phân tích các phương pháp điều khiển truyền động ăn dao và thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động cho máy tiện hệ t đ cho máy tiện

MỤC LỤC

Trang

Lời mở đầu…………………………………………………………2
Chương 1: Tổng quan về máy tiện……………………………………
1.1. Đặc điểm công nghệ ……………………………..……....
1.1.1. Phân loại máy tiện……………………………………..
1.2. Phụ tải của cơ cấu truyền động ăn dao.………………………
1.3. Những yêu cầu và đặc điểm chung của cơ cấu truyên động ăn
dao của máy tiện ………………………………………..……
1.3.1. Các phương pháp điều khiển truyền động ăn dao…………
Chương 2: Thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động
2.1. Sơ đồ điều khiển truyền động ăn dao …………………
2.1.1. Mạch động lực……………………………………………
2.1.2. Mạch điều khiển………………………………………
2.1.3. Mạch nguyên lí……………………………………………
2.1.4.. Thiết kế tủ điều khiển………………………………………
2.1.5. Sơ đồ đấu dây……………………………………………
2.2. Xây dựng mơ hình thay thế động cơ điện một chiều ………….
2.3. Mơ hình thay thế bộ biến đổi…………………………………
2.4. Mơ hình thay thế máy phát tốc………………………………..
2.5. Thiết kế bộ PID cho truyền động ăn dao tự động……………..
2.5.1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện………………………….
2.5.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ:…………………………
Chương 3: Sử dụng simulink khảo sát ổn định cho hệ thống
3.1. Lựa chọn thơng số mơ phỏng……………………………….
3.1.1.Tính chọn bộ điều khiển dòng điện và tốc độ……………
3.2. Sử dụng simulink mơ phỏng hệ thống máy tiện………………..
3.2.1. Mô phỏng động cơ điện một chiều kích từ độc lập………
3.2.2. Mơ phỏng dòng điện và tốc độ sau khi thiết kế bộ PID……

Kêt luận………………………………………………………………
Tài liệu tham khảo………………………………………………………….
1


LỜI MỞ ĐẦU
Sự bùng nổ của ngành công nghiệp cơ khí và điện tự động hóa đã đạt những
thành tựu to lớn, đem lại rất nhiều lợi ích trong cơng việc cũng như nhiều thiết bị
ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Mặc dù các máy gia công kỹ
thuật số đang là xu hướng mới của thị trường nhưng đây là những thiết bị đắt tiền
và phức tạp. Do đó các máy gia cơng kim loại như máy tiện, máy mài, máy bào
giường, máy rèn rập… vẫn là các thiết bị chủ yếu trong việc chế tạo cơ khí. Nên
việc nghiêm cứu, tìm hiểu cải tiến nó là một trong những vấn để rất được quan tâm
hiện nay.
Môn học Trang Bị Điện là mơn học có thể giúp em thực hiện các công việc này.
Được giao đề tài về máy tiện là loại máy phổ biến nhất trong công nghệ gia công
kim loại. Với yêu cầu là phân tích các phương pháp điều khiển truyền động ăn dao
và thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động cho máy tiện hệ T-Đ. Qua
thời gian học tập nghiên cứu và chỉ bảo tận tình của thấy Hồng Xn Bình em đã
hồn thành đồ án này.
Mặc dù đồ án đã hoàn thành đạt kết quả nhất định nhưng do thời gian có hạn,
kiến thức cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót. Em mong được sự góp ý
ủng hộ của các thầy cơ và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !

Chương1:
Tổng Quan Về Máy Tiện
1.1. Đặc điểm cơng nghệ
Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve,
máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt,máy tiện đứng… Trên máy tiện có

thể thực hiện nhiều cơng nghệ tiện khácnhautiện trụ ngồi, tiện trụ trong, tiện mặt
đầu, tiện cơn, tiện định hình. Trên máy tiện cũng có thể thực hiện doa, khoan và
2


tiện ren,bằng các giao cắt, dao doa, taro ren… Kích thước gia cơng trên máy tiện
có thể cỡ hàng milimét đến hàng chục mét (trên máy tiện đứng).

Hình 1-1. Dạng bên ngoài của máy tiện
Dạng bên ngoài của máy tiện như ở hình H1.1. Trên thân máy 1 đặt ụ trước 2,
trong đó có trục chính quay chi tiết. Trên gờ trượt đặt bàn dao 3 và 4. Bàn dao thực
hiện sự di chuyển dao cắt dọc và ngang so với chi tiết. Ở ụ sau đặt mũi chống tâm
dùng để giữ chặt chi tiết dài trong quá trình gia công,hoặc để gá mũi khoan,mũi
doa khi khoan,doa chi tiết. Ở máy tiện,chuyển động quay chi tiết với tốc độ góc ω ct
là chuyển động chính, chuyển động di chuyển của dao 2 là chuyển động ăn dao.
Chuyển động ăn dao có thể là ăn dao dọc, nếu dao di chuyển dọc theo chi tiết (tiện
dọc) hoặc ăn dao ngang, nếu dao di chuyển ngang (hướng kính) chi tiết (tiện
ngang). Chuyển động phụ gồm có xiết nới xà, di chuyển nhanh của dao, bơm nước,
hút phoi …
1.1.1. Phân loại máy tiện:
Một số máy tiện tiêu biểu hiện nay trên thị trường như sau:

3


Hình 1-2. Máy tiện Việt chuẩn

Hình 1-3. Máy tiện với m 1234410458

4

Hình 1-4. Máy tiện với m 1239953967

Hình 1-5. Máy tiện DSC01180

5


Hình 1-6. Image – 2

Hình 1-7. Máy tiện (Kit- 11211171877)

6


Hình 1-8. Máy tiện Châu Âu

Hình 1-9. Máy tiện loại 2

7


Hình 1-10. Máy tiện kiểu đứng 1

Hình 1-11. Máy tiện ngang

8

Hình 1-12. Máy tiện bàn

Hình 1-13. Máy tiện vạn năng

9


Hình 1-14. Máy tiện CNC-ML 260

Hình 1-15. Máy tiện vạn năng –LA430

10


1.2. Phụ tải của cơ cấu truyền động ăn dao:
Trong hệ truyền động ăn dao,động cơ thực hiện di chuyển bàn dao hoặc chi tiết để
đảm bảo quá trình cắt. Động cơ truyền động ăn dao sẽ đảm bảo một lực cần thiết
để di chuyển tịnh tiến bàn dao. Lực ăn dao được xác định như sau:
Fad = kFx + Fms + Fd [N]
(1.1)
Fx – Thnh phần lực cắt theo hướng di chuyển của bàn dao
k = 1,2-1,5 – Hệ số dự trữ
Fms – Lực ma sat của bàn ở hướng gờ trượt
Fd - Lực dính
Các thành phần lực trên khơng xuất hiện đồng thời trong q trình lm việc nn khi
xc định phụ tải của truyền động ăn dao, phân ra thành hai chế độ ; khởi động và ăn
dao làm việc
Công suất ăn dao của máy tiện được xác định theo công thức :
Pad = Fad . Vad . 10-3 , [kW]
(1.2)

Fad – Lực ăn dao, [N];
Vad – tốc độ ăn dao, [m/s].
Công suất ăn dao thường nhỏ hơn cơng suất cắt 100 lần vì tốc độ ăn dao được xác
định bởi lượng ăn dao và tốc độ góc chi tiết :
Vad = s’ . ω ct .10-3, [m/s]
(1.3)
Tốc độ ăn dao nhỏ hơn tốc độ cắt nhiều lần.
Trong đó: s’ = s/ 2 π ,[mm/rad]
ω ct - tốc độ góc chi tiết, rad/s
s – lượng ăn dao, mm/vg.
1.3. Những yêu cầu và đặc điểm chung của cơ cấu truyên động ăn dao của máy
tiện
Phạm vi điều chỉnh của truyền động ăn dao thường là D = (50 ÷ 300)/1 với độ trơn
điều chỉnh ư = 1,06 và 2,06 và mômen không đổi (M = const)
Ở chế độ làm việc xác lập ,độ sai lệch tĩnh yêu cầu nhỏ hơn 5% khi phụ tải thay
đổi từ không đến định mức. Động cơ cần khởi động và hm m. Tốc độ di chuyển
bàn dao của máy tiện đứng cần lien hệ với tốc độ quay chi tiết để đảm bảo giữ
nguyên lượng ăn dao.
Ở máy tiện cỡ nhỏ thường truyền động ăn dao được thực hiện từ động cơ truyền
động trục chính, cịn ở nhũng my tiện nặng thì truyện động ăn dao được thực hiện
từ một động cơ riêng là động cơ một chiều cấp điện từ khuếch đại máy điện hoặc
bộ chỉnh lưu có điều khiển.Tuy nhiên trong đồ án này em nghiên cứu về máy tiện
đứng 1540 nên sử dụng động cơ riêng cho bàn dao. Do hệ thống này công suất
không lớn và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng sủ dụng hệ thống T-Đ (bộ biến đơi
dùng thyristor- động cơ điện một chiều)

11


Hình 2-2. Mơ hình bộ biến đổi động cơ

Hình 1-16. Đồ thị phụ tải truyền động ăn dao
Đối với truyền động ăn dao mômen không đổi khi điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ
thấp lượng ăn dao s nhỏ lực cắt bị hạn chế bởi chiều sâu cắt tới hạn t. Trong vùng
này tốc độ ăn dao giảm lực ăn dao và mômen cũng giảm theo.Ở tốc độ cao Vz của
12


truyenf động trục chính lớn nếu Fad lớn như cũ thì cơng suất truyền động sẽ q
lớn. Do đó cho phép giảm nhỏ lực ăn dao trong vùng này, mômen truyền động ăn
dao cũng giảm theo.
Lực và mômen phụ tải của truyền động ăn dao không phụ thuộc vào tốc độ. Ở dải
V1-V2 mômen phụ tải là hằng số, V < V1, V > V2 phụ tải thay đổi tuyến tính theo
tốc độ.
1.3.1. Các phương pháp điều khiển truyền động ăn dao:

Hình 1-17. Sơ đồ duy trì lượng ăn dao là hằng số
Yêu cầu đặc biệt với máy tiện là duy trì lượng ăn dao khơng đổi.Điện áp chủ đạo
của hệ thống được lấy từ FT1 nối cứng với trục động cơ truyền động trục chính ĐC
khi đó Ucd = K1.ωD = K2.ω2 và ωD/ ωC = cte . Chiết áp RD sẽ đặt lượng ăn dao.

13


Hình 1-18. Sơ đồ điều khiển duy trì tốc độ ăn dao là hằng số
Sơ đồ điều khiển duy trì tốc độ cắt là hằng số được thực hiện bang các Đattric
đường kính và tốc độ kiểu khơng tiếp điểm. Điện áp ra của X31 tỉ lệ với tốc độ dài
v. Diện áp phản hồi được lấy từ FT cuộn dây kích từ phát tốc được cấp điện từ
đattric X32 qua cầu chỉnh lưu CL2 tỉ lệ với đường kính của chi tiết Ucd= Uph=
K2.ωct.dcr và thực hiện được luật điều khiển ωct.dcr = cte.

Chương 2:
Thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động

2.1. Sơ đồ điều khiển truyền động ăn dao :
2.1.1. Mạch động lực:

14


Hình 2-1. Mạch động lực của truyền động ăn dao máy tiện
-

Động cơ Đ1 là động cơ một chiều kích từ độc lập là động cơ truyền
động chính cho truyền động ăn dao.Phần ứng của Đ1 được cung cấp từ
BBD dùng Tristor được cung cấp từ biến áp BA1.
- FT1,FT2 l hai my phát tốc
- AT1 Aptomat cấp nguồn chính cho BA1 và cấp nguồn cho BBĐ.
- CKD1 cuộn kích từ cho Đ1 .
- CKFT2 cuộn kích từ cho máy phát tốc 2.
- Đ2 động cơ truyền động nhanh của ụ dao và bàn dao.
- K là tiếp điểm chính của công tắc tơ K
- AT2 là aptomat cấp nguồn cho Đ2 chính cho Đ2.

2.1.2. Mạch điều khiển:

15


Hình 2-3. Mạch điều khiển của truyền động ăn dao máy tiện

- NC1- NC8 là các nam châm điện của các khớp li hợp điện từ.
- R1- R9 là các role trung gian.
- KC1,KC2 là hai bộ khống chế.
- CD1-CD4 là các công tắc chuyển đổi
- ĐH1-ĐH4 là các đèn báo hiệu các chế độ di chuyển của bàn dao và ụ dao
Sơ đồ nguyên lí tổng hợp điều khiển của truyền động ăn dao máy tiện 1540:
2.1.3. Mạch nguyên lí:

16


Hình 2-4. Mạch ngun lí của truyền động ăn dao máy tiện
*) Thuyết minh sơ đồ như sau :
Hệ thống truyện động ăn dao đảm bảo điều chỉnh tốc độ ăn dao làm việc trong
phạm vi 0,059 ÷ 470 m/ph .Hệ thống là hệ thống T-Đ không đảo chiều thực hiện
trong hệ thống kín có phẩn hồi ăm tốc độ nhờ máy FT2 .Phạm vi điều chỉnh động
cơ là 200/1 bằng thay đôi điện áp phần ứng đảm bảo ( M = const )
Khi hoạt động ta lựa chọn chế độ di chyển của ụ dao và bàn dao được thực hiện
nhờ các công tắc chuyển đổi. Khi các công tắc chuyển đổi này có điện các rơle
trung gian tương ứng có điện và đóng nguồn cho các nam châm điện của các khớp
li hợp điện từ.
-Thực hiện chế độ di chuyển lên của ụ dao thì đóng CD1, R4 có điện, NC1 có điện.
- Thực hiện chế độ di chuyển xuống của ụ dao thi đóng CD2, R5 có điện, NC2 có
điện.
- Thực hiện chế độ di chuyển tới tâm của bàn dao CD3 đóng, R6 có điện ,NC3 có
điện.
- Thực hiện chế độ di chuyển xa tâm của bàn dao CĐ4 đóng, rơle R7 có điện,NC4
có điện.
- khi NC5, NC6 có điện thì các rơle từ R4 đến R7 mất điện ụ dao và bàn dao được
17

hãm dừng. nếu đặt KC2 ở vị trí 1 thì NC5, NC6 khơng có điện nhưng ụ dao và bàn
dao vẫn có thể hãm được.
- Sơ đồ đảm bảo sự làm việc của truyền động ở cả 3 chế độ : Ăn dao làm việc, di
chuyển nhanh và di chuyển chậm sử dụng bộ khống chế KC1. Ở chế độ làm việc
KC1 đặt ở vị trí 0, muốn di chuyển nhanh ụ dao và bàn dao KC1 đặt ở vị trí 2, ấn
nút M rơle R2 có điện và đóng công tắc tơ K, bàn dao sẽ được di chuyển nhanh
nhờ động cơ Đ2.Nếu muốn di chuyển chậm bàn dao hoặc ụ dao thì KC1 đặt ở vị trí
1,ấn nút M rơle R3 có điện điện áp chủ đạo được lấy trên RD1 qua tiếp điểm R3 có
trị số nhỏ tương ứng với tốc độ động cơ nhỏ
- Nếu dừng máy ta ấn nút D. Trong sơ đồ có các bảo vệ sau bảo vệ dòng cực đại
và ngắn mạch nhờ aptomat AT1,AT2 bảo vệ giới hạn chuyển động của ụ và bàn
dao nhờ các công tắc hành trunh cuối BK1 – BK5.
- Sơ đồ chỉ làm việc khi truyền động chính đã làm việc: tiếp điểm RLĐ kín
- Động cơ bơm dầu đã làm việc: Tiếp điểm KT kín
- Xà máy đã được kẹp chặt : tiếp điểm RX kín
- Ụ dao được di chuyển khi ụ dao được nới ; Tiếp điểm RD1 kín
Ngồi ra cịn có các đèn báo hiệu ĐH1- ĐH4 báo các chế độ di chuyển của ụ dao
và bàn dao tương ứng
2.1.4.. Thiết kế tủ điều khiển:
Trên cơ sơ lựa chọn các thiết bị , ta bố trí các thiết bị trên bảng điều khiển
theo một số nguyên tắc sau:
+ Dùng các đầu nối trung gian để nối các điểm trong và ngoài bảng điện với
nhau.
+ Bố trí các thiết bị có kích thước lớn và nặng ở phía dưới bảng điều khiển.
VD như các cơng tắc tơ đóng cắt, các cơng tắc tơ gia tốc . Cịn các thiết bị nhẹ bố
trí ở phía trên.
+ Các phần tử phát nhiệt (nếu có, như rơ le nhiệt) thì phải bố trí xa các thiết bị
chịu ảnh hưởng của nhiệt như rơ le thời gian

18


Hình 2-5. Tủ điều khiển

2.1.5. Sơ đồ đấu dây.
STT

Tªn thiÕt bị

Điểm nối

19


1

Đầu nối động lực
ĐL

1 a BA1
12 b RD1
23 c RD2
34 d 1
4
5- e 2

5STT

Tên thiết bị

Điểm nối

Đầu nối điều khiển
ĐK
2

STT

Tên thiết bị

3

Cầu dao

1 - 37D
12 -2BK1
23 – 5 BK2
34 – 9 BK3
45 – 13BK5
56 – 16KC2
67 – 38KC1
78 – 42R1
89 – 29R2
910- 30K
1011- 3NC1
1112 – 29R2
12 –
1 - 1DK

12 – 8DK

20

§iĨm nèi


CD

23 2DK
34 11DK
4
5 10DK
5
6 12DK

4

Cầu chì động lực
1CC

1 1CD
1
2 3CD
2

5

Cầu chì điều khiển
2CC

1 2CD
1
2 4CD
2
3 -5CD
3-

6

30 10DK
Công tắc tơ K

2 – 29R2
e – D2
f – AT2

7

Rơle trung gian R1

41– 39KC1
42 – 8DK
1(R1) - b
2(R1) - c

21


STT

8

Tên thiết bị

Điểm nối
42 39KC1(1)

Rle trung gian R2 44 – 8DK
29 – K
37 – 1DK
55 – KC1(2)

45 – 39KC1(1)
9

Rơle trung gian R3 46 – 8DK
1(R3) – b
2(R3) – c

10

Rơle trung gian R4

48 – 1DK
50 – 8DK
1 – CCL
2 – 2DK
31 - 12DK
32 10DK

STT

Tên thiết bị

Điểm nối
48 1DK

11

Rle trung gian R5

51 – 8DK
4 – CCL

22


5 – 3DK
33 - 12DK
34 – 10DK

52 – 1DK
12

Rơle trung gian R6

53 – 8DK
8 – 2DK
9 – 4DK
35 – 12DK

36 – 10DK

13

Rơle trung gian R7

52 – 1DK
54 – 8DK
12 – 2DK
13 – 5DK
35 – 12DK
36 – 10DK

56 – KC1(1)
14

Rơle trung gian R8

57 – 8DK
24 – 2DK
25 – 11DK

23


15

Rơle trung gian R9

58 – KC1(1)

57 – 8DK
24 – 2DK
27 – 11DK

16

37’ –7DK

Nót di chuyen nhanh

38 – 7DK

M
18

37 – 1DK

D
17

Nót dừng máy

38 1DK
2 CCL

BK1
19

Công tắc hành trình

3 11DK

Công tắc hành trình

5 CCL

BK2

6 11DK

24


20

Công tắc hành trình
BK3

21

9 CCL
9 BK4

Công tắc hành trình
BK4

10 11DK
10 BK3

22

Công tắc hành trình

15 CCL

BK5
23

14 – 11DK
Biến trở RD1

b – BBD
b’ -

24

Biến trở RD2

c’ –
c - BBD

25
24

Đèn báo ĐH1
32 – 10 DK

25

32’–32R4

Đèn báo ĐH2

33 – 10 DK

26

33’–33R5

Đèn báo ĐH3

36 – 10 DK
36’–35R6

Đèn báo ĐH4

25