Luận văn Khoa Học ĐỘC QUYỀN: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt theo nguyên lý cơ hóa

Dịch vụ thành lập Thay đổi Giấy phép kinh doanh cty Việt Nam cty vốn FDI Tuyển Cộng tác viên (CK 15% gói Dịch vụ) 0899315716 HƯỚNG DẪN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG1.Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Trường là cơ sở để hội đồng đánh giá kết quả nghiên cứu của đề tài. Báo cáo phải phản ánh đầy đủ nội dung, kết quả thực hiện đề tài. Báo cáo phải đóng thành quyển.2.Hình thứcTrình bày theo khổ giấy A4 (210x297mm), không quá 80 trang (không tính mục lục, tài liệu tham khảo và phụ lục), font chữ Times New Roman, cỡ chữ 13, giãn dòng 1,3 1,5.3.Cấu trúc của báo cáo tổng kết đề tài1.Trang bìa, trang bìa phụ (theo mẫu)2.Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối hợp chính3.Mục lục4.Danh mục bảng biểu, danh mục các chữ viết tắt (nếu có)5.Thông tin kết quả nghiên cứu (theo mẫu)6.Mở đầu: Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước; tính cấp thiết; mục tiêu; cách tiếp cận; phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, nội dung nghiên cứu7.Các Chương 1, 2, 3,..: Các kết quả nghiên cứu đạt được8.Kết luận và kiến nghị9.Tài liệu tham khảo (tên tác giả được xếp theo thứ tự abc)10.Phụ lục (nếu có)11.Bản sao Thuyết minh đề tài đã được phê duyệt THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨUĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG(dùng cho Báo cáo tổng kết đề tài)1.Thông tin chung: Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt theo nguyên lý cơ hóaMã số: Chủ nhiệm đề tài: Điện thoại: Email: Đơn vị quản lý về chuyên môn (Khoa, Tổ bộ môn): Cơ KhíThời gian thực hiện: 12 tháng2.Mục tiêu: Thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt3.Nội dung chính:Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch hạt mài đến độ bóng bề mặt chi tiết gia côngXây dựng bản vẽ thiết kếChế tạo máy mài bóng bề mặtGia công thực nghiệm trên máy mài.4.Kết quả chính đạt được (khoa học, đào tạo, kinh tếxã hội, ứng dụng, ...)Giáo dục và đào tạo:+ Mở ra một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực gia công mài bóng bề mặt trong sản xuất nói chung và Đại học Công Nghiệp TP.HCM nói riêng.+ Đào tạo sinh viên chuyên ngành theo hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ mài và mở ra một hướng nghiên cứu mới cho sinh viên trong lĩnh vực gia công siêu chính xác.+ Sản phẩm thiết bị được đưa vào phục vụ nghiên cứu và giảng dạy cho sinh viên.Địa chỉ ứng dụng kết quả nghiên cứu:+Phòng thí nghiệm gia công siêu chính xác ở trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học và triển khai sản xuất.+ Các công ty, xưởng cơ khí yêu cầu gia công mài bóng siêu chính xác bề mặt chi tiết. TÓM TẮTNgày nay, các lĩnh vực điện tử, vật liệu bán dẫn, cơ khí chính xác, thiết bị quang học và thiên văn học đã và đang phát triển rất nhanh chóng. Các lĩnh vực này đã tạo nên nhu cầu rất lớn cho ngành gia công mài bóng bề mặt. Bề mặt các chi tiết trong các lĩnh vực này yêu cầu cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác hình dáng. Thêm vào đó, chi phí của quá trình gia công này vẫn còn khá cao và tương đối phức tạp.Trong điều kiện kinh tế và kỹ thuật của Việt Nam, việc trang bị các thiết bị gia công mài bóng bề mặt từ nước ngoài sẽ rất tốn kém và hạn chế về nghiên cứu. Do vậy, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt là rất cần thiết và mang lại hiệu quả kinh tế.Kết quả nghiên cứu này cung cấp một công nghệ gia công mài bóng bề mặt chi tiết, và có thể ứng dụng trực tiếp vào công tác giảng dạy, nghiên cứu, học tập của sinh viên và trong sản xuất. Dựa trên thiết bị này sẽ mở ra hướng nghiên cứu gia công ứng dụng cho các sản phẩm công nghệ cao. Đồng thời tạo ra thiết bị để phục vụ nghiên cứu và giảng dạy trong lĩnh vực gia công siêu chính xác. ABSTRACTToday, the field of electronics, semiconductor materials, precision engineering, optical devices, and astronomers have been developing very rapidly. The fields have created a huge demand for industrial polishing surface. The finishing surface in this field requires high quality surface and high precision shape. In addition, the cost of machining process is still so high and complexible.In terms of economic and technical of Vietnam, the polishing machine which is import from abroad can be very expensive and limited research. Therefore, the study design and manufacturing polishing machine is very necessary and effective economy.The results of this study provide a polishing technology to machining surface of workpieces, and can be applied directly to teaching, researching, learning and production. Based on this equipment will open up the research about applied machining for high – technical products. At the same time to create the equipment for researching and teaching in the field of ultraprecision machining. MỤC LỤC CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU11.1Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước11.1.1Tình hình nghiên cứu trong nước11.1.2Tình hình nghiên cứu ngoài nước11.2Tính cấp thiết của đề tài21.3.Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu21.4.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu21.5.Phương pháp nghiên cứu3CHƯƠNG II: ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH MÀI42.1.Nguyên lý của quá trình mài42.2.Ảnh hưởng của hạt mài đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công52.2.1.Các loại hạt mài52.2.1.1.Silicon carbide (SiC)52.2.1.2.Nhôm ôxít (Al2O3)62.2.1.3.Boron carbide (B4C)72.2.1.4.Kim cương (C)82.2.2.Ảnh hưởng của các loại hạt mài đến chất lượng bề mặt gia công9CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY MÀI BÓNG BỀ MẶT..................................................................................................................................... 113.1Nguyên lý làm việc và yêu cầu kỹ thuật của máy113.1.1Nguyên lý làm việc của máy113.1.2Yêu cầu kỹ thuật của máy113.1.3Phương án thiết kế của máy123.2Tính toán thiết kế máy mài123.2.1Tính toán chọn động cơ123.2.2Thiết kế trục chính của máy mài17CHƯƠNG IV: THẾT KẾ CỤM ĐIỀU KHIỂN284.1.Các bộ phận của hệ thống điều khiển máy mài284.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận284.2.1.FX1N – PLC284.2.2.Biến tần (A024)324.2.2.1Các loại biến tần cơ bản324.2.2.2Biến tần MITSUBISHI A02433CHƯƠNG V: LẮP RÁP, VẬN HÀNH VÀ GIA CÔNG THỬ NGHIỆM395.1. Bản vẽ tháo lắp máy395.2Thao tác tháo lắp máy395.2.1Lắp máy395.2.2Tháo máy405.3Thông số kỹ thuật của máy và so sánh với một số máy trên thị trường415.3.1Thông số kỹ thuật của máy415.3.2So sánh máy mài Politech – 01 với một số máy trên thị trường425.3.2.1Máy mài Kemet 15 ( xuất xứ: Anh)425.3.2.2Máy mài HBPM802 ( xuất xứ: Trung Quốc)435.4Gia công thử nghiệm445.4.1Máy và dụng cụ đo445.4.2Dung dịch hạt mài455.4.3Chi tiết gia công455.4.4Thông số của quá trình gia công465.5Kết quả thực nghiệm465.6Kết luận48CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ506.1.Kết luận506.2.Kiến nghị50TÀI LIỆU THAM KHẢO52PHỤ LỤC54 CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU1.1Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước1.1.1Tình hình nghiên cứu trong nướcTrước đây, quá trình gia công tinh bề mặt được chế tạo thông qua phương pháp gia công truyền thống như tiện, phay và kết thúc bằng mài tinh. Quá trình này yêu cầu một lượng thời gian gia công lớn nên năng suất hạn chế. Bên cạnh đó, chất lượng bề mặt sau gia công chỉ ở một giới hạn nhất định là vài micromet.Ngày nay có nhiều nghiên cứu trong nước về lĩnh vực mài bóng bề mặt. Các nghiên cứu này sử dụng kỹ thuật mài bóng bề mặt bằng đá mài và chủ yếu tập trung vào phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ, lực cắt của đá mài đến chất lượng bề mặt gia công. Trong đó, nghiên cứu của Phùng Xuân Sơn tập trung nghiên cứu đến ảnh hưởng của chế độ cắt đến rung động và độ nhám bề mặt của quá trình mài phẳng bằng đá mài 1, nghiên cứu của Nguyễn Tiến Đông thì liên quan đến ảnh hưởng cùa chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến chất lượng bề mặt chi tiết khi mài thép C45 bằng đá mài xẻ rãnh 2, nghiên cứu của Ngộ Cường thì chủ yếu về so sánh khả năng cắt gọt theo chỉ tiêu lực cắt của đá mài CBN với đá mài AL2O3 khi mài tinh thép 3. Còn nghiên cứu ứng dụng kết hợp cơ – hoá trong mài bóng bề mặt với độ chính xác cao vẫn chưa được nghiên cứu chuyên sâu.1.1.2Tình hình nghiên cứu ngoài nướcVới sự ra đời và phát triển của các lĩnh vực điện tử, vật liệu bán dẫn, quang học và thiên văn học đã đặt ra yêu cầu các chi tiết sử dụng trong thiết bị này phải đạt độ chính xác cao về hình dáng và chất lượng bề mặt. Đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới về việc nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công 48. Các nghiên cứu này dựa trên các phương pháp gia công như: CCOS (Computer Controlled Optical Surfacing): gia công thấu kính quang học với sự trợ giúp của máy tính; ELID (Electrolytic In Process Dressing), MRF (Magnetorheological Finishing): quá trình gia công được điều khiển bởi điện cực; Laser polishing: mài bằng tia lazer; CMP (Chemical Mechanial Polishing): mài bóng bề mặt dưới tác dụng hoá – cơ học;…Các phương pháp này đòi hỏi độ chính xác cao của thiết bị và điều khiển, do đó chi phí thiết bị tương đối cao.1.2Tính cấp thiết của đề tàiNgày nay, các lĩnh vực điện tử, vật liệu bán dẫn; cơ khí chính xác, thiết bị quang học và thiên văn học đã và đang phát triển rất nhanh chóng. Các lĩnh vực này đã tạo nên nhu cầu rất lớn cho ngành gia công mài bóng bề mặt. Điều này đặt ra cho lĩnh vực gia công mài bóng bề mặt là phải đáp ứng yêu cầu cao về chất lượng bề mặt và độ chính xác hình dạng của chi tiết sau gia công. Do đó, nhu cầu xã hội là rất lớn nhưng cũng đòi hỏi cao về yêu cầu chất lượng. Tuy nhiên, chi phí gia công vẫn còn khá cao và đòi hỏi quy trình gia công phức tạp.Trong điều kiện kinh tế và kỹ thuật của Việt Nam, việc ứng dụng và trang bị các thiết bị gia công mài bóng bề mặt từ nước ngoài sẽ rất tốn kém và hạn chế về nghiên cứu. Do vậy, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt là rất cần thiết và mang lại hiệu quả kinh tế cao.Chính vì thế, việc định hướng nghiên cứu đề tài này là cấp bách, với kết quả nghiên cứu đã và sẽ đạt được, chắc chắn sẽ tìm ra công nghệ gia công mài bóng bề mặt hợp lý, ứng dụng được trực tiếp vào công tác giảng dạy, nghiên cứu, học tập của sinh viên và trong sản xuất thực tế. Dựa trên thiết bị này, sẽ tạo nền tảng và mở ra hướng nghiên cứu phát triển ứng dụng cho các sản phẩm công nghệ sau này. Đồng thời tạo ra thiết bị để phục vụ nghiên cứu và học tập của sinh viên về lĩnh vực gia công siêu chính xác.1.3.Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứuMục tiêu và nhiệm vụ của đề tài là thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt theo nguyên lý cơ – hóa.1.4.Đối tượng và phạm vi nghiên cứuĐối tượng nghiên cứu của đề tài là thiết kế và chế tạo máy mài bóng bề mặt dựa trên phân tích ảnh hưởng của các điều kiện gia công đến chất lượng bề mặt chi tiết.Phạm vi nghiên cứu: đề tài thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch hạt mài đến chất lượng bề mặt gia công, trên cơ sở đó xây dựng bản vẽ thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh máy mài bóng bề mặt. 1.5.Phương pháp nghiên cứuNghiên cứu phân tích lý thuyết: dựa trên các nghiên cứu trong và ngoài nước để làm cơ sở lý luận khi tiến hành thực hiện đề tài.Nghiên cứu thực nghiệm: dựa trên máy mài bóng được chế tạo và lắp ráp hoàn thiện sẽ tiến hành gia công thử nghiệm đánh giá chất lượng của máy. CHƯƠNG II: ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH MÀI2.1.Nguyên lý của quá trình màiQuá trình mài bóng bề mặt chi tiết được thực hiện bằng cách kết hợp chuyển động tương quan của đĩa mài, chi tiết và dung dịch hạt mài. Khi đĩa mài quay tròn thì ma sát làm cho chi tiết cũng chuyển động quay tròn theo đĩa mài. Vòng dẫn hướng trên máy mài có nhiệm vụ giữ chi tiết không bị tách rời khỏi đĩa mài do lực ly tâm gây ra. Dung dịch hạt mài được cung cấp vào vùng tiếp xúc giữa đĩa mài và bề mặt chi tiết cần gia công để thực hiện quá trình gia công. Tùy thuộc vào sự thay đổi các thông số của quá trình gia công như tốc độ quay của đĩa mài, tải trọng tác dụng, kích thước và nồng độ dung dịch hạt mài sẽ ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công. Tải trọng Dung dịch hạt mài Vòng dẫn hướng Chi tiết Đĩa mài Hình 2.1: nguyên lý hoạt động của quá trình mài.Trong quá trình mài, dung dịch hạt mài được cung cấp vào bề mặt đĩa mài với lưu lượng điều chỉnh được. Khi đĩa mài quay thì dung dịch hạt mài di chuyển cùng với đĩa mài để tiến hành cắt gọt bề mặt chi tiết. Dung dịch hạt mài bao gồm các hạt mài có hình dáng và lưỡi cắt vô định hình pha trộn với chất lỏng để đạt nồng độ thích hợp. Nồng độ của dung dịch hạt mài và kích thước hạt mài sẽ tác động đến chất lượng bề mặt gia công. Các loại hạt mài có thể sử dụng trong quá trình gia công như ôxít nhôm (Al2O3), ôxít sắt (Fe2O3), boron carbide (B4C), silicon carbide (SiC), ôxít cerium (CeO2), hoặc bột kim cương. Hình 2 mô tả quá trình chuyển động của hạt mài trong gia công chi tiết. Vòng dẫn hướng Chi tiết Dung dịch hạt màiĐĩa mài Hình 2.2 : Quá trình chuyển động của hạt mài trong gia côngNgoài yếu tố dung dịch hạt mài ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công thì tải trọng, loại đĩa mài, tốc độ quay của đĩa mài cũng ảnh hưởng đến chất lượng của bề mặt chi tiết khi gia công.2.2.Ảnh hưởng của hạt mài đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công2.2.1.Các loại hạt màiCó nhiều loại hạt mài được lựa chọn trong quá trình gia công. Lựa chọn hạt mài tùy thuộc vào độ cứng của chi tiết cần gia công, chất lượng bề mặt cần mong muốn, tốc độ cắt khi gia công, tuổi thọ chi tiết và chi phí gia công. Có 4 loại hạt mài cơ bản được sử dụng trong gia công mài thô và đánh bóng bề mặt như: silicon carbide (SiC), nhôm ôxít (Al2O3), boron carbide (B4C) và kim cương (C). Các hạt mài này có đặc tính riêng biệt và được ứng dụng trong gia công các loại vật liệu khác nhau.2.2.1.1.Silicon carbide (SiC)Silicon carbide là hợp chất hóa học giữa carbon và silicon. Ban đầu nó được sản xuất bằng phản ứng điện hóa ở nhiệt độ cao của cát và carbon. Silicon carbide là một loại hạt mài tốt và được sử dụng để chế tạo đá mài hoặc làm các dung dịch hạt mài trong gia công.Silicon carbide tồn tại trong khoảng 250 dạng tinh thể 9. Cấu trúc tinh thể của SiC được đặc trưng bởi nhóm họ của cấu trúc tinh thể tương tự nhau gọi là thù hình tinh thể. Các biến thể của SiC có hợp chất hóa học tương tự nhau và giống nhau ở hai kích thước và khác nhau ở kích thước thứ ba.Alpha carbide silicon (αSiC) là cấu trúc thường gặp nhất; nó được hình thành ở nhiệt độ lớn hơn 1700°C và có cấu trúc tinh thể hình lục giác. Dạng cấu trúc hiệu chỉnh khác của SiC là beta carbide silicon (βSiC), có cấu trúc tinh thể chấm kẽm (tương tự như kim cương), được hình thành ở nhiệt độ dưới 1.700°C 10. Cho đến gần đây, hình thức phiên bản beta tương đối ít sử dụng trong thương mại.Hình 2.3: Silicon carbide (SiC)Silicon carbit nhìn chung có độ cứng tương đối (khoảng 28GPa) và cấu trúc tinh thể dạng khối cho nên thường được sử dụng để mài thô. SiC ít khi được sử dụng để gia công tinh (đánh bóng bề mặt) hoặc gia công tinh các bề mặt yêu cầu độ nhẵn bóng cao.2.2.1.2.Nhôm ôxít (Al2O3)Nhôm ôxít là hợp chất giữa nhôm và oxy với công thức hóa học là Al2O3. Nhôm ôxít có nhiều dạng, thông thường được sử dụng là nhôm (3) ôxít. Nó thường tồn tại ở dạng tinh thể αAl2O3, trong đó bao gồm các khoáng chất corundum, giống như trong cấu trúc hình thành các loại đá quý ruby và sapphire. Al2O3 được sử dụng trong việc sản xuất nhôm kim loại, được dùng làm hạt mài do độ cứng cao của nó, và dùng làm vật liệu chịu lửa do có nhiệt độ nóng chảy cao 11.Hình 2.4: Nhôm ôxít (Al2O3)Nhôm ôxít có độ cứng tương đối (khoảng 23GPa) và có cấu trúc góc cạnh nên thường được sử dụng gia công tinh hoặc đánh bóng các bề mặt chi tiết. Al2O3 tương đối rẻ tiền nên được sử dụng rộng rãi.2.2.1.3.Boron carbide (B4C)Boron carbide (công thức hóa học B4C) là một vật liệu gốmcarbon boron rất cứng được sử dụng trong áo giáp xe tăng, áo khoác chống đạn, bột mài 12, cũng như rất nhiều các ứng dụng công nghiệp. Với độ cứng Mohs khoảng 9.497, nó là một trong những vật liệu cứng nhất được biết đến chỉ sau khối boron nitride và kim cương 13.Boron carbide có độ cứng cao nhất trong các loại hạt mài (ngoại trừ kim cương) và cấu trúc tinh thể khối đa cạnh (hình 2.5a). Trong gia công mài, hạt mài B4C được sử dụng để gia công thô và tinh bề mặt chi tiết. Do có cấu trúc tinh thể khối đa cạnh và cứng nên khả năng cắt gọt kim loại rất nhanh và thường được sử dụng để tăng tốc độ cắt gọt kim loại với chất lượng bề mặt tương đối. Hình 2.5a: Cấu trúc tinh thể của B4CHình 2.5b: Boron carbide (B4C)2.2.1.4.Kim cương (C)Kim cương dùng trong quá trình gia công mài được biết đến là bột kim cương. Kim cương là vật liệu cứng nhất được biết đến, có cấu trúc tinh thể góc cạnh và sắc bén. Kim cương là loại hạt mài hữu ích nhất trong quá trình gia công tinh và đánh bóng bề mặt chi tiết. Kim cương có thể gia công bề mặt chi tiết đạt độ nhẵn bóng rất cao kết hợp với khả năng cắt gọt kim loại vượt trội so với các loại hạt mài khác.Kim cương trong gia công mài có thể sử dụng dạng bột hoặc dạng dung dịch kim cương được pha sẵn theo từng kích thước của hạt. Hình 2.6a: Kim cương dạng bộtHình 2.6b: Kim cương dạng pha sẵn2.2.2.Ảnh hưởng của các loại hạt mài đến chất lượng bề mặt gia côngKích thước hạt mài, dung dịch hạt mài khác nhau sẽ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công. Kích thước hạt mài càng nhỏ thì chất lượng bề mặt càng tăng lên. Trong gia công các vật liệu có độ cứng cao thì kết quả độ nhám bề mặt tốt nhất khi dùng dung dịch hạt mài bằng kim cương, so với việc dùng các dung dịch hạt mài khác như nhôm ôxít (Al2O3), boron carbit (B4C), silicon carbit (SiC). Nguyên nhân là do các hạt mài kim cương có khả năng chống lại sự biến dạng cao hơn so với các loại hạt mài khác. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY MÀI BÓNG BỀ MẶT3.1Nguyên lý làm việc và yêu cầu kỹ thuật của máy3.1.1Nguyên lý làm việc của máyQuá trình mài bóng bề mặt chi tiết được thực hiện bằng cách kết hợp chuyển động tương quan của đĩa mài, chi tiết và dung dịch hạt mài. Khi đĩa mài quay tròn thì ma sát làm cho chi tiết cũng chuyển động quay tròn theo đĩa mài. Vòng dẫn hướng trên máy mài có nhiệm vụ giữ chi tiết không bị tách rời khỏi đĩa mài do lực ly tâm gây ra. Dung dịch hạt mài được cung cấp vào vùng tiếp xúc giữa đĩa mài và bề mặt chi tiết cần gia công để thực hiện quá trình gia công. Tải trọng Dung dịch hạt mài Vòng dẫn hướng Chi tiết Đĩa mài Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động của quá trình mài.3.1.2Yêu cầu kỹ thuật của máyDựa vào nguyên lý làm việc của máy sẽ xác định yêu cầu kỹ thuật và khả năng gia công của máy như sau:+ Đường kính lớn nhất của chi tiết có thể gia công: ϕ100 mm+ Số vòng quay nhỏ nhất và lớn nhất của đĩa mài : 20 – 300 vòngphút.+ Đường kính lớn nhất của đĩa mài: Dmax = 300 mm+ Tải trọng lớn nhất tác động lên đĩa mài: P = 80N.+ Khi đĩa làm việc, dưới tác dụng của tải trọng va đập nhẹ thì đĩa mài quay cân bằng, ít rung động. 3.1.3Phương án thiết kế của máyCăn cứ vào yêu cầu kỹ thuật và điều kiện làm việc đã xây dựng nên phương án thiết kế như sau:3.2Tính toán thiết kế máy mài3.2.1Tính toán chọn động cơĐể chọn được thông số động cơ phù hợp, ta cần tính toán momentt do tải trọng động và tải trọng tĩnh gây ra trên trục động cơ.Thông số thiết kế ban đầu:+ Số vòng quay nhỏ nhất và lớn nhất của đĩa mài : 20 – 300 vòngphút.+ Bán kính tính toán: r = 120 mm+ Khối lượng của đĩa mài: mđĩa = 12,5 kg+ Khối lượng của trục: mtrục = 1,74 kg+ Khối lượng bánh đai: mđai = 0,37 kg+ Khối lượng dây đai: mdây = 0,22 kg+ Tải trọng lớn nhất tác động lên đĩa mài: P = 80N, mtải = 8kg Fms Bánh đai Bánh đai 1 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý tính chọn động cơ.Tổng moment tác động lên trục động cơTổng moment tác động lên động cơ (T) bao gồm moment do tải trọng động (Tđ ) và moment do tải trọng tĩnh (Tt)T = Tđ + TtTđ: Tổng moment do tải trọng động tác động.Tt: Tổng moment do tải trọng tĩnh tác động.Moment xoắn do tải trọng động tác động lên trục động cơMoment xoắn do tải trọng động tác động lên trục động cơ bao gồm các moment quán tính của: Tải trọng, trục đĩa, trục truyền và bộ truyền đai. Ta bỏ qua moment quán tính do các ổ lăn tác động.+ Moment xoắn do tải trọng động được tính theo công thức:Tđ = JeJe : Tổng moment quán tính tác động lên trục động cơ Trong đó: Je  Jtai  Jtruci2 Jdai  Jm Jtải: Moment quán tính của tải tác động lên động cơMoment quán tính của tải tác động lên động cơ gồm moment quán tính của đĩa quay (Jđĩa) và moment quán tính của tải trọng khi đặt lệch tâm (Jlt). Với khối lượng tải tối đa (mtải = 8kg), khối lượng đĩa quay (mđĩa= 12,5 kg) và bán kính khảo sát lớn nhất (r = 120mm). Jtải = Jđĩa + JltJđĩa : Moment quán tính của đĩa tác động lên động cơJ 1 .m .r2  1 .12, 5.(150.103)2  140, 6.103 Kg.m2 dia2dia dia2Jlt : Moment quán tính của tải trọng đặt lệch tâm tác động lên động cơJlt = mtải.r2 = 8.(120.103)2 =115,2 Kg.m2Do đó moment quán tính của tải tác động lên động cơ sẽ làJtải = Jđĩa + Jlt = 140,6.103 + 115,2.103 = 0,26 Kg.m2Jđai: Moment quán tính của bộ truyền đaiĐể tính moment quán tính của bộ truyền đai ta quan tâm đến moment quán tính của bánh đai chủ động (Jđai1), moment quán tính của bánh đai bị động (Jđai2) và moment quán tính của sợi dây đai (Jđai3).Moment quán tính của bánh chủ động (Jđai1) được tính J 1 .m .r2 1 .0, 37.(50.103 )2  0, 46.103 Kg.m2 dai12dai1 dai12 Moment quán tính của bánh bị động (Jđai2) ta xét tới ảnh hưởng của tỉ số truyền (i= 1) và hiệu suất của bộ truyền đai (), vì 2 bánh đai được thiết kế giống nhau do đó moment quán tính của bánh bị động được tính 1 J0, 46.103 32 Jdai 2 dai1  0, 48.10 Kg.m i2  dai 0, 95 Moment quán tính của sợi dây đai (Jđai3) ta xét ảnh hưởng của khối lượng dây đai (mdây = 0,22 kg), gia tốc trọng trường (g= 9,8 ms2) và đường kính bánh đai (dđai= 100 mm) m d2 0, 22.(100.103 )2 Jdaydai  0, 06.103 Kg.m2 dai3 g.  2  9,8.0, 95.4 dai Do đó moment quán tính của bộ truyền đai sẽ làJđai = Jđai 1 + Jđai2 + Jđai3 = 0,46.103 + 0,48.103 + 0,06.103 = 1.103 Kg.m2Jtrục: Moment quán tính của trục đĩaJ 1 .m.r2  1 .1, 74.(25.103)2  0, 54.103 Kg.m2 truc2truc truc2Jm : Moment quán tính của trục động cơ Chọn sơ bộ từ động cơ TECO 80M được: Jm= 5.103 Kg.m2i : Tỉ số truyền hộp giảm tốcBộ truyền đai được thiết kế với tỉ số truyền 1:1Do đó moment quán tính tác dụng lên trục động cơ là: J  Jtai  Jtruc ei2 Jdai  Jm Je  0, 26  0, 54.10312 1.103  5.10 3  0, 266 kg.m2 ε : Gia tốc góc trên trục động cơ (rads2)  tTrong đó:t: Thời gian ổn định của máy, ta chọn sơ bộ là 2 giâyω: Vận tốc góc của trục tác dụng lên động cơ  2 .n  2.3,14.300  31, 4 rads 60Vậy gia tốc góc trên trục động cơ:    31, 4  15, 7 radst2Vậy moment xoắn do tải trọng động tác động lên trục động cơ:Tđ = Je = 0,266.15,7 = 4,17 N.mMoment xoắn của tải trọng tĩnh tác động lên trục động cơMoment xoắn do tải trọng tĩnh tác động lên trục động cơ ta chỉ xét moment ma sát (Tms) do lực ma sát (Fms) sinh ra khi khởi động máy.Tt = Tms = Fms.l= µ.P.lP: Lực của tải trọng tác dụng lên đĩaTa chọn tải trọng lớn nhất là: 80 Nl : Khoảng cách đặt lựcTa chọn bán kính lớn nhất mà máy khảo sát được: 120 mmµ: Hệ số ma sát Ta chọn sơ bộ hệ số ma sát là: 0,3Vậy moment xoắn của tải trọng tĩnh tác động lên trục động cơ là:Tt= µ.P.l= 80.0,3.120= 2880 N.mmTừ moment xoắn do tải trọng động và tĩnh tác động lên trục tính được bên trên, ta tính được moment tác động lên động cơ:T1 = Tđ+ Tt = 4,17 + 2,88 = 7,05 N.mĐề đảm bảo an toàn trong tính toán, ta nhân hệ số an toàn là 2 khi đó: T1= 7,05.2 = 14,1 N.mChọn động cơCông suất tính toán (Ptt) trên trục động cơ: Jtt T.n 9,55.106  14,1.103.3009,55.106  0, 44 kW Tra catalogue ta chọn động cơ: TECO 80MCông suất (P1)kWVận tốc quayvpMoment xoắnkgf.m0,5513900,385Phân phối tỉ số truyềnCông suất trên trục đĩa (P2) bị giảm do hiệu suất của bộ truyền đai và ổ lănP2= P1.ηđai.η 2= 0,55.0,95.0,992= 0,512 kWVới:Hiệu suất của 1 bộ truyền đai: ηđai = 0,95Hiệu suất 1 cặp ổ lăn: ηol = 0,99 Moment xoắn tại trục động cơ được tính:P .9,55.1060,55.9,55.106T1  1 17508 N.mmn300Moment xoắn tại trục lắp đĩa được tính:P .9,55.1060,512.9,55.106T2  2 16299 N.mmn300 Bảng phân phối tỉ số truyền:TrụcThông sốIIICông suất P (kW)0,550,512Tỉ số truyền i1Số vòng quay n (vphút)300300Moment xoắn (N.mm)17508162993.2.2Thiết kế trục chính của máy màiCác số liệu ban đầuXác định giá trị các lực trên bánh đai bị dẫn Lực vòng : F  2T2d2  2.16299  326 N100 Lực hướng tâm: F  2F sin  1   2.(1, 2.F ).sin  1  r0 2 t 2 F  2.(1, 2.326) sin  180   782, 4 Nr 2 Chọn vật liệu: thép C45 tôi cải thiệnGiới hạn bền: σb = 750 (MPa) bảng 17.4 14Ứng suất uốn cho phép: σu = 63MPa bảng10.1 14 Ứng suất xoắn cho phép: τ = (10 15) MPaTính toán thiết kế+ Đường kính trục sơ bộĐường kính trục sơ bộ được xác định theo công thức:d0 (mm)Trong đó:T2: moment xoắn trên trục (N.mm)Ứng suất xoắn cho phép: τ = (10 15) MPa Vậy đường kính trục sơ bộ là:d0  17, 57 mmTheo tiêu chuẩn chọn: d = 18 mm+ Tính toán kiểm tra bền trụcTính phản lực tại các gối đỡMOZ XGọi M là moment do tải trọng đặt lệch tâm gây ra, với P(N) và r(mm) lần lượt là tải trọng và bán kính khảo sát, ta có:M = P. r= 80.120= 9600 N.mmGọi Mms là moment ma sát sinh ra trong quá trình khảo sát, ta chọn như phần tính toán chọn động cơ (Mms= 2880 N.mm)Gọi T2 là moment xoắn do động cơ tác động lên trục, ta chọn từ bảng phân phối tỉ số truyền: T2= 16299 NFr là lực hướng tâm ( Fr= 782,4 N)R1, R2 lần lượt là phản lực tại các gối đỡ dưới (B) và trên (C). Các khoảng cách gối đỡ được chọn như hình vẽ trên.+ Trong mặt phẳng zOyƩMB= Fr.110 +R2.202.5 M = 0  R2  M  Fr .110  9600  782, 4.110  377, 6 N202, 5202, 5 + Theo trục y R1 + R2 – Fr = 0R1 = Fr – R2 = 782,4 – (377,6) = 1160 N+ Biểu đồ nội lựcFr R2Mms ABCT2R1 DMOZ X 110 202.5 42.5 Qy (N)Mx (N.mm) 782,4+ 9600 377,6 Tx (N.mm) 86064 16299 + Tính đường kính tại các vị trí nguy hiểm+ Tại AMoment tương đương tại A (MtdA) được tính theo công thức: MtdA  (N.mm) Trong đó:MAx là moment tại A theo phương x (N.mm)Ttrục là moment xoắn trục lắp đĩa (N.mm) MtdA  = 0  0, 75.162992 =14115,3 (N.mm) Đường kính trục tại A được tính theo công thức: d A   13,1mm Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: dA = 20 mm+ Tại BMoment tương đương tại B (MtdB) được tính theo công thức: MtdB  (N.mm) Trong đó:MBx là moment tại B theo phương x (N.mm)Ttrục là moment xoắn trục lắp đĩa (N.mm) MtdB  = 868402  0, 75.162992 =87979,7 (N.mm) Đường kính trục tại B được tính theo công thức: dB   24,1mm Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: dB = 30 mm+ Tại CMoment tương đương tại C (MtdC) được tính theo công thức: MtdC  (N.mm) Trong đó:MCx là moment tại C theo phương x (N.mm)Ttrục là moment xoắn trục lắp đĩa (N.mm) MtdC  = 96002  0, 75.162992 =17070,5 (N.mm) Đường kính trục tại C được tính theo công thức: dC   13, 94 mm Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: dC = 40 mm+ Tại DMoment tương đương tại D (MtdD) được tính theo công thức: MtdD  (N.mm) Trong đó:MDx là moment tại D theo phương x (N.mm)Ttrục là moment xoắn trục lắp đĩa (N.mm) MtdD  = 96002  0, 75.162992 =17070,5 (N.mm) Đường kính trục tại D được tính theo công thức: dD   13, 94 mm Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: dD = 45 mm•Các đường kính còn lại ta chọn như hình vẽ dưới đây:Kiểm nghiệm bền trục theo hệ số an toàn Các hệ số cần thiết+ Vật liệu làm trục là thép C45 tôi cải thiện+ Giới hạn bền: σb = 750 Mpa+ Giới hạn mỏi của vật liệuσ1 = 0,5.σb = 375 MPa10.2114τ1 = 0,25.σb = 187,5 MPa10.2114 + Hệ số xét đến ảnh hưởng tập trung tải trọng tra bảng 10.8 14Kσ = 2,05Kτ= 1,9+ Hệ số tăng bền bề mặt: β = 1,7 tra bảng 10.4 14+ Hệ số xét đến ảnh hưởng ứng suất trung bìnhψσ = 0,05 và ψτ = 0H.2.914+ Hệ số kích thước. Bảng 10.3 14εσ= 0,91 và ετ = 0,89Đối với trục truyền, hệ số an toàn được xác định theo công thức s s .s  s 10.1614 Với các hệ số:Hệ số an toàn s = 1,5 2,5Hệ số an toàn ứng suất uốn: s   1K . a  . 10.1914 Hệ số an toàn ứng suất xoắn:  .s  1 10.2014 K . a  . .Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi chu kì đối xứng.  a   max  W (MPa) 10.2214 σm = 0Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều      max = T (MPa) 10.2314 22.W0Với moment cản xoắn .d 33 W0  16(mm ) 10.2514 Từ các công thức và số liệu trên ta tính toán kiểm bền trục theo hệ số an toàn:+ Tại BTa có, moment cản xoắn .d 3 .3033 W0  16 = 16 = 5298,75 mm Moment cản uốn W .d 3333W =0,1.d =0,1.30 = 2700 mm 32Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng   M = 86064 =31,87 (MPa) amaxW 2700 Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều      max = T= 16299 =1,54 (MPa) 22.W0 2.5298, 75 Hệ số an toàn ứng suất uốn: s   1K . a  . 3752, 05.31,87  0, 05.0  8,88 m .0, 91.1, 7Hệ số an toàn ứng suất xoắn: s   1K . a  . 187,51,9.1,54  0.1,54  96,95 m .0,89.1, 7Thay vào ta được: s s .s 8,88.96, 95  8,84  s  (1, 5  2, 5) Do đó tại B thỏa mãn độ bền tiếp xúc. + Tại CTa có, moment cản xoắn .d 3 .4033 W0  16 = 16 = 12560 mm Moment cản uốn W .d 3333W =0,1.d =0,1.40 = 6400 mm 32Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng   M = 9600 =1,5 (MPa) amaxW 6400 Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều      max = T =16299 =0,65 (MPa) 22.W0 2.12560 Hệ số an toàn ứng suất uốn: s   1K . a  . 3752, 05.1,5  0, 05.0  188, 65 m .0, 91.1, 7Hệ số an toàn ứng suất xoắn: s   1K . a  . 187,51,9.0, 65  0.0, 65  229, 71 m .0,89.1, 7Thay vào ta được: s s .s 188, 65.229, 71  145, 78  s  (1, 5  2, 5) Do đó tại C thỏa mãn độ bền tiếp xúc.+ Tại DTa có, moment cản xoắn  .453 .4533 W0 16 == 17883,28 mm 16 Moment cản uốn W .d 3333W =0,1.d =0,1.45 = 9112,5 mm 32Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng  a   max  M =W 96009112, 5 =1,05 (MPa) Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều      max = T= 16299 =0,46 (MPa) 22.W0 2.17883, 28 Hệ số an toàn ứng suất uốn: s   1K . a  . 3752, 05.1, 05  0, 05.0  269, 51 m .0, 91.1, 7Hệ số an toàn ứng suất xoắn: s   1K . a  . 187, 51,9.0, 46  0.0, 46  324, 58 m .0,89.1, 7Thay vào ta được: s s .s 269, 51.324, 58  207, 35  s  (1, 5  2, 5) Do đó tại D thỏa mãn độ bền tiếp xúc.Kiểm nghiệm trục theo độ bền tĩnhĐể đề phòng trục bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc gãy đột ngột, ta cần kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh. td      0,8.ch 10.2814 Ứng suất uốn (σ)   MW (MPa) Ứng suất xoắn (τ) + Tại B   T W0 (MPa) 10.2414 Ứng suất uốn  M = 86064 =31,87 (MPa)W2700Ứng suất xoắn   T W0 = 162995298, 75 =3,07 (MPa) Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh td   32,31     0,8.ch  288(MPa) Do đó tại B thỏa mãn độ bền tĩnh.+ Tại CỨng suất uốn  M = 9600 =1,5 (MPa)W6400Ứng suất xoắn   T W0 = 16299 =1,3 (MPa)12560 Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh td   2, 7     0,8.ch  288(MPa) Do đó tại C thỏa mãn độ bền tĩnh.+ Tại D Ứng suất uốn  M = 9600 =1,05 (MPa) W9112, 5Ứng suất xoắn   T W0 = 1629917883, 28 =0,91 (MPa) Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh td  1,89     0,8.ch  288(MPa) Do đó tại D thỏa mãn độ bền tĩnh. CHƯƠNG IV: THẾT KẾ CỤM ĐIỀU KHIỂN4.1.Các bộ phận của hệ thống điều khiển máy màiHệ thống điều khiển của máy có chức năng nhận thông số gia công từ màn hình điều khiển. Tùy theo điều kiện gia công khác nhau sẽ nhập thông số gia công cho máy. Hệ thống điều khiển của máy bao gồm các bộ phận cơ bản như sau:+ PLC+ Biến tần+ Card giao tiếp+ Màn hình hiển thị HMI4.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận4.2.1.FX1N PLCFX1N PLC thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng 1460 IO. Tuy nhiên, khi sử dụng các module vào ra mở rộng, FX1N có thể tăng cường số lượng IO lên tới 128 IO. FX1N được tăng cường khả năng truyền thông, nối mạng, cho phép tham gia trong nhiều cấu trúc mạng khác nhau như Ethernet, ProfileBus, CCLink, CanOpen, DeviceNet,… FX1N có thể làm việc với các module analog, các bộ điều khiển nhiệt độ. Đặc biệt, FX1N PLC được tăng cường chức năng điều khiển vị trí với 6 bộ đếm tốc độ cao (tần số tối đa 60kHz), hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tối đa là 100kHz. Điều này cho phép các bộ điều khiển lập trình thuộc dòng FX1N PLC có thể cùng một lúc điều khiển một cách độc lập hai động cơ servo hay tham gia các bài toán điều khiển vị trí (điều khiển hai toạ độ độc lập).Nhìn chung, dòng FX1N PLC thích hợp cho các ứng dụng dùng trong công nghiệp chế biến gỗ, trong các hệ thống điều khiển cửa, hệ thống máy nâng, thang máy, sản xuất xe hơi, hệ thống điều hoà không khí trong các nhà kính, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống điều khiển máy dệt,… + Đặc tính kỹ thuật:MỤCĐẶC ĐIỂMGHI CHÚXử lý chương trìnhThực hiện quét chương trình tuần hoànPhương pháp xử lývàora (IO)Cập nhật ở đầu và cuối chu kìquét (khi lệnh END thi hành)Có lệnh làm tươi ngõraThời gian xử lý lệnhĐối với các lệnh cơ bản: 0,55 ¸ 0,7µsĐối với các lệnh ứng dụng: 3,7 ¸ khoảng 100 µsNgôn ngữ lập trìnhNgôn ngữ Ladder và InstructionCó thể tạo chương trìnhloại SFCDung lượng chương trình8000 bước EEPROMCó thể chọn tùy ý bộ nhớ (như FX1NEEPROM8L)Số lệnhSố lệnh cơ bản: 27 Số lệnh Ladder: 2Số lệnh ứng dụng: 89Có tối đa 177 lệnh ứng dụng được thi hànhCấu hình VàoRa (IO)Phần cứng có tối đa 128 ngõ VàoRa, tùy thuộc vào người sử dụng chọn(Phần mềm có tối đa 128 đầu vào, 128 đầu ra)Rơ le phụ trợ (M)ThôngthườngSố lượng: 384Từ M0 ¸ M383ChốtSố lượng: 1152Từ M384 ¸ M1535Đặc biệtSố lượng: 256Từ M8000 ¸ M8255Rơ le trạngthái (S)ChốtSố lượng: 1000Từ S0 ¸ S999Khởi tạoSố lượng: 10 (tập con)Từ S0 ¸ S9Bộ định thì Timer (T)100 miligiâyKhoảng định thì: 0 ¸ 3276,7 giâySố lượng: 200Từ T0 ¸ T19910 miligiâyKhoảng định thì: 0 ¸ 327,67 giâySố lượng: 46Từ T200 ¸ T2451 mili giâyduy trìKhoảng định thì: 0 ¸ 32,767 giâySố lượng: 4T246 ¸ T249100 miligiây duy trìKhoảng định thì: 0 ¸ 3276,7 giâySố lượng: 6T250 ¸ T255Bộ đếm (C)Thôngthường 16 bitKhoảng đếm: 1 đến 32767Số lượng: 16Từ C0 ¸ C15Loại: bộ đếm lên 16 bitChốt 16 bitSố lượng: 184Từ C16 ¸ C199Loại: bộ đếm lên 16 bitThôngthường 32 bitKhoảng đếm: 2.147.483.648đến 2.147.483.647Số lượng: 20Từ C200 ¸ C219Loại: bộ đếm lênxuống 32 bitChốt 32 bitKhoảng đếm: 2.147.483.648Từ C220 ¸ C234 đến 2.147.483.647Số lượng: 15Loại: bộ đếmlênxuống 32 bitBộ đếm tốc độ cao (HSC)1 phaKhoảng đếm: 2.147.483.648đến 2.147.483.6471 pha: Tối đa 60kHz cho phần cứng của HSC (C235, C236, C246) Tối đa 10kHz cho phần mềm của HSC (C237 ¸ C245, C247 ¸ C250)2 pha: Tối đa 30kHz cho phần cứng của HSC (C251) Tối đa 5kHz cho phần mềmcủa HSC (C252 ¸ C255)Từ C235 ¸ C2401 pha hoạt động bằng ngõ vàoTừ C241 ¸ C2452 phaTừ C246 ¸ C250Pha ABTừ C251 ¸ C255Thanh ghi dữ liệu (D)Thông thườngSố lượng: 128Từ D0 ¸ D127Loại: cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho thiết bị 32 bitChốtSố lượng: 7872Từ D128 ¸ D7999Loại: cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho thiết bị 32 bitTập tinSố lượng: 7000Từ D1000 ¸ D7999Loại: thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bitĐược điều chỉnh bên ngoàiTrong khoảng: 0 ¸ 255Số lượng: 2Dữ liệu chuyển từ biến trở điều chỉnh điện áp đặt ngoài vào thanh ghiD8030 và D8031Đặc biệtSố lượng: 256 (kể cả D8030, D8031)Từ D8000 ¸ D8255Loại: thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bitChỉ mụcSố lượng: 16Từ V0 ¸ V7 và Z0 ¸ Z7 Loại: thanh ghi dữ liệu16 bitCon trỏ (P)Dùng vớilệnh CALLSố lượng: 128Từ P0 ¸ P127Dùng với các ngắtSố lượng: 6100˜ đến 150˜ (kích cạnh lên ˜=1, kích cạnhxuống ˜=0)Số mứcDùng vớiSố lượng: 8Từ N0 ¸ N7 lồng nhau(N)lệnhMCMCRHằng sốThập phân(K)16 bit: 32768 đến 3276732 bit: 2.147.483.648 đến 2.147.483.647Thập lụcphân (H)16 bit: 0000 đến FFFF32 bit: 00000000 đến FFFFFFFF+ Các loại FX1N:Nguồn AC, đầu vào 24 VDCFX1NTổng các ngõVào RaNgõ vàoNgõ raKích thước(Dài × Rộng × Cao)(mm)SốlượngLoạiSốlượngLoạiFX1N14MRESUL148Sink Source6Rơ le90 × 75 × 90FX1N14MTESSULTransistor(Source)FX1N24MRESUL2414Sink Source10Rơ le90 × 75 × 90FX1N24MTESSULTransistor(Source)FX1N40MRESUL4024Sink Source16Rơ le130 × 75 × 90FX1N40MTESSULTransistor(Source)FX1N60MRESUL6036Sink Source24Rơ le175 × 75 × 90FX1N60MTESSULTransistor(Source)FX1N14MRDS148Sink Source6Rơ le90 × 75 × 90FX1N14MTDSSTransistor(Source)FX1N24MRDS2414Sink Source10Rơ le90 × 75 × 90FX1N24MTDSSTransistor(Source)FX1N40MRDS4024Sink Source16Rơ le130 × 75 × 90FX1N40MTDSSTransistor(Source) FX1N60MRDS6036Sink Source24Rơ le175 × 75 × 90FX1N60MTDSSTransistor(Source)4.2.2.Biến tần (A024)4.2.2.1Các loại biến tần cơ bảnTrên thị trường này nay có 3 loại biến tần cơ bản :Truyền động VHz (mạch hở).Truyền động Vector không cảm biến (mạch hở).Truyền động Vector có phản hồi (Mạch kín).Hai loại đầu tiên được gọi là mạch hở do chúng cung cấp điện cho động cơ, nhưng không có cách nào xác minh rằng các động cơ thực sự đang chạy ở tốc độ mong muốn. Điều này chấp nhận được cho các ứng dụng không yêu cầu điều khiển vị trí chính xác hoặc điều chỉnh tốc độ lớn.Loại cuối cùng là thiết bị mạch kín có nghĩa là nó có khả năng chấp nhận tín hiệu từ thiết bị phản hồi giám sát tốc độ hoặc vị trí động cơ.•Một số loại biến tần có trên thị trường :Hình 4.1 : Biến tần HITACHIHình 4.2 : Biến tần DELTAHình 4.3 : Biến tần SIEMENSHình 4.4 : Biến tần MITSHUBISHI 4.2.2.2Biến tần MITSUBISHI A024Mục tiêu sử dụng Biến tần MITSUBISHI A024 :Điều chỉnh tốc độ của động cơ theo ý muốn.Điều chỉnh công suất của đông cơ cho phù hợp với tải.Tiết kiệm năng lượng.Điều chỉnh dòng điện và moment xoắn của động cơ cho phù hợp với tải.Hiệu suất chuyển đổi nguồn của bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại. Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống.+ Các loại tải nên sử dụng biến tần để tiết kiệm điện.Phụ tải có moment thay đổi (điều hòa trung tâm, bơm cấp nước, bơm quạt mát,…).Động cơ luôn chạy non tải mà không thể thay động cơ được thì phải lắp thêm biến tần.Ngành Giấy – Bao bì (máy xéo giấy, Máy cắt…), ngành Dệt – Sợi – Nhuộm, ngành Nước và Nước Thải, Thang máy – cần trục).+ Nguyên lý hoạt động:Nguyên lý cơ bản làm việc của toàn bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành 1 nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0,96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. + Các ngõ kết nối trong biến tần MITSUBISHI A024Hình 4.5: Các ngõ kết nối trong biến tần MITSUBISHI A0244.2.3.Màn hìn HMI+ Các loại màn hình HMI.Màn hình hay còn được gọi là HMI (Human Mechine Interface) được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Màn hình gồm nhiều chủng loại khác nhau của các hãng như Mitsubishi, Siemen, Omron, Delta,…Mỗi hãng sản xuất đều có một số tính năng như bộ lập trình bằng tay, giám sát quá trình sản xuất, truy cập các thông số, dữ liệu cài đặt……Ngoài các tính năng trên màn hình HMI còn có thể cho nhiều tính năng khác như đồ họa để mô phỏng các thiết bị trong quá trình sản xuất giúp người vận hành các thiếtbị có cái nhìn trực quan hơn về hệ thống sản xuất, giúp họ dễ thao tác kiểm tra hệ thống nhanh và hiệu quả hơn.Một số loại màn hình HMI của hãng Mitsubishi:Loại FX10DU đến FX50DU.Loại GOTF900 series (handy và Touch Sceen). Loại F940GOTLWDE.Loại A800 Series.Loại GOT1000 Series.Màn hình GOT kết nối với PLCHình 4.6 Màn hình GOT kết nối với PLCHình ảnh một số loại màn hình HMI của hãng MitsubishiHình 4.7Hình 4.8HMI MITSUBISHI A985GOTTBAEUHMI Mitsubishi GT1020LBD2Màn hình F940GOTLWDE là loại màn hình tuy phần giao diện không lớn nhưng chủng loại màn hình này được tích hợp nhiều chức năng rất mạnh. Ta có thể sử dụng loại màn hình này để tạo các hình ảnh đồ họa giúp ta có cái nhìn trực quan hơn về hệ thống.Bên cạnh cái nhìn trực quan về hệ thống thì những hình ảnh đó còn cho phép ta điều khiển và giám sát hệ thống một cách linh hoạt và dễ dàng. Loại màn hình này cho phép tới 500 trang màn hình ứng dụng, điều này giúp người sử dụng có thể giám sát hệ thống sản xuất phức tạp. Bên cạnh đó màn hình còn có chức năng như một bộ lập trình bằng tay giúp người sử dụng có thể trực tiếp lập trình cho bộ điều khiển PLC mà không cần phải sử dụng đến máy tính… Hình 4.9: Màn hình HMI F940GOTLWDEHình 4.10: Kích thước màn hình HMI F940GOTLWDELoại màn hình F940GOT có hai loại :+ F940GOTSWDE: 5.7 STN type LCD (with eight colors)+ F940GOTLWDE: 5.7 STN type LCD (with black and white)+ Chi tiết kỹ thuật.HMI Mitsubishi F940GOTLWDEĐiện áp nguồn cung cấp: 24 VDCLoại màn hình: 5.7”, monochrome STN LCDMàn hình hiển thị: 2 màu (trắngđen)Độ phân giải: 320 x 240Bộ nhớ: 512KB

ĐẶC TRƯNG CỦA QUÁ TRÌNH MÀI

Nguyên lý của quá trình mài

Quá trình mài bóng bề mặt chi tiết được thực hiện thông qua sự kết hợp chuyển động của đĩa mài, chi tiết và dung dịch hạt mài Khi đĩa mài quay, ma sát làm cho chi tiết cũng quay theo Vòng dẫn hướng giữ cho chi tiết không bị tách khỏi đĩa mài do lực ly tâm Dung dịch hạt mài được cung cấp vào khu vực tiếp xúc giữa đĩa và bề mặt chi tiết để gia công Các thông số như tốc độ quay của đĩa, tải trọng, kích thước và nồng độ dung dịch hạt mài có ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng bề mặt gia công.

Tải trọng Dung dịch hạt mài

Hình 2.1: nguyên lý hoạt động của quá trình mài.

Trong quá trình mài, dung dịch hạt mài được cung cấp vào bề mặt đĩa mài với lưu lượng điều chỉnh, giúp cắt gọt bề mặt chi tiết khi đĩa mài quay Dung dịch này bao gồm các hạt mài có hình dáng và lưỡi cắt vô định hình, pha trộn với chất lỏng để đạt nồng độ tối ưu Nồng độ và kích thước hạt mài ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt gia công Các loại hạt mài phổ biến như ôxít nhôm (Al2O3), ôxít sắt (Fe2O3), boron carbide (B4C), silicon carbide (SiC), ôxít cerium (CeO2) và bột kim cương được sử dụng trong quá trình này Hình 2 minh họa quá trình chuyển động của hạt mài trong gia công chi tiết.

Chi tiết Dung dịch hạt mài Đĩa mài

Hình 2.2 : Quá trình chuyển động của hạt mài trong gia công

Chất lượng bề mặt gia công không chỉ bị ảnh hưởng bởi dung dịch hạt mài mà còn bởi tải trọng, loại đĩa mài và tốc độ quay của đĩa mài Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được bề mặt chi tiết hoàn hảo trong quá trình gia công.

Ảnh hưởng của hạt mài đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công

Trong quá trình gia công, việc lựa chọn hạt mài rất quan trọng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ cứng của chi tiết, chất lượng bề mặt mong muốn, tốc độ cắt, tuổi thọ chi tiết và chi phí Có bốn loại hạt mài cơ bản được sử dụng, bao gồm silicon carbide (SiC), nhôm ôxít (Al2O3), boron carbide (B4C) và kim cương (C) Mỗi loại hạt mài này có những đặc tính riêng biệt và được ứng dụng cho các loại vật liệu khác nhau trong gia công mài thô và đánh bóng bề mặt.

Silicon carbide là hợp chất hóa học được hình thành từ carbon và silicon, được sản xuất thông qua phản ứng điện hóa ở nhiệt độ cao giữa cát và carbon Với tính chất là một loại hạt mài chất lượng cao, silicon carbide thường được sử dụng trong việc chế tạo đá mài và các dung dịch hạt mài trong quy trình gia công.

Silicon carbide (SiC) có khoảng 250 dạng tinh thể khác nhau, được phân loại theo nhóm thù hình tinh thể Cấu trúc tinh thể của SiC có các biến thể hóa học tương tự, giống nhau ở hai kích thước và khác nhau ở kích thước thứ ba.

Alpha carbide silicon (α-SiC) là dạng phổ biến nhất, được hình thành ở nhiệt độ trên 1700°C với cấu trúc tinh thể hình lục giác Ngược lại, beta carbide silicon (β-SiC) có cấu trúc tinh thể chấm kẽm giống kim cương và được hình thành ở nhiệt độ dưới 1700°C Đến gần đây, β-SiC vẫn ít được sử dụng trong thương mại.

Silicon carbide (SiC) có độ cứng khoảng 28GPa và cấu trúc tinh thể khối, thường được sử dụng trong mài thô Tuy nhiên, SiC ít được áp dụng cho gia công tinh hoặc đánh bóng bề mặt cần độ nhẵn bóng cao.

Nhôm ôxít (Al2O3) là hợp chất giữa nhôm và oxy, thường tồn tại dưới dạng tinh thể α-Al2O3 và có mặt trong các khoáng chất như corundum, tạo nên đá quý ruby và sapphire Hợp chất này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất nhôm kim loại, làm hạt mài nhờ độ cứng cao, và làm vật liệu chịu lửa do khả năng chịu nhiệt tốt với nhiệt độ nóng chảy cao.

Nhôm ôxít (Al2O3) có độ cứng khoảng 23GPa và cấu trúc góc cạnh, làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho gia công tinh và đánh bóng bề mặt chi tiết Với giá thành tương đối rẻ, nhôm ôxít được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

Boron carbide (B4C) là một vật liệu gốm-carbon boron cực kỳ cứng, được ứng dụng rộng rãi trong áo giáp xe tăng, áo khoác chống đạn và bột mài Với độ cứng Mohs khoảng 9.497, boron carbide đứng thứ hai chỉ sau boron nitride và kim cương, cho thấy tính chất vượt trội của nó trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.

Boron carbide (B4C) là loại hạt mài có độ cứng cao nhất sau kim cương, với cấu trúc tinh thể khối đa cạnh Trong quá trình gia công mài, B4C được sử dụng cho cả gia công thô và tinh bề mặt chi tiết, nhờ vào khả năng cắt gọt kim loại nhanh chóng Sự kết hợp giữa cấu trúc tinh thể và độ cứng giúp tăng tốc độ cắt gọt kim loại, đồng thời đảm bảo chất lượng bề mặt tương đối tốt.

Hình 2.5a: Cấu trúc tinh thể của B4C

Kim cương, được biết đến dưới dạng bột kim cương trong quá trình gia công mài, là vật liệu cứng nhất với cấu trúc tinh thể sắc bén Đây là loại hạt mài hiệu quả nhất cho việc gia công tinh và đánh bóng bề mặt chi tiết, giúp đạt độ nhẵn bóng cao và khả năng cắt gọt kim loại vượt trội so với các loại hạt mài khác Kim cương có thể được sử dụng dưới dạng bột hoặc dung dịch pha sẵn, tùy thuộc vào kích thước hạt cần thiết cho quy trình gia công.

Hình 2.6a: Kim cương dạng bột

Hình 2.6b: Kim cương dạng pha sẵn

2.2.2 Ảnh hưởng của các loại hạt mài đến chất lượng bề mặt gia công

Kích thước và loại dung dịch hạt mài có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bề mặt gia công Khi kích thước hạt mài nhỏ hơn, chất lượng bề mặt sẽ được cải thiện rõ rệt.

Trong gia công vật liệu cứng, việc sử dụng dung dịch hạt mài kim cương mang lại độ nhám bề mặt tốt nhất so với các hạt mài khác như nhôm ôxít (Al2O3), boron carbit (B4C) và silicon carbit (SiC) Điều này là do các hạt mài kim cương có khả năng chống biến dạng vượt trội, giúp cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY MÀI BÓNG BỀ MẶT

Nguyên lý làm việc và yêu cầu kỹ thuật của máy

3.1.1 Nguyên lý làm việc của máy

Quá trình mài bóng bề mặt chi tiết diễn ra thông qua sự kết hợp của chuyển động giữa đĩa mài, chi tiết và dung dịch hạt mài Khi đĩa mài quay, ma sát khiến chi tiết cũng quay theo, trong khi vòng dẫn hướng giữ cho chi tiết không bị tách ra do lực ly tâm Dung dịch hạt mài được cung cấp vào khu vực tiếp xúc giữa đĩa mài và bề mặt chi tiết để thực hiện quá trình gia công hiệu quả.

Tải trọng Dung dịch hạt mài

Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động của quá trình mài.

3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật của máy

Dựa vào nguyên lý làm việc của máy sẽ xác định yêu cầu kỹ thuật và khả năng gia công của máy như sau:

+ Đường kính lớn nhất của chi tiết có thể gia công: ϕ100 mm

+ Số vòng quay nhỏ nhất và lớn nhất của đĩa mài : 20 – 300 vòng/phút.

+ Đường kính lớn nhất của đĩa mài: Dmax = 300 mm

+ Tải trọng lớn nhất tác động lên đĩa mài: P = 80N.

+ Khi đĩa làm việc, dưới tác dụng của tải trọng va đập nhẹ thì đĩa mài quay cân bằng, ít rung động.

3.1.3 Phương án thiết kế của máy

Căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật và điều kiện làm việc đã xây dựng nên phương án thiết kế như sau:

Tính toán thiết kế máy mài

3.2.1 Tính toán chọn động cơ Để chọn được thông số động cơ phù hợp, ta cần tính toán momentt do tải trọng động và tải trọng tĩnh gây ra trên trục động cơ.

Thông số thiết kế ban đầu:

+ Số vòng quay nhỏ nhất và lớn nhất của đĩa mài : 20 – 300 vòng/phút.

+ Bán kính tính toán: r = 120 mm

+ Khối lượng của đĩa mài: mđĩa = 12,5 kg

+ Khối lượng của trục: mtrục = 1,74 kg

+ Khối lượng bánh đai: mđai = 0,37 kg

+ Khối lượng dây đai: mdây = 0,22 kg

+ Tải trọng lớn nhất tác động lên đĩa mài: P = 80N, mtải = 8kg

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý tính chọn động cơ.

 Tổng moment tác động lên trục động cơ

Tổng moment tác động lên động cơ (T) bao gồm moment do tải trọng động (T đ ) và moment do tải trọng tĩnh (T t )

T đ : Tổng moment do tải trọng động tác động.

T t: Tổng moment do tải trọng tĩnh tác động.

 Moment xoắn do tải trọng động tác động lên trục động cơ

Moment xoắn do tải trọng động tác động lên trục động cơ bao gồm các moment quán tính từ tải trọng, trục đĩa, trục truyền và bộ truyền đai, trong khi moment quán tính do các ổ lăn tác động được bỏ qua.

+ Moment xoắn do tải trọng động được tính theo công thức:

J e : Tổng moment quán tính tác động lên trục động cơ

J tải : Moment quán tính của tải tác động lên động cơ

Moment quán tính của tải tác động lên động cơ bao gồm moment quán tính của đĩa quay (J đĩa) và moment quán tính của tải trọng khi đặt lệch tâm (J lt) Với khối lượng tải tối đa là 8kg và khối lượng đĩa quay là 12,5kg, bán kính khảo sát lớn nhất được xác định là 120mm.

J đĩa : Moment quán tính của đĩa tác động lên động cơ

J lt : Moment quán tính của tải trọng đặt lệch tâm tác động lên động cơ

Do đó moment quán tính của tải tác động lên động cơ sẽ là

Moment quán tính của bộ truyền đai được xác định bởi ba yếu tố chính: moment quán tính của bánh đai chủ động (J đai1), moment quán tính của bánh đai bị động (J đai2) và moment quán tính của sợi dây đai (J đai3).

Moment quán tính của bánh chủ động (J đai1 ) được tính

Moment quán tính của bánh bị động (J đai2) chịu ảnh hưởng của tỉ số truyền (i=1) và hiệu suất của bộ truyền đai Do hai bánh đai được thiết kế giống nhau, nên moment quán tính của bánh bị động được tính toán dựa trên các yếu tố này.

Moment quán tính của sợi dây đai (J đai3 ) ta xét ảnh hưởng của khối lượng dây đai (m dây = 0,22 kg), gia tốc trọng trường (g= 9,8 m/s 2 ) và đường kính bánh đai (d đai =

J = dai day = = 0, 06.10 −3 Kg.m 2 dai3 g.η  2  9,8.0, 95.4 dai  

Do đó moment quán tính của bộ truyền đai sẽ là

J đai = J đai 1 + J đai2 + J đai3 = 0,46.10 -3 + 0,48.10 -3 + 0,06.10 -3 = 1.10 -3 Kg.m 2

J trục : Moment quán tính của trục đĩa

J m : Moment quán tính của trục động cơ

Chọn sơ bộ từ động cơ TECO 80M được: J m = 5.10 -3 Kg.m 2 i : Tỉ số truyền hộp giảm tốc

Bộ truyền đai được thiết kế với tỉ số truyền 1:1

Do đó moment quán tính tác dụng lên trục động cơ là:

−3 = 0, 266 kg.m 2 ε : Gia tốc góc trên trục động cơ (rad/s 2 ) ε = ω t

Trong đó: t: Thời gian ổn định của máy, ta chọn sơ bộ là 2 giây ω: Vận tốc góc của trục tác dụng lên động cơ ω = 2π.n = 2.3,14.300

= 31, 4 rad/s 60 Vậy gia tốc góc trên trục động cơ: ε = ω

Vậy moment xoắn do tải trọng động tác động lên trục động cơ:

 Moment xoắn của tải trọng tĩnh tác động lên trục động cơ

Moment xoắn do tải trọng tĩnh tác động lên trục động cơ chủ yếu liên quan đến moment ma sát (T ms), được tạo ra bởi lực ma sát (F ms) trong quá trình khởi động máy.

P: Lực của tải trọng tác dụng lên đĩa

- Ta chọn tải trọng lớn nhất là: 80 N l : Khoảng cách đặt lực

- Ta chọn bán kính lớn nhất mà máy khảo sát được: 120 mm à: Hệ số ma sỏt

- Ta chọn sơ bộ hệ số ma sát là: 0,3

Vậy moment xoắn của tải trọng tĩnh tác động lên trục động cơ là:

Từ moment xoắn do tải trọng động và tĩnh tác động lên trục tính được bên trên, ta tính được moment tác động lên động cơ:

T 1 = T đ + T t = 4,17 + 2,88 = 7,05 N.m Đề đảm bảo an toàn trong tính toán, ta nhân hệ số an toàn là 2 khi đó:

Công suất tính toán (P tt ) trên trục động cơ:

Tra catalogue ta chọn động cơ: TECO 80M

 Phân phối tỉ số truyền

Công suất trên trục đĩa (P 2 ) bị giảm do hiệu suất của bộ truyền đai và ổ lăn

- Hiệu suất của 1 bộ truyền đai: ηđai = 0,95

- Hiệu suất 1 cặp ổ lăn: ηol = 0,99 Moment xoắn tại trục động cơ được tính:

Moment xoắn tại trục lắp đĩa được tính:

Bảng phân phối tỉ số truyền:

3.2.2 Thiết kế trục chính của máy mài

 Các số liệu ban đầu

Xác định giá trị các lực trên bánh đai bị dẫn

  Chọn vật liệu: thép C45 tôi cải thiện

Giới hạn bền: σb = 750 (MPa) bảng 17.4 [14] Ứng suất uốn cho phép: [σu] = 63MPa bảng10.1 [14] Ứng suất xoắn cho phép: [τ] = (10 - 15) MPa

+ Đường kính trục sơ bộ Đường kính trục sơ bộ được xác định theo công thức: d 0 = (mm)

T 2: moment xoắn trên trục (N.mm) Ứng suất xoắn cho phép: [τ] = (10 - 15) MPa t

Vậy đường kính trục sơ bộ là: d 0 = = = 17, 57 mm

Theo tiêu chuẩn chọn: d = 18 mm

+ Tính toán kiểm tra bền trục

Tính phản lực tại các gối đỡ

Gọi M là moment do tải trọng đặt lệch tâm gây ra, với P(N) và r(mm) lần lượt là tải trọng và bán kính khảo sát, ta có:

Gọi M ms là moment ma sát sinh ra trong quá trình khảo sát, ta chọn như phần tính toán chọn động cơ (M ms = 2880 N.mm)

Gọi T 2 là moment xoắn do động cơ tác động lên trục, ta chọn từ bảng phân phối tỉ số truyền: T 2 = 16299 N

R 1 , R 2 lần lượt là phản lực tại các gối đỡ dưới (B) và trên (C).

Các khoảng cách gối đỡ được chọn như hình vẽ trên.

+ Trong mặt phẳng zOy ƩMB= Fr.110 +R 2 202.5 - M = 0

+ Tính đường kính tại các vị trí nguy hiểm

Moment tương đương tại A (M tdA ) được tính theo công thức:

- M Ax là moment tại A theo phương x (N.mm)

- T trục là moment xoắn trục lắp đĩa

M tdA = = 0 + 0, 75.16299 2 115,3 (N.mm) Đường kính trục tại A được tính theo công thức: d A ≥

Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: d A = 20 mm

Moment tương đương tại B (M tdB ) được tính theo công thức:

- M Bx là moment tại B theo phương x (N.mm)

- T trục là moment xoắn trục lắp đĩa (N.mm)

(N.mm) Đường kính trục tại B được tính theo công thức: d B ≥

Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: d B = 30 mm

Moment tương đương tại C (M tdC ) được tính theo công thức:

- M Cx là moment tại C theo phương x (N.mm)

- T trục là moment xoắn trục lắp đĩa (N.mm)

(N.mm) Đường kính trục tại C được tính theo công thức:

Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: d C = 40 mm

Moment tương đương tại D (M tdD ) được tính theo công thức:

- M Dx là moment tại D theo phương x (N.mm)

- T trục là moment xoắn trục lắp đĩa (N.mm)

(N.mm) Đường kính trục tại D được tính theo công thức: d D ≥

Chọn đường kính theo tiêu chuẩn và phù hợp với thiết kế: d D = 45 mm

• Các đường kính còn lại ta chọn như hình vẽ dưới đây:

 Kiểm nghiệm bền trục theo hệ số an toàn

- Các hệ số cần thiết

+ Vật liệu làm trục là thép C45 tôi cải thiện

+ Giới hạn mỏi của vật liệu ỉ 45 ỉ 55 ỉ 40 ỉ 38 ỉ 30 ỉ 24 ỉ 22 ỉ

+ Hệ số xét đến ảnh hưởng tập trung tải trọng tra bảng 10.8 [14]

+ Hệ số tăng bền bề mặt: β = 1,7 tra bảng 10.4 [14]

+ Hệ số xét đến ảnh hưởng ứng suất trung bình ψσ= 0,05 và ψτ= 0 H.2.9[14]

+ Hệ số kích thước Bảng 10.3 [14] εσ= 0,91 và ετ= 0,89 Đối với trục truyền, hệ số an toàn được xác định theo công thức s = s σ

Hệ số an toàn ứng suất uốn: s σ = σ

Hệ số an toàn ứng suất xoắn: εσ.β s = τ −1 10.20[14] τ K τ τ a

Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi chu kì đối xứng. σ a = σ max W

(MPa) 10.22[14] σm = 0 Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều τ = τ

 Từ các công thức và số liệu trên ta tính toán kiểm bền trục theo hệ số an toàn:

Ta có, moment cản xoắn π.d 3 π.30 3 3

Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng σ = σ = M

W 2700 Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều τ = τ

Hệ số an toàn ứng suất uốn: s σ = σ −1

Hệ số an toàn ứng suất xoắn: s τ = τ − 1

Do đó tại B thỏa mãn độ bền tiếp xúc. s2  s2  188, 652  229, 712

Ta có, moment cản xoắn π.d 3 π.40 3 3

Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng σ = σ = M

W 6400 Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều τ = τ

Hệ số an toàn ứng suất uốn: s σ = σ −1

Hệ số an toàn ứng suất xoắn: s τ = τ − 1

Do đó tại C thỏa mãn độ bền tiếp xúc. a m

Ta có, moment cản xoắn π.45 3 π.45 3 3

Do trục quay nên ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng σ a = σ max = M

=1,05 (MPa) Ứng suất xoắn thay đổi khi trục quay một chiều τ = τ

Hệ số an toàn ứng suất uốn: s σ = σ −1

Hệ số an toàn ứng suất xoắn: s τ = τ

Do đó tại D thỏa mãn độ bền tiếp xúc.

Kiểm nghiệm trục theo độ bền tĩnh là cần thiết để ngăn ngừa biến dạng dẻo quá mức hoặc gãy đột ngột Công thức tính độ bền tĩnh được xác định là σ td ≤ [σ] = 0,8 σ ch.

- Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh σ td = = 32,31 ≤ [ σ ]

Do đó tại B thỏa mãn độ bền tĩnh.

- Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh σ td = = 2, 7 ≤ [ σ ]

Do đó tại C thỏa mãn độ bền tĩnh. q t q t

- Kiểm nghiệm theo độ bền tĩnh σ td

Do đó tại D thỏa mãn độ bền tĩnh. q t

THẾT KẾ CỤM ĐIỀU KHIỂN

Các bộ phận của hệ thống điều khiển máy mài

Hệ thống điều khiển của máy có nhiệm vụ nhận thông số gia công từ màn hình điều khiển, cho phép nhập các thông số khác nhau tùy thuộc vào điều kiện gia công Các bộ phận cơ bản của hệ thống điều khiển bao gồm nhiều thành phần quan trọng.

+ Màn hình hiển thị HMI

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận

FX1N PLC là giải pháp lý tưởng cho các bài toán điều khiển với 14-60 I/O, có khả năng mở rộng lên tới 128 I/O khi sử dụng module mở rộng Thiết bị này hỗ trợ nhiều cấu trúc mạng như Ethernet, ProfileBus, CC-Link, CanOpen và DeviceNet, đồng thời tương thích với các module analog và bộ điều khiển nhiệt độ Đặc biệt, FX1N PLC được trang bị chức năng điều khiển vị trí với 6 bộ đếm tốc độ cao (tần số tối đa 60kHz) và hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tối đa 100kHz, cho phép điều khiển độc lập hai động cơ servo hoặc thực hiện các bài toán điều khiển vị trí với hai toạ độ khác nhau.

Dòng FX1N PLC là lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp chế biến gỗ, bao gồm hệ thống điều khiển cửa, máy nâng, thang máy, sản xuất ô tô, hệ thống điều hòa không khí trong nhà kính, xử lý nước thải và điều khiển máy dệt.

MỤC ĐẶC ĐIỂM GHI CHÚ

Xử lý chương trình Thực hiện quét chương trình tuần hoàn

Phương pháp xử lý vào/ra (I/O)

Cập nhật ở đầu và cuối chu kì quét (khi lệnh END thi hành)

Có lệnh làm tươi ngõ ra

Thời gian xử lý lệnh Đối với cỏc lệnh cơ bản: 0,55 á 0,7às Đối với cỏc lệnh ứng dụng: 3,7 á khoảng 100 às

Ngôn ngữ lập trình Ngôn ngữ Ladder và Instruction Có thể tạo chương trình loại SFC

Dung lượng chương trình 8000 bước EEPROM

Có thể chọn tùy ý bộ nhớ (như FX1N- EEPROM-8L)

Có tối đa 177 lệnh ứng dụng được thi hành

Phần cứng có tối đa 128 ngõ Vào/Ra, tùy thuộc vào người sử dụng chọn (Phần mềm có tối đa 128 đầu vào, 128 đầu ra)

Thông thường Số lượng: 384 Từ M0 á M383

Chốt Số lượng: 1152 Từ M384 á M1535 Đặc biệt Số lượng: 256 Từ M8000 á M8255

Khởi tạo Số lượng: 10 (tập con) Từ S0 á S9

Từ C0 á C15 Loại: bộ đếm lên 16 bit

Chốt 16 bit Số lượng: 184 Từ C16 á C199

Loại: bộ đếm lên 16 bit Thông thường 32 bit

Từ C200 á C219Loại: bộ đếm lên/xuống 32 bitChốt 32 bit Khoảng đếm: -2.147.483.648 Từ C220 á C234 đến 2.147.483.647

Loại: bộ đếm lên/xuống 32 bit

Bộ đếm tốc độ cao

1 pha: - Tối đa 60kHz cho phần cứng của HSC (C235, C236, C246)

- Tối đa 10kHz cho phần mềm của HSC (C237 á C245, C247 á C250)

2 pha: - Tối đa 30kHz cho phần cứng của HSC (C251)

- Tối đa 5kHz cho phần mềm của HSC (C252 á C255)

1 pha hoạt động bằng ngõ vào

Từ D0 á D127 Loại: cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho thiết bị 32 bit

Từ D128 á D7999 Loại: cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho thiết bị 32 bit Tập tin Số lượng: 7000

Từ D1000 á D7999 Loại: thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit Được điều chỉnh bên ngoài

Dữ liệu chuyển từ biến trở điều chỉnh điện áp đặt ngoài vào thanh ghi D8030 và D8031 Đặc biệt Số lượng: 256 (kể cả D8030,

Từ D8000 á D8255 Loại: thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit Chỉ mục Số lượng: 16

Từ V0 á V7 và Z0 á Z7 Loại: thanh ghi dữ liệu

Dùng với lệnh CALL Số lượng: 128 Từ P0 á P127

Dùng với các ngắt Số lượng: 6

100˜ đến 150˜ (kích cạnh lên ˜=1, kích cạnh xuống ˜=0)

Số mức Dựng với Số lượng: 8 Từ N0 á N7 lồng nhau

32 bit: -2.147.483.648 đến 2.147.483.647 Thập lục phân (H)

Nguồn AC, đầu vào 24 VDC

Ngõ vào Ngõ ra Kích thước

Số lượng Loại Số lượng Loại

FX1N-14MT-ESS/UL Transistor

FX1N-24MT-ESS/UL Transistor

FX1N-40MT-ESS/UL Transistor

FX1N-60MT-ESS/UL Transistor

4.2.2.1 Các loại biến tần cơ bản

Trên thị trường này nay có 3 loại biến tần cơ bản :

- Truyền động V/Hz (mạch hở).

- Truyền động Vector không cảm biến (mạch hở).

- Truyền động Vector có phản hồi (Mạch kín).

Hai loại đầu tiên là mạch hở, cung cấp điện cho động cơ nhưng không cho phép xác minh tốc độ thực tế của động cơ Điều này phù hợp cho các ứng dụng không cần điều khiển vị trí chính xác hoặc điều chỉnh tốc độ lớn.

Thiết bị mạch kín có khả năng nhận tín hiệu từ thiết bị phản hồi, giúp giám sát tốc độ hoặc vị trí động cơ hiệu quả.

•Một số loại biến tần có trên thị trường :

Hình 4.1 : Biến tần HITACHI Hình 4.2 : Biến tần DELTA

Hình 4.3 : Biến tần SIEMENS Hình 4.4 : Biến tần MITSHUBISHI

Mục tiêu sử dụng Biến tần MITSUBISHI A024 :

- Điều chỉnh tốc độ của động cơ theo ý muốn.

- Điều chỉnh công suất của đông cơ cho phù hợp với tải.

- Điều chỉnh dòng điện và moment xoắn của động cơ cho phù hợp với tải.

Bộ biến tần có hiệu suất chuyển đổi nguồn rất cao nhờ vào việc sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất được sản xuất bằng công nghệ hiện đại Điều này giúp năng lượng tiêu thụ gần như tương đương với năng lượng yêu cầu của hệ thống.

+ Các loại tải nên sử dụng biến tần để tiết kiệm điện.

- Phụ tải có moment thay đổi (điều hòa trung tâm, bơm cấp nước, bơm quạt mát,

- Động cơ luôn chạy non tải mà không thể thay động cơ được thì phải lắp thêm biến tần.

- Ngành Giấy – Bao bì (máy xéo giấy, Máy cắt…), ngành Dệt – Sợi – Nhuộm, ngành Nước và Nước Thải, Thang máy – cần trục).

Nguyên lý hoạt động của biến tần bắt đầu từ việc chỉnh lưu và lọc nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha thành nguồn điện một chiều ổn định nhờ bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Điều này giúp hệ số công suất cosphi của biến tần đạt giá trị tối thiểu 0,96, không phụ thuộc vào tải Tiếp theo, điện áp một chiều được chuyển đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thông qua công nghệ IGBT và phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ vào sự phát triển của công nghệ xử lý và bán dẫn, tần số chuyển mạch có thể đạt đến dải tần số siêu âm, giúp giảm tiếng ồn cho động cơ và tổn thất trên lõi sắt.

+ Các ngõ kết nối trong biến tần MITSUBISHI A024

Hình 4.5: Các ngõ kết nối trong biến tần MITSUBISHI A024

+ Các loại màn hình HMI.

Màn hình HMI (Giao diện Người-Máy) đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp, với nhiều loại sản phẩm từ các thương hiệu nổi tiếng như Mitsubishi, Siemens, Omron và Delta Mỗi thương hiệu cung cấp các tính năng đa dạng, bao gồm lập trình thủ công, giám sát quy trình sản xuất và truy cập thông số, dữ liệu cài đặt.

Màn hình HMI không chỉ cung cấp các tính năng cơ bản mà còn hỗ trợ đồ họa mô phỏng thiết bị trong quá trình sản xuất Điều này giúp người vận hành có cái nhìn trực quan về hệ thống, từ đó dễ dàng thao tác và kiểm tra hệ thống một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn.

Một số loại màn hình HMI của hãng Mitsubishi:

- Loại FX-10DU đến FX-50DU.

- Loại GOT-F900 series (handy và Touch Sceen).

Màn hình GOT kết nối với PLC

Hình 4.6 Màn hình GOT kết nối với PLC

Hình ảnh một số loại màn hình HMI của hãng Mitsubishi

HMI MITSUBISHI A985GOT-TBA-EU HMI Mitsubishi GT1020-LBD2

Màn hình F940GOT-LWD-E, mặc dù có kích thước giao diện nhỏ, nhưng lại tích hợp nhiều chức năng mạnh mẽ Thiết bị này cho phép người dùng tạo ra các hình ảnh đồ họa, mang lại cái nhìn trực quan hơn về hệ thống.

Hệ thống không chỉ cung cấp cái nhìn trực quan mà còn cho phép người dùng điều khiển và giám sát một cách linh hoạt Màn hình hỗ trợ tối đa 500 trang ứng dụng, giúp quản lý hệ thống sản xuất phức tạp hiệu quả Thêm vào đó, màn hình còn hoạt động như một bộ lập trình tay, cho phép lập trình trực tiếp cho bộ điều khiển PLC mà không cần máy tính.

Hình 4.9: Màn hình HMI F940GOT-LWD-E

Hình 4.10: Kích thước màn hình HMI F940GOT-LWD-E

Loại màn hình F940GOT có hai loại :

+ F940GOT-SWD-E: 5.7 STN type LCD (with eight colors)

+ F940GOT-LWD-E: 5.7 STN type LCD (with black and white)

- Điện áp nguồn cung cấp: 24 VDC

- Loại màn hình: 5.7”, monochrome STN LCD

- Màn hình hiển thị: 2 màu (trắng/đen)

- Hỗ trợ nhiều cổng giao tiếp PLC: RS-232, RS-422

 Kết nối HMI với PLC, nguồn 24VDC có thể dùng chung với PLC hoặc dùng riêng.

Hình 4.11: Dùng nguồn nuôi riêng 24VDC.

Hình 4.12: Tín hiệu cấp nguồn áp 24 VDC

Hai cổng kết nối theo chuẩn RS232 (kết nối với PC) và RS422(kết nối với PLC)

 Cáp kết nối PLC với màn hình

 Hệ thống màn hình HMI kết nối với PLC

LẮP RÁP, VẬN HÀNH VÀ GIA CÔNG THỬ NGHIỆM

Bản vẽ tháo lắp máy

Hình 5.1 Bản vẽ lắp máy mài