Đang tải... (xem toàn văn)
Môn học Trang bị điện 2 là một trong những môn chuyên ngành để đào tạo sinh viên ngành Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa. Đây là môn học chính trong chương trình đào tạo ngành Công nghệ tự động, Trường Đại học Điện Lực cũng như các trường thuộc Tập đoàn điện lực Việt Nam. Giáo trình trang bị điện 2 do tập thể cán bộ giảng dạy của Khoa Công nghệ tự động, Trường Đại học Điện lực biên soạn dựa trên các bài giảng mà các tác giả đã giảng dạy tại trường nhiều năm qua và các tài liệu tham khảo. Nội dung cuốn sách được viết ra nhằm giúp cho sinh viên các trường thuộc tập đoàn có tài liệu tham khảo, học tập sát với chương trình đào tạo. Cuốn sách gồm có 8 chương, cụ thể:
HỘI ĐIỆN LỰC VIỆT NAM ĐỀ ÁN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM Tên đề án: BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH CHO MỘT SỐ MƠN HỌC CHÍNH TRONG BỘ KHUNG CHƯƠNG TRÌNH Ở CÁC CƠ SỞ ĐÀO TẠO THUỘC TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM Chủ nhiệm đề án: GS.VS.TSKH Trần Đình Long Cơ quan chủ trì: Hội Điện lực Việt Nam GIÁO TRÌNH MƠN HỌC TRANG BỊ ĐIỆN Hà Nội – 2014 LỜI NĨI ĐẦU Mơn học Trang bị điện môn chuyên ngành để đào tạo sinh viên ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Đây mơn học chương trình đào tạo ngành Công nghệ tự động, Trường Đại học Điện Lực trường thuộc Tập đoàn điện lực Việt Nam Giáo trình trang bị điện tập thể cán giảng dạy Khoa Công nghệ tự động, Trường Đại học Điện lực biên soạn dựa giảng mà tác giả giảng dạy trường nhiều năm qua tài liệu tham khảo Nội dung sách viết nhằm giúp cho sinh viên trường thuộc tập đồn có tài liệu tham khảo, học tập sát với chương trình đào tạo Cuốn sách gồm có chương, cụ thể: Chương Khái niệm chung máy cắt gọt kim loại Giới thiệu chung máy cắt gọt kim loại, tính tốn thông số lực cắt, tốc độ cắt Các phương pháp điều chỉnh tốc độ máy cắt gọt kim loại Chương Trang bị điện cho nhóm máy tiện Tập chung phân tích mạch điện loại máy tiện T616, máy tiện 1540 Chương Trang bị điện cho nhóm máy bào giường Phân tích hệ thống truyền động điện cho máy bào giường dùng hệ F – Đ hệ T – Đ Chương Trang bị điện cho nhóm máy doa Giới thiệu chung loại máy doa Phân tích mạch điện loại máy doa thường dùng như: máy doa 2A613, máy doa tọa độ 2A450, máy doa ngang 2620 Chương Trang bị điện cho nhóm máy mài Phân tích giới thiệu mạch điện máy mài 3A161 Nguyên lý làm việc, nguyên lý điều chỉnh tốc độ,… Chương Trang bị điện cho máy phay Trình bày cơng nghệ, ngun lý mạch điện máy phay 6H81 Chương Trang bị điện cho máy khoan Phân tích mạch điện máy khoan hay dùng công nghiệp máy khoan 2A125, máy khoan 2A55 Chương Trang bị điện cho máy cán Giới thiệu, phân tích sơ đồ mạch loại máy cán nóng, cán nóng quay thuận nghịch, máy cán nguội, cán dây Chương Máy điều khiển số CNC Giới thiệu tổng quan máy CNC Các phương pháp điều khiển máy công cụ CNC Các chương phân cơng biên soạn sau: Chu Đức Tồn chương 1, 2, 3, 7, 6, chịu trách nhiệm chủ biên; Đặng Việt Hùng Nguyễn Thị Điệp chương 4, 5; Nguyễn Anh Hoa chương 8, Mặc dù tác giả dành nhiều cố gắng, song khơng tránh khỏi sai sót định, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến độc giả Mọi ý kiến đóng góp gửi địa chỉ: Khoa Cơng nghệ tự động, Trường Đại học Điện lực, G203 Hoàng Quốc Việt – Từ Liêm – Hà Nội Tác giả MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHƯƠNG I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY CẮT GỌT 10 KIM LOẠI 1.1 KHÁI NIỆM MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI 10 1.2 PHÂN LOẠI MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI 10 1.3 CÁC CHUYỂN ĐỘNG VÀ DẠNG GIA CƠNG 10 ĐIỂN HÌNH TRÊN MCGKL 1.4 PHƯƠNG PHÁP CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 11 CHO MCGKL 1.4.1 Các thông số chế độ làm việc máy 12 1.4.2 Các bước chọn công suất động 12 1.5 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ MCGKL 12 1.5.1 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ MCGKL 14 1.5.2 Các tiêu điều chỉnh tốc độ 14 1.6 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG CHƯƠNG II TRANG BỊ ĐIỆN CHO NHÓM MÁY TIỆN 17 19 2.1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ 20 2.2 PHỤ TẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHỌN CÔNG 20 SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY TIỆN 2.2.1 Phụ tải 21 2.2.2 Phương pháp chọn cơng suất truyền động 21 máy tiện 2.3 MẠCH ĐIỆN MÁY TIỆN T616 23 2.3.1 Giới thiệu chung, ký hiệu sơ đồ 25 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 25 2.3.3 Bảo vệ liên động 27 2.4 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH 27 MÁY TIỆN 1A660 2.4.1 Giới thiệu chung, ký hiệu sơ đồ 27 2.4.2 Các điều kiện làm việc máy 27 2.4.3 Phân tích mạch động lực (Hệ truyền động điện F-Đ) 27 2.4.4 Phân tích mạch kích từ động Đ 27 2.4.5 Phân tích mạch kích từ máy phát F 29 2.4.6 Thuyết minh nguyên lý khởi động động Đ 30 2.4.7 Thuyết minh chế độ thử máy 30 2.4.8 Thuyết minh trình điều chỉnh tốc độ từ xa 30 2.4.9 Thuyết minh trình hãm máy 31 2.5 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH 31 MÁY TIỆN ĐỨNG 1540 2.5.1 Phân tích mạch lực (Hệ truyền động điện T – Đ) 31 2.5.2 Phân tích mạch kích từ động Đ 32 2.5.3 Phối hợp điều khiển điện áp phần ứng từ 32 thông động Đ 2.5.4 Thuyết minh nguyên lý khởi động động Đ 32 2.5.5 Thuyết minh trình hãm máy 34 2.5.6 Thuyết minh trình thử máy 34 2.5.7 Tiện cắt hay tiện mặt đầu 34 2.5.8 Mạch tín hiệu 35 2.6 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĂN DAO 37 MÁY TIỆN 1540 2.7 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN MÁY TIỆN 1K62 37 2.7.1 Trang bị điện 37 2.7.2 Nguyên lý hoạt động 39 2.7.3 Bảo vệ liên động 39 2.8 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG CHƯƠNG III TRANG BỊ ĐIỆN CHO NHÓM MÁY BÀO 39 41 GIƯỜNG 3.1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ 41 3.2 PHỤ TẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP CHỌN CÔNG 43 SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY BÀO GIƯỜNG 3.2.1 Phụ tải truyền động 43 3.2.2 Phương pháp chọn cơng suất động truyền động 43 máy bào giường 3.3 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN MÁY BÀO GIƯỜNG THEO HỆ F-Đ CÓ KHUẾCH ĐẠI MÁY ĐIỆN LÀM 49 KÍCH TỪ CHO MÁY PHÁT 3.3.2 Phân tích nguyên lí làm việc hệ thống truyền 49 động điện 3.3.3 Phân tích nguyên lý sơ đồ điều khiển tự động 53 3.4 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN MÁY BÀO GIƯỜNG HỆ 55 THYRISTOR – ĐỘNG CƠ (T-Đ) 3.5 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 57 CHƯƠNG IV TRANG BỊ ĐIỆN CHO NHÓM MÁY DOA 58 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY DOA 58 4.2 MẠCH ĐIỆN MÁY DOA 2A613 59 4.2.1 Trang bị điện 59 4.2.2 Nguyên lý hoạt động 60 4.2.3 Bảo vệ liên động 60 4.3 MẠCH ĐIỆN MÁY DOA NGANG 2620 62 4.3.1 Thông số kỹ thuật 62 4.3.2 Sơ đồ truyền động máy doa ngang 2620 63 4.3.3 Sơ đồ truyền động ăn dao máy doa ngang 2620 64 4.4 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN MÁY DOA TỌA ĐỘ 2A450 68 4.5 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG IV 70 CHƯƠNG V TRANG BỊ ĐIỆN CHO NHÓM MÁY MÀI 71 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY MÀI 71 5.2 MẠCH ĐIỆN MÁY MÀI 3b722 71 5.2.1 Trang bị điện 71 5.2.2 Thuyết minh nguyên lý 73 5.3 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN MÁY MÀI 3A161 74 5.3.1 Giới thiệu, phân tích mạch phần ứng động ĐC 74 5.3.2 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động ĐC 75 5.3.3 Xây dựng đặc tính tĩnh hệ thống 76 5.3.4 Nguyên lí làm việc sơ đồ điều khiển tự động 76 5.4 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG V 77 CHƯƠNG VI TRANG BỊ ĐIỆN CHO MÁY PHAY 78 6.1 KHÁI NIỆM VỀ MÁY PHAY 78 6.2 MẠCH ĐIỆN MÁY PHAY 6H81 79 6.2.1 Trang bị điện 79 6.2.2 Thuyết minh nguyên lý hoạt động 79 6.2.3 Các bảo vệ liên động 79 6.3 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG VI CHƯƠNG VII TRANG BỊ ĐIỆN CHO MÁY KHOAN 80 81 7.1 KHÁI NIỆM VỀ MÁY KHOAN 81 7.2 MẠCH ĐIỆN MÁY KHOAN 2A125 81 7.2.1 Trang bị điện 81 7.2.2 Thuyết minh nguyên lý hoạt động 82 7.2.3 Bảo vệ liên động 83 7.3 MẠCH ĐIỆN MÁY KHOAN 2A55 83 7.3.1 Trang bị điện 83 7.3.2 Nguyên lý hoạt động 83 7.3.3 Bảo vệ liên động 86 7.4 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG VII CHƯƠNG VIII TRANG BỊ ĐIỆN CHO CÁC MÁY CÁN 8.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GIA CÔNG BẰNG ÁP 86 88 88 LỰC 8.1.1 Biến dạng kim loại 89 8.1.2 Nén kim loại theo đường thẳng 90 8.1.3 Nén theo hai phương vng góc 90 8.1.4 Nén kéo theo hai phương vng góc 93 8.1.5 Biến dạng kim loại dạng nguội nóng 94 8.2 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CƠNG NGHỆ CÁN 94 THÉP 8.2.1 Khái niệm 94 8.2.2 Cấu tạo máy cán 95 8.2.3 Phân loại máy cán 95 8.3 TRANG BỊ ĐIỆN MÁY CÁN NÓNG QUAY 96 THUẬN NGHỊCH (CNQTN) 8.3.1 Đặc điểm công nghệ 96 8.3.2 Đặc điểm động điện truyền động 99 8.3.4 Tính kiểm tra công suất động truyền động 101 máy CNQTN 8.3.5 Hệ thống truyền động điện máy CNQTN 104 8.3.5.1 Hệ thống truyền động điện F - Đ 104 8.3.5.2 Hệ truyền động thyristor – động (T-Đ) 8.4 TRANG BỊ ĐIỆN CHO MÁY CÁN NÓNG LIÊN 119 121 TỤC 8.4.1 Đặc điểm công nghệ 121 8.4.2 Sơ đồ điều khiển máy CNLT cán khổ rộng 122 8.5 TRANG BỊ ĐIỆN CHO MÁY CÁN DÂY 124 8.5.1 Khái niệm chung 124 8.5.2 Truyền động điện xoay chiều máy cán dây 124 8.5.3 Truyền động điện chiều máy cán dây 125 8.6 TRANG BỊ ĐIỆN CHO MÁY CÁN NGUỘI 127 8.6.1 Khái niệm công nghệ cán nguội đặc điểm máy 128 cán nguội 8.6.2 Sơ đồ chức truyền động điện máy CNg cán tơn 128 lõi biến áp 8.7 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG VIII CHƯƠNG IX MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC 9.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN MÁY 128 13 ĐIỀU KHIỂN SỐ 9.2 PHÂN LOẠI MÁY CNC 132 9.3 ƯU ĐIỂM CỦA MÁY CNC 132 9.4 THÀNH PHẦN CƠ BẢN HỆ ĐIỀU KHIỂN MÁY 134 CNC 9.4.1 Hệ thống đo lường máy CNC 135 9.4.2 Thành phần hệ điều khiển máy 135 CNC 9.5 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRONG CÁC 135 MÁY CNC 9.6 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHUNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 139 MÁY TIỆN CNC TÀI LIỆU THAM KHẢO 142 144 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Stt Tên gọi Ký hiệu Động điện chiều kích từ độc lập Đ Máy phát điện chiều kích từ độc lập F Máy phát tốc FT Máy điện khuếch đại từ trường ngang ()*+,⸢ -./029 Động khơng đồng pha rotor lồng sóc 5888 Động không đồng pha rotor dây quấn Máy biến áp cách ly pha Máy biến áp pha nối Y/Y Y Y Máy biến áp pha nối Δ/Y Y 10 Máy biến dòng (TI) 11 Máy biến điện áp (TU) 12 Cuộn cảm, cuộn kháng không lõi 13 Cuộn cảm, cuộn kháng có lõi sắt từ 14 Cuộn cảm thay đổi thông số 15 Cầu dao pha, pha 16 Cầu chì 17 Nút ấn khơng tự giữ 23 Thường mở 24 Thường kín 18 Nút ấn liên động 19 Cơng tắc: thường mở; thường kín; đổi nối 20 Cơng tắc hành trình: thường mở; thường đóng liên động 21 Cuộn dây công tắc tơ, khởi động từ, rơle (ký hiệu chung) 5888 Tiếp điểm công tắc tơ, khởi động từ, rơle (ký hiệu chung): thường mở; thường đóng 23 Cuộn dây rơle dịng điện 23 I Cuộn dây rơle áp U 5888 Cuộn dây rơle thời gian: có chậm trễ hút vào; có chậm trễ nhả ra; 26 có chậm trễ hút vào nhả Tiếp điểm rơle thời gian: - Thường mở, thường đóng - Đóng chậm, mở chậm 27 - Đóng mở chậm Rơle nhiệt: cuộn dây; tiếp điểm 28 thường mở, thường đóng Cịi báo 29 Điện trở: khơng điều chỉnh; biến trở 30 điều chỉnh Tụ điện: ký hiệu chung có phân 31 cực Diode bán dẫn, diode Zener 32 Thyristor 33 Tranzitor BJT 34 IC khuếch đại thuật toán + – +VCC P + N – Ngõ –VEE 35 Bàn điện từ 36 Nam châm điện 130 g b b ®t ® re e® xp cbu 1k t 2t ®k p r c b 1k t 1® cbi ri ru xp 2® r ri ru r rcb cbi 2k t 2t ®k p 3t ®k p c b 1k t xp cbi 3® cbu 3k t xp r c b 1k t x rcb b b ®t Hình 8.24 : Sơ đồ chức truyền động điện máy CNg cán tôn lõi biến áp Mỗi BBĐ (thuận ngược) thyristor lại nối song song có điều chỉnh điện áp Ru dịng RI riêng Các tín hiệu tương ứng với dịng áp thực đặt tới điều chỉnh dòng R I áp Ru Bộ điều chỉnh tốc độ R dùng chung có động qua phát tốc G Các cuộn kích từ thơng động ứng với tốc độ đạt điều khiển điều chỉnh từ thông R thay đổi gián tiếp nhờ cảm biến dịng kích từ CBIKT Tín hiệu điều chỉnh từ thơng Đ từ đầu điều chỉnh s.đ.đ RE chung cho động tới đầu vào điều chỉnh từ thơng R Mạch vịng điều chỉnh 131 s.đ.đ có phản hồi s.đ.đ động 1Đ cịn độ lớn từ thơng kích từ 2Đ, 3Đ điều chỉnh qua điều chỉnh cân phụ tải RCB 8.7 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG VIII Trình bày thông số đặc trưng cho công nghệ cán thép, tham số định điều kiện ngoạm phôi trục cán Phương pháp xác định công suất động truyền động máy CNQTN Trình bày làm việc mạch điện máy CNQTN dùng hệ F-Đ có máy điện khuếch đại Vẽ nêu điều chỉnh tốc độ động hộp cán máy CNg Nguyên lý mạch điện điều khiển truyền động xoay chiều chiều máy cán dây 132 CHƯƠNG IX MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC 9.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ Máy CNC từ viết tắt cho Computer Numerical Control (điều khiển máy tính) đề cập đến việc điều khiển máy tính máy móc khác với mục đích sản xuất (có tính lập lại) phận kim khí (hay vật liệu khác) phức tạp, cách sử dụng chương trình viết kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi mã G CNC Năm 1808 Joseph M.Jacquard chế tạo máy dệt dùng thép có lỗ để tự động điều khiển đường chuyển động kim dệt Người ta cho thời điểm đời máy điều khiển số (Computer Numerical Control – CNC) Năm 1642 Pascal chế tạo máy tính đầu tiên, máy tính hình thành sở tổ hợp truyền bánh Năm 1838 Babbage chế tạo máy tính máy tính khí xác Máy tính khơng thực phép tính số học mà cịn hình thành hàm tốn học Năm 1940 Aiken người Mĩ Zuse người Đức thiết kế chế tạo máy tính sở tổ hợp điện tử, đặt tên là: ENIAC, Năm 1957 Học viện Công nghệ Tokyo công ty Ikegai thành công việc phát triển hệ thống điều khiển số máy tiện chép hình thủy lực Đó máy tiện Nhật Máy có khả thực di chuyển dụng cụ đến điểm tính toán tự động từ trước Năm 1959 mạch IC đời nhanh chóng thay bóng bán dẫn Năm 1976 máy điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình mà thơng tin viết dạng số gọi máy điều khiển số NC (Numerical Control) Cũng vào năm 1976 người ta đưa máy tính nhỏ vào hệ thống điều khiển máy NC nhằm mở rộng đặc tính điều khiển mở rộng nhớ máy NC gọi CNC (Computer Numerical Control) Sau hệ thống CAD/CAM/CNC đời Năm 1984 đồ họa máy tính phát triển ứng dụng để mơ q trình gia công máy công cụ Năm 1994 hệ NURBS (Not uniforme rational B-Splines) giao diện phần mềm CAD cho phép mô bề mặt nội suy phức tạp hình Năm 2001 Funuc chế tạo hệ điều khiển nano cho máy công cụ CNC 9.2 PHÂN LOẠI MÁY CNC Một số loại máy CNC thường gặp sau: Máy mài CNC (Grinding machine): máy mài có loại: mài trịn ngồi, mài răng, mài định hình dạng khác Máy mài có số trục máy từ đến trục Công nghệ mài địi hỏi độ xác cao, độ bóng bề mặt cao Vì độ xác máy mài CNC cao so với máy CNC khác Để đạt điều kiện gia công, hệ thống điều khiển máy mài CNC phải đảm bảo được: bàn máy dịch chuyển 133 êm, lượng dịch chuyển nhỏ xác nhiều so với máy khác Để đạt độ bóng cao tốc độ cắt máy mài phải cao nên tốc độ trục đạt đến vài chục nghìn vịng/phút, tốc độ tiến dao thường vào khoảng 0,002 mm/phút đến mm/phút Hình 9.1: Máy mài tròn CNC S&T TNGP-41 Máy khoan CNC (Drilling machine): Hệ thống điều khiển hệ thống điều khiển vị trí Hệ điều khiển máy khoan CNC thiết kế với khả điều khiển tương thích với hai cách viết chương trình: hệ tuyệt đối hệ gia số Hình 9.2: Máy khoan CNC Máy doa CNC (Boring machine): Trục máy doa CNC thường bố trí nằm ngang thẳng đứng Máy trang bị phần mềm đồ họa để mơ q trình gia cơng chi tiết máy Đặc điểm cơng nghệ doa địi hỏi máy doa CNC phải có độ xác vị trí cao Ngồi hệ điều khiển máy cịn phải có khả tự động lựa chọn chế độ gia công phù hợp với vật liệu dao vật liệu phôi, phải có khả tự động xác định lượng mịn dụng cụ để thực hiệu chỉnh lúc gia cơng máy cịn phải trang bị phần mềm đồ họa đủ mạnh để mô trình gia cơng chi tiết máy Hình 9.3: Máy doa CNC 134 Máy phay CNC (Milling machine): Cấu trúc máy phay thiết kế sở hệ tọa độ Decac theo nguyên tắc bàn tay phải với trục tọa độ vng góc với máy khoan Máy phay có nhiều trục máy Máy phay CNC trang bị hệ thống điều khiển mạch để tính tốn quỹ đạo chuyển động dụng cụ, nội suy thẳng, nội suy vòng đường cong phức tạp Hình 9.4: Máy phay CNC Máy tiện CNC (Turning machine): Máy tiện có nhiều trục chính, nhiều bàn xe dao đầu Rovônve Máy tiện CNC thường có nhiều chức như: tiện trơn, tiện ren, khoan, khoét, khoan tâm, cắt đứt, tiện mặt đầu… a) Máy tiện CNC CJK 1640 b) Máy tiện CNC FEL-1660ENC Hình 9.5: Hỉnh ảnh thực tế máy tiện CNC 9.3 ƯU ĐIỂM CỦA MÁY CNC So với máy công cụ điều khiển tay, kết làm việc máy công cụ CNC không phụ thuộc vào tay nghề thục người điều khiển Người điều khiển máy chủ yếu đóng vai tṛị theo dõi kiểm tra chức hoạt động máy 135 Ưu điểm có máy cơng cụ CNC phương thức làm việc với hệ thống xử lý thơng tin “ điện tử – số hóa “, cho phép nối ghép hệ thống xử lý số phạm vi quản lý tồn xí nghiệp, tạo điều kiện mở rộng tự động hóa tồn q trình sản xuất, ứng dụng kỹ thuật đại thông qua mạng liên thông cục ( LAN) hay mạng liên thơng tồn cầu ( WAN) Các máy ứng dụng kỹ thuật CNC đạt tốc độ dịch chuyển lớn Trong lĩnh vực gia công cắt gọt, máy công cụ CNC có suất cắt gọt cao giảm tối đa thời gian phơ, mức tự động hố nâng cao vượt bậc Máy cơng cụ CNC dễ dàng thay đổi chương trình gia cơng, thiết thực với loại chi tiết khác nhau, thời gian chuẩn bị hiệu chỉnh kỹ thuật khu vực làm việc giảm đáng kể Thời gian thay dao thực nhanh chóng, xác chuẩn bị dao vùng ngoại vi nạp trở lại vào ổ tích dao chuyên dùng gắn máy Máy CNC cho độ xác cao, độ bóng bề mặt cao Máy CNC gia cơng chi tiết có hình thù phức tạp mà máy thông thường không gia công Hiện máy CNC ngày ứng dụng rộng rãi nhà máy, phân xưởng, có tính ưu việt chội, có tính cao mà máy công cụ thông thường chưa đạt 9.4 THÀNH PHẦN CƠ BẢN HỆ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 9.4.1 Hệ thống đo lường máy CNC Thiết bị đo tốc độ: Để đo tốc độ quay thực động đưa tín hiệu phản hồi tốc độ động điều chỉnh tốc độ Tín hiệu phản hồi so sánh với tốc độ đặt động cơ, kết đưa vào đầu vào điều chỉnh tốc độ Để đo tốc độ quay người ta dùng máy phát tốc encoder gắn trực tiếp với trục động Thiết bị đo vị trí: Các trục máy trang bị dụng cụ đo vị trí để xác định tọa độ bàn dao Khi máy di chuyển dụng cụ đo lường phát tín hiệu điện, hệ điều khiển CNC xử lý tín hiệu xác định tọa độ xác trục máy Các dụng cụ đo khoảng cách dịch chuyển đoạn đường chuyển động thẳng góc chuyển động quay trục tọa độ tín hiệu đầu thiết bị đưa so sánh với giá trị đặt vị trí, kết đưa vào đầu vào điều chỉnh vị trí Trên dụng cụ đo lường vị trí cịn trang bị vài điểm chuẩn, mục đích để thiết lập lại tọa độ gốc trục sau lần khởi động lại máy Trên sở đó, người ta có phương pháp đo vị trí sau: Phương pháp đo vị trí có đầu đại lượng tương tự: Đoạn đường hay góc cần đo chuyển đổi liên tục thành đại lượng vật lý tương thích, thơng thường tín hiệu dịng điện hay điện áp Phương pháp đo vị trí có đại lượng đầu đại lượng số: Đoạn đường hay góc cần đo chia thành yếu tố đơn vị có độ lớn Q trình đo đếm hay cộng yếu tố đơn vị qua Để thực việc đo, dùng cảm biến vị trí để xác định vị trí, đo lường bề dày, đường kính vật, vị trí vật dịch chuyển,… Hiện 136 có cảm biến như: cảm biến vị trí dùng chiết áp, cảm biến dùng selsyn, đo góc, loại cảm biến có đầu số (encoder số),… 9.4.2 Thành phần hệ điều khiển máy CNC Thành phần hệ điều khiển CNC hình 9.6 MCU Servo Driver Servo motor Bàn máy Phản hồi tốc độ Phản hồi vị trí Hình 9.6: Thành phần hệ thống điều khiển CNC Hình 9.6 ta thấy thành phần bao gồm: Các cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit) Cụm điều khiển động Servo (servo driver) Cụm động servo Cụm phản hồi tốc độ Cụm phản hồi vị trí Cụm điều khiển máy: Đóng vai trị điều khiển tồn hoạt động máy làm nhiệm vụ giao tiếp người vận hành hệ thống, nhận lệnh điều khiển tính tốn nội suy để đưa thuật tốn số học, lơ gic theo trình tự xác định Từ cơng nghệ gia cơng người lập trình nạp vào MCU, nhờ hệ thống MCU đưa tín hiệu từ cụm phản hồi vị trí để liên tục điều chỉnh sai lệnh vị trí q trình làm việc Sai lệnh tốc độ động servo cụm phản hồi tốc độ phát đưa tới cụm điều khiển servo để hiệu chỉnh Cụm điều khiển máy coi trái tim máy công cụ điều khiển số Nó có nhiệm vụ liên kết tất chức để điều khiển máy Các chức bao gồm vào/ra số liệu xử lý, ghép nối máy thiết bị ngoại vi Phần cứng cụm điều khiển MCU gồm có thành phần bản: vi xử lý trung tâm, nhớ, điều khiển servo, thiết bị lơ gic điều khiển trình tự mạch ghép nối Các thành phần liên hệ với qua bus Bộ xử lý trung tâm CPU: máy tính nhỏ thành phần máy tính Số lượng cấu trúc máy tính thực nhờ mối liên hệ trực tiếp tinh vi mạch lô gic CPU Nhờ chương trình nguồn ghi nhớ để hình thành thuật tốn sở liệu đưa vào cho phù hợp với chương trình điều khiển điều khiển thiết bị ngoại CPU thông qua bus 137 Cấu trúc CPU gồm thành phần phần tử điều khiển, phần tử lô gic số học, nhớ truy cập nhanh ROM, RAM Ghép nối CPU Hệ thống bus Điều khiển servo PLC Hình 9.10: Thành phần MCU Phần tử điều khiển làm nhiệm vụ điều khiển tất phần tử phần tử khác CPU Xung nhịp từ đồng hồ đưa vào điều khiển đồng hoạt động phần tử Phần tử điều khiển chuyển đổi thơng tin với phần tử khác qua bus, đồng thời có nhiệm vụ sinh tín hiệu u cầu thơng tin từ phần tử khác Phần tử số học có nhiệm vụ hình thành thuật tốn mong muốn sở liệu đưa vào Bộ nhớ truy cập nhanh nhớ CPU dùng để lưu trữ tạm thời số liệu phần tử số học xử lý chương trình điều khiển từ Rom, Ram gửi tới Bộ nhớ: Bộ nhớ CPU thường có dung lượng nhỏ lưu trữ số liệu tạm thời mà CNC cần có nhớ dung lượng lớn để lưu trữ trình chương ứng dụng hay gọi chương trình NC, chương trình điều khiển, chương trình ghép nối số liệu xử lý Bên CNC thơng thường có hai nhớ nhớ có sẵn Rom, Ram nhớ mở rộng (ổ cứng, ổ mềm,…) Số liệu vào/ (Data input/ output): Chức bao gồm chức vào lưu trữ liệu Đó số liệu mô tả đường hoạt động máy cơng cụ Số liệu đưa MCU tín hiệu vị trí hay lượng chạy dao Các tín hiệu đưa tới mạch điều khiển servo để sinh tính hiệu điều khiển động Trong cụm dẫn động, động ln có mạch khuếch đại tín hiệu trước đưa vào cụm dẫn động nhỏ không đủ công suất để động làm việc Xử lý số liệu (Data Processing): Cấu trúc chương trình điều khiển đưa vào MCU mã hóa mã nhị phân sau lưu trữ vào nhớ đệm Các số liệu xử lý trung tâm CPU tính tốn xác định vị trí, lượng chạy dao, hiệu chỉnh chiều dài, số liệu rời rạc u cầu điều khiển đóng ngắt bơi trơn, làm mát chi tiết, thiết bị điều khiển cổng I/O đảm bảo trình tự truyền tín hiệu máy cơng cụ - PLC hệ điều khiển CNC Ghép nối vào/ra: tín hiệu rời rạc yêu cầu từ số liệu vào chiều quay trục chính, đóng mở động làm mát, bôi trơn, dừng khẩn cấp, dừng chu trình tín hiệu khác từ máy cơng cụ gửi tới hệ điều khiển CNC 138 Phần mềm CNC: Chương trình bên hệ điều khiển CNC có loại chương trình điều hành, chương trình điều khiển trình tự, chương trình cơng nghệ Phần mềm điều hành chương trình điều hành máy, thực chức NC Chương tình điều hành sản xuất lập trình sẵn nạp vào Rom máy Chức chương trình điều hành chấp nhận chương trình ứng dụng Phần mềm điều khiển trình tự máy CNC thường dùng điều khiển lập trình PLC Phần mềm điều khiển trình tự phần mềm lập trình điều khiển cho PLC PLC truyền thơng cho CPU MCU Phần mềm ứng dụng gọi chương trình NC chương trình cho phép mơ tả đường chuyển động dụng cụ trình gia cơng, kiểu chuyển động có thể: chạy nhanh, nội suy thẳng, nội suy vòng,… 9.5 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRONG CÁC MÁY CNC Trong máy CNC, phân loại dựa theo phương pháp điều khiển, hệ điều khiển xác định kiểm tra thường có phương pháp điều khiển sau: Phương pháp điều khiển chu trình hở Phương pháp điều khiển chu trình nửa kín Phương pháp điều khiển chu trình kín Phương pháp điều khiển hỗn hợp Hầu hết máy CNC cho độ xác cao sử dụng cơng nghệ đại có khả lập trình tự động cao Bộ điều khiển kiểm sốt vị trí dịch chuyển dụng cụ cắt xác nhiều so với máy thông thường, chất lượng gia cơng chi tiết tốt Tuy nhiên phương pháp điều khiển theo chu trình hở sử dụng số máy CNC cho độ xác chưa cao + Phương pháp điều khiển chu trình hở: Trong hệ thống điều khiển chu trình hơ, liệu chương trình gia cơng nhập đưa vào điều khiển MCU (machine control unit), từ giải mã thông tin lưu trữ nhớ người vận hành bấm nút chạy chương trình Cấu trúc hệ thống điều khiển hở thể hình 9.11 Hình 9.11 cho thấy hệ thống đơn giản khơng có mạch hồi tiếp Tuy nhiên chưa có cách để kiểm tra xem động servo có dịch chuyển theo lệnh yêu cầu hay khơng nghĩa khơng có mối liên hệ ngược mà theo chiều Trong thực tế phương pháp khơng sử dụng cho máy CNC có độ xác cao (>0.02mm) có lực cắt q trình gia cơng lớn Hệ truyền động điện thường sử dụng động servo động điện chiều kiểu động bước Trong trường hợp mô men quay nhỏ thay đổi độ xác dịch chuyển cao Vì máy gia công sử dụng điều khiển theo chu trình hở Nhược điểm hệ điều khiển hở nhạy với biến đổi tải trọng, hàm điều khiển khơng phụ thuộc vào thời gian thực Khi tải thay đổi, tốc độ chuyển động thay đổi theo, hệ điều khiển khơng có khả tự điều chỉnh để phù hợp với tải trọng 139 Động trục Trục Y Trục X Động servo Vít me Đai truyền Động servo Bộ điều khiển Điều khiển động servo Y Điều khiển động servo X máy Bộ điều khiển tốc độ trục Chương trình gia cơng Hình 9.11: Hệ thống điều khiển theo chu trình hở Ngồi hệ điều khiển hở cịn chịu ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ, bôi trơn yếu tố bên khác Ưu điểm hệ thống điều khiển hở việc thiết kế chế tạo mang tính đơn giản, giá thành thấp… + Bộ điều khiển chu trình nửa kín Đây loại hệ thống tương đối phổ biến Với hệ thống này, thiết bị kiểm tra vị trí lắp vào trục động servo chúng kiểm tra góc quay Độ xác gia cơng phụ thuộc lớn vào độ xác trục vít me Vì trục vít me bi có độ xác cao dùng hệ truyền động cho bàn máy Trong máy CNC loại cịn cho phép bù trừ sai số bước vít me khe hở trục vít me để tăng độ xác Để bù trừ sai số bược vít me cách hiệu chỉnh thị đến hệ dẫn động servo từ loại bỏ sai số tích lũy Bù trừ sai số khe hở chiều chuyển động đổi chiều, lượng xung tương ứng với khe hở gửi đến hệ điều khiển động servo để hiệu chỉnh Chỉ thị vị trí Điều khiển vị trí Encoder Điều khiển vận tốc Tacho-meter Động servo Vít me-đai ốc Hình 9.12: Hệ thống điều khiển theo chu trình nửa kín + Điều khiển chu trình kín Trong phương pháp điều khiển nửa kín, điều khiển bù sai số bước vít me sai số khe hở Tuy nhiên khối lượng chi tiết gia cơng thay đổi 140 khe hở thay đổi Độ mịn trục vít me khác vị trí khác Ngồi khe hở vít me cịn thay đổi theo nhiệt độ, lúc điều khiển điều khiển theo chu trình kín khắc phục nhược điểm Chỉ thị vị trí Điều khiển vị trí Máy đo tốc độ Điều khiển vận tốc Thước quang học Động servo Vít me-đai ốc Hình 9.13: Hệ thống điều khiển theo chu trình kín Hệ thống điều khiển chu trình kín thiết bị giám sát vị trí lắp bàn máy vị trí thực bàn máy hồi tiếp hệ điều khiển Chu trình kín chu trình nửa kín giống ngoại trừ vị trí thiết bị giám sát vị trí lắp bàn máy hay trục động cơ, từ độ xác thiết bị nhận biết vị trí hệ điều khiển chu trình kín cao Tuy nhiên tượng cộng hưởng dao động khung máy, tượng dính trượt…gây lên thiếu hụt chuyển động thân thân máy dính liền đối tượng giám sát có ảnh hưởng đến đặc tính hệ truyền động servo Hệ điều khiển chu trình kín ln làm giảm sai số vị trí cần đến lệnh dịch chuyển vị trí thực, để làm điều điều khiển có u cầu phải nhạy đơi dẫn đến ổn định hệ điều khiển Trong trường hợp tần số cộng hưởng máy thấp tần số đáp ứng hệ điều khiển chu trình kín hệ điều khiển vị trí trở nên ổn định Vì thực tế người ta tăng độ cứng vững khung máy từ giảm tần số dao động cộng hưởng máy Đồng thời làm giảm hệ số ma sát loại bỏ nguyên nhân gây thiếu hụt chuyển động + Bộ điều khiển chu trình hỗn hợp Trong trường hợp khó tăng độ cứng vững máy khối lượng chi tiết gia cơng lớn khó loại bỏ tượng thiếu hụt chuyển động tượng dính trượt chuyển động máy CNC hạng nặng, lúc người ta sử dụng điều khiển chu trình hỗn hợp nhằm đảm bảo độ xác vị trí mà khơng làm tính ổn định hệ điều khiển Trong hình 2.14 ta thấy có hai vịng lặp điều khiển: vịng nửa kín giám sát chuyển động động cơ; vịng kín sử dụng thước quang để giám sát vị trí bàn máy Ở vịng lặp nửa kín dung thuật tốn điều khiển có độ nhạy cao vịng lặp khơng bị ảnh hưởng tồn khung máy Cịn vịng lặp kín độ xác điều khiển tăng lên nhờ phương pháp bù trừ sai số mà vịng lặp nửa kín khơng thực Sự kết hợp vịng lặp kín nửa kín cho phép đảm bảo độ xác điều khiển trường hợp 141 Chỉ thị vị trí Bù trừ Điều khiển vị trí Encoder Điều khiển vận tốc Tacho-meter Thước quang học Động servo Hình 9.14: Hệ thống điều khiển theo chu trình hỗn hợp Vít me-đai ốc * Nguyên lý điều chỉnh vị trí máy CNC Như trình bày phần trước, để có độ xác cao, máy CNC thường phải dùng phương pháp điều khiển vị trí theo kiểu kín, khơng thể theo kiểu hở Do mơ men cản trục vít me thay đổi liên tục có giá trị lớn để chống lại lực cản cắt kim loại, chí đường chuyển dao, lực cắt thay đổi độ cứng vật gia công thay đổi chiều dày cắt thay đổi Lực cản thay đổi làm cho tốc độ động dẫn động thay đổi với xung điện MCU phát bàn máy luôn dịch chuyển khoảng cách ln Để vị trí xác điều khiển phải ln ln giám sát vị trí để định khoảng cách cịn lại Bộ điều chỉnh gọi điều khiển vị trí Sơ đồ ngun lý chung hình 9.15 Sơ đồ hình 9.15 điều chỉnh vị trí ln lệnh dẫn cho động servo dịch chuyển hai tín hiệu từ điều khiển tín hiệu hồi tiếp vị trí coi nhau, nghĩa sai số Để đạt độ xác cao, khắc phục nhiễu điều khiển cần có u cầu: Có khuếch đại tốc độ cao Có độ giảm chấn tần số dao động riêng cao Mô men quán tính phận chuyển động có giá trị nhỏ Các chi tiết truyền động khí có độ bền cao, khe hở lắp ghép nhỏ 142 Bộ phát lệnh: PLC, Computer… Các lệnh dịch chuyển vị Dòng điện, điện Cảm biến vị trí Bộ điều khiển trí/ tốc độ khuếch đại Khuếch đại cơng suất Động Servo Hồi tiếp Hình 9.15: Sơ đồ khối điều chỉnh vị trí động servo 9.6 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CHUNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY TIỆN CNC Hệ điều khiển CNC điều khiển theo nguyên tắc định Dữ liệu điều khiển đọc vào từ vật mang tin băng từ, đĩa từ, băng đục lỗ…hoặc từ chương trình có sẵn máy người sử dụng nhập vào từ bàn phím Các liệu giải mã hệ thống điều khiển xuất tập lệnh để điều khiển cấu chấp hành thực lệnh theo yêu cầu người sử dụng Bộ điều khiển trung tâm Bộ điều khiển động Động bước servo Vít me đai ốc bi Phản hồi tốc độ Phản hồi vị trí Hình 9.16: Sơ đồ khối mạch điều khiển máy tiện CNC Hệ thống điều khiển máy CNC chia làm hai phần: phần cứng phần mềm + Phần cứng hệ điều khiển máy tiện CNC Bộ xử lý trung tâm CPU máy tính nhỏ thành phần máy tính 16 bít 32 bít cao mạch điện tích hợp Cấu trúc CPU bao gồm phần tử phần tử điều khiển, phần tử lô gic Bộ nhớ truy cập nhanh…, phần tử điều khiển làm nhiệm vụ điều khiển Phần tử số học làm nhiệm vụ hình thành thuật tốn mong muốn sở số liệu đưa vào Thuật toán số học phép tốn cộng, trừ, nhân, chia, cộng lơ gic chức khác theo yêu cầu chương trình 143 Lô gic số học Đồng hồ Số liệu vào BĐK Bộ nhớ truy cập nhanh ROMRAM Bus Số liệu Hình 9.17: Sơ đồ khối mạch CPU Bộ nhớ truy nhập nhanh nhớ CPU dùng để lưu trữ tạm thời thông tin phần tử số học xử lý chương trình điều khiển từ ROM RAM gửi tới Bộ nhớ ROM EPROM dùng để lưu giữ liệu không thay đổi hệ thống CNC EPROM lưu trữ liệu phát sinh trình cài đặt hệ thống như: tham số máy, chu trình đặc biệt, chương trình Nếu cần chức chun dụng thường có card riêng cắm vào khe mở rộng điều khiển liên kết bus Hệ thống truyền dẫn bus liên hệ CPU phận khác hệ thống thiết bị truyền dẫn CNC 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử máy gia công kim loại, Nhà xuất giáo dục, 2001 Bùi Đình Tiếu, Phạm Duy Nhi, Trang bị điện tự động hoá máy cắt gọt kim loại máy nâng - vận chuyển, Đại học Bách khoa Hà Nội, 1982 Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Trang bị điện – Điện tử máy công nghiệp dùng chung, Nhà xuất KHKT, 2007 Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Điện tử công suất, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2010 Nguyễn Thành, Trang bị điện thiết bị luyện kim gia nhiệt, Đại học Bách khoa Hà Nội, 1975 Phạm Công Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2001 Nguyễn Minh Tuyển, Bơm – Máy nén – Quạt công nghiệp, 1985 Bùi Đình Tiếu, Các đặc tính động truyền động điện, Nhà xuất KHKT, 1979 Trịnh Đình Đề, Điều khiển tự động truyền động điện, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1983 Đặng Xuân Phương, Máy công cụ CNC phương pháp lập trình gia cơng, Trường Đại học Nha Trang, 2011 Nguyễn Văn Hòa, Cơ sở điều khiển tự động trình, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2009 Đỗ Xuân Tiến, Kỹ thuật vi xử lý lập trình Assembly cho hệ vi xử lý, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2009 Nguyễn Bính, Điện tử công suất, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1996 W Schilling, Thyristor technik, 1968 ... NĨI ĐẦU Mơn học Trang bị điện môn chuyên ngành để đào tạo sinh viên ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Đây mơn học chương trình đào tạo ngành Công nghệ tự động, Trường Đại học Điện Lực trường... thiệu mạch điện máy mài 3A161 Nguyên lý làm việc, nguyên lý điều chỉnh tốc độ,… Chương Trang bị điện cho máy phay Trình bày cơng nghệ, ngun lý mạch điện máy phay 6H81 Chương Trang bị điện cho máy... loại Chương Trang bị điện cho nhóm máy tiện Tập chung phân tích mạch điện loại máy tiện T616, máy tiện 1540 Chương Trang bị điện cho nhóm máy bào giường Phân tích hệ thống truyền động điện cho máy