Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển cho máy gia công cắt gọt kim loại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO TRƯỜNG………………… Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy gia công cắt gọt kim loại LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần kĩ thuật điện tử bán dẫn công suất lớn phát triển mạnh mẽ Các thiết bị điện tử cơng suất có nhiều ƣu điểm có khả điều khiển rộng, có tiêu kinh tế cao, kích thƣớc trọng lƣợng thấp, độ tin cậy xác cao Ứng dụng chúng vào việc biến đổi điều khiển điện áp dòng điện xoay chiều thành chiều ngƣợc lại chiều thành xoay chiều ngày sâu rộng Do mà thiết bị điện tử điều khiển có mặt hầu hết lĩnh vực sống Do yêu cầu thực tế sản xuất, hầu hết kĩ sƣ đƣợc học môn điện tử cơng suất Sau trƣờng, họ làm việc có liên quan đến lĩnh vực điện tử công suất phổ biến Thật may mắn đề tài tốt nghiệp em sử dụng nhiều kiến thức môn Đồ án tốt nghiệp gồm ba chƣơng: Chƣơng : Tổng quan chung công nghệ gia công máy cắt gọt kim loại Chƣơng : Trang bị điện máy mài Chƣơng : Xây dựng phƣơng án thay mạch động lực thiết kế mạch điều khiển Trong làm đồ án chúng em vơ cảm ơn hƣớng dẫn tận tình thầy giáo Nguyễn Đoàn Phong giúp đỡ chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp Vì q trình hồn thành đồ án tốt nghiệp không đƣợc dài nên chắn cịn nhiều thiếu sót em mong đƣợc góp ý thầy giáo Em xin chân thành cảm ơn CHƢƠNG TỔNG QUAN CHUNG CỦA CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN CÁC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI 1.1 PHÂN LOẠI CÁC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI - Tuỳ thuộc vào q trình cơng nghệ đặc trƣng phƣơng pháp gia cơng, dạng dao, đặc tính chuyển động…các máy cắt đƣợc chia thành máy bản: tiện, phay, bào, khoan – doa, mài nhóm máy khác nhƣ gia cơng ren vít… - Theo đặc điểm q trình sản xuất, chia thành máy vạn năng, chuyên dùng đặc biệt + Máy vạn máy thực đƣợc phƣơng pháp gia công khác nhƣ tiện, khoan, gia công răng…để gia công chi tiết khác hình dạng kích thƣớc + Máy chuyên dùng máy để gia công chi tiết có hình dạng nhƣng kích thƣớc khác + Máy đặc biệt máy thực gia cơng chi tiết có hình dáng kích thƣớc - Theo kích thƣớc trọng lƣợng chi tiết gia cơng máy chia máy cắt kim loại thành : + Máy bình thƣờng : trọng lƣợng chi tiết 100 – 10.10 kG + Máy cỡ lớn : trọng lƣợng chi tiết 10.10 – 30.10 kG + Máy cỡ nặng : trọng lƣợng chi tiết 30.10 – 100.10 kG + Máy nặng : trọng lƣợng chi tiết lớn 100.10 kG - Theo độ xác gia cơng, chia thành máy có độ xác bình thƣờng, cao cao 1.2 CÁC CHUYỂN ĐỘNG TÊN MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI Trên máy cắt gọt kim loại có hai loại chuyển động : chuyển động chuyển động phụ - Chuyển động di chuyển tƣơng đối dao cắt so với phơi để đảm bảo q trình cắt gọt Chuyển động lại chia : chuyển động chuyển động ăn dao + Chuyển động : chuyển động đƣa dao cắt ăn vào chi tiết + Chuyển động ăn dao : chuyển động xê dịch lƣỡi dao phôi để tạo lớp phôi - Chuyển động phụ : chuyển động không liên quan trực tiếp đến trình cắt gọt Chúng cần thiết chuẩn bị gia cơng, hiệu chỉnh máy Các chuyển động chính, ăn dao chuyển động quay chuyển động tịnh tiến dao phôi 1.3 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG THƢỜNG SỬ DỤNG TRONG MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI - Đối với chuyển động máy tiện, khoan, doa, phay…với tần số đóng cắt điện khơng lớn, phạm vi điều chỉnh tốc độ không rộng, thƣờng dùng hệ truyền động với động không đồng roto lồng sóc Điều chỉnh tốc độ máy thực phƣơng pháp khí dùng hộp tốc độ - Đối với số máy nhƣ: máy tiện, máy doa ngang, máy sọc yêu cầu phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng hơn, hệ truyền động trục dùng hệ truyền động với động khơng đồng cấp tốc độ Quá trình thay đổi tốc độ thực cách thay đổi sơ đồ đấu dây quấn stato động để thay đổi số đơi cực với cơng suất trì không đổi - Đối với số máy nhƣ : máy bào giƣờng, 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 Thƣờng dùng hệ truyền động chiều ( hệ máy phát động điện chiều F - Đ, hệ máy điện khuyếch đại động điện chiều MĐKĐ - Đ, hệ khuyếch đại từ động điện chiều KĐT - Đ biến đổi tiristo - động điện chiều T - Đ ) hệ truyền động xoay chiều dùng biến tần 1.4 CÁC THAM SỐ ĐẶC TRƢNG CHO CHẾ ĐỘ CẮT GỌT TRÊN CÁC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI 1.4.1 Chuyển động Tốc độ cắt, lực cắt phụ thuộc yếu tố điều kiện gia công, gồm : - Chiều sâu cắt : t ( mm ) Là khoảng cách bề mặt chi tiết trƣớc sau gia công - Lƣợng ăn dao : s ( mm / vòng, mm / hành trình ) Là độ di chuyển dao chi tiết quay đƣợc vòng đƣợc hành trình - Độ bền dao : T( phút ) Là khoảng thời gian làm việc dao hai lần mài - Vật liệu dao, phôi, phƣơng pháp gia công 1.4.1.1 Tốc độ cắt Là tốc độ dài tƣơng đối chi tiết so với dao điểm tiếp xúc dao chi tiết VZ CV ( m/phút ) T t xv s yv m Hay Vz = wct Rct Trong : Cv, xv, yv, m hệ số số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia công VD: Khi chi tiết gang thép : - Dao làm thép gió : Cv = 18,2 53,7 - Dao làm hợp kim cứng : Cv = 39,5 252 1.4.1.2 Lực cắt Fx Fy Fz Hình 1.1 Lực cắt Trong q trình gia cơng, điểm tiếp xúc dao chi tiết xuất lực tác dụng F gồm thành phần : + Fx : lực dọc trục, lực mà cấu ăn dao phải khắc phục, thành phần lực ăn dao + Fy : lực hƣớng kính, tạo áp lực lên cấu bàn dao gây lực ma sát dao chi tiết + Fz : lực tiếp tuyến, lực mà cấu chuyển động phải khắc phục, hay cịn gọi lực cắt F = Fx + F y + Fz Fz = 9,81.CF.t x s y V nz F F Fz : Fy : Fx= : 0,4 : 0,25 Trong : CF, xF, yF, n hệ số số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia công, vật liệu làm dao phƣơng pháp gia công 1.4.1.3 Công suất cắt Công suất cắt ( công suất yêu cầu cấu chuyển động ) đƣợc xác định theo cơng thức : Pz Fz Vz (kW ) 60.10 Trong : Fz – lực cắt ( N ) V – tốc độ cắt ( m/ph ) 1.4.2 Chuyển động ăn dao 1.4.2.1 Tốc độ ăn dao Là tốc độ dịch chuyển cấu bàn dao Vad = s.nct 10 ( m/ph ) Trong : nct – tốc độ vòng quay chi tiết S – lƣợng ăn dao nct 60 wct Vậy : 60.wct 10 Vad ( m/s ) 1.4.2.2 Lực ăn dao Fad = k.Fx + Fms Với : Fms = [ Gbd + Fy ] + Fd Trong : - hệ số ma sát + lúc khởi động : + lúc làm việc : = = 0,05 = 0,2 0,3 0,15 - Gbd trọng lƣợng cấu bàn dao Gbd = mbd.g 1.4.2.3 Công suất ăn dao Pad Fad Vad (kW ) 60 10 1.4.3 Thời gian máy Là thời gian dùng để gia công chi tiết Nó cịn đƣợc gọi thời gian cơng nghệ, thời gian thời gian hữu ích Để tính tốn thời gian máy, ta vào tham số đặc trƣng cho chế độ cắt gọt, gọi phƣơng pháp gia cơng máy Ví dụ máy tiện : tm L ( ph) n.s Trong : L : chiều dài hành trình làm việc (mm) n : tốc độ quay chi tiết ( tốc độ quay mâm cặp ) (vòng/ph) s : Lƣợng ăn dao (mm/vòng) Với : n 60.10 3.v d Ta có : tm d L 60 10 3.v.s 1.5 PHỤ TẢI CỦA ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CÁC CƠ CẤU ĐIỂN HÌNH TRONG CÁC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI 1.5.1 Truyền động Trong cấu truyền động máy cắt gọt kim loại, lực cắt lực hữu ích, phụ thuộc vào chế độ cắt ( t, s, v ) vật liệu chi tiết gia công vật liệu làm dao 1.5.1.1 Cơ cấu chuyển động quay - Momen trục máy đƣợc xác định theo công thức : Mz Fz d Với : Fz : lực cắt (N) d : đƣờng kính chi tiết (m) - Momen hữu ích trục động Mhi = Mz i Fz d ( Nm) 2i Với i tỉ số truyền từ trục động đến trục máy - Momen cản trục động Mc = M hi Fz d 2i 1.5.1.2 Cơ cấu chuyển động tịnh tiến - Momen tịnh tiến hữu ích Mhi = Fz Với : = Vc bán kính quy đổi lực cắt trục động Vc tốc độ truyền cấu - Momen cản tĩnh trục động Mc = M hi = Fz 1.5.2 Truyền động ăn dao Lực ăn dao bàn dao bàn cặp chi tiết khởi hành đƣợc tính theo biểu thức sau : Fad = (Gbd + Gct)fo + s (N) Trong : Gbd : khối lƣợng bàn Gct : khối lƣợng chi tiết fo : hệ số ma sát fo = 0,2 0,3 bàn dao khởi hành f = 0,08 0,1 cắt gọt : áp suất dính ( = 0,5 N/cm ) Lực ăn dao cắt gọt : Fad = (Gbd + Gct).f + s (N) Momen trục vít : - Khi khởi hành : Fad dtb.tg( Mad = - + ) ( N.m ) Khi cắt gọt : Mad = Fad.dtb.tg( ) ( N.m ) Với: : góc lệch đƣờng ren trục vít : góc ma sát trục vít dtb : đƣờng kính trung bình trục vít 1.6 TỔN HAO TRONG MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI Tổn hao máy cắt gọt kim loại phụ thuộc vào : - Dạng số lƣợng khâu động học (tính từ trục động đến trục cấu) - Dạng nhiệt độ dầu bôi trơn - Sự thay đổi phụ tải làm thay đổi áp lực cấu truyền máy - Sự thay đổi tốc độ cấu làm việc 1.6.1 Phụ tải định mức / dmHT = cdm dm2… dm1 ( const ) dmn n dmHT = dmi i 1.6.2 Phụ tải thay đổi / HT = cdm M hi M hi M ms Mms = aMhiđm + bMhi Với : a : hệ số tổn hao không biến đổi theo phụ tải b : hệ số tổn hao biến đổi theo phụ tải Mms = Mhi [a M hidm + b] M hi ... : Tổng quan chung công nghệ gia công máy cắt gọt kim loại Chƣơng : Trang bị điện máy mài Chƣơng : Xây dựng phƣơng án thay mạch động lực thiết kế mạch điều khiển Trong làm đồ án chúng em vô cảm... NGHỆ GIA CÔNG TRÊN CÁC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI 1.1 PHÂN LOẠI CÁC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI - Tuỳ thuộc vào q trình cơng nghệ đặc trƣng phƣơng pháp gia cơng, dạng dao, đặc tính chuyển động…các máy cắt. .. ĐỘNG TÊN MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI Trên máy cắt gọt kim loại có hai loại chuyển động : chuyển động chuyển động phụ - Chuyển động di chuyển tƣơng đối dao cắt so với phơi để đảm bảo q trình cắt gọt Chuyển