Nghiên cứu tính toán và thiết kế máy cắt mộng 17, máy bào via 39
PHẦN I:TÍNH CHON CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
I.KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO MÁY BÀO MẶT
PHẲNG
1.Khái niệm chung
Máy bào mặt phẳng hay còn gọi là máy bào giường hiện nay được sử
dụng rộng rãi. Trong các loại máy cơ khí, nó được dùng để gia công bề mặt
các chi tiết kim loại có biến dạng lớn. Ngoài ra máy bào mặt phẳng còn
được dùng để xẻ rãnh hình T, V, đuôi én. Máy bào có thể gia công bề mặt
các chi tiết ở mức độ thô hoặc tinh khác nhau. Truyền động chính trong
máy bào mặt phẳng là chuyển động tịnh tiến của bàn máy, bàn máy được
kéo bằng một động cơ điện. Chất lượng và năng suất của máy bào mặt
phẳng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ bàn máy, lực cắt, mô men cắt
của dao…. Vì vậy việc điều khiển động cơ truyền động cho bàn máy là hết
sức quan trọng mà ta cần nghiên cứu và giải quyết.
2.Phân loại
Máy bào mặt phẳng hiện nay có nhiều chủng loại, dựa vào kiểu phân
loại ta chia thành các nhóm máy bào mặt phẳng như sau:
*Dựa vào số trụ phân ra :
Máy bào một trụ : ví dụ như các kiểu máy 710 ; 71120 ; 7116
Máy bào hai trụ : ví dụ như các kiểu máy 7210 ; 7212 ; 7216
*Dựa vào chiều dài (L
b
) của bàn máy và lực kéo bàn (F
k
) ta phân ra:
Máy cỡ nhỏ: Chiều dài bàn L
b
< 3 (m) ; Lực kéo F
k
= 30 ÷ 50 (KN)

Nguyễn Bình Minh
Nghiên cứu tính toán và thiết kế máy cắt mộng 17, máy bào via 39
*Xà ngang
Chuyển động lên xuống theo hai trụ, xà được kẹp chặt khi gia công
*Các bàn dao máy
Gồm hai bàn dao đứng và hai bàn dao hông, trục bàn có giá đỡ dao.
Giá máy có thể dịch chuyển một góc nào đó để gia công chi tiết, khoảng
dịch chuyển lớn nhất của các con trượt là 300 mm, góc quay giá đỡ là
±60
0
.
*Bộ phận truyền động
Gồm các máy điện xoay chiều, một chiều chuyển động quay và qua các
hộp truyền động truyền chuyển động cho các bộ phận của máy
Tóm lại: Máy bào giường được cấu tạo hoàn chỉnh sẽ có kết cấu chắc chắn,
gọn, đảm bảo tính kỹ thuật, kinh tế, thẩm mỹ.
II.CÁC TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY BÀO GIƯỜNG
1. Truyền động chính của bàn máy
Truyền động của bàn là truyền động chính của máy, đây là kiểu chuyển
động tịnh tiến và có tính chất chu kỳ lặp lại, mỗi chu kỳ có hai hành trình
là hành trình thuận và hành trình ngược.
1.1 Hành trình thuận
Là hành trình gia công chi tiết nên còn gọi là hành trình cắt gọt. Ở hành
trình này có nhiều giai đoạn khác nhau như khởi động, ăn dao, vào chi tiết,
cắt gọt ổn định, dao ra khỏi chi tiết. Ứng với mỗi giai đoạn là một tốc độ
yêu cầu khác nhau phụ thuộc vào các yếu tố của chế độ cắt gọt.
Nguyễn Bình Minh
Nghiên cứu tính toán và thiết kế máy cắt mộng 17, máy bào via 39
1.2 Hành trình ngược
Sau khi kết thúc hành trình thuận, bàn máy được đảo chiều và bắt đầu

62
t
7
t
8
t
10
t
11
t
12
V
ng
V
V
th
V
0
V
0
T
CK
V
0
Nghiên cứu tính toán và thiết kế máy cắt mộng 17, máy bào via 39
Hình 1.2 Đồ thị tốc độ bàn máy theo thời gian trong một chu
kỳ bào
Do đặc điểm chuyển động của bàn máy là đảo chiều với tần số làm việc
lớn nên quá trình quá độ chiếm thời gian khá lớn trong một chu kỳ làm
việc. Chiều dài hành trình (hay chiều dài bàn) càng lớn thì quá trình quá độ

là khoảng thời gian bàn máy tăng tốc từ tốc độ V
0
đến tốc độ V
th
gọi
là tốc độ cắt gọt.
•t
4
là khoảng thời gian gia công chi tiết với tốc độ cắt gọt V
th
không đổi.
•t
5
Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ từ tốc độ cắt
gọt về tốc độ V
0
trong khoảng thời gian t
5
.
•t
61
là thời gian tiếp tục gia công nhưng ở tốc độ V
0
•t
62
là khoảng thời gian dao được đưa ra khỏi chi tiết nhưng bàn máy
vẫn chạy với tốc độ V
0
.
Nguyễn Bình Minh

•t
12
là thời gian vận tốc giảm về 0 và đảo chiều để kết thúc một chu kỳ
làm việc
và chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo.
Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành
trình thuận sang hành trình ngược và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt
vào chi tiết. Tổng thời gian từ khi bắt đầu hành trình thuận cho đến hết
hành trình ngược gọi là chu kỳ làm việc của máy bào giường T
CK
.
Tốc độ hành trình thuận được xác định tương ứng với chế độ cắt gọt,
thường thì V
th
= 5
÷
120 m/ph. Tốc độ bàn máy lớn nhất có thể đạt V
max
=
75
÷
120 m/ph. Để tăng năng suất máy, tốc độ hành trình ngược chọn lớn
hơn tốc độ hành trình thuận V
ng
= k.V
th
và thường thì k = 2
÷
3
Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị

V V / 2
+
= +
;
ng g.ng h.ng
ng
ng ng
L L L
t
V V / 2
+
= +
(1-2)
*Trong đó:
• L
th
, L
ng
: là chiều dài hành trình của bàn máy tương ứng với tốc độ
ổn định V
th
, V
ng
của hành trình thuận và hành trình ngược.
• L
g.th
, L
h.th
: là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia
tốc) và quá trình giảm tốc (hãm) ở hành trình thuận.

là chiều dài hành trình máy.
• k =
ng
th
V
V
là tỷ số giữa tốc độ hành trình ngược và hành trình thuận.
• t
đc
là thời gian đảo chiều của bàn máy.
Từ công thức (1-3) ta thấy rằng khi đã chọn tốc độ cắt gọt ở hành trình
thuận là V
th
thì năng suất của máy phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo
chiều t
đc
. Khi k tăng thì V
ng
tăng nên năng suất của máy tăng, tuy nhiên khi
k > 3 thì năng suất của máy tăng không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo
Nguyễn Bình Minh
Nghiên cứu tính toán và thiết kế máy cắt mộng 17, máy bào via 39
chiều t
đc
lại tăng. Nếu chiều dài bàn máy L
b
> 3 m thì thời gian t
đc
ít ảnh
hưởng đến năng suất mà chủ yếu là hệ số k. Khi chiều dài bàn L

• V
ngmax
: là tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược, thường
V
ngmax
= 75
÷
120 (m/ph)
• V
thmin
: là tốc độ nhỏ nhất của bàn máy ở hành trình thuận, thường
V
thmin
= 4
÷
6 (m/ph).
Như vậy phạm vi điều chỉnh tốc độ nằm trong khoảng D = (12,5
÷
30)/1
* Đặc tính phụ tải của truyền động chính:
Thông thường, để đảm bảo cho công suất đặt là nhỏ nhất cho động cơ
truyền động (thường là động cơ một chiều) thì hệ truyền động thường được
Nguyễn Bình Minh
P,M
M
C
P
C
V
min

gh
đến V
max
= (75
÷
120) m/ph.
Khi đó công suất kéo P
C
gần như không đổi còn lực kéo thì giảm dần.
Tuy nhiên, việc thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông sẽ làm giảm
năng suất của máy vì thời gian quá trình quá độ tăng do hằng số thời gian
mạch kích từ lớn (tức do quán tính của cuộn kích từ lớn). Vì vậy thực tế
người ta mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp và giảm phạm vi điều chỉnh
từ thông, hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải bằng cách thay đổi
điện áp phần ứng, trong trường hợp này thì công suất động cơ phải tăng
V
max
/V
gh
.
Nguyễn Bình Minh
Nghiên cứu tính toán và thiết kế máy cắt mộng 17, máy bào via 39
Độ ổn định tĩnh: Ở chế độ làm việc xác lập, độ ổn định tốc độ không
được vượt quá 5% (s
≤
5%) khi phụ tải thay đổi từ 0 đến giá trị định mức.
Ở quá trình quá độ hay quá trình khởi động và hãm yêu cầu xảy ra êm,
tránh va đập trong bộ truyền động với độ tác động cực đại.
Đối với những máy bào giường cỡ nhỏ (L
b

trung gian hoặc hệ truyền động T-Đ là hệ chỉnh lưu cấp điện cho động cơ
một chiều và điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh góc mở của thyristor.
2.Truyền động ăn dao
Truyền động ăn dao cũng làm việc có tính chất chu kỳ, trong mỗi hành
trình kép làm việc một lần. thời gian truyền động ăn dao được thực hiện từ
thời điểm đảo chiều
từ hành trình thuận sang hành trình ngược và kết thúc trước khi dao cắt bắt
đầu vào chi tiết.
Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao là D = (100
÷
200)/1 với lượng ăn dao
cực đại có thể đạt tới (80
÷
100) mm/1 hành trình kép.
Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt 1000 lần/giờ. Hệ
thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di
chuyển làm việc và di chuyển nhanh. Truyền động ăn dao có thể thực hiện
Nguyễn Bình Minh
Nghiên cứu tính toán và thiết kế máy cắt mộng 17, máy bào via 39
bằng nhiều hệ thống như: cơ khí, điện khí, thủy lực, khí nén…, thông
thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ, đó là động cơ điện và hệ thống
truyền động trục vít - êcu hoặc bánh
răng - thanh răng.
Lượng ăn dao trong một hành trình kép khi truyền động bằng hệ trục vít
- êcu được tính như sau: s =
tv
ω
.t . T
Và đối với hệ bánh răng - thanh răng là: s =
tv

4. Truyền động kẹp nhả xà
Là truyền động được định vị để kẹp chặt xà trên hai trục của máy để gia
công chi tiết hoặc nới lỏng xà để nâng hạ dao, giá dao. Truyền động được
thực hiện nhờ động cơ xoay chiều qua hệ thống cơ khí. Tác dụng của lực
nêm chặt bao nhiêu tùy ý do ta điều chỉnh chuyển động với việc nâng hạ xà
như trên.
5. Bơm dầu
Khi cấp điện cho hệ truyền động làm việc thì bơm dầu cũng phải được
làm việc, lượng dầu trong máy đảm bảo thì rơle áp lực mới hoạt động kích
hoạt làm kín mạch cho chuyển động của bàn. Áp lực cần thiết là 2,5 at, hệ
thống bơm dầu được thực hiện từ động cơ xoay chiều.
6. Quạt gió
Động cơ quạt gió là động cơ xoay chiều đảm bảo cho hoạt động của máy
làm việc với nhiệt độ cho phép.
Nói chung, máy bào giường có công nghệ phức tạp, truyền động chính
yêu cầu phải có độ chính xác khá cao và có nhiều truyền động phụ. Các
truyền động bàn và truyền động ăn dao có thể được điều khiển ở chế độ
hiệu chỉnh hoặc tự động với trang thiết bị hợp lý, hiện đại. Nếu điều khiển
chính xác, đáp ứng được các yêu cầu về truyền động thì máy bào giường
có thể gia công ở chế độ tinh với độ chính xác cao
III:TÍNH CHỌN VÀ KIỂM NGHIỆM CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
1. Tập hợp số liệu ban đầu
F
th
=20.000 N=20*10
3
N
V
0
=6m/ph

60* 60 * 0,01
ng
ng
V
ω
ρ
⇒ = = =
(rad/s)
G
b
= 150000 (N)=150*10
3
(N)
G
ct
=100.000(N)=100*10
3
(N)

76,0=
dm
η
06,0
=
µ
; L
b
=12 m
2
/6,14 mkgJ =

+150*10
3
+8*10
3
)*0,06=35480 (N)
- Xác định công suất đầu trục động cơ
P
0
th1
=
1 0
*
35480*6
4,67
60*1000* 60*1000 * 0,76
k
F V
η
= =
(KW)
* Ở chế độ cắt :
- Xác định : F
yth
=0,4*F
zmax
=0,4*20*10
3
=8*10
3
(N)

tt2
=P
12,31
20
40.56,15
. ==
th
ng
th
V
V
(KW)
Nguyễn Bình Minh
Nghiên cứu tính toán và thiết kế máy cắt mộng 17, máy bào via 39
Từ các số liệu tính toán ta lập bảng để chọn công suất động cơ:
chế
độ
cắt
V
th
m/ph
V
ng
m/ph
lực cắt
F
z
(KN)
trọng
lượng

P
dm
(KW)
n
dm
(v/ph)
I
dm
(A)
r+ r
cp
r
CKS
(Ω)
U
dm
(V)
π
-806 32 1000 165 0,047 65 220

Vận tốc góc của động cơ

105
60
1000*14,3*2
60
*2
===
dm
dm

-I(r
u
+r
p
)
ω
φ
)(
1 pu
rrIU
k
+−
=⇒

)
(
220 165*0,047
2( )
105
dm dm u p
dm
dm
U I r r
k vb
φ
ω
− +
−
⇒ = = =
Nguyễn Bình Minh

( )
5,106,0*
1000*60
6*10*15010*100
*
1000*60
*
33
=
+
=
+
µ
adbct
VGG
(kw)

⇒
Tổn hao không tải ở hành trình thuận:P
0 0
1,5 5 2,24 3,74
oth p
P P= ∆ + ∆ = + + =
(kw)
- Xác định mômen không tải của động cơ
M
0
=
3
3

M
dtth
=M
0
+M
th
=M
0
+
3
3
*10
15,56*10
25,2 321,8
33,3
Dth
th
P
ω
= + =
(Nm)
- Xác định dòng điện không tải :
I
0
0
176,2
87,6
2
đt
đm

20
ng
th
V
V
= =
(kw)
- Xác định mômen điện từ ở hành trình ngược:
M
dtng
=M
0
+
3 3
0
*10 *10
/
Dng Dng
ng ng
P P
M
V
ω ρ
= +
=
3
7,48*10
25,2 138( )
66,67
Nm+ =

ωω
φ
ωω
−
−
=−
−
dmcqdcqd
kII
J
MM
J
*Trong đó :
• J=J
pu
+J
cd
=10,3(kg/m
2
)
• M
qd ,
I
qd
: momen, dòng điện động cơ trong quá trình quá độ
• M
c ,
I
c
: momen, dòng điện phụ tải của động cơ

* 33,33 10 1
(330 160,9).2
t t= = − =
−
(s)
Với:
33,33,10
201
====
th
ωωωω
; I
c
= 160,9(A)

10
14,6
*66,67 1,87( )
(330 69)* 2
t s= =
−

Với
1 2
0, 66,67
ng
ω ω ω
= = =
; I
C

4 4 4
t t t t t t t t t
t t t t
= = + = =
→ = = = = =2 8 13
3 3
* *0,45 0,34
4 4
t t t= = = =
(s)
- Thời gian làm việc ở tốc độ thuận (V
th
) t
5
là:
Ta có :
L
5
= L
b
-
( ) ( ) ( )







Vậy : L
5
= 11,4 (m)
Vậy ta có:
5
5
11,4
0,57( ) 34, 2( )
20
th
L
t ph s
V
= = = =
- Xác định thời gian làm việc ở vận tốc ngược V
ng
: t
11
Ta có :
Nguyễn Bình Minh
Nghiên cứu tính toán và thiết kế máy cắt mộng 17, máy bào via 39
L
11
=L
b
-
ing
LΣ
=L

1 40 46 6
12 *1,87 *1,59 *0,3 6 * 0,45 10,7
60 2 2 2
m
 
− + + + =
 
 
Vậy ta có : t
11
=
11
10,7
0,27( ) 16,2( )
40
ng
L
ph s
V
= = =

Thời gian làm việc của một chu kỳ:
T
ck
=
56,3( )
i
t sΣ =
3.1. Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng :


do đó động cơ đã chọn phù hợp với yêu cầu của công nghệ
Vậy động cơ đã chọn phù hợp với yêu cầu.
3.2.Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải về momen
- Điều kiện kiểm nghiệm :

λ
lvm
dm
M
M ≥
Với
)42( ÷=
λ
là hệ số quá tải động cơ.
Momen cực đại của động cơ :
udmdmdmqddm
IkMIk *;*Mlvmax
φφ
==
Do I
qd
=2I
dm
nên M
lvmax
=2M
dm
Nguyễn Bình Minh
Nghiên cứu tính toán và thiết kế máy cắt mộng 17, máy bào via 39
Vậy động cơ đã chọn phù hợp với yêu cầu công nghệ MBG là :

32 220 165 1000 0,047 2,7

Nguyễn Bình Minh
Nghiên cứu tính toán và thiết kế máy cắt mộng 17, máy bào via 39
PHÂN II
THIẾ T KẾ MẠCH LỰC HỆ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG
Để thiết kế hệ truyền động cho một đối tượng ta phải căn cứ vào đặc
điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng mà ta đưa ra
phương án hơp lý. Với mỗi đối tượng có thể có nhiều phương án truyền
động khác nhau, mỗi phương án đều có ưu nhược điểm của nó. Nói chung
phương án đưa ra phải đảm bảo phần lớn các yêu cầu của đối tượng như
chỉ tiêu kỹ thuật, chỉ tiêu kinh tế, tính thẩm mỹ,… trong đó chỉ tiêu kỹ
thuật phải đặt lên hàng đầu. Thông thường phương án đảm bảo tốt các chỉ
tiêu kỹ thuật thì tốn kém hơn về mặt kinh tế và ngược lại. Do vậy tùy thuộc
vào chất lượng và độ chính xác của sản phẩm mà ta nên chọn phương án
hợp lý nhất. Để làm được việc đó, ta cần đưa ra nhiều phương án khác
nhau và sau đó phân tích ưu nhược điểm của từng phương án trên tất cả các
phương diện và rút ra phương án cuối cùng là đảm bảo về mặt kỹ thuật với
phí thấp nhất có thể.
Việc lựa chọn phương án truyền động có ý nghĩa rất quan trọng, nó liên
quan đến chất lượng sản phẩm cũng như hiệu quả kinh tế của sản suất.
I. LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG HỆ TRUYỀN
ĐỘNG
1.giới thiệu động cơ một chiều
Việc lựa chọn động cơ một cách hợp lý là rất quan trọng trong việc thiết
kế hệ truyền động. Động cơ lựa chọn phải đảm bảo các điều kiện công
nghệ yêu cầu, đồng thời phải thõa mãn các yếu tố như dễ điều khiển, tổn
hao ít, vận hành tin cậy, giá thành hạ, dễ sữa chữa, lắp đặt, bảo dưỡng, dễ
thay thế, chi phí hàng năm thấp.
Nguyễn Bình Minh

C
KT
KT
KT
f

KT
I
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập
Phương trình đặc tính cơ
Từ phương trình cân bằng điện áp:
U = E + I
ư
.(R
ư
+ R
f
) (2-1)
*Trong đó:
U : là điện áp nguồn cấp
E : là sức điện động của động cơ

I
ư
: là dòng điện phần ứng động cơ
R
ư
+ R
f
: là điện trở mạch phần ứng và điện trở phụ

M
K (K )
+
ω = −
φ φ
(2-4)
Tốc độ không tải lý tưởng
ω
o
và độ cứng
β
:
0
U
K
ω =
φ
;
2
u f
(K )
R R
φ
β =
+
Hình 2.2 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc
lập
Ta thấy rằng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là tuyến tính nên dễ
dàng điều khiển tốc độ, để điều khiển tốc độ ta có thể điều chỉnh điện áp
nguồn cấp cho phần ứng

Với máy bào giường thì việc gj ổn định tốc độ bàn máy là điều quan
trọng đầu tiên để đảm bảo chất lượng của chi tiết gia công, do đó em xin
chọn động cơ một chiều kích từ độc lập để truyền động cho bàn máy của
máy bào giường.
2.Lựa chọn phương pháp đảo chiều cho đông cơ
2.1.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng
Khi điều chỉnh mạch phần ứng thì điện áp U = U
đm
và từ thông
φ
hay
dòng kích từ I
kt
= I
ktđm
được giữ không đổi và ta chỉ điều chỉnh R
f
trong
mạch phần ứng. Khi điều chỉnh điện trở phần ứng thì tốc độ không tải lý
tưởng là không đổi
0
U
K
ω =
φ
= const , độ cứng đặc tính cơ thay đổi
2
u f
(K )
R R

f3
M

(N)
M
dm
0
R
f3
R
f2
R
f1
TN
ω
ο
Hình 2.3 Đặc tính cơ của động cơ một chiều khi thay đổi điện trở
phần ứng
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng có
một số đặc điểm sau:
-Điện trở mạch phần ứng càng tăng độ dốc đặc tính càng lớn và tốc độ
càng giảm, phương pháp này chỉ điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức
do chỉ có thể tăng điện trở phần ứng.
-Tổn hao công suất của hệ lớn do nhiệt phát sinh trên điện trở khi điều
chỉnh
-Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số mô men tải, tải càng lớn thì dải điều
chỉnh càng lớn.
-Điều chỉnh theo phương pháp này thường chỉ điều chỉnh theo cấp bằng
cách đóng cắt các cấp điện trở phụ dùng tiếp điểm congtactor.
2.2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông