Luận văn Khoa Học ĐỘC QUYỀN: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt theo nguyên lý cơ hóa

Dịch vụ thành lập Thay đổi Giấy phép kinh doanh cty Việt Nam cty vốn FDI Tuyển Cộng tác viên (CK 15% gói Dịch vụ) 0899315716 HƯỚNG DẪN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG1.Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Trường là cơ sở để hội đồng đánh giá kết quả nghiên cứu của đề tài. Báo cáo phải phản ánh đầy đủ nội dung, kết quả thực hiện đề tài. Báo cáo phải đóng thành quyển.2.Hình thứcTrình bày theo khổ giấy A4 (210x297mm), không quá 80 trang (không tính mục lục, tài liệu tham khảo và phụ lục), font chữ Times New Roman, cỡ chữ 13, giãn dòng 1,3 1,5.3.Cấu trúc của báo cáo tổng kết đề tài1.Trang bìa, trang bìa phụ (theo mẫu)2.Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối hợp chính3.Mục lục4.Danh mục bảng biểu, danh mục các chữ viết tắt (nếu có)5.Thông tin kết quả nghiên cứu (theo mẫu)6.Mở đầu: Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước; tính cấp thiết; mục tiêu; cách tiếp cận; phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, nội dung nghiên cứu7.Các Chương 1, 2, 3,..: Các kết quả nghiên cứu đạt được8.Kết luận và kiến nghị9.Tài liệu tham khảo (tên tác giả được xếp theo thứ tự abc)10.Phụ lục (nếu có)11.Bản sao Thuyết minh đề tài đã được phê duyệt THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨUĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG(dùng cho Báo cáo tổng kết đề tài)1.Thông tin chung: Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt theo nguyên lý cơ hóaMã số: Chủ nhiệm đề tài: Điện thoại: Email: Đơn vị quản lý về chuyên môn (Khoa, Tổ bộ môn): Cơ KhíThời gian thực hiện: 12 tháng2.Mục tiêu: Thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt3.Nội dung chính:Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch hạt mài đến độ bóng bề mặt chi tiết gia côngXây dựng bản vẽ thiết kếChế tạo máy mài bóng bề mặtGia công thực nghiệm trên máy mài.4.Kết quả chính đạt được (khoa học, đào tạo, kinh tếxã hội, ứng dụng, ...)Giáo dục và đào tạo:+ Mở ra một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực gia công mài bóng bề mặt trong sản xuất nói chung và Đại học Công Nghiệp TP.HCM nói riêng.+ Đào tạo sinh viên chuyên ngành theo hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài và mở ra một hướng nghiên cứu mới cho sinh viên trong lĩnh vực gia công siêu chính xác.+ Sản phẩm thiết bị được đưa vào phục vụ nghiên cứu và giảng dạy cho sinh viên.Địa chỉ ứng dụng kết quả nghiên cứu:+Phòng thí nghiệm gia công siêu chính xác ở trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học và triển khai sản xuất.+ Các công ty, xưởng cơ khí yêu cầu gia công mài bóng siêu chính xác bề mặt chi tiết. TÓM TẮTNgày nay, các lĩnh vực điện tử, vật liệu bán dẫn, cơ khí chính xác, thiết bị quang học và thiên văn học đã và đang phát triển rất nhanh chóng. Các lĩnh vực này đã tạo nên nhu cầu rất lớn cho ngành gia công mài bóng bề mặt. Bề mặt các chi tiết trong các lĩnh vực này yêu cầu cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác hình dáng. Thêm vào đó, chi phí của quá trình gia công này vẫn còn khá cao và tương đối phức tạp.Trong điều kiện kinh tế và kỹ thuật của Việt Nam, việc trang bị các thiết bị gia công mài bóng bề mặt từ nước ngoài sẽ rất tốn kém và hạn chế về nghiên cứu. Do vậy, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt là rất cần thiết và mang lại hiệu quả kinh tế.Kết quả nghiên cứu này cung cấp một công nghệ gia công mài bóng bề mặt chi tiết, và có thể ứng dụng trực tiếp vào công tác giảng dạy, nghiên cứu, học tập của sinh viên và trong sản xuất. Dựa trên thiết bị này sẽ mở ra hướng nghiên cứu gia công ứng dụng cho các sản phẩm công nghệ cao. Đồng thời tạo ra thiết bị để phục vụ nghiên cứu và giảng dạy trong lĩnh vực gia công siêu chính xác. ABSTRACTToday, the field of electronics, semiconductor materials, precision engineering, optical devices, and astronomers have been developing very rapidly. The fields have created a huge demand for industrial polishing surface. The finishing surface in this field requires high quality surface and high precision shape. In addition, the cost of machining process is still so high and complexible.In terms of economic and technical of Vietnam, the polishing machine which is import from abroad can be very expensive and limited research. Therefore, the study design and manufacturing polishing machine is very necessary and effective economy.The results of this study provide a polishing technology to machining surface of workpieces, and can be applied directly to teaching, researching, learning and production. Based on this equipment will open up the research about applied machining for high – technical products. At the same time to create the equipment for researching and teaching in the field of ultraprecision machining. MỤC LỤC CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU11.1Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước11.1.1Tình hình nghiên cứu trong nước11.1.2Tình hình nghiên cứu ngoài nước11.2Tính cấp thiết của đề tài21.3.Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu21.4.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu21.5.Phương pháp nghiên cứu3CHƯƠNG II: ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH MÀI42.1.Nguyên lý của quá trình mài42.2.Ảnh hưởng của hạt mài đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công52.2.1.Các loại hạt mài52.2.1.1.Silicon carbide (SiC)52.2.1.2.Nhôm ôxít (Al2O3)62.2.1.3.Boron carbide (B4C)72.2.1.4.Kim cương (C)82.2.2.Ảnh hưởng của các loại hạt mài đến chất lượng bề mặt gia công9CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY MÀI BÓNG BỀ MẶT..................................................................................................................................... 113.1Nguyên lý làm việc và yêu cầu kỹ thuật của máy113.1.1Nguyên lý làm việc của máy113.1.2Yêu cầu kỹ thuật của máy113.1.3Phương án thiết kế của máy123.2Tính toán thiết kế máy mài123.2.1Tính toán chọn động cơ123.2.2Thiết kế trục chính của máy mài17CHƯƠNG IV: THẾT KẾ CỤM ĐIỀU KHIỂN284.1.Các bộ phận của hệ thống điều khiển máy mài284.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận284.2.1.FX1N – PLC284.2.2.Biến tần (A024)324.2.2.1Các loại biến tần cơ bản324.2.2.2Biến tần MITSUBISHI A02433CHƯƠNG V: LẮP RÁP, VẬN HÀNH VÀ GIA CÔNG THỬ NGHIỆM395.1. Bản vẽ tháo lắp máy395.2Thao tác tháo lắp máy395.2.1Lắp máy395.2.2Tháo máy405.3Thông số kỹ thuật của máy và so sánh với một số máy trên thị trường415.3.1Thông số kỹ thuật của máy415.3.2So sánh máy mài Politech – 01 với một số máy trên thị trường425.3.2.1Máy mài Kemet 15 ( xuất xứ: Anh)425.3.2.2Máy mài HBPM802 ( xuất xứ: Trung Quốc)435.4Gia công thử nghiệm445.4.1Máy và dụng cụ đo445.4.2Dung dịch hạt mài455.4.3Chi tiết gia công455.4.4Thông số của quá trình gia công465.5Kết quả thực nghiệm465.6Kết luận48CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ506.1.Kết luận506.2.Kiến nghị50TÀI LIỆU THAM KHẢO52PHỤ LỤC54 CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU1.1Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước1.1.1Tình hình nghiên cứu trong nướcTrước đây, quá trình gia công tinh bề mặt được chế tạo thông qua phương pháp gia công truyền thống như tiện, phay và kết thúc bằng mài tinh. Quá trình này yêu cầu một lượng thời gian gia công lớn nên năng suất hạn chế. Bên cạnh đó, chất lượng bề mặt sau gia công chỉ ở một giới hạn nhất định là vài micromet.Ngày nay có nhiều nghiên cứu trong nước về lĩnh vực mài bóng bề mặt. Các nghiên cứu này sử dụng kỹ thuật mài bóng bề mặt bằng đá mài và chủ yếu tập trung vào phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ, lực cắt của đá mài đến chất lượng bề mặt gia công. Trong đó, nghiên cứu của Phùng Xuân Sơn tập trung nghiên cứu đến ảnh hưởng của chế độ cắt đến rung động và độ nhám bề mặt của quá trình mài phẳng bằng đá mài 1, nghiên cứu của Nguyễn Tiến Đông thì liên quan đến ảnh hưởng cùa chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài thép C45 bằng đá mài xẻ rãnh 2, nghiên cứu của Ngộ Cường thì chủ yếu về so sánh khả năng cắt gọt theo chỉ tiêu lực cắt của đá mài CBN với đá mài AL2O3 khi mài tinh thép 3. Còn nghiên cứu ứng dụng kết hợp cơ – hoá trong mài bóng bề mặt với độ chính xác cao vẫn chưa được nghiên cứu chuyên sâu.1.1.2Tình hình nghiên cứu ngoài nướcVới sự ra đời và phát triển của các lĩnh vực điện tử, vật liệu bán dẫn, quang học và thiên văn học đã đặt ra yêu cầu các chi tiết sử dụng trong thiết bị này phải đạt độ chính xác cao về hình dáng và chất lượng bề mặt. Đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới về việc nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công 48. Các nghiên cứu này dựa trên các phương pháp gia công như: CCOS (Computer Controlled Optical Surfacing): gia công thấu kính quang học với sự trợ giúp của máy tính; ELID (Electrolytic In Process Dressing), MRF (Magnetorheological Finishing): quá trình gia công được điều khiển bởi điện cực; Laser polishing: mài bằng tia lazer; CMP (Chemical Mechanial Polishing): mài bóng bề mặt dưới tác dụng hoá – cơ học;…Các phương pháp này đòi hỏi độ chính xác cao của thiết bị và điều khiển, do đó chi phí thiết bị tương đối cao.1.2Tính cấp thiết của đề tàiNgày nay, các lĩnh vực điện tử, vật liệu bán dẫn; cơ khí chính xác, thiết bị quang học và thiên văn học đã và đang phát triển rất nhanh chóng. Các lĩnh vực này đã tạo nên nhu cầu rất lớn cho ngành gia công mài bóng bề mặt. Điều này đặt ra cho lĩnh vực gia công mài bóng bề mặt là phải đáp ứng yêu cầu cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác hình dạng của chi tiết sau gia công. Do đó, nhu cầu xã hội là rất lớn nhưng cũng đòi hỏi cao về yêu cầu chất lượng. Tuy nhiên, chi phí gia công vẫn còn khá cao và đòi hỏi quy trình gia công phức tạp.Trong điều kiện kinh tế và kỹ thuật của Việt Nam, việc ứng dụng và trang bị các thiết bị gia công mài bóng bề mặt từ nước ngoài sẽ rất tốn kém và hạn chế về nghiên cứu. Do vậy, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt là rất cần thiết và mang lại hiệu quả kinh tế cao.Chính vì thế, việc định hướng nghiên cứu đề tài này là cấp bách, với kết quả nghiên cứu đã và sẽ đạt được, chắc chắn sẽ tìm ra công nghệ gia công mài bóng bề mặt hợp lý, ứng dụng được trực tiếp vào công tác giảng dạy, nghiên cứu, học tập của sinh viên và trong sản xuất thực tế. Dựa trên thiết bị này, sẽ tạo nền tảng và mở ra hướng nghiên cứu phát triển ứng dụng cho các sản phẩm công nghệ sau này. Đồng thời tạo ra thiết bị để phục vụ nghiên cứu và học tập của sinh viên về lĩnh vực gia công siêu chính xác.1.3.Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứuMục tiêu và nhiệm vụ của đề tài là thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt theo nguyên lý cơ – hóa.1.4.Đối tượng và phạm vi nghiên cứuĐối tượng nghiên cứu của đề tài là thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt dựa trên phân tích ảnh hưởng của các điều kiện gia công đến chất lượng bề mặt chi tiết.Phạm vi nghiên cứu: đề tài thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch hạt mài đến chất lượng bề mặt gia công, trên cơ sở đó xây dựng bản vẽ thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh máy mài bóng bề mặt. 1.5.Phương pháp nghiên cứuNghiên cứu phân tích lý thuyết: dựa trên các nghiên cứu trong và ngoài nước để làm cơ sở lý luận khi tiến hành thực hiện đề tài.Nghiên cứu thực nghiệm: dựa trên máy mài bóng được chế tạo và lắp ráp hoàn thiện sẽ tiến hành gia công thử nghiệm đánh giá chất lượng của máy. CHƯƠNG II: ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH MÀI2.1.Nguyên lý của quá trình màiQuá trình mài bóng bề mặt chi tiết được thực hiện bằng cách kết hợp chuyển động tương quan của đĩa mài, chi tiết và dung dịch hạt mài. Khi đĩa mài quay tròn thì ma sát làm cho chi tiết cũng chuyển động quay tròn theo đĩa mài. Vòng dẫn hướng trên máy mài có nhiệm vụ giữ chi tiết không bị tách rời khỏi đĩa mài do lực ly tâm gây ra. Dung dịch hạt mài được cung cấp vào vùng tiếp xúc giữa đĩa mài và bề mặt chi tiết cần gia công để thực hiện quá trình gia công. Tùy thuộc vào sự thay đổi các thông số của quá trình gia công như tốc độ quay của đĩa mài, tải trọng tác dụng, kích thước và nồng độ dung dịch hạt mài sẽ ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công. Tải trọng Dung dịch hạt mài Vòng dẫn hướng Chi tiết Đĩa mài Hình 2.1: nguyên lý hoạt động của quá trình mài.Trong quá trình mài, dung dịch hạt mài được cung cấp vào bề mặt đĩa mài với lưu lượng điều chỉnh được. Khi đĩa mài quay thì dung dịch hạt mài di chuyển cùng với đĩa mài để tiến hành cắt gọt bề mặt chi tiết. Dung dịch hạt mài bao gồm các hạt mài có hình dáng và lưỡi cắt vô định hình pha trộn với chất lỏng để đạt nồng độ thích hợp. Nồng độ của dung dịch hạt mài và kích thước hạt mài sẽ tác động đến chất lượng bề mặt gia công. Các loại hạt mài có thể sử dụng trong quá trình gia công như ôxít nhôm (Al2O3), ôxít sắt (Fe2O3), boron carbide (B4C), silicon carbide (SiC), ôxít cerium (CeO2), hoặc bột kim cương. Hình 2 mô tả quá trình chuyển động của hạt mài trong gia công chi tiết. Vòng dẫn hướng Chi tiết Dung dịch hạt màiĐĩa mài Hình 2.2 : Quá trình chuyển động của hạt mài trong gia côngNgoài yếu tố dung dịch hạt mài ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công thì tải trọng, loại đĩa mài, tốc độ quay của đĩa mài cũng ảnh hưởng đến chất lượng của bề mặt chi tiết khi gia công.2.2.Ảnh hưởng của hạt mài đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công2.2.1.Các loại hạt màiCó nhiều loại hạt mài được lựa chọn trong quá trình gia công. Lựa chọn hạt mài tùy thuộc vào độ cứng của chi tiết cần gia công, chất lượng bề mặt cần mong muốn, tốc độ cắt khi gia công, tuổi thọ chi tiết và chi phí gia công. Có 4 loại hạt mài cơ bản được sử dụng trong gia công mài thô và đánh bóng bề mặt như: silicon carbide (SiC), nhôm ôxít (Al2O3), boron carbide (B4C) và kim cương (C). Các hạt mài này có đặc tính riêng biệt và được ứng dụng trong gia công các loại vật liệu khác nhau.2.2.1.1.Silicon carbide (SiC)Silicon carbide là hợp chất hóa học giữa carbon và silicon. Ban đầu nó được sản xuất bằng phản ứng điện hóa ở nhiệt độ cao của cát và carbon. Silicon carbide là một loại hạt mài tốt và được sử dụng để chế tạo đá mài hoặc làm các dung dịch hạt mài trong gia công.Silicon carbide tồn tại trong khoảng 250 dạng tinh thể 9. Cấu trúc tinh thể của SiC được đặc trưng bởi nhóm họ của cấu trúc tinh thể tương tự nhau gọi là thù hình tinh thể. Các biến thể của SiC có hợp chất hóa học tương tự nhau và giống nhau ở hai kích thước và khác nhau ở kích thước thứ ba.Alpha carbide silicon (αSiC) là cấu trúc thường gặp nhất; nó được hình thành ở nhiệt độ lớn hơn 1700°C và có cấu trúc tinh thể hình lục giác. Dạng cấu trúc hiệu chỉnh khác của SiC là beta carbide silicon (βSiC), có cấu trúc tinh thể chấm kẽm (tương tự như kim cương), được hình thành ở nhiệt độ dưới 1.700°C 10. Cho đến gần đây, hình thức phiên bản beta tương đối ít sử dụng trong thương mại.Hình 2.3: Silicon carbide (SiC)Silicon carbit nhìn chung có độ cứng tương đối (khoảng 28GPa) và cấu trúc tinh thể dạng khối cho nên thường được sử dụng để mài thô. SiC ít khi được sử dụng để gia công tinh (đánh bóng bề mặt) hoặc gia công tinh các bề mặt yêu cầu độ nhẵn bóng cao.2.2.1.2.Nhôm ôxít (Al2O3)Nhôm ôxít là hợp chất giữa nhôm và oxy với công thức hóa học là Al2O3. Nhôm ôxít có nhiều dạng, thông thường được sử dụng là nhôm (3) ôxít. Nó thường tồn tại ở dạng tinh thể αAl2O3, trong đó bao gồm các khoáng chất corundum, giống như trong cấu trúc hình thành các loại đá quý ruby và sapphire. Al2O3 được sử dụng trong việc sản xuất nhôm kim loại, được dùng làm hạt mài do độ cứng cao của nó, và dùng làm vật liệu chịu lửa do có nhiệt độ nóng chảy cao 11.Hình 2.4: Nhôm ôxít (Al2O3)Nhôm ôxít có độ cứng tương đối (khoảng 23GPa) và có cấu trúc góc cạnh nên thường được sử dụng gia công tinh hoặc đánh bóng các bề mặt chi tiết. Al2O3 tương đối rẻ tiền nên được sử dụng rộng rãi.2.2.1.3.Boron carbide (B4C)Boron carbide (công thức hóa học B4C) là một vật liệu gốmcarbon boron rất cứng được sử dụng trong áo giáp xe tăng, áo khoác chống đạn, bột mài 12, cũng như rất nhiều các ứng dụng công nghiệp. Với độ cứng Mohs khoảng 9.497, nó là một trong những vật liệu cứng nhất được biết đến chỉ sau khối boron nitride và kim cương 13.Boron carbide có độ cứng cao nhất trong các loại hạt mài (ngoại trừ kim cương) và cấu trúc tinh thể khối đa cạnh (hình 2.5a). Trong gia công mài, hạt mài B4C được sử dụng để gia công thô và tinh bề mặt chi tiết. Do có cấu trúc tinh thể khối đa cạnh và cứng nên khả năng cắt gọt kim loại rất nhanh và thường được sử dụng để tăng tốc độ cắt gọt kim loại với chất lượng bề mặt tương đối. Hình 2.5a: Cấu trúc tinh thể của B4CHình 2.5b: Boron carbide (B4C)2.2.1.4.Kim cương (C)Kim cương dùng trong quá trình gia công mài được biết đến là bột kim cương. Kim cương là vật liệu cứng nhất được biết đến, có cấu trúc tinh thể góc cạnh và sắc bén. Kim cương là loại hạt mài hữu ích nhất trong quá trình gia công tinh và đánh bóng bề mặt chi tiết. Kim cương có thể gia công bề mặt chi tiết đạt độ nhẵn bóng rất cao kết hợp với khả năng cắt gọt kim loại vượt trội so với các loại hạt mài khác.Kim cương trong gia công mài có thể sử dụng dạng bột hoặc dạng dung dịch kim cương được pha sẵn theo từng kích thước của hạt. Hình 2.6a: Kim cương dạng bộtHình 2.6b: Kim cương dạng pha sẵn2.2.2.Ảnh hưởng của các loại hạt mài đến chất lượng bề mặt gia côngKích thước hạt mài, dung dịch hạt mài khác nhau sẽ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công. Kích thước hạt mài càng nhỏ thì chất lượng bề mặt càng tăng lên. Trong gia công các vật liệu có độ cứng cao thì kết quả độ nhám bề mặt tốt nhất khi dùng dung dịch hạt mài bằng kim cương, so với việc dùng các dung dịch hạt mài khác như nhôm ôxít (Al2O3), boron carbit (B4C), silicon carbit (SiC). Nguyên nhân là do các hạt mài kim cương có khả năng chống lại sự biến dạng cao hơn so với các loại hạt mài khác. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY MÀI BÓNG BỀ MẶT3.1Nguyên lý làm việc và yêu cầu kỹ thuật của máy3.1.1Nguyên lý làm việc của máyQuá trình mài bóng bề mặt chi tiết được thực hiện bằng cách kết hợp chuyển động tương quan của đĩa mài, chi tiết và dung dịch hạt mài. Khi đĩa mài quay tròn thì ma sát làm cho chi tiết cũng chuyển động quay tròn theo đĩa mài. Vòng dẫn hướng trên máy mài có nhiệm vụ giữ chi tiết không bị tách rời khỏi đĩa mài do lực ly tâm gây ra. Dung dịch hạt mài được cung cấp vào vùng tiếp xúc giữa đĩa mài và bề mặt chi tiết cần gia công để thực hiện quá trình gia công. Tải trọng Dung dịch hạt mài Vòng dẫn hướng Chi tiết Đĩa mài Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động của quá trình mài.3.1.2Yêu cầu kỹ thuật của máyDựa vào nguyên lý làm việc của máy sẽ xác định yêu cầu kỹ thuật và khả năng gia công của máy như sau:+ Đường kính lớn nhất của chi tiết có thể gia công: ϕ100 mm+ Số vòng quay nhỏ nhất và lớn nhất của đĩa mài : 20 – 300 vòngphút.+ Đường kính lớn nhất của đĩa mài: Dmax = 300 mm+ Tải trọng lớn nhất tác động lên đĩa mài: P = 80N.+ Khi đĩa làm việc, dưới tác dụng của tải trọng va đập nhẹ thì đĩa mài quay cân bằng, ít rung động. 3.1.3Phương án thiết kế của máyCăn cứ vào yêu cầu kỹ thuật và điều kiện làm việc đã xây dựng nên phương án thiết kế như sau:3.2Tính toán thiết kế máy mài3.2.1Tính toán chọn động cơĐể chọn được thông số động cơ phù hợp, ta cần tính toán momentt do tải trọng động và tải trọng tĩnh gây ra trên trục động cơ.Thông số thiết kế ban đầu:+ Số vòng quay nhỏ nhất và lớn nhất của đĩa mài : 20 – 300 vòngphút.+ Bán kính tính toán: r = 120 mm+ Khối lượng của đĩa mài: mđĩa = 12,5 kg+ Khối lượng của trục: mtrục = 1,74 kg+ Khối lượng bánh đai: mđai = 0,37 kg+ Khối lượng dây đai: mdây = 0,22 kg+ Tải trọng lớn nhất tác động lên đĩa mài: P = 80N, mtải = 8kg Fms Bánh đai Bánh đai 1 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý tính chọn động cơ.Tổng moment tác động lên trục động cơTổng moment tác động lên động cơ (T) bao gồm moment do tải trọng động (Tđ ) và moment do tải trọng tĩnh (Tt)T = Tđ + TtTđ: Tổng moment do tải trọng động tác động.Tt: Tổng moment do tải trọng tĩnh tác động.Moment xoắn do tải trọng động tác động lên trục động cơMoment xoắn do tải trọng động tác động lên trục động cơ bao gồm các moment quán tính của: Tải trọng, trục đĩa, trục truyền và bộ truyền đai. Ta bỏ qua moment quán tính do các ổ lăn tác động.+ Moment xoắn do tải trọng động được tính theo công thức:Tđ = JeJe : Tổng moment quán tính tác động lên trục động cơ Trong đó: Je  Jtai  Jtruci2 Jdai  Jm Jtải: Moment quán tính của tải tác động lên động cơMoment quán tính của tải tác động lên động cơ gồm moment quán tính của đĩa quay (Jđĩa) và moment quán tính của tải trọng khi đặt lệch tâm (Jlt). Với khối lượng tải tối đa (mtải = 8kg), khối lượng đĩa quay (mđĩa= 12,5 kg) và bán kính khảo sát lớn nhất (r = 120mm). Jtải = Jđĩa + JltJđĩa : Moment quán tính của đĩa tác động lên động cơJ 1 .m .r2  1 .12, 5.(150.103)2  140, 6.103 Kg.m2 dia2dia dia2Jlt : Moment quán tính của tải trọng đặt lệch tâm tác động lên động cơJlt = mtải.r2 = 8.(120.103)2 =115,2 Kg.m2Do đó moment quán tính của tải tác động lên động cơ sẽ làJtải = Jđĩa + Jlt = 140,6.103 + 115,2.103 = 0,26 Kg.m2Jđai: Moment quán tính của bộ truyền đaiĐể tính moment quán tính của bộ truyền đai ta quan tâm đến moment quán tính của bánh đai chủ động (Jđai1), moment quán tính của bánh đai bị động (Jđai2) và moment quán tính của sợi dây đai (Jđai3).Moment quán tính của bánh chủ động (Jđai1) được tính J 1 .m .r2 1 .0, 37.(50.103 )2  0, 46.103 Kg.m2 dai12dai1 dai12 Moment quán tính của bánh bị động (Jđai2) ta xét tới ảnh hưởng của tỉ số truyền (i= 1) và hiệu suất của bộ truyền đai (), vì 2 bánh đai được thiết kế giống nhau do đó moment quán tính của bánh bị động được tính 1 J0, 46.103 32 Jdai 2 dai1  0, 48.10 Kg.m i2  dai 0, 95 Moment quán tính của sợi dây đai (Jđai3) ta xét ảnh hưởng của khối lượng dây đai (mdây = 0,22 kg), gia tốc trọng trường (g= 9,8 ms2) và đường kính bánh đai (dđai= 100 mm) m d2 0, 22.(100.103 )2 Jdaydai  0, 06.103 Kg.m2 dai3 g.  2  9,8.0, 95.4 dai Do đó moment quán tính của bộ truyền đai sẽ làJđai = Jđai 1 + Jđai2 + Jđai3 = 0,46.103 + 0,48.103 + 0,06.103 = 1.103 Kg.m2Jtrục: Moment quán tính của trục đĩaJ 1 .m.r2  1 .1, 74.(25.103)2  0, 54.103 Kg.m2 truc2truc truc2Jm : Moment quán tính của trục động cơ Chọn sơ bộ từ động cơ TECO 80M được: Jm= 5.103 Kg.m2i : Tỉ số truyền hộp giảm tốcBộ truyền đai được thiết kế với tỉ số truyền 1:1Do đó moment quán tính tác dụng lên trục động cơ là: J  Jtai  Jtruc ei2 Jdai  Jm Je  0, 26  0, 54.10312 1.103  5.10 3  0, 266 kg.m2 ε : Gia tốc góc trên trục động cơ (rads2)  tTrong đó:t: Thời gian ổn định của máy, ta chọn sơ bộ là 2 giâyω: Vận tốc góc của trục tác dụng lên động cơ  2 .n  2.3,14.300  31, 4 rads 60Vậy gia tốc góc trên trục động cơ:    31, 4  15, 7 radst2Vậy moment xoắn do tải trọng động tác động lên trục động cơ:Tđ = Je = 0,266.15,7 = 4,17 N.mMoment xoắn của tải trọng tĩnh tác động lên trục động cơMoment xoắn do tải trọng tĩnh tác động lên trục động cơ ta chỉ xét moment ma sát (Tms) do lực ma sát (Fms) sinh ra khi khởi động máy.Tt = Tms = Fms.l= µ.P.lP: Lực của tải trọng tác dụng lên đĩaTa chọn tải trọng lớn nhất là: 80 Nl : Khoảng cách đặt lựcTa chọn bán kính lớn nhất mà máy khảo sát được: 120 mmµ: Hệ số ma sát Ta chọn sơ bộ hệ số ma sát là: 0,3Vậy moment xoắn của tải trọng tĩnh tác động lên trục động cơ là:Tt= µ.P.l= 80.0,3.120= 2880 N.mmTừ moment xoắn do tải trọng động và tĩnh tác động lên trục tính được bên trên, ta tính được moment tác động lên động cơ:T1 = Tđ+ Tt = 4,17 + 2,88 = 7,05 N.mĐề đảm bảo an toàn trong tính toán, ta nhân hệ số an toàn là 2 khi đó: T1= 7,05.2 = 14,1 N.mChọn động cơCông suất tính toán (Ptt) trên trục động cơ: Jtt T.n 9,55.106  14,1.103.3009,55.106  0, 44 kW Tra catalogue ta chọn động cơ: TECO 80MCông suất (P1)kWVận tốc quayvpMoment xoắnkgf.m0,5513900,385Phân phối tỉ số truyềnCông suất trên trục đĩa (P2) bị giảm do hiệu suất của bộ truyền đai và ổ lănP2= P1.ηđai.η 2= 0,55.0,95.0,992= 0,512 kWVới:Hiệu suất của 1 bộ truyền đai: ηđai = 0,95Hiệu suất 1 cặp ổ lăn: ηol = 0,99 Moment xoắn tại trục động cơ được tính:P .9,55.1060,55.9,55.106T1  1 17508 N.mmn300Moment xoắn tại trục lắp đĩa được tính:P .9,55.1060,512.9,55.106T2  2 16299 N.mmn300 Bảng phân phối tỉ số truyền:TrụcThông sốIIICông suất P (kW)0,550,512Tỉ số truyền i1Số vòng quay n (vphút)300300Moment xoắn (N.mm)17508162993.2.2Thiết kế trục chính của máy màiCác số liệu ban đầuXác định giá trị các lực trên bánh đai bị dẫn Lực vòng : F  2T2d2  2.16299  326 N100 Lực hướng tâm: F  2F sin  1   2.(1, 2.F ).sin  1  r0 2 t 2 F  2.(1, 2.326) sin  180   782, 4 Nr 2 Chọn vật liệu: thép C45 tôi cải thiệnGiới hạn bền: σb = 750 (MPa) bảng 17.4 14Ứng suất uốn cho phép: σu = 63MPa bảng10.1 14 Ứng suất xoắn cho phép: τ = (10 15) MPaTính toán thiết kế+ Đường kính trục sơ bộĐường kính trục sơ bộ được xác định theo công thức:d0 (mm)Trong đó:T2: moment xoắn trên trục (N.mm)Ứng suất xoắn cho phép: τ = (10 15) MPa Vậy đường kính trục sơ bộ là:d0  17, 57 mmTheo tiêu chuẩn chọn: d = 18 mm+ Tính toán kiểm tra bền trụcTính phản lực tại các gối đỡMOZ XGọi M là moment do tải trọng đặt lệch tâm gây ra, với P(N) và r(mm) lần lượt là tải trọng và bán kính khảo sát, ta có:M = P. r= 80.120= 9600 N.mmGọi Mms là moment ma sát sinh ra trong quá trình khảo sát, ta chọn như phần tính toán chọn động cơ (Mms= 2880 N.mm)Gọi T2 là moment xoắn do động cơ tác động lên trục, ta chọn từ bảng phân phối tỉ số truyền: T2= 16299 NFr là lực hướng tâm ( Fr= 782,4 N)R1, R2 lần lượt là phản lực tại các gối đỡ dưới (B) và trên (C). Các khoảng cách gối đỡ được chọn như hình vẽ trên.+ Trong mặt phẳng zOyƩMB= Fr.110 +R2.202.5 M = 0  R2  M  Fr .110  9600  782, 4.110  377, 6 N202, 5202, 5 + Theo trục y R1 + R2 – Fr = 0R1 = Fr – R2 = 782,4 – (377,6) = 1160 N+ Biểu đồ nội lựcFr R2Mms ABCT2R1 DMOZ X 110 202.5 42.5 Qy (N)Mx (N.mm) 782,4+ 9600 377,6 Tx (N.mm) 86064 16299 + Tính đường kính tại các vị trí nguy hiểm+ Tại AMoment tương đương tại A (MtdA) được tính theo công thức: MtdA  (N.mm) Trong đó:MAx là moment tại A theo phương x (N.mm)Ttrục là moment xoắn trục lắp đĩa (N.mm) MtdA  = 0  0, 75.162992 =14115,3 (N.mm) Đường kính trục tại A được tính theo công thức: d A   13,1mm Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: dA = 20 mm+ Tại BMoment tương đương tại B (MtdB) được tính theo công thức: MtdB  (N.mm) Trong đó:MBx là moment tại B theo phương x (N.mm)Ttrục là moment xoắn trục lắp đĩa (N.mm) MtdB  = 868402  0, 75.162992 =87979,7 (N.mm) Đường kính trục tại B được tính theo công thức: dB   24,1mm Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: dB = 30 mm+ Tại CMoment tương đương tại C (MtdC) được tính theo công thức: MtdC  (N.mm) Trong đó:MCx là moment tại C theo phương x (N.mm)Ttrục là moment xoắn trục lắp đĩa (N.mm) MtdC  = 96002  0, 75.162992 =17070,5 (N.mm) Đường kính trục tại C được tính theo công thức: dC   13, 94 mm Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: dC = 40 mm+ Tại DMoment tương đương tại D (MtdD) được tính theo công thức: MtdD  (N.mm) Trong đó:MDx là moment tại D theo phương x (N.mm)Ttrục là moment xoắn trục lắp đĩa (N.mm) MtdD  = 96002  0, 75.162992 =17070,5 (N.mm) Đường kính trục tại D được tính theo công thức: dD   13, 94 mm Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: dD = 45 mm•Các đường kính còn lại ta chọn như hình vẽ dưới đây:Kiểm nghiệm bền trục theo hệ số an toàn Các hệ số cần thiết+ Vật liệu làm trục là thép C45 tôi cải thiện+ Giới hạn bền: σb = 750 Mpa+ Giới hạn mỏi của vật liệuσ1 = 0,5.σb = 375 MPa10.2114τ1 = 0,25.σb = 187,5 MPa10.2114 + Hệ số xét đến ảnh hưởng tập trung tải trọng tra bảng 10.8 14Kσ = 2,05Kτ= 1,9+ Hệ số tăng bền bề mặt: β = 1,7 tra bảng 10.4 14+ Hệ số xét đến ảnh hưởng ứng suất trung bìnhψσ = 0,05 và ψτ = 0H.2.914+ Hệ số kích thước. Bảng 10.3 14εσ= 0,91 và ετ = 0,89Đối với trục truyền, hệ số an toàn được xác định theo công thức s s .s  s 10.1614 Với các hệ số:Hệ số an toàn s = 1,5 2,5Hệ số an toàn ứng suất uốn: s   1K . a  . 10.1914 Hệ số an toàn ứng suất xoắn:  .s  1 10.2014 K . a  . .Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi chu kì đối xứng.  a   max  W (MPa) 10.2214 σm = 0Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều      max = T (MPa) 10.2314 22.W0Với moment cản xoắn .d 33 W0  16(mm ) 10.2514 Từ các công thức và số liệu trên ta tính toán kiểm bền trục theo hệ số an toàn:+ Tại BTa có, moment cản xoắn .d 3 .3033 W0  16 = 16 = 5298,75 mm Moment cản uốn W .d 3333W =0,1.d =0,1.30 = 2700 mm 32Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng   M = 86064 =31,87 (MPa) amaxW 2700 Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều      max = T= 16299 =1,54 (MPa) 22.W0 2.5298, 75 Hệ số an toàn ứng suất uốn: s   1K . a  . 3752, 05.31,87  0, 05.0  8,88 m .0, 91.1, 7Hệ số an toàn ứng suất xoắn: s   1K . a  . 187,51,9.1,54  0.1,54  96,95 m .0,89.1, 7Thay vào ta được: s s .s 8,88.96, 95  8,84  s  (1, 5  2, 5) Do đó tại B thỏa mãn độ bền tiếp xúc. + Tại CTa có, moment cản xoắn .d 3 .4033 W0  16 = 16 = 12560 mm Moment cản uốn W .d 3333W =0,1.d =0,1.40 = 6400 mm 32Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng   M = 9600 =1,5 (MPa) amaxW 6400 Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều      max = T =16299 =0,65 (MPa) 22.W0 2.12560 Hệ số an toàn ứng suất uốn: s   1K . a  . 3752, 05.1,5  0, 05.0  188, 65 m .0, 91.1, 7Hệ số an toàn ứng suất xoắn: s   1K . a  . 187,51,9.0, 65  0.0, 65  229, 71 m .0,89.1, 7Thay vào ta được: s s .s 188, 65.229, 71  145, 78  s  (1, 5  2, 5) Do đó tại C thỏa mãn độ bền tiếp xúc.+ Tại DTa có, moment cản xoắn  .453 .4533 W0 16 == 17883,28 mm 16 Moment cản uốn W .d 3333W =0,1.d =0,1.45 = 9112,5 mm 32Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng  a   max  M =W 96009112, 5 =1,05 (MPa) Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều      max = T= 16299 =0,46 (MPa) 22.W0 2.17883, 28 Hệ số an toàn ứng suất uốn: s   1K . a  . 3752, 05.1, 05  0, 05.0  269, 51 m .0, 91.1, 7Hệ số an toàn ứng suất xoắn: s   1K . a  . 187, 51,9.0, 46  0.0, 46  324, 58 m .0,89.1, 7Thay vào ta được: s s .s 269, 51.324, 58  207, 35  s  (1, 5  2, 5) Do đó tại D thỏa mãn độ bền tiếp xúc.Kiểm nghiệm trục theo độ bền tĩnhĐể đề phòng trục bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc gãy đột ngột, ta cần kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh. td      0,8.ch 10.2814 Ứng suất uốn (σ)   MW (MPa) Ứng suất xoắn (τ) + Tại B   T W0 (MPa) 10.2414 Ứng suất uốn  M = 86064 =31,87 (MPa)W2700Ứng suất xoắn   T W0 = 162995298, 75 =3,07 (MPa) Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh td   32,31     0,8.ch  288(MPa) Do đó tại B thỏa mãn độ bền tĩnh.+ Tại CỨng suất uốn  M = 9600 =1,5 (MPa)W6400Ứng suất xoắn   T W0 = 16299 =1,3 (MPa)12560 Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh td   2, 7     0,8.ch  288(MPa) Do đó tại C thỏa mãn độ bền tĩnh.+ Tại D Ứng suất uốn  M = 9600 =1,05 (MPa) W9112, 5Ứng suất xoắn   T W0 = 1629917883, 28 =0,91 (MPa) Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh td  1,89     0,8.ch  288(MPa) Do đó tại D thỏa mãn độ bền tĩnh. CHƯƠNG IV: THẾT KẾ CỤM ĐIỀU KHIỂN4.1.Các bộ phận của hệ thống điều khiển máy màiHệ thống điều khiển của máy có chức năng nhận thông số gia công từ màn hình điều khiển. Tùy theo điều kiện gia công khác nhau sẽ nhập thông số gia công cho máy. Hệ thống điều khiển của máy bao gồm các bộ phận cơ bản như sau:+ PLC+ Biến tần+ Card giao tiếp+ Màn hình hiển thị HMI4.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận4.2.1.FX1N PLCFX1N PLC thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng 1460 IO. Tuy nhiên, khi sử dụng các module vào ra mở rộng, FX1N có thể tăng cường số lượng IO lên tới 128 IO. FX1N được tăng cường khả năng truyền thông, nối mạng, cho phép tham gia trong nhiều cấu trúc mạng khác nhau như Ethernet, ProfileBus, CCLink, CanOpen, DeviceNet,… FX1N có thể làm việc với các module analog, các bộ điều khiển nhiệt độ. Đặc biệt, FX1N PLC được tăng cường chức năng điều khiển vị trí với 6 bộ đếm tốc độ cao (tần số tối đa 60kHz), hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tối đa là 100kHz. Điều này cho phép các bộ điều khiển lập trình thuộc dòng FX1N PLC có thể cùng một lúc điều khiển một cách độc lập hai động cơ servo hay tham gia các bài toán điều khiển vị trí (điều khiển hai toạ độ độc lập).Nhìn chung, dòng FX1N PLC thích hợp cho các ứng dụng dùng trong công nghiệp chế biến gỗ, trong các hệ thống điều khiển cửa, hệ thống máy nâng, thang máy, sản xuất xe hơi, hệ thống điều hoà không khí trong các nhà kính, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống điều khiển máy dệt,… + Đặc tính kỹ thuật:MỤCĐẶC ĐIỂMGHI CHÚXử lý chương trìnhThực hiện quét chương trình tuần hoànPhương pháp xử lývàora (IO)Cập nhật ở đầu và cuối chu kìquét (khi lệnh END thi hành)Có lệnh làm tươi ngõraThời gian xử lý lệnhĐối với các lệnh cơ bản: 0,55 ¸ 0,7µsĐối với các lệnh ứng dụng: 3,7 ¸ khoảng 100 µsNgôn ngữ lập trìnhNgôn ngữ Ladder và InstructionCó thể tạo chương trìnhloại SFCDung lượng chương trình8000 bước EEPROMCó thể chọn tùy ý bộ nhớ (như FX1NEEPROM8L)Số lệnhSố lệnh cơ bản: 27 Số lệnh Ladder: 2Số lệnh ứng dụng: 89Có tối đa 177 lệnh ứng dụng được thi hànhCấu hình VàoRa (IO)Phần cứng có tối đa 128 ngõ VàoRa, tùy thuộc vào người sử dụng chọn(Phần mềm có tối đa 128 đầu vào, 128 đầu ra)Rơ le phụ trợ (M)ThôngthườngSố lượng: 384Từ M0 ¸ M383ChốtSố lượng: 1152Từ M384 ¸ M1535Đặc biệtSố lượng: 256Từ M8000 ¸ M8255Rơ le trạngthái (S)ChốtSố lượng: 1000Từ S0 ¸ S999Khởi tạoSố lượng: 10 (tập con)Từ S0 ¸ S9Bộ định thì Timer (T)100 miligiâyKhoảng định thì: 0 ¸ 3276,7 giâySố lượng: 200Từ T0 ¸ T19910 miligiâyKhoảng định thì: 0 ¸ 327,67 giâySố lượng: 46Từ T200 ¸ T2451 mili giâyduy trìKhoảng định thì: 0 ¸ 32,767 giâySố lượng: 4T246 ¸ T249100 miligiây duy trìKhoảng định thì: 0 ¸ 3276,7 giâySố lượng: 6T250 ¸ T255Bộ đếm (C)Thôngthường 16 bitKhoảng đếm: 1 đến 32767Số lượng: 16Từ C0 ¸ C15Loại: bộ đếm lên 16 bitChốt 16 bitSố lượng: 184Từ C16 ¸ C199Loại: bộ đếm lên 16 bitThôngthường 32 bitKhoảng đếm: 2.147.483.648đến 2.147.483.647Số lượng: 20Từ C200 ¸ C219Loại: bộ đếm lênxuống 32 bitChốt 32 bitKhoảng đếm: 2.147.483.648Từ C220 ¸ C234 đến 2.147.483.647Số lượng: 15Loại: bộ đếmlênxuống 32 bitBộ đếm tốc độ cao (HSC)1 phaKhoảng đếm: 2.147.483.648đến 2.147.483.6471 pha: Tối đa 60kHz cho phần cứng của HSC (C235, C236, C246) Tối đa 10kHz cho phần mềm của HSC (C237 ¸ C245, C247 ¸ C250)2 pha: Tối đa 30kHz cho phần cứng của HSC (C251) Tối đa 5kHz cho phần mềmcủa HSC (C252 ¸ C255)Từ C235 ¸ C2401 pha hoạt động bằng ngõ vàoTừ C241 ¸ C2452 phaTừ C246 ¸ C250Pha ABTừ C251 ¸ C255Thanh ghi dữ liệu (D)Thông thườngSố lượng: 128Từ D0 ¸ D127Loại: cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho thiết bị 32 bitChốtSố lượng: 7872Từ D128 ¸ D7999Loại: cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho thiết bị 32 bitTập tinSố lượng: 7000Từ D1000 ¸ D7999Loại: thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bitĐược điều chỉnh bên ngoàiTrong khoảng: 0 ¸ 255Số lượng: 2Dữ liệu chuyển từ biến trở điều chỉnh điện áp đặt ngoài vào thanh ghiD8030 và D8031Đặc biệtSố lượng: 256 (kể cả D8030, D8031)Từ D8000 ¸ D8255Loại: thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bitChỉ mụcSố lượng: 16Từ V0 ¸ V7 và Z0 ¸ Z7 Loại: thanh ghi dữ liệu16 bitCon trỏ (P)Dùng vớilệnh CALLSố lượng: 128Từ P0 ¸ P127Dùng với các ngắtSố lượng: 6100˜ đến 150˜ (kích cạnh lên ˜=1, kích cạnhxuống ˜=0)Số mứcDùng vớiSố lượng: 8Từ N0 ¸ N7 lồng nhau(N)lệnhMCMCRHằng sốThập phân(K)16 bit: 32768 đến 3276732 bit: 2.147.483.648 đến 2.147.483.647Thập lụcphân (H)16 bit: 0000 đến FFFF32 bit: 00000000 đến FFFFFFFF+ Các loại FX1N:Nguồn AC, đầu vào 24 VDCFX1NTổng các ngõVào RaNgõ vàoNgõ raKích thước(Dài × Rộng × Cao)(mm)SốlượngLoạiSốlượngLoạiFX1N14MRESUL148Sink Source6Rơ le90 × 75 × 90FX1N14MTESSULTransistor(Source)FX1N24MRESUL2414Sink Source10Rơ le90 × 75 × 90FX1N24MTESSULTransistor(Source)FX1N40MRESUL4024Sink Source16Rơ le130 × 75 × 90FX1N40MTESSULTransistor(Source)FX1N60MRESUL6036Sink Source24Rơ le175 × 75 × 90FX1N60MTESSULTransistor(Source)FX1N14MRDS148Sink Source6Rơ le90 × 75 × 90FX1N14MTDSSTransistor(Source)FX1N24MRDS2414Sink Source10Rơ le90 × 75 × 90FX1N24MTDSSTransistor(Source)FX1N40MRDS4024Sink Source16Rơ le130 × 75 × 90FX1N40MTDSSTransistor(Source) FX1N60MRDS6036Sink Source24Rơ le175 × 75 × 90FX1N60MTDSSTransistor(Source)4.2.2.Biến tần (A024)4.2.2.1Các loại biến tần cơ bảnTrên thị trường này nay có 3 loại biến tần cơ bản :Truyền động VHz (mạch hở).Truyền động Vector không cảm biến (mạch hở).Truyền động Vector có phản hồi (Mạch kín).Hai loại đầu tiên được gọi là mạch hở do chúng cung cấp điện cho động cơ, nhưng không có cách nào xác minh rằng các động cơ thực sự đang chạy ở tốc độ mong muốn. Điều này chấp nhận được cho các ứng dụng không yêu cầu điều khiển vị trí chính xác hoặc điều chỉnh tốc độ lớn.Loại cuối cùng là thiết bị mạch kín có nghĩa là nó có khả năng chấp nhận tín hiệu từ thiết bị phản hồi giám sát tốc độ hoặc vị trí động cơ.•Một số loại biến tần có trên thị trường :Hình 4.1 : Biến tần HITACHIHình 4.2 : Biến tần DELTAHình 4.3 : Biến tần SIEMENSHình 4.4 : Biến tần MITSHUBISHI 4.2.2.2Biến tần MITSUBISHI A024Mục tiêu sử dụng Biến tần MITSUBISHI A024 :Điều chỉnh tốc độ của động cơ theo ý muốn.Điều chỉnh công suất của đông cơ cho phù hợp với tải.Tiết kiệm năng lượng.Điều chỉnh dòng điện và moment xoắn của động cơ cho phù hợp với tải.Hiệu suất chuyển đổi nguồn của bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại. Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống.+ Các loại tải nên sử dụng biến tần để tiết kiệm điện.Phụ tải có moment thay đổi (điều hòa trung tâm, bơm cấp nước, bơm quạt mát,…).Động cơ luôn chạy non tải mà không thể thay động cơ được thì phải lắp thêm biến tần.Ngành Giấy – Bao bì (máy xéo giấy, Máy cắt…), ngành Dệt – Sợi – Nhuộm, ngành Nước và Nước Thải, Thang máy – cần trục).+ Nguyên lý hoạt động:Nguyên lý cơ bản làm việc của toàn bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành 1 nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0,96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. + Các ngõ kết nối trong biến tần MITSUBISHI A024Hình 4.5: Các ngõ kết nối trong biến tần MITSUBISHI A0244.2.3.Màn hìn HMI+ Các loại màn hình HMI.Màn hình hay còn được gọi là HMI (Human Mechine Interface) được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Màn hình gồm nhiều chủng loại khác nhau của các hãng như Mitsubishi, Siemen, Omron, Delta,…Mỗi hãng sản xuất đều có một số tính năng như bộ lập trình bằng tay, giám sát quá trình sản xuất, truy cập các thông số, dữ liệu cài đặt……Ngoài các tính năng trên màn hình HMI còn có thể cho nhiều tính năng khác như đồ họa để mô phỏng các thiết bị trong quá trình sản xuất giúp người vận hành các thiếtbị có cái nhìn trực quan hơn về hệ thống sản xuất, giúp họ dễ thao tác kiểm tra hệ thống nhanh và hiệu quả hơn.Một số loại màn hình HMI của hãng Mitsubishi:Loại FX10DU đến FX50DU.Loại GOTF900 series (handy và Touch Sceen). Loại F940GOTLWDE.Loại A800 Series.Loại GOT1000 Series.Màn hình GOT kết nối với PLCHình 4.6 Màn hình GOT kết nối với PLCHình ảnh một số loại màn hình HMI của hãng MitsubishiHình 4.7Hình 4.8HMI MITSUBISHI A985GOTTBAEUHMI Mitsubishi GT1020LBD2Màn hình F940GOTLWDE là loại màn hình tuy phần giao diện không lớn nhưng chủng loại màn hình này được tích hợp nhiều chức năng rất mạnh. Ta có thể sử dụng loại màn hình này để tạo các hình ảnh đồ họa giúp ta có cái nhìn trực quan hơn về hệ thống.Bên cạnh cái nhìn trực quan về hệ thống thì những hình ảnh đó còn cho phép ta điều khiển và giám sát hệ thống một cách linh hoạt và dễ dàng. Loại màn hình này cho phép tới 500 trang màn hình ứng dụng, điều này giúp người sử dụng có thể giám sát hệ thống sản xuất phức tạp. Bên cạnh đó màn hình còn có chức năng như một bộ lập trình bằng tay giúp người sử dụng có thể trực tiếp lập trình cho bộ điều khiển PLC mà không cần phải sử dụng đến máy tính… Hình 4.9: Màn hình HMI F940GOTLWDEHình 4.10: Kích thước màn hình HMI F940GOTLWDELoại màn hình F940GOT có hai loại :+ F940GOTSWDE: 5.7 STN type LCD (with eight colors)+ F940GOTLWDE: 5.7 STN type LCD (with black and white)+ Chi tiết kỹ thuật.HMI Mitsubishi F940GOTLWDEĐiện áp nguồn cung cấp: 24 VDCLoại màn hình: 5.7”, monochrome STN LCDMàn hình hiển thị: 2 màu (trắngđen)Độ phân giải: 320 x 240Bộ nhớ: 512KB

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY MÀI BÓNG BỀ MẶT THEO NGUYÊN LÝ CƠ – HOÁ Mã số: Chủ nhiệm đề tài: TP HỒ CHÍ MINH 20 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY MÀI BÓNG BỀ MẶT THEO NGUYÊN LÝ CƠ – HOÁ Mã số: Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) TP HỒ CHÍ MINH 20 HƯỚNG DẪN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG 1 Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Trường là cơ sở để hội đồng đánh giá kết quả nghiên cứu của đề tài Báo cáo phải phản ánh đầy đủ nội dung, kết quả thực hiện đề tài Báo cáo phải đóng thành quyển 2 Hình thức Trình bày theo khổ giấy A4 (210x297mm), không quá 80 trang (không tính mục lục, tài liệu tham khảo và phụ lục), font chữ Times New Roman, cỡ chữ 13, giãn dòng 1,3 - 1,5 3 Cấu trúc của báo cáo tổng kết đề tài 1 Trang bìa, trang bìa phụ (theo mẫu) 2 Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối hợp chính 3 Mục lục 4 Danh mục bảng biểu, danh mục các chữ viết tắt (nếu có) 5 Thông tin kết quả nghiên cứu (theo mẫu) 6 Mở đầu: Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước; tính cấp thiết; mục tiêu; cách tiếp cận; phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, nội dung nghiên cứu 7 Các Chương 1, 2, 3, : Các kết quả nghiên cứu đạt được 8 Kết luận và kiến nghị 9 Tài liệu tham khảo (tên tác giả được xếp theo thứ tự abc) 10 Phụ lục (nếu có) 11 Bản sao Thuyết minh đề tài đã được phê duyệt THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG (dùng cho Báo cáo tổng kết đề tài) 1 Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt theo nguyên lý cơ - hóa - Mã số: - Chủ nhiệm đề tài: - Điện thoại: Email: - Đơn vị quản lý về chuyên môn (Khoa, Tổ bộ môn): Cơ Khí - Thời gian thực hiện: 12 tháng 2 Mục tiêu: - Thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt 3 Nội dung chính: - Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch hạt mài đến độ bóng bề mặt chi tiết gia công - Xây dựng bản vẽ thiết kế - Chế tạo máy mài bóng bề mặt - Gia công thực nghiệm trên máy mài 4 Kết quả chính đạt được (khoa học, đào tạo, kinh tế-xã hội, ứng dụng, )  Giáo dục và đào tạo: + Mở ra một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực gia công mài bóng bề mặt trong sản xuất nói chung và Đại học Công Nghiệp TP.HCM nói riêng + Đào tạo sinh viên chuyên ngành theo hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài và mở ra một hướng nghiên cứu mới cho sinh viên trong lĩnh vực gia công siêu chính xác + Sản phẩm thiết bị được đưa vào phục vụ nghiên cứu và giảng dạy cho sinh viên  Địa chỉ ứng dụng kết quả nghiên cứu: + Phòng thí nghiệm gia công siêu chính xác ở trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học và triển khai sản xuất + Các công ty, xưởng cơ khí yêu cầu gia công mài bóng siêu chính xác bề mặt chi tiết TÓM TẮT Ngày nay, các lĩnh vực điện tử, vật liệu bán dẫn, cơ khí chính xác, thiết bị quang học và thiên văn học đã và đang phát triển rất nhanh chóng Các lĩnh vực này đã tạo nên nhu cầu rất lớn cho ngành gia công mài bóng bề mặt Bề mặt các chi tiết trong các lĩnh vực này yêu cầu cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác hình dáng Thêm vào đó, chi phí của quá trình gia công này vẫn còn khá cao và tương đối phức tạp Trong điều kiện kinh tế và kỹ thuật của Việt Nam, việc trang bị các thiết bị gia công mài bóng bề mặt từ nước ngoài sẽ rất tốn kém và hạn chế về nghiên cứu Do vậy, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt là rất cần thiết và mang lại hiệu quả kinh tế Kết quả nghiên cứu này cung cấp một công nghệ gia công mài bóng bề mặt chi tiết, và có thể ứng dụng trực tiếp vào công tác giảng dạy, nghiên cứu, học tập của sinh viên và trong sản xuất Dựa trên thiết bị này sẽ mở ra hướng nghiên cứu gia công ứng dụng cho các sản phẩm công nghệ cao Đồng thời tạo ra thiết bị để phục vụ nghiên cứu và giảng dạy trong lĩnh vực gia công siêu chính xác ABSTRACT Today, the field of electronics, semiconductor materials, precision engineering, optical devices, and astronomers have been developing very rapidly The fields have created a huge demand for industrial polishing surface The finishing surface in this field requires high quality surface and high precision shape In addition, the cost of machining process is still so high and complexible In terms of economic and technical of Vietnam, the polishing machine which is import from abroad can be very expensive and limited research Therefore, the study design and manufacturing polishing machine is very necessary and effective economy The results of this study provide a polishing technology to machining surface of workpieces, and can be applied directly to teaching, researching, learning and production Based on this equipment will open up the research about applied machining for high – technical products At the same time to create the equipment for researching and teaching in the field of ultra-precision machining MỤC LỤC CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1 1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 1 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 2 1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 2 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 1.5 Phương pháp nghiên cứu 3 CHƯƠNG II: ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH MÀI 4 2.1 Nguyên lý của quá trình mài 4 2.2 Ảnh hưởng của hạt mài đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công 5 2.2.1 Các loại hạt mài 5 2.2.1.1 Silicon carbide (SiC) 5 2.2.1.2 Nhôm ôxít (Al2O3) 6 2.2.1.3 Boron carbide (B4C) 7 2.2.1.4 Kim cương (C) 8 2.2.2 Ảnh hưởng của các loại hạt mài đến chất lượng bề mặt gia công 9 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY MÀI BÓNG BỀ MẶT 11 3.1 Nguyên lý làm việc và yêu cầu kỹ thuật của máy 11 3.1.1 Nguyên lý làm việc của máy 11 3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật của máy 11 3.1.3 Phương án thiết kế của máy 12 3.2 Tính toán thiết kế máy mài 12 3.2.1 Tính toán chọn động cơ 12 3.2.2 Thiết kế trục chính của máy mài 17 CHƯƠNG IV: THẾT KẾ CỤM ĐIỀU KHIỂN 28 4.1 Các bộ phận của hệ thống điều khiển máy mài 28 4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận 28 4.2.1 FX1N – PLC 28 4.2.2 Biến tần (A024) 32 4.2.2.1 Các loại biến tần cơ bản 32 4.2.2.2 Biến tần MITSUBISHI A024 33 CHƯƠNG V: LẮP RÁP, VẬN HÀNH VÀ GIA CÔNG THỬ NGHIỆM .39 5.1 Bản vẽ tháo lắp máy 39 5.2 Thao tác tháo lắp máy 39 5.2.1 Lắp máy 39 5.2.2 Tháo máy 40 5.3 Thông số kỹ thuật của máy và so sánh với một số máy trên thị trường 41 5.3.1 Thông số kỹ thuật của máy .41 5.3.2 So sánh máy mài Politech – 01 với một số máy trên thị trường 42 5.3.2.1 Máy mài Kemet 15 ( xuất xứ: Anh) 42 5.3.2.2 Máy mài HB-PM-802 ( xuất xứ: Trung Quốc) 43 5.4 Gia công thử nghiệm 44 5.4.1 Máy và dụng cụ đo .44 5.4.2 Dung dịch hạt mài 45 5.4.3 Chi tiết gia công 45 5.4.4 Thông số của quá trình gia công 46 5.5 Kết quả thực nghiệm 46 5.6 Kết luận 48 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 6.1 Kết luận 50 6.2 Kiến nghị 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 54 Thiết kế chế tạo máy mài bóng bề mặt CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Trước đây, quá trình gia công tinh bề mặt được chế tạo thông qua phương pháp gia công truyền thống như tiện, phay và kết thúc bằng mài tinh Quá trình này yêu cầu một lượng thời gian gia công lớn nên năng suất hạn chế Bên cạnh đó, chất lượng bề mặt sau gia công chỉ ở một giới hạn nhất định là vài micromet Ngày nay có nhiều nghiên cứu trong nước về lĩnh vực mài bóng bề mặt Các nghiên cứu này sử dụng kỹ thuật mài bóng bề mặt bằng đá mài và chủ yếu tập trung vào phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ, lực cắt của đá mài đến chất lượng bề mặt gia công Trong đó, nghiên cứu của Phùng Xuân Sơn tập trung nghiên cứu đến ảnh hưởng của chế độ cắt đến rung động và độ nhám bề mặt của quá trình mài phẳng bằng đá mài [1], nghiên cứu của Nguyễn Tiến Đông thì liên quan đến ảnh hưởng cùa chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài thép C45 bằng đá mài xẻ rãnh [2], nghiên cứu của Ngộ Cường thì chủ yếu về so sánh khả năng cắt gọt theo chỉ tiêu lực cắt của đá mài CBN với đá mài AL 2O3 khi mài tinh thép [3] Còn nghiên cứu ứng dụng kết hợp cơ – hoá trong mài bóng bề mặt với độ chính xác cao vẫn chưa được nghiên cứu chuyên sâu 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Với sự ra đời và phát triển của các lĩnh vực điện tử, vật liệu bán dẫn, quang học và thiên văn học đã đặt ra yêu cầu các chi tiết sử dụng trong thiết bị này phải đạt độ chính xác cao về hình dáng và chất lượng bề mặt Đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới về việc nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công [4-8] Các nghiên cứu này dựa trên các phương pháp gia công như: CCOS (Computer Controlled Optical Surfacing): gia công thấu kính quang học với sự trợ giúp của máy tính; ELID (Electrolytic In Process Dressing), MRF (Magnetorheological Finishing): quá trình gia công được điều khiển bởi điện cực; Laser polishing: mài bằng tia lazer; CMP (Chemical Mechanial Polishing): mài bóng bề mặt dưới tác dụng hoá – cơ học;…Các 10 + Tại C Ta có, moment cản xoắn W0 = π d 3 π 403 16 = 16 3 = 12560 mm Moment cản uốn W π d 3 W= 3 3 3 =0,1.d =0,1.40 = 6400 mm 32 Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng σ =σ a = M = max 9600 =1,5 (MPa) 6400 W Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều τ =τ = T a τ max m = 2 = =0,65 (MPa) 16299 2.12560 2.W0 Hệ số an toàn ứng suất uốn: sσ = σ −1 Kσ σ a +ψ σ σ ε σ β = m 375 = 188, 65 2, 05.1,5 + 0, 05.0 0, 91.1, 7 Hệ số an toàn ứng suất xoắn: sτ = τ −1 Kτ τ a τ = +ψ τ ε τ β m 187,5 = 229, 71 1,9.0, 65 + 0.0, 65 0,89.1, 7 Thay vào ta được: s= sσ sτ s2  s2 = 188, 65.229, 71652  229, 712 = 145, 78 ≥ [ s ] = (1, 5 ÷ 2, 5) 188, Do đó tại C thỏa mãn độ bền tiếp xúc + Tại D Ta có, moment cản xoắn W0 = π 453 π 453 = 16 16 3 = 17883,28 mm Moment cản uốn W π d 3 W= 32 3 3 3 =0,1.d =0,1.45 = 9112,5 mm Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng σa =σ max = M = 9600 =1,05 (MPa) W 9112, 5 Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều τ =τ = = τ max = T 16299 =0,46 (MPa) a m 2 2.W0 2.17883, 28 Hệ số an toàn ứng suất uốn: sσ = σ −1 +ψ Kσ σ a σ = σ εσ β m 375 2, 05.1, 05 + 0, 05.0 0, 91.1, 7 = 269, 51 Hệ số an toàn ứng suất xoắn: sτ = τ Kτ τ −1 a τ = +ψ τ ετ β m 187, 5 1,9.0, 46 + 0.0, 46 = 324, 58 0,89.1, 7 Thay vào ta được: s= sσ sτ = s2  s2 269, 51.324, 58512  324, 582 = 207, 35 ≥ [ s ] = (1, 5 ÷ 2, 5) 269, Do đó tại D thỏa mãn độ bền tiếp xúc Kiểm nghiệm trục theo độ bền tĩnh Để đề phòng trục bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc gãy đột ngột, ta cần kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh σtd =  2  3. 2 ≤ [σ ]q = 0,8.σch t - Ứng suất uốn (σ) 10.28[14] σ= - M (MPa) W Ứng suất xoắn (τ) T τ =W 0 (MPa) 10.24[14] + Tại B - Ứng suất uốn σ= - M = 86064 W =31,87 (MPa) 2700 Ứng suất xoắn T τ =W 0 16299 = 5298, 75 =3,07 (MPa) - Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh σtd =  2  3. 2 = 31,872  3.3, 072 = 32,31 ≤ [σ ] = 0,8.σch = 288(MPa) q t Do đó tại B thỏa mãn độ bền tĩnh + Tại C - Ứng suất uốn σ= - M = W 9600 =1,5 (MPa) 6400 Ứng suất xoắn T τ =W = 16299 =1,3 (MPa) 0 12560 - Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh σtd =  2  3. 2 = 1,52  3.1,32 = 2, 7 ≤ [σ ] Do đó tại C thỏa mãn độ bền tĩnh = 0,8.σch q t = 288(MPa) + Tại D Ứng suất uốn σ= M W - 9600 =1,05 (MPa) = 9112, 5 Ứng suất xoắn 16299 T τ =W = 17883, 0 28  2  3. 2 =0,91 (MPa) 1, 052  3.0,912 - Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh σtd == = 1 0,8 288(MPa) , σ ch 8 9 = = ≤ [ σ q t ] Do đó tại D thỏa mãn độ bền tĩnh CHƯƠNG IV: THẾT KẾ CỤM ĐIỀU KHIỂN 4.1 Các bộ phận của hệ thống điều khiển máy mài Hệ thống điều khiển của máy có chức năng nhận thông số gia công từ màn hình điều khiển Tùy theo điều kiện gia công khác nhau sẽ nhập thông số gia công cho máy Hệ thống điều khiển của máy bao gồm các bộ phận cơ bản như sau: + PLC + Biến tần + Card giao tiếp + Màn hình hiển thị HMI 4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận 4.2.1 FX1N - PLC FX1N PLC thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng 14-60 I/O Tuy nhiên, khi sử dụng các module vào ra mở rộng, FX1N có thể tăng cường số lượng I/O lên tới 128 I/O FX1N được tăng cường khả năng truyền thông, nối mạng, cho phép tham gia trong nhiều cấu trúc mạng khác nhau như Ethernet, ProfileBus, CC-Link, CanOpen, DeviceNet,… FX1N có thể làm việc với các module analog, các bộ điều khiển nhiệt độ Đặc biệt, FX1N PLC được tăng cường chức năng điều khiển vị trí với 6 bộ đếm tốc độ cao (tần số tối đa 60kHz), hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tối đa là 100kHz Điều này cho phép các bộ điều khiển lập trình thuộc dòng FX1N PLC có thể cùng một lúc điều khiển một cách độc lập hai động cơ servo hay tham gia các bài toán điều khiển vị trí (điều khiển hai toạ độ độc lập) Nhìn chung, dòng FX1N PLC thích hợp cho các ứng dụng dùng trong công nghiệp chế biến gỗ, trong các hệ thống điều khiển cửa, hệ thống máy nâng, thang máy, sản xuất xe hơi, hệ thống điều hoà không khí trong các nhà kính, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống điều khiển máy dệt,… + Đặc tính kỹ thuật: MỤC Xử lý chương trình Phương pháp xử lý vào/ra (I/O) Thời gian xử lý lệnh Ngôn ngữ lập trình Dung lượng chương trình Số lệnh Cấu hình Vào/Ra (I/O) Thông Rơ le phụ thường Chốt trợ (M) Đặc biệt Rơ le trạng Chốt Khởi tạo thái (S) 100 mili giây 10 mili Bộ định thì giây Timer (T) 1 mili giây duy trì 100 mili giây duy trì Thông thường 16 bit Bộ đếm (C) ĐẶC ĐIỂM GHI CHÚ Thực hiện quét chương trình tuần hoàn Cập nhật ở đầu và cuối chu kì Có lệnh làm tươi ngõ quét (khi lệnh END thi hành) ra Đối với các lệnh cơ bản: 0,55 ¸ 0,7µs Đối với các lệnh ứng dụng: 3,7 ¸ khoảng 100 µs Có thể tạo chương trình Ngôn ngữ Ladder và Instruction loại SFC Có thể chọn tùy ý bộ 8000 bước EEPROM nhớ (như FX1NEEPROM-8L) Số lệnh cơ bản: 27 Có tối đa 177 lệnh ứng Số lệnh Ladder: 2 dụng được thi hành Số lệnh ứng dụng: 89 Phần cứng có tối đa 128 ngõ Vào/Ra, tùy thuộc vào người sử dụng chọn (Phần mềm có tối đa 128 đầu vào, 128 đầu ra) Số lượng: 384 Từ M0 ¸ M383 Số lượng: 1152 Số lượng: 256 Số lượng: 1000 Số lượng: 10 (tập con) Khoảng định thì: 0 ¸ 3276,7 giây Số lượng: 200 Khoảng định thì: 0 ¸ 327,67 giây Số lượng: 46 Khoảng định thì: 0 ¸ 32,767 giây Số lượng: 4 Khoảng định thì: 0 ¸ 3276,7 giây Số lượng: 6 Từ M384 ¸ M1535 Từ M8000 ¸ M8255 Từ S0 ¸ S999 Từ S0 ¸ S9 Khoảng đếm: 1 đến 32767 Số lượng: 16 Từ C0 ¸ C15 Loại: bộ đếm lên 16 bit Chốt 16 bit Số lượng: 184 Thông thường 32 bit Chốt 32 bit Khoảng đếm: -2.147.483.648 đến 2.147.483.647 Số lượng: 20 Khoảng đếm: -2.147.483.648 Từ T0 ¸ T199 Từ T200 ¸ T245 T246 ¸ T249 T250 ¸ T255 Từ C16 ¸ C199 Loại: bộ đếm lên 16 bit Từ C200 ¸ C219 Loại: bộ đếm lên/xuống 32 bit Từ C220 ¸ C234 1 pha 1 pha hoạt động bằng Bộ đếm tốc ngõ vào độ cao (HSC) 2 pha Pha A/B Thanh ghi dữ liệu (D) Con trỏ (P) Số mức đến 2.147.483.647 Số lượng: 15 Khoảng đếm: -2.147.483.648 đến 2.147.483.647 1 pha: - Tối đa 60kHz cho phần cứng của HSC (C235, C236, C246) - Tối đa 10kHz cho phần mềm của HSC (C237 ¸ C245, C247 ¸ C250) 2 pha: - Tối đa 30kHz cho phần cứng của HSC (C251) - Tối đa 5kHz cho phần mềm của HSC (C252 ¸ C255) Thông thường Số lượng: 128 Chốt Số lượng: 7872 Tập tin Số lượng: 7000 Được điều chỉnh bên ngoài Trong khoảng: 0 ¸ 255 Số lượng: 2 Đặc biệt Số lượng: 256 (kể cả D8030, D8031) Chỉ mục Số lượng: 16 Dùng với Số lượng: 128 lệnh CALL Dùng với các ngắt Số lượng: 6 Dùng với Số lượng: 8 Loại: bộ đếm lên/xuống 32 bit Từ C235 ¸ C240 Từ C241 ¸ C245 Từ C246 ¸ C250 Từ C251 ¸ C255 Từ D0 ¸ D127 Loại: cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho thiết bị 32 bit Từ D128 ¸ D7999 Loại: cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho thiết bị 32 bit Từ D1000 ¸ D7999 Loại: thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit Dữ liệu chuyển từ biến trở điều chỉnh điện áp đặt ngoài vào thanh ghi D8030 và D8031 Từ D8000 ¸ D8255 Loại: thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit Từ V0 ¸ V7 và Z0 ¸ Z7 Loại: thanh ghi dữ liệu 16 bit Từ P0 ¸ P127 100˜ đến 150˜ (kích cạnh lên ˜=1, kích cạnh xuống ˜=0) Từ N0 ¸ N7 lồng nhau (N) Hằng số lệnh MC/MCR Thập phân (K) Thập lục phân (H) 16 bit: -32768 đến 32767 32 bit: -2.147.483.648 đến 2.147.483.647 16 bit: 0000 đến FFFF 32 bit: 00000000 đến FFFFFFFF + Các loại FX1N: Nguồn AC, đầu vào 24 VDC FX1N Tổng các ngõ Vào /Ra Ngõ vào Số lượng Loại 8 Sink/ Source 14 Sink/ Source 24 Sink/ Source 36 Sink/ Source 8 Sink/ Source 14 Sink/ Source 24 Sink/ Source FX1N-14MR-ES/UL 14 FX1N-14MT-ESS/UL FX1N-24MR-ES/UL 24 FX1N-24MT-ESS/UL FX1N-40MR-ES/UL 40 FX1N-40MT-ESS/UL FX1N-60MR-ES/UL 60 FX1N-60MT-ESS/UL FX1N-14MR-DS 14 FX1N-14MT-DSS FX1N-24MR-DS 24 FX1N-24MT-DSS FX1N-40MR-DS 40 FX1N-40MT-DSS Ngõ ra Số lượng Loại Kích thước (Dài × Rộng × Cao) (mm) Rơ le 6 Transistor (Source) 90 × 75 × 90 Rơ le 10 Transistor (Source) 90 × 75 × 90 Rơ le 16 Transistor (Source) 130 × 75 × 90 Rơ le 24 Transistor (Source) 175 × 75 × 90 Rơ le 6 Transistor (Source) 90 × 75 × 90 Rơ le 10 Transistor (Source) 90 × 75 × 90 Rơ le 16 Transistor (Source) 130 × 75 × 90 FX1N-60MR-DS 60 36 FX1N-60MT-DSS Sink/ Source Rơ le 24 Transistor (Source) 175 × 75 × 90 4.2.2 Biến tần (A024) 4.2.2.1 Các loại biến tần cơ bản Trên thị trường này nay có 3 loại biến tần cơ bản : - Truyền động V/Hz (mạch hở) - Truyền động Vector không cảm biến (mạch hở) - Truyền động Vector có phản hồi (Mạch kín) Hai loại đầu tiên được gọi là mạch hở do chúng cung cấp điện cho động cơ, nhưng không có cách nào xác minh rằng các động cơ thực sự đang chạy ở tốc độ mong muốn Điều này chấp nhận được cho các ứng dụng không yêu cầu điều khiển vị trí chính xác hoặc điều chỉnh tốc độ lớn Loại cuối cùng là thiết bị mạch kín có nghĩa là nó có khả năng chấp nhận tín hiệu từ thiết bị phản hồi giám sát tốc độ hoặc vị trí động cơ • Một số loại biến tần có trên thị trường : Hình 4.1 : Biến tần HITACHI Hình 4.3 : Biến tần SIEMENS Hình 4.2 : Biến tần DELTA Hình 4.4 : Biến tần MITSHUBISHI 4.2.2.2 Biến tần MITSUBISHI A024 Mục tiêu sử dụng Biến tần MITSUBISHI A024 : - Điều chỉnh tốc độ của động cơ theo ý muốn - Điều chỉnh công suất của đông cơ cho phù hợp với tải - Tiết kiệm năng lượng - Điều chỉnh dòng điện và moment xoắn của động cơ cho phù hợp với tải Hiệu suất chuyển đổi nguồn của bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống + Các loại tải nên sử dụng biến tần để tiết kiệm điện - Phụ tải có moment thay đổi (điều hòa trung tâm, bơm cấp nước, bơm quạt mát, …) - Động cơ luôn chạy non tải mà không thể thay động cơ được thì phải lắp thêm biến tần - Ngành Giấy – Bao bì (máy xéo giấy, Máy cắt…), ngành Dệt – Sợi – Nhuộm, ngành Nước và Nước Thải, Thang máy – cần trục) + Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý cơ bản làm việc của toàn bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành 1 nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0,96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ + Các ngõ kết nối trong biến tần MITSUBISHI A024 Hình 4.5: Các ngõ kết nối trong biến tần MITSUBISHI A024 4.2.3 Màn hìn HMI + Các loại màn hình HMI Màn hình hay còn được gọi là HMI (Human Mechine Interface) được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Màn hình gồm nhiều chủng loại khác nhau của các hãng như Mitsubishi, Siemen, Omron, Delta,…Mỗi hãng sản xuất đều có một số tính năng như bộ lập trình bằng tay, giám sát quá trình sản xuất, truy cập các thông số, dữ liệu cài đặt…… Ngoài các tính năng trên màn hình HMI còn có thể cho nhiều tính năng khác như đồ họa để mô phỏng các thiết bị trong quá trình sản xuất giúp người vận hành các thiếtbị có cái nhìn trực quan hơn về hệ thống sản xuất, giúp họ dễ thao tác kiểm tra hệ thống nhanh và hiệu quả hơn Một số loại màn hình HMI của hãng Mitsubishi: - Loại FX-10DU đến FX-50DU - Loại GOT-F900 series (handy và Touch Sceen) ... vụ nghiên cứu Mục tiêu nhiệm vụ đề tài thiết kế chế tạo máy mài bóng bề mặt theo nguyên lý – hóa 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài thiết kế chế tạo máy mài bóng bề mặt. .. bị thiết bị gia cơng mài bóng bề mặt từ nước tốn hạn chế nghiên cứu Do vậy, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo máy mài bóng bề mặt cần thiết mang lại hiệu kinh tế cao Chính thế, việc định hướng nghiên. .. THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY MÀI BÓNG BỀ MẶT THEO NGUYÊN LÝ CƠ – HOÁ Mã số: