Truyền động hệ máy doa ngang
Lời nói đầu

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá ,hiện đại hoá đất nớc có thể nói một
trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia là mức độ tự
động hoá trong các quá trình sản xuất mà trớc hết là năng suất sản xuất và
chất lợng sản phẩm .Sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử ,công
nghệ thông tin và những thành tựu trong lý thuyết điều khiển tự động đã làm
cơ sở và hỗ trợ cho sự phát triển tơng xứng trong lĩnh vực tự động hoá
ở nớc ta ,mặc dù là một nớc chậm phát triển ,nhng trong những năm gần
đây cùng với sự đòi hỏi của sản xuất cũng nh sự hội nhập vào nền kinh tế thế
giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật , đặc biệt là sự tự động
hoá các quá trình sản xuất ngày càng đợc chú trọng , nhằm tạo bớc phát triển
mới ,hàm lợng chất xám cao tiến tới hình thành mọt nền kinh tế tri thức
Ngày nay ,tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào
từng ngõ ngách và trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm . Việc
tăng năng suất máy và giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu chủ
yếu đối với hệ thống chuyền động điện và tự động hoá nhng chúng luôn mâu
thuẫn nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu
cầu hạn chế số lợng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc
lựa chọn một hệ thống truyền động điện và tự động hoá cho thích hợp là một
bài toán khó.Một trong những ứng dụng đó là Thiết kế hệ truyền động
chính cho máy doa ngang .
Với sự cố gắng của bản thân bản đồ án đã đợc hoàn thành .Tuy nhiên
do kiến thức còn có hạn nên tài liệu thiết kế này của em không tránh khỏi
những sai lầm và thiếu sót .Chính vì vậy mà em mong các thầy cô sẽ chỉ bảo
và góp ý để bản đồ án của em đợc hoàn thiện hơn .
Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên
Lơng Thế Vinh

chính, cũng nh cơ cấu tay quay của bàn và các cơ cấu bơm cấp dầu thì động
cơ điện xoay chiều đợc sử dụng. Tuy nhiên trong cơ cấu ăn dao thì lại sử
dụng động cơ điện một chiều,để có thể đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ. Do
công suất của các động cơ một chiều vào khoảng vài kW nên ngời ta thờng
tạo ra nguồn một chiều bằng cách chỉnh lu từ lới điện xoay chiều với hệ số
đập mạch là 12 để có chất lợng cao.
Trong khuôn khổ đồ án này với đề tài: thiết kế hệ truyền động ăn dao
máy doa ngang, để làm rõ tính quan trọng của động cơ một chiều cũng nh
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 2
Truyền động hệ máy doa ngang
vai trò của các hệ truyền động một chiều ta phân tích đặc thù của truyền
động ăn dao của máy doa ngang.
II. Đặc thù truyền động của máy doa ngang.
1. Giới thiệu chung về máy doa
Máy doa đợc liệt vào nhóm máy khoan - doa dùng để gia công các chi tiết
có kích thớc lớn trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt. Máy doa chủ yếu
dùng để gia công lỗ với cấp chính xác thông thờng và chính xác cao.
Các khả năng gia công của máy dao gồm có dùng dao tiện để tiện mặt
hình trụ, dùng mũi khoan, khoét hoặc doa để gia công lỗ, dùng dao phay mặt
đầu để gia công mặt phẳng thẳng đứng, dùng dao phay hình trụ hoặc dao
phay định hình để gia công mặt phẳng nằm ngang hoặc bề mặt định hình,
dùng dao tiện chạy dao hớng kính để gia công mặt đầu, dùng dao tiện để cắt
ren trong.
Đối với máy doa vạn năng ngang phạm vi sử dụng của nó lại rất lớn.
Ngoài việc gia công lỗ nó còn có thể gia công những bề mặt của những chi
tiết lớn.
Thờng trên máy doa ngang có lắp 6 dao khác nhau để hoàn thành các
nguyên công khác nhau. Do đó nhiều chi tiết có thể hoàn toàn gia công trên
một máy doa, không cần dùng các loại máy tiện, khoan, phay hay các loại
máy nào khác.

= 1,10
-4
.2000.9.5 2 (vòng/phút).

max
= 0,156.2000.9.5 3000 (vòng/phút).
Lực cắt cực đại F = 30kN.
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 4
Truyền động hệ máy doa ngang
Tốc độ dịch chuyển định mức v
đm
= 0,0785 m/s.
Tốc độ dịch chuyển cực tiểu v
min
= 10
-4
m/s.
Tốc độ dịch chuyển cực đại v
max
= 0,156 m/s.
Hiệu suất = 0,8.
Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ :

=


: 5.10
4

- Các động cơ trong hệ truyền động làm việc ở chế độ dài hạn với dải tốc

Trong vùng <
o
thì điều chỉnh điện áp trong khi giữ từ thông không
đổi.
Trong vùng >
o
thì điều chỉnh từ thông trong khi giữ điện áp không
đổi.
Cách nay đợc sử dụng rộng rãi trong các máy CNC gia công cắt gọt kim
loại .
Hình vẽ sau mô tả hai quá trình trên:
- Điều chỉnh đồng thời:
Điều chỉnh đồng thời cả điện áp lẫn từ thông trong khi dòng điện đợc giữ
không đổi . Quá trình nay đòi hỏi điều khiển rất khó khăn nhng bù lại có
một u điểm rất lớn dòng điện đợc giữ không đổi nên mômen ổn định.
Tuỳ thuộc vào yêu cầu truyền động, tính chất của quá trình công nghệ mà
ta có thể chọn một trong hai phơng pháp nêu trên.Về cấu trúc mạch lực
của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ
cũng cần có bộ biến đổi, bộ biến đổi có chức năng điều chỉnh điện áp cấp
cho phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ tuỳ thuộc và phơng pháp điều
khiển.Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng 4 loại bộ biến đổi chính:
-Bộ biến đổi máy điện gồm:Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều
hoặc máy điện khuếch đại(MĐKĐ).
-Bộ biến đổi điện từ:Khuếch đại từ(KĐT).
-Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn:Chỉnh lu thysistor(CLT).
-Bộ biến đổi xung áp một chiều:thysistor hoặc transistor(BBĐXA)
Tơng ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi ta có các hệ truyền động nh:
-Hệ truyền động máy phát-động cơ(F-Đ).
-Hệ truyền động máy điện khuếch đại-động cơ(MĐKĐ-Đ).
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 6

đk
.
Trong chế độ xác lập ta có các phơng trình đặc tính nh sau:
)(
đ
+= RRIE-E
bb


I
k
RR
-
k
E
m
b
m
b
đ
đ
đ
+
=




M
-)U(


=


k
M
.
D
dm
max
Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị
0max
,M
đm
,k
M
là xác định vì
vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào độ cứng .Khi điều
chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều khiển thì
tổng trở mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ, do
đó có thể tính sơ bộ đợc.

0max
.||.M
đm
10
Vì thế với tải có đặc tính momen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh
tốc độ không vợt quá 10.Do vậy với hệ truyền động đòi hỏi phạm vi điều
chỉnh tốc độ lớn thì ta không thể sử dụng các hệ thống hở nh trên.
b. Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ:

rr
e
i
kb
k
k
+
=

]i[f
k
=
.
Nhận xét:
a) Với phơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ thì cho ta có thể thay
đổi đợc tốc độ không tải với đặc tính thấp nhất là đặc tính cơ bản(đặc tính
cơ tự nhiên), tuy nhiên tốc độ lớn nhất của giải điều chỉnh bị hạn chế bởi
khả năng chuyển mạch của cổ góp.
b) Khi điều chỉnh giảm từ thông để mở rộng vùng điều chỉnh tốc độ thì ta
thấy độ cứng của đặc tính cơ giảm rõ rệt, do vậy với những cơ cấu yêu
cầu độ cứng điều chỉnh cao thì phơng pháp này gặp phải khó khăn.
Kết luận:
Căn cứ vào đặc điểm truyền động ăn dao của máy dao ngang, căn cứ vào
phơng pháp truyền động yêu cầu, căn cứ vào các tính chất của các phơng
pháp điều chỉnh tốc độ, để thiết kế hệ truyền động ăn dao cho chuyển động
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 9
Truyền động hệ máy doa ngang
ăn dao máy doa ngang ta sử dụng động cơ một chiều điều chỉnh điện áp phần
ứng giữ từ thông không đổi ở trong vùng điều chỉnh tốc độ định mức. Còn ở
trên tốc độ định mức thì ta sử dụng phơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ.

~ 3
ĐK
~
Truyền động hệ máy doa ngang
nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và nâng cao tính chất
động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và
động cơ KĐB nói riêng, có thể ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ
nhiều động cơ cùng một lúc nh các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải,
bánh lăn hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu
tốc độ cao nh máy ly tâm, máy mài Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ không
đồng bộ rotor lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc, giá thành hạ và có
thể làm việc trong nhiều môi trờng. Nhợc điểm cơ bản của hệ thống này là sơ
đồ mạch điều khiển rất phức tạp. Đối với hệ thống này, động cơ không nhận
điện từ lới chung mà từ một bộ biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến
đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau. Thờng sử dụng hai loại
biến tần trong việc điều chỉnh tốc độ là biến tần trực tiếp và biến tần gián
tiếp (có sử dụng khâu trung gian một chiều). Hệ truyền động điện có thể sử
dụng bộ biến tần trực tiếp hoặc gián tiếp ba pha, cũng có thể dùng bộ biến
đổi một chiều-xoay chiều thay đổi tần số một pha hay ba pha.
1.1 Biến tần trực tiếp (cycloconverter)
Có sơ đồ cấu trúc đơn giản hình 2.5 a. Điện áp vào xoay chiều u
1
(tần số
f
1
) chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay ra tải với tần số khác. Vì vậy,
loại biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lợng cao do chỉ có một lần biến
đổi điện năng và cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lợng mà không cần có
mạch điện phụ. Đồng thời, cũng có thể dễ dàng thực hiện điều chỉnh điện áp

~
U
2
, f
2
a)
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 12
Truyền động hệ máy doa ngang
b)
U
1
, f
1

~
Chỉnh
lu
Lọc
Nghịch lu
độc lập
~
U
2
, f
2
U
=
U
=
Hình 2. 5. Cấu trúc biến tần trực tiếp (a) và nghịch lu độc lập (b)

Truyền động hệ máy doa ngang
Biến tần nguồn dòng: Trong các hệ truyền động điện điều chỉnh
động cơ xoay chiều, nguồn dòng thờng đợc sử dụng cho các hệ thống công
suất lớn và có sơ đồ cầu ba pha, trong đó các van bán dẫn là các van điều
khiển hoàn toàn. Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đợc sử dụng rộng rãi để
điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc.Biến tần nguồn
dòng có u điểm là tăng đợc công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà vẫn
thực hiện hãm tái sinh động cơ. Khi làm việc với tải là động cơ xoay chiều
thì điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn tại các thời điểm chuyển mạch
dòng điện chuyển mạch giữa các pha. Trong thực tế, thờng sử dụng các van
điều khiển không hoàn toàn, vì vậy cần có các mạch khoá cỡng bức các van
đang dẫn, bảo đảm chuyển mạch dòng điện giữa các pha một cách chắc chắn
trong phạm vi điều chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng.
2) Hệ truyền động máy phát - động cơ một chiều(F- Đ)
Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ) là hệ truyền động điện mà bộ biến
đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát điện này th-
ờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay và coi tốc độ quay
của máy phát là không đổi.
U
kF
U
đku
~
i
KF
F
ĐK
F

M

hành. Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ d, đặc tính từ hoá có trễ nên
khó điều chỉnh sâu tốc độ, vốn đầu t ban đầu và diện tích lắp đặt lớn. Với
những hệ truyền động điện đòi hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh
sâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phải thay máy phát F bằng các nguồn áp
máy điện khác nh các máy điện khuếch đại (MKĐ) và có các phản hồi nâng
cao chất lợng.
3) Hệ thống truyền động chỉnh l u điều khiển - động cơ một chiều (T-Đ)
Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ
độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần
ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các
bộ biến đổi chỉnh lu dùng thyristor.
M
Đ
U
đk
~
i
KĐ

M
~
U
đk
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ.
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 15
Truyền động hệ máy doa ngang
Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lu thyristor.
Dòng điện chỉnh lu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ. Chế độ làm
việc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và các tính chất của
tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh lu thờng là cuộn kích từ (L-R)

trong đó R là tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng
động cơ R và điện trở các phần tử mạch nối tiếp với phần ứng động cơ).
Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trờng hợp này nh trên hình 2.3. Các đặc
tính cơ của hệ truyền động T-Đ mềm hơn hệ F-Đ vì có sụt áp do hiện tợng
chuyển mạch giữa các thyristor. Góc điều khiển càng lớn thì điện áp đặt
vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một
mômen cản M
c
, tốc độ động cơ sẽ giảm.
Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ có
độ dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo). Đó là vùng dòng điện gián
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 16
Hình 2-3. Đặc tính cơ hệ T-Đ.

M
0
Truyền động hệ máy doa ngang
đoạn. Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián
đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn.
Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng
điện gián đoạn, là đờng phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián
đoạn. Biên giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đờng
ellipse với các trục là các trục toạ độ của đặc tính cơ:
1)
p
cos
p
sinU
IL
()

hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh
rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn.
Nhợc điểm chủ yêu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến,
dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong
máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp
của nguồn và lới xoay chiều. Hệ số công suất cos của hệ nói chung là thấp
nhất là khi điều chỉnh sâu.
Mặc dù động cơ không đồng bộ ba pha có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,
vận hành an toàn và sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lới điện xoay chiều ba
pha, nhng về phơng diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 17
Truyền động hệ máy doa ngang
u việt hơn so với các loại động cơ khác: có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ
dàng, cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản hơn và đạt chất lợng
điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. So với hệ F-Đ thì với những
nhợc điểm của hệ F-Đ là hiệu suất thấp ,gây ồn ,chiếm diện tích lớn ,thì việc
lựa chọn
Hệ F-Đ cho truyền động máy doa là không thích hợp
Chính vì vậy, ta sẽ chọn phơng án thiết kế hệ truyền động chỉnh lu
Tiristor - động cơ một chiều kích từ độc lập. Đó cũng chính là phơng án
đợc giao thiết kế của em.
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 18
Truyền động hệ máy doa ngang
Chơng III
Tính chọn mạch lực
I. Chọn công suất động cơ
1. Yêu cầu về động cơ
Đặc tính phụ tải

Phạm vi điều chỉnh tốc độ:

Ngoài ra còn một số yêu cầu khác nh phù hợp với nguồn điện năng tiêu
thụ cũng nh thích hợp với điều kiện làm việc, tính gọn nhẹ trong sủ dụng
2. Chọn động cơ
Căn cứ vào số liệu ta chọn động cơ nh sau:
Chọn loại động cơ có ký hiệu: - 51
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 19
M


max

min
M
đm
0
P
Truyền động hệ máy doa ngang
Có các thông số kỹ thuật cho nh bảng sau
Kiểu
động cơ
P
đm
(kw)
U
đm
(V)
N
đm
Vg/ph
I

cực cuộn
song
song
cks
Từ thông
hữu ích
của 1 cực
từ .10
-2
Wb
Tốc độ
quay cho
phép cực
đại(vòng
/phút)
Mô men
QT phần
ứng
J (kgm
2
)
-
51
682 2 1500 5.8 3000 0,35
3. Kiểm nghiệm động cơ
Tính toán các tham số động cơ:
k

đm
=

Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 20
Truyền động hệ máy doa ngang
+ Sơ đồ cầu có điện áp ngợc đặt lên van nhỏ hơn hai lần so với sơ đồ hình
tia.
+ Sơ đồ cầu máy biến áp đợc tận dụng khả năng triệt để hơn (công suất
yêu cầu nhỏ hơn 30% so với sơ đồ hình tia)
+ Sơ đồ cầu cho ta dạng điện áp và dòng chỉnh lu tốt hơn, độ nhấp nhô ít
hơn.
+ Đối với sơ đồ hình tia kích thớc cuộn kháng lọc lớn hơn,và khó chế tạo
Từ những nhận xét trên ta chọn sơ đồ chỉnh lu là sơ đồ cầu ba pha đối
xứng có điều khiển.
Do yêu cầu của truyền động đảo chiều nên ta dùng hai bộ biến đổi song
song ngợc không có cuộn kháng cân bằng và thực hiện việc điều khiển riêng
từng bộ biến đổi.ở đây ta không lựa chọn phơng án đảo chiều điều khiển
chung bởi vì việc chế tạo cuộn kháng cân bằng trong hệ điều khiển chung là
rất khó khăn
1. Sơ đồ mạch lực và nguyên lý hoạt động.
Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển riêng nh
sau
Mạch gồm hai bộ biến đổi riêng rẽ nhau là BĐ1 và BĐ2.Khi điều khiển
riêng hai bộ,tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi
còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển. Hệ có hai bộ biến đổi là
BĐ1 và BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tơng ứng là FX1 và
FX2,trật tự hoạt động của các bộ phát xung này đợc quy định bởi các tín hiệu
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 21
Truyền động hệ máy doa ngang
logic b
1
và b
2


còn BĐ
2
khoá.Tại t
1
phát lệnh đảo chiều i
Lđ
,góc điều khiển

1
tăng đột biến đến lớn hơn
2

,dòng phần giảm dần về 0 lúc này cắt xung
điều khiển để khoá BĐ
1
,thời điểm t
2
đợc xác định bởi cảm biến dòng điện
không SI
1
.Trong khoảng thời gian trễ =t
3
-t
2
,BĐ
1
bị khoá hoàn toàn,dòng
điện phần ứng bị triệt tiêu.Tại t
3

2
là các tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ
phát xung điều khiển:
i
Lđ
=1 phát xung điều khiển mở BĐ
1
.
i
Lđ
=0 - phát xung điều khiển mở BĐ
2
.
i
1L
(i
2L
) =1 có dòng điện chảy qua BĐ
1
(BĐ
2
).
b
1
(b
2
) = 1 khoá bộ phát xung FX
1
(FX
2