phân tích các phương pháp điều khiển truyền động ăn dao máy tiện. thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động cho máy tiện bbđt - đ

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. Mô hình thay thế bộ biến đổi…………………………………
2.4. Mô 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 thông số mô 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. Mô phỏng dòng điện và tốc độ sau khi thiết kế bộ PID……
Kêt luận………………………………………………………………
Tài liệu tham khảo………………………………………………………….
11111

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 công 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 công 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 môn 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 Hoàng Xuân Bình em đã hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đồ án đã hoàn thành đạt kết quả nhất định nhưng do thời gian có
hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi sai sót. Em mong
được sự góp ý ủng hộ của các thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Chương1:
Tổng Quan Về Máy Tiện
1.1. Đặc điểm công nghệ
Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve,
22222
máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt,máy tiện đứng… Trên máy
tiện có thể thực hiện nhiều công nghệ tiện khácnhautiện trụ ngoài, tiện trụ
trong, tiện mặt đầu, tiện côn, tiện định hình. Trên máy tiện cũng có thể thực
hiện doa, khoan và tiện ren,bằng các giao cắt, dao doa, taro ren… Kích
thước gia công 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
ct
ω
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:
33333
Hình 1-2. Máy tiện Việt chuẩn
Hình 1-3. Máy tiện với m 1234410458
44444
Hình 1-4. Máy tiện với m 1239953967
Hình 1-5. Máy tiện DSC01180
55555
Hình 1-6. Image – 2
Hình 1-7. Máy tiện (Kit- 11211171877)
66666
Hình 1-8. Máy tiện Châu Âu

Hình 1-9. Máy tiện loại 2
77777
Hình 1-10. Máy tiện kiểu đứng 1
Hình 1-11. Máy tiện ngang
88888
Hình 1-12. Máy tiện bàn
Hình 1-13. Máy tiện vạn năng
99999
Hình 1-14. Máy tiện CNC-ML 260
Hình 1-15. Máy tiện vạn năng –LA430
1010101010
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:
F
ad
= kF
x
+ F
ms
+ F
d
[N] (1.1)
F
x
– Thnh phần lực cắt theo hướng di chuyển của bàn dao
k = 1,2-1,5 – Hệ số dự trữ
F

ms
– Lực ma sat của bàn ở hướng gờ trượt
F
d
- Lực dính
Các thành phần lực trên không xuất hiện đồng thời trong quá 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 :
P
ad
= F
ad
. V
ad
. 10
-3
, [kW] (1.2)
F
ad
– Lực ăn dao, [N];
V
ad
– tốc độ ăn dao, [m/s].
Công suất ăn dao thường nhỏ hơn công suất cắt 100 lần vì tốc độ ăn dao
được xác định bởi lượng ăn dao và tốc độ góc chi tiết :
V
ad
= s
’

.
ct
ω
.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]

ct
ω
- 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
1111111111
chiều)

Hình 2-2. Mô 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
1212121212
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 V
z
của truyenf động trục chính lớn nếu Fad lớn như cũ thì công
suất truyền động sẽ quá 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 không 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 U
cd
= K

1
.ω
D
= K
2
.ω
2
và ω
D
/ ω
C
= cte . Chiết áp RD sẽ
đặt lượng ăn dao.
1313131313
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 không 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 U
cd
= U
ph
= K2.ω
ct
.d
cr
và thực hiện được luật điều khiển ω
ct
.d

cr
= cte.


Chương 2:
Thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động
1414141414
2.1. Sơ đồ điều khiển truyền động ăn dao :
2.1.1. Mạch động lực:
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:
1515151515

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:
1616161616
Hình 2-4. Mạch nguyên 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
1717171717
điện,NC4 có điện.
- khi NC5, NC6 có điện thì các rơle từ R4 đến R7 mất điện ụ dao và bàn dao
được hãm dừng. nếu đặt KC2 ở vị trí 1 thì NC5, NC6 không 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
Ngoài ra còn 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 công tắc tơ đóng cắt, các công tắc tơ gia tốc . Còn 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
1818181818
Hình 2-5. Tủ điều khiển
2.1.5. Sơ đồ đấu dây.
STT Tªn thiÕt bÞ §iÓm nèi
1919191919

1 §Çu nèi ®éng lùc
§L
1 – a BA1
1 -
2 – b RD1
2 -
3 – c RD2
3 -
4 – d Đ1
4 –
5- e Đ2
5 -
STT Tªn thiÕt bÞ §iÓm nèi
2
§Çu nèi ®iÒu khiÓn
§K
1 - 37D
1 -
2 -2BK1
2 -
3 – 5 BK2
3 -
4 – 9 BK3
4 -
5 – 13BK5
5 -
6 – 16KC2
6 -
7 – 38KC1
7 -

8 – 42R1
8 -
9 – 29R2
9 -
10- 30K
10-
11- 3NC1
11-
12 – 29R2
12 –
STT Tªn thiÕt bÞ §iÓm nèi
3 CÇu dao
1 - 1DK
1-
2 – 8DK
2020202020
CD 2 -
3 – 2DK
3 -
4 – 11DK
4 –
5 – 10DK
5 –
6 – 12DK
4 CÇu ch× ®éng lùc
1CC
1 – 1’CD
1’ –
2 – 3’CD
2 –

5 CÇu ch× ®iÒu khiÓn
2CC
1 – 2’CD
1’ –
2 – 4’CD
2 –
3 -5’CD
3 -
6
C«ng t¾c t¬ K
30 – 10DK
2 – 29R2
e – D2
f – AT2
7
Rơle trung gian R1 41– 39KC1
42 – 8DK
1(R1) - b
2(R1) - c
2121212121
STT Tªn thiÕt bÞ §iÓm nèi
8
Rơle trung gian R2
42 – 39KC1(1)
44 – 8DK
29 – K
37 – 1DK
55 – KC1(2)
9
Rơle trung gian R3

45 – 39KC1(1)
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 Tªn thiÕt bÞ §iÓm nèi
11
Rơle trung gian R5
48 – 1DK
51 – 8DK
4 – CCL
2222222222
5 – 3DK
33 - 12DK
34 – 10DK
12
Rơle trung gian R6
52 – 1DK
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
14
Rơle trung gian R8
56 – KC1(1)
57 – 8DK
24 – 2DK
25 – 11DK
2323232323
15
Rơle trung gian R9 58 – KC1(1)
57 – 8DK
24 – 2DK
27 – 11DK
16 Nót dõng m¸y
D
37 – 1DK
37’ –7DK
17 Nót di chuyen nhanh
M
38 – 7DK
38’ – 1DK
18 C«ng t¾c hµnh tr×nh
BK1
2 – CCL
3 – 11DK

19 C«ng t¾c hµnh tr×nh
BK2
5 – CCL
6 – 11DK
2424242424
20
21
22
23
24
25
24

25


26


C«ng t¾c hµnh tr×nh
BK3

C«ng t¾c hµnh tr×nh
BK4
C«ng t¾c hµnh tr×nh
BK5

Biến trở RD1
Biến trở RD2
Đèn báo ĐH1

Đèn báo ĐH2
Đèn báo ĐH3
Đèn báo ĐH4
9 – CCL
9’ – BK4
10 – 11DK
10’ – BK3
15 – CCL
14 – 11DK
b – BBD
b’ -
c’ –
c - BBD
32 – 10 DK
32’–32R4
33 – 10 DK
33’–33R5
36 – 10 DK
36’–35R6
2525252525