Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

2


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

LỜI NĨI ĐẦU
Cùng với q trình cơng nghiệp hố hiện đại hóa đất nước, u cầu về tự động
hoá trong máy sản xuất ngày càng cao, điều khiển linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ và hiệu
suất sản xuất cao. Mặt khác, với công nghệ thông tin và công nghệ điện tử phát triển
và nhu cầu con người ngày càng đòi hỏi những sản phẩm sản xuất ra đạt độ chính
xác và độ thẩm mỹ cao.
Trong thời đại hiện nay các phân xưởng, nhà máy, xí nghiệp cắt gọt kim loại ln
địi hỏi những máy cắt gọt kim loại hiện đại như có khả năng tự động hố cao, độ
chính xác tuyệt đối, có khả năng điều chỉnh tốc độ trơn, rộng và bằng phẳng, kết cấu
gọn nhẹ, hiệu suất cao và chi phí vận hành ít nhất nhưng vẫn đảm bảo tính kinh tế.
Trong q trình làm đồ án, được sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo khoa
Điện đặc biệt là TS. Quách Đức Cường đã giúp đỡ chúng em trong việc hoàn thiện
đồ án. Tuy đã có nhiều cố gắng, song kiến thức rộng và hiểu biết thực tế còn hạn chế
nên khó tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các Thầy
Cô giáo để đồ án của chúng em được hồn thiện hơn.

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

3


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
1.KHÁI NIỆM, CẤU TẠO, PHÂN LOẠI MÁY BÀO MẶT PHẲNG
1.1. Khái quát chung về máy bào giường
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. Ngồi ra máy bào mặt phẳng cịn được dùng để xẻ rãnh hình
T, V, đi én.
Máy bào có thể gia cơng 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, mơ 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.
Máy bào giường là máy có thể gia cơng các chi tiết lớn, chiều dài bàn có thể từ
1,5m đến 12m. Tùy theo chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào
giường thành ba loại:
-

Máy cỡ nhỏ: Chiều dài bàn Lb < 3 (m), Lực kéo Fk = 30 ÷ 50 (KN)

-


Máy cỡ trung bình: Chiều dài bàn Lb = 4 ÷ 5 (m), Lực kéo Fk = 50 ÷ 70 (KN)

-

Máy cỡ nặng (lớn): Chiều dài bàn Lb > 5 (m), Lực kéo Fk > 70 (KN)

4


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

1.2. Cấu tạo máy bào mặt phẳng
Máy bào giường được cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khác nhau.
Ở đây ta chỉ mô tả kết cấu bên ngoài và các bộ phận chủ yếu của máy.

Hình 1.1. Hình dáng máy bào giường
* Đế máy (thân máy)
Được làm bằng gang đúc để đỡ bàn và trụ máy để có khối thế tạo vững chắc
cho máy. Đế được xẻ rãnh hình chữ nhật và chữ V để cho bàn máy chuyển động
dọc theo đế máy.
* Bàn máy
Được làm bằng gang đúc dùng để mang chi tiết gia cơng. Trên bàn máy có 5
rãnh chữ T để gá lắp chi tiết cần gia công. Bàn máy được kéo tịnh tiến trên đế máy
nhờ lực kéo của động cơ truyền động.
* Giá chữ U
Được cấu tạo từ hai trụ thép vững chắc và có một dầm ngang trên cùng. Trong
5



Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

dầm đặt một động cơ để di chuyển xà ngang lên xuống, dọc theo trục có xẻ rãnh,
có trục vít nâng hạ và dao động để di chuyển xà.
* Xà ngang
Chuyển động lên xuống theo hai trụ, xà được kẹp chặt khi gia công.
23 * Các bàn dao máy

Gồm hai bàn dao đứng và hai bàn dao hơng, trục bàn có giá đỡ dao. Giá máy có
thể dịch chuyển một góc nào đó để gia cơng chi tiết, khoảng dịch chuyển lớn nhất
của các con trượt là 300 mm, góc quay giá đỡ là ±600.
24 * 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 hồn chỉnh sẽ có kết cấu chắc chắn,
gọn, đảm bảo tính kỹ thuật, kinh tế, thẩm mỹ.

2. CÁC LOẠI TRUYỀN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA MÁY BÀO GIƯỜNG
2.1. Truyền động chính
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.
2.1.1. Hành trình thuận
Là hành trình gia cơng chi tiết nên cịn 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
6


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

phụ thuộc vào các yếu tố của chế độ cắt gọt.

2.1.2. Hành trình ngược
Sau khi kết thúc hành trình thuận, bàn máy được đảo chiều và bắt đầu hành
trình ngược. Hành trình này bàn máy chạy khơng tải trở về vị trí ban đầu để chuẩn
bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo. Tốc độ của bàn máy ở hành trình ngược thường
lớn hơn ở hành trình thuận (khoảng 2 ÷ 3 lần) để nâng cao năng suất làm việc của
máy.
* Yêu cầu với truyền động chính
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ: D = =
Trong đó :
• Vngmax : là tốc độ lớn nhất của bn mỏy hnh trỡnh ngc, thng

Vngmax= 70ữ120 (m/ph)
ã Vthmin : là tốc độ nhỏ nhất của bàn máy ở hành trình thuận, thường

Vthmin = 4÷6 (m/ph).
- Độ trơn điều chỉnh tốc độ là tỉ số giữa hai giá trị tốc độ kề nhau :
φ=
Trong đó ωi+1 và ωi là cấp tốc độ thứ i và i+1
- Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay và làm việc ở chế độ
ngắn hạn lặp lại.

- Do máy bào giường chỉ có nhiệm vụ gia cơng thơ bề mặt chi tiết nên độ chính

7


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

xác yêu cầu không cao, thường lấy 2%.
- Độ ổn định tốc độ: Tốc độ cần được ổn định trong trường hợp gia công chi tiết,
tức là khi dao cắt cắt vào chi tiết để tránh làm sứt mẻ dao cắt và chi tiết.
- Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va chạm trong bộ
truyền với tác động cực đại
2.2. 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 bằng nhiều hệ
thống như: cơ khí, điện khí, thủy lực, khí nén..., thơng 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.
2.3. Truyền động phụ
Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà máy, bàn dao, nâng dầu dao trong
hành trình khơng tải.

Ngồi chuyển động chính và chuyển động ăn dao máy bào giường cịn có nhiều
chuyển động khác như:

8


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

- Chuyển động chạy nhanh bàn giao, xe máy.
- Chuyển động nâng đầu dao trong hành trình ngược.
- Các chuyển động hút (gạt), phoi, bơm dầu, quạt mát v.v.

3. PHÂN TÍCH ĐỒ THỊ TỐC ĐỘ CỦA MÁY BÀO GIƯỜNG

Hình 1. 2.Đồ thị tốc độ trong một chu kì
Phân tích:
+ Giai đoạn 1: Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc đến
tốc độ V1(tốc độ vào dao) trong khoảng thời gian t1.
+ Giai đoạn 2: tăng tốc từ V 1 đến tốc độ cắt gọt V2 trong khoảng thời gian t2. Trong
thời gian này bàn máy chuyển động với tốc độ V2 để gia công chi tiết.
+ Giai đoạn 3 : giảm tốc độ từ V 2 xuống V1 trong khoảng thời gian t3. Bàn máy sơ
bộ giảm tốc đến tốc độ V1, dao được đưa ra khỏi chi tiết khi tốc độ bàn là V1.
+ Giai đoạn 4: đảo chiều chuyển động bản máy, bản máy từ tốc độ thuận V 1 đảo
chiều chuyển động và tăng tới tốc độ ngược V 3 trong khoảng thời gian t4, thực hiện
hành trình khơng tải, đưa bàn máy về vị trí ban đầu.

9



Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

+ Giai đoạn 5: giảm tốc độ ngược từ V3 về V1 trong khoảng thời gian t5. Gần hết
hành trình ngược bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến V 1, đảo chiều sang hành trình
thuận, thực hiện một chu kỳ khác.
Qua việc phân chia các giai đoạn hoạt động ta có thể mơ tả cơng nghệ của máy
bào giường như sau:
Sau khi ấn nút khởi động, máy bảo giường sẽ chuyển động theo hành trình
thuận với tốc độ nhỏ V1, giai đoạn này kéo dài từ A tới B. Kết thúc giai đoạn này
cần phải tăng tốc cho bàn máy chuyển động theo hành trình thuận với tốc độ cắt
gọt V2>V1, giai đoạn này kéo dài từ B tới C. Đến C sau khi đã cắt gọt chi tiết xong
bản máy giảm tốc từ V2 xuống V1 chuấn bị cho quá trình đảo chiều, giai đoạn này
kéo dài từ C tới D.
Trong quá trình đảo chiều để tăng năng suất, ta điều khiển cho bàn máy chạy
với tốc độ V3 >V2 >V1. Bản máy chuyển động ngược cho tới khi gặp A thì bắt đầu
giảm tốc từ V3 xuống V1, tiếp đó tốc độ giảm về 0 và bắt đầu một chu kỳ làm việc
mới. Khi có tín hiệu dừng máy, bản máy sẽ dừng ở đầu hành trình thuận hoặc đầu
hành trình ngược.

10


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ MẠCH ĐỘNG LỰC

2.1. Thiết kế mạch điều khiển

Hình 2.1.u cầu cơng nghệ
V1 < V2 < V3
• Dựa vào phương pháp Grafcet ta thiết kế mạch điều khiển cho máy bào giường:
 Tín hiệu vào:

m: Tín hiệu bắt đầu q trình
A: Tín hiệu ra lệnh chạy thuận với vận tốc V1
B: Tín hiệu ra lệnh chạy thuận với vận tốc V2
C: Tín hiệu ra lệnh chạy thuận với vận tốc V1
D: Tín hiệu ra lệnh chạy ngược với vận tốc V3
Stop: Tín hiệu ra lệnh dừng q trình
 Tín hiệu ra:

T,V1: Tín hiệu chạy thuận với vận tốc V1
T,V2: Tín hiệu chạy ngược với vận tốc V2
N,V3: Tín hiệu chạy ngược với vận tốc V3

11


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

• Lập Grafcet theo cơng nghệ đã cho :

Hình 2. 2.Lưu đồ Grafcet theo yêu cầu công nghệ
S1: Trạng thái khởi đầu

S2: Trạng thái chạy thuận với vận tốc V1
S3: Trạng thái chạy thuận với vận tốc V2
S4: Trạng thái chạy ngược với vận tốc V3

12


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

• Từ sơ đồ Grafcet ta viết các biểu thức cho các trạng thái :

= g + A.S4
= S2 + Tín hiệu xóa
= (A+m).S1 + C.S3
= S3 + S4 + Tín hiệu xóa
= B.S2
= S2 + Tín hiệu xóa
= D.S2
= S1 + Tín hiệu xóa

13


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

2.2. Thiết kế mạch lực


Hình 2. 3.Sơ đồ mạch lực

14


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ
3.1. Động cơ truyền động chính
Đặc điểm của chuyển động trên máy bào giường là đảo chiều với tần số lớn,
mômen khởi động hãm lớn. Quá trình quá độ chiếm tỉ lệ đáng kể trong chu kỳ làm
việc. Chiều dài hành trình bàn càng giảm, ảnh hưởng của quá trình quá độ càng cao.
Vì vậy khi chọn cơng suất truyền động chính cho máy bào giường cần xét cả phụ tải
tĩnh và phụ tải động.
Dựa vào các kết quả trên ta chọn động cơ có thơng số sau:
Hãng sản xuất

HEM

Mã sản phẩm

3K160M2

Công suất định mức

14 kW


Điện áp định mức

380V

Tốc độ

960 v/phút

Hiệu suất

0,85

Hệ số cơng suất cosφ

0,8

Hình 3.1. Động cơ do HEM sản xuất
Dòng điện định mức của động cơ:

15


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

Iđm = = = 31,28 (A)
Dòng điện tính tốn:
Itt = = = 26,58 (A)
Dịng điện mở máy:

Imm = 5.Iđm = 160,9 (A)
3.2. Cầu chì
Cầu chì là thiết bị bảo vệ ngắn mạch đơn giản nhất. Nó cũng có thể bảo vệ quá tải
trên đường dây, nhưng khơng bảo vệ q tải cho động cơ có dịng điện mở máy quá
lớn được.
Vì vậy muốn bảo vệ ngắn mạch và q tải cho các động cơ có dịng mở máy lớn ta
phải dùng phối hợp cả cầu chì và Aptomat. Khi chọn cầu chỉ yêu cầu nó phải thỏa
mãn 3 điều kiện:
+ Dây chảy cầu chì khơng chảy khi có dịng điện mở máy chạy qua.
+ Cầu chì cắt phải có tính chọn lọc
+ Dịng điện định mức dây chảy cầu chì lớn hơn dịng định mức
Chọn cầu chì cho mạch lực có thơng số sau:
Thương hiệu

Omega

Mã sản phẩm

NH000S

Dòng điện định mức

40A

Điện áp tối đa

500V

Dòng cắt ngắn mạch


120kA

Chọn cầu chì cho mạch điều khiển có thơng số sau:
16


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

Thương hiệu

Omega

Mã sản phẩm

OFL10x38-6A

Dòng điện định mức

6A

Điện áp tối đa

500V

Dòng cắt ngắn mạch

100kA


3.3.Aptomat
Aptomat là thiết bị đóng cắt hạ áp có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch.
Do có ưu điểm hơn hẳn cầu chì là khả năng cầu chì là khả năng làm việc chắc chắn,
tin cậy, an tồn, đóng cắt đồng thời 3 pha và khả năng tự động hóa cao trên aptomat
mặc dù có giá đắt hơn vẫn ngày càng được dùng rộng rãi trong lưới điện hạ áp công
nghiệp, dịch vụ cũng như lưới điện sinh hoạt. Cần lựa chọn Aptomat theo công thức :
UđmCB > Uđm
IđmCB >= Itt

17


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

Hình 3.5: Cấu tạo của aptomat

18


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

Hình 3.4: Các loại aptomat trong thực tế

Hình 3.2. Aptomat hãng

LS


19


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

Chọn Aptomat của mạch lực có thơng số sau:
Thương hiệu
Mã sản phẩm

LS
ABS 103C

Dịng điện định mức

100A

Điện áp

380 – 480 V

Dòng cắt ngắn mạch

42kA

Số pha

3 pha


Chọn Aptomat của mạch điều khiển có thơng số sau:
Thương hiệu
Mã sản phẩm

LS
BKNP-2P

Dòng điện định mức

6A

Điện áp

220 – 400 V

Dòng cắt ngắn mạch

10kA

3.4. Biến tần
Động cơ là động cơ 3 pha có công suất 14 kW nên ta chọn biến tần Mitsubishi
FR-E740-15K có thơng số sau:

Cơng suất
Đầu ra danh định

Tần số đầu ra max (Hz)

20


15kW
400 Hz


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

Đầu vào danh định

Điện áp đầu ra max (V)
Điện áp (V)
Tần số (Hz)

3 pha 380~480VAC
3 pha 380~480VAC
50-60Hz

Hình 3. 3. Biến tần hãng Mitsubishi
3.5. Lựa chọn PLC
PLC FX3U là

thế hệ thứ ba trong

gia đình họ FX-PLC,

là một PLC dạng

nhỏ gọn và thành


công

của

hãng

Mitsubishi Electric.
Sản

phẩm

được thiết kế đáp

ứng cho thị trường

quốc tế, tính năng

đặc biệt mới là hệ thống “adapter bus” được bổ xung cho hệ thống bus hữu ích cho
việc mở rộng thêm những tính năng đặc biệt và khối truyền thơng mạng. Khả năng tối
đa có thể mở rộng lên đến 10 khối bus mới này.

21


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

Với tốc độ xử lý cực mạnh mẽ, thời gian chỉ 0.065µs trên một lệnh đơn logic,

cùng với 209 tập lệnh được tích hợp sẵn và cải tiến liên tục đặc biệt cho nghiệp vụ
điều khiển vị trí. Dịng PLC này cịn cho phép mở rộng truyền thông qua cổng USB,
hỗ trợ cổng Ethernet và cổng lập trình RS-422 mini DIN. Với tính năng mạng mở
rộng làm cho PLC này nâng cao được khả năng kết nối tối đa về I/O lên đến 384 I/O,
bao gồm cả các khối I/O qua mạng. Ưu điểm của dòng PLC này:
• FX3U có khả năng cung cấp 16, 32, 48, 64, 80, 128 đầu vào ra và có khả năng
•
•
•
•
•
•
•
•

mở rộng tới 384 đầu vào ra
Các đầu ra có 2 loại là Relay và Transistor
Tích hợp truyền thơng tương tự Serial giữa PLC và HMI
Tích hợp điều khiển vị trí
Các Module giao tiếp chuyển đổi có thể được gắn trực tiếp vào PLC
Đèn LED chỉ thị trạng thái vào ra
Khe cắm thẻ nhớ
Tích hợp thời gian thực
Có khả năng kết nối mở rộng với các Module vào ra số, Module chức năng đặc
biệt hay các module chuyển đổi tương tự số ADP

Từ các yêu cầu công nghệ ta chọn PLC có thơng số sau:
Hãng sản xuất

Mitsubishi


Mã sản phẩm

FX3U-16MR/ES-A

Nguồn vào

24 VDC

Số đầu vào/ra số

8/8

Số đầu vào/ra tương tự

0

Ngôn ngữ lập trình

Ladder, STL, FBD

Bộ nhớ lưu chương trình

64.000 Steps

Kích thước

130 x 90 x 86

Công suất tiêu thụ


30W

22


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

Hình 3.4. PLC Mitsubishi FX3U 16M
3.6. Cơng tắc hành trình

Hãng sản xuất

Omron

Mã sản phẩm

WLCA12-2-TS

Loại cần

Điều chỉnh độ dài, góc 90

Tốc độ tác động

1mm/s – 1m/s

Kích thước


103,4 to 167,4x40x67

3.7. Nút nhấn

Nút nhấn có đèn, loại phẳng, nhấn nhả
Mã sản phẩm

Màu

Tiếp điểm
23

Nguồn cấp

Hãng


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

YW1L-MF2E10Q4G XANH

NO

24VDC

IDEC


YW1L-MF2E10Q4R ĐỎ

NO

24VDC

IDEC

YW1L-MF2E10Q4Y VÀNG

NO

24VDC

IDEC

3.8. Rơ le trung gian
Do các Rơle trung gian và các tiếp điểm của chúng đều được lắp trên mạch điều khiển
nên ta chọn các Rơle trung gian dịng khơng có 10A và áp là 220A một chiều.

Mã sản phẩm

MY4AC

Loại chân

14 chân dẹt

Tiếp điểm


220VAC/24VDC

Dòng điện

5A

Số tiếp điểm

4 NO, 2 NC

24


Khoa Điện

Trường ĐHCN Hà Nội

CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN
4.1. Chương trình điều khiển
4.1.1. Bảng địa chỉ vào/ra
*Input :

*Output :

25