1.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP PHÔI RỜI1.2.1 Phôi rời Phôi rời là loại phôi sử dụng phổ biến trong quá trình sản xuất hàng loạt và hàng khối, là loại phôi đa dạng về hình dán
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG
KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG
Hệ thống cấp phôi tự động nâng cao hiệu quả sản xuất bằng cách chuyển đổi máy bán tự động thành máy hoàn toàn tự động Thiết kế của hệ thống này rất đa dạng, phù hợp với từng loại phôi, năng suất yêu cầu và cấu trúc của máy móc Việc tích hợp hệ thống cấp phôi tự động giúp tối ưu hóa quy trình, giảm thiểu thời gian và công sức vận hành, đồng thời tăng độ chính xác và năng suất của quá trình sản xuất.
Hệ thống cấp phôi tự động máy là tổ hợp các cơ cấu chấp hành thực hiện nhiều chức năng như cấp phôi vào vùng gia công, xác định nhanh vị trí của phôi, kẹp chặt, chuyển phôi và tháo chi tiết đã gia công Các cơ cấu chấp hành thường chỉ đảm nhận một chức năng cụ thể, chẳng hạn như cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa (ổ tích) có nhiệm vụ điều chỉnh số phôi từ máng đến bộ phận cấp phôi và sau đó chuyển phôi vào vùng gia công Các thành phần như thanh đẩy giúp đẩy phôi, cữ tỳ xác định vị trí của phôi, cơ cấu kẹp giữ chặt phôi và cơ cấu tháo phôi có nhiệm vụ tháo và đẩy chi tiết ra khỏi vùng gia công Toàn bộ hệ thống này tạo thành cơ cấu cấp phôi tự động dạng ổ chứa, đảm bảo quá trình gia công diễn ra hiệu quả và liên tục.
Hệ thống cấp phôi dạng dây chuyền tự động được trang bị các hệ thống vận chuyển phôi giữa các máy để nâng cao hiệu quả sản xuất Hệ thống cấp phôi tự động bao gồm nhiều chủng loại kết cấu như cơ cấu cấp-tháo tự động cho các loại vật liệu gia công khác nhau như phôi rời, phôi thanh, phôi dây hay phôi dạng bột Các tên gọi khác của hệ thống này chủ yếu nhấn mạnh vào chức năng cụ thể, như “cơ cấu định hướng dạng phễu” thể hiện đặc thù công việc, hay “cơ cấu cấp phôi rung động” mô tả chuyển động của phôi dưới tác động của rung động phễu chứa.
Nguyên lý làm việc và kết cấu của hệ thống cấp phôi tự động phụ thuộc vào dạng phôi gia công, năng suất và loại máy.
Vị trí lắp đặt hệ thống cấp phôi tự động được xác định dựa trên vùng làm việc của máy hoặc của đường dây, đảm bảo sự thuận tiện trong quá trình vận hành Việc chọn vị trí phù hợp là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống Ngoài ra, yêu cầu nhân chủng học cũng đóng vai trò trong việc thiết kế và bố trí hệ thống, nhằm tạo điều kiện làm việc thuận lợi và nâng cao năng suất.
Những yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống cấp phôi tự động phôi rời là:
An toàn khi làm việc.
Hệ số cấp phôi cao (xác suất cấp được phôi vào vị trí đạt giá trị cao)
Có khả năng tích được đủ số lượng phôi trong phễu chứa.
Cấp và tháo phôi thuận tiện.
Bảo đảm tác dụng nhanh của hành trình chạy không và hành trình làm việc.
CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP PHÔI RỜI
Phôi rời là loại phôi phổ biến trong sản xuất hàng loạt và hàng khối, có đa dạng về hình dạng, chủng loại và kích thước Việc phân loại phôi rời đóng vai trò quan trọng trong việc chọn lựa các cơ cấu cấp phôi phù hợp, góp phần nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Thông thường, phôi rời được phân loại theo hình dáng Trong một số trường hợp dựa vào các tính chất khác của phôi để phân loại.
Một số loại phôi rời mà chúng ta thường gặp trong thực tế sản xuất là:
Chi tiết hình trụ có chiều dài lớn hơn đường kính (L > D) có 2 dạng sau:
- Dạng chi tiết có hai trục đối xứng vuông góc nhau
- Dạng chi tiết có 1 trục đối xứng
Chi tiết hình trụ có chiều dài gần bằng đường kính ( L ≈ D/( L=D ± 20%) ) là chi tiết có hai trục đối xứng vuông góc
Chi tiết có chiều dài nhỏ hơn đường kính L ≤ D (L = 0,8.D) cũng là chi tiết có hai trục đối xứng vuông góc nhau
Chi tiết hình trụ có mũ là dạng chi tiết có một trục đối xứng
Ngoài ra, còn có các chi tiết dạng đĩa, bulông, vít, ốc….
1.2.2 Cấu tạo chung của hệ thống cấp phôi rời
Hệ thống cấp phôi đầy đủ cần phải có các thành phần sau đây:
Phễu chứa phôi hoặc ổ chứa phôi
Cơ cấu định hướng phôi
Cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi
Cơ cấu bắt – nắm phôi khi gá đặt và tháo chi tiết sau khi gia công.
Trong hệ thống, mỗi thành phần có chức năng và nhiệm vụ riêng, cần được bố trí thống nhất về không gian và thời gian để đảm bảo hoạt động hiệu quả Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng cần đầy đủ tất cả các thành phần, mà có thể tùy thuộc vào từng trường hợp để chọn những thành phần phù hợp nhất Việc phân chia hệ thống thành các thành phần chỉ mang tính chất tương đối, vì có thể kết hợp các thành phần dựa trên đặc điểm về hình dạng, kích thước của phôi để giảm thiểu kích thước hệ thống, từ đó đơn giản hóa quá trình thiết kế, chế tạo và lắp ráp.
Trong quá trình tự động cấp phôi rời, định hướng phôi là yếu tố then chốt và gây nhiều khó khăn nhất Hình dạng, kích thước và trọng lượng của phôi ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tự định hướng chính xác Việc xác định và lựa chọn phương pháp định hướng phù hợp dựa trên đặc điểm của phôi là yếu tố quyết định thành công của hệ thống cấp phôi tự động.
Những chi tiết đơn giản thường được chia thành 2 loại:
Loại phôi có 1 trục đối xứng.
Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên.
Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên chỉ cần định hướng 1 lần còn những phôi có 1 trục đối xứng thường phải định hướng 2 lần hoặc định hướng kép.
Các phương pháp định hướng:
Định hướng bằng tay: Đối với các chi tiết trụ dài (L/D từ 510), chi tiết trụ hoặc côn có L/D xấp xỉ bằng 1, các chi tiết khó định hướng tự động.
Định hướng tự động: cả 2 bước định hướng diễn ra trong phễu hoặc kết hợp phễu và máng dẫn.
Định hướng tự lựa trong thiết kế hệ thống cấp phôi đóng vai trò quan trọng để đảm bảo hiệu quả và chính xác trong quá trình tự động hóa Để hệ thống hoạt động tối ưu, việc xác định hướng phôi cần tuân thủ các nguyên tắc cơ bản nhằm đảm bảo tính nhất quán và dễ dàng trong quá trình cấp phôi Việc lựa chọn hướng phù hợp giúp giảm thiểu sai sót, nâng cao năng suất và tối ưu hóa quá trình sản xuất tự động Các nguyên tắc này giúp hệ thống dễ dàng thực hiện việc phân loại, sắp xếp và cấp phôi một cách chính xác, tiết kiệm thời gian và công sức.
+ Cơ cấu định hướng phải tạo điều kiện cho phôi tự nhận lấy vị trí ổn định tự nhiên của nó trong quá trình chuyển động.
+ Tìm cách thu nhận lấy những phôi có vị trí đúng và gạt bỏ hoặc sửa chữa lại vị trí
4 của những phôi sai yêu cầu.
+ Những phôi bị gạt bỏ phải được vận chuyển ngược về phễu cấp phôi.
+ Nếu cơ cấu định hướng có độ tin cậy không cao thì phải bố trí vài ba cơ cấu trên đường vận chuyển phôi.
Đề tài tập trung vào chi tiết hình lục giác có 6 trục đối xứng, giúp việc định hướng chỉ cần thực hiện một lần duy nhất Phương pháp định hướng tự lựa được sử dụng để tối ưu hóa quy trình thiết kế và gia tăng hiệu quả sản xuất Các chi tiết này di chuyển trên máng phễu ở trạng thái nằm, đảm bảo tính ổn định và chính xác trong quá trình vận chuyển Việc nắm rõ đặc điểm của hình lục giác và các trục đối xứng là chìa khóa để nâng cao độ chính xác và tối ưu hóa quy trình sản xuất.
ĐƯA RA PHƯƠNG ÁN
Vì đây là phôi rời, trong đề tài là phôi có nhiều hơn 2 trục đối xứng nên ta có một số phương án cấp phôi như sau:
1.3.1 Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay
Dùng để cấp phôi chi tiết dạng trụ trơn hoặc trụ có bậc nhưng l ≥ d hoặc các phôi có dạng đĩa, vòng.
Hình 1.1 Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay
Nguyên lý làm việc của phễu cấp phôi kiểu đĩa quay:
Phôi được đổ lộn xộn vào cốc phễu và đĩa quay tròn nhờ hệ thống trục vít-bánh vít, tạo quá trình xáo động để đưa phôi vào vị trí chính xác Khi rãnh trên đĩa ở vị trí thấp nhất, phôi sẽ rơi vào, và khi rãnh đó di chuyển lên vị trí cao nhất, phôi được vận chuyển ra máng, đảm bảo quá trình cấp phôi liên tục nhờ nhiều rãnh trên đĩa Để giúp phôi định hình dễ rơi vào rãnh hơn, có thể bố trí thêm các cánh dẫn hướng trên đĩa, trong khi đáy phễu được đặt nghiêng khoảng 30° đến 45° so với mặt phẳng ngang nhằm tối ưu hóa quá trình cấp phôi tự động.
Giá thành cao Kết cấu đơn giản, dễ gia công. Định hướng chính xác Năng suất thấp
1.3.2 Phễu cấp phôi rung động
Hình 2.2 Phễu cấp phôi rung động
1: Phễu 4: Phần ứng từ của nam châm điện 7: Vít
2: Máng xoắn 5: Đế nam châm 8: Đế
3: Lò xo lá 6: Phần cảm ứng từ của nam châm điện 9: Giảm chấn
Nguyên lý làm việc của phễu rung:
Khi cấp nguồn cho phần cảm từ của nam châm điện, hệ thống sẽ tạo ra dao động kéo phễu đi xuống, giúp phễu di chuyển linh hoạt và ổn định Nhờ có lò xo lá, khi dao động lên xuống, phễu còn xoay quanh tâm với một góc rất nhỏ, tăng tính chính xác cho quá trình gia công Phôi vật liệu nằm hỗn độn trong phễu sẽ tản ra xung quanh thành phễu và tiếp cận với đầu mối của cánh xoắn, bắt đầu di chuyển theo cánh xoắn từ dưới đáy phễu lên trên qua mặt phẳng nghiêng Sau khi ra khỏi phễu, phôi được dẫn qua máng vào vị trí gia công, đảm bảo quá trình xử lý liên tục và chính xác.
Năng suất cao Rung động
Không gây kẹt phôi Phổ biến trên thị trường
Phương án dùng phễu cấp phôi dạng rung động là hợp lý nhất vì các lý do sau:
Cấp phôi thuộc dạng phôi rời từng chiếc cho một máy tự động.
Phễu đơn giản dễ gia công và giá thành để thi công không cao.
Dễ dàng trong việc điều tiết phôi.
Cấp phôi đáp ứng được năng suất đề ra.
GIỚI THIỆU PHỄU RUNG CÓ MÁNG XOẮN VÍT
Cơ cấu cấp phôi rung động có máng xoắn vít được ứng dụng rộng rãi trong các ngành như gia công cắt gọt, đóng gói dược phẩm, thực phẩm và lắp ráp Thiết bị này chuyên dùng để cung cấp phôi rời từng chiếc cho các máy móc riêng biệt hoặc các phần của dây chuyền tự động, đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra chính xác và hiệu quả.
Phễu đóng vai trò quan trọng trong quá trình tích trữ, định hướng và vận chuyển phôi đến máng tiếp nhận Nếu bất kỳ chức năng nào của phễu bị thiếu hoặc không hoạt động đúng, cơ cấu cấp phôi sẽ không hoạt động hiệu quả Đảm bảo phễu hoạt động chính xác là yếu tố then chốt để duy trì hiệu suất của hệ thống cấp phôi.
Hình1.3 Cơ cấu cấp phôi rung động
Phễu tròn là thành phần quan trọng trong cơ cấu cấp phôi rung động, ảnh hưởng lớn đến hiệu suất làm việc của hệ thống Kết cấu của phễu tròn quyết định độ chính xác và độ bền của quá trình cấp phôi tự động Phễu tròn được phân loại dựa trên hình dáng và phương pháp chế tạo, giúp tối ưu hóa khả năng vận hành và phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau trong ngành công nghiệp Trong đó, phân loại theo hình dáng là một trong những yếu tố chính để chọn lựa loại phễu phù hợp cho từng hệ thống cấp phôi tự động.
Phễu tròn hình trụ có máng xoắn vít nằm bên thành trong:
Hình 1.4 Phễu tròn hình trụ
Phễu tròn hình côn có máng xoắn vít nằm bên thành trong:
Hình 1.5 Phễu tròn hình côn
Phễu tổ hợp gồm có phễu hình côn là ổ tích, giúp lưu trữ và lấy phôi một cách hiệu quả Phễu hình trụ và máng xoắn vít nằm ở bên ngoài có chức năng vận chuyển phôi từ phễu tới máng tiếp nhận và vùng gia công Hệ thống phễu tổ hợp đảm bảo quá trình xử lý phôi diễn ra trơn tru, nâng cao năng suất sản xuất.
Hình 1.6 Phễu tổ hợp b Phân loại theo phương pháp chế tạo
Phương pháp chế tạo phễu rung: tiện, đúc, hàn.
Phễu tiện: thường làm từ nhôm, phần đáy thường có kết cấu tháo lắp để có khả năng điều chỉnh nhanh khi cần cấp phôi loại khác.
Phễu đúc: thường được chế tạo có hình côn và trụ.
Phễu hàn: thường dùng thép lá, đồng lá và đura Chiều dày của vật liệu được chọn tuỳ thuộc vào kích thước của phễu nằm trong khoảng 1÷5mm.
1.4.2 Nguyên lý vận chuyển phôi trên máng xoắn vít Để nghiên cứu cơ cấu cấp phôi kiểu rung động, người ta xét một hệ cơ cấu 4 khâu bản lề chuyển động lắc trong mặt phẳng nằm ngang hoặc nằm nghiêng được mô tả trên hình 1.7 và 1.8.
Hình 1.7: Sơ đồ di chuyển phôi trên mặt phẳng nằm ngang
Vật A có trọng lượng G đặt trên thanh BC trong mặt phẳng nằm ngang, tạo điều kiện để phân tích các lực tác dụng Khi thanh O1B quay sang phải với góc ∝ - ∝1 và tốc độ góc nhất định, cả vật A và thanh BC đều chuyển động đồng bộ theo phương nằm ngang xuống dưới Quá trình này mô tả rõ mối liên hệ giữa chuyển động quay của thanh và chuyển động trượt của vật A trên đó, phù hợp với các nguyên lý cơ học liên quan đến chuyển động song phẳng.
Gọi gia tốc chuyển động lớn nhất trong hành trình này là a, ta có:
a tđ : là gia tốc theo phương thẳng đứng
a n : là gia tốc theo phương nằm ngang
Khi tay quay O 1 B quay sang trái 1 góc ∝ - ∝ 1 với tốc độ góc thì vật A cùng với thanh B chuyển động lên phía trên Khi đó ta có:
Trong quá trình chuyển động của vật A, a’ tđ và a’ n lần lượt đại diện cho gia tốc theo hướng thẳng đứng và nằm ngang khi vật di chuyển lên phía trên Khi giả sử \(\theta = 0\), các gia tốc này trở về giá trị ban đầu, tức là \(a_tđ = a’ tđ\) và \(a_n = a’ n\), giúp đơn giản hóa phân tích chuyển động Hiện tượng như thế có thể xảy ra khi các gia tốc theo chiều thẳng đứng và nằm ngang cân bằng hoặc tác động theo các hướng nhất định, ảnh hưởng đến quá trình chuyển động của vật A.
Khi vật chuyển động cùng thanh xuống thấp sang phía phải, nếu lực ma sát nội tại (F ms) nhỏ hơn lực quán tính (F qt), vật A sẽ trượt trên thanh BC Điều này có nghĩa là vị trí của vật A so với thanh BC sẽ tiếp tục nằm phía sau, cho thấy vật A có chuyển động tương đối so với thanh BC về phía trái.
Khi thanh chuyển động lên trên và sang trái, lực ma sát mô men F_ms tăng lên Nếu F_ms lớn hơn lực quán tính F_qt, vật A sẽ bám chắc vào thanh BC, đồng nghĩa với việc không có sự chuyển động tương đối giữa vật A và thanh BC Đây là trạng thái ổn định khi lực ma sát vượt quá lực quán tính, giúp giữ vật gắn chặt vào thanh.
Tổng hợp một chu trình chuyển động của thanh O 1 B ta có nhận xét sau đây:
Vị trí của vật A so với thanh BC đã dịch chuyển sang trái một lượng s Khi cơ cấu hoạt động liên tục, sau mỗi chu trình, vật A lại dịch chuyển sang trái so với thanh BC một lượng s, dẫn đến sự chuyển động liên tục của A Quá trình này kéo dài khiến vật A có xu hướng rời khỏi thanh BC sau một thời gian hoạt động liên tục của cơ cấu.
Trong trường hợp khi g < a tđ thì F ms < 0, lúc này vật A sẽ không còn tiếp xúc với thanh
BC nữa mà nó có bước nhảy tương đối so với thanh BC về phía trái.
Xét trường hợp thanh BC đặt trong mặt phẳng nghiêng so với mặt phẳng ngang 1 góc
Hình 1.8 Sơ đồ di chuyển phôi trên mặt phẳng nằm nghiêng
Cũng phân tích tương tự như trên chú ý trọng lượng G của vật A được phân thành G n và
G đ tương ứng với phương nằm ngang và phương thẳng đứng, ta có:
Thiết lập công thức tính toán F ms , F qt theo giá trụ G đ và G n , a tđ và a n ta có nhận xét sau:
Để vật A có khả năng chuyển động tương đối so với thanh BC sang bên trái khi thanh BC di chuyển về phía phải xuống dưới, cần phải có điều kiện phù hợp Điều kiện này đảm bảo rằng vật A có thể phản ứng đúng với chuyển động của thanh BC, duy trì sự liên kết và chuyển động ổn định Hiểu rõ các điều kiện này giúp quá trình mô phỏng và phân tích chuyển động trở nên chính xác hơn trong các bài toán cơ bằng phương pháp lực hoặc mô hình động học.
Khi thanh quay về phía bên trái và lên phía trên thì điều kiện để vật không trượt trên thanh
Nếu thỏa mãn cả hai điều kiện, vật A sẽ dịch chuyển tương đối so với thanh BC sau một chu trình chuyển động của thanh O1B Trong quá trình hoạt động liên tục của cơ cấu, vật A sẽ dần dịch chuyển sang phía trái và có xu hướng rời khỏi thanh BC theo thời gian.
Dựa trên các kết quả tính toán, người ta đã chế tạo các loại phiễu rung động dựa theo nguyên lý này (hình 1.8) Trong đó, thanh BC được thay thế bằng một cánh xoắn có góc nghiêng nhằm tăng chiều dài của bộ phận, giúp vật A di chuyển trên quãng đường lớn hơn Điều này tạo điều kiện cho quá trình định hướng và điều chỉnh vị trí của vật trước khi chuyển đến máng phôi, nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống.
Trong sơ đồ nguyên lý, kết cấu 4 khâu bản lề được thay thế bằng cơ cấu rung động tựa trên thanh đàn hồi, giúp nâng cao độ bền và độ tin cậy của hệ thống Lực tạo rung được áp dụng bằng kiểu nam châm điện từ, mang lại hiệu quả vận hành ổn định và chính xác hơn Ưu điểm của bộ tạo rung kiểu này là khả năng điều chỉnh dễ dàng, tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu các vấn đề về hao hụt cơ học so với các thiết kế truyền thống.
Bạn có thể dễ dàng điều chỉnh tần số rung và biên độ của nó, giúp thay đổi tốc độ và gia tốc của phễu cấp phôi một cách linh hoạt và chính xác Việc này giúp tối ưu hóa quá trình cấp phôi, nâng cao hiệu quả sản xuất Tính linh hoạt trong điều chỉnh này đảm bảo phù hợp với nhiều loại vật liệu và yêu cầu sản xuất khác nhau.
1.4.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phễu rung
Hình 1.9 Cấu tạo phễu rung
1: Phễu 4: Phần ứng từ của nam châm điện 7: Vít
2: Máng xoắn 5: Đế nam châm 8: Đế
3: Lò xo lá 6: Phần cảm ứng từ của nam châm điện 9: Giảm chấn
THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG
TÍNH TOÁN PHỄU
2.1.1 Chọn vật liệu chế tạo phễu
Phễu cấp phôi rung động được chế tạo từ thép Cachen kết cấu CT3, nổi bật với cánh xoắn dạng vành khăn có đường kính ngoài gần bằng đường kính trong của phễu, giúp nâng cao hiệu quả vận chuyển và phân phối phôi Cánh xoắn này được hàn chắc chắn vào thành trong của phễu theo dạng đường xoắn ốc, góp phần tăng độ bền và độ chính xác trong quá trình hoạt động Thành phần hóa học và cơ tính của thép CT3 đảm bảo khả năng chịu lực tốt, chống mài mòn và duy trì ổn định trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp cần độ bền cao.
C chiếm 0,14 ÷ 0,22% Mn chiếm 0,4 ÷ 0,65% S chiếm 0,12 ÷ 0,3% S không quá 0,055% P không quá 0,05%
2.1.2 Các thông số hình học của phễu
Chọn phễu cấp phôi rung động có dạng hình trụ.
Cơ cấu cấp phôi rung động cần đảm bảo cung cấp phôi liên tục cho máy, từ đó duy trì năng suất công nghệ (năng suất thực tế) ổn định Năng suất thực tế của hệ thống (Qp) phải lớn hơn năng suất của máy (Qm) khoảng 1,3 lần để đảm bảo hoạt động liên tục và hiệu quả Việc đảm bảo cấp phôi ổn định không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn giảm thiểu thời gian chết của máy, góp phần tối ưu hóa quy trình sản xuất.
K 1 : hệ số tăng năng suất của máy, K 1 = (1,3…1,5)
- Tốc độ vận chuyển chi tiết theo máng của cơ cấu cấp phôi rung động:
L: chiều dài của chi tiết
K 2 : hệ số dự phòng năng suất (K 2 = 0,8)
K 3 : hệ số cấp phôi định hướng
m: số trạng thái được chấp nhận (m= 1)
n: tất cả số trạng thái của chi tiết có trên máng (n = 3)
- Thông số hình học của phễu:
Góc nâng lớn nhất max của máng tg f 2 max tg
f = 0,35: hệ số ma sát tinh giữa phôi và máng
15 o : góc nghiêng tối ưu của nhíp (thép lá)
Chọn đường kính phễu D = 400 mm
Chiều dày thành phễu 2 mm
- Bước xoắn của máng là: t D.tg 3,14.400.tg1,5 o 32,9( mm
- Chiều rộng của cánh xoắn là:
B r[2-3] = 24,5 + 2,5 = 27 (mm) Trong đó: r - là đường kính lớn nhất của phôi
Cánh xoắn được làm bằng thép CT3 có độ dày là 2mm
Cánh xoắn được gắn lên thành phễu bằng cách hàn hồ quang điện.
Dung lượng E của phễu phải có khả năng chứa được số chi tiết đủ cho máy làm việc trong khoảng thời gian là: t max = 4 (giờ) = 240 (phút)
Số chi tiết z có khả năng được xếp thành một lớp trong phễu: n 2.r 2.24,5 2.49 2.73,5 z 1 i
r i = 1, 2, 3: số lần đường kính phôi
- Số lớp phôi có khả năng được xếp cùng lúc trong toàn bộ dung lượng của phễu: n
h c : chiều cao của chi tiết
Chiều cao dự phòng của phễu, được tính bằng công thức ∆(∆=1,5.hc), đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành Phễu có đáy làm bằng thép CT3, có hình dạng côn ngược 170 độ giúp phôi dễ dàng lăn ra khỏi phễu khi đổ vào Thiết kế côn ngược còn hỗ trợ hướng dẫn phôi đi theo hướng cánh xoắn, giúp hệ thống dao động hoạt động hiệu quả và chính xác hơn.
Hình 2.2 Mô hình 2D Đỏy phễu gắn với lừi sắt, lừi sắt này được chế tạo từ 1 miếng thộp cú kớch thước ỉ = 250 (mm), h = 10 (mm).
Xác định khối lượng của phễu:
Chia phễu ra các phần đơn giản để tính khối lượng:
m m : khối lượng máng phễu m d : khối lượng đáy phễu
=4+1,47+1,766+3,826,062 (kg) Khối lượng của tất cả chi tiết được chất lên phễu m ct = 0,02.250= 5 (kg)
KÍCH THUỚC ĐẾ
Để đảm bảo hệ thống dao động hoạt động chính xác và duy trì hiệu suất ổn định trong quá trình vận hành, trọng lượng của phần đế máy cần phải lớn hơn 3 đến 5 lần so với trọng lượng của phễu Điều này giúp hệ thống tránh bị nhiễu loạn và duy trì tính ổn định trong quá trình làm việc Việc tính toán đúng trọng lượng đế máy là yếu tố quan trọng để đảm bảo năng suất và độ chính xác của toàn bộ hệ thống.
Chọn vật liệu chế tạo đế là thép CT3.
Chọn đường kính D = 320 mm Như vậy chiều cao của đế sẽ là: h 4.m g
ĐỊNH HƯỚNG PHÔI TRÊN MÁNG XOẮN
2.3.1 Giới thiệu về vấn đề định hướng phôi rời
Trong quy trình tự động cấp phôi, việc phôi rời tự định hướng là một trong những vấn đề quan trọng và khó khăn nhất Hình dạng, kích thước và trọng lượng của phôi đóng vai trò quyết định khả năng tự định hướng thành công, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến phương pháp định hướng của hệ thống cấp phôi.
Trong các cơ cấu cấp phôi rung động thì việc định hướng phôi xảy ra trong quá trình chuyển động của nó theo máng xoắn vít.
Có 2 phương pháp định hướng phôi là:
Chủ động: tất cả các phôi được định hướng không phụ thuộc vào vị trí của chúng ở trong máng xoắn vít.
Trong quá trình xử lý phôi, chỉ những phôi có vị trí chính xác mới được chuyển vào vị trí tiếp nhận, còn những phôi có vị trí không chính xác sẽ rơi trở lại phễu chứa để đảm bảo quy trình chính xác Để thiết kế hệ thống cấp phôi hiệu quả, việc định hướng phôi thường tuân thủ các nguyên tắc cơ bản nhằm tối ưu hóa quá trình tự động hóa và giảm thiểu lỗi Người thiết kế hệ thống cần chú ý đến việc xác định các vị trí chuẩn xác cho phôi, đảm bảo phôi được di chuyển đúng quy trình và giảm thiểu sự cố trong quá trình vận hành.
Phải tạo điều kiện cho phôi tự nhận lấy vị trí ổn định tự nhiên của nó trong quá trình chuyển động.
Tìm cách thu nhận lấy những phôi có vị trớ đúng và gạt bỏ hoặc sửa chữa những phôi có vị trí sai.
Những phôi bị gạt bỏ phải được vận chuyển ngược trở lại phễu cấp phôi.
Nếu cơ cấu định hướng có độ tin cậy không cao thì cần bổ sung vài ba cơ cấu trên đường vận chuyển phôi.
2.3.2 Thiết kế cơ cấu định hướng phôi nguyên liệu trên máng xoắn
2.3.2.1 Các trạng thái và lưu đồ di chuyển của phôi nguyên liệu trên máng xoắn
Hình 2.3 Các trạng thái của phôi nguyên liệu
Hình 2.4 Lưu đồ di chuyển của phôi
2.3.2.2 Thiết kế cơ cấu định hướng phôi nguyên liệu trên máng xoắn
Hình 2.5 Sơ đồ lưu chuyển phôi nguyên liệu trong phễu rung
Hình 2.6 Sơ đồ lưu chuyển phôi nguyên liệu trong phễu rung
Tính toán kích thước L,L1,H của cơ cấu định hướng phôi
Kích thước máng xoắn tại vị trí định hướng 1 phải được thiết kế phù hợp để loại bỏ các trạng thái không đúng A, đảm bảo phôi nguyên liệu không bị mắc kẹt và tiếp tục chuyển động trơn tru qua máng Điều này giúp duy trì hiệu quả vận hành của hệ thống, ngăn ngừa sự cố và nâng cao năng suất Kích thước L của máng xoắn tại vị trí 1 cần đáp ứng điều kiện nhất định để đảm bảo loại bỏ các trạng thái không mong muốn và duy trì khả năng tiếp tục của các trạng thái B, C.
- d: đường kính lớn nhất của phôi (d$,5mm)
- l: chiều cao của phôi (l= 9,5mm)
- L: kích thước máng xoắn tại vị trí 1
Kích thước tại vị trí định hướng 2 cần đảm bảo để loại bỏ phôi nguyên liệu không đúng trạng thái C, trong khi các phôi phù hợp vẫn tiếp tục chuyển xuống băng tải trong trạng thái B Để thực hiện điều này, chiều cao H tại vị trí này phải thỏa mãn điều kiện l < H < 2l, đồng thời tay gạt phôi phải được bố trí sao cho phù hợp nhằm đảm bảo quá trình tự động vận hành chính xác.
9,5 H19 Vậy ta chọn: H = 12 (mm) và L1 = 6 (mm)
Trong quá trình di chuyển qua phễu, phôi nguyên liệu trong phễu sẽ bị loại bỏ nếu có trạng thái sai trên máng, rơi ngược ra khỏi phễu Chỉ phôi ở trạng thái đúng (trạng thái B) mới tiếp tục hành trình đến băng tải, đảm bảo quy trình vận chuyển hiệu quả và chính xác.
MÁNG DẪN PHÔI
2.4.1 Cấu tạo máng dẫn phôi
Máng dẫn phôi là bộ phận quan trọng trong hệ thống cấp phôi, có nhiệm vụ dẫn phôi từ phễu tới vị trí gia công hoặc lưu trữ cho các bước tiếp theo Nó đảm bảo quá trình vận chuyển phôi liên tục từ lúc cấp cho đến khi thành phẩm hoàn thiện Tùy vào hình dáng, kích thước và trọng lượng của phôi, các loại máng dẫn được thiết kế phù hợp để tối ưu hiệu quả vận hành.
Các loại máng có kết cấu như hình 4.4 phù hợp cho các chi tiết nhỏ, giúp giữ phôi ổn định trong quá trình gia công Thiết kế của máng cho phép phôi có thể lăn hoặc trượt nhẹ nhàng trên đáy mà không gây hư hại bề mặt Tuy nhiên, khi phôi có trọng lượng lớn hơn, cần sử dụng loại máng phù hợp để đảm bảo an toàn và tránh tổn hại cho phôi trong quá trình vận chuyển hoặc gia công.
21 và cần bảo vệ bề mặt phôi ta giảm diện tích tiếp xúc giữa phôi và máng dẫn hoặc gắn các con lăn trên đáy máng
Hình 2.7 Cấu tạo máng dẫn phôi
Hình a, b, c, d là máng chữ nhật dùng cho các chi tiết trụ có l/d < 3,5 và các chi tiết dẹt có chiều dày nhỏ hơn đường kính nhiều lần.
Hình e là máng chữ T dùng cho các chi tiết trụ có mũ dạng bu lông.
Hình f: máng chữ V, hình g: máng chữ C dùng cho các chi tiết trụ có l/d > 3,5.
Hình i: máng chữ U có rãnh dùng cho các chi tiết có mũ theo phương pháp đổ phôi vào máng.
Hình j: máng chữ T ngược dùng cho các phôi có dạng hơn nữa hình trụ.
Hình m: máng một thanh treo.
Hình n: máng hai thanh đỡ.
Trong thực tế, trọng lượng của chi tiết cấp phôi đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng và di chuyển phôi trong quá trình gia công hoặc lắp ráp Việc sử dụng trọng lượng giúp xác định vị trí chính xác của phôi trên máng, đảm bảo quá trình làm việc diễn ra hiệu quả và chính xác hơn Điều này giúp nâng cao năng suất và giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất chế tạo chi tiết.
Hình 2.8 Phôi di chuyển trên máng dẫn nhờ trọng lượng
Để đáp ứng yêu cầu của đề tài, chi tiết cần cấp phôi có dạng hình trụ với hai trục đối xứng, do đó, ta chọn máng dẫn phôi có hình dạng hình chữ nhật Việc lựa chọn máng dẫn phù hợp giúp đảm bảo quá trình cấp phôi chính xác và ổn định, phù hợp với đặc điểm đối xứng của chi tiết Thiết kế máng dẫn hình chữ nhật sẽ tối ưu hóa việc cung cấp phôi, giảm thiểu sai số trong quá trình gia công Chọn loại máng dẫn phù hợp là bước quan trọng để nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo độ chính xác của chi tiết cuối cùng.
Hình 2.9 Cấu tạo máng dẫn phôi sử dụng trong đề tài
2.4.2 Tính toán máng dẫn phôi Để phôi di chuyển được trên máng ta phải tác dụng lực vào phôi Có nhiều cách tạo ra lực di chuyển phôi như:
Dùng trọng lực của phôi bằng cách đặt máng nghiêng một góc so với phương
Trong quá trình vận chuyển phôi nằm ngang, độ dốc của máng ảnh hưởng đến phương thức di chuyển của phôi Khi phôi lăn, góc nghiêng của máng thường dao động từ 50 đến 70 độ để đảm bảo quá trình lăn diễn ra trơn tru Ngược lại, nếu phôi trượt trên máng, góc nghiêng cần lớn hơn góc ma sát giữa phôi và đáy máng, thường khoảng 30 độ, nhằm giảm thiểu tình trạng trượt và tăng hiệu quả vận chuyển Hiểu rõ về góc nghiêng phù hợp giúp tối ưu hóa quá trình chuyển đổi và vận hành của hệ thống máng tải phôi một cách an toàn và hiệu quả nhất.
Dùng phương pháp rung động.
Dùng lực cơ khí hoặc thủy lực để đẩy phôi.
Phôi di chuyển trong máng của đề tài nhờ vào tác dụng của lực rung động từ phễu rung và máng rung Máng rung được đặt nghiêng một góc 30 độ so với mặt phẳng nằm ngang nhằm giúp phôi dễ dàng trượt xuống mà không bị kẹt hoặc mắc kẹt Việc điều chỉnh góc nghiêng của máng rung tối ưu hóa quá trình di chuyển của phôi, đảm bảo hiệu quả và năng suất trong quá trình sản xuất Các công đoạn rung rung và thiết kế máng đã được nghiên cứu kỹ lưỡng để nâng cao hiệu quả truyền động và giảm thiểu các vấn đề về kẹt phôi.
Khi tính toán chiều cao của máng dùng cho chi tiết dạng trượt, cần chú ý đến kích thước kẹt phôi hay còn gọi là điều kiện kẹt phôi để đảm bảo quá trình gia công chính xác và hiệu quả Điều kiện kẹt phôi ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng di chuyển của chi tiết trong quá trình gia công, do đó, việc xác định chiều cao máng phù hợp là yếu tố quyết định thành công của quá trình này Việc tính toán chính xác chiều cao máng dựa trên kích thước kẹt phôi giúp tối ưu hóa năng suất và giảm thiểu rủi ro sai lệch kích thước trong sản phẩm.
Trong hình vẽ, hệ thống mô tả một phôi có kích thước chiều dài L và chiều rộng D đang trượt trong máng có chiều rộng H Quá trình trượt của phôi có thể gây ra hiện tượng nghiêng lệch như đã thể hiện trong hình Việc phân tích chuyển động và hướng nghiêng của phôi là rất quan trọng để đảm bảo quá trình vận hành hiệu quả, tránh các sai lệch không mong muốn Các yếu tố như kích thước phôi, chiều rộng máng và lực tác động đóng vai trò chính trong việc xác định mức độ nghiêng của phôi trong quá trình trượt.
+ Khi phôi chạm vào máng tại điểm A thì phôi sẽ chịu tác dụng của các lực pháp tuyến
N và lực ma sát F Hợp lực của chúng là T, T tạo với N một góc β là góc ma sát, đường chéo OA tạo với N một góc α.
Hình 2.10 Lực tác dụng khi phôi trượt trong máng
Nếu α> β thì T sẽ tạo với điểm A một mômen mà mômen đó sẽ làm cho phôi bớt nghiêng nghĩa là phôi hết kẹt.
Nếu α= IN2, IN1 IN2, IN1 IN2.
When comparing two identical data types, if the comparison condition is satisfied, the output will be TRUE (level 1), indicating a high-level effect; otherwise, the result will be FALSE The data types suitable for comparison include SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, Lreal, String, Time, DTL, and Constant, ensuring accurate and reliable evaluation within your programming logic.
Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2.
Lệnh trừ SUB : OUT = IN1 - IN2.
Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal, Constant.
Tham số OUT có kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal.
Tham số ENO bằng 1 khi không có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi, đảm bảo hoạt động suôn sẻ và thành công Ngược lại, nếu có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi lệnh, ENO sẽ bằng 0, giúp xác định rõ ràng các vấn đề gặp phải Một số lỗi phổ biến có thể phát sinh trong quá trình thực thi lệnh này, yêu cầu kiểm tra và xử lý kịp thời để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru Hiểu rõ ý nghĩa của tham số ENO giúp người dùng dễ dàng đánh giá trạng thái của quá trình thực thi và xử lý lỗi hiệu quả.
Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu dữ liệu
Real/Lreal: Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau đó được trả về NaN.
ADD Real/Lreal: Nếu cả hai giá trị IN là INF có dấu khác nhau, đây là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN
Di chuyển và chuyển đổi dữ liệu
Bảng 3 7 Tập lệnh di chuyển.
Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ ra OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN.
EN: cho phép ngõ vào.
ENO: cho phép ngõ ra.
IN: nguồn giá trị đến.
Hình 3 2 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C AC/DC/Relay.
Hình 3 3 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/Relay.
Hình 3 4 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC.
PHẦN MỀM Tia – Portal v13
3.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic.
Step 7 Basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo, thông minh, trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật, cấu hình mạng, lập trình, chuẩn đoán và nhiều hơn nữa một cách trực quan dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động.
3.3.2 Các bước tạo một project.
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng TIA Portal V13
Hình 3 5 Biểu tượng phần mềm TIA - Portal V13.
Bước 2: Click chuột vào “Create new project” để tạo dự án.
Bước 3: Nhập tên dự án vào “Project name” sau đó nhấn “Create”.
Hình 3 7 Đặt tên cho dự án.
Hình 3 8 Chọn cấu hình cho thiết bị
Bước 5: Chọn “add new device”.
Hình 3 9 Thêm thiết bị mới
Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn “add”.
Bước 7: Project mới được hiện ra.
Hình 3 11 Một project mới được tạo ra.
Nguyên lí hoạt động của phễu rung
Hoạt động của phễu rung được điều khiển bởi 2 cảm biến S1 được bố trí trên máng và một cảm biến S2 được bố trí trong ổ tích như hình.
Hình 3.13 Nguyên lý hoạt động của phễu rung
Khi nhấn nút start, phễu rung hoạt động để di chuyển phôi từ phễu rung đến máng Cảm biến S1 phát hiện sản phẩm trước khi phôi tới máng, giúp hệ thống nhận biết vị trí phôi Phễu rung sẽ tần suất hoạt động cho đến khi cảm biến S1 và S2 đều xác định đã có sản phẩm, từ đó dừng lại Khi cảm biến S2 phát hiện sản phẩm, xi lanh tự động hạ xuống một mức phù hợp với độ dày của phôi, đảm bảo vị trí chính xác Phễu rung sẽ tiếp tục hoạt động trở lại khi cảm biến S2 không còn nhìn thấy sản phẩm, giúp duy trì sự dự trữ phôi trên máng và đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục, sẵn sàng cấp phôi cho các chu kỳ tiếp theo.
Hình 3.14 Lưu đồ điều khiển
3.3.4 Lập bảng địa chỉ ngõ vào và ra của thiết bị
Bảng 3.8 Địa chỉ ngõ vào và ra của thiết bị
Tên thiết bị Địa chỉ Chú thích
Start I0.0 Nút khởi động hệ thống
Stop I0.1 Nút dừng hệ thống
S2 I0.3 Cảm biến blue Q0.0 Đèn báo hoạt động
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
➢ Những kết quả đạt được:
− Đưa ra những phương án truyền động phù hợp cho mô hình hệ thống.
− Thực hiện việc tính chọn thiết bị phù hợp với yêu cầu.
− Xây dựng bản vẽ chế tạo và bản vẽ lắp hệ thống trên phần mềm SolidWork.
Hình 4.1 Mô hình phễu rung cấp phôi
Hình 4.2 Bản vẽ lắp phễu rung cấp phôi
Hình 4.3 Bản vẽ đế dưới
Hình 4.4 Bản vẽ đế trên
Hình 4.5 Bản vẽ đế xi lanh
Hình 4.6 Bản vẽ trụ xi lanh
Hình 4.7 Bản vẽ thân xi lanh
Hình 4.8 Bản vẽ giá đỡ dưới
Hình 4.9 Bản vẽ giá đỡ trên
Hình 4.13 Bản vẽ thanh nối
Hình 4.14 Bản vẽ lõi thép
Hình 4.15 Bản vẽ thanh chữ E