LỜI NÓI 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 – điện tử máy gia công kim loại là một trong những
môn giúp giải quyết phần nào đó các vấn đề trên.
Với đề tài được giao: “Nghiên cứu khái quát về công nghệ tiện. Đi sâu thiết
kế bộ điều khiển tự động điều chỉnh tốc độ truyền động trục chính dùng BBĐT –
Đ” và được sự hướng dẫn của thầy Hoàng Xuân Bình em đã đi sâu tìm hiểu trang
bị điện tử của máy tiện và đã khai thác được nhiều vần đề trong thực tế cũng như
trong lý thuyết.
Vẫn biết còn nhiều thiếu sót và do nội dung vẫn còn mới mẻ đồng thời sự
hiểu biết vẫn còn hạn chế nên em chưa thể hoàn thành một cách tốt nhất cho đề tài
này. Em mong thầy cô cho ý kiến và giúp đỡ để em hoàn thành tốt hơn nhiệm vụ
của mình.
Em xin chân thành cám ơn !
1
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
MỤC LỤC
Chương 1: TỔNG QUAN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY TIỆN ……… 3
1.1. Đặc điểm công nghệ máy tiện …………………………………………. 3
1.2. Phụ tải của cơ cấu các chuyển động điển hình của máy tiện …….… 4
1.2.1. Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện ……… …. 4
1.2.2. Phụ tải của cơ cấu truyền động chính ……………………… …… 10
1.2.3. Phụ tải của cơ cấu chuyển động ăn dao ……………………… … 12

?
5
Fx
Fz
Fy
1
2
3
4
2
a)
b)
1
t
Hình 1.2 – Dạng bên ngoài (a) và dạng gia công (b) trên máy tiện
Dạng bên ngoài của máy tiện như hình 1.2a. Trên than máy 1 đặt ụ trước 2,
trong đó có trục chính quay chi tiết. Trên gờ trượt đặt bàn dao 3 và ụ sau 4. Bàn
dao thực hiện sự di chuyển dao cắt dọc và cắt ngàn so với chi tiết. Ở ụ sao đặt mũi
4
chống tâm dùng để giữ chặt chi tiết dài trong quá trình gia công hoặc để gá mũi
khoan, mũi doa khi khoan, doa chi tiết. Sơ đồ gia công tiện ở hình 1.2b. Ở máy
tiện: chuyển động quay chi tiết với tốc độ góc ω
ct
là chuyển động chính, chuyển
động di chuyển của dao 2 là chuyển động ăn dao. Chuyển động ăn dao có thể là ăn
dao dọc, nếu dao di chuyển dọc theo chi tiết (tiện dọc) hoặc ăn dao ngang (hướng
kính) chi tiết (tiện ngang). Chuyển động phụ gồm có xiết nới xà, trụ, di chuyển
nhanh của dao, bơn nước, hút phoi v.v…
1.2. Phụ tải của cơ cấu các chuyển động điển hình của máy tiện.
1.2.1. Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện.

Bước tiến S được đo bằng mm (hình 1.4). Người ta chia ra thành ba loại bước
tiến:
- Bước tiến dọc: có hướng tiến dọc theo đường tâm của chi tiết gia công.
- Bước tiến ngang: có hướng vuông góc với đường tâm của chi tiết gia công.
- Bước tiến xiên: có hướng xiên so với đường tâm của chi tiết gia công với
một góc bất kỳ (khi gia công mặt côn).
6
S (mm/vg)
Phôi
Hình 1.4 – Lượng ăn dao khi tiện
c. Tốc độ cắt
Là tốc độ chuyển động dài tương đối của chi tiết so với dao cắt tại điểm tiếp xúc
giữa chi tiết và dao. Nó được xác định theo chi tiết kinh nghiêm:
Trong đó:
+ t – chiều sâu cắt, mm;
+ s – lượng ăn dao: là lượng dịch chuyển của dao khi chi tiết quay được
một vòng, mm/vg;
+ T – là tuổi thọ (độ bền) của dao: là thời gian làm việc của dao giữa hai
lần mài dao kế tiếp, ph;
+ C
V
, x
V
, y
V
, m – là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết, vật
liệu dao và phương pháp gia công.
Một vài ví dụ về cá giá trị của các hệ số và số mũ: khi gia công gang và thép
bằng dao hợp kim C
V

F, lực này được chia làm 3 thành phần:
1
3
2
4
Fx
Fz
Fy
Hình 1.4 – Các thành phần đặc trưng cho gia công tiện
+ Lực tiếp tuyến F
z
(lực cắt): chống lại sự quay của chi tiết.
+ Lực dọc trục F
x
(lực ăn dao): chống lại sự di chuyển của bàn dao.
+ Lực hướng kính F
y
: chống lại sự tì của dao và chi tiết.
8
Để tính lực cắt ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau:
Trong đó:
C
F
, x
F
, y
F
, n – hệ số và các số mũ phụ thuộc vào vật lieu chi tiết, vật liệu dao
và các phương pháp gia công.
Các lực F

với dao bằng thép gió và n = -0,15 với dao bằng hợp kim cứng.
c. Công suất cắt.
Là công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính. Quá trình tiện xảy ra với
công suất cắt(kW) là hằng số và được xác định:
Bởi vì lực cắt lớn nhất F
max
sinh ra khi lượng ăn dao và độ sâu cắt lớn, tương
ứng với tốc độ cắt nhỏ V
z min
; còn lực cắt nhỏ F
min
xác định bởi t, s tương ứng với
tốc độ cắt V
z max
nghĩa là tương ứng với hệ thức:
F
max
.V
z min
= F
min
. V
z max
(1 – 7)
Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ cắt như hình 1.4:
9
Hình 1.5 – Đồ thị phụ tải của truyền động chính máy tiện
d. Thời gian máy
Thời gian máy là thời gian dùng để gia công chi tiết. Nó còn được goi là thời gian
công nghệ, thời gian cơ bản hoặc thời gina hữu ích. Để tính toán thời gian máy ta

Trong đó: F
N
– lực tổng tác dụng lên gờ trượt, được xác định bởi khối lượng mâm
cặp hoặc bàn m
b
, khối lượng chi tiết m
ct
đặt trên mâm cặp, thành phần lực cắt F
y
.
11
Hệ số ma sát μ ở gờ trượt phụ thuộc vào tốc độ mâm cặp, nó có giá trị lớn khi
khởi động máy. Vì vậy ở những máy này, momen cản tĩnh khi khởi động đạt tới
(60 ÷ 80)% momen định mức. Ở tốc độ định mức thì μ = 0,05 ÷ 0,08 và là hằng số.
Ở chế độ xác lập, lực kéo của các chuyển động mâm cặp được xác định là các
tổng các lực cắt và lực ma sát:
Momen trên trục động cơ ứng cới chuyển động quay là:
1.2.3. Phụ tải của truyền động ăn dao.
Lực ăn dao của truyền động ăn dao được xác định theo công thức tổng quát:
Trong đó:
+ F
x
– thành phần lực cắt theo hương di chuyển của bàn dao;
+ k=1,2 ÷1,5 – hệ số dự trữ;
+ F
ms
– lực ma sat của bàn ở hướng gờ trượt;
+ F
d
– lực dính;

Ở đây: s
’
= s/2π , [mm/rad]
13
+ ω
ct
– tốc độ góc của chi tiết, [rad/s];
+ s – lượng ăn dao, [mm/vg];
Lực và momen chuyển động ăn dao không phụ thuộc vào tốc độ của nó, vì phụ
tải của truyền động ăn dao chỉ được xác đinh bởi khối lượng bộ phận di chuyển của
máy và lực ma sát ở gờ trượt và ở hộp tốc độ. Đồ thị phụ tải của truyền động ăn
dao được biểu diễn như trên hình (1.6) . Ở dải tốc độ rộng V
1
< V <V
2
momen phụ
tải là hằng số, ở vùng tốc độ V < V
1
và V > V
2
thì momen phụ tải thay đổi tuyến
tính theo tốc độ.
Hình 1.6 – Đồ thị phụ tải truyền động ăn dao
1.3. Những yêu cầu và đặc điểm chung đối với truyền động điện máy tiện.
1.3.1. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động chính.
Truyền động chính cần phải được đảo chiều quay để đảm bảo quay chi tiết
theo cả hai chiều, ví dụ khi tiên ren trái và phải – Phạm vi điều chỉnh tốc độ trục
chính D <(40 ÷ 125)/1 với độ trơn điều chỉnh φ = 1,06 và 1,26 và công suất là hằng
số (P
c

thì M
c
= const; khi V
z
> V
z gh
P
c
= const (đồ thị hình 1.5). Bộ biến đổi có
thể là máy phát một chiều hoặc bộ chỉnh lưu dùng Thyristor.
Hình 1.6 – Biểu đồ Momen và công suất của động cơ trong truyền động chính
1.3.2. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động ăn dao.
Truyền động ăn dao cần phải được đảo chiều quay để đảm bảo ăn dao theo
hai chiều. Đảo chiều của bàn dao có thể thực hiện bằng đảo chiều động cơ điện
hoặc dùng khớp ly hợp điện từ. Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động ăn dao
thường là D = (50 ÷ 300)/1 với độ trơn điều chỉnh φ = 1,06 và 1,26 và Momen
không đổi (M = const).
15
O
V
z min
V
z
V
z max
V
z gh
M
c
P

R
U
U
R
D
V
Fh
cd
Hình 2.2 – Sơ đồ tạo tín hiệu điều khiển tự động động cơ
Đây là sơ đồ điều khiển tốc độ quay của động cơ ĐC theo hàm của đường
kính chi tiết gia công theo nguyên lý U
cđ
≈ U
fp
≈ d
ct
.ω. Điện áp chủ đạo U
cđ
tỷ lệ với
tốc độ cắt được đặt bằng biến trở R
V
. Tốc độ cắt được duy trì không đổi với độ
chính xác phụ thược vào độ chính xác chế tạo bộ phận liên hệ giữa bàn dao và biến
trở R
D
. Con trượt R
D
liên hệ với bàn dao thông qua bộ điều tốc P. Điện áp phản hồi
U
fp

trình trên như sau :
18
Hình 2.3 – Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa động cơ điện một chiều
• Trường hợp khi từ thông kích từ không đổi :
Khi dòng điện kích từ động cơ không đổi, hoặc khi động cơ được kích thích
bằng nam châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số:
Từ các phương trình cơ bản (2 - 8 ) và (2 - 9) ta xây dựng được sơ đồ cấu
trúc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau:
Hình 2.4 – Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều khi từ thông không đổi
19
M
c
C
u
C
u
I
E
U
2.1.2. Cấu trúc – mô hình hóa bộ biến đổi một chiều Thyristor.
Bộ biến đổi ở đây là bộ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng có điều khiển
(Thyristor). Chỉnh lưu Thyristor cho phép thực hiện các yêu cầu kỹ thuật của hệ
TĐĐ một chiều với độ tự động hóa cao và do chất lượng điện áp trên tải tốt, độ
bằng phẳng tương đối cao nên được sử dụng rộng rãi.
Sơ đồ cấu trúc của bộ biến đổi:
Hình 2.5 – Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi
Hàm truyền đạt của bộ biến đổi là:
Trong đó:
+ K
cl

R
i
R
ω
S
i
Ф
E
S
E
LOG
N
2
N
1
E
đ
I
kđ
R
ik
BĐ2
S
ok
(p)
S
ik
I
kđ
Hình 2.6 – Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động

-E(p)
KФ
R
i
I
S
i
Hình 2.7 - Mạch vòng điều chỉnh dòng điện
Trong đó:
+ T
ư
=
u
u
L
R
: Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng;
+ K
i
= R
s
: Điện trở của mạch sensor;
+ T
i
= R.C : Hằng số thời gian của sensor dòng điện;
+ J : Momen quán tính.
Từ sơ đồ trên ta có hàm truyền của đối tượng điều khiển của mạch vòng điều chỉnh
dòng điện:
Trong đó các hằng số thời gian T
f

si
2.2.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ.
22
Để thuận tiện chi việc tính toán, ta thay thế bởi biểu thức gần đúng hàm truyền của
mạch vòng dòng điện như sau:
Vậy sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ còn lại như sau:
Hình 2.8 – Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ là
một khâu tỷ lệ - tích phân(P) như sau:
2.2.3. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện kích từ.
Trong trường hợp điều chỉnh dòng điện kích từ thì hàm truyền đối tượng có dạng:
23
-I
c
M
c
I
E
R
ω
1/KФ
U
ωđ
(p)
S
ω
+ U
k
– Giá trị trung bình điện áp ra của bộ biến đổi;
+ R

sk
; T
đk
+ T
v
+ T
ik
= T
skt
. Do đó S
ok
có dạng:
Theo tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:
24
I
k
U
k
U
kđ
Chọn τ
σ
= T
skt
, vậy ta có bộ điều chỉnh dòng điện có dạng:
2.2.4. Tổng hợp bộ điều chỉnh sức điện động.
Giả sử hàm truyền kín của mạch vòng dòng điện thay thế bởi biểu thức gần đúng
như sau:
Vậy sơ đồ cấu trúc của hệ thống như sau:
Hình 2.10 – Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh sức điện động