CHƯƠNG 1. TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ MÁY GIA CÔNG KIM LOẠI
1.5. Trang bị điện - điện tử nhóm máy doa
1.5.1. Đặc điểm công nghệ nhóm máy doa
Máy doa dùng để gia công chi tiết với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan lỗ, có thể dùng để phay. Thực hiện các nguyên công trên máy doa sẽ đạt được độ chính xác và độ bóng cao.
Chuyển động chính trong máy doa là chuyển động quay của dao doa. Chuyển động ăn dao có thể là:
- Chuyển động ngang hoặc dọc của bàn máy gá chi tiết gia công.
- Chuyển động di chuyển dọc trục của trục chính mang đầu doa.
Chuyển động phụ là chuyển động theo chiều thẳng đứng của ụ dao và các động cơ truyền động bơm dầu của hệ thống bôi trơn và động cơ bơm nước làm mát.
Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặc thẳng góc với nhau, máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ, công dụng và mức độ chuyên môn hoá cũng khác nhau.
Nếu phân loại theo chức năng và công dụng của máy doa thì có các loại máy doa là:
- Máy doa ngang là loại máy doa có ụ gá dao và bàn máy nằm ngang.
- Máy doa đứng: dao quay theo phương thẳng đứng.
- Máy doa toạ độ.
Nếu phân loại theo mức độ trang bị điện có các loại máy doa là:
- Loại đơn giản: thường dùng động cơ không đồng bộ không có điều chỉnh tốc độ về điện.
- Loại trung bình: thường dùng động cơ không đồng bộ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực hoặc dùng động cơ một chiều nhưng là hệ thống hở.
- Loại phức tạp: dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chương trình. Đây là loại máy doa gia công có độ chính xác rất cao.
Nếu phân loại theo trọng lượng của máy ta có:
- Loại nhỏ: trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn.
- Loại trung bình: trọng lượng của máy từ 10 100 tấn.
- Loại lớn: trọng lượng của máy lớn hơn 100 tấn.
Hình dáng bên ngoài của máy doa được giới thiệu trên hình 1.23.
1.5.2. Yêu cầu đối với truyền động điện và trang bị điện của máy doa a. Truyền động chính
Truyền động chính yêu cầu phải đảo được chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu D = 100/1 (đối với máy doa ngang); D = 25/1 (đối với máy doa tọa độ), độ trơn điều chỉnh tốc độ φ = 1,26. Hệ truyền động trục chính cần phải hãm dừng nhanh.
Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc và hộp tốc độ (động cơ có một hay nhiều cấp tốc độ).
Ở những máy doa cỡ nặng và máy doa toạ độ có thể sử dụng động cơ một chiều, điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng. Nhờ vậy có thể đơn giản kết cấu cơ khí, mặt khác có thể hạn chế được mô men ở vùng tốc độ thấp bằng phương pháp điều chỉnh hai vùng.
b. Truyền động ăn dao
Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động ăn dao yều cầu D =1500/1. Lượng ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi 2 mm/ph 600 mm/ph, khi di chuyển nhanh có thể đạt tới (2,5 3) mm/ph. Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu được giữ không đổi khi tốc độ trục chính thay đổi.
Đặc tính cơ yêu cầu có độ cứng cao với độ ổn định tốc độ nhỏ hơn 10%. Hệ thống truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh rất cao, dừng máy chính xác đảm bảo sự liên động với truyền động chính khi làm việc tự động.
Ở những máy doa cỡ trung bình và nặng hệ thống truyền động ăn dao sử dụng hệ thống khuếch đại máy điện - động cơ điện một chiều hoặc hệ thống T - Đ.
Hình 1.23. Hình dạng bên ngoài máy doa ngang
1.5.3. Phân tích mạch điện máy doa điển hình 1. Máy doa ngang 2620
a. Giới thiệu thiết bị điện
- Máy doa 2620 là máy có kích thước cỡ trung bình.
- Đường kính trục chính 90 mm.
- Công suất động cơ truyền động chính 10 kW.
- Tốc độ quay trục chính điều chỉnh trong phạm vi (12,51600) vg/ph.
- Công suất động cơ ăn dao 2,1 kW.
- Tốc độ động cơ ăn dao có thể điều chỉnh trong phạm vi (2,11500) vg/ph tốc độ lớn nhất 3300 vg/ph.
b. Sơ đồ truyền động chính máy doa ngang 2620
Hình 1.24a là sơ đồ hệ thống truyền động chính máy doa ngang 2620.
Động cơ truyền động chính là động cơ không đồng bộ rôto hai cấp tốc độ:
1460 vg/ph khi dây quấn đấu tam giác () và 2890 vg/ph khi đấu sao kép ().
Việc chuyển đổi tốc độ từ thấp đến cao tương ứng với chuyển đổi từ đấu tam giác sang đấu sao kép và ngược lại được thực hiện bởi tay gạt cơ khí 2KH liên quan đến thiết bị chuyển đổi tốc độ. Nếu tiếp điểm 2KH hở, dây quấn động cơ được đấu tương ứng với tốc độ thấp. Khi tiếp điểm 2 KH kín, dây quấn động cơ được đấu sao kép tương ứng với tốc độ cao. Tiếp điểm 1KH liên quan đến thiết bị chuyển đổi tốc độ trục chính. Nó ở trạng thái hở trong thời gian chuyển đổi tốc độ và chỉ kín khi chuyển đổi xong. Động cơ được đảo chiều bằng các công tắc tơ 1T, 1N, 2T, 2N.
* Phân tích tác động mạch điện
Giả thiết 1KH kín, 2KH kín. Sau khi ấn nút khởi động MT (hoặc MN) động cơ được khởi động qua hai cấp: Lúc đầu động cơ được đấu tam giác (tốc độ thấp) do công tắc tơ Ch có điện. Sau thời gian duy trì của rơ le thời gian Rth , công tắc tơ Ch mất điện, công tắc tơ 1Nh, 2Nh có điện, động cơ được đấu sao kép (tốc độ cao).
Sau khi ấn dừng D, động cơ được hãm ngược đến dừng máy. Quá trình hãm được giải thích như sau: Để chuẩn bị mạch hãm và kiểm tra tốc độ động cơ, ở sơ đồ dùng rơ le kiểm tra tốc độ RKT. Khi máy đang làm việc theo chiều thuận, tiếp điểm RKT-1 kín sẵn, rơ le 1RH có điện. Do đó trong quá trình hãm, công tắc tơ 2N có điện, đổi nối hai trong ba pha điện áp đặt vào dây quấn stato động cơ để thực hiện hãm ngược động cơ. Khi tốc độ động cơ giảm nhỏ, tiếp điểm RKT-1 mở ra, công
tắc tơ 2N mất điện, quá trình hãm kết thúc. Để hạn chế dòng điện hãm, đưa điện trở phụ mạch stato. Quá trình hãm động cơ ở chiều ngược xảy ra tương tự, chỉ khác là tiếp điểm RKT-2 sẽ điều khiển sự tác động của công tắc tơ 2T.
Muốn điều chỉnh (thử) máy, ấn nút TT hoặc TN. Ở chế độ này, dây quấn động cơ luôn được đấu tam giác và có điện trở phụ trong mạch stato (2T hoặc 2N có điện) nên tốc độ động cơ thấp.
Trong sơ đồ còn có động cơ bơm dầu bôi trơn ĐB. Nó được đóng cắt điện đồng thời với động cơ chính nhờ công tắc tơ KB và các tiếp điểm liên động.
Hình 1.24a. Sơ đồ hệ thống truyền động chính máy doa 2620
* Các liên động và bảo vệ
- Bảo vệ ngắn mạch bằng áptômát và cầu chì.
- Bảo vệ cực tiểu, bảo vệ điểm không bằng tiếp điểm phụ công tắc tơ T(N) và KB.
- Khóa liên động tránh làm việc đồng thời bằng tiếp điểm thường kín công tắc tơ T, N chế độ chạy nhanh, chạy chậm bằng tiếp điểm công tắc tơ Ch, 1Nh, 2Nh.
b. Sơ đồ truyền động ăn dao máy doa ngang 2620
Hình 1.24b là sơ đồ hệ thống truyền động ăn dao máy doa ngang 2620.
Hệ thống truyền động ăn dao thực hiện theo hệ khuếch đại máy điện - động cơ điện một chiều (KĐMĐ – Đ) có bộ khuếch đại điện tử trung gian, thực hiện theo hệ kín với phản hồi âm tốc độ. Tốc độ ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi (2,2 1760) mm/phút. Di chuyển nhanh đầu dao với tốc độ 3780 mm/phút chỉ bằng phương pháp điện khí. Tốc độ ăn dao được thay đổi bằng cách thay đổi sức điện động của khuếch đại máy điện khi từ thông động cơ là định mức, còn di chuyển
Hình 1.24b. Sơ đồ hệ thống truyền động ăn dao máy doa ngang 2620
nhanh đầu dao được thực hiện bằng cách giảm nhỏ từ thông đông cơ khi sức điện động của KĐMĐ là định mức.
Kích từ của KĐMĐ là hai cuộn 1CK và 2CK được cung cấp từ bộ khuếch đại điện tử hai tầng. Tầng một là khuếch đại điện áp (đèn kép 1ĐT) và tầng hai khuếch đại công suất (đèn 2ĐT và 3ĐT).
Tín hiệu vào tầng một là:
Uv1 = Ucđ = - Um2
trong đó:
Ucđ là điện áp chủ đạo lấy trên biến trở1BT;
là điện áp phản hồi âm tốc độ động cơ, lấy trên máy phát tốc FT.
Um2 là điện áp phản hồi mềm, tỉ lệ với gia tốc và đạo hàm gia tốc, lấy ở đầu ra cuộn thứ cấp 2B0-2 và 2B0-3 của biến áp 2B0. Cuộn sơ cấp của 2B0 (2B0-1) nối tiếp với mạch R, C song song. Do đó dòng điện sơ cấp biến áp vi phân 2B0-1 gồm hai thành phần tỉ lệ với tốc độ và tỉ lệ với gia tốc động cơ. Như vậy điện áp thứ cấp 2B0 sẽ tỉ lệ với gia tốc và đạo hàm gia tốc động cơ.
Điện áp vào tầng khuếch đại hai là Uv2 được xác định bằng biểu thức:
Uv2 = Ur1 – Um1
trong đó:
Ur1 là điện áp đầu ra tầng một , là điện áp rơi trên điện trở r8, r9;
Um1 là điện áp phản hồi mềm tỉ lệ với đạo hàm dòng điện mạch ngang, được lấy trên hai cuộn thứ cấp 1B0-2 và 1B0-3; cuộn sơ cấp 1B0-1 mắc nối tiếp trong mạch ngang của KĐMĐ.
Nguyên lí làm việc như sau: Khi điện áp chủ đạo bằng không, do sơ đồ bộ khuếch đại nối theo sơ đồ cân bằng nên dòng điện anôt hai nửa đèn 1ĐT là như nhau (Iap = IaT), điện áp rơi trên r8 và r9 bằng nhau, như vậy điện áp ra tầng một bằng không.
Ur1 = (Iap – IaT).r8 = 0
và tương tự, dòng điện anôt hai đèn 2ĐT và 3ĐT bằng nhau (Ia2 = Ia3), hai cuộn 1CK và 2CK có điện trở và số vòng dây như nhau, sức từ động của chúng tác dụng ngược chiều nhau nên sức từ động tổng của KĐMĐ bằng không.
F = F1CK –F2CK = (Ia2 – Ia3). W =0
Khi Ucđ > 0 (khi tiếp điểm RT kín) thì do sự phân cực củađiện áp chủ đạo nên nửa đèn phải thông yếu hơn nửa đèn trái 1ĐT, điện áp trên r8 lớn hơn điện áp trên r9, điện áp ra của tầng một có cực tính làm cho đèn 3ĐT thông mạnh hơn đèn 2ĐT tức là Ia3 > Ia2 hay I2CK > I1CK và sức từ động F có dấu tương ứng với chiều quay thuận của động cơ. Tốc độ của động cơ lớn hay bé tuỳ thuộc vào điện áp chủ đạo. Tương tự ta có thể xét khi Ucđ < 0 (tiếp điểm RN kín).
Khâu phản hồi âm dòng điện ngắt: Lợi dụng tính chất của KĐMĐ là khi có dòng điện phần ứng, điện áp ra của nó sẽ giảm do tác dụng của phản ứng phần ứng.
Tác dụng của cuộn bù là bù lại phản ứng phần ứng. Mạch phản hồi âm dòng điện có ngắt gồm có cuộn bù, cầu chỉnh lưu 1V và biến trở 2BT. Khi dòng điện phần ứng còn nhỏ và nhỏ hơn dòng điện ngắt (Iư < Ing), điện áp trên cuộn bù nhỏ hơn điện áp trên biến trở 2BT (U0), cầu chỉnh lưu 1V không thông, và dòng điện cuộn bù hoàn toàn tương ứng với dòng điện phần ứng, KĐMĐ được bù đủ. Với giả thiết Ib = Iư thì sức điện động của cuộn bù sẽ là:
Fb = Ib.Wb = Iư.Wb
Khi Iư > Ing thì ta có Ub >U0; các van 1V thông, xuất hiện dòng phân mạch Iv1và dòng điện cuộn bù sẽ giảm đi một lượng:
Ib = Iư –Iv1
Mức độ bù giảm đi và kết quả điện áp ra của KĐMĐ giảm nhanh khi dòng điện phần ứng tăng. Như vậy dòng điện phần ứng được hạn chế.
Trong trường hợp này, sức từ động của KĐMĐ là:
F = F12 + Fb – Fd = F12 +(Iư – I1v) Wb - IưWb =F12 –I1VWb
trong đó:
F12 là sức từ động của hai cuộn 1Ck và 2CK;
Fb = IbWb là sức từ động của cuộn bù
Fd = Iư.Wb là sức từ động dọc trục được bù đủ khi Iư < Ing
Khi Iư> Ing thì sức từ động của KĐMFF bị giảm đi một lượng (I1vWb). Như vậy có thể coi sức từ động của KĐMĐ được sinh ra bởi hai cuộn 1CK và 2CK là F12
và cuộn bù (I1vWb) với sức từ động (I1vWb) ngược chiều sức từ động F12. 2. Máy doa ngang 2A450
Sơ đồ điều khiển máy doa 2A450 trên hình1.25a.
a. Giới thiệu thiết bị
* Thông số kỹ thuật
Máy doa toạ độ 2A450 dùng để gia công nhiều lỗ có toạ độ khác nhau trên một chi tiết gia công tiện. Máy doa này cho phép nhận được độ chính xác gia công cao. Trên máy có thể thực hiện được các phép đo kích thước lấy dấu và kiểm tra kích thước giữa các tâm của lỗ.
Sơ đồ trang bị điện của máy rất phức tạp, nên ở đây ta chỉ giới hạn trong hệ truyền động chính của máy.
Động cơ truyền động trục chính Đ: Pđm = 8 kW, Uđm = 220 V, nđm = 1440 vòng/phút.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 10:1 (150 1440 vòng/phút); nmax = 300
* Các phần tử trong mạch lực
- Biến áp động lực BA dùng để phối hợp điện áp giữa lưới điện và động cơ Đ, nhằm hạn chế tốc độ tăng trưởng dòng điện (dtdi) để bảo vệ tiristor.
- Bộ chỉnh lưu dùng tiristo 1T 6T (sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn).
- Cầu chỉnh lưu ba pha dùng điôt 1CL cấp nguồn cho cuộn kích từ CKT của động cơ và mạch điều khiển công nghệ của máy.
Hình 1.25a. Sơ đồ điều khiển máy doa 2A450
+ Sơ đồ khối chức năng của hệ truyền động hình 1.25b.
Để nâng cao chất lượng tĩnh và chất lượng động của hệ thống, hệ truyền động trục chính là điều khiển kín có hai mạch vòng phản hồi.
* Phản hồi âm dòng điện
Tín hiệu tỷ lệ với dòng điện phản ứng của động cơ lấy từ biến dòng 1TI 3 TI và cầu chỉnh lưu hơn 2CL (UI = KIIư).
* Phản hồi âm tốc độ
Tín hiệu tỷ lệ với tốc độ của động cơ lấy từ máy phát tốc FT (UT = K.).
- Bộ điều chỉnh dòng điện Ri là khâu tỷ lệ - tích phân.
- Bộ điều chỉnh tốc độ R là khâu tỷ lệ.
Sơ đồ mạch điều khiển bộ biến đổi dùng tiristor (bộ chỉnh lưu) như trên hình 1.25c, mạch điều khiển có ba kênh như sau:
- Kênh A phát xung mở tiristor 1T và 4T.
- Kênh B phát xung mở 3T và 6T.
- Kênh C phát xung mở 5T và 2T.
Đồ thị điện áp tại các điểm đo của sơ đồ điều khiển một kênh của bộ chỉnh lưu như trên hình 1.25d.
b. Nguyên lý làm việc của sơ đồ điều khiển công nghệ như sau
- Ấn nút mở máy M, công tắc tơ Đg có điện, nó sẽ đóng tiếp điểm cấp nguồn cho bộ biến đổi và biến áp nguồn của bộ điều khiển.
- Điều chỉnh tốc độ động cơ dưới tốc độ định mức bằng chiết áp VR3. Tốc độ động cơ tăng dần đến tốc độ định mức đm. Khi điện áp đặt lên động cơ đạt trị số định mức, rơ le điện áp RĐA tác động, tiếp điểm của nó sẽ đóng, cấp nguồn cho công tắc tơ KCB, tiếp điểm KCB mở ra, biến trở BT đấu nối tiếp vào cuộn kích từ của động cơ (CKT). Điều chỉnh chiết áp BT, từ thông kích từ sẽ giảm, tốc độ tăng lớn hơn tốc độ định mức đến trị số cực đại (max = 3000 vòng/phút).
R Ri BBĐ Đ
Ki
K U
UFT
Ui
- - -
H ình 1.25b. Sơ đồ khối chức năng hệ truyền động
Hình 1.25c. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bộ biến đổi (kênh A)
71 UA1-N2U1
UVR1
U2
U3
U®k
U4
U5
U6
U7
U8 ωtωtωtωtωt Dãy xung (7-10
ωt
ωt
ωt ωt
Hình 1.25d. Đồ thị điện áp tại các điểm đo- Dừng máy bằng nút ấn D, công tắc tơ Đg mất điện, tiếp điểm thường đóngcủa nó sẽ làm cho công tắc tơ KH có điện, tiếp điểm của nó sẽ đấu Rh (điện trởhãm) song song với phần ứng của động cơ. Quá trình hãm động năng bắt đầu. Khi