Máy cắt gọt kim loại

Thiết kế máy bào giường 7210

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 kinhtếquốc dân, cơ khí hoá có liên quan chặt chẽ đến đIện khí hoá và tự động hoá D-

ới 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 kếtcấu 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, đểsau khi gia công các chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặcthoả 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 cắtkim lọai nh sau:

-Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trng bởi phơng pháp gia công dạngdao, 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 năngchuyên dùng đặc biệt Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện đợc các phơngpháp gia công khác nhau nh tiện, khoan, gia công răng , để gia công các chi tiếtkhác nhau về hình dáng, kích thớc Các máy chuyên dùng là các máy dùng để giacông 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 ớc

th Theo kích thớc và trọng lợng chi tiết gia công trên máy, có thể chia máy cắt

cỡ lớn ( trọng lợng chi tiết 10.103  30.103 kg), các máy cỡ nặng (trọng lợng chitiết 30.103  100.103 kg) và các máy rất nặng (trọng lợng chi tiết lớn hơn 100.103

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 nhsau:

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 :

với tốc độ vo trong khoảng thời gian t2 thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiếtvới tốc độ thấp để tránh làm sứt chi tiết ) Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn

định vo cho hết thời gian t2 thì tăng tốc độ đến vth ( tốc độ cắt gọt ) Trong thơìgian t5 bàn máy chuyển động với tốc độ vth và thực hiện gia công chi tiết Gần hết

về vị trí ban đầu Gần hết hành trình ngợc bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến tốc độ

vo, 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 trìnhngợc sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trớc khi dao cắt vào chi tiết.Tốc độ hành trình thuận vth đợc xác định tơng ứng bởi chế độ cắt

tth,tng :Thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận và ngợc

L :Chiều dài hành trình của bàn máy.

Nếu chiều dài bàn máy Lb>3m thì tdc ít ảnh hởng đến năng suất mà chủ yếu

là k Khi Lb nhỏ vth lớn vth= 75  120 m/p thì tdc ảnh hởng nhiều đến năng suất

Do vậy một trong những đIều chú ý khi thiết kế truyền động chính của máybào giờng là phấn đấu giảm thời gian quá độ Một trong những biện pháp đó làxác định tỉ số truyền tối u của cơ cấu truyền động của động cơ đến trục làmviệc,đảm bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất

Itu=

Jd

Jm M

Mc M

Mc



 ( ) 2

M : Momen của động cơ lúc khởi động

Jm ,Jd :Momen quán tính của máy và động cơ

Nếu coi Mc= 0 thì:

Itu=

Jd Jm

Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá đợc vì bị hạnchế bởi:

-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 vàthấp nhất của bàn máy

D = vmax/vmin= vngmax/vthmin

Trong chế độ xác lập,độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay

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 dichuyển 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 cóhai phơng án chính sau đây:

Dùng hệ truyền động : Bộ biến đổi - động cơ điện một chiều có đảo chiềuquay

Dùng hệ truyền động : Bộ biến đổi - động cơ điện xoay chiều có điều chỉnhtốc 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

Hệ thống truyền động này thờng dùng cho máy cỡ trung bình

- 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 sâutốc độ

2.1.2:Hệ chỉnh lu Thyiristo - Động cơ điện một chiều.

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 bándẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ ba pha mới đợckhai thác hết các u điểm của mình Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh cóhiệu 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.

Phụ tải truyền động chính đợc xác định bởi lực kéo tổng Nó là 2 thành lựccắt và lực ma sát:

37325 60

1000 60

V F

75 1275

1000 60

V F

40

75 1 ,



th

ng th

V

V

Mặt khác , hệ thống phơng án truyền động đă chọn là hệ truyền động độngcơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu Đồng thời , trong thực tế, để động cơlàm việc an toàn , ngời ta phải dự trữ một hệ số an toàn cho đông cơ:

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;

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 côngthức:

) 1 2 (   





Mc Mqd

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);

Tốc độ bàn khi cắt ứng với tốc độ chạy định mức của động cơ ta có bán kínhquy đổi lực cắt về trục động cơ:

667 , 0 )

/ ( 8 , 62 60

600 14 , 3 2 60

, 62

10 1 ,

Nm

P M

Jm = Jb + Jct (Bỏ qua mômen quán tính bộ truyền)

Jm = (mb + mct ) .=(900 + 800).0,011.0,011 = 0,201

Mômen quán tính của hệ thống:

J = Jm + Jd = 0,201 + 18 = 18,201 (kg.m2)

Từ đồ thị tốc độ ta xác định các khoảng thời gian

) ( 28 , 0 22 , 495 7 , 1114 5 , 2

) 7 , 27 8 , 62 ( 201 , 18 ) (

5

,

2

) ( 18 , 0 7 , 1114 5 , 2

7 , 27 201 , 18

) ( 7 , 1114 60

600 2

10 70

0 4

0 1

3

s M

M

j t

s M

j

t

Nm

P M

th c dm qd

dm

dm dm

, 2

) (

) ( 195 , 0 22 , 495 7 , 1114 5 , 2

) 8 , 62 7 , 27 ( 201 , 18 ) (

5 , 2

0 9

0 6

s M

J

t

s M

M

J t

dm

th c

0 4

0 3

2 0

2 2

2 )

.(

2 t V t t V V t V V t t t V V

i i i

60 4395 , 2

60

* 885 , 1 );

( 885 , 1 915 , 0 8 , 2

) ( 915

,

0

2 /

2 / ).

( 2 /

) ( 18 , 0 );

( 2 , 0

) ( 565 , 0 6

, 17 7 , 1114 5 , 2

) 7 , 27 64 , 113 (

201 , 18

) ( 747 , 0 6 , 17 7 , 1114 5 ,

2

64 , 113 201 , 18

11

14 0 13 0 12

0 10

1 14 2

13

12

10

s t

m L

L

L

m

t V t V t

V V t

V L

s t

t s t

t

s t

s t

ng ng

ng ng

III Tính chọn bộ biến đổi

Do công suất của động cơ lớn (>30kW) do đó ta phải dùng chỉnh lu cầu 3 pha

Ngêi ta ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p trung b×nh cña t¶i b»ng c¸ch ®iÒu chØnh gãc më

ig1

ig2Ud©y(max)

Ud

H×nh II.2.§å thÞ d¹ng sãng khi gãc më  nhá

Hoạt động của sơ đồ: Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua VF = vc ,

VG = vb

Khi  = 1 =

6



+  cho xung điều khiển mở T1 Tiristor này mở vì va > 0

Sự mở của T1 làm cho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên vì va > vc Lúc này T6 và

T1 cho dòng chảy qua Điện áp trên tải:

u d = u ab = va - vb

Khi  = 2 =

6

3 

+  cho xung điều khiển mở T2 Tiristor này mở vì khi T6

dẫn, nó đặt v b lên anot T2 Khi  = 2 thì vb > vc Sự mở của T2 làm cho T6 bị

khóa lại một cách tự nhiên vì vb > vc

Các xung điều khiển lệch nhau /3 đợc lần lợt đa đến cực điều khiển củacác tiristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, Trong mỗi nhóm, khi một tiristor mở

nó sẽ khóa ngay tiristor dẫn dòng trớc nó:

2 sin

2 2

 Giá trị dòng cực đại qua mỗi van: Ivmax = Id = 361 (A)

 Giá trị điện áp ngợc đặt lên mỗi van: Ungmax = 2,45.U2 = 2,45.100 = 245 (V)

Từ những tính toán trên, với chế độ làm mát bằng quạt gió thì các thông sốcần của mỗi van trong mạch chỉnh lu cầu ba pha là:

 Ungt  1,6 Ungmax = 1,6 245 = 392 (V)

 It  1,5 Imax = 1,5.361 = 541,5 (A)

dòng và áp trong mạch Các thông số của van đợc cho trong bảng sau:

di

dt du

3.2 Tính chọn máy biến nguồn

cách ly phần mạch lực bộ biến đổi với lới điện Máy biến áp công suất cỡ chụckVA thuộc loại máy biến áp công suất nhỏ, sụt áp trên điện trở tơng đối lớn(khoảng 4%) còn sụt áp trên điện kháng ít hơn (khoảng 1,5%) Điện áp sụt trênhai thyristor nối tiếp khoảng 2V

Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối /Y):

3

U 2 3

Công suất máy biến áp: P = 3.U2.I2 = 3.100.294,75 = 88,4 (kVA)

3.3 Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện.

Mạch bảo vệ đợc thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất cho ngờivận hành và thiết bị Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch bảo vệ là phải cóbiện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm việc bất thờng xảy ranhămg hạn chế tổn thất ở mức độ thấp nhất

Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất trong bộ biến đổi cũng phải đợcbảo vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm nh ngắn mạch

đầu ra bộ biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua van, quá nhiệt trong thiết

bị biến đổi

thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá điện áp phầnứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một số vòng dây của máy biến

áp nguồn Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn cấp bằng các thiết bị đóng cắt truyềnthống nh cầu chì, áptômát, rơle kết hợp với bảo vệ ở mạch điều khiển nh khoáthyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều chỉnh

Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến đổi,ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nhng nằm ngoài bộ biến đổi,ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử dụng cầu chì Đểbảo vệ mất từ thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông Sử dụng rơle bảo vệ quánhiệt để bảo vệ quá nhiệt động cơ, máy biến áp

Bảo vệ trong bộ biến đổi

a Bảo vệ quá nhiệt.

Khi thyristor đợc điều khiển mở cho dòng chảy qua van, công suất tổn thấtbên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị đốt nóng lớn nhất.Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất điện năng Do các thiết

bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ, mọi sự quá nhiệt độ trên van dùchỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có thể phá hỏng van, nên để bảo vệ quánhiệt trên van, ta sử dụng các biện pháp làm mát cỡng bức Biện pháp làm mátthông dụng nhất là quạt không khí xung quanh cánh tản nhiệt (làm mát bằnggió) Đối với thiết bị bán dẫn công suất lớn hơn, ta có thể cho nớc trực tiếp chảyqua cánh tản nhiệt (làm mát bằng nớc) hoặc ngâm cả thiết bị bán dẫn vào dầubiến thế

b Bảo vệ quá điện áp trên van.

Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng mạch RC, bảo vệ từng thyristor: Mạch

đấu song song với van dùng để bảo vệ quá điện áp do các nguyên nhân nội tạigây ra – sự tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn trong quá trình làm việc của van

sẽ tạo ra dòng điện ngợc khi khoá van trong khoảng thời gian rất ngắn, do đó làmxuất hiện suất điện động cảm ứng rất lớn trên các điện cảm đờng dây nối Mạch

RC đấu giữa các nguồn pha dùng để bảo vệ quá áp do các nguyên nhân bên ngoàimang tính ngẫu nhiên – hiện tợng sấm sét, một cầu chì bảo vệ bị nhảy, cắtkhông tải máy biến áp Các trị số linh kiện bảo vệ đợc chọn dựa vào các trị sốkinh nghiệm: C = 1F và R = 1K

Sơ đồ bảo vệ mạch chỉnh lu cầu ba pha có đầy đủ các phần tử bảo vệ quádòng và quá áp

Đ

U đk

iKĐ

Chơng IV : Thiết Kế mạch điều khiển.

I Yêu cầu của mạch điều khiển.

Phát xung vào cực điều khiển của van, đảm bảo van mở nhanh nhạy chínhxác và điều khiển góc mở của van để điều chỉnh điện áp cho nguồn cấp vào phầnứng của động cơ

Từ đó ta có sơ đồ tổng quát của mạch điều khiển nh sau:

Để điều khiển vị trí xung trong nửa chu kỳ dơng của điện áp đặt trên

thyristor, ta sử dụng nguyên tắc điều khiển “ arccos ” Theo nguyên tắc này, ta sử

dụng hai điện áp:

- Điện áp đồng bộ u s vợt trớc u AK = Umsint của thyristor một góc /2, u s

=Umcost

qua các bộ điều chỉnh tốc độ và dòng điện R và Ri

Nếu đặt u s vào cổng đảo và u cm vào cổng không đảo của khâu so sánh thì khi

u s = u cm ta sẽ nhận đợc một xung rất mảnh ở đầu ra khi khâu này lật trạng thái:

u cm = Umcos

U

u (

t

0

II Khâu tạo điện áp đồng pha và đa hài.

Mạch này có chức năng tạo ra điện áp trùng pha với điện áp nguồn, ở mạchnày ta dùng khuếch đại thuật toán A 741 để biến dạng điện áp chỉnh lu

trạng thái tạo xungSo sánh

Phản hồi dòng điện

xung

Xung chùm

D2 +E1

+15V

-15V

T.Đ.A.

R.C

III Khâu tạo điện áp răng ca.

Điện áp tựa là một dạng điện áp răng ca biến đổi tuyến tính tạo ra, nhờ có sựphóng nạp của tụ C mắc theo kiểu tích phân Phần tử chính của mạch này là tụ

điện C và khuếch đại thuật toán A 741

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

Khi UB>0 diot D3 khoá do bị ngợc cực tính Lúc này chỉ có tác động qua R4

4 1

R

E i

Điện áp khi nạp:

1 4

c 1 c

C R

E dtn i C

1

tn: thời gian cần thiết để nạp tụ C1

 Khi UĐP<0:

Diot D3 thông tụ C1 phóng điện dòng i2 chảy từ C1 qua R5-D3 và có độ lớn

i2=510 i1 cho tới khi t=tp thì điện áp trên tụ trở về “0” và tụ C1 lại tiếp tục nạptheo chu kỳ mới

IV Mạch so sánh và tạo xung.

tử chính của mạch là khuếch đại thuật toán có chức năng so sánh và tạo xung.Chọn khuếch đại thuật tán A 741 có các thông số kỹ thuật:

-Hiệu điện thế giữa cổng “đảo” và “không đảo” U = 30V

-Điện áp nguồn nuôi : Unguồn nuôi=3V đến 22V

V Khâu tạo xung chùm.

Ta dùng bộ phát xung “ sinus chữ nhật” Trong sơ đồ này OA thực hiện so sánh hai tín hiệu Uc và Ur =K*V2

D1 D2 R1

R2

R3

R4 C

Ta sẽ có :

T=2,2.R.C =1,1.C.(R1+R2)

T1=1,1.C.R1 ; T2=1,1.R2.C

VI Khâu khuếch đại xung và biến áp xung.

Điện áp ra từ bộ so sánh + tín hiệu từ mạch tạo xung chùm tạo thành tínhiệu logic dùng để điều khiển sự đóng mở của transistor Khi Tr2 khóa ta nhận đ-

ợc một xung ra ở thứ cấp BAX

VII Khâu phản hồi tốc độ:

R11

Rhc +E2

D6

Tr1

Tr2 D5

R