TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XNCN
====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
CHÍNH CỦA MÁY TIỆN HITACHI - SEIKI - 4NE - 600 Trưởng bộ môn : TS. Trần Trọng Minh
Giáo viên hướng dẫn : TS. Đỗ Mạnh Cường
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quang Trung
Lớp : TĐH2 – K47
MSSV :
Hà nội, 07-2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN

4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
5. Họ tên cán bộ hướng dẫn:
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

7. Ngày hoàn thành đồ án: Ngày tháng năm ….
Trư
ở
ng b
ộ

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền
động chính của máy tiện HITACHI – SEIKI- 4NE – 600 do em tự thiết kế dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo TS. Đỗ Mạnh Cường. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng
với thực tế.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục
tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện
có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hà Nội, ngày 06 tháng 08 năm 2012
Sinh viên thực hiện Nguyễn Quang Trung
MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 1

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Error! Bookmark not defined.

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY TIỆN CNC HITACHI - SEIKI - 4NE - 600 2



Chuyển động chính 6

1.4.2

Chuyển động ăn dao 6

1.4.3

Các chuyển động phụ 6

1.5

Các chế độ vận hành của máy 6

1.5.1

Máy tiện CNC 4NE 600 điều khiển bằng phần mềm SINUMERIK 802S của
SIEMENS 6

1.5.2

Các thông số kỹ thuật của máy. 7

1.6

CÁC YÊU CẦU TRANG BỊ ĐIỆN CHO TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH 8

1.6.12.1.1. Các công thức được dùng trong quá trình tính toán 10

2.1.2. Giới thiệu về phần mềm lập trình SINUMERIK 802S của SIEMENS 10

2.1.3. Quy trình thao tác tiện thân trên máy CNC HITACHI – SEIKI – 4NE – 600 10

2.1.4. Giới thiệu chương trình gia công thân động cơ 7,5kW 11

2.2

Động cơ truyền động chính 15

2.2.1 Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều 15

2.2.2 Các Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều . 17

CHƯƠNG 3 22

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH 22

3.1 Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi 22

3.1.1 Phân tích và lựa chọn mạch lực. 22

3.1.2 Tính chọn mạch động lực. 23


và R
9
: 43

3.3.5. Tính chọn bộ tạo xung chùm : 43

3.3.6. Tính chọn khâu so sánh : 44

3.3.7. Tính chọn khâu đồng pha : 45

3.3.8. Tính nguồn nuôi . 46

3.3.9. Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha . 47

3.3.10. Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi . 48
3.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực . 48

3.4.1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ . 48

3.4.2. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn . 50

3.4.3. Bảo vệ quá dòng cho van . 50

3.4.4. Bảo vệ quá điện áp cho van . 51

CHƯƠNG 4 53


Danh mục hình vẽ
1
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ khối máy tiện CNC 3

Hình 1.2 : Sơ đồ khối của CPU 5

Hình 2.1 : Đồ thị phụ tải và truyền động ăn dao. 15

Hình 2.2 : Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 18

bằng cách thay đổi điện trở phụ phần ứng . 18

Hình 2.3: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φ . 20

Hình 2. 4 :Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐM
dl
bằng cách thay đổi U
ư
. 21

Hình 3. 1 :Sơ đồ chỉnh lưu có đảo chiều truyền động chính 22

Hình 32 : Sơ đồ khối điều khiển thyristor . 27

Hình 33 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : 28

Hình 34 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss 29



Hình 319 : Mạch R – C bảo vệ quá điện áp khi van chuyển mạch . 52

Hình 320 : Mạch R – C bảo vệ xung điện áp từ lưới . 52

Hình 41 : Sơ đồ cấu trúc động cơ 54

Hình 42 : Sơ đồ cấu trúc đã được tuyến tính hóa 55

Hình 43 : Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện và tốc độ 57

Hình 4  4 : Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện 57

Hình 4  5 : Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ 59

Hình 4  6 : Đồ thị tốc độ 61

Hình 4  7 : Đồ thị dòng điện 61Lời nói đầu
1
LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước thì việc phát triển khoa học kỹ thuật
đã được ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp. Ở nước ta đã nhập khá nhiều loại máy
móc, thiết bị rất hiện đại. Do vậy đòi hỏi quá trình giảng dạy cho học sinh, sinh viên
phải trang bị những kiến thức cơ bản về nguyên lý và hoạt động cũng như nguyên tắc
vận hành của trang thiết bị nhằm nắm bắt kịp thời với thực tế của xã hội trong hiện tại
và trong những năm tới.

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.
1.2 Phân loại máy tiện
Chuyển động chính của máy tiện làm việc ở chế độ dài hạn, đó là truyền động quay
mâm cặp kẹp phôi, vì vậy trong mọi chuyển động có thể coi phôi luôn chuyển động
quay còn dao cắt đứng yên.
Chuyển động ăn dao của máy tiện là chuyển động tịnh tiến liên tục của bàn dao theo
hai chiều trục X và trục Z. Trục Z trùng với trục chính còn trục X vuông góc với trục
chính. Các chuyển động phụ gồm chuyển động phanh cầu dao và ụ sau, kéo phôi, bơm
nước, bơm dầu, nâng hạ…
Máy tiện có nhiều loại khác nhau với kích cỡ, công dụng và mức độ chuyên môn hóa
khác nhau.
 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.

Lời nói đầu
1
 Phân loại theo trọng lượng máy:
+ loại nhỏ: Trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn.

khiển
động cơ

Động cơ
bước Servo

Vít me đai
ốc bi
Phản hồi tốc độ
Phản hồi vị trí

Lời nói đầu
1
thẳng của máy. Chuyển động của dụng cụ quay xung quanh trục hệ tọa độ gắn với máy
gọi là trục quay của máy. Qua những nghiên cứu cho thấy, chỉ cần tối đa 14 trục (trục
chuyển động) để mô tả bất kỳ một máy CNC phức tạp nào. 14 trục chuyển động được
chia làm 5 trục quay và 9 trục thẳng, 9 trục thẳng bao gồm ba trục thẳng thứ nhất
X,Y,Z; Ba trục thẳng thứ hai U//X, V//Y, W//Z; Ba trục thẳng thứ ba P//X, Q//Y, R//Z.
5 trục quay bao gồm ba trục quay thứ nhất A,B,C đây là 3 trục quay xung quanh các
trục X,Y,Z. Hai trục quay thứ hai D và E, đặc trưng của hai trục quay này là quay song
song với trục quay thứ nhất A hoặc B hoặc C hoặc một trục đặc biệt nào đó.
Hệ điều khiển CNC mặt tổng quát là các máy CNC trong công nghiệp đều được điều
khiển theo một nguyên tắc nhất định. Dữ liệu điều khiểu được đọc vào từ vật mang tin
như băng từ, đĩa từ, băng đục lỗ… hoặc từ chương trình có sẵn trên máy hoặc do chính
người sử dụng nhập vào từ giao tiếp bàn phím. Các dữ liệu này được giải mã và hệ
thống điều khiển xuất ra những tập lệnh để điều khiển các cơ cấu chấp hành thực hiện
các lệnh theo yêu cầu của người sử dụng. Trong khi các cơ cấu chấp hành thực hiện
các lệnh đó, kết quả về việc thực hiện được mã hóa ngược lại và phản hồi về hệ điều
khiển máy, các kết quả này được so sánh với các tập lệnh được gửi đi. Sau đó hệ
thống điều khiển có nhiệm vụ bù lại các sai lệch và tiếp tục gửi đến các cơ cấu chấp

Hệ thống truyền dẫn BUS liên hệ giữa CPU và các bộ phận khác trong hệ thống là
thiết bị truyền dẫn chính của CNC. Có thể hiểu BUS là hệ thống các đường giao thông
làm nhiệm vụ truyền dẫn thông tin từ CPU đến các bộ phận khác và ngược lại.

Số liệu vào

CPU BUS
BUS BUS
Số liệu ra
Hình 1.2 : Sơ đồ khối của CPU
1.3.3 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy CNC sử dụn phần mềm điều khiển
Siemens Sinumerik 802C base line
Căn cứ theo thực tế công nghệ của máy như hành trình các trục, tốc độ max min của
trục chính người làm công nghệ có thể lập trình PLC từ máy PC để đẩy vào bộ điều
khiển để điều khiển quá trình các tín hiệu ra vào cho phù hợp.
Logic số
học

Điều
khiển

Bộ nhớ truy
cập nhanh

Bộ nhớ chính
ROM RAM


1.5.1 Máy tiện CNC 4NE- 600 điều khiển bằng phần mềm SINUMERIK 802S
của SIEMENS
 Chế độ vận hành của máy có thể bằng tay hoặc tự động. Lời nói đầu
1
1.5.2 Các thông số kỹ thuật của 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)
 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)

đm
= 158 (V)
 Dòng điện định mức: I
đm
= 16 (A)
 Tốc độ định mức của động cơ: n
đm
= 1500 (vòng/phút)
DC MOTOR Trục Z
 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)

1.6 CÁC YÊU CẦU TRANG BỊ ĐIỆN CHO TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH
Trong máy tiện CNC truyền động trục chính là truyền động phức tạp nhất, nó đòi hỏi
hệ thống trang bị điện có mức độ tự động hoá cao. ở truyền động này dựng 01 động cơ
điện một chiều kích từ độc lập. Dựng BBĐ DC DRIVES điều khiển động cơ bằng
mạch vòng kín. truyền động này có các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng như sau:
1.6.1 Phạm vi điều chỉnh tốc độ
Truyền động trục chính của máy tiện có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dải điều chỉnh
được đặc trưng bởi hệ số:

max
thì yêu cầu độ sụt tốc độ là:
)155( 


oi
dmioi
n
nn
n

1.6.4 Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải
Trong quá trình làm việc thường xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động:
 Quá tải tĩnh: Do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai cứng hoặc
khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải.
 Quá tải động: Đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều. Để rút ngắn thời
gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này.
1.6.5 Yêu cầu hãm dừng chính xác
Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu rất qua trọng. Bởi vì khi dừng chính xác thì
đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng năng suất của máy, an toàn cho thiết bị và người
vận hành.
Các biện pháp nâng cao chất lượng quá trình hãm (giảm thời gian hãm)
 Sử dụng những thiết bị khống chế.
 Tăng gia tốc của hệ thống.
 Sử dụng những vật liệu nhẹ để giảm thành phần mô men quán tính.
 Tăng lực cản bằng cơ khí.
 Hãm bằng điện, sử dụng một trong ba phương pháp: Hãm ngược, Hãm động năng,
Hãm tái sinh.
 Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
 Đặc điểm công nghệ của truyền động chính máy tiện là có đảo chiều.

(vòng/phút)
 Chọn vận tốc cắt V: V ≤ V
max
,với V
max
là tốc độ cắt tối đa của dao.
+ Đối với dao thép gió: V
max
= 18 ÷ 22 m/phút
+ Đối với dao bằng thét hợp kim cứng: V
max
= 120 ÷ 150 m/phút (hiện nay máy
đang dùng)
+ Đối với dao được chế tạo đặc biệt (lưỡi cắt bằng gốm, kim cương, …):
V
max
= 18 ÷ 22 m/phút
2.1.2. Giới thiệu về phần mềm lập trình SINUMERIK 802S của SIEMENS
 Ngôn ngữ lập trình theo ISO (G Code)
 Quy ước xác định hệ trục tọa độ trên máy tiện, trên máy tiện chỉ cần điều khiển
trục X và trục Z. Được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.
 Giơ bàn tay phải sao cho ngón giữa hướng lên trên chỉ chiều trục Z, ngón cái chỗi
ra chỉ chiều trục X, chiều ngón chỏ chỉ chiều trục Y.
2.1.3. Quy trình thao tác tiện thân trên máy CNC HITACHI – SEIKI – 4NE – 600

 Bắt đầu: Bật máy – cấp điện cho hệ thống



Lời nói đầu
1
G1 X188 F0.25 ; Cắt lần 1
G0 Z292 ; Rút dao
G0 X216
G0 Z288

G1 X188 F0.25 ; Cắt lần 2
G0 Z290 ; Rút dao
G0 X216
G0 Z286

G1 X188 F0.25 ; Cắt lần 3
Go Z288 ; Rút dao và đưa tới điểm chuẩn bị tiện vành ngoài
G0 X212

; Tiện vành ngoài
G1 Z283 F0.3 ; Cắt lần 1
G0 X214 ; Rút dao
G0 Z288
G0 X209

G1 Z283 F0.3 ; Cắt lần 2
G0 X280 ; Rút dao
M5 Lời nói đầu
1

G1 X201.5 Z285 F0.3
G1 Z226 F0.4
G1 X198.5 Z283.5

G0 Z300 ; Rút dao
G0 X400

; Thay dao móc lỗ tinh và tiện tinh đạt tới đường kính 200
G75 X0 Z0 ; Về điểm thay dao
T12 ; Thay dao móc lỗ tinh

S110 M4
G0 Z300
G0 X200
G0 Z228
G1 Z58 F0.3 ; Thực hiện cắt tinh
G0 X198 ; Rút dao
G0 Z300
G0 X400

M5 ; Dừng trục chính
M30 ; Kết thúc chương trình

Lời nói đầu
1
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


Lời nói đầu
1


0
M
M
đm

*

M
*

M
đm
Với những điều kiện U = const, I
t
= const thì từ thông của động cơ hầu như không
đổi. Vì vậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của động cơ là đường
thẳng.
Do R
ư
rất nhỏ, nên khi tải thay đổi từ
thông đến định mức thì tốc độ giảm rất ít cho
nên đặc tính cơ của động cơ của động cơ kích
từ song song rất cứng. Với đặc điểm như vậy,




KC
R
MKCe
UC
n
e
u
M
.

.
nếu bỏ qua R
ư
thì :
M
U
n 
hay: M=
2
2
n
U

Như vậy khi mạch từ chưa bão hòa, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ
nối tiếp có dạng là đường hypebol bậc hai.
Ta thấy, ở động cơ một chiều kích từ nối
tiếp, tốc độ quay n giảm rất nhanh khi mômen