Tài liệu HỆ THỐNG BÔI TRƠN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN pot

Hệ thống bôi trơn là một phần quan trọng trong máyCNC; trong quá trình làm việc các chi tiết và phôi bị ảnhhưởng rất lớn của nhiệt sinh ra do ma sát khi chúng tiếpxúc với nhau;nhiệm vụ c

Giáo viên: PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh

Sinh viên : Nguyễn Văn Toản

SHSV : 20092792

I.Hệ thống bôi trơn.

1.Giới thiệu.

Hệ thống bôi trơn là một phần quan trọng trong máyCNC; trong quá trình làm việc các chi tiết và phôi bị ảnhhưởng rất lớn của nhiệt sinh ra do ma sát khi chúng tiếpxúc với nhau;nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn là đưa dầutới các bề mặt ma sát của các chi tiết để đảm bảo điềukiện làm việc bình thường và tăng tuổi thọ của các chi tiết ngoài ra còn có tác dụng làm mát để giảm biến dạngnhiệt và đảm bảo được độ chính xác vị trí và độ nhẵn bềmặt gia công,chống gỉ và bao kín

+Bôi trơn cưỡng bức:Dùng áp lực từ bơm Hệ thống bôitrơn cưỡng bức có bơm dầu tạo ra áp lực để đẩy dầu bôitrơn đến tất cả các bề mặt ma sát của các chi tiết để bôitrơn

Trong thực tế người ta kết hợp cả bôi trơn cưỡng bức và bôi trơn vung té

2.1.Bôi trơn cƣỡng bức

Hệ thống bôi trơn gồm các bộ phận: cacte chứa chất làmmát,bơm,bầu lọc,van phân phối và các đường ống dẫn chấtlàm mát, van an toàn,đồng hồ báo áp suất,két làm mát,vankhống chế…

Nguyên lý làm việc:

Khi động cơ làm việc,dầu bôi trơn được bơm hút từcacte và được lọc sạch ở bầu lọc,qua van khống chế tớiđường dầu chính để đến bôi trơn các bề mặt ma sát củađộng cơ,sau đó về cacte.Nếu áp suất dầu trên các đườngvượt quá trị số cho phép,van an toàn sẽ mở để một phầndầu chảy về bơm.Nếu nhiệt độ dầu cao quá giới hạn địnhtrước thì van khống chế sẽ đóng lại, dầu đi qua két làmmát và dầu được làm mát trước khi vào đường ống dẫndầu chính

3.Cách tính áp suất.

Ta dùng công thức Becnuli cho toàn dòng:

Trong đó :

v: vận tốc dòng chảy tại mặt cắt.

Q: lưu lượng dòng chảy.

w: diện tích tiện diện mặt cắt.

4.Tìm hiểu một số thành phần trong hệ thống bôi trơn 4.1.Bơm.

Một số loại bơm thường gặp: bơm cánh gạt;bơm trục

vít;bơm bánh răng;bơm ly tâm;bơm pít-tông

Bảng thông số của một số loại bơm

Loại bơm Áp suất (psi) Tốc độ dòng

chảy (gal/min)

Loại chất làm mát

Giá

Bơm cánh gạt 100-250 1-10 Nước ~400 $

Bơm trục vít Áp suất từ thấp đến cao 1-100 Dầu >2000$

Bơm bánh răng >1500 1-10 Dầu ~200$

Bơm ly tâm <500 10-60 Dầu và nước >1000$

Bơm pít- tông 100-5000 1-20 Dầu và nước 400-2000$

4.1.1.Bơm cánh gạt.

Bơm cánh gạt là máy thủy lực roto có kết cấu đơn

giản,làm việc ít ồn và có khả năng điều chỉnh lưu lượng Loại bơm này yêu cầu việc lọc chất lỏng khắt khe khi

làm việc.Máy thủy lực cánh gạt được sử dụng nhiều

trong hệ thống máy công cụ,khoan,doa,tiện,phay,mài…Bơm cánh gạt gồm: bơm cánh gạt tác dụng đơn và

bơm cánh gạt tác dụng kép: bơm cánh gạt tác dụng đơngồm có vỏ hình trụ trong đó có roto;tâm của vỏ và rotolệch nhau một khoảng là e.Khác với bơm tác dụng đơn, bơm tác dụng kép không bố trí roto và stato lệch tâm

nhau mà mặt trong của stato có dạng cung tròn có bánkính khác nhau nối tiếp nhau (tăng thể tích làm việc); haikhoang hút và hai khoang đẩy bố trí đối xứng nhau.

Nhược điểm của bơm cánh gạt tác dụng đơn là gây ra lựchướng tâm lệch.

-Khi roto quay,các tấm gạt trượt trong các rãnh và gạt

chất lỏng

4.1.2.Bơm bánh răng.

Với những ưu điểm của bơm bánh răng thì hiện nay nóđang được sử dụng rộng rãi

Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản,dễ chế tạo

- Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ gọn

- Số vòng quay và công suất trên một đơn vị trọng lượnglớn

- Có khả năng chịu qua tải trong một thời gian ngắn

Nhược điểm:

- Bơm bánh răng không điều chỉnh được lưu lượng và ápsuất khi số vòng quay cố định

Phân loại: có hai loại bơm bánh răng đó là bơm bánh

răng ăn khớp ngoài và bơm bánh răng ăn khớp trong.Khicần tăng lưu lượng người ta dùng bánh răng có nhiều

bánh răng ăn khớp

Bơm bánh răng làm việc theo nguyên lý dẫn và nén

chất lỏng trong một thể tích kín thay đổi được dung tích

-Bánh răng chủ động được nối với trục của bơm quay vàkéo theo bánh răng bị động quay.Chất lỏng ở trong cácránh răng theo chiều quay của các bánh răng vận chuyển

từ khoang hút đến khoang đẩy vòng theo vỏ

bơm.Khoang hút và khoang đẩy được ngăn cách với

nhau bởi những mặt tiếp xúc của các bánh răng ăn khớp

và được xem là kín

- Khi một cặp bánh răng vào khớp ở khoang đẩy,chất

lỏng được đưa vào khoang đẩy bị chèn ép và dồn vàođường ống đẩy

-Đồng thời với quá trình đẩy, tại khoang hút có một cặpbánh răng ra khớp,dung tích của khoang hút được giãnra,áp suất ở khoang hút giảm và chất lỏng sẽ được hútvào buồng hút từ bể chứa thông qua ống hút vào

bơm.Nếu áp suất trên mặt thoáng là áp suất khí quyển thì

áp suất khí quyển thì áp suất ở khoang hút sẽ là áp suấtchân không

* Trong trường hợp yêu cầu áp suất cao , người ta dùngbánh răng nhiều cấp theo nguyên lý mắc nối tiếp.Để

tránh trường hợp thừa lưu lượng ta bố trí giữa các cấp đócác van an toàn

*Khi yêu cầu độ cứng vững cao,tiếng ồn nhỏ người

ta dùng bơm bánh răng ăn khớp trong.Bánh chủ động vàbánh bị động luôn đặt lệch tâm.Khi bánh chủ động quay kéo theo bánh bị động quay cùng chiều trong Stato.Chấtlỏng ở trong các rãnh răng theo chiều quay của các bánhrăng vận chuyển từ khoang hút đến khoang đẩy vòng

theo vỏ bơm.Khoang hút và khoang đẩy được ngăn cáchvới nhau bởi lưới chắn

4.1.3.Bơm ly tâm.

Bơm ly tâm gồm các bộ phận chủ yếu : bánh công

tác; trục bơm;bộ phận dẫn hướng vào;bộ phận dẫn hướngra;ống hút;ống đẩy

- Bánh công tác: đúc bằng gang hoặc thép theo phươngpháp đúc chính xác;các bề mặt cánh dẫn và đĩa bánhcông tác yêu cầu có độ nhẵn tương đối cao để giảm tổnthất.

- Trục bơm: thường được chế tạo bằng thép hợp kim vàđược lắp với bánh công tác thông qua mối ghép then

- Bộ phận dẫn hướng vào: hai bộ phận này thuộc thânbơm thường

- Bộ phận dẫn hướng ra: đúc bằng gang có hình dạng

tương đối phức tạp

- Ống hút,ống đẩy: có thể làm bằng gang đúc,tôn hàn

hoặc cao su

+ Nguyên lý: Trước khi làm việc phải mồi bơm.Khi làmviệc,bánh công tác quay,các phần tử trong bánh công tácdưới ảnh hưởng của lực li tâm bị văng từ trong ra ngoài, chuyển động theo các máng dẫn và đi vào ống đẩy với ápsuất cao hơn.Đồng thời ở lối vào của bánh công tác tạonên vùng chân không và dưới tác dụng của áp suất trong

bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của bơm,chất lỏng ở bểhút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút,qua trình hút

liên tục tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm.Bộ phận dẫnhướng ra để dẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đẩyđược điều hòa,ổn định và còn có tác dụng biến một phầnđộng năng của dòng chảy thành áp năng cần thiết

4.1.4.Bơm piston.

Bơm piston là loại bơm chuyên dụng trong sản

xuất,hoạt động nhờ tạo lực hút và đẩy hoàn toàn dựa vàohành trình nén và xả của piston trong xylanh

Cấu tạo :Piston,xylanh,hộp van,van hút và đẩy

Nguyên lý : Mỗi vòng quay của trục quay bơm thực hiệnđược 1 quá trình hút và một quá trình đẩy

- Quá trình hút : khi trục quay của bơm quay theo chiềukim đòng hồ, kéo piston dịch chuyển tịnh tiến xuống

dưới trong xylanh ,tạo chân không trong xylanh và hộpvan, van hút mở ra,hút công chất vào trong xylanh và

4.1.5.Bơm trục vít.

Nguyên lý: Trục vít chủ động được lắp với trục độngcơ; khi trục vít chủ động quay kéo theo các trục vít ănkhớp với nó quay theo;nhờ chuyển động quay của trụcvít mà chất lỏng được hút Sự ăn khớp của các trục vít vàthành vỏ bơm tạo thành không gian làm việc.Với chuyểnđộng quay và ăn khớp của trục vít thì vùng hút và ốngđẩy của bơm được ngăn cách, và chất lỏng được chuyểnđộng liên tục từ khoang hút ra khoang đẩy

4.2.Van phân phối.

Trong quá trình vận hành hệ truyền dẫn thủy lực

xuất hiện nhu cầu thay đổi hướng chuyển động của cơcấu chấp hành Từ đó dẫn tới yêu cầu thay đổi hướng dichuyển của dòng chất lỏng tới những phần khác nhau

trong hệ Để làm được điều đó mà không cần ngừng hoạtđộng của nguồn cấp (máy bơm) người ta sử dụng van phân phối Như vậy chức năng chính của van phân phối

là thay đổi hướng di chuyển của dòng chất lỏng, qua đóthực hiện mục tiêu điều khiển hệ truyền dẫn

Kích thước và khối lượng của van phân phối tỉ lệ thuậnvới lưu lượng chất lỏng đi qua nó

4.2.1.Phân loại.

Phân loại theo cấu trúc chi tiết điều khiển:

Dạng trƣợt : chi tiết điều khiển có dạng ông trụ hoặc

dạng mặt phẳng, có khả năng trượt Van phân phối dạngtrượt thay đổi hướng di chuyển của dòng chất lỏng bằngcách trượt chi tiết điều khiển theo trục

Dạng xoay: Van phân phối dang xoay thay đổi hướng

di chuyển dòng chất lỏng bằng cách xoay chi tiết điềukhiển Chi tiết điều khiển thường có dạng mặt phẳng, dạng trụ, dạng côn hoặc dạng cầu

Dạng khóa: Van phân phối dạng khóa thay đổi hướng

di chuyển dòng chất lỏng bằng cách mở hoặc đóng tiếtdiện khóa Phần tử khóa có thể dạng cầu, dạng đĩa, hoặcdạng côn

Phân loại theo dạng liên kết của van với hệ truyền dẫn:

- Liên kết ren

- Liên kết mặt bích

- Liên kết mối nối

Phân loại van phân phối theo số lượng vị trí của phần

tử trượt: 2 vị trí, 3 vị trí, nhiều vị trí.

Phân loại theo dạng điều khiển:

- Điều khiển bằng tay

- Điều khiển điện từ

- Điều khiển thủy lực

- Điều khiển khí nén

- Điều khiển điện kết hợp thủy lực

4.2.2.Van dạng trƣợt.

Phần tử điều khiển là một ống trụ trượt có các vành

gờ Bề mặt tiếp xúc của các vành gờ này được gia côngnhẵn và có thể trượt tương đối với vỏ Phụ thuộc vào sốcửa trên vỏ mà ống trượt có thể có một, hai hoặc nhiềuvành gờ

Kí hiệu van phân phối cần thể hiện được số ống nốivới van, số vị trí làm việc, phương pháp điều khiển van, liên kết giữa các ống ở từng vị trí làm việc Mỗi vị trí

làm việc được thể hiện bằng 1 hình vuông Như vậy số vịtrí làm việc của van tương ứng với số hình vuông kí hiệuvan đó

Nguyên lý hoạt động:

Tại vị trí làm việc ban đầu tất cả các ống nối với van A,

B, P, T đều bị khóa Khi con trượt dưới tác động của tínhiệu điều khiển bị đẩy sang trái nhánh A và P, B và T

được nối với nhau Chất lỏng đi từ máy bơm qua của P, A

đi và xilanh sinh lực đẩy, chât lỏng ở khoang cán đi qua của B, T về thùng chứa Khi con trượt bị kéo sang phảinhánh A và T, P và B thông nhau Chất lỏng đi từ máy

bơm đổ vào khoang cán xi lanh, đẩy xi lanh về vị trí ban đầu Chất lỏng từ khoang pitston theo cửa A , P đổ về

thùng chứa

Cách gọi tên van : Dựa vào số lượng ống nối , và vị trí

làm việc của van người ta đưa ra các gọi tên van “ Van phân phối x/y” Ở đó ta hiểu:

x - số lượng ống nối tới van

y – số vị trí làm việc của van

4.2.3.Van dạng xoay.

Với van phân phối dạng xoay chi tiết điều khiểnhướng dòng là một khóa xoay Khóa xoay này thường códạng mặt phẳng, dạng trụ, dạng cầu hoặc dạng côn

Sau đây ta xét khóa xoay dạng trụ:

Trên bề mặt khóa xoay được khoét 4 rãnh, khi kết hợpvới vỏ van sẽ tạo thành 4 khoang Khóa xoay còn có 2

lỗ khoan vuông góc, nhưng không cắt nhau để nối từngcặp khoang đối xứng Trên vỏ van được khoan các cửa

để nối với xylanh(motor), máy bơm, và thùng chứa

II.Hệ thống điều khiển.

1.Định nghĩa điều khiển.

Là quá trình xảy ra trong một hệ thống giới hạn,

trong đó một hay nhiều đại lượng là đại lượng đầu vào, các đại lượng khác nhau là các đại lượng đầu ra, chúngtác động và ảnh hưởng đến hệ thống theo những quy luậtriêng

*) Điều khiển theo phương pháp truyền thống:

+ Điều khiển bằng cam

+ Điều khiển theo cữ hành trình

+ Điều khiển theo thời gian (tang trống quay theo t)

+ Điều khiển theo chu kỳ, kêt hợp cả theo quãng đường

và thời gian

*)Các hệ điều khiển số :

+) Hệ điều khiển số NC (Numerical Control).

+) Hệ điều khiển DNC (Direct Numerical Control ).+) Hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control).+) Hệ điều khiển thích nghi (Adaptive control)

Hệ điều khiển số NC : Đây là hệ điều khiển đơn giản

với số lượng hạn chế các kênh thông tin Trong hệ điềukhiển NC các thông số hình học của chi tiết gia công vàcác lệnh điều khiển được cho dưới dạng dãy các con số

Cấu trúc hệ NC:

Hệ điều khiển DNC : điều khiển một loạt máy NC bằng

một máy tính lớn

Hệ điều khiển thích nghi: điều khiển thích nghi là tổng

hợp các kĩ thuật nhằm tự động chỉnh các bộ điều khiểntrong mạch điều khiển nhằm thực hiện hay duy trì ở mức

độ nhất định chất lượng của hệ thống khi thông sô của quá trình được điều khiển không biêt trước hay thay đổitheo thời gian

2.Hệ điều khiển số CNC.

Điều khiển số CNC là một hệ thống điều khiển cóthể lập trình và ghi nhớ Nó bao hàm một máy tính cấuthành từ các bộ vi xử lý kèm theo các bộ nhớ ngoại vi

Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyếtthông qua phần mềm nghĩa là các chương trình làm việc

có thể thiết lập trước Trong hệ điều khiển CNC chươngtrình có thể được nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặctừng lệnh Các lệnh điều khiển được viết không chỉ chotừng chuyển động riêng lẻ mà còn cho nhiều chuyển

động cùng một lúc Điều này cho phép giảm số câu lệnhcủa chương trình và như vậy có thể nâng cao độ tin cậylàm việc của máy

Nguyên lý làm việc của máy công cụ CNC.

Hệ thống điều khiển số CNC có một máy tính giúpngười đứng máy không chỉ khởi động chương trình NC

mà còn:

- Biến đổi các chương trình đã đưa vào máy

Các kích thước của dụng cụ và của thiết bị kẹp phôi

có thể được đưa vào hệ thống CNC khi đặt số liệu màkhông phụ thuộc vào chương trình NC Các kích thướcnày được thực hiện tự động khi gia công Do đó ngườiđứng máy cần rất ít thông tin về bản vẽ, khi cần thiết cóthể tự chọn dông cụ và thiết bị kẹp chặt

3.Các dạng điều khiển trong điều khiển số.

Các dạng máy công cụ khác nhau, các bề mặt tạo

hình khác nhau đòi hỏi những chuyển động tương đối rấtkhác nhau giữa dao và chi tiết gia công Các dạng điềukhiển số đó cũng được phân thành: điều khiển điểm, điềukhiển đoạn thẳng hay đường thẳng và điều khiển biên

dạng phi tuyến (contour)

3 1 Điều khiển điểm.

Cho phép xác định vị trí dụng cụ theo các điểm đã lậptrình với hành trình chạy nhanh của dụng cụ và dụng cụkhông ăn vào phôi Chuyển động trên các trục riêng lẻ, lúc này không có rằng buộc bởi quan hệ hàm số và tốc

độ của các yếu tố định vị không phụ thuộc vào các yếu tốcông nghệ Điều khiển điểm - điểm chủ yếu dùng trongcác máy khoan, doa, hàn điểm

3 2 Điều khiển đoạn hay đường thẳng.

Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển mà khigia công dụng cụ cắt thực hiện một lượng chạy dao theomột đường thẳng nào đó.Điều khiển đường thẳng cho

phép bên cạnh dịch chuyển nhanh định vị, còn có một

dịch chuyển song song với chiều trục của dụng cụ cắt vớilượng chạy dao yêu cầu, khi đó dao ăn vào phôi

điều khiển điểm-điểm điều khiển theo đường

3.3 Điều khiển theo biên dạng.

Là dạng điều khiển mà khi điều khiển dao chạy theomột biên dạng nào đó trên phôi mà ta cho trước Điềukhiển theo biên dạng gồm : điều khiển contuor 2D,

contour2,5D, contour 3D, contour 4D, và 5D

Điều khiển contour 2D: cho phép các dịch chuyển của

dụng cụ cắt theo đường thẳng và cung tròn, dựa vào haitrục cố định

Điều khiển contour 2,5D: cho phép các dịch chuyển của

dụng cụ theo đường thẳng và theo cung tròn trong một sốmặt phẳng làm việc, nhưng chỉ có thể có hai trục hoà hợpvới nhau với sự lưu ý tới các chuyển động giữa chúng

Điều khiển contour 3D: cho phép đồng thời chạy dao

theo cả ba trục X, Y, Z ; cả ba trục chuyển động hòa hợpvới nhau hay có quan hệ ràng buộc bằng hàm số

Ngoài ra còn có điều khiển 4D và 5D

4 Hệ trục tọa độ trên máy công cụ CNC 4.1 Hệ thống các trục tọa độ

Hệ thống các trục tọa độ vuông góc được xác định theo quy tắc bàn tay phải Các chuyển động chính của máy NC được thiết lập theo các trục tọa độ X, Y và Z Theo quy tắc bàn tay phải ngón tay cái là trục X, ngón tay trỏ là trục Y, ngón tay giữa là trục Z Hệ thống tọa độ này có liên quan mật thiết đối với chi tiết gia công trên máy CNC.

Khi lập trình người ta quy ước rằng dụng cụ chuyển động tương đối so với hệ thống tọa độ, còn chi tiết đứng yên