Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy tiện vát mép trục cấp phôi tự động

Công ty Intech chuyên sản xuất băng tải và thường xuyên nhận những đơn hàng lớn yêu cầu thiết kế với nhiều ru-lô Việc gia công cắt, gọt và tiện các chi tiết trục có kích thước khác nhau tốn nhiều thời gian do số lượng máy tiện hạn chế Điều này dẫn đến việc phải thay dao và tinh chỉnh máy thường xuyên, ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất Để tối ưu hóa quy trình sản xuất, công ty cần cải thiện thời gian gia công, đảm bảo độ chính xác và nâng cao năng suất.

Nghiên cứu và chế tạo máy gia công chuyên dụng để vát mép trục là cần thiết nhằm tăng năng suất và cải thiện chất lượng sản phẩm.

Chính bởi sự cần thiết trong sản xuất nên nhóm chúng em vinh dự được Công Ty

Công ty Cổ Phần Kỹ Thuật INTECH đã giao cho nhóm thực hiện đề tài “Nghiên Cứu, Thiết Kế, Chế Tạo Máy Vát Mép Trục Cấp Phôi Tự Động” với sự hướng dẫn của Th.S Vũ Thế Mạnh.

Hình 1.1 Công ty cổ phần Intech

GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh

TỰ ĐỘNG HÓA LÀ GÌ ?

Ngày nay, nhu cầu tiêu dùng của con người ngày càng tăng, dẫn đến yêu cầu hiện đại hóa dây chuyền sản xuất công nghiệp để nâng cao năng suất hàng hóa Quá trình sản xuất tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu này Sự gia tăng nhu cầu sản xuất tự động hóa đòi hỏi ứng dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại với sự hỗ trợ của máy tính, vì con người không thể tự mình giám sát và kiểm tra toàn bộ quá trình Điều này đã hình thành nên các yếu tố cấu thành ngành tự động hóa.

Tự động hóa là lĩnh vực công nghệ sử dụng phần mềm lập trình để điều khiển động cơ hoặc xy lanh thông qua các mạch chủ, cảm biến và contactor Điều này cho phép quản lý hệ thống khí được thiết kế đặc biệt nhằm sản xuất và gia công sản phẩm riêng biệt.

TẦM QUAN TRỌNG CỦA TỰ ĐỘNG HÓA

Ngành tự động hóa đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành dây chuyền sản xuất bằng công nghệ hiện đại, thay thế sức lao động của con người bằng máy móc tự động Hình dung một tương lai mà mọi nhà máy đều sử dụng robot để sản xuất hàng hóa sẽ mang lại sự tiện lợi, khi con người không còn phải thực hiện những công việc nhàm chán và lặp đi lặp lại Thay vào đó, đội ngũ nhân lực có kinh nghiệm sẽ giám sát và điều khiển máy móc, cho thấy sự tiến bộ của ngành công nghiệp hóa Nhờ đó, con người chỉ cần quản lý mà không phải lao động chân tay vất vả, khẳng định tầm quan trọng của tự động hóa trong quá trình hiện đại hóa sản xuất tại các nhà máy và doanh nghiệp.

XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ

Trong ngành sản xuất hiện nay, các biện pháp cấp phôi bằng cơ khí - điện, cơ khí - khí nén và gia công trực tiếp trên cùng một máy đang được áp dụng rộng rãi Một ví dụ điển hình là máy vát 2 đầu trục của công ty Intech, chuyên sản xuất băng tải.

Hình 2.1 Ảnh máy vát mép tại công ty Intech

Bênh cạnh những ưu điểm nó mang lại cho trong quá trình sản xuất thì cũng có những nhượt điểm gây ra như:

• Máy khá là lo và cồng kềnh , di chuyển khó khăn

• Phôi dài ko cố định dẫn đến canh chỉnh khó khăn

• Khó thay dao khi gia công phôi có đường kính khác.

PHÔI

Phôi là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất linh kiện cho các sản phẩm như ru lô băng tải, ru lô đỡ và ru lô dẫn hướng Nó cũng được sử dụng để gia công các chi tiết khác, đảm bảo chất lượng và hiệu suất cho các ứng dụng công nghiệp.

Viện Kỹ Thuật 7 tự ,… Vì vậy rất đa dạng về kích thướt nên việc chọn phôi có vai trò quan trọng trong việc lựa chọn cơ cấu cấp phôi

Thông thường phôi được phân loại dựa theo đường kính và chiều dài của phôi Ở đây chúng ta sử dụng chủ yếu là phôi dạng hình trụ dài

Những loại phôi mà chúng ta gặp trong quá trình gia công sản xuất:

➢ Chi tiết có chiều dài lướn hơn dường kính (L > D)

- Dạng chi tiết có hai trục đôi xứng vuông góc nhau

Hình 2.2 Chi tiết có hai trục đối xứng

- Dạng chi tiết có trục bất đối xứng

Hình 2.3 Chi tiết có trục bất 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

Hình 2.4 Chi tiết có hai trục đối xứng vuông gốc

➢ 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

Hình 2.5 Chi tiết có hai trục đối xứng vuông góc

➢ Ngoài ra, còn có những chi tiết khác nữa như dạng đĩa, bulông, vít, ốc…

2.4.2 Cấu tạo chung của hệ thống cấp phôi

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

Mỗi thành phần trong hệ thống đều có chức năng và nhiệm vụ riêng, cần được bố trí đồng bộ để tạo ra sự thống nhất về không gian và thời gian Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng cần đầy đủ tất cả các thành phần; tùy vào từng trường hợp cụ thể, chỉ một số thành phần có thể là đủ Việc phân chia hệ thống thành các thành phần này mang tính tương đối, vì có thể kết hợp một số thành phần dựa trên đặc điểm hình dáng và kích thước của phôi, từ đó giảm kích thước hệ thống, giúp quá trình thiết kế, chế tạo và lắp ráp trở nên đơn giản hơn.

Trong tự động cấp phôi rời, định hướng phôi là vấn đề quan trọng và khó khăn nhất Hình dáng, kích thước và trọng lượng của phôi ảnh hưởng đến khả năng tự định hướng và phương pháp định hướng của hệ thống cấp phôi.

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

Phôi có từ hai trục đối xứng trở lên chỉ cần được định hướng một lần, trong khi phôi có một trục đối xứng thường yêu cầu định hướng hai lần hoặc định hướng kép Các phương pháp định hướng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

- Định hướng bằng tay: Đối với các chi tiết trụ dài (L/D từ 5  10), 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

Để thiết kế hệ thống cấp phôi tự lựa một cách hiệu quả, việc định hướng phôi cần tuân thủ một số nguyên tắc quan trọng.

+ 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 của những phôi sai yêu cầu

Các phôi bị loại bỏ cần được vận chuyển trở lại phễu cấp phôi Để đảm bảo độ tin cậy trong quá trình vận chuyển, nếu cơ cấu định hướng không đảm bảo, nên lắp đặt thêm một vài cơ cấu định hướng dọc theo đường vận chuyển phôi.

Đề tài tập trung vào chi tiết hình trụ tròn có hai trục đối xứng, cho phép chỉ cần định hướng một lần thông qua phương pháp định hướng tự lựa Các chi tiết này sẽ chuyển động trên máng phễu trong trạng thái nằm.

THỰC TRẠNG Ở CÔNG TY

Công ty cổ phần Kỹ thuật INTECH VN là đơn vị hàng đầu tại Việt Nam trong lĩnh vực cung cấp băng tải, băng chuyền, con lăn và hệ thống băng tải thông minh Chúng tôi chuyên cung cấp các giải pháp tự động hóa tiên tiến, hiệu quả với chi phí tối ưu, đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn cao qua nhiều năm nghiên cứu và phát triển.

Mỗi tháng, sản lượng sản xuất dao động từ 20-50 sản phẩm, bao gồm các loại băng tải Mỗi đơn hàng yêu cầu từ 200-1000 con lăn trụ có đường kính 15, với mép vát tùy thuộc vào từng loại sản phẩm.

Hiện nay, việc gá đặt phôi vào máy NC và lấy sản phẩm sau gia công chủ yếu do công nhân thực hiện, gây khó khăn trong việc sử dụng, đặc biệt là việc thay dao và canh chỉnh máy Dù INTECH đã đầu tư vào một máy chuyên dụng, thời gian thao tác để gắn phôi và lấy sản phẩm vẫn chiếm tỷ lệ lớn so với thời gian gia công, dẫn đến chất lượng sản phẩm không ổn định và năng suất phụ thuộc vào yếu tố con người Do đó, nghiên cứu và chế tạo một máy gia công chuyên dụng để vát mép trục là cần thiết nhằm nâng cao năng suất, tiết kiệm thời gian và cải thiện chất lượng sản phẩm.

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY VÁT MÉP TRỤC

Để thiết kế hệ thống cấp phôi, tác giả đã chọn 1 loại phôi trụ trơn đặc với kích thước như sau:

3.2.1 Cấp phôi thủ công của các dây chuyền hiện tại

Dây chuyền cấp phôi thủ công yêu cầu một công nhân vận hành cho mỗi máy, dẫn đến hiệu suất làm việc chỉ đạt dưới 70% Công việc lặp đi lặp lại và ảnh hưởng của yếu tố con người làm cho sản lượng gia công không ổn định và tỷ lệ phế phẩm gia tăng.

Để nâng cao năng suất sản xuất và giảm thiểu sai sót do con người, việc triển khai một hệ thống cấp phôi tự động trong dây chuyền sản xuất là rất cần thiết Hệ thống này không chỉ giúp giảm thiểu lượng nhân công mà còn tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Bảng 3.1 Sơ đồ hệ thống

Toàn bộ quá trình cấp phôi điều được thực hiện tự động Công nhân chỉ có nhiệm vụ để phôi vào giá đỡ phôi

Với hệ thống cấp tự động trên, sẽ có các đặc điểm như sau:

- Năng suất tăng lên do 1 công nhân có thể vận hành nhiều máySơ đồ nguyên lý

- Đơn giản hóa vấn đề của máy công nghiệp, không phải điều chỉnh nhiều

Từ sơ đồ trên ta có sơ đồ nguyên lý cấp phôi tự động như sau:

• Máy sử dụng chip tiện với góc 60 độ làm lưỡi cắt chính

• Gia công chi tiết lắp ghép để định tâm cho phôi

• Chi tiết kẹp phôi xử dụng xi lanh khí nén

• Có cử canh chỉnh đảm bảo độ chính xác

• Vít me để đẩy phôi vào máy

Nguyên lý làm việc của dòng sản phẩm vát mép dựa trên nguyên lý gia công chung của vật liệu:

Vận động chính trong quá trình gia công là chuyển động xoay tròn của dao cắt, kết hợp với chuyển động ngang và hướng vào lưỡi cắt của phôi Nguyên lý hoạt động của sản phẩm dựa trên việc điều khiển chuyển động quay tròn của dao và chuyển động của phôi, đảm bảo hiệu quả trong quá trình cắt.

– Chuyển động quay của trục chính (của dao) là vận động của trục quay theo sơ đồ sau: động cơ > bộ chuyền đai > puly > trục quay

– Vận động của phôi là chuyển động của bộ vít me theo sơ đồ sau: Khí nén > Kẹp phôi >Vít me di chuyển > Thời gian di chuyển > Rút về

CHỌN VẬT LIỆU

Vật liệu chính cho các chi tiết máy là thép C45, loại thép cacbon kết cấu chất lượng cao với nồng độ cacbon khoảng 0.45%.

• Khối lượng riêng thép C45: 7850 kg/m 3

• Đặc điểm cơ tính của thép C45

Bảng 4.1: Thành phần cơ tính thép C45

• Thành phần hóa học thép C45

Bảng 4.2: Thành phần hóa học thép C45

THIẾT KẾ MÁY

• Là bộ phận làm đế của máy vát mép để cố định những bộ phận của máy lại với nhau

Sản phẩm được được thiết kế tích hợp đường ray trượt tuyến tính và trục vít thành một mô-đun

Thanh vitme bi và đai ốc bi có độ ổn định và độ bền cao, được sản xuất từ chất liệu thép SMC với đặc tính nung cao tần, đạt độ cứng bề mặt từ 58 – 62 HRC, giúp giảm tối đa ma sát Phần lõi vitme được thiết kế rất dẻo, khắc phục hiệu quả moment xoắn và cong vênh.

Vít me với chuyển động mượt mà và độ chính xác cao, cùng với độ cứng vượt trội, giúp đai ốc hoạt động trơn tru và đạt được cấp chính xác tối ưu, với sai số chỉ ±0,05.

- Bàn trượt Vít me chịu được tải trọng cao và vận tốc cao

- Độ cứng cao thanh vitme có độ cứng bề mặt cao và sâu, các chi tiết lắp ghép được gia công cơ khí chính xác cao

4.2.3 Khớp nối bộ vít me

Hình 4.5: Khớp nối bộ vít me

Khớp nối măng sông, hay còn gọi là khớp nối kiểu ống, là một loại khớp nối đơn giản Nó được thiết kế dưới dạng một ống dày, kèm theo các lỗ ren và rãnh then để cố định trục một cách hiệu quả.

Khớp nối này được thiết kế để giữ cho trục nằm ở vị trí trọng tâm, với trục dẫn động và trục bị dẫn động gắn ở mỗi bên Nó có từ hai lỗ ren trở lên, cho phép vặn vít ở cả hai bên khớp nối, cũng như các lỗ ren cho vít chuyển động theo chiều dọc trục Thêm vào đó, khớp nối thường có rãnh then để ngăn chặn trục bị trượt Loại khớp nối này thường được sử dụng cho các trục động cơ không yêu cầu độ đồng trục cao và khả năng tải trung bình.

Hình 4.6: Ảnh minh họa khớp nối trục vít me

Tiện là quá trình gia công cắt, tạo phoi cho các chi tiết có hình dạng trụ tròn quay, chủ yếu sử dụng dụng cụ cắt gọi là dao tiện Trong quá trình này, chi tiết thường được quay với chuyển động tròn để đạt được độ chính xác cao trong gia công.

Hình 4.7: Dao tiện 4.2.4.2 Phương pháp tiện:

• Tùy theo loại bề mặt gia công người ta phân biệt các phương pháp tiện: tiện tròn, tiện vạt mặt (tiện mặt đẩu), tiện ren, tiện chích

Viện Kỹ Thuật 17 chuyên về rãnh, tiện định hình và tiện tạo dạng Các phương pháp này có thể được phân chia dựa trên hướng chuyển động của bước tiến, bao gồm cả ngang và dọc theo trục quay.

Phương pháp tiện có thể chia thành tiện trong và tiện ngoài tùy thuộc vào vị trí gia công của chi tiết Trong tiện ngoài, dụng cụ tiện có đủ không gian, cho phép chọn dao tiện lớn để tránh bị đẩy trong quá trình gia công khi có lực cắt Ngược lại, trong tiện trong, việc lựa chọn dao tiện bị hạn chế do hình dạng của chi tiết.

• Trong phương pháp gia công tiện, việc tạo phoi được thực hiện qua chuyển động cắt và chuyển động bước tiến

Tốc độ cắt V cơ bản phụ thuộc vào độ bền của vật liệu chi tiết, cùng với độ bền mài mòn và khả năng chịu nhiệt của vật liệu cắt.

4.2.4.3 Thông số hình học của dao tiện

• Mũi dao tiện bị giới hạn qua mặt cắt tạo phoi (mắt trước) và mặt thoát

Lưỡi cắt chính được hình thành từ cạnh cắt cua hai mặt, nằm ở chiều bước dẫn tiến và đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiện Nó đi qua mũi dao bo tròn ở lưỡi cắt phụ, đảm bảo hiệu suất cắt tối ưu.

Lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ tạo thành góc mũi dao s, với góc này nên được lựa chọn càng lớn càng tốt để cải thiện khả năng tỏa nhiệt và ổn định của dao tiện Để bảo vệ mũi dao khỏi bị mẻ, góc mũi dao cần được bo tròn, thường có bán kính từ 0.4mm đến 2.4mm Kích thước của bán kính mũi và bước dẫn tiến sẽ xác định độ nhấp nhô lý thuyết Rth ở chi tiết.

Sự ổn định của mảnh cắt tăng lên khi góc mũi và bán kính mũi lớn hơn, đặc biệt trong quá trình tiện thô với lực tải cắt cao Dao tiện với góc mũi và bán kính lớn giúp tạo ra bề mặt bóng hơn so với khi sử dụng bán kính nhỏ Tuy nhiên, bán kính nhỏ vẫn phổ biến trong gia công tinh vi với bước dẫn tiến nhỏ Việc sử dụng bán kính mũi lớn sẽ ảnh hưởng đến lực đẩy của dụng cụ và chi tiết qua độ lớn của lực thụ.

Viện Kỹ Thuật 19 động Fp mạnh hơn Lực này có thể dẫn đến sự rung động và làm xuất đi độ bóng của bề mặt

Trong phương pháp tiện, dữ liệu cắt được xác định bởi tốc độ cắt V, bước dẫn tiến và chiều sâu cắt Việc lựa chọn thông số cắt phù hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình gia công.

+ Tuổi bền tối ư của dụng cụ + Kết cấu phoi thuận lợi + Độ bóng bề mặt yêu cầu + Lượng phoi cắt

+ Tốc độ cắt và số vòng cắt

Tốc độ cắt V được chọn lựa dựa trên khả năng gia công của vật liệu, loại vật liệu cắt và phương pháp tiện Giá trị chuẩn cho tốc độ cắt có thể được tìm thấy trong bảng hoặc danh mục vật liệu cắt do nhà sản xuất cung cấp.

Bảng 4.10: Giá trị chuẩn áp dụng trong gia công phá cho thép

Bảng 4.11: Giá trị chuẩn áp dụng trong gia công tinh cho thép

Tiện với mảnh cắt tròn sẽ gia công với bước dẫn tiến lớn Chi tiết tiện và đơn vị (gá) kẹp phải vững chắc để loại trừ sự rung

Bảng 4.12 : Biểu đồ tốc độ (số vòng quay) của máy tiện

Chiều sâu cắt ap (chiều rộng cắt) được xác định trong quá trình tiện trụ và mặt đầu, cụ thể là khi thực hiện tiện khỏa mặt Điều này liên quan đến bước dẫn tiến ngang của dụng cụ tiện trong quá trình tiện rãnh và bề rộng cắt.

Trong quá trình tiện phá, chiều sâu cắt nên được chọn càng lớn càng tốt để đạt hiệu quả tối ưu Tuy nhiên, chiều sâu cắt bị giới hạn bởi kích thước của mảnh cắt, công suất của máy tiện và độ ổn định của chi tiết cùng với đơn vị kẹp Đối với tiện tinh, chiều sâu cắt tương ứng với lượng dư cần thiết.

4.2.4.5 Độ lớn là tiết diện cắt vát:

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Hình 4.30: Sơ đồ đấu mạch động lực

4.3.2.1 Lập trình mạch hệ thống

4.3.2.3 Mạch xác định vị trí của Servo

4.3.2.4 Mạch cài đặc thông số cho động cơ Servo

Hình 4.31: Sơ đồ đấu nối ngõ in/out trên PLC

Hình 4.32: Sơ đồ đấu nối của bộ step driver kết nối với PLC

4.3.3 Linh kiện được sử dụng

Nguồn tổ ong 24V - 240W cung cấp điện áp 24V với dòng đầu ra tối đa 10A, tương đương công suất 240W Sản phẩm hoạt động với điện áp đầu vào AC 110V/220V và tần số 50/60Hz, đảm bảo chất lượng nguồn điện ổn định.

Khởi động từ, hay còn gọi là contactor, là thiết bị điện hạ áp quan trọng, có chức năng đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực Contactor cho phép điều khiển hiệu quả các thiết bị như động cơ, tụ bù và hệ thống chiếu sáng, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.

Rơ le là một thiết bị chuyển mạch hoạt động bằng điện, thường được sử dụng trong các bo mạch điều khiển tự động Chức năng chính của rơ le là đóng cắt các mạch điện, giúp quản lý và điều khiển các thiết bị một cách hiệu quả.

Viện Kỹ Thuật 40 sử dụng rơ le để điều khiển dòng điện lớn mà các hệ thống mạch điều khiển không thể can thiệp trực tiếp, giúp đóng cắt dòng điện cao một cách hiệu quả.

Bộ lập trình thực hiện các chức năng quan trọng như phân bổ kết quả, lưu trữ, đếm, tạo thời gian, tải và truyền dữ liệu Nó cũng cho phép so sánh, dịch chuyển, xoay và tạo phần bổ sung, đồng thời hỗ trợ gọi chương trình con với các biến cục bộ.

Hình 4.36: PLC S7 1200 CPU 1212C DC/DC/DC

Van khí nén 3/2 nguồn 24V là loại van đảo chiều dùng để cung cấp và điều khiển dòng khí nén Van hoạt động dựa trên cuộn coil, giúp đóng mở các cửa van và chuyển đổi vị trí cũng như chức năng của chúng.

▪ Các loại nút nhấn được sử dụng

Hình 4.38 : Nút nhấn Start-Stop và nút nhấn E-Stop

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Khi nắm chặt 1 khối như trong hình trên và với các định nghĩa sau:

F : Lực bám (N) à: Hệ số ma sỏt trượt giữa kẹp và phụi m: khối lượng phôi g: gia tốc trọng trường(9.8m/s^2) mg: trọng lượng phôi(N)

Các điều kiện mà phôi gia công sẽ không bị rơi là :

2 x àF > mg ( với 2 là số càng kẹp)

Với hệ số ma sỏt à = 0,1 hệ số an toàn “a” là 4 theo khuyến nghị của SMC cú

Chọn xy lanh kẹp SMC_TN25

Có kích thước thiết kế là : a mm b=3mm c=4mm d=4mm e=5mm f=6mm

= 6.48 × 10−4(𝑘𝑔) Mômen quán tính quanh trục Z1

Mômen quán tính quanh trục Z 𝐼𝐴 = 𝐼𝑍1 + 𝑚1𝑟1 2 × 10−6

Mômen quán tính quanh trục Z2

Mômen quán tính quanh trục

Như vậy, tổng mômen quán tính là:

- Khối lượng của cần để xy lanh đẩy ra là:

Với m1: khối lượng phôi m2 khối lượng xy lanh kẹp m3 khối lượng bộ phận gá

− Dựa vào bảng tra tiêu chuẩn ta chọn TN25 với các hành trình 100 , 40 ,

4.4.3 Tính toán bộ truyền đai

Vì >25 m/s nên ta chọn đai thường

Ta có đai dẹt cao su nên có hệ số trượt  = 1.15 ( Theo bảng 4,17 sách Cơ sở thiết kế máy Nguyễn Hữu Lộc) Đường kính đai lớn ta chọn 125

Tra bảng trên ta có

Ta chọn L theo chuẩn là 6300

CHỌN ĐỘNG CƠ

1 Cấu tạo động cơ bước

Động cơ bước bao gồm các bộ phận chính như stato và roto, trong đó roto có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc các khối răng làm từ vật liệu nhẹ có từ tính trong trường hợp động cơ biến từ trở Động cơ này được điều khiển bởi bộ điều khiển bên ngoài, cho phép nó giữ vị trí cố định hoặc quay đến bất kỳ vị trí nào Động cơ bước có thể được sử dụng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản hoặc vòng kín, tuy nhiên, khi áp dụng trong hệ thống vòng hở, cần lưu ý đến một số yếu tố nhất định.

Khi Viện Kỹ Thuật 46 gặp tình trạng quá tải, mọi giá trị của động cơ sẽ bị mất, dẫn đến việc hệ thống cần phải nhận diện lại Đặc điểm nổi bật của động cơ bước là khả năng điều khiển chính xác vị trí và tốc độ, giúp cải thiện hiệu suất trong các ứng dụng công nghiệp.

Động cơ bước hoạt động nhờ vào các xung điện rời rạc và liên tiếp Khi dòng điện hoặc điện áp được áp dụng vào cuộn dây phần ứng, rotor của động cơ sẽ quay một góc xác định, được gọi là bước của động cơ.

Góc bước là góc quay của trục động cơ liên quan đến một xung điều khiển, và nó được xác định dựa trên cấu trúc của động cơ bước cũng như phương pháp điều khiển được áp dụng.

• Tính năng mở máy của động cơ được đặc trưng bởi tần số xung cực đại có thể mở máy mà không làm cho roto mất đồng bộ

• Chiều quay động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà phụ thuộc vào thứ tự cấp xung cho các cuộn dây

2 Phân loại động cơ bước Động cơ bước được chia thành 3 loại chính là:

1 Động cơ bước biến từ trở

2 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

3 Động cơ bước hỗn hợp/lai

4.5.2 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu Động cơ bước nam châm vĩnh cửu có roto là nam châm vĩnh cửu, stato có nhiều răng trên mỗi răng có quấn các vòng dây Các cuộn dây pha có cực tính khác nhau

Nguyên lý hoạt động của động cơ bước nam châm vĩnh cửu có 2 cặp cuộn pha được trình bày ở hình:

Ban đầu, stato và roto ở phase A Khi cấp điện cho cuộn dây pha B và D, cực tính xuất hiện, khiến roto chuyển động đến vị trí phase B on do cực tính ngược nhau Khi ngắt điện cuộn dây pha B và D, cấp điện cho cuộn dây A và B, roto tiếp tục chuyển động đến vị trí phase C on.

Gọi số răng trên stato là Zs, góc bước của động cơ là Sđc, góc bước của động cơ này được tính theo công thức sau:

4.5.3 Động cơ bước biến từ trở Động cơ bước biến từ trở có cấu tạo giống với động cơ bước nam châm vĩnh cửu Cấu tạo của stato cũng có các cuộn pha đối xứng nhau, nhưng các cuộn pha đối xứng có cùng cực tính khác với động cơ bước nam châm vĩnh cửu Góc bước của stato là Ss

Roto của động cơ bước biến từ trở được làm từ thép non với khả năng dẫn từ cao, cho phép nó tiếp tục quay tự do ngay cả khi mất điện trước khi dừng lại hoàn toàn.

Nguyên lý hoạt động của động cơ bước biến từ được thể hiện như hình:

Khi cấp điện cho pha A, các cuộn dây A được bố trí đối xứng với cực tính giống nhau, tạo thành các vòng từ đối xứng.

Khi cấp điện cho pha B, từ trở trong động cơ lớn tạo ra momen từ tác động lên trục roto, khiến roto quay theo chiều giảm từ trở Roto tiếp tục quay cho đến khi đạt từ trở nhỏ nhất, tại thời điểm momen bằng không, trục động cơ dừng lại và roto đạt vị trí cân bằng mới.

Khi cấp điện cho pha C, động cơ hoạt động theo nguyên tắc đã nêu và roto ở vị trí như hình c Quá trình này lặp lại liên tục, giúp động cơ quay một cách ổn định.

Viện Kỹ Thuật 50 theo thứ tự pha A  B  C Để động cơ quay ngược chiều chỉ cần cấp điện cho các pha theo thứ tự ngược lại

Gọi số pha của động cơ là Np, ổ răng trên roto là Zr, góc bước của động cơ bước biến từ trở là S ta tính được công thức sau:

4.5.4 Động cơ bước hỗn hợp Động cơ bước hỗn hợp (còn gọi là động ơ bước lai) có đặc trưng cấu trúc của động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ Stato và roto có cấu tạo tương tự động cơ bước biến từ trở nhưng số răng của stato và roto không bằng nhau Roto của động cơ bước thường có 2 phần: phần trong là nam châm vĩnh cửu được gắn chặt lên trục động cơ, phần ngoài là 2 đoạn roto được chế tạo từ lá thép non và răng của 2 đoạn roto được đặt lệch nhau

Góc bước của động cơ bước hỗn hợp được tính theo công thức:

• S là góc bước của động cơ

• Sr là góc giữa 2 răng kề nhau

Động cơ bước hỗn hợp, với Zs là số cặp cực trên stato, được ưa chuộng nhờ kết hợp ưu điểm của động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ trở.

Động cơ bước 2 pha hiện nay rất phổ biến và có cấu trúc tương tự như động cơ bước hỗn hợp và động cơ bước nam châm vĩnh cửu Chúng được phân loại theo cách đấu dây các cặp cực, bao gồm động cơ bước đơn cực và động cơ bước lưỡng cực Động cơ bước đơn cực có ba dây đầu ra từ cuộn dây pha, với điểm trung tâm được đấu ra ngoài, cho phép dễ dàng cấp điện Ngược lại, động cơ bước lưỡng cực chỉ có hai đầu ra, với một đầu nối vào nguồn dương và đầu còn lại vào nguồn âm, tuy có kết cấu đơn giản nhưng lại phức tạp hơn trong việc điều khiển.

Phương pháp điều khiển động cơ bước

Hiện nay có 4 phương pháp điều khiển động cơ bước

1 Điều khiển dạng sóng (Wave): là phương pháp điều khiển cấp xung điều khiển lần lượt theo thứ tự chon từng cuộn dây pha

2 Điều khiển bước đủ (Full step): là phương pháp điều khiển cấp xung đồng thời cho 2 cuộn dây pha kế tiếp nhau

3 Điều khiển nửa bước (Half step): là phương pháp điều khiển kết hợp cả 2 phương pháp đều khiển dạng sóng và điều khiển bước đủ Khi điều khiển theo phương pháp này thì giá trị góc bước nhỏ hơn hai lần và số bước của động cơ bước tăng lên 2 lần so với phương pháp điều khiển bước đủ tuy nhiên phương pháp này có bộ phát xung điều khiển phức tạp

CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT MÁY 54

➢ Vật liệu sử dụng trong sản xuất cơ khí: inox, sắt, thép, nhôm…

Hình 5.1 : Vật liệu sử dụng

Máy móc trong sản xuất như gia công cơ khí bằng laser và máy CNC giúp tăng tốc độ sản xuất, tiết kiệm công sức và vật liệu, đồng thời nâng cao độ chính xác, sắc nét và độ sáng bóng cho sản phẩm cuối cùng.

Hình 5.2 : Minh họa một số loại máy gia công

➢ Công nghệ ứng dụng trong quá trình sản xuất:

Công nghệ gia công không phôi bao gồm các phương pháp gia công viến dạng, gia công áp lực và gia công nóng, với những hoạt động chủ yếu như dập nguội, đúc, dập nóng, hàn, rèn, cán, ép và kéo.

- Công nghệ gia công phôi: bao gồm các hoạt động tiện, phay, mài, cắt gọt, bào…

Trong quy trình sản xuất sản phẩm cơ khí, bên cạnh các phương pháp truyền thống, còn có nhiều công nghệ hiện đại khác như gia công bằng sóng siêu âm, gia công bằng chùm điện tử và gia công bằng tia lửa điện Những công nghệ này không chỉ nâng cao độ chính xác mà còn cải thiện hiệu suất sản xuất.

Hình 5.3 : Minh họa một vài phương pháp gia công

QUY TRÌNH SẢN XUẤT MỘT SẢN PHẨM CƠ KHÍ

Trong một nhà máy cơ khí, quy trình sản xuất phức tạp là cần thiết để tạo ra các sản phẩm cơ khí như chi tiết, cụm cơ cấu và thiết bị Quy trình này đảm bảo rằng thành phẩm đạt được hình dáng, kích thước và chất lượng theo yêu cầu.

Quy trình sản xuất bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau, như chế tạo phôi, gia công cắt gọt, gia công nhiệt, hóa, lắp ráp, sửa chữa, chế tạo, phục hồi dụng cụ và vận chuyển.

Để tạo ra các chi tiết máy hoàn hảo, bước đầu tiên là nghiên cứu kỹ bản vẽ, tìm hiểu chức năng của từng bộ phận và phân loại chúng một cách hợp lý.

Viện Kỹ Thuật 57 chú trọng đến việc thiết kế bản vẽ đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cần thiết, đồng thời tích hợp các công nghệ hiện đại phù hợp với từng thời điểm.

5.2.2 Xác định dạng sản xuất

Gồm 3 dạng sản xuất chính là:

Sản xuất hàng khối thường liên quan đến việc sản xuất số lượng lớn, trong khi ở đây chúng ta tập trung vào sản xuất đơn chiếc với số lượng rất nhỏ Quá trình này không lặp lại và thường chỉ diễn ra một lần, với mỗi loại sản phẩm chỉ được sản xuất một hoặc vài chiếc.

5.2.3 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi

Để chế tạo một chi tiết máy đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và tiêu chí kinh tế, người thiết kế quy trình công nghệ cần lựa chọn phương pháp chế tạo phôi phù hợp và xác định kích thước phôi chính xác.

5.2.3.1 Chọn Phương Pháp Chế Tạo Phôi:

Khi lựa chọn phương pháp chế tạo phôi, cần xem xét các yêu cầu kỹ thuật, hình dạng và kích thước của chi tiết gia công, cũng như loại hình sản xuất và cơ sở vật chất – kỹ thuật của xưởng sản xuất.

Khi chi tiết làm việc dưới trạng thái chịu tải phức tạp, bao gồm tải trọng thay đổi, kéo, nén, uốn và xoắn đồng thời, việc lựa chọn phôi đã qua gia công áp lực là rất quan trọng.

- Nếu chi tiết có dạng trục và tiết diện ngang ít thay đổi nên chọn phôi là thép cán

- Nếu chi tiết có yêu cầu chịu tải không phức tạp nên chọn phôi bằng phương pháp đúc

Dạng sản xuất sẽ quyết định phương pháp tạo phôi:

Khi sản xuất đơn chiếc, việc lựa chọn phương pháp tạo phôi đơn giản như rèn tự do hoặc đúc trong khuôn cát là rất quan trọng để giảm thiểu chi phí cho khâu tạo phôi.

Khi sản xuất hàng loạt, việc lựa chọn các phương pháp tạo phôi chính xác như dập thể tích, đúc trong khuôn kim loại hoặc đúc mẫu chảy là rất quan trọng để đạt được độ chính xác cao Mặc dù chi phí cho công nghệ tạo phôi có thể tăng, nhưng lượng dư gia công cơ nhỏ và đồng đều giúp giảm chi phí gia công tổng thể Để đánh giá hiệu quả sử dụng vật liệu gia công, người ta thường sử dụng hệ số sử dụng vật liệu K.

Gph Trong đó: Gct - khối lượng của chi tiết (kg)

Gph - khối lượng của phôi (kg)

Xu hướng hiện nay tập trung vào tối ưu hóa quá trình tạo phôi nhằm nâng cao độ chính xác về hình dạng, kích thước và chất lượng bề mặt Điều này không chỉ giúp nâng cao năng suất sử dụng vật liệu K mà còn giảm chi phí gia công Do đó, hệ số K cũng phản ánh trình độ kỹ thuật của nền sản xuất một quốc gia.

5.2.4 Xác định thứ tự các bước thực hiện

Trước khi bắt đầu tạo ra các chi tiết máy, bạn cần xem xét kỹ lưỡng từng bước trong quy trình thực hiện để đảm bảo sản phẩm hoàn thành đạt chất lượng cao và trong thời gian ngắn nhất.

5.2.5 Chọn thiết bị nguyên công

Việc lựa chọn thiết bị và dụng cụ đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định chất lượng, năng suất và chi phí gia công Do đó, trong quá trình thiết kế quy trình sản xuất cơ khí, cần phải phân tích kỹ lưỡng để chọn ra những thiết bị và dụng cụ phù hợp nhất.

Hình 5.5: Ảnh minh họa thiết bị nguyên công

Việc lựa chọn thiết bị, dụng cụ và gá lắp phù hợp có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng, năng suất và chi phí gia công chi tiết Do đó, trong quá trình thiết kế quy trình công nghệ gia công, cần phải phân tích và xem xét kỹ lưỡng để xác định và chọn lựa các thiết bị, dụng cụ và gá lắp một cách hợp lý.

Sau khi hoàn tất các quy trình sản xuất cơ khí chi tiết máy và lựa chọn quy trình phù hợp, chúng ta sẽ tiến hành thực hiện để cho ra đời các sản phẩm gắn liền với mỗi quá trình.

THI CÔNG CHẾ TẠO MÁY

5.3.1 Tấm nền Để làm tấm nền ta sử dụng loại thép C45 với độ dày là 14 mm Để có hình dạng , kích thướt và lỗ để gắn linh kiện ta dùng máy cắt lazer với những số liệu như trên bản vẽ và lỗ gắn linh kiện mà ta đã thiết kế trước đó

Hình 5.6 Hình dạng cắt của tấm nền

Hình 5.7 Minh họa gia công tấm nền

Để tiết kiệm thời gian chế tạo và nâng cao độ chính xác, việc sử dụng bộ vít me điện tích hợp servo có sẵn trên thị trường là giải pháp hiệu quả.

Hình 5.8 Ảnh thực tế bộ vít me

Hình 5.9 Vị trí lắp đặt của bộ vít me

➢ Đồ gá: Để không bị lệch phôi trong quá trình gia công ta sử dụng đồ gá có thiết kế gồm :

Xi lanh đôi là thiết bị có khả năng đưa ra và đưa vào, giúp kẹp chặt phôi một cách hiệu quả Loại linh kiện này rất phổ biến trên thị trường, mang đến cho người dùng nhiều sự lựa chọn đa dạng.

Và chúng ta chọn loại xi lanh đôi SMC MXS

Hình 5.12 Ảnh thực tế xi lanh và vị trí lắp trên vít me

+ Tấm kẹp và Tấm cố định phôi : loại này thì thường không có mặt trên thị trường nên ta sử dụng công nghệ phay CNC để tạo sản phẩm

Hình 5.13 Tấm cố định phôi

Hình 5.14 Vị trí lắp đặt tấm kẹp trên bàn vít-me

Bộ dao tiện ba chấu được hỗ trợ bởi trụ đỡ và được điều khiển bằng hệ thống dây đai curoa từ động cơ Servo, tạo nên sự kết hợp hoàn hảo cho quá trình tiện.

Dao vát mép là một trong những loại dao phổ biến trên thị trường, mang đến nhiều sự lựa chọn cho người tiêu dùng Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào một loại dao cụ thể.

Hình 5.16 Ảnh mô phỏng và thực tế của dao vát mép

Hình 5.17 Vị trí lắp đặt của dao vát mép

➢ Hệ thống dẫn động bằng dây đai: gồm motor, puli và dây curoa

Hình 5.18 Hệ thống dẫn động

Hình 5.19 Vị trí lắp đặt hệ thống dẫn động

MÔ PHỎNG

5.4.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng

SOLIDWORKS là phần mềm thiết kế 3D tham số chạy trên Windows, được phát triển bởi công ty SOLIDWORKS thuộc Dassault Systèmes từ năm 1995 Đây là một trong những công ty hàng đầu trong lĩnh vực công nghệ, với trụ sở tại Vélizy, Pháp Hiện nay, cộng đồng người dùng SOLIDWORKS bản quyền toàn cầu đã lên tới gần 6 triệu người, bao gồm khoảng 200.000 doanh nghiệp và tập đoàn.

5.4.2 Giới thiệu tính năng cơ bản của phần mềm:

➢ Thiết kế mô hình 3D chi tiết:

SOLIDWORKS là phần mềm thiết kế 3D CAD nổi bật nhờ tính trực quan và phương pháp xây dựng mô hình 3D tham số, mang lại sự nhanh chóng, dễ dàng và tiện lợi cho người dùng Phần mềm cho phép tái sử dụng dữ liệu 2D, giúp chuyển đổi dễ dàng từ bản vẽ, phác thảo 2D sang mô hình hình học 3D Đặc biệt, SOLIDWORKS có khả năng dựng mô hình 3D từ ảnh chụp, hỗ trợ hiệu quả cho các hoạt động sáng tạo, đổi mới và phát triển sản phẩm.

➢ Thiết kế, lắp ghép và cụm lắp ghép:

Sau khi hoàn tất thiết kế, các chi tiết 3D có thể lắp ráp lại thành bộ phận máy hoặc máy hoàn chỉnh, giúp người dùng dễ dàng chỉnh sửa và sáng tạo cho sản phẩm mới Từ phiên bản 2019 trở đi, SOLIDWORKS đã được cải tiến với nhiều tính năng hỗ trợ lắp ghép lớn, tăng tốc độ tải và cho phép xem bản vẽ nhanh chóng.

➢ Xuất bản vẽ dễ dàng

Phần mềm SOLIDWORKS cho phép người dùng tạo các hình chiếu vuông góc cho chi tiết hoặc bản lắp với tỷ lệ và vị trí tùy chỉnh, mà không làm thay đổi kích thước của chúng.

Công cụ này tự động tạo kích thước và kích thước theo yêu cầu của người dùng, giúp nhanh chóng tạo chú thích cho các lỗ Nó cũng cho phép ghi lại độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học một cách dễ dàng.

➢ Tính nang Tab và Slot

Phần mềm SOLIDWORKS 2018 mang đến tính năng tự động tạo tab và slot, hỗ trợ người dùng trong việc lắp ghép các bộ phận hàn hiệu quả Ngoài ra, các cải tiến về kim loại bao gồm tính năng Normal Cut mới, giúp duy trì khoảng cách sản xuất tối ưu, cùng khả năng uốn mới cho phép tạo và trải phẳng góc uốn một cách dễ dàng.

5.4.3 Mô phỏng máy vát mép

Trong quá trình mô phỏng, các lệnh thực hiện bao gồm Animation, cho phép chạy mô phỏng với các điểm và chuyển động quay của động cơ, cùng với các ràng buộc trong lắp ráp Basic Motion mang đến một mô phỏng thực tế hơn, bao gồm lò xo, va chạm và động cơ quay Motion Analysis cung cấp mô phỏng chính xác nhất, trong khi Motion Study Tab cho phép phân tích chuyển động của các tập tin lắp ráp Motion Manager Tree hiển thị các bộ phận, cụm chi tiết, ràng buộc và các yếu tố mô phỏng với màu sắc và góc nhìn Các nút tính toán như Play và Stop cho phép người dùng xem hình ảnh động, từ đó có cái nhìn tổng quát về chuyển động Nút Save Animation giúp lưu các hình ảnh động dưới dạng video, còn Results & Plots cung cấp kết quả về vận tốc, gia tốc và góc độ.

Viện Kỹ Thuật 67 cung cấp các công cụ hữu ích cho việc quản lý thời gian trong video Nút lệnh "Zoom time Scale" cho phép người dùng phóng to hoặc thu nhỏ thanh thời gian, trong khi "Playback Speed" giúp điều chỉnh tốc độ phát lại hình ảnh động Nút "Calculate" hỗ trợ tính toán chuyển động của nhiều câu lệnh và tự động cập nhật khi có thay đổi Cuối cùng, bảng "Time line" liệt kê thời gian di chuyển một cách rõ ràng.

5.4.4 Mô phỏng ứng suất các chi tiết chịu lực

- Mô phỏng lực kẹp phôi

- Mô phỏng chịu lực của cán dao

- Mô phỏng chịu lực của motor tịnh tiến bàn máy

- Mô phỏng ứng suất của pass động cơ servor trục chính

Hình 5.20 Mô hình máy trên phần mêm SLW

Tiêu đề	Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy tiện vát mép trục cấp phôi tự động
Tác giả	Lê Cảnh Phi, Hồ Huỳnh Nhân, Nguyễn Viết Hoàng
Người hướng dẫn	Th.S Vũ Thế Mạnh
Trường học	Trường Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2021
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	96
Dung lượng	4,86 MB