5-7) ta thấy: Muốn tăng xuất máy (giảm thời gian công nghệ tm) phải tăng tốc độ cắt v lượng ăn dao s c) Phụ tải động truyền động cấu điển hình máy gia công kim loại 1- Cơ cấu truyền động Trong truyền động máy gia công kim loại, lực cắt hữu ích, phụ thuộc vào chế độ cắt (t, s, v) vật liệu chi tiết gia công vật liệu làm dao - Đối với chuyển động chuyển động quay máy tiện, phay, khoan, doa máy mài, mômen trục máy xác định theo công thức: Mz = Fz d , Nm (5-8) M z Fz d = i 2i (5-9) Fz – Lực cắt; d – Đường kính chi tiết gia công, m Mô men hữu ích trục động cơ: Mhi = i – Tỷ số truyền từ trục động đến trục máy - Đối với chuyển động chuyển động tịnh tiến máy bào giường số máy khác, mô men hữu ích trục động là: Mhi = Fz.ρ (5-10) ρ – Bán kính quy đổi lực cắt trục động xác định theo công thức sau: ρ= v 60ω (5-11) M hi η (5-12) v – Tốc độ di chuyển tịnh tiến; ω – Tốc độ quay động truyền động Mô men cản tĩnh trục động xác định theo biểu thức: Mc = η – Hiệu suất truyền động từ trục động đến trục Ở máy có mâm cặp đặt theo phương nằm ngang chuyển động bàn máy tiện đứng, máy bào giường… xuất thêm lực ma sát phụ gờ trượt mâm cặp bàn 2- Chuyển động ăn dao -7- Trong hệ truyền động ăn dao, động thực di chuyển bàn dao dịch chuyển chi tiết để thực trình cắt gọt Hệ truyền động ăn dao thực nhiều phương án khác Phương án điển hình cấu ăn dao kiểu trục vít – êcu Sơ đồ động học cấu ăn dao biểu diễn hình 5-7 Lực ăn dao bàn dao bàn cặp chi tiết khởi hành tính theo biểu thức sau: Fado = (Gb + Gct)f0 + µS (5-13) Lực ăn dao cắt gọt: Fad = (Gb + Gct)f + µS (5-14) Trong đó: Gb – Trọng lượng bàn, N; Gct – Trọng lượng chi tiết, N; f0, f – Hệ số ma sát bàn dao trượt gờ trượt, f = 0.2 ÷ 0,3 khởi hành bàn dao; f = 0,08 ÷ 0,1 cắt gọt; μ – Áp xuất dính, thường lấy 0,5N/cm 2; S – Diện tích bề mặt tiếp xúc gờ trượt bàn dao, cm Mô men trục vít vô tận tính theo biểu thức sau: Fad d tb tg (α + ρ ) , Nm Fad d tb tg (α + ρ ) Mtv = , Nm Mtv0 = (5-15) (5-16) α - góc nghiêng ren vít vô tận; ρ = arctg(f) - góc ma sát trục vít vô tận; dtb – Đường kính trung bình trục vít vô tận, m Hình 5-7 Sơ đồ động học cấu ăn dao Đông điện; Hộp tốc độ; Trục vít vô tận; Êcu; Bàn dao; Gờ trượt d) Tính chọn công suất động truyền động cấu máy gia công kim loại 1- Những vấn đề chung Việc chọn công suất động truyền động quan trọng Nếu chọn công suất động lớn trị số cần thiết vốn đầu tư tăng, động thường xuyên làm việc non tải, làm cho hiệu suất hệ số công suất thấp Nếu chọn công suất động nhỏ trị số yêu cầu máy không đảm bảo suất cần thiết, động thường phải chạy tải, làm giảm tuổi thọ động cơ, tăng phí tổn vận hành sửa chữa nhiều -8- 2- Các số liệu ban đầu Để tính chọn công suất động cơ, cần phải có số liệu ban đầu sau: * Các thông số chế độ làm việc máy bao gồm: - Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt là: tốc độ cắt, lực cắt thông số chế độ cắt gọt chiều sâu cắt, lượng ăn dao, vật liệu gia công , vật liệu dao v.v…, trọng lượng chi tiết gia công, thời gian làm việc, thời gian nghỉ - Khối lượng chi tiết gia công - Thời gian làm việc thời gian nghỉ * Kết cấu khí máy bao gồm: - Sơ đồ động học cấu - Khối lượng phận chuyển động 3- Các bước chọn công suất động Quá trình chọn công suất động chia làm bước sau: * Bước 1: Chọn sơ công suất động truyền động theo trình tự sau: - Xác định công suất momen tác dụng trục làm việc hộp tốc độ (P z Mz) Nếu chu kỳ, phụ tải truyền động thay đổi phải xác định P z (hoặc Mz) cho tất giai đoạn cho chu kỳ Mỗi loại máy có công thức riêng để xác định Có thể cho trước P z Mz - Xác định công suất trục động điện thành lập đồ thị phụ tải tĩnh Muốn thành lập đồ thị phụ tải cho truyền động chu kỳ, ta phải xác định công suất mômen trục động thời gian làm việc ứng với giai đoạn - Công suất trục động xác định theo biểu thức: Pc = Pz η (5-17) Trong η hiệu suất cấu truyền động ứng với phụ tải P z - Thời gian làm việc giai đoạn xác định tuỳ thuộc điều kiện làm việc cấu truyền động khoảng đường di chuyển phận làm việc, tốc độ làm việc, thời gian làm việc điều khiển máy v.v… Trong có thời gian hữu công (thời gian làm việc thực sự) thời gian vô công (thời gian làm việc không tải, điều khiển máy, chuyển đổi trạng thái làm việc v.v…) Thời gian hữu công xác định theo công thức ứng với loại máy Thời gian vô công lấy theo kinh nghiệm vận hành - Dựa vào đồ thị phụ tải tĩnh xây dựng phần trên, tiến hành tính toán chọn sơ công suất động + Khi chế độ làm việc dài hạn, phụ tải biến đổi, động thường chọn theo đại lượng trung bình đẳng trị + Khi chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, động chọn theo phụ tải làm việc hệ số đóng điện tương đối + Khi chế độ làm việc ngắn hạn, động chọn theo phụ tải làm việc thời gian có tải chu kỳ * Bước 2: Kiểm nghiệm động theo điều kiện cần thiết Tuỳ thuộc vào đặc điểm cấu truyền động mà động chọn kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng, tải mở máy e) Một số ví dụ tính chọn công suất động * Máy tiện Công suất động truyền động máy tiện tính theo biểu thức sau: P= F z q.v , kW 60.102η (5-18) Fz – Lực cản cắt tiện; kG/mm2 -9- q – Tiết diện phôi, mm2; v – Tốc độ cắt m/ph; η – Hiệu suất máy * Máy bào Công suất động truyền động máy bào: P= F z q.v , kW 1000η (5-19) Fz – Lực cản bào; N/m2 q – Tiết diện phôi, mm2; v – Tốc độ cắt m/s; η – Hiệu suất máy (khi làm việc đầy tải thường lấy 0,65 ÷ 0,7 Fz phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia công Fz = (294 ÷ 1180).10 N/m2 với vật liệu thép; Fz = (1184 ÷ 236).10 N/m2 với vật liệu gang; Fz = (147 ÷ 197).10 N/m2 với vật liệu đồng 5.1.3 Điều chỉnh tốc độ máy gia công kim loại a) Những vấn đề chung Để nhận chế độ cắt khác đảm bảo trình công nghệ tối ưu, cần phải điều chỉnh tốc độ truyền động ăn dao Điều chỉnh tốc độ máy thực ba phương pháp: cơ, điện – điện - Điều chỉnh tốc độ phương pháp túy phương pháp điều chỉnh tốc độ có cấp với thay đổi tỉ số truyền hộp tốc độ Điều thực tay từ xa: k hớp ly hợp điện từ, thuỷ lực khí nén Trong trường hợp động sử dụng động không đồng roto lồng sóc - Điều chỉnh tốc độ phương pháp điện - phương pháp điều chỉnh có cấp cách thay đổi tốc độ động thay đổi tỉ số truyền hộp tốc độ Động điện dùng phương pháp động không đồng hai hặc ba cấp tốc độ động chiều - Điều chỉnh tốc độ phương pháp điện túy thay đổi tốc độ máy thay đổi tốc độ động điện Động điện dùng trường hợp động điện chiều động điện KĐB làm việc kết hợp với biến đổi Động điện chiều cho phép điều chỉnh tốc độ đơn giản, trơn so với động điện xoay chiều, giảm nhẹ kết cấu khí máy Phương pháp có ưu điểm so với hai phương pháp trên: Điều chỉnh tốc độ đơn giản, độ trơn lớn hơn, kết cấu khí máy đơn giản sơ đồ điều khiển phức tạp b) Các tiêu điều chỉnh tốc độ Khi giải vấn đề điều chỉnh tốc độ truyền động ăn dao MGCKL cần phải quan tâm đến tiêu sau: 1- Phạm vi điều chỉnh tốc độ * Đối với chuyển động quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ xác định tỷ số tốc độ quay lớn nhỏ nhất: Dω = ω max nmax hay Dn = ω nmin ωmax, ωmin – Tốc độ góc lớn nhỏ nhất, rad/s; nmax, nmin – Tốc độ quay lớn nhỏ nhất, vg/ph * Đối với chuyển động tịnh tiến, phạm vi điều chỉnh tốc độ: - 10 - (5-20) Dv = vmax vmin (5-21) vmax, vmin – Tốc độ dài lớn nhỏ nhất, m/s * Đối với chuyển động ăn dao: Phạm vi điều chỉnh tốc độ tỷ số lượng ăn dao lớn lượng ăn dao bé nhất: Ds = smax smin (5-22) Giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ với truyền động truyền động ăn dao máy khác Khi chuyển động máy chuyển động quay phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu cao so với máy chuyển động chuyển động tịnh tiến Vì máy có chuyển động chuyển động quay, trình gia công, hai thông số tốc độ cắt đường kính chi tiết gia công thay đổi, máy có chuyển động chuyển động tịnh tiến, trình gia công có tốc độ cắt thay đổi 2- Độ trơn điều chỉnh tốc độ Độ trơn điều chỉnh tốc độ đánh giá tỷ số hai giá trị tốc độ liền kề nhau: φ= ωi +1 ωi (5-23) φ có tên cấp điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ phương pháp mục a nói phương pháp điều chỉnh có cấp (φ > 1) điều chỉnh theo phương pháp thứ phương pháp điều chỉnh vô cấp (φ = 1) 5.1.4 Điều khiển chương trình số máy gia công kim loại a) Khái niệm điều khiển chương trình số 1- Khái niệm định nghĩa Khi gia công máy cắt kim loại thông thường, bước gia công chi tiết người thợ thực tay như: điều chỉnh số vòng quay, lượng ăn dao, kiểm tra vị trí dụng cụ cắt để đạt kích thước cần gia công vẽ v.v… Ngược lại, máy cắt gọt điều khiển theo chương trình số, trình gia công thực cách tự động theo chương trình thiết kế trước Chương trình thiết kế nhiều phương pháp khác Ví dụ máy chép hình dùng để gia công chi tiết có bề mặt không gian phức tạp (cánh tua bin, khuôn dập có cấu hình phức tạp), chương trình cho trước thiết kế dạng vật mẫu Quá trình gia công máy chép hình thực chất trình chép nguyên mẫu theo vật mẫu Tuy nhiên, tính linh hoạt máy không cao Muốn thay đổi loại chi tiết để gia công, phải thay đổi hình dáng, vị trí, số lượng qui luật chuyển động phận cam, vật mẫu, vị trí công tắc hành trình …Như việc chỉnh máy phức tạp, chế tạo vật mẫu nhiều thời gian Để khắc phục khuyết điểm máy chép hình, máy điều khiển theo chương trình số, chương trình đưa vào thiết bị điều khiển số dùng băng đục lỗ băng từ Các băng thực chức mang chương trình gia công dạng chuỗi lệnh điều khiển Hệ thống điều khiển số có khả thực lệnh kiểm tra chúng hệ thống đo, dịch chuyển bàn trượt máy Như vây, điều khiển số (Numerical Control - NC) hình thức đặc biệt tự động hoá mà cụ thể máy gia công kim loại tự động lập trình để thực loạt hoạt động chế độ xác định trước nhằm tạo chi tiết có kích - 11 - thước, hình dáng thông số công nghệ dự đoán trước Các máy cắt gọt kim loại điều khiển theo chương trình số gọi máy NC máy CNC (Computer Numerical Control) Một máy cắt gọt kim loại NC gồm hai phận chính: Bộ điều khiển máy (The Machine Control Unit - MCU) thân máy cắt gọt kim loại Bộ MCU gồm hai thành phần: xử lý liệu (The Date Proccessing Unit - DPU) điều khiển lặp lại (Control Loops Unit – CLU) DPU có chức xử lý liệu mã hoá, liệu đọc từ mang chương trình phản ánh thông tin về: Vị trí trục, chiều chuyển động, tỷ số tiến dao tín hiệu điều khiển chức phụ tới CLU CLU có chức điều khiển cấu chuyển động máy Sơ đồ khối máy cắt kim loại điều khiển số biểu diễn hình 5-8 Hình 5-8 Sơ đồ khối máy điều khiển chương trình số BV – Bản đồ chi tiết gia công; GCT- Khối chuẩn bị ghi chương trình; CN - thông số công nghệ; GM - Bộ giải mã; KĐ - Khối khuếch đại; CH - Cơ cấu chấp hành; M - máy cắt gọt kim loại; CB - cảm biến tín hiệu phản hồi Bộ ghi chương trình gồm hai khâu chính: Khâu chuẩn bị chương trình khâu ghi chương trình chuẩn bị vào mang chương trình Để thiết lập chương trình, liệu cần có là: - Bản vẽ chi tiết gia công Thông số công nghệ chi tiết gia công gồm: kích thước, vật liệu, độ xác gia công - Các loại dao cắt yêu cầu - Các loại đồ gá - Các thông số cắt gọt: chiều sâu cắt t, lượng ăn dao s, tốc độ cắt v 2- Hệ thống điều khiển * Hệ điều khiển NC Các hệ thống NC đời cần thiết chế tạo chi tiết máy bay với số lượng không nhiều Trong hệ thống NC, thông số hình học chi tiết lệnh điều khiển máy đưa dãy số Hình 5-9 trình bày sơ đồ khối điều khiển hệ thống điều khiển NC - 12 - Hình 5-9 Sơ đồ khối điều khiển chức hệ thống điều khiển NC Sơ đồ khối chức hệ thống điều khiển NC gồm có phận sau: + Nạp liệu vào hệ thống gồm bàn phím băng đục lỗ (hoặc băng từ) Toàn dẫn gia công in vào băng đục lỗ (hoặc băng từ) dạng câu lệnh chương trình + Hệ thống điều khiển thực chức xử lý liệu đưa liệu + Bộ thích nghi mắt xích nối máy NC vào hệ thống điều khiển * Hệ thống điều khiển CNC Hệ thống điều khiển NC có nhược điểm linh hoạt Muốn thay đổi chương trình phải làm lại băng đục lỗ thay băng từ khác Hiện để khắc phục nhược điểm trên, người ta dùng hệ thống điều khiển CNC, sơ đồ khối chức biểu diễn hình 5-10 + Nạp liệu vào hệ thống Trong hệ thống điều khiển CNC chương trình gia công đưa vào hệ thống điều khiển thông qua bảng điều khiển có hình + Hệ thống điều khiển CNC Chương trình gia công đưa vào gọi lúc từ nhớ chương trình Thay đổi, sửa chữa chương trình thực máy Các câu lệnh bổ sung, thay - 13 - Hình 5-10 Sơ đồ khối chức hệ thống điều khiển CNC + Bộ thích nghi Bộ thích nghi hệ điều khiển NC thông thường chuyển đổi liên động Trong hệ điều khiển CNC, chuyển đổi liên động thay điều khiển chương trình lưu giữ, điều khiển nối với máy tính b) Các dạng điều khiển Trên máy gia công kim loại điều khiển theo chương trình số, quãng đường dao cắt chi tiết cho trước cách xác thông qua dẫn điều khiển chương trình NC Tuỳ theo dạng chuyển động điểm đầu điểm cuối quãng đường , người ta chia làm ba dạng điều khiển: 1- Điều khiển theo điểm Điều khiển theo điểm ứng dụng gia công theo toạ độ xác định đơn giản (như máy khoan – doa) Dao cắt thực chạy nhanh đến điểm lập trình, hành trình dao không cắt gọt vào kim loại, chi dao đến toạ độ, trình cắt gọt thực theo lượng ăn dao lập trình (hình 5-11) - 14 - Hình 5-11 Điều khiển theo điểm Hình 5-12 Điều khiển theo đường 2- Điều khiển theo đường Điều khiên theo đường tạo đường chạy song song với trục máy Trong dao chạy đồng thời thực cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công (hình 5-12) 3- Điều khiển theo đường viền Hình 5-13 Điều khiển theo đường viền Bằng điều khiển theo đường viền (hình 5-13), phương pháp điều khiển tạo đường viền đường thẳng tuỳ ý mặt phẳng không gian Điều đạt nhờ chuyển động đồng thời bàn trượt theo hai nhiều chiều trục chuyển động có quan hệ hàm số (hình 5-13) Có loại: * Điều khiển đường viền 2D Cho phép thực đường viền dao cắt mặt phẳng gia công X-Y * Điều khiển đường viền 1/2D Cho phép thực đường viền dao cắt mặt phẳng gia công X-Y sang mặt phẳng Y-Z * Điều khiển đường viền 3D Bằng điều khiển đường viền 3D, cho phép ta thực chuyển động dao cắt không gian ba kích thước X-Y-Z c) Lập trình gia công máy NC CNC 1- Các định nghĩa * Một chương trình tạo nên chuỗi lệnh khiến cho máy tính hay máy NC tiến hành công việc gia công xác định Đối với máy NC, công việc - 15 - chế tạo chi tiết cụ thể chuyển động tương đối dao cắt chi tiết * Quá trình thiết lập chuỗi lệnh cho dao cắt từ vẽ chi tiết gia công, với phát triển lệnh chương trình cụ thể sau chuyển tất thông tin sang phận mang liệu mã hoá đặc biệt cho hệ thống NC đọc cách tự động gọi lập trình 2- Nội dung chương trình NC Nội dung chương trình cấu thành từ số khối mô tả trình hoạt động máy bước câu lệnh Trong khối bao gồm lệnh khác nhau, có kiểu lệnh sau: - Các lệnh hình học điều khiển chuyển động tương đối dao cắt phôi ABC… XYZ - Các lệnh công nghệ qui định tỷ số bước tiến (F), số vòng quay trục (S) loại dao cắt (T) - Các lệnh chuyển dịch lựa chọn dao cắt (T), lệnh phụ khác (M) v.v… Hệ thống địa thường chữ qui định giá trị số sau lưu giữ lại Mỗi địa xuất khối 3- Các bước lập chương trình Quá trình lập chương trình thực theo bước sau: * Chuẩn bị liệu (thông tin công nghệ) Để lập chương trình cần có liệu công nghệ như: kích thước vật liệu chi tiết gia công, độ xác gia công, dao cắt, đồ góc, thông số đặc trưng cho chế tạo cắt gọt * Mô tả toán học: Vẽ lại vẽ chi tiết gia công, ghi đầy đủ kích thước, đặc điểm công nghệ, đặc điểm điều khiển theo nguyên công * Mã hoá liệu: Các số liệu chế độ gia công biến đổi thành dạng mã hoá theo tiêu chuẩn Để tiến hành mã hoá liệu theo chương trình, cần nắm bắt khái niệm sau: + Tạo khuôn: thiết lập lệnh điều hành thuộc phần cứng thông tin điều hành mã hoá Số lượng số cần dùng phụ thuộc vào kiểu hệ thống điều khiển số + Hệ thống địa chỉ: ký tự cho phép thống với chức đảm bảo hệ thống điều khiển số Địa ghi chữ tiêu chuẩn bảng 5.1 Bảng 5.1 Bảng chữ tiêu chuẩn ghi hệ thống địa Ký hiệu A B C D E F G H I J Ý nghĩa Chuyển động xoay xung quanh trục X Chuyển động xoay xung quanh trục Y Chuyển động xoay xung quanh trục Z Bộ nhớ hiệu chỉnh dụng cụ cắt Lượng chạy dao thứ hai Lượng chạy dao Điều kiện chuyển động Có thể sử dụng tự Thông số nội suy song song với trục X Thông số nội suy song song với trục Y - 16 - K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Thông số nội suy song song với trục Z Có thể sử dụng tự Chức phụ Số thứ tự câu lệnh Có thể sử dụng tự Chuyển động thứ ba song song với trục X Chuyển động thứ ba song song với trục Y Chuyển động nhanh theo trục Z chuyển động thứ ba song song với trục Z Số vòng quay trục Dụng cụ cắt Chuyển động thứ hai song song với trục X Chuyển động thứ hai song song với trục Y Chuyển động thứ hai song song với trục Z Chuyển động theo hướng trục X Chuyển động theo hướng trục Y Chuyển động theo hướng trục Z 5.2 TRANG BỊ ĐIỆN VÀ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN MỘT SỐ MÁY GIA CÔNG KIM LOẠI ĐIỂN HÌNH 5.2.1 Máy tiện a) Những vấn đề chung Tiện phương pháp gia công kim loại thông dụng Nhóm máy tiện đa dạng, gồm máy tiện đơn giản, máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện đứng…(file Tien TLTK) Trên máy tiện thực nhiều công nghệ tiện khác nhau: Tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiên mặt đầu, tiện côn, tiện định hình Trên máy tiện thực doa, khoan tiện ren dao cắt, dao doa, tarô ren…Kích thước gia công máy tiện từ cỡ vài mili mét đến hàng chục mét (trên máy tiện đứng) Hình dạng bên máy tiện 1K62 hình 5-14 Trên thân máy đặt ụ trước 2, có trục quay chi tiết Trên gờ trượt đặt bàn dao ụ sau Bàn dao thực di chuyển dao cắt dọc ngang so với chi tiết Ở ụ sau đặt mũi chống tâm dùng để giữ chặt chi tiết dài trình gia công, để gá mũi khoan, mũi doa khoan, doa chi tiết - 17 - ... thay đổi tốc độ động điện Động điện dùng trường hợp động điện chiều động điện KĐB làm việc kết hợp với biến đổi Động điện chiều cho phép điều chỉnh tốc độ đơn giản, trơn so với động điện xoay chiều,... động điện chiều F - Đ, hệ máy điện khuếch đại - động điện chiều MĐKĐ - Đ, hệ khuếch đại từ động điện chiều KĐT - Đ biến đổi thyristo - động điện chiều T-Đ) hệ truyền động xoay chiều dùng biến tần... hệ truyền động ăn dao số máy yêu cầu: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, đảo chiều quay liên tục tần số đóng cắt điện lớn thường dùng hệ truyền động chiều (hệ máy phát - động điện chiều F - Đ, hệ