Thiết kế truyền động quay chi tiết mũi khoan

§Æc ®iÓm c«ng nghÖ vµ yªu cÇu truyÒn ®éng

lêi nãi ®Çu

Trong mäi ngµnh s¶n xuÊt hiÖn nay, c¸c c«ng nghÖ tiªn tiÕn, c¸c d©y chuyÒn vµ thiÕt bÞ hiÖn

®¹i ®ang tõng ngµy, tõng giê ®îc øng dông vµo níc ta. Víi chÝnh s¸ch më cöa cña §¶ng vµ

Nhµ níc ta hiÖn nay, ch¾c ch¾n c¸c c«ng nghÖ tiªn tiÕn vµ hiÖn ®¹i cña thÕ giíi sÏ ngµy cµng

®îc ¸p dông hiÖu qu¶ vµo ViÖt Nam víi quy m«, sè lîng, chÊt lîng mét c¸ch nhanh chãng.

T¸c dông cña c¸c c«ng nghÖ míi vµ d©y chuyÒn s¶n xuÊt hiÖn ®¹i ®· gãp phÇn thóc ®Èy sù

nghiÖp C«ng nghiÖp ho¸ - HiÖn ®¹i ho¸ ®Êt níc mµ NghÞ quyÕt §¹i héi §¶ng toµn quèc lÇn thø

VIII vµ lÇn thø IX ®· ®Ò ra.

Sù ph¸t triÓn kinh tÕ cña mçi quèc gia phô thuéc rÊt nhiÒu vµo møc ®é c¬ giíi ho¸ vµ tù

®éng ho¸ c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Víi vai trß lµ mòi nhän cña kü thuËt hiÖn ®¹i, lÜnh vùc tù ®éng

ho¸ ®ang ph¸t triÓn víi tèc ®é ngµy cµng cao. Nh÷ng thµnh tùu cña lý thuyÕt §iÒu khiÓn tù

®éng, Tin häc c«ng nghiÖp, §iÖn tö c«ng suÊt, Kü thuËt ®o lêng.... ®· vµ ®ang ®îc triÓn khai

trªn quy m« réng lín, t¹o nªn nh÷ng thiÕt bÞ vµ d©y chuyÒn c«ng nghiÖp s¶n xuÊt tù ®éng víi

n¨ng suÊt cao vµ chÊt lîng tèt. Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, viÖc tù ®éng ho¸ mét d©y chuyÒn s¶n

xuÊt ®ãng vai trß rÊt quan träng. Nã lµ cÇu nèi gi÷a c¸c h¹ng môc s¶n xuÊt, gi÷a c¸c ph©n x￾ëng trong nhµ m¸y, gi÷a c¸c m¸y c«ng t¸c trong mét d©y chuyÒn. ViÖc ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng

cña c¸c d©y chuyÒn hiÖn ®¹i, tiªn tiÕn còng ngµy cµng ®a d¹ng vµ phøc t¹p.

TruyÒn ®éng ®iÖn cã nhiÖm vô thùc hiÖn c¸c c«ng ®o¹n cuèi cïng cña mét c«ng nghÖ s¶n

xuÊt. §Æc biÖt trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt tù ®éng hiÖn ®¹i, truyÒn ®ång ®iÖn ®ãng gãp vai trß

quan träng trong viÖc n©ng cao n¨ng suÊt vµ chÊt lîng s¶n phÈm. V× vËy, c¸c hÖ truyÒn ®éng

®iÖn lu«n lu«n ®îc quan t©m nghiªn cøu n©ng cao chÊt lîng ®Ó ®¸p øng c¸c yªu cÇu c«ng

nghÖ míi víi møc ®é tù ®éng ho¸ cao. ViÖc t¨ng n¨ng suÊt m¸y s¶n xuÊt vµ gi¶m gi¸ thµnh

thiÕt bÞ ®iÖn cña m¸y lµ hai yªu cÇu cÇn chñ yÕu ®èi víi hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn vµ tù ®éng

ho¸ s¶n xuÊt nhng chóng l¹i m©u thuÉn nhau. Mét bªn ®ßi hái sö dông c¸c hÖ thèng phøc t¹p,

mét bªn l¹i yªu cÇu h¹n chÕ sè lîng thiÕt bÞ chung trªn m¸y vµ sè thiÕt bÞ cao cÊp. VËy viÖc

lùa chän mét hÖ thèng truyÒn ®éng diÖn vµ tù ®éng ho¸ thÝch hîp cho c¬ cÊu s¶n xuÊt lµ mét

bµi to¸n khã.

Víi viÖc øng dông réng r·i c¸c tiÕn bé kü thuËt trong lÜnh vùc ®iÖn tö - tin häc, c¸c hÖ truyÒn

®éng ®iÖn ®îc ph¸t triÓn vµ cã thay ®æi ®¸ng kÓ. §Æc biÖt, do c«ng nghÖ s¶n xuÊt c¸c thiÕt bÞ

®iÖn tö c«ng suÊt ngµy cµng hoµn thiÖn nªn c¸c bé biÕn ®æi ®iÖn tö c«ng suÊt trong hÖ truyÒn

®éng ®iÖn kh«ng nh÷ng ®¸p øng ®îc yªu cÇu t¸c ®éng nhanh, ®é chÝnh x¸c cao mµ cßn gãp

phÇn lµm gi¶m kÝch thíc vµ h¹ gi¸ thµnh cña hÖ truyÒn ®éng.

HÖ truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu cã mét u thÕ rÊt næi bËt lµ kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é dÔ

dµng, cÊu tróc m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n h¬n ®ång thêi cã thÓ ®¹t chÊt lîng ®iÒu

chØnh cao trong d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é réng. ChÝnh v× vËy mµ truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu ®ãng

mét vai trß quan träng trong c¸c d¹ng truyÒn ®éng ®iÖn ®ang dïng, nhÊt lµ trong c¸c lÜnh vùc

®ßi hái kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn linh ho¹t nh trong c¸c m¸y s¶n xuÊt...

XuÊt ph¸t tõ nh÷ng vÊn ®Ò liªn quan tíi hÖ truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu, b¶n ®å ¸n nµy sÏ

nghiªn cøu thiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn ®éng mét chiÒu sö dông nguån chØnh lu ®iÒu khiÓn

Thyristor cho ®éng c¬ quay chi tiÕt cña m¸y mµi trßn. Trong ph¹m vi nhiÖm vô ®îc giao cña

b¶n ®å ¸n, ngoµi viÖc tÝnh to¸n c¸c th«ng sè vµ gi¸ trÞ cÇn thiÕt cho m¹ch ®éng lùc vµ m¹ch

®iÒu khiÓn, thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn... em dµnh sù quan t©m chñ yÕu cho viÖc x©y dùng cÊu

tróc ®iÒu khiÓn tæng hîp hÖ truyÒn ®éng T-§, thiÕt kÕ c¸c bé ®iÒu chØnh cho m¹ch vßng ph¶n

håi nèi cÊp, thùc hiÖn m« pháng c¸c ®Æc tÝnh hÖ thèng b»ng ch¬ng tr×nh Simulink...

Trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, víi sù gióp ®ì cña c¸c thÇy gi¸o, c« gi¸o trong Bé m«n Tù ®éng

ho¸ XNCN vµ cña c¸c b¹n sinh viªn kh¸c céng víi sù nç lùc cña b¶n th©n, em ®· hoµn thµnh

®îc b¶n ®å ¸n nµy. Tuy nhiªn, do thêi gian t¬ng ®èi ng¾n vµ tr×nh ®é chuyªn m«n cßn h¹n chÕ

nªn b¶n ®å ¸n kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt. Em mong nhËn ®îc sù gãp ý cña c¸c thÇy c« gi¸o

vµ c¸c b¹n ®Ó b¶n ®å ¸n nµy ®îc hoµn thiÖn h¬n.

Sinh viªn thùc hiÖn

Hµ §¨ng ChÝnh ®Æc ®iÓm c«ng nghÖ vµ yªu cÇu truyÒn ®éng cña m¸y mµi trßn

1. §Æc ®iÓm c«ng nghÖ

1.1. Giíi thiÖu chung

M¸y mµi cã hai lo¹i chÝnh: M¸y mµi trßn vµ m¸y mµi ph¼ng. Ngoµi ra, cßn cã c¸c lo¹i

m¸y kh¸c nhau: m¸y mµi v« t©m, m¸y mµi r·nh, m¸y mµi c¾t, m¸y mµi r¨ng... Thêng

trªn m¸y mµi cã ô chi tiÕt hoÆc bµn ®Ó kÑp chi tiÕt vµ ô ®¸ mµi, trªn ®ã cã trôc chÝnh víi

®¸ mµi. C¶ hai ô ®Òu ®Æt trªn bÖ m¸y.

 3 

§Æc ®iÓm c«ng nghÖ vµ yªu cÇu truyÒn ®éng

M¸y mµi c«ng nghiÖp

M¸y mµi ph¼ng M¸y mµi trßn C¸c lo¹i kh¸c

M¸y

mµi

t rßn

ngoµi

M¸y

mµi

t rßn

t rong

M¸y

mµi

b»ng

biªn

®¸

M¸y

mµi

mÆt

®Çu M

¸

y

m

µi v

« t©

m

M

¸

y

m

µi r·

n

h

M

¸

y

m

µi c

¾t

M

¸

y

m

µi r¨

n

g

H×nh 1-1. S¬ ®å ph©n lo¹i m¸y mµi c«ng nghiÖp

M¸y mµi trßn cã hai lo¹i: m¸y mµi trßn ngoµi vµ m¸y mµi trßn trong. S¬ ®å biÓu diÔn

c«ng nghÖ mµi trßn ®îc biÓu diÔn trªn h×nh 1-2.

a. M¸y mµi t rßn ngoµi b. M¸y mµi t rßn t rong

§¸ mµi

Chi t iÕt

H×nh 1-2. S¬ ®å gia c«ng chi tiÕt trªn m¸y mµi trßn

C¸c d¹ng chuyÓn ®éng trong m¸y mµi trßn gåm cã:

- ChuyÓn ®éng chÝnh lµ chuyÓn ®éng quay cña ®¸ mµi.

- ChuyÓn ®éng ¨n dao lµ di chuyÓn tÞnh tiÕn cña ô ®¸ ¨n dao theo hêng däc trôc (¨n

dao däc trôc) hoÆc theo híng ngang trôc (¨n dao ngang), hoÆc chuyÓn ®éng quay cña chi

tiÕt (¨n dao vßng).

- ChuyÓn ®éng phô lµ di chuyÓn nhanh cña ô ®¸ hoÆc chi tiÕt...

2. Yªu cÇu truyÒn ®éng ®iÖn m¸y mµi trßn

1.2. TruyÒn ®éng chÝnh

Th«ng thêng truyÒn ®éng chÝnh m¸y mµi kh«ng yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é nªn sö

dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rotor lång sãc. ë m¸y mµi cì nÆng, ®Ó duy tr× tèc ®é c¾t

kh«ng ®æi khi mßn ®¸ hay kÝch thíc chi tiÕt gia c«ng thay ®æi, thêng sö dông truyÒn

®éng ®éng c¬ cã ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é lµ D=2 ÷ 4/1 víi c«ng suÊt kh«ng ®æi.

ë m¸y mµi trung b×nh vµ nhá v = 50 ÷ 80 m/s nªn ®¸ mµi cã ®êng kÝnh lín th× tèc ®é

quay cña ®¸ kho¶ng 1000 vßng/phót. ë nh÷ng m¸y cã ®êng kÝnh nhá, tèc ®é ®¸ rÊt cao.

§éng c¬ truyÒn ®éng lµ c¸c ®éng c¬ ®Æc biÖt cã tèc ®é 24000 ÷ 48000 vßng/phót hoÆc cã

thÓ lªn tíi 150000 ÷ 200000 vßng/phót, ®¸ mµi g¾n trªn trôc ®éng c¬. Nguån cña ®éng

c¬ lµ c¸c bé biÕn tÇn, cã thÓ lµ c¸c m¸y ph¸t tÇn sè cao - biÕn tÇn quay hoÆc lµ c¸c bé

biÕn tÇn tÜnh - biÕn tÇn thyristor.

 4 

§Æc ®iÓm c«ng nghÖ vµ yªu cÇu truyÒn ®éng

M«men c¶n tÜnh trªn trôc ®éng c¬ thêng lµ 15 ÷ 20% m«men ®Þnh møc. M«men qu¸

tÝnh cña ®¸ vµ c¬ cÊu truyÒn lùc l¹i lín 500 ÷ 600% m«men qu¸n tÝnh cña ®éng c¬, do ®ã

cÇn h·m cìng bøc ®éng c¬ quay ®¸ vµ kh«ng yªu cÇu ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ quay ®¸.

1.3. TruyÒn ®éng ¨n dao

ë m¸y cì nhá, truyÒn ®éng quay chi tiÕt dïng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé nhiÒu cÊp tèc

®é (®iÒu chØnh sè ®«i cùc p) víi D = (2 ÷ 4)/1. ë c¸c m¸y lín th× dïng hÖ thèng bé biÕn

®æi - ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu (BB§ - §M), hÖ K§T - §M cã D = 10/1 víi ph¬ng ph¸p

®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng.

TruyÒn ®éng ¨n dao däc cña bµn m¸y trßn cì lín thùc hiÖn theo hÖ BB§ - §M víi d¶i

®iÒu chØnh tèc ®é D = (20 ÷ 25)/1 cßn truyÒn ®éng ¨n dao ngang sö dông thuû lùc.

1.4. TruyÒn ®éng phô

Sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rotor lång sãc.

3. §Æc tÝnh c¬ cña m¸y mµi

§Æc tÝnh cña c¬ cÊu s¶n xuÊt ®îc kh¸i qu¸t b»ng ph¬ng tr×nh:

q

dm

c o dm o M M (M M )( )

ω

ω

= + −

trong ®ã:

Mco - M«men øng víi tèc ®é ω=0

Mdm - M«men øng víi tèc ®é ®Þnh møc ωdm

Mc - M«men øng víi tèc ®é ω

q - sè mò phô thuéc vµo lo¹i c¬ cÊu s¶n xuÊt. Víi m¸y mµi nãi riªng vµ m¸y c¾t

gät kim lo¹i nãi chung, q thêng nhËn hai gi¸ trÞ q=1 (øng víi truyÒn ®éng chÝnh

ω

=

1 Mc

vµ P = const) vµ q=0 (øng víi truyÒn ®éng ¨n dao Mc = M®m = const).

Trong thùc tÕ, ®Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt kh«ng gi÷ ®îc cè ®Þnh theo mét quy

luËt trong toµn bé ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é mµ thay ®æi theo ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ hoÆc

®iÒu kiÖn tù nhiªn.

§èi víi truyÒn ®éng chÝnh m¸y mµi trßn, nãi chung c«ng suÊt kh«ng ®æi (P = const)

khi tèc ®é thay ®æi cßn m«men tû lÖ ngîc víi tèc ®é

ω

=

1 Mc

. Nh vËy, ë tèc ®é thÊp,

m«men cã thÓ lín nªn kÝch thíc c¸c bé phËn c¬ khÝ ph¶i chän lín lªn, ®iÒu ®ã kh«ng cã

lîi. MÆt kh¸c, thùc tÕ s¶n xuÊt cho thÊy r»ng c¸c tèc ®é thÊp chØ dïng cho c¸c chÕ ®é lµm

viÖc nhÑ (Fz vµ Pz nhá). V× vËy, ë vïng tèc ®é thÊp, ngêi ta gi÷ m«men kh«ng ®æi cßn

c«ng suÊt thay ®æi theo quan hÖ bËc nhÊt víi tèc ®é.

§èi víi truyÒn ®éng ¨n dao, nãi chung m«men kh«ng ®æi khi ®iÒu chØnh tèc ®é. Tuy

nhiªn, ë vïng tèc ®é thÊp, lîng ¨n dao s nhá, lùc c¾t Fz bÞ h¹n chÕ bëi chiÒu s©u c¾t tíi

h¹n t. Trong vïng nµy, khi tèc ®é ¨n dao gi¶m, lùc ¨n dao vµ m«men ¨n dao còng gi¶m

theo. ë vïng tèc ®é cao, t¬ng øng víi tèc ®é vz cña truyÒn ®éng chÝnh còng ph¶i lín, nÕu

gi÷ Fad lín nh cò th× c«ng suÊt truyÒn ®éng sÏ qu¸ lín. Do ®ã, cho phÐp gi¶m nhá lùc ¨n

dao trong vïng nµy, m«men truyÒn ®éng ¨n dao còng gi¶m theo.

 5 