Đồ Án Thiết kế điều khiển truyền động bàn máy cho máy phay CNC

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học – kỹ thuật, tự động hóa sản xuất đóng vai trò rất quan trọng trong nền công nghiệp nước ta. Nhận thức được điều này, trong chiến lược công nghiệp hóa theo hướng hiện đại vào năm 2020 cônghệ tự động được ưu tiên đầu tư và phát triển. Ở nước ta công nghiệp tự động hóa đã được hình thành từ khá lâu, nhưng yếu tố quyết định đến sản xuất tự động hóa là kỹ thuật điều khiển. Các máy công cụ điều khiển số NC và CNC đã được dùng phổ biến tại các nước phát triển từ lâu. Trong những năm gần đây, NC và CNC đã được nhập vào Việt Nam và phổ biến khá là rộng rãi. Máy công cụ NC và CNC là những hệ thống công nghệ hiện đại, là thành quả của các nghiên cứu lớn và là các thiết bị điển hình cho sản xuất tự động. Với đề tài được giao: “Thiết kế điều khiển truyền động bàn máy cho máy phay CNC”, mặc dù lần đầu tiên tiếp xúc với đề tài này nhưng em nhận thấy đây là một đề tài hay và rất thực tế. Quá trình làm và hoàn thành đề tài này đã giúp em tổng hợp được những kiến thức đã học cũng như những kiến thức thực tế liên quan đến công việc của em sau này khi đi làm. Đồ án này là sự tiếp nối của đồ án “thiết kế cơ khí”, và tập trung lớn vào việc điều khiển. Vì vậy, phần tính toán cơ khí chỉ trình bày những cái cốt lõi nhất và cần thiết nhất cho việc điều khiển.

LỜI MỞ ĐẦU .4
CHO SỐ LIỆU: 5
CHƯƠNG I. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CƠ KHÍ 6
1.1. CHọN KIểU LắP ĐặT, TÍNH LựC CắT 6
1.2. TÍNH TOÁN LựA CHọN TRụC VÍT, ổ BI Đỡ CHO TRụC .6
1.2.1. Điều kiện làm việc và các thông số sẽ được tính chọn .6
1.2.2. Tính toán lực dọc trục 7
a. Máy chạy khi không gia công V1=25 m/min 7
b. Máy chạy với vận tốc lớn nhất khi gia công V2=10 m/min 7
1.3. TÍNH TOÁN TảI TRọNG 8
1.3.1. Tải trọng tĩnh .8
1.3.2. Tải trọng động Ca .8
1.4. CHọN KIểU BI [4] 9
1.5. KIểM NGHIệM TRụC VÍT 10
1.5.1. Tuổi thọ làm việc 10
1.5.2. Tính toán tải cho phép tác dụng lên trục . 10
1.5.3. Tốc độ quay cho phép 10
1.5.4. Tính toán momen 11
1.5.5. Tính toán ứng suất tác dụng lên trục vít 12
1.5.6. Độ dịch do thay đổi nhiệt độ (mức điều chỉnh 3oC) . 12
1.6. TÍNH CHọN ổ LĂN [6] 12
2. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN RAY DẪN HƯỚNG CHO BÀN X VÀ BÀN Y 13
2.1. TÍNH CHọN RAY CHO BÀN X: . 13
2.1.1. Các điều kiện đầu: . 13
2.1.2. Tính toán các lực riêng rẽ 13
a. Chuyển động đều, lực hướng kính . 13
b. Chuyển động tăng tốc sang trái, lực 14
c. Chuyển động giảm tốc sang trái phụ . 14
d. Chuyển động tăng tốc sang phải 14
e. Chuyển động giảm tốc sang phải . 14
2.1.3. Tính toán tải tương đương . 15
a. Khi chuyển động đều . 15
b. Tăng tốc sang trái . 15
c. Giảm tốc sang trái 15
2.1.4. Tính toán tải trung bình . 15
2.1.5. Tính tuổi thọ danh nghĩa 15
2.2. TÍNH CHọN RAY CHO BÀN Y 15
2.2.1. Các điều kiện đầu . 15
2.2.2. Kiểm tra hệ số an toàn tĩnh 16
2.2.3. Tính toán tải trung bình Pm . 16
2.2.4. Tính tuổi thọ danh nghĩa 16
CHƯƠNG II. TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ SERVO 17
2.1. ĐIềU KIệN BAN ĐầU 17
2.2. TÍNH TOÁN MOMEN QUY ĐổI 17
2.2.1. Momen ma sát quy đổi . 17
2.2.2. Momen trọng lực quy đổi . 18
2.2.3. Momen cắt quy đổi . 18
2.2.4. Momen tải quy đổi 19
2.3. TÍNH TOÁN MOMEN QUÁN TÍNH TảI QUY ĐổI Về TRụC ĐộNG CƠ . 19
2
2.3.1. Momen quán tính của bàn máy 20
2.3.2. Momen quán tính của vít me đối với trục quay của chính nó 20
2.3.3. Momen quán tính của khớp nối 21
2.3.4. Momen quán tính quy đổi về trục động cơ . 22
2.4. LựA CHọN SƠ Bộ ĐộNG CƠ 22
2.4.1. Tiêu chí lựa chọn động cơ 22
2.4.2. Lựa chọn sơ bộ . 22
2.5. KIểM NGHIệM ĐộNG CƠ 23
2.5.1. Kiểm nghiệm động cơ dựa vào momen gia tốc . 23
a. Tiêu chí kiểm tra . 23
b. Kiểm nghiệm . 23
2.5.2. Kiểm nghiệm dựa momen hiệu dụng 24
a. Tiêu chí kiểm tra . 24
b. Kiểm nghiệm . 25
2.6. KếT LUậN . 25
CHƯƠNG III. ĐIỀU KHIỂN BÀN MÁY CNC BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 27
3.1. BÀN X . 27
3.1.1. Xây dựng mô hàm truyền của hệ thống 27
a. Thông số đầu: . 27
b. Phương trình toán học 27
3.1.2. Tìm hàm truyền đạt G(s) 29
3.1.3. Kiểm tra tính ổn định của hàm truyền G(s) 29
a. Kiểm tra sự ổn định của hệ hở. . 29
b. Kiểm tra sự ổn định của hệ kín 30
c. Kiểm tra đáp ứng của hệ với một số tín hiệu thông thường 31
3.1.4. Thiết kế bộ điều khiển PID . 32
a. Những kiến thức cơ sở về bộ điều khiển PID . 32
b. Vai trò của các khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân . 33
 Khâu tích phân . 33
c. Thiết kế PID controller theo phương pháp thực nghiệm (phương pháp Ziegler-Nichols thứ nhất). . 35
3.2. BÀN Y . 37
3.2.1. Tìm hàm truyền của bàn Y . 37
3.2.2. Kiểm tra tính ổn định của hàm truyền G(s) 38
a. Sự ổn định của hệ hở. . 38
b. Sự ổn định của hệ kín. 38
c. Kiểm tra đáp ứng của hệ với một số tín hiệu thông thường 39
3.2.3. Thiết kế bộ điều khiển PID cho bàn Y 41
CHƯƠNG IV. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHI GIA CÔNG THEO QUỸ ĐẠO CHO TRƯỚC . 42
4.1. TÌM HIểU KHốI CÔNG Cụ SIMMECHANICS TRONG MATLAB. 42
4.2. MÔ PHỏNG BÀN MÁY CHạY THEO QUỹ ĐạO MONG MUốN . 44
4.2.1. Hai bàn phối hợp với nhau theo quỹ đạo đường thẳng trong tc (s) 44
b.Thiết kế quỹ đạo điểm tác động tác động cuối di chuyển theo đường tròn từ A đến B trong tc(s) lấy AB làm đường kính. 48
CHƯƠNG V. ĐIỀU KHIỂN LIÊN TỤC TRÊN MIỀN THỜI GIAN . 51
5.1. GIớI THIệU Về ĐIềU KHIểN LIÊN TụC TRÊN MIềN THờI GIAN 51
5.2. XÂY DựNG MÔ HÌNH TOÁN HọC . 51
5.3. PHÂN TÍCH TÍNH Hệ THốNG 52
5.4. THIếT Kế Bộ ĐIềU KHIểN 53
3
5.4.1. Thiết kế bằng phản hồi trạng thái 54
5.4.2. Thiết kế theo nguyên tắc phản hồi tín hiệu ra 56
SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC BÀN X, Y 60
PHỤ LỤC 62
KẾT LUẬN . 63