Máy cắt gọt kim loại

Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Lời nói đầu.
Ngày nay máy cắt gọt kim loại đặc trng cho các ngành cơ khí chế tạo máy,
gia công kim loại...có một vai trò rất to lớn trong lĩnh vực sản xuất của nền kinh
tếquốc dân, cơ khí hoá có liên quan chặt chẽ đến đIện khí hoá và tự động hoá. Dới
tác động của khoa học kỹ thuật hiện đại đối với các loại máy móc nói chung, đối
với máy cắt gọt kim loại nói riêng ngày càng đợc cho phép đơn giản về kết cấu cơ
khí của máy sản xuất và giảm nhẹ cờng độ lao động. Máy cắt gọt kim loại đợc
dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách hớt các lớp kim loại thừa, để sau
khi gia công các chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thoả
mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thớc và độ
bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh). Có thể phân loại máy cắt kim
lọai nh sau:
-Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trng bởi phơng pháp gia công dạng
dao, đặc tính chuyển động v.v..., các máy cắt đợc chia thành các máy cơ bản: tiện,
phay, bào, khoan - doa, mài và các nhóm máy khác nh gia công răng, ren, vít v.v...
-Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng
chuyên dùng đặc biệt. Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện đợc các phơng
pháp gia công khác nhau nh tiện, khoan, gia công răng..., để gia công các chi tiết
khác nhau về hình dáng, kích thớc. Các máy chuyên dùng là các máy dùng để gia
công các chi tiết có cùng hình dáng nhng có kích thớc khác nhau. Máy đặc biệt là
các máy chỉ dùng để thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng kích thớc.
-Theo kích thớc và trọng lợng chi tiết gia công trên máy, có thể chia máy cắt
kim loại thành các máy bình thờng ( trọng lợng chi tiết 100 ữ10.10
3
kg), các máy
cỡ lớn ( trọng lợng chi tiết 10.10
3
ữ 30.10
3
kg), các máy cỡ nặng (trọng lợng chi

tiết 30.10
3
ữ 100.10
3
kg) và các máy rất nặng (trọng lợng chi tiết lớn hơn 100.10
3
kg).
-Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành máy có độ chính xác bình th-
ờng, cao và rất cao.
Việc tăng năng suất máy và giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu
chủ yếu đối với hệ thống chuyền động điện và tự động hoá nhng chúng luôn mâu
thuẫn nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu
hạn chế số lợng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc lựa chọn
một hệ thống truyền động điện và tự động hoá cho thích hợp là một bài toán khó.
Đựơc s đồng ý của hai thầy giáo Nguyễn Văn Liễn và Bùi Quốc Khánh, trong
tài liệu thiết kế môn học Tổng hợp hệ điện cơ này sẽ trình bày về thiết kế hệ thống
truyền động chính của máy bào giờng 7210 có các số liệu ban đầu nh sau:
- Tốc độ hành trình thuận ( tốc độ cắt ):
v
thuận
= 40 m/phút
v
nghịch
=75 m/phút
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
1
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
- Khối lợng bàn máy và chi tiết gia công :
m

b
+m
ct
= 900+800 =1700kg.
- Bán kính qui đổi lực cắt : = 0,028.
- Hiệu suất định mức của cơ cấu : = 0,8.
- Chiều dài hành trình bàn : L
b
= 2,8m
- Lực cắt F
z
= 35kN .
Do thời gian thực hiện ngắn và hạn chế về mặt kiến thức nên trong tài liệu
thiết kế này không thể không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong đợc sự chỉ dẫn
của các thầy cô giáo và những ý kiến đóng góp của các bạn.
Sinh viên
Lê Ngọc Thành Vinh.
Chơng I : Yêu cầu công nghệ.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
2
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Máy bào giờng là loại máy công cụ dùng để gia công bề mặt chi tiết.Chiều
dài bàn máy có thể từ 1,5m đến 2m.Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có
thể chia máy bào giờng làm 3 loại :
Máy cỡ nhỏ: L
b
< 3m , F
k
= 30 ữ 50 KN

Máy cỡ trung bình : L
b
= 4 ữ 5m , F
k
= 50 ữ 70 KN
Máy cỡ lớn : L
b
> 5m , F
k
> 70 KN
Truyền động chính của máy bào là truyền động tịnh tiến qua lại của bàn
máy.Trong quá trình làm việc bàn máy di chuyển qua lại theo chu kỳ.Mỗi chu kỳ
gồm hai hành trình thuận và ngợc. Hành trình ngợc bàn máy chạy về vị trí ban đầu
không cắt gọt nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành trình ngợc
thì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lợng ăn dao.Truyền
động phụ là di chuyển nhanh của xà,bàn dao,nâng đầu dao trong một hành trình
không tải.
Đồ thị tốc độ tối u của máy bào giờng
Hoạt động của nó nh sau :
Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và đợc tăng tốc đến tốc độ v
o
=
5 ữ 15 m/p ( tốc độ vào dao ) trong khoảng thời gian t
1
. Sau khi chạy ổn định với
tốc độ v
o
trong khoảng thời gian t
2
thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết với

tốc độ thấp để tránh làm sứt chi tiết ). Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn định v
o
cho hết thời gian t
2
thì tăng tốc độ đến v
th
( tốc độ cắt gọt ). Trong thơì gian t
5
bàn
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
3
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
máy chuyển động với tốc độ v
th
và thực hiện gia công chi tiết. Gần hết hành trình
thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến v
o
. Sau đó bàn máy đảo chiều sang hành
trình ngợc đến tốc độ v
ng
,thực hiện hành trình không tải, đa bàn máy về vị trí ban
đầu. Gần hết hành trình ngợc bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến tốc độ v
o
, đảo chiều
sang hành trình thuận, thực hiện một chu kỳ khác.
Bàn dao đợc di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình
ngợc sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trớc khi dao cắt vào chi tiết.
Tốc độ hành trình thuận v
th

đợc xác định tơng ứng bởi chế độ cắt
v
th
=5 ữ ( 75 ữ 120 )m/p.
Để tăng năng suất của máy,tốc độ hành trùnh ngợc chọn lớn hơn tốc độ hành
trình thuận : v
ng
=k. v
th
=(2 ữ 3)v
th
Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời
gian : n=l /T
ck
=l /(t
th
+t
ng
) ;T
ck
: thời gian của một chu kì làm việc của bàn máy.
t
th
,t
ng
:Thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận và ngợc
L :Chiều dài hành trình của bàn máy.

n =
tdcvngLktdcvngLvthL

+ì+
=
++
/)1(
1
//
1

t
dc
:Thời gian đảo chiều của máy.
k : Tỉ số giữa tốc độ hành trình ngợc và thuận.
Khi chọn v
th
thì năng suất phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều t
dc
.Khi
tăng thì năng suất của máy tăng nhng khi k>3 thì năng suất tăng không đáng kể vì
lúc đó thời gian đảo chiều lại tăng.
Nếu chiều dài bàn máy L
b
>3m thì t
dc
ít ảnh hởng đến năng suất mà chủ yếu là
k . Khi L
b
nhỏ v
th
lớn v
th

= 75 ữ 120 m/p thì t
dc
ảnh hởng nhiều đến năng suất.
Do vậy một trong những đIều chú ý khi thiết kế truyền động chính của máy
bào giờng là phấn đấu giảm thời gian quá độ. Một trong những biện pháp đó là xác
định tỉ số truyền tối u của cơ cấu truyền động của động cơ đến trục làm việc,đảm
bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất.
I
tu
=
Jd
Jm
M
Mc
M
Mc
++
2)(
M : Momen của động cơ lúc khởi động.
M
c
:Momen cản trên trục làm việc
J
m
,

J
d
:Momen quán tính của máy và động cơ.
Nếu coi M

c
= 0 thì:
I
tu
=
Jd
Jm
Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá đợc vì bị hạn
chế bởi:
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
4
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
-Lực động phát sinh trong hệ thống
-Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao.
1.2.Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giờng
1.2.1.Truyền động chính.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất và
thấp nhất của bàn máy.
D = v
max
/v
min
= v
ngmax
/v
thmin
Trong chế độ xác lập,độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay
đổi từ không định mức đến định mức.
Quá trình quá độ khởi động , hãm yêu cầu xảy ra êm,tránh va chạm trong bộ

truyền với tác động cực đại.
Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay.
1.2.2.Truyền động ăn dao.
Truyền động ăn dao làm vệc có tính chất chu kì,trong mỗi hành trình kép làm
việc một lần
Phạm vi điều chỉnh lợng ăn dao D = ( 100 ữ 200)/1.
Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000 lần/giờ
Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều cả ở chế độ di
chuyển làm việc và di chuyển nhanh.
Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống cơ khí, điện khí,
thuỷ lực, khí nén...Thông thờng sử dụng rộng rãi hệ thống đIện cơ : động cơ điện
và hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng.
Chơng II : Phân tích và chọn phơng án truyền động.
Động cơ trong truyền động chính là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và đảo
chiều quay. Nh vậy để thực hiện truyền động cho máy bào giờng ta có thể có hai
phơng án chính sau đây:
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
5
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Dùng hệ truyền động : Bộ biến đổi - động cơ điện một chiều có đảo chiều
quay
Dùng hệ truyền động : Bộ biến đổi - động cơ điện xoay chiều có điều chỉnh
tốc độ.
Sau đây ta sẽ đi phân tích hai loại truyền động này từ đó chọn ra một phơng
án truyền động phù hợp.
2.1:Hệ truyền động: Bộ biến đổi - động cơ điện một chiều.
Động cơ điện một chiều thực hiện đảo chiều bằng hai nguyên tắc sau:
Giữ nguyên chiều dòng phản ứng,đảo chiều bằng dòng kích từ.
Giữ nguyên chiều dòng kích từ ,đảo chiều dòng phản ứng.

2.1.1:Hệ thống truyền động máy phát - động cơ điện một chiều.
Hệ thống truyền động này thờng dùng cho máy cỡ trung bình
L
b
= 3 ữ 5m,F
k
= 50 ữ 70 KN.Dải điều chỉnh D= ( 6 ữ 8)/1.
Ưu điểm : Hệ thống này không có phần tử phi tuyến nên có đặc tính tốt , linh
hoạt khi chuyển trạng thái , khả năng quá tải lớn.
Điều chỉnh động cơ đợc cả hai phía : Điều chỉnh dòng kích từ máy phát F và
dòng kích từ động cơ Đ.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
6
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Có thể thực hiện đợc các chế độ làm việc :Động cơ , hãm tái sinh , hãm động
năng và hãm ngợc.
Nhợc điểm:
- Dùng nhiều động cơ nên tốn kém chi phí lắp đặt,gây tiếng ồn
- Máy phát một chiều có từ d nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều chỉnh sâu tốc
độ.
2.1.2:Hệ chỉnh lu Thyiristo - Động cơ điện một chiều.
Sơ đồ hệ thống
Thờng dùng cho máy cỡ nặng L
b
> 5m,F
k
> 70KN. Dải điều chỉnh
D = (8 ữ 25 )/1.
Ưu điểm :

Độ tác động nhanh, không gây tiếng ồn và đặc biệt dễ tự động hoá do các van
bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao.
Thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để
nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống.
Nhợc điểm :
Dùng các van bán dẫn có tính phi tuyến nên dạng điện áp chỉnh lu ra có biên
độ đập mạnh cao gây tổn thất phụ trong máy điện .Trong các truyền động công
suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn xoay chiều. Hệ số cos thấp.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
7
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
2.2.Hệ truyền động:Bộ biến đổi - Động cơ điện xoay chiều.
Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ ba pha . Loại động cơ này
đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp . Sự phát trển của công nghệ chế tạo bán
dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ ba pha mới đợc
khai thác hết các u điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu
quả với hệ truyền động chỉnh lu Thyristor - Động cơ.
Chơng III : Tính chọn thiết bị mạch lực.
I. Tính chọn động cơ truyền động.
1.1. Phụ tải truyền động chính.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
8
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Phụ tải truyền động chính đợc xác định bởi lực kéo tổng. Nó là 2 thành lực
cắt và lực ma sát:
F
K
= F

Z
+ F
ms
F
Z
: lực cắt
F
ms
: lực ma sát
a. Chế độ làm việc hành trình thuận .
F
ms
=
[ ]
)(
ctby
mmF
++
à
à
: hệ số ma sát gờ trợt , thờng
à
=0,05 đến 0,08. ở đây ta chọn
à
=0,075
z
F 4,0
=
y
F

thành phần áp lực lên dao cắt
b
m
: khối lợngbàn
ct
m
: khối lợng chi tiết
Ta có:
F
ms
=0,075[0,4.3500+10(900+800)] = 2325
Do đó: F
kth
=F
ms
+F
z
= 35000 + 2325 =37325
b. Chế độ không tải.
Khi làm việc không tải, F
y
=F
z
= 0
Do đó F
kng
=F
ms
=0,075.10(900+800) = 1275
1.2. Tính chọn động cơ.

Công suất đầu trục động cơ khi cắt:
1,31
8,0.1000.60
37325.60
.1000.60
.
===

thth
th
VF
P
(kw)
Trong đó V
th
=40m/ph là tốc độ hành trình thuận
Công suất đầu trục động cơ khi quay ngợc không tải có tốc độ không tải
V
ng
=75m/ph là:
2
8,0.1000.60
75.1275
.1000.60
.
===

ngng
ng
VF

P
(kw)
Do đó phải chọn động cơ có P
đm
>P
ttmax
=
31,58
40
75
1,31
==
th
ng
th
V
V
P
(kw)
Mặt khác , hệ thống phơng án truyền động đă chọn là hệ truyền động động cơ
một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu. Đồng thời , trong thực tế, để động cơ làm
việc an toàn , ngời ta phải dự trữ một hệ số an toàn cho đông cơ:
K
at
= 1,05 đến 1,1
ở đây ta chọn hệ số an toàn là: K
at
= 1,1
Do đó: P
ttđc

= 1,1.P
đc
=64,14(kw)
Nh vậy ta có thể chọn động cơ loại:
112

có các thông số:
P
đm
=70(kw) ; n
đm
=600 (vòng/phút) ; I
đm
=361(A) ;
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
9
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
R + R
cp
= 0,0262
)(

;
R
cks
=24( ) ; I
kt
= 6,55(A) ; n
max

= 1200 (vòng/phút) ;
Số thanh dẩn tác dụng của phần ứng 210;
Số nhánh song song của phần ứng : 2;
Số vòng dây 1 cực của cuộn song song : 750;
Từ thông hữu ích của 1 cực : 48,8;
Mô men quán tính của phần ứng : J = 18 kg.m
2
;
Khối lợng của động cơ : Q(kg) = 1370 (kg) ;
II.Tính toán thời gian quá trình chuyển động của máy
Đồ thị tốc độ tối u của máy bào giờng:


Thời gian các khoảng t1, t4, t6, t9, t10, t12, t14 đợc xác định bằng công thức:
)12(



=
McMqd
j
t
Các khoảng thời gian t2, t3 ,t7, t8 đợc xác định theo kinh nghiệm vận hành.
Chọn t2=t3=t7=t8=0,2(s);
Trong đó: M
qđ
= (2 ữ2,5) M
đm
là mô men động cơ trong quá trình quá độ.
Tốc độ bàn khi cắt ứng với tốc độ chạy định mức của động cơ ta có bán kính

quy đổi lực cắt về trục động cơ:


th
V
=
V
th
= 40/60 = 0,667(m/s)
011,0
8,62
667,0
)/(8,62
60
600.14,3.2
60
2
====

=

srad
n
Để có

= 0,028 ta có thể chọn hộp số có tỷ số truyền i= 0,028/ 0,011=3
Mô men phụ tải của động cơ khi đã quy đổi về trục của động cơ:
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
10

V
0
Vo
Vng
Vth
-Vo
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
)(22,495
8,62
10.1,31
3
Nm
P
M
th
th
c
===

Tốc độ vào dao thờng chọn Vo =10 (m/p) =10/60 =0,166 (m/s)
Do đó :
0

= 15,1 (rad/s)
Mômen phụ tải động cơ khi không cắt ( hành trình ngợc):
=
ng

Vng /

=113,64 (rad/s)
M
ng
= P
ng
/
=
ng

2000/113,64 = 17,6 (Nm)
Mômen quán tính của bàn máy quy đổi về trục động cơ
J
m
= J
b
+ J
ct
(Bỏ qua mômen quán tính bộ truyền)
J
m
= (m
b
+ m
ct
) .

.

=(900 + 800).0,011.0,011 = 0,201

Mômen quán tính của hệ thống:
J = J
m
+ J
d
= 0,201 + 18 = 18,201 (kg.m
2
)
Từ đồ thị tốc độ ta xác định các khoảng thời gian
)(28,0
22,4957,1114.5,2
)7,278,62(201,18
)(
.5,2
)(18,0
7,1114.5,2
7,27.201,18
)(7,1114
60
600..2
10.70
04
01
3
s
MM
j
t
s
M

j
t
Nm
P
M
th
cdm
qd
dm
dm
dm
=


=

=
===
=

==



Trong khoảng thời gian t
6
momen quá độ của động cơ đã đảo chiều:
)(18,0
5,2
)(

)(195,0
22,4957,1114.5,2
)8,627,27(201,18
)(
5,2
0
9
06
s
M
J
t
s
MM
J
t
dm
th
cdm
=


=
=


=

=

Để tính t
5
ta tìm tổng chiều dài hành trình bàn trong các đoạn quá trình quá
độ và di chuyển với V
0
:
0
91
6
0
4
0
320
222
).(.2. V
tt
t
VV
t
VV
ttVtVL
thth
iii
+
+
+
+
+
++==

Do đó

L
i
= 0,3605
L
5
= L-

L
i
= 2,8 0,3605= 2,4395(m)
Do đó ta có thời gian cắt ổn định :
)(66,3
40
60.4395,2
V
th
5
5
s
L
t
===
Tính các khoảng thời giản trong quá trình chạy ngợc:
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
11
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
)(508,1

75
60*885,1
);(885,1915,08,2
)(915,0
2/..2/).(2/.
)(18,0);(2,0
)(565,0
6,177,1114.5,2
)7,2764,113.(201,18
)(747,0
6,177,1114.5,2
64,113.201,18
11
14013012010
114213
12
10
stmLLL
m
tVtVtVVtVL
sttstt
st
st
ngng
ngngng
=====
=
++++=
====
=

=
=

=
III .Tính chọn bộ biến đổi
Do công suất của động cơ lớn (>30kW) do đó ta phải dùng chỉnh lu cầu 3 pha
Ngời ta điều chỉnh điện áp trung bình của tải bằng cách điều chỉnh góc mở

của các thyristor.
Xét sơ đồ cầu 3 pha gồm 6 thyristor chia thành 2 nhóm:
Nhóm catot chung: T
1
, T
3
và T
5
.
Nhóm anot chung: T
4
, T
6
và T
2
.
Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp:
v
a
=

2
U
2
sin

v
b
=
2
U
2
sin(

-
3
2

)
v
c
=
2
U
2
sin(

-
3
4

)
Góc mở

đợc tính từ giao điểm của các nửa hình sinus.(Hình II.2)
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
12
u
d
i
d
Va
Vb
Vc
T1
T3
T4
T6
T2
T5
Tai
Utb
ig3
i4
ia
i1
ig1
ig2
Udây(max)
Ud

0
0
Hình II.2.Đồ thị dạng sóng khi góc mở

nhỏ