LỜI MỞ ĐẦU
Sự bùng nổ của ngành công nghiệp cơ khí và điện tự động hóa đã đạt
những thành tựu to lớn, đem lại rất nhiều lợi ích trong công việc cũng như nhiều
thiết bị ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Mặc dù các máy
gia công kỹ thuật số đang là xu hướng mới của thị trường nhưng đây là những
thiết bị đắt tiền và phức tạp. Do đó các máy gia công kim loại như máy tiện,
máy mài, máy bào giường, máy rèn rập… vẫn là các thiết bị chủ yếu trong việc
chế tạo cơ khí. Nên việc nghiêm cứu, tìm hiểu cải tiến nó là một trong những
vấn để rất được quan tâm hiện nay.
Môn học Trang Bị Điện là môn học có thể giúp em thực hiện các công
việc này. Được giao đề tài về máy tiện là loại máy phổ biến nhất trong công
nghệ gia công kim loại. Với yêu cầu là phân tích các phương pháp điều khiển
truyền động ăn dao và thiết kế bộ điều khiển truyền động trục chính tự động
cho máy tiện hệ T- Đ. Qua thời gian học tập nghiên cứu và chỉ bảo tận tình của
thấy Hoàng Xuân Bình em đã hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đồ án đã hoàn thành đạt kết quả nhất định nhưng do thời gian có
hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi sai sót. Em mong được
sự góp ý ủng hộ của các thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !
1
CHƯƠNG1:TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN
1.1. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ
1.1.1. Chức năng và công dụng của máy tiện
Máy tiện thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại. Tiện là một phương pháp gia
công chi tiết, trên máy có thể thực hiện được nhiều công nghệ tiện khác nhau.
Như tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện cơn, tiện định hình. Trên
máy tiện cũng có thể thực hiện doa, khoan và tiện ren, bằng các dao cắt, doa, ta
rô ren. Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ vài mili một đến hàng trục
một.
Hình 1-1.
Dạng bên ngoài của máy tiện

- Phân loại theo chuyển động:
+ Tiện đứng: Phôi chuyển động quay theo phương đứng.
+ Tiện ngang: Phôi chuyển động quay theo phương nằm ngang.
- Phân loại theo mức dộ trang bị điện.
+ Loại đơn giản: Thường dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc độ
về điện.
+ Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách
thay đổi số đôi cực, hoặc dựng động cơ một chiều nhưng là hệ thống hở.
+ Loại phức tạp: Dựng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo
hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chương trình số CNC. Đây là loại máy tiện có
độ chính xác rất cao.
- Phân loại theo trọng lượng máy:
3
+ loại nhỏ: Trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn.
+ loại trung bình: Trọng lượng của máy từ 10 - 100 tấn.
+ loại lớn: Trọng lượng của máy lớn hơn 100 tấn.
Một số máy tiện tiêu biểu hiện nay trên thị trường như sau:
Hình 1-2. Máy tiện Việt chuẩn.
Hình 1-3. Máy tiện với m 1234410458.
4
Hình 1-4. Máy tiện với m 1239953967
Hình 1-5. Máy tiện DSC01180
Hình 1-6. Máy tiện (Kit- 11211171877).
5
1.1.3.Các chuyển động cơ bản của máy tiện
a. Chuyển động chính
Chuyển động chính trong máy tiện chuyển động quay mâm cặp phôi (trục
chính) chuyển động này được thực hiện nhờ động cơ điện một chiều kích thích
độc lập, thay đổi tốc độ bằng bộ biến đổi điều chỉnh điện áp phần ứng, và qua
hộp số bánh răng ăn khớp nối với trục chính. Do vậy tốc độ của trục chính thay

max
===
n
n
D
1.2.2. Độ trơn khi điều chỉnh
Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau như tiện có đường
kính lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi tiện có đường kính nhỏ yêu cầu độ bóng cao
thì cần tốc độ lớn . Để đảm bảo chất lượng gia công bề mặt có độ bóng từ ∇6 -
∇9 thì tốc độ phải được điều chỉnh vụ cấp.
ϕ = =
+
n
n
i
i
1
1
1.2.3. Độ ổn định tốc độ khi làm việc
Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính xác cao ngay cả khi tốc
độ truyền động chính thay đổi . Khi phụ tải biến đổi từ 0 ÷ M
max
thì yêu cầu độ
sụt tốc độ là:
)155(
÷≤
−
∆
oi
dmioi

2.1.THAM SỐ VẬN HÀNH MÁY
- Đường kính tiện lớn nhất tiện được: Φ D = 520 (mm)
- Chiều dài gia công lớn nhất: L = 480 (mm)
- Khoảng cách chống tâm : 500 (mm)
- Độ dịch chuyển dọc của bàn máy trục Z: 450 (mm)
- Độ dịch chuyển ngang của bàn máy trục X: 250 (mm)
- Đường kính lỗ trục chính: Φ 60 (mm)
- Độ dịch chuyển hướng tâm của mâm cặp: 120 (mm)
- Tốc độ quay của trục chính: 10 - 3000 (vòng/phút)
8
- Tỷ số truyền i:
- Số đầu dao: 8
- Công suất động cơ trục chính: 11 (kW)
- Công suất động cơ trục X: 3,7 (kW)
- Công suất động cơ trục Z: 7,5 (kW)
- Công suất động cơ làm mát: 1,5 (kW)
- Phần mềm điều khiển: SINUMERIK 802C - 3 – SIEMNS
- Kích thước máy: 2500 x 1000 x 1200 (mm)
- Trọng lượng của máy: 4000 (Kg)
- Động cơ truyền động chính là động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Do Nhật
Bản sản xuất có thông số sau:
Công suất định mức: P
đm
=11 (kW)
Điện áp phần ứng: U
đm
= 220 (V)
Dòng điện phần ứng: I
đm
= 64 (A)

- Công suất định mức: P
đm
= 7,5 (kW)
- Điện áp định mức: U
đm
= 195 (V)
- Dòng điện định mức: I
đm
= 19,4 (A)
- Tốc độ định mức của động cơ: n
đm
= 1500 (vòng/phút)
2.1.1. Các công thức được dùng trong quá trình tính toán
- Vận tốc cắt:
1000
SD
V
π
=
(m/phút)
Trong đó: V: Vận tốc cắt (m/phút)
D: Đường kính phôi – đối với tiện ( của dao cắt – đối với phay) (mm)
9
S: Tốc độ quay của trục chính (vòng/phút)
- Số vòng quay của trục chính: S =
D
V
.
.1000
π

Chạy chương trình thực hiện gia công
2.2.ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH
Như đã tìm hiểu ở trên động cơ truyền động cho trục chính ở máy tiện này
là động cơ một chiều kích từ độc lập, có thay đổi tốc độ và có đảo chiều quay.
Từ đồ thị đặc tính của phụ tải
Hình 2.1 : Đồ thị phụ tải và truyền động ăn dao.
Từ đồ thị ta thấy tốc độ động cơ được chia làm ba giai đoạn giai đoạn đầu
( giai đoạn vào dao) tốc độ động cơ lúc này được tăng dần từ 0 đến tốc độ vào
dao, để tránh mẻ dao và làm hỏng chi tiết. Giai đoạn hai ( giai đoạn tiện chi tiết)
lúc này tốc độ động cơ được duy trì ổn định .Giai đoạn ba( giai đoạn ra dao) tốc
độ động cơ lúc này giảm xuống đến tốc độ ra dao v
2
cũng để tránh mẻ chi tiết.
Động cơ của máy tiện ta đang tìm hiểu là động cơ điện một chiều kích từ
độc lập và thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. Sau
đây ta tìm hiểu qua về một số loại động cơ một chiều và các phương pháp thay
đổi tốc độ động cơ cũng như ưu nhược điểm của từng phương pháp.
2.2.1. Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều
a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc song song
Phương trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ giữa tốc độ (n) và moomen (M)
M
K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2

đặc tính cơ của động cơ của động cơ kích từ
song song rất cứng. Với đặc điểm như vậy,
động cơ điện kích từ song song được dùng
trong những trường hợp tốc độ hầu như không
thay đổi khi tải thay đổi .
b) Động cơ điện kích từ nối tiếp
Ở động cơ điện kích từ nối tiếp, dòng kích từ chính là dòng điện phần ứng I =I
ư
= I . Vậy trong phạm vi khá rộng có thể biểu thị :Φ=K
Φ
.I
Trong đó hệ số tỷ lệ K
Φ
chỉ là hằng số trong vùng I<0,8I
đm
thì hơi giảm xuống
do hiện tượng bão hòa từ. Như vậy, biểu thức đặc tính cơ có dạng: M=C
M
.Φ.I
-
=C
M
.
Φ
Φ
K
2
⇒
Φ
Φ

2
= ( 0,2 ÷ 0,25)P
đm
. Từ dạng
đặc tính cơ ta cũng có nhận xét là đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiêp rất
mềm ⇒ Động cơ kích từ nối tiếp ưu việt hơn trong những nơi cần mở máy nặng
nề và cần tốc độ thay đổi trong phạm vi rộng
12
M
đ
m
c) Động cơ điện kích từ hỗn hợp :
Loại này được chế tạo gồm hai cuộn dây nối tiếp và song song. Tác dụng của
cuộn dây kích thích song song và nối tiếp bù nhau hoặc ngược nhau. Trên thực
tế người ta chỉ sử dụng loại kích thích hỗn hợp bù vì động cơ không đảm bảo
được điều kiện làm việc ổn định.
2.2.2. Các Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
ω =
.

,
,
φφ
K
RR
K
U
f
u

φ
K
RR
K
U
f
uu
+
−
.M
dt
;
Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất ma sát trong ổ trục thì ta có thể coi mômen cơ
trên trục động cơ bằng mômen điện từ và ký hiệu là M : M
dt
= M
co
= M ;
Suy ra : ω =
2
).(
.
,,
φ
φ
K
RR
K
U
f

−
.M hay ω = ω
0
- ∆ω ;
13
Tốc độ không tải lý tưởng : ω
0
=
φ
.
,
K
U
u
= const ;
Độ cứng đặc tính cơ: β =
ω
∆
∆
M
= –
f
u
dm
RR
K
+
,
2
).(

1
> ω
2
> ω
3
> ….nhưng nếu ta tăng
R
f
đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ≤ M
c
dẫn đến động cơ sẽ quay không
được và động cơ sẽ làm việc ở chế độ ngắn mạch ω = 0 , đến bây giờ ta có thay
đổi R
f
thì động cơ vẫn không không quay nữa . Do đó phương pháp này gọi là
phương pháp điều chỉnh tốc độ không triệt để . bằng cách thay đổi điện trở phụ
phần ứng .
Vậy ứng vói một phụ tải M
c
nào đó nếu R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ
càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch I
nm
và mômen ngắn mạch M
nm
càng
giảm , cho nên người ta thường dùng phương pháp này để hạn chế dòng điện
khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.


K
R
K
U
u
u
∑
−
.M ;
→ ω = ω
0
- ∆ω ;
Trong trường hợp này tốc độ không tải : ω
0x
=
φ
.
,
K
U
u
;
Độ cứng đặc tính cơ : β = –
,
2
).(
u
x
R
K

M
M
n2
M
n1
ω
ω
02
ω
01
ω
0dm
m
ω
2
ω
1
ω
dm
Φ
1
Φ
2
Φ
dm
c) Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của
động cơ .
Giả thiết từ thông Φ = Φ
dm
= const , khi ta thay đổi điện áp phần ứng theo hướng

2
).(
u
dm
R
K
φ
= const;
Ta thấy rằng khi thay đổi U
ư
thì ω
0
thay đổi còn ∆ω = const , vì vậy ta sẽ được
họ các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau . Nhưng muốn thay đổi U
ư
thì phải có bộ nguồn một chiều thay đổi đươc điện áp ra , thường là dựng các bộ
biến đổi .
Các bộ biến đổi có thể là :
+ Bộ biến đổi máy điện : Dựng máy phát điện một chiều ( F ) , máy điện khếch
đại ( MĐKĐ ) .
+ Bộ biến đổi từ : Khếch đại từ ( KĐT ) một pha , ba pha .
+ Bộ biến đổi điện từ - bán dẩn :Các bộ chỉnh lưu ( CL ) , các bộ băm điện áp
( BĐA ) , dựng transistor và thuyistor .
Ta thấy rằng , khi thay đổi điện áp phần ứng ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạch
M
nm
, và dòng điện ngắn mạch I
nm
của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứng
với một phụ tải nhất định . Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều

02
0
ω
U
dm
ω
0
L
c
L
c
L
c
L
c
L
BAL
T
1
T
4
T
3
T
6
T
5
T
2
F

u
2c
C
B
A
Hình 2. 5 :Sơ đồ chỉnh lưu có đảo chiều truyền động chính
b. Tính chọn mạch động lực
 Tính chọn máy biến áp
Do động cơ có công suất lớn 11kw ( theo cung cấp điện : phụ tải có công suất
5kw trở lên nguồn điện cung cấp phải là nguồn 3 pha, tránh gây lệch lưới điện).
Nên máy biến áp cấp cho động cơ là máy biến áp 3 pha.
+ Điện áp sơ cấp : U
1
= 380(v)
+ Điện áp thứ cấp: U
2
= 220(v)
- Điện áp chỉnh lưu không tải.
U
do
= U
đm
+ ΔU
v
+ ΔU
ba
+ ΔU
Lk
Trong đó : ΔU
v


Điện áp sụt áp trên hai tiristo mắc nối tiếp ( trên mỗi van là 1,5v) => trên hai van
là 2 x 1,5 = 3 v. Như vậy ta có :
U
d0
= U
đm
.1,05 + 22 + 3 = 220.1,05 + 22 +3 = 256(v)
Công suất tối đa của tải :P
d
= U
d0
.I
d
= 256.64 = 16384(w)
- Tính toán các thông số điện áp, dòng điện của các cuộn dây.
+ Điện áp của các cuộn dây.
Điện áp của cuộn dây thứ cấp máy biến áp.
U
2
=
π
=
d0
U 3,14.256
3 6 3 6
= 109,5 (V)
18
Điện áp của cuộn dây sơ cấp. Vì điện áp cuộn dây sơ cấp bằng điện áp nguồn →
U

s
.P
d
Trong đó : K
slà

hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực ( K
sd
= 1,05)
S
ba
là

công suất biểu kiến của máy biến áp (VA).
 S
ba
= 1,05.16384 = 17203(VA) ≈ 17 (KVA)
 Tính số vòng dây của máy biến áp.
Số vòng dây của dây quấn được tính theo :
W =
U
4,44f.Q.B
(vòng), trong đó : W

là số vòng dây của cuộn dây, U là

điện

.Tiết diện dây dẫn : S
Cu
=
I
J
(mm
2
)
Trong đó : S
cu
tiết diện của dây đồng, I là

dòng điện chạy qua cuộn dây, J là mật
độ dòng điện trong máy biến áp ( chọn 1 ÷ 2,75A/mm
2
) . Ở đây ta chọn J =
2,5A/mm
2
Tiết diện dây dẫn sơ cấp của máy biến áp.
( mm
2
)
19
Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp.
( mm
2
)
Đường kính dây dẫn của cuộn sơ cấp .
(mm)
Đường kính dây dẫn của cuộn sơ cấp .

U
2
điện áp xoay chiều của van
Hệ số điện áp ngược ( K
nv
) và điện áp tải (K
u
) trong sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha
đối xứng K
nv
=
= =
π
u
3 6
K 2,34
Thay vào ta có
( )
= =
ng max
220
U 6. 230,3 V
2,34
Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần phải chọn
lớn hơn điện áp làm việc qua hệ số dự trữ K
u
, ta chọn K
u
= 2
Dòng điện chảy qua van. (A). Để đảm bảo an toàn cho

1m
khi điều chỉnh góc mở
10
o
α
=
với chỉnh lưu cầu bap ha đối xứng.
Để giảm điện áp xuống 10 lần từ 220(V) xuống 22(v) thì cos
α
giảm đi 10 lần.
Với : m
đm
= 6 cos
α
= 0,1 được K*
đm
= 0,34
K
đm
(cos
α
= 0,1 ) = K*
đm

1 0,34
3,4
0,1COS
α
= =
Hệ số san bằng . K

(H) = 0,47 (mH)
Vậy điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: L = 0,47 (mH)
Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng lọc: I
đm
= 64 (A)
Biên độ dòng xoay chiều bậc một: I
1đm
= 10% I
đm
= 6,4 (A)
Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở nhỏ, do đó có thể coi tổng trở cuộn
kháng xấp xỉ bằng điện kháng. Z
L
≈ X
L
=
ω
.L = 2Πf . 0,47 = 0,15 (Ω)
Điện áp rơi trên cuộn kháng :
1
0,17
2
m
L L
I
U Z
∆ = =
(V)
Điện trở dây quấn ở nhiệt độ 20
0

dq
r s
l
−
=
= 2,87 (vòng)
Tiết diện dây quấn : S = 0,072
4
20
.
8,36.1,94
0,072
2,08.10
dq cs
l s
r
−
=
= 20,1 (mm
2
)
21
2.3.2. Giới thiệu mạch điều khiển
a. Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.6 : Sơ đồ khối điều khiển thyristor .
b. Nguyên tắc điều khiển
Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển sau : “ Thẳng
đứng tuyến tính và thẳng đứng arccos ” , để thực hiện vị trí xung trong nửa chu
kỳ dương của điện áp đặt trên thyristor .
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

cm
ωt
U
cm
α
π
2
π
α
U
s
Khi U
s
= U
cm
thì khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận được sường xuống của điện
áp đầu ra của khâu so sánh . Sườn xuống này thông qua đa hài một trạng thái
bền ổn định tạo ra xung điều khiển .
Như vậy bằng cách làm biến đổi U
cm
, ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất
hiện xung ra , tức là điều chỉnh góc α .
Giữa α và U
cm
có quan hệ sau : α =
max
.
s
cm
U

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 được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi
khâu này lật trạng thái .
U
m
Cosα = U
cm
; (2-1)
Do đó α = arcos(
m
cm
U
U
) ; (2-2)
Khi U
cm
= U
m
thì α = 0 ; Khi U
cm
= 0 thì α =
2

cm
= +U
m
, đến trị U
cm
= -U
m
ta có thể điều
chỉnh được góc α từ 0 đến α. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos” được sử
dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao .
c. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển
 Khâu đồng pha
Sơ đồ ở hình 2–9a là sơ đồ đơn giản , dể thực hiện với số linh kiện ít nhưng chất
lượng điện áp tựa không tốt . Độ dài của phần biến thiên tuyến tính của điện áp
tựa không phủ hết 180
0
. Do đó , góc mở van lớn nhất bị giới hạn . Hay nói cách
khác , nếu theo sơ đồ này điện áp tải không điều khiển được từ 0 tới cực đại mà
từ một trị số khác đến trị số cực đại .
Để khắc phục nhược điểm trên về dãi điều chỉnh của sơ đồ ở hình 2–9a người ta
sử dụng sơ đồ tạo điện áp tựa bằng sơ đồ trên hình 2-9b . Theo sơ đồ này , điện
áp tựa có phần biến thiên tuyến tính phủ hết nửa chu kỳ điện áp . Do vậy khi cần
điều khiển điện áp từ không tới cực đại là hoàn toàn có thể đáp ứng được .
Với sự ra đời của các linh kiện ghép quang , ta có thể sử dụng sơ đồ tạo điện áp
tựa bằng bộ ghép quang như hình 2-9c . Nguyên lý và chất lượng của hai sơ đồ
trên hình 2-9b và 2-9c tương đối giống nhau . Ưu điểm của sơ đồ trên hình 2-9c
ở chổ không cần biến áp đồng pha , do đó có thể đơn giản hơn trong việc chế tạo
và lắp đặt .
Các sơ đồ trên đều có chung nhược điểm là việc mở , khoá các tranzitor trong
vùng điện áp lân cận 0 là thiếu chính xác , làm cho việc nạp , xã tụ trong vùng