Luận văn Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống cấp phôi tự động sử dụng phễu rung và tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC Takamaz

VIII MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN ..................................................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................. 1 1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ............................................ 4 1.3 MỤC TIÊU, KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU .................................... 4 1.3.1 Mục tiêu................................................................................................................. 4 1.3.2 Khách thể ............................................................................................................... 4 1.3.3 Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................ 5 1.4 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................... 5 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................ 5 Chƣơng 2: PHÂN TÍCH PHƢƠNG ÁN CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU.................................................................................................................................. 7 IX 2.1 PHÔI RỜI..................................................................................................................... 7 2.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP PHÔI RỜI............................ 8 2.3 ĐỊNH HƢỚNG PHÔI RỜI .......................................................................................... 9 2.4 ĐƢA RA PHƢƠNG ÁN.............................................................................................10 2.4.1 Phễu cấp phôi kiểu giá nâng .................................................................................10 2.4.2 Phễu cấp phôi định hƣớng bằng khe và rãnh:.........................................................11 2.4.3 Phễu cấp phôi định hƣớng bằng ống quay: ............................................................12 2.4.4 Phễu cấp phôi kiểu ống hai nửa: ............................................................................13 2.4.5 Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay ..................................................................................14 2.4.6 Phễu cấp phôi rung động: ......................................................................................15 2.4.7 Lựa chọn phƣơng án: ............................................................................................17 2.5 GIỚI THIỆU PHỄU RUNG CÓ MÁNG XOẮN VÍT ................................................17 2.5.1 Phân loại phễu tròn: ..............................................................................................18 2.5.1.1 Phân loại theo hình dáng: ...............................................................................18 2.5.2.1 Phân loại theo phƣơng pháp chế tạo: ..............................................................19 2.6 NGUYÊN LÝ VẬN CHUYỂN PHÔI TRÊN MÁNG XOẮN VÍT .............................19 Chƣơng 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG ..................................................24 3.1 THỰC TRẠNG Ở CÔNG TY MARUEI VIET NAM PRECISION ............................24 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG ..........................................................24 3.2.1 Đặc điểm cấp phôi cho các máy NC hiện tại..........................................................25 3.2.2 Yêu cầu hệ thông cấp phôi tự đông .......................................................................25 3.2.3 Sơ đồ hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động ........................................................26 3.2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động ........................................27 3.2.5 Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp phôi .................................................27 Chƣơng 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHỄU RUNG..............................................................28 4.1 TÍNH TOÁN PHỄU ...................................................................................................28 4.1.1 Chọn vật liệu chế tạo phễu ....................................................................................28 4.1.2 Các thông số hình học của phễu ............................................................................28 4.2 KÍCH THUỚC ĐẾ .....................................................................................................33 X 4.3 ĐỊNH HƢỚNG PHÔI TRÊN MÁNG XOẮN .............................................................33 4.3.1 Giới thiệu về vấn đề định hƣớng phôi rời ..............................................................33 4.3.2 Thiết kế cơ cấu định hƣớng phôi nguyên liệu trên máng xoắn ...............................34 4.3.2.1 Các trạng thái và lƣu đồ di chuyển của phôi nguyên liệu trên máng xoắn........34 4.3.2.2 Thiết kế cơ cấu định hƣớng phôi nguyên liệu trên máng xoắn.........................34 4.4 MÁNG DẪN PHÔI ...................................................................................................36 4.4.1 Cấu tạo máng dẫn phôi ..........................................................................................36 4.4.2 Tính toán máng dẫn phôi: ......................................................................................39 4.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KÍCH THƢỚC CÁC CHÂN ..............................................41 4.5.1 Kết cấu của các chân .............................................................................................41 4.5.2 Tính toán các chân ................................................................................................42 4.6 TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN .............................................................................44 4.6.1 Chọn số nam châm điện từ sử dụng trong cơ cấu rung ...........................................44 4.6.1.1 Khi có một nam châm điện ............................................................................44 4.6.1.2 Khi có bốn nam châm điện ...........................................................................45 4.7 CƠ CẤU RUNG ĐIỆN TỪ ........................................................................................46 4.7.1 Cơ cấu rung điện từ một nhịp ................................................................................46 4.7.2 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp .................................................................................47 4.7.3 Tính nam châm điện ...........................................................................................48 4.8 CƠ CẤU GẢM CHẤN ...............................................................................................51 4.9 MÔ HÌNH 3D PHỄU RUNG ......................................................................................54 4.10 ĐIỀU KHIỂN PHỄU RUNG ....................................................................................54 4.11 PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH NĂNG SUẤT PHỄU .............................................56 Chƣơng 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ROBOT ......................................................................57 5.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ROBOT ...........................................................57 5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT ....................................................... 58 5.3. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT ...........................................................................59 5.3.1 Thiết lập phƣơng trình động học cơ bản của robot .................................................59 5.3.1.1 Xây dựng các hệ tọa độ .................................................................................59 XI 5.3.1.2 Lập bảng thông số Denavit- Hartenberg nhƣ sau: ..........................................59 5.3.1.3 Xác định các ma trận biến đổi........................................................................60 5.4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC KHÂU CỦA ROBOT ...............................................62 5.4.1 Khâu cố định .........................................................................................................62 5.4.2 Khâu 1 ..................................................................................................................62 5.4.3 Khâu 2 ..................................................................................................................63 5.4.4 Khâu 3 ..................................................................................................................63 5.4.5 Mô hình 3D của robot ...........................................................................................63 5.5 CƠ CẤU CHẤP HÀNH .............................................................................................64 5.5.1 Giới thiệu sơ lƣợc về xilanh ..................................................................................64 5.5.2 Tính toán và chọn xilanh dẫn động các khâu ........................................................65 5.6. CHỌN CÁC KHỚP ĐỘNG CHO ROBOT .................................................................67 5.6.1 Cấu tạo khớp động của robot .................................................................................67 5.6.2 Chọn khớp1 ..........................................................................................................67 5.6.3 Chọn khớp 2 .........................................................................................................68 5.7 HỆ THỐNG ĐIỀU KIỂN ROBOT ...............................................................................69 5.7.1 Truyền dẫn động robot .................................................................................. 69 5.7.2 Truyền dẫn động khí nén .......................................................................................70 5.7.3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống dẫn động khí nén ..............................................70 5.7.4 Thiết kế hệ thống điều kiển robot ..........................................................................71 5.7.4.1 Mạch điều kiển khí nén .................................................................................71 5.7.4.2 Thiết kế sơ đồ trang thái của hệ thống điều khiển ..........................................72 5.7.4.3 Chƣơng trình PLC điều kiển hệ thống ...........................................................72 Chƣơng 6: TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ BĂNG TẢI ..................................................................76 6.1 GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................................................76 6.2 PHÂN LOẠI BĂNG TẢI ...........................................................................................77 6.3 CHỌN LOẠI BĂNG TẢI .........................................................................................78 6.4 CHỌN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG ...................................................................................78 6.5 THIẾT KẾ BĂNG TẢI ...............................................................................................79 XII 6.6 MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KIỂN BĂNG TẢI ......................................................................80 Chƣơng 7 MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CẤP PHÔI ............................81 7.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ........................................................ 81 7.1.1 Giới thiệu về phần mềm ................................................................................ 81 7.1.2 Giới thiệu về các tính năng mô phỏng của solidworks ................................... 81 7.2 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG .............................................. 82 7.2.1 Trình tự các bƣớc thực hiện .......................................................................... 82 7.2.2 Kết quả của quá trình mô phỏng ................................................................... 82 7.3 SƠ ĐỒ KHỐI ĐIẾU KIỂN HỆ THỐNG ............................................................. 82 Chƣơng 8: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ ....................................................................................84 8.1 TÓM TẮT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI..........................................................84 8.2 ĐỀ NGHỊ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................................................85 XIII Chương 1: Tổng quan 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, các hệ thống sản xuất trong các ngành công nghiệp nói chung như: sản xuất phân bón, vật liệu xây dựng, thực phẩmvv. Các quá trình sản xuất các sản phẩm trên máy cắt kim loại, các máy gia công bằng áp lực như: cán, uốn, dập, độtvv, các quá trình công nghệ lắp ráp sản phẩm cơ khí hay kiểm tra, đều phát triển theo xu hướng tự động hóa ngày càng cao. Để đảm bảo được quá trình sản xuất ổn định thì nhất thiết phải có quá trình cung cấp phôi chính xác về vị trí trong không gian theo đúng nhịp (cấp đúng lúc) và liên tục theo chu trình hoạt động của máy một cách tin cậy. Vì thế quá trình cấp phôi là một trong những yêu cầu cần thiết phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao năng suất lao động, sử dụng và khai thác các máy móc, thiết bị một cách có hiệu quả nhất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Trong thực tế hiện nay của các ngành sản xuất nói chung, người ta đang sử dụng rộng rãi các hệ thống cấp phôi bằng cơ khí, phối hợp cơ khí- điện, cơ khí – khí nén. Với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực điều khiển tự động và robot đã cho phép đưa vào các tay máy, người máy làm việc theo chương trình và dễ dàng thay đổi được chương trình một cách linh hoạt thích ứng với kiểu phôi liệu khác nhau khi cần thay đổi các sản phẩm. Đây là một trong những tính chất rất quan trọng mà nhờ nó có thể áp dụng công nghệ tiên tiến vào trong quá trình sản xuất hàng loạt. Có thể thấy rằng, việc nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động có tính bao quát, bao hàm nhiều lĩnh vực và liên quan đến nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Ngày nay, việc sử dụng các dây chuyền, hệ thống để chế tạo sản phẩm không còn là điều mới mẻ đối với các quốc gia trên thế giới. Đối với các nước có nền công nghiệp Chương 1: Tổng quan 2 phát triển thì các hệ thống gia công này được đầu tư thiết kế, trang bị đầy đủ và vô cùng hiện đại, có các kết cấu cơ khí rất chính xác, các robot trong dây chuyền hết sức linh hoạt. Đặc biệt, công việc điều khiển dây chuyền rất đơn giản, dễ dàng, thuận tiện cho người sử dụng và có thể dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển hoạt động của dây chuyền để chế tạo các chi tiết máy, các sản phẩm khác theo yêu cầu thực tế của thị trường. Quy trình hoạt động của hệ thống là một chu trình liên tục khép kín, từ nguyên công cấp phôi cho đến nguyên công đóng gói sản phẩm đưa vào kho dự trữ hay đưa ra thị trường đều được tự động hóa. Với Việt Nam là một quốc gia có nền công nghiệp đang phát triển, đang cố gắng học hỏi, tiếp cận, kế thừa các công nghệ cao của thế giới. Hiện tại, ở nước ta các máy gia công chính xác như NC, CNCđang dần dần được các công ty, các trung tâm gia công đưa vào để thay thế các máy gia công truyền thống. Do điều kiện kinh tế, cơ sở vật chất, trình độ con người còn thấp nên các dây chuyền sản xuất tự động công nghệ cao, các dây chuyền gia công tích hợp CIM chưa được sử dụng rộng rãi. Vì vậy chúng còn tương đối mới mẻ, xa lạ đối với sinh viên, cán bộ kỹ thuật tại các trung tâm gia công, các công ty chế tạo. Do vậy việc tính toán, thiết kế và từng bước chế tạo mô hình cấp phôi tự là rất cần thiết. Cấp phôi tự động hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng, nhưng cấp phôi tự động bằng phương pháp rung động là một phương pháp phổ biến, áp dụng cho nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau và mang lại hiệu quả cao. Cấp phôi tự động sử dụng phương pháp rung trên thế giới và trong nước đã có nhiều đề tài nghiên cứu cho nhiều lĩnh vực khác nhau như:  Dana R.berkowitz-University of California, Designing Part Feeders Using Dynamic Simulation. Đây là công trình nghiên cứu về phễu rung dựa vào việc mô phỏng động năng của chi tiết trong phễu nhằm mục đích khắc phục những nhược điểm của các thiết kế mới. Chương 1: Tổng quan 3  Martin maher-waterford institute of technology-2010, The design /development of automated programmable orientation tools for vibratory bowl feeder. Đây là công trình nghiên cứu hiệu quả của phễu rung trong sản xuất hàng loạt đặc biệt là trong các dây chuyền lắp ráp và ảnh hưởng của nhược điểm của phễu rung và đề xuất những biện pháp khắc phục những nhược điểm này.  Department of mechanical engineering national institute of technologe Rourkela, Part Feedeing System For FMS. Đề tài nghiên cứu về các hình thức cầp phôi rung cho các hệ thống sản xuất linh hoạt và phân tích động học của phễu rung và động học của chi tiết trong phễu rung. Bên cạnh những nghiên cứu trên thì hiện nay trên thế giới có rất nhiều công ty chuyên sản xuất các phễu rung cấp phôi. Với nhiều kích cở và công xuất khác nhau. Trong nước ta, cũng đã có nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụng phương pháp rung động vào việc cấp phôi tự động.  Luận văn Thạc sĩ của KS. Phan Minh Thanh – trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM – năm 2002, đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phễu rung động và cân định lượng điện tử cho máy đóng gói.  Đề tài tốt nghiệp đại học – trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM – năm 2008, đã nghiên cứu, thiết kế hệ thống cấp phôi bạc sắt xốp cho dây chuyền lắp ráp quạt tản nhiệt CPU. Tuy nhiên, những nghiên cứu trên chưa áp dụng cho các lĩnh vực cấp phôi tự động cho gia công cắt gọt cơ khí. Trong gia công cắt gọt cơ khí, phôi rời chiếm số lượng lớn nhất và cũng đa dạng nhất, các chi tiết dạng rời, nhỏ và có hình dạng đơn giản như: bulông, đai ốc, chốt trụ, côn, bánh răng loại nhỏ, bạc trụ, các loại trục nhỏ có bậc hoặc trơnvv, các chi tiết này thường có số lượng rất nhiều. Mặt khác các chi tiết tiêu chuẩn đó có khối lượng gia công không nhiều. Tỷ lệ thời gian cấp phôi và thời gian cơ bản cao. Vì vậy thiết kế chế Chương 1: Tổng quan 4 tạo hệ thống cấp phôi loại này một cách hoàn chỉnh sẽ tăng năng suất đáng kể. Vì vậy dưới sự giúp đỡ của thầy TS. Lê Hiếu Giang, tác giả chọn lĩnh vực này để làm cơ sở nghiên cứu và thực hiện đề tài “Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống cấp phôi tự động sử dụng phễu rung và tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC Takamaz”. 1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu, tính toán, thiết kế ra một hệ thống cấp phôi tự động là việc làm rất cần thiết đối với đội ngũ cán bộ kĩ thuật, đặc biệt là đối với đội ngũ cán bộ kĩ thuật chuyên ngành chế tạo máy. Chế tạo được một hệ thống cấp phôi tự động trong nước mang lại rất nhiều lợi ích. Đặc biệt là về mặt kinh tế vì giá thành rẻ hơn rất nhiều so với thiết bị ngoại nhập nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu sản xuất. Điều đó cũng khẳng định được trình độ kĩ thuật công nghệ của chúng ta đang và sẽ theo kịp với thế giới. 1.3 MỤC TIÊU, KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 1.3.1 Mục tiêu Hệ thống cấp phôi tự động trước hết phải nằm trong các hệ thống sản xuất mang tính tự động từng phần hay toàn phần và không thể có hệ thống sản xuất tự động mà không có quá trình cấp phôi tự động. Quá trình cấp phôi tự động cần phải đạt được những mục tiêu sau:  Nâng cao năng suất do giảm thời gian phụ.  Chuyển các máy bán tự động trở thành tự động.  Cải thiện được điều kiện làm việc cho công nhân: giải phóng cho con người trong các công việc nhàm chán, trong công việc nặng nhọc.  Đảm bảo độ chính xác gá đặt. 1.3.2 Khách thể Do cạnh tranh trong nền kinh tế thị trường bắt buộc các nhà sản xuất phải cải tiến công nghệ, áp dụng tự động hóa cho các quá trình sản xuất để nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất để giá thành thấp hơn. Vì thế, quá trình cấp phôi là một trong Chương