trang bi điện máy tiện T620

Khi tiện ngang chi tiết có đường kính lớn, trong quá trình gia công đường kính chi tiếtgiảm dần, để duy trì tốc độ cắt m/s tối ưu là hằng số thì phải tăng liên tục tốc độ góccủa trục chí

Bộ môn Điều khiển và Tự động hóa

- -LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nóichung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hộithay đổi từng ngày Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễncủa sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện tương lai phải được trang bị những kiếnthức chuyên ngành một cách sâu rộng

Trong quá trình học môn thiết kế hệ thống tự động hóa quá trình em được nhận

đề tài: Thiết kế hệ trang bị điện cho truyền động máy tiện T620

Do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớnnên không khỏi có những sai sót Em mong nhận được sự góp xây dựng của các thầy,

cô giáo cũng như bè bạn để bài đồ án được hoàn thiện hơn Trong quá trình làm đồ án

em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cô giáo cũng

như sự góp ý xây dựng của các bạn bè Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy giáo NGUYỄN ĐIÌNH LONG và các thầy cô giáo công tác trong khoa điện.

Em xin chân thành cảm ơn !

Nghệ An, tháng 6 năm 2021Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 1.1 Đặc điểm công nghệ máy tiện

Hình 1.1: Máy tiện

Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạnnăng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng Trên máy tiện có thể thực hiện đượcnhiều công nghệ tiện khác nhau: Tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện côn,tiện định hình Trên máy tiện có thể thực hiện được doa, khoan và tiện ren bằng cácdao cắt, dao doa, tarô ren Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cỡ vài milimétđến hàng chục mét (Trên máy tiện đứng)

Hình 1.2: Hình dạng bên ngoài máy tiện

Trong đó:

1: Thân máy, 2: Ụ trước, 3: Bàn dao, 4: Ụ sau

6

Chuyển động chính của máy tiện làm việc ở chế độ dài hạn, đó là chuyển độngquay của mâm cặp, chuyển động tịnh tiến liên tục của bàn dao Các chuyển động phụgồm chuyển động phanh cầu dao và ụ sau, kéo phôi, bơm nước, nâng hạ, kẹp và nới xàv.v

Ở các máy cỡ nhỏ, người ta thường dùng động cơ lồng sóc để kéo các truyềnđộng cơ bản Loại động cơ này có ưu điểm về mặt kinh tế, đơn giản và đặc tính cơcứng Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp cơ khí, trong phạm vi

không rộng lắm Khi máy yêu cầu phạm vi tốc độ rộng thường sử dụng động cơlồng sóc hai hay nhiều tốc độ

Một trong những đặc điểm của máy tiện cỡ nặng là yêu cầu điều chỉnh tốc độđộng cơ trong phạm vi rộng Vì vậy phần nhiều, người ta dùng động cơ điện một chiềukết hợp với tốc độ 3-4 cấp Điều chỉnh tốc độ điện khí được thực hiện bằng cách thayđổi từ thông động cơ, hoặc bằng phương pháp điều chỉnh 2 vùng

1.2 Các thông số đặc trung chế độ cắt dọt của máy tiện

1.2.1 Tốc độ cắt

Là tốc độ di chuyển tương đối của bàn dao so với chi tiết tại điểm tiếp xúc Đây

là thông số cơ bản để xác định chế độ làm việc của máy và để tính toán chế độ cắt gọtcủa máy, nó phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu làm dao và chi tiết gia công

- Lượng ăn dao : S (mm/vg)

- Chiều sâu cắt : t (mm)

- Tuổi thọ của dao : T

Tốc độ cắt được xác đinh theo biểu thức kinh nghiệm:

- T là tuổi thọ (độ bền) của dao

- S là lượng ăn dao khi chi tiết quay được một vòng

- C V , x V , y V , m là hệ số mũ phụ thuộc vào chi tiết gia công, vật liệu làm

260  lấy CV = 200; xV = 0,15 - 0,2 chọn: x V = 0,2; y V = 0,35-0,8 chọn: yV

= 0,35; m = 0,1-0,2 chọn: m = 0,1; T = 60 ữ 80 ph chọn: T = 60 ph.

Để đảm bảo năng suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhất thì trong quá trìnhgia công phải luôn đạt tốc độ tối ưu, nó được xác định bởi những thông số như: độ sâu

cắt t, lượng ăn dao S và tốc độ trục chính ứng với đường kính chi tiết xác định Khi

tiện ngang chi tiết có đường kính lớn, trong quá trình gia công đường kính chi tiếtgiảm dần, để duy trì tốc độ cắt (m/s) tối ưu là hằng số thì phải tăng liên tục tốc độ góccủa trục chính theo quan hệ:

- dct: là đường kính chi tiết (mm)

- ωct: tốc độ góc của chi tiết (rad/s)

1.2.2 Lực cắt

Là lực tác động tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết, lực đẩy tại điểm tiếp xúcgọi là lực pháp tuyến chia làm ba thành phần:

Hình 1.3: Các loại lực cắt

- Lực tiếp tuyến Fz: chống lại sự quay của chi tiết,

- Lực dọc trục Fx: chống lại sự di chuyển của bàn dao

- Lực hướng kính Fy: Chống lại sự tì của dao và chi tiết

Trong đó: C F , X F , Y F , n là hệ số và mũ phụ thuộc vào vật liệu làm dao, chi tiết

gia công và phương pháp gia công

F V

Bởi vì lực cắt lớn nhất Fmax sinh ra khi lượng ăn dao và độ sâu ăn dao lớn, tươngứng với tốc độ cắt nhỏ Vzmin; còn gọi là lực cắt lớn nhất Fmax xác định bởi t, s tương ứngvới tốc độ cắt Vzmin; nghĩa là tương ứng với hệ thức :

F max V zmin = F min V zmax

Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ như hình vẽ:

Hình 1.4: Quan hệ giữa lực cắt và tốc độ cắt

1.2.4 Thời gian máy

Là thời gian để gia công chi tiết, nó còn đợc gọi là thời gian công nghệ hay thờigian hữu ích Để tính thời gian máy phải căn cứ vào các yếu tố của chế độ cắt gọt vàphương pháp gia công

3.10 ( )

- S: là lượng ăn dao

- N: tốc độ quay của chi tiết vg/ph

Như vậy để giảm thời gian gia công, ta phải tăng tốc độ cắt, lượng ăn dao vànăng suất sẽ tăng

1.3 Phụ tải cơ cấu truyền động cơ bản của máy tiện

1.3.1 Trong truyền động chính của máy tiện lực cắt là lực hữu ích của máy nó phụ thuộc vào chế độ cắt ( t, S, V) vật liệu chi tiết làm dao.

• Chuyển động chính của máy tiện là chuyển động quay được xác định:

( ) 2

Z Z

F d

Trong đó:

- F Z: là lực cắt (N)

- d: là đường kính gia công (m)

Mô men hữu ích trên trục động cơ :

( ) 2.

Z hi

F d

i

=

- i là tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy.

• Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến :

M hi = F Z ρ (N.m)

- ρ là bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ.

• Mô men cản tĩnh trên trục động cơ :

)

- η : là hiệu suất của bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính

Với máy tiện đứng do có chuyển động trượt trên băng máy nên có xuất hiệnlực ma sát nơi gờ trượt của máy

Fms = FN µ = [g (mb + mct) + Fy ].µ (N)

- FN: là lực đẩy tác dụng lên gờ trượt

10

- µ : là hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào tốc độ mâm cặp ở tốc độ định

.

m N i

d F

) (

.

m N

1.3.2 Cơ cấu chuyển động ăn dao

Trong lực truyền động ăn dao động cơ thực hiện di chuyển bàn dao hoặc chi tiết

để đảm bảo quá trình gia công Hệ truyền động ăn dao được thực hiện bằng nhiềuphương án khác nhau

Hình 1.5: Cơ cấu chuyển động ăn dao

Động cơ truyền động ăn dao sẽ đảm bảo một lực cần thiết để di chuyển tịnh tiếnbàn dao Lực này được xác định bởi lực cản chuyển động khi di chuyển bàn dao:

- µ : là hệ số ma sát của bàn dao theo hướng gờ trượt.

Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao:

Fd = β .S (N)

- β - áp suất dính, thường bằng 0,5 M/m2

- S - diện tích bề mặt tiếp xúc ở gờ trượt của bàn dao, cm2

Các thành phần lực ăn dao: F x , F ms , F d không đồng thời trong quá trình làmviệc Nên khi xác định phụ tải truyền động ăn dao phân ra thành hai chế độ làm việc làkhởi động làm việc và ăn dao làm việc

Khi khởi động, lực ăn dao xác định bởi 2 lực ma sát do khối lượng củ bộ phận

di chuyển và lực dính:

Fad.kđ = µ0.g.mb +Fd (N)

Với µ0= 0,2 ÷0,3 - hệ số ma sát khi khởi động

Khi cơ cấu ăn dao làm việc, lực ăn dao được tính:

Fad.lv = k.Fx +µ .( g.mb +Fy + Fx ) (N)

Với hệ số ma sát khi làm việc, µ = 0,05 ÷0,15

• Mô men trục vít vô tận được xác định theo biểu thức :

Mtv = 0,5.Fad .dtv.tg(α + ϕ ) (N.m)

Trong đó:

- d tv : đường kính trung bình của trục vít vô tận; mm

- α : góc lệch của đường ren trục vít; độ

12

- ϕ : góc ma sát của đường ren trục vít; độ

• Mô men cản tĩnh trên trục động cơ được xác định bằng công thức :

( )

tv c

M

i η

=

- i, η : là tỉ số và hiệu suất của bộ truyền

Khi xác định công suất động cơ truyền động ăn dao lần lượt chọn từ điều kiện

mô men lớn nhất trong hai trị số mô men tương ứng với hai lực ăn dao khi khởi động

và làm việc Bởi vì truyền động ăn dao thường có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng nênđộng cơ cần được kiểm tra theo điều kiện mômen cản tĩnh ở tốc độ nhỏ nhất có tínhđến sự giảm mô men động cơ do điều kiện làm mát xấu và kiểm tra theo điều kiện mômen khởi động

Hình 1.6: Đồ thị phụ tải của chuyển động trục chính

Hình 1.7: Đồ thị phụ tải truyền động ăn dao

1.3.3 Phụ tải của cơ cấu truyền động chính máy tiện

Truyền động chính máy tiện đứng có đặc thù riêng Trên máy tiện đứng chi tiết

Vì vậy phụ tải trên trục động cơ truyền động chính là tổng các thành phần lựccắt, lực ma sát ở gờ trượt, lực ma sát ở hộp tốc độ.

Đồ thị biểu diễn các thành phần công suất của truyền động chính máy tiện

- P1 là công suất khắc phục lực cắt

- P2 là công suất khắc phục lực ma sát ở gờ trượt

- P3, P4 là công suất khắc phục lực ma sát trong hộp tốc độ tương ứng dolực ma sát và sự quay của mâm cặp

- P5 là tổng công suất của truyền động chính

14

1.3.4 Sơ đồ trang bị điện máy tiện T620

1.4 Tính chọn công suất động cơ

1.4.1 Tổng hợp thông tin về hệ thống

• Các thông số đã cho:

+ Tốc độ động cơ: nmin = 12,5 (vòng/phút); nmax = 2000 (vòng/phút)

+ Lực cắt FZ = 5400N

+ Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ điện: 0,005

+ Momen quán tính của cơ cấu: 0,01 kg/m2

+ Hiệu suất định mức của máy: η = 0,85.

1.5 Tính toán công suất động cơ

Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến:

hi c

Momen quán tính động cơ:

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG 2.1 Động cơ điện

Trong công nghiệp thường sử dụng nhiều loại động cơ song chúng ta cần chọnloại động cơ sao cho phù hợp nhất để vừa đảm bảo yếu tố kinh tế vừa đẩm bảo yếu tố

kỹ thuật Dưới đây là 1 vài loại động cơ thường gặp:

- Động cơ điện một chiều: loại động cơ này có ưu điểm là có thể thay đổi trị

số của mômen và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm,hãm và đảo chiều dễ dàng nhưng chúng lại có nhược điểm là giá thànhđắt, khó kiếm và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt thiết bị chỉnh lưu, do đóđược dùng trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục,các thiết bị thí nghiệm

- Động cơ điện xoay chiều: bao gồm 2 loại: một pha và ba pha

+ Động cơ xoay chiều một pha có công suất nhỏ do đó chỉ phù hợp chodân dụng là chủ yếu

+ Động cơ xoay chiều ba pha: gồm hai loại: đồng bộ và không đồng bộ

- Động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất cao, hệ số tải lớn nhưng

có nhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp, giá thành cao vì phải có thiết

bị phụ để khởi động động cơ, do đó chúng được dùng cho các trườnghợp cần công suất lớn (>100kW), và khi cần đảm bảo chặt chẽ trị sốkhông đổi của vận tốc góc

- Động cơ ba pha không đồng bộ gồm hai kiểu: rôto dây cuốn và rôto lồngsóc

- Động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn cho phép điều chỉnh vận tốctrong một phạm vi nhỏ (khoảng 5%), có dòng mở máy thấp nhưng cosϕ

thấp, giá thành đắt, vận hành phức tạp do đó chỉ dùng hợp trong một phạm

vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây chuyền công nghệ

- Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc có ưu diểm là kết cấu đơngiản, giá thành hạ, dễ bảo quản, song hiệu suất thấp (cosϕ thấp) so với động

cơ ba pha đồng bộ, không điều chỉnh được vận tốc

Từ những ưu, nhược điểm trên cùng với điều kiện hộp giảm tốc, ta chọnĐộng cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc

Hình 2.9: Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

2.2 Các hệ thống truyền động điện điều khiển động cơ không đồng bộ

Trước đây, nếu có yêu cầu điều chỉnh tốc độ cao thường dùng động cơ điện mộtchiều Nhưng ngày nay nhờ kỹ thuật điện tử phát triển nên việc điều chỉnh tốc độ động

cơ không đồng bộ không gặp nhiều khó khăn với yêu cầu phạm vi điều chỉnh, độ bằng phẳng khi điều chỉnh vànăng lượng tiêu thụ

Phương pháp điều chỉnh chủ yếu có thể thực hiện:

• Trên stato: Thay đổi điện áp U đưa vào dây quấn stato, thay đổi số đôi cực từ p dây quấn stato và thay đổi tần số f nguồn điện

• Trên rôto: Thay đổi điện trở rôto, nối cấp hoặc đưa sđđ phụ vào rôto.Một số hệ truyền động điều khiển động cơ không đồng bộ:

• Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng điện trở xung trong mạch roto

• Hệ điều khiển động cơ không đồng bộ bằng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều dùng Thyristor Hệ điều chỉnh pha Thyristor- Động cơ

• Hệ biến tần- động cơ không đồng bộ

2.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Hệ số trượt tới hạn sm không phụ thuộc vào điện áp

Nếu r’2 không đổi thì khi giảm điện áp nguồn U1, hệ số trượt tới hạn sm sẽkhông đổi còn Mmax giảm tỉ lệ với bình phương diện áp

Họ đặc tính cơ cho thấy tốc độ thay đổi khi thay đổi điện áp

Phương pháp nầy chỉ thực hiện khi máy mang tải, còn khi máy không tải giảmđiện áp nguồn, tốc độ gần như không đổi

20

Hình 2.10: Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp

Thay đổi điện áp nguồn có thể áp dụng những cách sau:

+ Biến áp xoay chiều

+ Phân áp bằng điện kháng

+ Bộ biến đổi điện áp xoay chiều

Hình 2.11: Bộ điều áp xoay chiều

2.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số

Với điều kiện năng lực quá tải không đổi, có thể tìm ra được quan hệgiữa điện áp U1, tần số f1 và mômen M

Trong công thức về mômen cực đại, nếu bỏ qua điện trở r1:

2 1

Khi thay đổi tần số đặc tính cơ thay đổi

Họ đặc tính cơ với U1 = const

Hình 2.12: Đặc tính cơ của hệ BT-ĐCKĐB

Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số:

Hình 2.13: Sơ đồ khối của bộ biến tần

+ Rectifier – chỉnh lưu (AC → DC)

+ Inverter – Nghịch lưu (DC → AC)

22

+ f – control – điều khiển tần số

Giả thiết U’1 và M’ là điện áp và mômen lúc tần số f1’, căn cứ vào điều kiệnnăng lực quá tải không đổi:

Khi thay đổi tần số f1, phải đồng thời thay đổi U1 đưa vào động cơ

Trường hợp U1/f = const và tần số giảm có đặc tính cơ trên đồ thị, cách điềuchỉnh này có các đặc tính thích hợp với loại tải cần MC = const khi vận tốc thay đổi

2.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở roto

Hình 2.14: Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở roto

Thay đổi điện trở dây quấn rôto, bằng cách mắc thêm biến trở ba pha vào mạchrôto của động cơ rôto dây quấn

Do biến trở điều chỉnh phải làm việc lâu dài nên có kích thước lớn hơn biến trởkhởi động

Họ đặc tính cơ của ĐK rôto dây quấn khi dùng biến trở điều chỉnh tốc độ.Đặc điểm điều chỉnh: Khi tăng điện trở, tốc độ quay của động cơ giảm

Hình 2.15: Đặc tính cơ của ĐK roto dấy quấn

Biến trở làm việc theo nguyên tắc “băm xung”

24

Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ:

Hình 2.17: Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở roto

2.2.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách nối cấp trả năng lượng về nguồn

Năng lượng trên rô to với tần số f2 = sf1 lẽ ra tiêu hao trên điện trở phụ được

và nhiều cơ cấu trong lĩnh vực công nghiệp cũng sử dụng động cơ không đồng bộ Cònvới một số truyền động trong thực tế dùng nhiều như băng tải, quạt gió, bơm nước…cócông suất không lớn thì hầu như chỉ sử dụng động cơ không đồng bộ.

2.3.2 Biến tần

Khái niệm: Biến tần là thiết bị biến đổi năng lượng điện từ tần số công nghiệp

(50Hz) sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ xoay chiều

Nguyên lý hoạt động:

Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (50 Hz) được chỉnh lưu thành nguồnmột chiều nhờ một chỉnh lưu (CL) không điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển, sau

26

đó được lọc và bộ nghịch lưu (NL) sẽ được biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều

ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động cơ điện Bộ biến tần phải thỏa mãn cácyêu cầu sau:

• Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ mong muốn

• Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hởkhông đổi trong vùng điều chỉnh momen không đổi

• Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số

Hình 2.19: Sơ đồ mạch nguyên lý hoạt động của biến tần

• Chỉnh lưu: có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều có tần số f1 thành dòngđiện một chiều

• Bộ lọc: cho phép thành phần một chiều của mạch động lực đi qua và ngănchặn các thành phần xoay chiều Nó có tác dụng san bằng điện áp tải khichỉnh lưu

• Nghịch lưu: Nhiệm vụ biến đổi dòng một chiều được cung cấp từ bộ chỉnhlưu thành dòng điện xoay chiều có tần số f2

CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO BBĐ

3.1.2 Tính toán lựa chọn mạch lực

3.1.2.1 Tính toán chọn mạch chỉnh lựu

Hình 3.21: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha dùng diode

Điện áp ngược đặt lên van:

3.1.2.2 Tính toán chọn mạch nghịch lưu

Hình 3.22: Nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha

Hình 3.23: Dạng tín hiệu điều khiển các van và dạng dòng điện, điện áp trên các phần tử

trong sơ đồ NLĐL ba pha.

• Tính chọn van IGBT:

Điện áp pha cực đại đặt vào động cơ:

30

Ta lựa chọn 6 van IGBT FS25R12KE3G:

Hình 3.24: Hình ảnh thực tế van IGBT FS25R12KE3G

Thông số van: