Giáo trình Trang bị điên, điện tử trên máy - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Chia sẻ: Mucnang222 Mucnang222 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:192

Thêm vào BST

Báo xấu

53
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Trang bị điện - điện tử trên máy dùng để giảng dạy cho sinh viên đại học các ngành Công nghệ Tự động, Công nghệ Điện - Điện Tử và Công nghệ Kỹ thuật điện. Gồm các nội dung chính như: Trang bị điện - điện tử máy cắt gọt kim loại; Trang bị điện - điện tử máy công nghiệp dùng chung.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Trang bị điên, điện tử trên máy - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Bé lao ®éng th¬ng binh vµ x· héi Trêng ®¹i häc s ph¹m kü thuËt nam ®Þnh Th.s PHẠM VĂN CHÍNH – Th.s Ph¹m thÞ hoa Gi¸o tr×nh TRANG BỊ ĐIỆN, ĐIỆN TỬ TRÊN MÁY Nam ®Þnh 2011
Bé lao ®éng th¬ng binh vµ x· héi Trêng ®¹i häc s ph¹m kü thuËt nam ®Þnh Th.s PHẠM VĂN CHÍNH – Th.s Ph¹m thÞ hoa TÓM TẮT Gi¸o tr×nh TRANG BỊ ĐIỆN, ĐIỆN TỬ TRÊN MÁY Nam ®Þnh 2011
Mở đầu Giáo trình Trang bị điện - điện tử trên máy dùng để giảng dạy cho sinh viên đại học các ngành Công nghệ Tự động, Công nghệ Điện - Điện Tử và Công nghệ Kỹ thuật điện với số tín chỉ của học phần là 2 trong Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định. Nội dung môn học nhằm cung cấp cho sinh viên các kiến thức về phần điện - điện tử của các máy gia công kim loại và các máy công nghiệp dùng chung. Nội dung của giáo trình gồm các phần sau: Chương 1. Trang bị điện - điện tử máy cắt gọt kim loại Chương 2. Trang bị điện - điện tử máy công nghiệp dùng chung Khi biên soạn giáo trình, chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến môn học và phù hợp với đối tượng sử dụng cũng như cố gắng gắn những nội dung lý thuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn cao. Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về bộ môn Kỹ thuật điều khiển, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định. Các tác giả 1
Mục lục Mở đầu .............................................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1. TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ MÁY GIA CÔNG KIM LOẠI ....................... 4 1.1. Khái niệm chung................................................................................................................... 4 1.1.1. Phân loại máy cắt gọt kim loại..................................................................................... 4 1.1.2. Các chuyển động và các dạng gia công điển hình trên máy cắt gọt kim loại ........ 6 1.1.3. Lực cắt, tốc độ cắt và công suất cắt ............................................................................. 7 1.1.4. Phụ tải của động cơ truyền động các cơ cấu điển hình ............................................. 9 1.1.5. Phương pháp chung chọn công suất động cơ cho máy cắt gọt kim loại ............... 12 1.1.6. Điều chỉnh tốc độ trong các máy cắt gọt kim loại ................................................... 17 1.2. Trang bị điện - điện tử nhóm máy tiện ............................................................................ 20 1.2.1. Đặc điểm công nghệ nhóm máy tiện ........................................................................ 20 1.2.2. Yêu cầu và đặc điểm đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện của máy tiện. .......................................................................................................................................... 21 1.2.3. Phân tích mạch điện máy tiện điển hình .................................................................. 25 1.3. Trang bị điện - điện tử nhóm máy bào ............................................................................. 41 1.3.1. Đặc điểm công nghệ nhóm máy bào ........................................................................ 41 1.3.2. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện nhóm máy bào giường ..................................................................................................................................... 45 1.3.3. Phân tích mạch điện máy bào điển hình ................................................................. 47 1.4. Trang bị điện - điện tử nhóm máy khoan ......................................................................... 56 1.4.1. Đặc điểm công nghệ nhóm máy khoan .................................................................... 56 1.4.2. Đặc điểm truyền động và trang bị điện nhóm máy khoan...................................... 56 1.4.3. Phân tích mạch điện máy khoan điển hình............................................................... 57 1.5. Trang bị điện - điện tử nhóm máy doa ............................................................................. 61 1.5.1. Đặc điểm công nghệ nhóm máy doa ........................................................................ 61 1.5.2. Yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện nhóm máy doa ....... 62 1.5.3. Phân tích mạch điện máy doa điển hình ................................................................... 63 1.6. Trang bị điện - điện tử nhóm máy mài ............................................................................. 72 1.6.1. Đặc điểm công nghệ nhóm máy mài ........................................................................ 72 1.6.2. Đặc điểm về truyền động điện và trang bị điện của máy mài ................................ 73 1.6.3. Phân tích mạch điện máy mài 3A161 ....................................................................... 74 1.7. Trang bị điện - điện tử nhóm máy phay ........................................................................... 76 1.7.2. Đặc điểm truyền động và trang bị điện nhóm máy phay........................................ 78 1.7.3. Phân tích mạch điện máy phay điển hình................................................................. 78 1.8. Nguyên lý làm việc của máy điều khiển chương trình số máy cắt gọt kim loại .......... 83 2
1.8.1. Nguyên tắc làm việc của máy điều khiển chương trình số..................................... 83 1.8.2. Thiết bị và nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển chương trình số............. 88 1.8.3. Máy phay DMU50 ..................................................................................................... 96 CHƯƠNG 2. TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ MÁY CÔNG NGHIỆP DÙNG CHUNG . 115 2.1. Trang bị điện - điện tử cầu trục ....................................................................................... 115 2.1.1 Những đặc điểm cơ bản của hệ truyền động và trang bị điện cầu trục ................ 115 2.1.2. Phân tích mạch điện tự động khống chế cầu trục điển hình ................................. 115 2.2. Trang bị điện - điện tử thang máy - máy nâng. ............................................................. 124 2.2.1. Phân loại và các thông số kỹ thuật cơ bản của thang máy - máy nâng ............... 124 2.2.2. Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật (đạo hàm bậc nhất của gia tôc) đối với hệ truyền động thang máy. ................................................................................................. 125 2.2.3. Các hệ truyền động dùng trong thang máy và máy nâng ..................................... 126 2.2.4. Phân tích mạch điện tự động khống chế thang máy điển hình ............................ 127 2.3. Trang bị điện - điện tử lò điện trở ................................................................................... 135 2.3.1. Khái niệm chung và phân loại ................................................................................. 136 2.3.2. Phân tích mạch điện điều khiển nhiệt độ lò điện trở điển hình ........................... 143 2.4. Trang bị điện - điện tử lò hồ quang ................................................................................ 150 2.4.1. Khái niệm chung và phân loại ................................................................................. 150 2.4.2. Sơ đồ cung cấp điện cho lò hồ quang .................................................................... 153 2.4.3. Yêu cầu về trang bị điện cho lò hồ quang .............................................................. 156 2.2.4. Phân tích mạch điện điều khiển dịch chuyển điện cực điển hình ........................ 159 2.5. Trang bị điện - điện tử lò cảm ứng ................................................................................. 163 2.5.1. Khái niệm chung và phân loại ................................................................................. 163 2.5.2. Các bộ nguồn tần số dùng trong lò cảm ứng ......................................................... 165 2.5.3. Lò nấu chảy cảm ứng tần số công nghiệp .............................................................. 170 2.6. Trang bị điện - điện tử nhóm máy hàn ........................................................................... 171 2.6.1. Khái niệm chung và phân loại ................................................................................. 171 2.6.2. Phân tích mạch điện máy hàn điển hình................................................................. 182 3
CHƯƠNG 1 TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI 1.1. Khái niệm chung 1.1.1. Phân loại máy cắt gọt kim loại Máy cắt gọt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt hớt các lớp kim loại thừa để sau khi gia công 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 thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh). Máy cắt gọt kim loại gồm nhiều chủng loại và rất đa dạng trong từng nhóm máy, nhưng có thể phân loại chúng dựa trên các đặc điểm sau: 1. Theo đặc điểm quá trình công nghệ Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công trên máy, dạng dao cắt, đặc tính chuyển động..., các máy cắt gọt kim loại được chia thành một số nhóm máy sau: - Máy tiện - Máy khoan và doa - Máy mài và đánh bóng - Máy phay - Máy liên hợp - Máy gia công ren, răng - Máy bào, máy xọc và máy chuốt - Máy cắt kim loại - Một số máy đặc chủng 2. Theo đặc điểm quá trình sản xuất Theo đặc điểm quá trình sản xuất có thể chia thành: máy vạn năng, máy chuyên dùng và máy đặc biệt. - Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện được một số phương pháp gia công khác nhau trên cùng một máy như tiện, khoan, bào... để gia công các chi tiết khác nhau về hình dáng và kích thước. - Máy chuyên dùng là các máy dùng để gia công các chi tiết có cùng hình dáng nhưng khác nhau về kích thước. - Máy đặc biệt là các máy chỉ thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng và kích thước. 4
3. Theo kích thước và khối lượng chi tiết gia công trên máy Theo kích thước và khối lượng chi tiết gia công trên máy có thể chia thành các nhóm máy sau: - Các máy bình thường có thể gia công các chi tiết có khối lượng tới 10.103 kg. - Các máy cỡ lớn có thể gia công các chi tiết có khối lượng tới 30.103 kg. - Các máy cỡ nặng có thể gia công các chi tiết có khối lượng tới 100.103 kg. - Các máy siêu nặng có thể gia công các chi tiết có khối lượng lớn hơn 100.103 kg. 4. Theo độ chính xác gia công Theo độ chính xác gia công có thể chia thành các nhóm máy sau: - Máy có độ chính xác bình thường. - Máy có độ chính xác cao. - Máy có độ chính xác rất cao. Sơ đồ phân loại các máy cắt gọt kim loại được biểu diễn như hình 1.1. MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI Đặc điểm quá Đặc điểm quá Trọng lượng và Độ chính xác trình công nghệ trình sản xuất kích thước chi gia công tiết Tiện Thường Thường Vạn năng Bào Lớn Doa , Cao Khoan Chuyên dùng Nặng Phay Đặc biệt Rất nặng Rất cao Mài Hình 1.1. Sơ đồ phân loại máy cắt gọt kim loại . 5
1.1.2. Các chuyển động và các dạng gia công điển hình trên máy cắt gọt kim loại Trên các máy cắt gọt kim loại có hai loại chuyển động: chuyển động cơ bản và chuyển động phụ. Chuyển động cơ bản là sự di chuyển tương đối của dao cắt so với phôi để thực hiện quá trình cắt gọt. Chuyển động cơ bản được chia thành hai dạng chuyển động: chuyển động chính (chuyển động làm việc) và chuyển động ăn dao. - Chuyển động chính (chuyển động làm việc) là chuyển động thực hiện quá trình cắt gọt kim loại bằng dao cắt. - Chuyển động ăn dao là chuyển động xê dịch của dao hoặc của phôi (tuỳ thuộc vào chủng loại máy) để tạo ra phôi mới. Chuyển động phụ là những chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt, chúng cần thiết khi chuẩn bị gia công, nâng cao hiệu suất và chất lượng gia công, hiệu chỉnh máy...Ví dụ như chuyển động nhanh bàn dao hoặc phôi (trong máy tiện), nới - siết xà trên trụ (trong máy khoan cần), nâng hạ xà dao (trong máy bào giường), bôi dầu của hệ thống bôi trơn, bơm nước làm mát... Chuyển động chính và chuyển động ăn dao có thể là chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến của dao cắt hoặc của phôi. d n n v n v v a) b) c) n v vt, vn d) e) Hình 1.2. Các dạng gia công điển hình trên các máy cắt gọt kim loại: a. Tiện; b. khoan; c. Phay; d. Mài; e. Bào. Trên hình 1.2 biểu diễn các dạng gia công điển hình được thực hiện trên máy cắt gọt kim loại. - Gia công trên máy tiện (hình 1.2a): n là tốc độ quay của chi tiết (chuyển động chính); v là vận tốc xê dịch của dao cắt vào chi tiết (chuyển động ăn dao). 6
- Gia công trên máy khoan (hình 1.2b): n là tốc độ quay của mũi khoan (chuyển động chính); v là vận tốc của chuyển động tịnh tiến của mũi khoan vào chi tiết (chuyển động ăn dao). - Gia công trên máy phay (hình 1.2c): n là tốc độ quay của dao phay (chuyển động chính); v là vận tốc của chuyển động tịnh tiến của phôi (chuyển động ăn dao). - Gia công trên máy mài tròn ngoài (hình 1.2d): n là tốc độ quay của đá mài (chuyển động chính); v là vận tốc của chuyển động tịnh tiến của đá mài vào chi tiết (chuyển động ăn dao). - Gia công trên máy bào giường (hình 1.2e): vt, vn là chuyển động qua lại của bàn (chuyển động chính), chuyển động di chuyển của dao theo chiều ngang của bàn (chuyển động ăn dao). 1.1.3. Các tham số đặc trưng cho chế độ cắt gọt trên các máy cắt gọt kim loại Lực cắt và tốc độ cắt phụ thuộc vào các yếu tố của điều kiện gia công như: chiều sâu cắt t, lượng ăn dao s, bề rộng phôi b, độ bền dao cắt T, vật liệu chi tiết,.... Chúng được xác định theo các công thức kinh nghiệm ứng với từng nhóm máy. Tuy nhiên các công thức đó có dạng gần giống nhau nên ta lấy gia công tiện làm ví dụ điển hình. 1. Tốc độ cắt Tốc độ cắt là tốc độ chuyển động dài tương đối của chi tiết so với dao cắt tại điểm tiếp xúc giữa chi chiết và dao. Nó được xác định theo công thức kinh nghiệm: F  C V x  (m/phút) (1.1) Fy Fz   T m .t x v . s y Hình 1.3. Các thành phần lực tại điểm v tiếp xúc giữa chi tiết gia công và dao cắt trong đó: t: chiều sâu cắt (mm); s: lượng ăn dao là độ dịch chuyển của dao khi chi tiết quay được một vòng (mm/vòng); T: độ bền dao là thời gian làm việc của dao giữa hai lần mài dao kế tiếp (phút); Cv, xv, yv, m là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết, vật liệu dao và phương pháp gia công. 2. Lực cắt Trong quá trình gia công, tại điểm tiếp xúc giữa chi tiết và dao có một lực tác dụng Fs , lực này được phân ra thành phần: Lực tiếp tuyến (lực cắt) Fz là lực mà trục 7
chính (truyền động chính) phải khắc phục; lực hướng kính Fy tạo áp lực lên bàn dao; lực dọc trục (lực ăn dao) Fx mà cơ cấu ăn dao phải khắc phục. F  Fz  Fy  Fx (N) (1.2)     Để tính lực cắt ta dùng công thức kinh nghiệm sau: Fz  9,81.C F .t x F .s y F .v n (N) (1.3) trong đó: CF, xF, yF, n - hệ số và các số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết, vật liệu dao và phương pháp gia công. Các lực Fx, Fy cũng xác định theo công thức tương tự như (1.3). Khi tính toán sơ bộ, có thể lấy Fx, Fy theo tỉ lệ sau: Fz : Fx : Fy = 1 : 0,4 : 0,25 (1.4) 3. Công suất cắt Công suất cắt (công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính) được xác định theo công thức: Fz .v Pz  (KW) (1.5) 60.1000 trong đó: Fz là lực cắt (N) ; v là tốc độ cắt (m/phút). 4. Thời gian máy Thời gian máy là thời gian để gia công chi tiết. Nó còn được gọi là thời gian công nghệ, thời gian cơ bản hoặc thời gian hữu ích. Để tính toán thời gian máy, ta phải căn cứ vào các yếu tố của chế độ cắt gọt và phương pháp gia công. Ví dụ với máy tiện: L tM  (phút) (1.6) n.s trong đó: L là chiều dài hành trình làm việc (mm); n là tốc độ quay của chi tiết (vòng/phút). 60.10 3.v Nếu thay vào (1.6) giá trị n  ta có:  .d  .d .L tM  (phút) (1.7) 60.10 3.v.s trong đó: d là đường kính chi tiết gia công (mm). Từ (1.7) ta thấy muốn tăng năng suất máy (giảm t), phải tăng tốc độ cắt và lượng ăn dao. Do đó người ta áp dụng phương pháp cắt tốc độ cao. 8
1.1.4. Phụ tải của động cơ truyền động các cơ cấu điển hình 1. Các hệ truyền động thường dùng trong máy cắt gọt kim loại Đối với chuyển động chính của máy tiện, khoan, doa, phay… với tần số đóng cắt điện không lớn, phạm vi điều chỉnh tốc độ không rộng thường dùng hệ truyền động với động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc. Điều chỉnh tốc độ trong các máy đó thực hiện bằng phương pháp cơ khí dùng hộp tốc độ. Đối với một số máy khác như : máy tiện rơvonve 1H318, máy doa ngang 2620A, máy xọc răng 5B161…(do Nga chế tạo) yêu cầu phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng hơn, hệ truyền động trục chính dùng hệ truyền động với động cơ điện không đồng bộ hai hoặc ba cấp tốc độ. Quá trình thay đổi tốc độ thực hiện bằng cách thay đổi sơ đồ đấu dây quấn stato của động cơ để thay đổi số đôi cực với công suất duy trì không đổi. Đối với một số máy như máy bào giường, máy mài tròn, máy doa toạ độ và hệ truyền động ăn dao của một số máy yêu cầu : - Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng. - Đảo chiều quay liên tục. - Tần số đóng - cắt điện lớn. thường dùng hệ truyền động một chiều (hệ máy phát - động cơ điện một chiều, hệ máy điện khuếch đại- động cơ điện một chiều, hệ khuếch đại từ - động cơ điện một chiều và bộ biến đổi tiristor - động cơ điện một chiều) và hệ truyền động xoay chiều dùng biến tần. 2. Phụ tải của động cơ truyền động các cơ cấu điển hình trong máy cắt gọt kim loại a. Cơ cấu truyền động chính Trong truyền động chính các máy cắt gọt kim loại, lực cắt là lực hữu ích, nó phụ thuộc vào chế độ cắt (t, s, v), vật liệu chi tiết và dao. Đối với chuyển động chính là chuyển động quay như ở máy tiện, phay, khoan, doa và máy mài, mô men trên trục chính của máy được xác định theo công thức: Fz .d Mz  (Nm) (1.8) 2 trong đó: Fz là lực cắt (N); d là đường kính của chi tiết gia công (m). Mômen hữu ích trên trục động cơ là: M z Fz .d M hi   (Nm) (1.9) i 2i trong đó: i là tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy. 9
Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến, ví dụ như máy bào giường và một số máy khác mômen hữu ích trên trục động cơ là: M hi  Fz . (Nm) (1.10) trong đó:  là bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ, được xác định bằng tỉ số giữa tốc độ bàn và tốc độ động cơ: v  (m) (1.11) 60. Mômen cản tĩnh trên trục động cơ được xác định như sau: M hi Mc  (Nm) (1.12)  trong đó:  là hiệu suất bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính. Ở những máy có mâm cặp đặt nằm theo phương nắm ngang hoặc chuyển động bàn ở máy tiện đứng, máy bào giường... thì còn xuất hiện một lực ma sát phụ ở gờ trượt của mâm cặp hoặc bàn: Fmsp  FN . (1.13) trong đó: FN là lực tổng tác dụng trên gờ trượt, được xác định bởi khối lượng mân cặp hoặc bàn mb, khối lượng chi tiết mct đặt trên mâm cặp hoặc bàn, thành phần lực cắt Fy. FN  g(m b  m ct )  Fy (N) (1.14) Hệ số ma sát  ở gờ trượt phụ thuộc vào tốc độ bàn hoặc mâm cặp, nó có giá trị lớn khi khởi động máy. Vì vậy ởnhững máy này, mômen cản tĩnh khi khởi động đạt tới (6080)% mômen định mức. Ở tốc độ định mức thì  =0,050,08 và là hằng số. Ở chế độ xác lập, lực kéo ở các chuyển động mâm cặp ở máy tiện đứng, của bàn máy ở máy bào giường được xác định là tổng các lực cắt và lực ma sát: Fk  Fz  Fmsp  Fz  [g.(m b  m ct )  Fy ]. (N) (1.15) Mômen trên trục động cơ ứng với chuyển động quay là: Fk .d Mc  (Nm) (1.16) 2.i. Mômen trên trục động cơ ứng với chuyển động tịnh tiến là: Fk . Mc  (Nm) (1.17)  b. 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. Hệ thống truyền động ăn dao được thực hiện bằng 10
nhiều phương án khác nhau. Phương án điển hình là cơ cấu ăn dao kiểu trục vít - êcu. Sơ đồ động học của cơ cấu ăn dao đó được biểu diễn trên hình 1.4. Chuyển động quay của động cơ điện 1 qua bộ điều tốc 2 làm quay trục vít vô tận 3. Êcu 4 được kẹp chặt trên bàn dao hoặc bàn máy sẽ làm bàn 5 chuyển động tịnh tiến theo gờ trượt 6. 1 5 Đ 2 6 tv 3 i t  Mtv 4 dtv Fx Hình 1.4. Sơ đồ động học của cơ cấu ăn dao: 1. động cơ điện; 2. bộ điều tốc; trục vít vô tận; 4. êcu; 5. bàn dao; 6. gờ trượt Động cơ truyền động ăn dao sẽ đảm bảo một lực cần thiết để di chuyển tịnh tiến bàn dao. Lực này được xác định bởi lực cản chuyển động khi di chuyển bàn dao: Fad = kFx + Fms + Fd (N) (1.18) trong đó: Fx là thành phần lực cắt theo hướng di chuyển của bàn dao; k = 1,2  1,5 là hệ số dự trữ; Fms là lực ma sát của bàn ở hướng gờ trượt; Fd là lực dính. Lực ma sát của bàn dao theo hướng gờ trượt được xác định theo công thức: Fms = (g.mb + Fy + Fz) (N) (1.19) trong đó:  là hệ số ma sát của bàn theo hướng gờ trượt. Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao là: Fd = .S (N) (1.20) trong đó: S là diện tích bề mặt tiếp xúc ở gờ trượt của bàn dao (cm2);  là áp suất dính (thường bằng 0,5 N/cm2). Các thành phần lực trong công thức (1.18) không đồng thời xuất hiện trong quá trình làm việc nên khi xác định phụ tải truyền động ăn dao, phân ra làm hai chế độ làm việc: khởi động và ăn dao làm việc. Khi khởi động, lực ăn dao xác định bởi hai lực ma sát do khối lượng của bộ phận di chuyển và lực dính: Fadkđ = 0.g.mb + Fd (N) (1.21) trong đó: 0 = 0,2  0,3 là hệ số ma sát khi khởi động. 11
Khi cơ cấu ăn dao làm việc, lực ăn dao được tính: Fadlv = k.Fx + .(g.mb + Fx + Fy) (N) (1.22) trong đó:  = 0,05  0,15 là hệ số ma sát khi làm làm việc. Mômen trên trục vít vô tận được xác định theo công thức: Mtv = 0,5.Fad.dtv.tg( + ) (Nm) (1.23) trong đó: dtv là đường kính trung bình của trục vít vô tận (mm);  là góc lệch của đường ren trục vít (độ);  là góc ma sát của đường ren trục vít (độ). Góc lệc của đường ren trục vít được xác định bởi đường kính trục vít dtv và bước ren của đường ren trục vít t: t   arctg (1.24) d tv Mômen cản tĩnh trên trục động cơ được xác định bằng công thức: M tv Mc  (Nm) (1.25) i. trong đó: i,  là tỉ số truyền và hiệu suất của bộ truyền. Khi xác định công suất động cơ truyền động ăn dao cần lựa chọn từ điều kiện mômen lớn nhất trong hai trị số mômen tương ứng với hai lực ăn dao khi khởi động và khi làm việc. Bởi vì truyền động ăn dao trường có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng nên động cơ cần được kiểm tra theo điều kiện mômen cản tĩnh ở tốc độ nhỏ nhất có tính đến sự giảm mômen động cơ do điều kiện làm mát xấu và kiểm tra theo điều kiện mômen khởi động. 1.1.5. Phương pháp chung chọn công suất động cơ cho máy cắt gọt kim loại 1. Khái quát chung Việc chọn đúng công suất động cơ truyền động hết sức quan trọng. Nếu chọn công suất động cơ lớn hơn trị số cần thiết thì vốn đầu tư sẽ tăng, động cơ thường xuyên làm việc non tải làm cho hiệu suất và hệ số công suất thấp. Nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn trị số cần thiết thì máy sẽ không đảm bảo năng suất theo thiết kế, động cơ thường xuyên làm việc quá tải, làm giảm tuổi thọ của động cơ. 2. Các số liệu ban đầu để tính chọn công suất động cơ Để tính chọn được công suất của động cơ cần phải có các số liệu ban đầu sau: a. Các thông số đặc trưng cho chế độ làm việc của máy - Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt: tốc độ cắt, lực cắt hoặc chiều sâu cắt, lượng ăn dao, vật liệu gia công, vật liệu làm dao... 12
- Khối lượng của chi tiết gia công. - Thời gian làm việc và thời gian nghỉ. b. Kết cấu cơ khí của máy - Sơ đồ động học của cơ cấu. - Khối lượng của các bộ phận chuyển động. 3. Các bước tính chọn công suất động cơ Quá trình chọn công suất động cơ có thể chia làm hai bước như sau: a. Bước 1. Chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động được tiến hành theo trình tự sau: * Xác định công suất hoặc mômen tác dụng lên trục làm việc của hộp tốc độ (Pz hoặc Mz). * Xác định công suất hoặc mômen tác dụng lên trục động cơ và xây dựng đồ thị phụ tải tĩnh ( Pc = f(t) hoặc Mc = f(t)). Muốn thành lập đồ thị phụ tải cho truyền động trong một chu kỳ, ta phải xác định công suất hoặc mômen trên trục động cơ và thời giam làm việc ứng với từng gia đoạn. - Công suất trên trục động cơ được xác định theo công thức: Pz PC  (1.26)  trong đó:  là hiệu suất của cơ cấu truyền động ứng với phụ tải Pz. Gía trị hiệu suất của cơ cấu truyền động có thể xác định từ đường cong kinh nghiệm  = f(Pz) ở các sổ tay cơ khí. - Thời gian làm việc của từng giai đoạn có thể xác định tuỳ thuộc điều kiện làm việc của từng cơ cấu truyền động, như khoảng đường di chuyển của bộ phận làm việc, tốc độ làm việc, thời gian làm việc hoặc điều khiển máy...Trong đó có thời gian hữu công và thời gian vô công (thời gian làm việc không tải, thời gian điều khiển máy, thời gian chuyển đổi trạng thái làm việc...). Thời gian hữu công được xác định theo công thức ứng với từng loại máy. Thời gian vô công được lấy theo kinh nghiệm vận hành * Dựa trên đồ thị phụ tải tĩnh, tiến hành tính chọn sơ bộ công suất động cơ (tham khảo giáo trình truyền động điện). - Khi chế độ làm việc là dài hạn, phụ tải biến đổi (loại thường gặp) động cơ thường được chọn theo đại lượng trung bình hoặc đẳng trị. - Khi chế độ làm việc là ngắn hạn lặp lại động cơ được chọn theo phụ tải làm việc và hệ số đóng điện tương đối. - Khi chế độ làm việc là ngắn hạn động cơ được chọn theo phụ tải làm việc và thời gian có tải trong chu kì. 13
b. Bước 2. Tiến hành kiểm nghiệm động cơ theo các điều kiện sau cần thiết. tuỳ thuộc vào đặc điểm của cơ cấu truyền động mà động cơ đã chọn được kiểm nghiệm theo các điều kiện như: - Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng. - Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải. - Kiểm nghiệm theo điều kiện mở máy. Để kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng, ta xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần bao gồm phụ tải tĩnh và phụ tải động. Phụ tải động của động cơ phát sinh trong quá trình quá độ và được xác định từ quan hệ: d Mđộng = J  (1.27) dt trong đó: J là mômen quán tính của toàn hệ thống truyền động quy đổi về trục động cơ; d là gia tốc của hệ thống. dt Sau khi lập đồ thị phụ tải toàn phần i = f1(t), M = f2(t), P = f3(t) hoặc đồ thị tổn hao trong động cơ P = f4(t), theo các đại lượng đẳng trị hoặc tổn hao trung bình, ta kiểm nghiệm điều kiện phát nóng. Nếu thời gian các quá trình quá độ không đáng kể so với thời gian làm việc ổn định và động cơ đã được chọn sơ bộ theo phương pháp đẳng trị thì không cần kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng. Khi kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng bộ, cần xét đến hiện tượng sụt áp của lưới điện. Thông thường cho phép sụt áp 10% nên mômen tới hạn của động cơ trong tính toán kiểm nghiệm chỉ còn: Mt = (90%)2. Mtđm = 0,81.Mtđm trong đó: Mtđm là mômen tới hạn định mức theo số liệu của động cơ. Ở những cơ cấu truyền động đòi hỏi mở máy có tải như cơ cấu nâng hạ xà, di chuyển bàn, động cơ cần kiểm nghiệm theo điều kiện mở máy. Ngoài ra còn phải kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện đặc biệt do yêu cầu điều chỉnh tốc độ và hạn chế gia tốc. 4. Một số ví dụ tính chọn công suất động cơ a. Máy bào Công suất động cơ truyền động chính của máy bào được tính theo công thức: Fz .q.v P (KW) (1.28) 1000. trong đó: Fz là lực cản khi bào (N/m2); q là tiết diện của phoi (m2) ; 14
v là vận tốc cắt (m/phút) ;  là hiệu suất của máy. (khi máy làm việc đầy tải thường lấy  bằng 0,65 đến 0,7); Fz phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia công: Fz = (294  1180).106 N/m2 nếu vật liệu là thép; Fz = (118  236).106 N/m2 nếu vật liệu là gang; Fz = (147  197).106 N/m2 nếu vật liệu là đồng. b. Máy tiện Công suất động cơ truyền động chính của máy tiện được tính theo công thức sau: Fz .q.v P (KW) (1.29) 60.102. trong đó: Fz là lực cản khi tiện (kg/mm2); q là tiết diện phoi (mm2); v là vận tốc cắt (m/phút);  là hiệu suất của máy. c. Máy khoan Công suất của động cơ truyền động chính của máy khoan được tính dựa trên trị số của mômen quay đặt trên trục chính. M.n P 975.1000. trong đó mômen quay được tính theo biểu thức sau: d2 M  Fz . .s (kg.mm) (1.30) 8 Fz .d 2 .s.n vì vậy : P (KW) (1.31) 975.1000.8. trong đó: Fz là lực cản khi khoan (kg/mm2); d là đường kính mũi khoan (mm); s là lượng ăn dao trên một vòng quay của mũi khoan (mm); n là tốc độ của mũi khoan (vòng/phút);  là hiệu suất của máy. d. Máy phay Công suất của động cơ truyền động chính của máy phay được tính theo công thức: Fz .b.t.n.s P (KW) (1.32) 60.102.1000. 15
trong đó: Fz là lực cản cắt khi phay (kg/mm2); b là chiều rộng lớp phay (mm); t là chiều sâu cắt (mm); n là tốc độ của dao phay (vòng/phút); s là lượng ăn dao (mm/vòng). e. Cơ cấu phụ Công suất động cơ truyền động các cơ cấu phụ (khi di chuyển nhanh bàn dao trong máy tiện, nới, siết cần khoan trên trụ...) thường làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Trong trường hợp chung nhất có thể tính theo công thức sau: G..v P (KW) (1.33) 60.102.. max trong đó: G là khối lượng của phần di chuyển (kg);  là hệ số ma sát, thường lấy bằng 0,1; v là tốc độ di chuyển (m/ph);  là hiệu của cơ cấu phụ; M max  max  là khả năng quá tải của động cơ, hay còn gọi là hệ M dm số quá tải. Đối với cơ cấu phụ, mômen cản tĩnh khi khởi động không tải rất lớn (Mc0) cho nên phải kiểm tra công suất động cơ tho điều kiện mở máy (Mmm> Mc0). Mômen cản tĩnh khi khởi động không tải được tính theo biểu thức: G..v M c 0  0,16. (kg.mm) (1.34) .n 0 .(1  max .s dm ) trong đó: n0 là tốc độ từ trường quay stato động cơ (vòng/phút); sdm là hệ số trượt của động cơ đã chọn. Nếu không thoả mãn những yêu cầu trên, chọn lại động cơ có cấp công suất cao hơn gần nhất. f. Cơ cấu ăn dao Công suất động cơ truyền động cơ cấu ăn dao được tính theo công thức: M.n 0 P (KW) (1.35) 9550 Nếu tính được lực ăn dao có thể tính công suất động cơ như sau: Fad .v P (KW) (1.36) 60.1000 trong đó: Fad là lực ăn dao (N); v là vận tốc ăn dao (mm/ph). 16
1.1.6. Điều chỉnh tốc độ trong các máy cắt gọt kim loại 1. Khái quát chung Trong các máy cắt gọt kim loại, để đảm bảo chất lượng gia công chi tiết yêu cầu tốc độ cắt thay đổi. Vậy để thực hiện được các chế độ cắt gọt khác nhau (khi đường kính chi tiết gia công thay đổi) đảm bảo các quá trình công nghệ tối ưu, cần phải điều chỉnh tốc độ truyền động chính và truyền động ăn dao. Điều chỉnh tốc độ trong các máy cắt gọt kim loại có thể thực hiện bằng ba phương pháp: cơ, điện - cơ, điện. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp cơ thuần tuý là phương pháp điều chỉnh tốc độ có cấp với sự thay đổi tỉ số truyền của hộp tốc độ. Việc thay đổi tỉ số truyền có thể thực hiện bằng tay hoặc từ xa bằng khớp ly hợp điện từ, hệ thống thuỷ lực hoặc khí nén. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp cơ - điện cũng là phương pháp điều chỉnh tốc độ có cấp với sự thay đổi tốc độ của động cơ và thay đổi tỉ số truyền của hộp tốc độ. Động cơ điện dùng trong phương pháp này là động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc hai hoặc ba cấp tốc độ hoặc động cơ điện một chiều. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điện thuần tuý là thay đổi tốc độ của máy chỉ bằng cách thay đổi tốc độ của động cơ điện. Động cơ điện dùng trong trường hợp này có thể là động cơ điện một chiều hoặc động cơ điện không đồng bộ làm việc kết hợp với các bộ biến đổi. Phương pháp điều chỉnh tốc độ này có ưu điểm so với hai phương pháp trên là: - Điều chỉnh tốc độ đơn giản. - Độ bằng phẳng (độ trơn) cao hơn. - Kết cấu cơ khí của máy đơn giản hơn. Nhưng có nhược điểm là sơ đồ điều khiển phức tạp hơn. 2. Các chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ Khi giải quyết vấn đề điều chỉnh tốc độ của các máy cắt gọt kim loại cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu sau: a. Phạm vi điều chỉnh tốc độ Đối với chuyển động quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ được xác định bằng tỉ số giữa tốc độ góc lớn nhất max và tốc độ góc nhỏ nhất min của chi tiết (hoặc trục chính).  max D  (1.37)  min Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến, phạm vi điều chỉnh tốc độ là tỉ số giữa tốc độ dài lớn nhất vmax và tốc độ dài nhỏ nhất vmin 17
v max Dv  (1.38) v min Đối với chuyển động ăn dao, phạm vi điều chỉnh tốc độ là tỉ số giữa lượng ăn dao lớn nhất smax và lượng ăn dao nhỏ nhất smin. s max Ds  (1.39) s min Giá trị của phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động chính và truyền động ăn dao của một số máy cắt gọt kim loại cho ở bảng sau : Phạm vi điều chỉnh tốc độ Dạng máy Truyền động chính Truyền động ăn dao Máy tiện (trung bình và lớn) 40-125 50-300 Máy tiện đứng 40-100 100-700 Máy doa ngang 25-60 30-150 Máy bào giường 4-30 50-200 Máy phay 20-40 100-600 Máy khoan hướng kính 20-100 5-40 b. Độ trơn điều chỉnh tốc độ Độ trơn điều chỉnh tốc độ là tỉ số giữa hai giá trị tốc độ liền kề nhau:  i 1  (1.40) i trong đó: i và i+1 là cấp tốc độ thứ i và i+1. Độ trơn điều chỉnh tốc độ còn có tên gọi khác là cấp điều chỉnh tốc độ. Điều chỉnh tốc độ có cấp >1, còn điều chỉnh tốc độ vô cấp 1. Sự thay đổi của giá trị tốc độ trục chính trong các máy cắt gọt kim loại luôn duy trì cấp điều chỉnh tốc độ  = const trong toàn dải điều chỉnh tốc độ, có nghĩa là các tốc độ phân bố theo cấp số nhân. Ta hãy xét đối với chuyển động trục chính là chuyển động quay có 10 giá trị tốc độ quay là n1, n2, ...,n9, n10. n 2 n 10   hoặc   z 10 n1 n9 trong đó: z là số cấp tốc độ được điều chỉnh bằng phương pháp cơ thuần tuý. Các giá trị chuẩn của độ trơn điều chỉnh tốc độ được sử dụng trong truyền động của máy cắt gọt kim loại là  = 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2. Thường sử dụng các giá trị 1,26; 1,41; 1,58. c. Sự phù hợp giữa đặc tính của hệ thống và đặc tính của phụ tải 18