tự động hóa quá trình công nghiệp ngành điện tử

tự động hóa quá trình công nghiệp ngành điện tử

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ TỰ ĐỘNG

TIỂU LUẬN MÔN: TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG

NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẢN

XUẤT CỨNG

Giảng viên hướng dẫn: THS TRẦN VĂN TRINH

Sinh viên thực hiện: LÊ NGỌC CHƯƠNG (09248991) NGUYỄN VĂN ĐÔ (09244481)

Lớp: DHDT5ALT

Khóa: 2009 - 2011

TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 2 Năm 2011

CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẢN XUẤT CỨNG

Trong chương này chúng ta xem xét các thiết bị tự động được dùng để gia công các chi tiết rời rạc với sản lượng lớn Thiết bị trong dây chuyền sản xuất cơ khí thường bao gồm một số trạm làm việc để thực hiện việc gia công trên dây chuyền Các dây chuyền này được gọi là máy vận chuyển hay băng chuyền Các phương pháp dùng để vận chuyển chi tiết giữa các trạm được xem xét trong chương này cùng với những đặc điểm khác đặc trưng cho hệ thống sản xuất này Chúng ta nhấn mạnh hoạt động của máy coi như đó là những quá trình điển hình được thực hiện trên hệ thống đó, mặc dù khái niệm đường dây tự động được dùng nhiều trong ngành công nghiệp và quá trình

4.1 Các Dây Chuyền Tự Động:

Một dây chuyền tự động bao gồm một số máy hoặc trạm làm việc được nối với nhau bởi thiết bị vận chuyển các chi tiết giữa các trạm Việc vận chuyển chi tiết gia công được thực hiện tự động và các trạm thực hiện chức năng chuyên môn của chúng một cách tự động Đường dây tự động có thể được kí hiệu như hình 4.1 ý nghĩa các ký hiệu trong bảng 4.1 Một chi tiết gia công thô được đưa vào, qua nhiều bước gia công liên tục khi chi tiết di chuyển từ trạm này sang trạm tiếp theo và kết thúc là một sản phẩm Có thể xen vào vùng đệm dự trữ trên dây chuyền, tại một vị trí đơn lẻ hoặc giữa các trạm làm việc Cũng có thể thêm vào trạm kiểm tra trên dây chuyền để tự động kiểm tra chất lượng của chi tiết gia công Các trạm bằng tay có thể được bố trí dọc theo dây chuyền để thực hiện hoạt động khó tự động hoặc không kinh tế nếu tự động Các đặc điểm khác nhau của dây chuyền cơ khí hóa sẽ được thảo luận trong những mục tiếp theo

Đường dây tự động có ý nghĩa thích đáng trong trường hợp đời sống sản xuất tương đối ổn định; nhu cầu sản phẩm cao, đòi hỏi tốc độ sản xuất cao; và nếu lựa chọn phương pháp sản xuất khác sẽ kéo theo một lực lượng nhân công lớn Mục tiêu của việc sử dụng đường dây tự động là:

-Giảm chi phí nhân công

-Tăng tốc độ sản xuất

-Giảm công việc trong quá trình

-Giảm nhỏ nhất khoảng cách di chuyển giữa các quá trình gia công

-Chuyên môn hóa quá trình gia công

-Tích hợp các quá trình gia công

Mặc dù hình 4.1 cho thấy các quá trình gia công nằm trên một đường thẳng Thực chất có hai loại quá trình gia công được sử dụng Hai loại sắp xếp

đó là: theo đường thẳng và theo đường vòng

Hình 4.1 Cấu hình của một dây chuyền tự động

Bảng 4.1 Ký hiệu được dùng trong sơ đồ hệ thống sản xuất

Trạm gia công:

XXXX:

PROC = Vị trí gia công

ASBY = Vị trí lắp ráp

INSP = Vị trí kiểm tra

SORT = Vị trí phân loại

YYY:

AUT = Automated = Tự động

MAN = Manual

Hệ thống vận chuyển vật liệu

( Mũi tên chỉ chiều di chuyển)

Phôi:

Phôi thôBán thành phẩmThành phẩm

Ổ trữ phôi trung gian

Dòng dữ liệu hay thông tin

Proc Aut

Trạm 2

Proc Aut

Trạm

1

Proc Aut

Trạm 3

Proc Aut

Trạm 4

Proc Aut

Trạm 5

Proc Aut

Trạm 6

Proc Aut

Trạm 7

Phôi thô vào Sản phẩm ra

XXXX YYY

Đầu Máy

Máy Công Cụ

Loại theo đường thẳng

Trong cấu hình bố trí theo đường thẳng các trạm làm việc được bố trí ít nhiều theo đường thẳng Dòng phôi có thể quay 900, hoặc có thể định hướng lại phôi, do giới hạn mặt bằng công ty hoặc những nguyên nhân khác, và đặc tính của cấu hình theo đường thẳng vẫn giữ nguyên Thí dụ thường thấy là dòng phôi

có hình chữ nhật, nó cho phép người vận hành vừa đặt phôi vào và lấy chi tiết

ra Thí dụ về dây chuyền theo đường thẳng được sử dụng để cắt kim loại được minh họa ở hình 4.2

Hình 4.2 Hình vẽ hệ thống dây chuyền 20 máy để gia công vỏ cầu sau của máy kéo Dây chuyền gồm 2 phần: một phần có 7 vị trí vận chuyển phôi tự do và một phần 12 vị trí dùng để gá vệ tinh Giữa hai phần là vị trí định hướng lại chi tiết gia công Chú ý là dây chuyền có đường dẫn đồ gá vệ tinh trở về vị trí ban đầu.

Loại theo vòng tròn

Trong cấu trúc xoay tròn, chi tiết được bố trí xung quanh hoặc quay quanh một bàn tròn Các trạm làm việc được đặt cố định và thường bố trí xung quanh bàn tròn Chi tiết di chuyển trên bàn tròn và được định vị tại mỗi trạm gia công hoặc lắp ráp Kiểu thiết bị này thường được gọi là máy phân độ hoặc máy quay phân độ và cấu hình của máy được biểu diễn trên hình 4.3

Hình 4.3 Hệ thống máy bố trí theo hình tròn

Sự lựa chọn

Việc chọn lựa giữa hai kiểu này phụ thuộc vào ứng dụng Kiểu máy xoay tròn thường bị hạn chế bởi kích thước phôi nhỏ và số ít trạm Việc thiết kế cấu trúc xoay tròn thường không linh hoạt Ví dụ, trong loại xoay tròn không lắp được vùng đệm trữ phôi Ngoài ra, cấu hình xoay tròn thường yêu cầu giá thiết

bị thấp và không gian mặt bằng công ty nhỏ

Trong kiểu đường thẳng, phôi có thể lớn và có thể bố trí số trạm làm việc lớn Số trạm trong kiểu máy xoay tròn bị giới hạn nhiều bởi kích thước của bàn xoay Trong kiểu máy bố trí theo đường thẳng có thể chế tạo với những vùng dự trữ để tránh ảnh hưởng trong tình huống trạm bị dừng hoặc những sự cố khác

4.2 Các Phương Pháp Vận Chuyển Chi Tiết Gia Công:

Cơ cấu vận chuyển của đường dây tự động không chỉ di chuyển bán thành phẩm hoặc các chi tiết lắp ráp giữ các trạm kế cận nhau, mà nó còn định hướng

và đặt chi tiết tại vị trí chính xác cho quá trình gia công tại mỗi trạm Những phương pháp của quá trình vận chuyển phôi trên dây chuyền có thể chia làm 3 loại:

1 Vận chuyển liên tục.

2 Vận chuyển gián đoạn hoặc đồng bộ.

3. Vận chuyển bất đồng bộ hoặc đẩy tự do.

Ba loại trên được phân biệt bởi kiểu chuyển động theo cách mà phôi được vận chuyển bởi cơ cấu vận chuyển Hầu hết hệ thống vận chuyển đối với một ứng dụng cho trước dựa vào những yếu tố sau:

1 Loại nguyên công cần thực hiện.

2 Số lượng trạm trên dây chuyền.

3 Trọng lượng và kích thước của phôi.

4. Có trạm thủ công trên dây chuyền hay không.

5 Tốc độ sản xuất yêu cầu.

6 Cân đối thời gian của những quá trình khác nhau trên dây chuyền.

Trước khi bàn về 3 loại hệ thống vận chuyền phôi, chúng ta cần làm rõ những nhầm lẫn có thể Các hệ thống vận chuyển này được dùng cho cả gia công và lắp ráp Trong trường hợp máy lắp ráp tự động, chúng ta đề cập tới cơ cấu vận chuyển bán thành phẩm giữa các trạm, chứ không phải cơ cấu cấp linh kiện mới dùng cho quá trình lắp ráp tại một vị trí cụ thể Các thiết bị nạp và định hướng các thành phần thường là một phần tích hợp của trạm làm việc Chúng ta

sẽ xem xét kỹ hơn các thiết bị này trong Chương 7 khi bàn về việc lắp ráp tự động một cách chi tết hơn

Vận chuyển liên tục

Với phương pháp vận chuyển liên tục, phôi được di chuyển liên tục với vận tốc cố định Nó đòi hỏi các đầu làm việc phải di chuyển trong quá trình làm việc để theo phôi Đối với một số nguyên công, việc di chuyển của đầu làm việc không thể thực hiện được Ví dụ khó có thể sử dụng hệ thống thuộc loại này trên dây chuyền gia công bởi vì vấn đề quán tính do kích cỡ và trọng lượng của đầu làm việc Trong những trường hợp khác, việc vận chuyển liên tục rất phù hợp thực tế Ví dụ về ứng dụng của nó trong dây chuyền vô chai, bao bì, lắp ráp bằng tay nơi mà người vận hành có thể di chuyển theo dây chuyền và thực hiện những nhiệm vụ lắp ráp tự động đơn giản Trong một số nguyên công vô chai, thí dụ, các chai được vận chuyển quanh một bàn tròn xoay liên tục Thức uống được rót vào chai dang di chuyển bởi các vòi phun được bố trí tại vòng bìa của bàn tròn

Ưu điểm của ứng dụng này là chất lòng được giữ ở một tốc độ cố định và không

có vấn đề quán tính

Hệ thống vận chuyển liên tục tương đối dễ thiết kế và chế tạo và có thể đạt tốc độ sản xuất cao

Vận chuyển gián đoạn

Như tên gọi, trong phương pháp này phôi được vận chuyển một cách gián đoạn hoặc không liên tục Các trạm làm việc được đặt tại vị trí cố định và chi tiết gia công được di chuyển giữa các trạm sau đó được đặt tại vị trí chính xác để gia công Tất cả phôi được vận chuyển đồng thời nên thuật ngữ “hệ thống vận chuyển đồng bộ” được dùng để mô tả phương pháp vận chuyển phôi này.Ví dụ

về ứng dụng của vận chuyển phôi gián đoạn có thể được tìm thấy trong các nguyên công gia công, nguyên công dập ép,hoặc dập cắt và lắp ráp cơ khí hóa Phần lớn cơ cấu vận chuyển được mô tả trong mục 4.3 có thể dùng để vận chuyển phôi gián đoạn hoặc đồng bộ

Vận chuyển không đồng bộ

Hệ thống vận chuyển này gọi là hệ thống đẩy tự do, cho phép phôi di chuyển tới vị trí tiếp theo khi gia công tại trạm hiện tại đã hoàn tất Mỗi chi tiết

di chuyển độc lập với chi tiết khác Do đó một số chi tiết đang gia công trên dây chuyền trong lúc đó chi tiết khác lại được vận chuyển giữa các trạm

Hệ thống vận chuyển không đồng bộ mềm dẻo hơn hai hệ thống trên, và

sự mềm dẻo này có thể là một ưu điểm lớn trong một số trường hợp Trong hệ thống bất đồng bộ tương đối dễ dàng bố trí cơ cấu trữ phôi trong quá trình Hệ thống đẩy tự do cũng có thể bù trừ vấn đề cân đối dây chuyền nơi mà thời gian gia công giữa các trạm trương đối khác nhau Các trạm song song hoặc một vài trạm nối tiếp có thể được sử dụng cho nguyên công dài và các trạm đơn có thể được sử dụng cho nguyên công ngắn hơn Nhờ đó tốc độ sản xuất trung bình có thể xấp xỉ bằng nhau Dây chuyền sản xuất không đồng bộ thường được sử dụng

ở nơi có một hoặc nhiều trạm vận hành bằng tay và chu kỳ dao động thời gian khác nhau sẽ là vấn đề trên hệ thống vận chuyển liên tục hoặc đồng bộ Các chi tiết lớn có thể được di chuyển trên hệ thống bất đồng bộ Nhược điểm của hệ thống đẩy tự do là năng suất thường thấp hơn các loại khác

Đồ Gá

Hệ thống vận chuyển đôi khi được thiết kế để thích ứng với một số đồ gá Chi tiết gia công được gá trên đồ gá và đồ gá được vận chuyển giữa các trạm mang theo chi tiết đi qua các nguyên công Đồ gá được thiết kế sao cho nó có thể thuận lợi trong việc di chuyển, định vị, kẹp chặt đúng vị trí ở trạm kế tiếp Nhờ chi tiết được định vị chính xác trên đồ gá do đó nó có vị trí chính xác cho từng nguyên công Một ưu điểm nữa của đồ gá là nó có thể được thiết kế để sử dụng cho nhiều chi tiết tương tự nhau

Một phương pháp khác để định vị mà không cần dùng đồ gá Với phương pháp này bản thân chi tiết được dịch chuyển từ trạm này tới trạm kia Khi một chi tiết tới một trạm, nó tự động được kẹp chặt tại vị trí gia công

Một lợi ích hiển nhiên của phương pháp vận chuyển này là tránh được chi phí dành cho đồ gá

4.3 Cơ Cấu Vận Chuyển:

Có nhiều cơ cấu vận chuyển khác nhau được dùng để vận chuyển chi tiết giữa các trạm Các cơ cấu này có thể chia làm hai nhóm: di chuyển thẳng dùng trong dây chuyền bố trí theo đường thẳng, chuyển động quay tròn dùng trong dây chuyền bố trí theo vòng tròn

Cơ cấu vận chuyển thẳng

Chúng ta sẽ giải thích hoạt động của 3 loại cơ cấu tiêu biểu: Hệ thống vận chuyển kiểu thanh gạt, hệ thống vận chuyển kiểu con lăn quay, hệ thống xích tải Đây không phải một danh sách hoàn chỉnh, nhưng nó đại diện cho cơ cấu vận chuyển

Hệ thống kiểu thanh gạt

Với cơ cấu dịch chuyển kiểu thanh gạt, chi tiết được nâng lên khỏi vị trí gia công bởi thanh nâng và di chuyển đến vị trí kế tiếp, đến trạm kế tiếp Thanh

nâng hạ chi tiết xuống thấp hơn vào một ổ nơi mà vị trí của chúng chính xác cho việc gia công Kiểu thiết bị này được minh họa trong hình 4.4.

Hình 4.4 Hệ thống vận chuyển kiểu thanh hạ cho thấy các giai đoạn khác nhau

trong chu kỳ vận chuyển.

Hệ thống vận chuyển kiểu con lăn quay

Loại này được sử dụng trong hệ thống vận chuyển phôi thông thường cũng như trong dây chuyền tự động.Băng tải có thể được sử dụng để di chuyển các chi tiết hoặc đồ gá có bề mặt phẳng Con lăn có thể được truyền động bởi một trong hai cơ cấu Thứ nhất là cơ cấu dẫn động đai, trong đó một dây đai phẳng nằm dưới các con lăn làm cho các con lăn quay nhờ ma sát Truyền động xích là cơ cấu thứ hai dùng để quay con lăn Hệ thống băng tải con lăn là hệ

thống vận chuyển vạn năng bởi vì chúng có thể vận chuyển đồ gá đến vị trí gia công hoặc chuyển hướng Chúng ta sẽ thảo luận về băng tải con lăn ở chương 14.

Hệ thống băng tải xích

Hình 4.5 mô tả loại hệ thống vận chuyển này Xích hoặc băng thép mềm được sử dụng để vận chuyển cơ cấu mang phôi Băng xích được dẫn động bởi puli nằm ngang hoặc puli thẳng đứng

Kiểu hệ thống vận chuyển này có thể được sử dụng để vận chuyển phôi liên tục, gián đoạn hoặc không đồng bộ Trong chuyển dộng không đồng bộ, các chi tiết được kéo bởi lực ma sát hoặc trượt trên một lớp dầu dọc theo một đường với chuyển động được tạo ra bởi xích hoặc tải Cần phải đảm bảo một số vị trí cuối cho chi tiết gia công khi chúng tới trạm gia công tương ứng

Hình 4.5 Băng tải xích, kiểu trên và dưới

Cơ cấu vận chuyển tròn xoay

Có một vài phương pháp được sử dụng để xác định vị trí cúa trạm làm việc tại những vị trí có góc bằng nhau quanh một cung tròn hoặc bàn quay

Thanh răng và bánh răng

Cơ cấu này thì đơn giản nhưng không thích ứng cho hoạt động ở tốc độ cao và thường được ghép với máy quay tròn Thiết bị này được vẽ trên hình 4.6

và sử dụng một piston để đẩy thanh răng, làm cho bàn quay Một bộ ly hợp hoặc một cơ cấu khác được sử dụng để cung cấp một hướng quay mong muốn

Hình 4.6 Cơ cấu thanh răng bánh răng dùng để quay bàn tròn

Bánh cóc và con cóc

Cơ cấu này được vẽ trên hình 4.7 Sự hoạt động của nó thì đơn giản nhưng không đáng tin cậy, chóng mòn và liên kết với một vài thành phần

Hình 4.7 Cơ cấu quay kiểu cóc

Cơ cấu Geneva

Hai cơ cấu trước đó chuyển chuyển động thẳng thành chuyển động tròn

Cơ cấu Geneva sử dụng chuyển động quay tròn liên tục để định vị bàn, như hình 4.8

Hình 4.8 Cơ cấu Geneva

Nếu bàn động có 6 rãnh cho 6 vị trí định vị thì mỗi khi cơ cấu định vị xoay 1 vòng thì bàn máy sẽ quay 1/6 vòng Cam dẫn động chỉ làm cho bàn máy quay đi một góc Đối với cơ cấu bị dẫn có 6 rãnh, 1200 của một vòng quay hoàn chỉnh của cam dẫn động được sử dụng để định vị 2400 còn lại nó chạy không Đối với cơ cấu bị dẫn có 4 rãnh, góc quay sẽ là 900 để định vị và 2700 chạy không Thông thường số định vị trên một vòng của bàn là 4, 5, 6, và 8

cho việc gia công nghĩa là 240/360=0.667 Tương ứng với 6.67s Thời gian xoay bàn là 120/360=0.333 x 10s =3.33s.

Cơ cấu cam

Hình 4.9 Cơ cấu cam dùng quay bàn tròn

Có nhiều dạng khác nhau của cơ cấu cam, một ví dụ của nó được minh họa trong hình 4.9, chúng có độ chính xác và độ tin cậy cao trong phương pháp

bố trí xoay vòng Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp mặc dù giá thành tương đối cao so với những cơ cấu khác Cam được có thể được thiết kế cho nhiều vận tốc khác nhau và đặc tính dừng

4.4 Bộ Đệm Dự Trữ:

Đường dây tự động thường được thêm vào những thiết bị dựa trên cơ cấu vận chuyển và trạm làm việc căn bản Ví dụ, ý tường một bộ đệm dự trữ giữa các trạm được giới thiệu trong mục 4.1 Trong dây chuyền việc thêm vào vùng

dự trữ cho việc thu thập bộ phận của phôi là việc bình thường Một ví dụ về việc

sử dụng vùng dự trữ là hai hệ thống vận chuyển gián đoạn, mỗi hệ thống không

có vùng dự trữ, chúng liên kết với nhau bởi một vùng tích trữ chi tiết gia công

Có thể kết nối 3, 4, thậm chí nhiều hơn theo kiểu này Một ví dụ khác của vùng trữ phôi trên dây chuyền là dây chuyền không đồng bộ Với hệ thống này nó có thể cung cấp một vùng chứa phôi tại mỗi vị trí làm việc trên dây chuyền

Có 2 nguyên nhân chính để sử dụng bộ đệm dự trữ

Thứ nhất, giảm ảnh hưởng của việc hỏng một trạm nào đó trên dây chuyền hoạt động Hệ thống vận chuyển liên tục hoặc gián đoạn hoạt động như một máy tích hợp Khi một trạm nào đó bị hỏng hoặc bảo trì phải dừng sản xuất Trong nhiều trường hợp, tỉ lệ thời gian của dây chuyền tiêu hao đáng chú ý, có thể đạt đến 50% hoặc hơn Một vài lý do thông thường làm đường dây bị ngừng là:

Dụng cụ bị hỏng hoặc phải điều chỉnh dụng cụ tại vị trí gia công riêng biệt.

Đổi dụng cụ định kỳ.

Phôi hoặc các thành phần tại trạm đóng gói bị khuyết tật, yêu cầu phải làm sạch cơ cấu nạp phôi.