ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHÓM VÀO THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG MỘT SỐ BỘ PHẬN CỦA CÁNH TAY ROBOT UExos VN 1. Đặt vấn đề Đối với việc điều trị biến chứng, sau tai biến cho bệnh nhân đột quỵ thì phương pháp vật lý trị liệu là phù hợp nhất, và phương pháp này có hiêu quả nhất khi được áp dụng cho bệnh nhân ngay sau tai biến càng sớm càng tốt. Mà phương pháp vật lý trị liệu yêu cầu luôn cần có người thực hiện cho bệnh nhân dẫn đến việc thiếu hụt nhân lực cho phương pháp điều trị này. Chính vì thế robot UExosVN được đề xuất nhằm giải quyết vấn đề này. Sau khi đã phân tích, mô phỏng, đánh giá kỹ lưỡng mô hình nguyên lý của cánh tay máy UExosVN, thiết kế các chi tiết cơ cấu cho cánh tay máy, việc tiếp theo chính là thiết kế quy trình công nghệ chế tạo và lên kế hoạch sản xuất. Với số lượng chi tiết cần gia công là trên 100 chi tiết khác nhau, cần áp dụng các công nghệ mới trong sản xuất để tối ưu hóa quá trình sản xuất. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đồ án Mục tiêu chính của đồ án nhằm đưa ra Quy trình công nghệ để gia công các chi tiết của cánh tay máy, nhằm đảm bảo sản phẩm sau khi gia công đạt yêu cầu so với thiết kế, áp dụng công nghệ nhóm (Group technology) vào sản xuất để tối ưu hóa quá trình sản xuất, cũng như áp dụng thuật toán Johnson để lập lịch trình gia công cho công nghệ nhóm 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đồ án Đồ án có ý nghĩa trong việc đưa ra Quy trình công nghệ gia công một số chi tiết điển hình sau khi được phân loại, mã hóa theo Công nghệ nhóm, để quá trình sản xuất phù hợp với điều kiện cơ sở hạ tầng, giảm thiểu khối lượng công việc cần thực hiện so với phương pháp gia công bằng CNC không áp dụng công nghệ nhóm hiện nay. 4. Nội dung nghiên cứu Cấu trúc tổng quát và kết cấu của mô hình robot UexosVN Áp dụng công nghệ nhóm trong mã hóa, phân loại chi tiết Áp dụng thuật toán Johnson lập lịch trình gia công chi tiết trong nhóm Thiết kế QTCN cho một số các chi tiết điển hình của các nhóm đã phân loạ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHÓM VÀO THIẾT KẾ
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG MỘT SỐ BỘ
PHẬN CỦA CÁNH TAY ROBOT UExos VN
LÝ TUẤN ANH
anh.lt171010@sis.hust.edu.vn
NGUYỄN VĂN LONG
long.nv162534@sis.hust.edu.vn
Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Thành Trung
Giảng viên phản biện: TS.Nguyễn Thành Nhân
Hà Nội, 3/2022
Chữ ký của GVHD
Chữ ký của GVPB
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
(NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY)
1 Thông tin về sinh viên
Họ và tên SV: Lý Tuấn Anh
Họ và tên SV: Nguyễn Văn Long
Lớp: CK03-K62 Lớp:KTCK04-K61
ĐT: 0383338575 ĐT: 0353313588
Email (đại diện):anh.lt171010@sis.hust.edu.vn
Hệ đào tạo: Chính quy Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại:
Thời gian làm ĐATN: Từ ngày / / đến / /
2 Đầu đề thiết kế
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHÓM VÀO THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG
NGHỆ GIA CÔNG MỘT SỐ BỘ PHẬN CỦA CÁNH TAY ROBOT UExos VN
3 Các số liệu ban đầu:
4 Nội dung thuyết minh và tính toán:
5 Các bản vẽ
• Bản vẽ chi tiết lồng phôi: 1 bản Ao
[Font Times New Roman, size 12]
Trang 3TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN CNCTM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên SV: Nguyễn Văn Long Lớp: Kỹ thuật cơ khí 04-K61
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Tên đề tài tốt nghiệp: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHÓM VÀO THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG MỘT SỐ BỘ PHẬN CỦA CÁNH TAY ROBOT UExos VN NỘI DUNG NHẬN XÉT I Khối lượng đồ án: 1 Phần thuyết minh: 151 trang 2 Phần bản vẽ: 09 bản A0 II Ưu điểm của đồ án ………
………
………
………
………
III Nhược điểm của đồ án ………
………
………
………
IV Kết luận ………
………
………
………
Hà Nội, ngày tháng năm 20
Giảng viên hướng dẫn
Trang 4Lời cảm ơn
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng
góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè
Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Nguyễn Thành Trung, người đã tận
tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội nói chung cũng như các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Chế tạo máy
nói riêng đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức các môn đại cương cũng như các môn chuyên
ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ
chúng em trong suốt quá trình học tập
Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều
kiện quan tâm giúp đỡ, động viên trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt
nghiệp
Trang 5Mục lục
LỜI MỞ ĐẦU 10
1 Đặt vấn đề 10
2 Mục tiêu nghiên cứu của đồ án 10
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đồ án 10
4 Nội dung nghiên cứu 10
Chương 1.Cấu trúc tổng quát và các chỉ tiêu kỹ thuật của mô hình 11
1.1 Sơ đồ nguyên lý của mô hình robot UExosVN 11
Sơ đồ nguyên lý 11
Yêu cầu tổng quát 12
Kết cấu tổng quan của cánh tay máy 13
1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt cho mô hình robot UexosVN 13
1.3 Kết luận chương 15
CHƯƠNG 2 Công nghệ nhóm và áp dụng công nghệ nhóm vào Thiết kế QTCN gia công một số bộ phận cánh tay robot 16
2.1 Tổng quan về công nghệ nhóm: 16
Khái niệm 16
Phân tích điểm mạnh, yếu của công nghệ nhóm 16
2.2 Hệ thống phân loại và mã hóa chi tiết 18
Tổng quan 18
Hệ thống phân loại và mã hóa Optiz 18
2.3 Áp dụng Hệ thống Optiz vào Cánh tay robot 19
2.3.1 Mã hóa các chi tiết 20
2.3.2 Kết luận 37
2.4 Công nghệ sản xuất theo tế bào và thiết kế mặt bằng nhà xưởng 37
2.4.1 Công nghệ thiết kế theo tế bào (Cell manufacturing) 37
2.4.2 Thuật toán Sắp xếp nhóm 39
2.4.3 Thiết kế mặt bằng xưởng theo công nghệ sản xuất tế bào 46
2.5 Kết luận chương 47
Chương 3: Thuật toán Johnson và áp dụng thuật toán trong việc lập lịch trình gia công 1 số bộ phận cánh tay robot 49
3.1.Tổng quan về thuật toán Johnson 49
3.2.Bài toán lập lịch trình 2 máy 49
Trang 63.4.Bài toán 67
3.4.1.Phân chia công việc trong bài toán gia công 67
3.4.2.Tính toán thời gian gia công trên 2 máy 67
3.4 Áp dụng thuật toán Johnson để lập lịch trình gia công 69
3.4.1.Thuật toán Johnson 69
3.5.Thuật toán tối ưu cho lập lịch trình cho các nhóm 75
3.5.1.Mô tả thuật toán 75
3.5.2.Áp dụng để lập lịch trình cho các nhóm 75
A.Thiết kế Quy trình công nghệ gia công một số chi tiết điển hình trên máy CNC 78
4.1Chi tiết gối đỡ M1 78
4.1.1.Phân tích kết cấu và lựa chọn thiết bị công nghệ 78
4.1.2.Lựa chọn đầu cắt của dao (insert): 80
4.1.3.Lựa chọn chế độ cắt 80
4.1.4.Quy trình công nghệ chi tiết 83
4.2.Chi tiết: Trục đánh lệch 87
4.2.1.Phân tích kết cấu và chọn thiết bị công nghệ 87
4.2.2.Quy trình công nghệ chi tiết 88
4.3.Kết luận 90
B.Thiết kế Quy trình công nghệ gia công một số chi tiết điển hình trên máy gia công truyền thống .90
4.4.Chi tiết gối đỡ M1 90
4.4.1.Phân tích chức năng chi tiết 91
4.4.2.Xác định dạng sản xuất 92
4.4.3.Phân tích tính công nghệ trong kết cấu 93
4.4.4.Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi 93
4.4.5.Xác định trình tự gia công 96
4.4.6.Lập thứ tự các nguyên công 97
4.4.7.Sơ đồ gá đặt của các nguyên công 98
4.5.Tính toán thiết kế đồ gá 122
4.5.1.Định vị 122
4.5.2.Xác định phương chiều, điểm đặt lực cắt, lực kẹp 123
4.5.3.Xác định sai số chế tạo cho phép của đồ gá 125
4.5.4.Thiết kế các cơ cấu của đồ gá 125
4.6.Chi tiết trục đánh lệnh 128
4.6.1Quy trình công nghệ chế tạo 128
Trang 74.6.3.Lượng dư gia công 132
4.6.4.Chế độ cắt 132
4.6.5.Tính toán thiết kế đồ gá cho nguyên công khoan và taro lỗ M5 148
B.Kết luận chương 151
Danh mục hình ảnh Hình 1 Mô hình nguyên lý tay máy UExosVN 11
Hình 2 Kết cấu tổng quan của cánh tay máy 13
Hình 3 Ví dụ về xác định form code cho chi tiết 19
Hình 4 Sắp xếp nhà xưởng theo chức năng của máy gia công 38
Hình 5 Sắp xếp nhà xưởng theo công nghệ sản xuất tế bào 38
Hình 6 Ví dụ Bước 1 39
Hình 7 Ví dụ bước 2 40
Hình 8 Ví dụ bước 3 40
Hình 9 Ví dụ Bước 4 41
Hình 10 Ví dụ Bước 5 41
Hình 11 Mặt bằng Cell 1 46
Hình 12 Mặt bằng Cell 2 47
Hình 13 Mặt bằng chung nhà xưởng 47
Hình 14 Mô hình ô sản xuất hai máy 49
Hình 15 Biểu đồ Gantt cho mô hình hai máy 50
Hình 16 Biểu đồ Gantt biểu thị thời gian gia công 68
Hình 17 Biểu đồ Gantt biểu thị thời gian gia công nhóm 3 73
Hình 18 Biểu đồ Gantt biểu thị thời gian gia công nhóm 4 74
Hình 19 Biểu đồ Gantt biểu thị thời gian gia công nhóm 5 74
Hình 20 Biểu đồ Gantt biểu thị thời gian gia công sau khi sử dụng thuật toán Johnson 77
Hình 21 Đồ thị so sánh thời gian trước và sau khi áp dụng thuật toán Johnson 77
Hình 22 Chi tiết gối đỡ M1 78
Hình 23 Bản vẽ chi tiết gối đỡ M1 78
Hình 24 Giao diện lựa chọn chip cho dụng cụ cắt 80
Hình 25 Lựa chọn các thông số để tính toán chế độ cắt 80
Hình 26 Lựa chọn máy, chế độ bôi trơn 81
Trang 8Hình 27 Kết quả thông số dụng cụ cắt phần mềm đề xuất sử dụng 82
Hình 28 Chế độ cắt phần mềm đề xuất sử dụng 82
Hình 29 Chi tiết trục đánh lệch 87
Hình 30 Bản vẽ chi tiết trục đánh lệch 88
Hình 31 Bản vẽ chi tiết 91
Hình 32 Chi tiết 3D trên soliworks 92
Hình 33.Bản vẽ mặt phân khuôn đúc 95
Hình 34 Bản vẽ lồng phôi 96
Hình 35 Nguyên công I 99
Hình 36 Nguyên công II 100
Hình 37 Nguyên công III 101
Hình 38 Nguyên công IV 102
Hình 39 Nguyên công V 103
Hình 40 Nguyên công VI 104
Hình 41 Nguyên công VII 105
Hình 42 Nguyên công VIII 106
Hình 43 Nguyên công IX 107
Hình 44 Nguyên công X 108
Hình 45 Nguyên công XI 109
Hình 46 Nguyên công 1 133
Hình 47 Sơ đồ gá đặt 135
Hình 48 Sơ đồ gá đặt 137
Hình 49 Sơ đồ gá đặt tiện tinh nửa trục 139
Hình 51 Sơ đồ gá đặt 141
Hình 52 Sơ đồ gá đặt 144
Hình 53 Đồ gá kiểm tra 147
Hình 54 Xác định lực kẹp 149
Danh mục bảng Bảng 1 Chỉ tiêu về kích thước cánh tay robot UExosVN 14
Bảng 2 Chỉ tiêu về dải hoạt động các khớp của robot UExosVN 14
Bảng 3: Chỉ tiêu về động lực học của robot 14
Bảng 4 Phân tích điểm mạnh, yếu của công nghệ nhóm .17
Bảng 5 Bảng mã hóa các chi tiết cần gia công của cánh tay robot 20
Bảng 6 Danh sách chi tiết nhóm 1 .28
Trang 9Bảng 7 Danh sách chi tiết nhóm 2 32
Bảng 8 Danh sách chi tiết nhóm 3 33
Bảng 9 Danh sách chi tiết nhóm 4 35
Bảng 10 Danh sách chi tiết nhóm 5 36
Bảng 11 Bảng liệt kê Họ chi tiết và máy gia công 41
Bảng 12 Bước 1 42
Bảng 13 Bước 2 42
Bảng 14 Bước 3 43
Bảng 15 Bước 4.1 43
Bảng 16 Bước 4.2 44
Bảng 17 Bước 5.1 44
Bảng 18 Bước 5.2 44
Bảng 19 Bước 5.3 44
Bảng 20 Kết quả sau khi xử lý 45
Bảng 21 Thời gian gia công chi tiết cell 2 67
Bảng 22 Bảng thời gian gia công của từng chi tiết trên mỗi máy 67
Bảng 23 Thời gian xử lý theo trình tự ban đầu 68
Bảng 24 Bảng thời gian gia công chi tiết nhóm 3 72
Bảng 25 Bảng trình tự gia công nhóm 3 73
Bảng 26 Bảng thời gian gia công nhóm 4 73
Bảng 27 Bảng trình tự thời gian gia công nhóm 4 74
Bảng 28 Bảng thời gian gia công nhóm 5 74
Trang 10LỜI MỞ ĐẦU
1 Đặt vấn đề
Đối với việc điều trị biến chứng, sau tai biến cho bệnh nhân đột quỵ thì phương
pháp vật lý trị liệu là phù hợp nhất, và phương pháp này có hiêu quả nhất khi được
áp dụng cho bệnh nhân ngay sau tai biến càng sớm càng tốt Mà phương pháp vật
lý trị liệu yêu cầu luôn cần có người thực hiện cho bệnh nhân dẫn đến việc thiếu
hụt nhân lực cho phương pháp điều trị này Chính vì thế robot UExosVN được đề
xuất nhằm giải quyết vấn đề này
Sau khi đã phân tích, mô phỏng, đánh giá kỹ lưỡng mô hình nguyên lý của cánh
tay máy UExosVN, thiết kế các chi tiết cơ cấu cho cánh tay máy, việc tiếp theo
chính là thiết kế quy trình công nghệ chế tạo và lên kế hoạch sản xuất Với số lượng
chi tiết cần gia công là trên 100 chi tiết khác nhau, cần áp dụng các công nghệ mới
trong sản xuất để tối ưu hóa quá trình sản xuất
2 Mục tiêu nghiên cứu của đồ án
Mục tiêu chính của đồ án nhằm đưa ra Quy trình công nghệ để gia công các chi
tiết của cánh tay máy, nhằm đảm bảo sản phẩm sau khi gia công đạt yêu cầu so với
thiết kế, áp dụng công nghệ nhóm (Group technology) vào sản xuất để tối ưu hóa
quá trình sản xuất, cũng như áp dụng thuật toán Johnson để lập lịch trình gia công
cho công nghệ nhóm
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đồ án
Đồ án có ý nghĩa trong việc đưa ra Quy trình công nghệ gia công một số chi tiết
điển hình sau khi được phân loại, mã hóa theo Công nghệ nhóm, để quá trình sản
xuất phù hợp với điều kiện cơ sở hạ tầng, giảm thiểu khối lượng công việc cần thực
hiện so với phương pháp gia công bằng CNC không áp dụng công nghệ nhóm hiện
nay
4 Nội dung nghiên cứu
- Áp dụng thuật toán Johnson lập lịch trình gia công chi tiết trong nhóm
loại
Trang 11CHƯƠNG 1 CẤU TRÚC TỔNG QUÁT VÀ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA
- Tổng hợp các yêu cầu, chỉ tiêu kỹ thuật đặt ra cho mô hình cần thiết kế
- Tổng hợp kết cấu của toàn bộ cánh tay máy
Nội dung:
1.1 Sơ đồ nguyên lý của mô hình robot UExosVN
Sơ đồ nguyên lý
Hình 1 Mô hình nguyên lý tay máy UExosVN
UExosVN là cánh tay robot dạng khung xương ngoài được thiết kế cho tay
phải của người trưởng thành
Tay máy gồm có 7 bậc tự do (BTD) được dẫn động và 3 bậc điều chỉnh:
- 7 bậc tự do dẫn động chính này đáp ứng cho 7 chuyển động của cánh tay người bao gồm:
+ M1: BTD đảo mặt phẳng + M2: BTD nâng hạ cánh tay
Trang 12+ M3: BTD xoay cánh tay + M4: BTD gập duỗi khuỷu tay + M5: BTD xoay cẳng tay + M6: BTD gập duỗi khuỷu tay + M7: BTD lắc cổ tay
- 3 bậc điều chỉnh nhằm điều chỉnh quỹ đạo khớp vai và kích thước cánh tay máy cho phù hợp với nhiều đối tượng, bao gồm:
+ P: Bậc điều chỉnh quỹ đạo khớp vai + P1: Bậc điều chỉnh chiều dài cánh tay + P2: Bậc điều chỉnh chiều dài cẳng tay
Yêu cầu tổng quát
Robot UExosVN được thiết kế cho tất cả các đối tượng là người trưởng thành,
vì thế mà robot phải đáp ứng được tất cả các đối tượng này về :
- Đáp ứng đầy đủ các chuyển động chính của cánh tay người
- Kích thước cánh tay
- Phạm vi hoạt động các khớp
- Khả năng hoạt động ổn định trong thời gian dài
- Sự thoải mái cho người dùng
- Đảm bảo an toàn cho người sử dụng
Trang 13Kết cấu tổng quan của cánh tay máy
Hình 2 Kết cấu tổng quan của cánh tay máy
Kết cấu của tay máy bao gồm các cụm chi tiết sau:
1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt cho mô hình robot UexosVN
Chỉ tiêu về kỹ thuật của robot UexosVN gồm 2 chỉ tiêu chính là chỉ tiêu về
động học và chỉ tiêu về động lực học:
Chỉ tiêu này nhằm đáp ứng về mặt kích thước và dải hoạt động các khớp của
robot Dựa vào việc phân tích kích thước và dải hoạt động của cánh tay người,
chỉ tiêu về động học của cánh tay robot được tổng kết qua các bẳng sau:
Trang 14Bảng 1 Chỉ tiêu về kích thước cánh tay robot UExosVN
điều chỉnh
Chiều dài từ cổ tay đến
đầu ngón tay
Bảng 2 Chỉ tiêu về dải hoạt động các khớp của robot UExosVN
- Chỉ tiêu về động lực học:
Chỉ điêu này nhằm đánh giá về khả năng đáp ứng về lực của cánh tay robot
UExosVN để đảm khả năng hoạt động ổn định của robot
Dựa vào kết quả tính toán và mô phỏng động lực học từ các nghiên cứu trước,
thu được bảng chỉ tiêu về động lực học cho cánh tay robot UExosVN như sau:
Bảng 3: Chỉ tiêu về động lực học của robot
Trang 15Các chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt về động học, động lực học đã được đáp ứng qua
quá trình Thiết kế kết cấu tay máy
1.3 Kết luận chương
Chương đã tổng kết được sơ đồ nguyên lý cùng các yêu cầu tổng quát và chỉ
tiêu kỹ thuật, kết cấu các cụm chi tiết cho cánh tay robot UExosVN
Đây là một phần trong các chi tiêu đầu vào cho việc Thiết kế Quy trình công
nghệ gia công một số bộ phần cánh tay robot theo công nghệ nhóm
Trang 16CHƯƠNG 2 Công nghệ nhóm và áp dụng công nghệ nhóm vào Thiết kế
QTCN gia công một số bộ phận cánh tay robot
- Các chi tiết tương tự được nhóm vào các họ chi tiết, được xử lý với quy trình giống nhau khi thiết kế và sản xuất
- Nhóm các công cụ sản xuất, máy móc, thiết bị vào các tế bào sản xuất (cell), mỗi cell đảm nhận một họ chi tiết nhất định, giảm thiểu thời gian và chi phí phụ trong quá trình gia công
- Khi kết hợp với công nghệ gia công CNC, công nghệ nhóm sẽ đạt được hiệu quả lớn hơn nhiều so với việc gia công trong nhà xưởng truyền thống sắp xếp theo chức năng máy
Phân tích điểm mạnh, yếu của công nghệ nhóm
Trang 17Mỗi công nghệ đều có điểm mạnh, điểm yếu khi áp dụng vào thực tế, bảng dưới phân tích các điểm mạnh, yếu của Công nghệ gia công nhóm đối với tình hình, quy mô, trang thiết bị tại Việt Nam hiện na:
Bảng 4 Phân tích điểm mạnh, yếu của công nghệ nhóm
- Khi áp dụng công nghệ nhóm
và sản xuất theo tế bào (cell manufacturing), thời gian và quy đạo di chuyển của chi tiết giữa các bộ phận, các máy gia công giảm thiểu tối đa, tăng được năng suất và khả năng đáp ứng của nhà xưởng
- Các chi tiết được nhóm tạo thành một họ chi tiết có thể áp dụng chung quy trình công nghệ, hay thậm chí cả quy trình thiết kế, giảm thiểu lượng công việc cần làm cho toàn bộ hệ thống của doanh nghiệp
- Vì được nhóm và có quy trình gia công có thể xác định, doanh nghiệp có thể xây dựng các cơ sở
dữ liệu (database) cho các chi tiết điển hình Từ đó, các chi tiết hoặc
họ chi tiết mới có thể sử dụng cơ
sở dữ liệu sẵn có để thiết kế, lựa chọn quy trình công nghệ nhanh
và chính xác hơn
- Công nghệ nhóm phần lớn chỉ phù hợp với dạng sản xuất hàng khối Cụ thể, đối với các nhà xưởng quy mô nhỏ, số lượng máy gia công không nhiều, sản xuất đơn chiếc hoặc loạt nhỏ, công nghệ nhóm không tạo được khác biết so với sản xuất truyền thống
- Lý do:
• Công nghệ nhóm và sản xuất theo tế bào tận dụng sự hỗ trợ của máy tính để phân loại, đối với số lượng chi tiết nhỏ, việc phân loại có thể làm bằng tay, không phát huy được điểm mạnh này
• Cần phải sắp xếp lại mặt bằng nhà xưởng Đối với sản xuất đơn chiếc hoặc loạt nhỏ, việc sắp xếp lại này gây tốn kém và không hiệu quả về kinh
tế
Trang 18Trên đây đã phân tích các điểm mạnh, điểm yếu của công nghệ nhóm và sản xuất theo tế bào (cell manufacturing) đối với thực tế sản xuất tại Việt Nam
Áp dụng cụ thể cho đề tài nghiên cứu về Cánh tay robot: Với số lượng cần sản xuất là 500 sản phẩm Việc áp dụng Công nghệ nhóm và sản xuất tế bào đem lại lợi ích rõ ràng và nhiều hơn cho nhà xưởng cũng như doanh nghiệp
2.2 Hệ thống phân loại và mã hóa chi tiết Tổng quan
- Có rất nhiều phương pháp phân loại và mã hóa chi tiết được thiết kế, áp dụng cả trong nghiên cứu và sản xuất trên thế giới Tiêu biểu có thể kể đến:
Hệ thống mã hóa monocode, polycode, hybrid,….mỗi phương pháp đều có
ưu, nhược điểm nhất định khi áp dụng cho các trường hợp sản xuất cụ thể
- Trong đề tài nghiên cứu này, ta chọn sử dụng Hệ thống phân loại và mã hóa Optiz
- Trong tất cả các phương pháp phân loại và hệ thống mã hóa, Hệ thống
mã hóa Optiz được biết đến và được áp dụng rộng rãi nhất trong sản xuất
- Với trên 300 đặc điểm kỹ thuật có thể sắp xếp và nhận dạng tự động sử dụng sự hỗ trợ của máy tính, hệ thống mã hóa Optiz có thể cho ra trên 30.000 đặc điểm khác nhau của chi tiết
- Trong nghiên cứu này, do giới hạn về thời gian và nguồn lực, ta chỉ tập trung vào khía cạnh sản xuất theo công nghệ sản xuất tế bào (cell manufacturing), và áp dụng Hệ thống Optiz một cách thủ công
- Mã chi tiết áp dụng Hệ thống Optiz được thể hiện trong Danh sách chi tiết (Bill Of Material – BOM) đính kèm
Hệ thống phân loại và mã hóa Optiz
- Hệ thống này sử dụng các đặc biết kỹ thuật có thể nhận biết trong thiết
kế, sản xuất để mã hóa chi tiết một cách tự động (khi có sự hỗ trợ của máy tính)
- Cấu trúc gồm 3 phần: Form code – Supplimentary code – Secondary code
Trang 19• Form code: là một dãy gồm 5 chữ số mã hóa cho các đặc điểm
cụ thể về kỹ thuật của chi tiết (hình dưới)
▪ Chữ số thứ 1: Hình dáng tổng quan của phôi
▪ Chữ số thứ 2: Hình dáng bên ngoài chi tiết, các đặc điểm có thể nhận diện được: bậc, hình nón, các đường viền thẳng, ren, rãnh…
▪ Chữ số thứ 3: Hình dáng bên trong: các đặc điểm như bậc bên trong, khối, rãnh, ren trong,…
▪ Chữ số thứ 4: Gia công bề mặt: ví dụ như các bề mặt cong bên trong hoặc bên ngoài của chi tiết, gia công theo các đường splines, các rãnh, đường khía…
▪ Chữ số thứ 5: Các lỗ phụ và răng
điểm cần thiết cho quá trình sản xuất
▪ Chữ số thứ 6: Đường kính và chiều dài của phôi
Hình 3 Ví dụ về xác định form code cho chi tiết
2.3 Áp dụng Hệ thống Optiz vào Cánh tay robot
Trang 202.3.1 Mã hóa các chi tiết
Bảng 5 Bảng mã hóa các chi tiết cần gia công của cánh tay robot
Trang 21UEV 02.02.04 GĐ ĐỘNG CƠ KHỚP VAI 71125
Trang 23UEV 02.03.02 BÍCH XOAY CÁNH TAY 64415
Trang 24UEV 02.03.13 NGÀM ĐAI RĂNG 3M150 61116
Trang 25UEV 02.04.09 TRỤC CON LĂN DẪN
Trang 26UEV 02.04.12 BẠC TRỤC CON LĂN DẪN
Trang 27• Chi tiết có dạng xoay được (Rotational) và tỉ lệ L/D < 3 (Mã 0,1)
• Mặt ngoài trơn hoặc có bậc về 1 hoặc cả 2 phía của chi tiết, hoặc
có cạnh vát dạng côn (Mã 0,1,3,4,5,6,7)
• Mặt trong trơn hoặc có bậc về 1 hoặc cả 2 phía của chi tiết, hoặc
có cạnh vát dạng côn, ren trong (Mã 0,1,2,4,7)
định hình, gia công theo đường spline,… (Mã 0)
• Không có lỗ phụ hoặc có lỗ phụ dọc trục chi tiết (Mã 0,2,4)
Trang 28 Danh sách các chi tiết thuộc nhóm 1:
Bảng 6 Danh sách chi tiết nhóm 1
Trang 30UEV 02.04.20 TRỤC E.B CHÍNH 01002
Trang 32UEV 02.04.16 KHUNG XOAY L.A 06305
2.3.1.2 Nhóm 2:
Nhóm 2 bao gồm các chi tiết dạng với các đặc điểm tương tứng với mã Optiz
sau:
• Chi tiết có dạng xoay được (Rotational) và tỉ lệ L/D > 3 (Mã 2)
• Mặt ngoài trơn hoặc có bậc về 1 hoặc cả 2 phía của chi tiết, hoặc
có cạnh vát dạng côn, ren ngoài, rãnh (Mã 0,3,5,6,7,8)
• Mặt trong trơn hoặc có bậc về 1 hoặc cả 2 phía của chi tiết (Mã 0,1,2)
định hình, gia công theo đường spline,… (Mã 0)
Danh sách các chi tiết thuộc nhóm 2:
Bảng 7 Danh sách chi tiết nhóm 2
Trang 33UEV 02.03.07 CHỐT ĐỊNH VỊ 5-15 27000
2.3.1.3 Nhóm 3:
Nhóm 3 bao gồm các chi tiết dạng với các đặc điểm tương tứng với mã Optiz
sau:
• Mặt ngoài trơn hoặc có bậc về 1 hoặc cả 2 phía của chi tiết, có hoặc không có rãnh (Mã 0,1,3,4,6)
• Mặt trong trơn hoặc có bậc về 1 hoặc cả 2 phía của chi tiết, có ren trong (Mã 1,4,5)
• Có lỗ phụ dọc trục chi tiết hoặc không dọc trục (Mã 1,4,5)
Bảng 8 Danh sách chi tiết nhóm 3
Trang 342.3.1.4 Nhóm 4:
Nhóm 4 bao gồm các chi tiết dạng với các đặc điểm tương tứng với mã Optiz
sau:
• Mặt ngoài trơn hoặc có bậc về 1 hoặc cả 2 phía của chi tiết, có hoặc không có rãnh (Mã 0,1,3)
Trang 35• Mặt trong trơn hoặc có bậc về 1 hoặc cả 2 phía của chi tiết, có ren trong (Mã 1,2,4)
sinh là đường spline, mặt cong tiếp tuyến với mặt mặt phẳng cần gia công (Mã 0,1,2,3,5)
• Có hoặc không có lỗ phụ dọc trục chi tiết hoặc không dọc trục
Trang 36Chi tiết có răng thẳng (bánh răng hoặc thanh răng)
Bảng 10 Danh sách chi tiết nhóm 5
Trang 37
2.3.2 Kết luận
Như vậy mỗi sản phẩm Cánh tay robot có 67 chi tiết cần gia công, được chia
làm 5 nhóm Mỗi nhóm tương ứng với một họ chi tiết
Bước tiếp theo ta sẽ lựa chọn mỗi họ chi tiết một chi tiết điển hình và Thiết
kế Quy trình công nghệ gia công chi tiết đó
2.4 Công nghệ sản xuất theo tế bào và thiết kế mặt bằng nhà xưởng
2.4.1 Công nghệ thiết kế theo tế bào (Cell manufacturing)
- Tổng quan:
• Công nghệ sản xuất theo tế bào (Cell manufacturing) là một ứng dụng của công nghệ nhóm trong sản xuất Với công nghệ này, các máy gia công và trang thiết bị trong nhà xưởng được sắp xếp thành từng nhóm nhỏ, ta tạm gọi là các tế bào sản xuất (cell)
• Mỗi tế bào là một nhóm các máy gia công hoặc quy trình gia công được đặt trong một phạm vi đủ hẹp và được tối ưu cho một họ chi tiết nhất định
• Như đã trình bày ở phần trước, họ chi tiết sẽ bao gồm các chi tiết
có yêu cầu kỹ thuật, quy trình gia công tương tự nhau, do vậy sẽ sử dụng các máy gia công, trang thiết bị giống nhau, phát huy được thế mạnh của sản xuất theo tế bào
- Mục đích của việc sử dụng công nghệ sản xuất theo tế bào:
• Giảm thời gian chuẩn bị: Với các chi tiết trong cùng một họ chi tiết, các chế độ của máy cần thiết lập, hay các công cụ sử dụng trong quá trình gia công là giống nhau một phần hoặc hoàn toàn, thời gian chuẩn bị cho mỗi chi tiết sẽ giảm đi đáng kể
thiết kế trong một không gian đủ nhỏ nhưng vẫn đảm bảo thuận lợi cho quá trình vận chuyển, gia công, lắp ráp nên thời gian di chuyển của chi tiết so với khi sắp xếp máy gia công theo chức năng giảm đi rất nhiều
Trang 38- Ví dụ về sắp xếp mặt bằng nhà xưởng theo chức năng và theo tế bào:
Hình 4 Sắp xếp nhà xưởng theo chức năng của máy gia công
Hình 5 Sắp xếp nhà xưởng theo công nghệ sản xuất tế bào
- Các khía cạnh cần xét đến khi áp dụng Công nghệ sản xuất theo tế bào:
• Đầu tư về trang thiết bị
Trang 39• Sắp xếp lại mặt bằng nhà xưởng
• Mức độ hoàn thiện của chi tiết trong một tế bào sản xuất
• Thời gian sản xuất trong một tế bào
• Độ trễ trong và sau tế bào sản xuất
➔ Để đưa ra được thiết kế tối ưu cho việc sắp xếp lại nhà xưởng thành từng tế bảo sản xuất, cần xem xét kỹ lưỡng các yếu tố nêu trên
Mỗi sự thay đổi nhỏ trong việc sắp xếp cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và chi phí sản xuất
2.4.2 Thuật toán Sắp xếp nhóm
- Các bước thực hiện:
• Bước 0: Tổng hợp các họ chi tiết và các thiết bị, máy móc
• Bước 1: Lập bảng ma trận các họ chi tiết và máy mọc theo hàng
và cột
Hình 6 Ví dụ Bước 1
Trang 40• Bước 2: Gán các giá trị nhị phân cho các cột, tính toán trọng số cho từng hàng
Hình 7 Ví dụ bước 2
• Bước 3: Sắp xếp các hàng theo trình tự giảm dần của trọng số
Hình 8 Ví dụ bước 3