Máy lắp ráp tự động chi tiết chốt và bánh răng trong băng xóa Automated assembly machine Limiter a Tape Gear Whiper Rush Nguyễn Ngọc Phương, Phạm Văn Toản, Lê Phương Trường Trường ĐH L
Trang 1Máy lắp ráp tự động chi tiết chốt và bánh răng trong băng xóa
Automated assembly machine Limiter a Tape Gear Whiper Rush
Nguyễn Ngọc Phương, Phạm Văn Toản, Lê Phương Trường
Trường ĐH Lạc Hồng e-Mail: letruonglhu@gmail.com
Tóm tắt
Trong bài báo này nhóm nghiên cứu trình bày một sản phẩm ứng dụng được nghiên cứu và chế tạo phục vụ cho công ty PLUS Sản phẩm máy lắp ráp tự động Limiter a Tape Gear Whisper Rush đã được đưa vào hoạt động tại công ty PLUS với năng suất 1,5s/sản phẩm, gấp 4 lần so với sản xuất thủ công Giảm 4 nhân công đang lắp ráp bằng tay/1ca xuống còn 1 máy và một nhân công trông coi máy Tỷ lệ sản phẩm lỗi giảm từ 15% xuống còn 5%
Abstract
In this paper presented application products for PLUS company Automatic assembly machine Limiter a Tape Gear Whisper Rush has been put into operation at the PLUS company with speed 1,5s / product, four times more than the worker production Decreased by 4 workers are assembled by hand /1 day down This system need one worker to operation and maintain The comparison with assembly by hand the system have defective rate fell from 15% to 5%
Keyword: Assembly system, Automatic assembly
1.Giới thiệu
Trong xã hội ngày nay, khi mà sự nghiệp hiện đại hóa
là mục tiêu hàng đầu của mỗi quốc gia, sự vượt trội
về công nghệ là điều mỗi nước đều theo đuổi nhằm
đạt được sự ưu việt nhất trong quá trình sản xuất,
không chỉ có ý nghĩa về mặt lợi nhuận mà còn có ý
nghĩa khẳng định sự thành công trong thương trường
khi áp dụng được những công nghệ tốt nhất Việc
nghiên cứu và tìm ra những thiết bị tốt nhất nhằm
phục vụ sản xuất và đời sống chính là mục tiêu cố
gắng không ngừng của mỗi quốc gia và Việt Nam
cũng không nằm ngoài dòng chảy chung đó của thế
giới Tại Việt Nam khi mà việc áp dụng khoa học
công nghệ còn chưa cao và chưa được thực hiện trên
quy mô lớn thì việc hiện đại hóa các quy trình sản
xuất càng bức thiết hơn bao giờ hết
Thực tế hiện nay tại các doanh nghiệp đang sử dụng
hàng trăm lao động cho một khâu sản xuất, việc quản
lý lao động trở nên phức tạp và sản phẩm làm ra còn
tùy thuộc vào lao động như tình trạng sức khỏe, kinh
nghiệm, tay nghề Trong khi đó, những nước phát
triển đã sản xuất ra số lượng sản phẩm đúng với số
lượng ta đã làm được chỉ với những thiết bị máy móc
và chỉ sử dụng một nhân công duy nhất để trông coi
trong trường hợp máy móc bị lỗi
Việc tự động hóa trong sản xuất sẽ đưa ra những sản
phẩm với chất lượng đúng như mong muốn và tiết
kiệm khoản chi phí không nhỏ khi đem ra để so sánh
nghiệp [1,2] các sản phẩm được đưa vào ứng dụng trong công ty đã đem lại những lợi ích đáng kể về kinh tế
Việc lắp ráp hai chi tiết trong sản phẩm băng xóa cũng đang là vấn đề cấp bách cho nhiều doanh nghiệp trong nước Đặc biệt là việc thiết kế một hệ thống tự động thay thế hoàn toàn những thao tác lắp ráp của người công nhân Trong bài báo này trình bày phương pháp thiết kế máy lắp ráp tự động chi tiết chốt và bánh răng trong băng xóa
Những vấn đề sau đây được đặt ra trong bài báo: + Giải pháp xây dựng hệ thống được trình bày trong phần hai
+ Phần ba trình bày cách thức thiết kế hệ thống + Phần thứ tư là mô hình hệ thống điều khiển + Phần cuối cùng nêu lên một số kết luận khi triển khai tại Công ty Plus Việt Nam
2 Giải pháp
Công đoạn lắp ráp bằng phương pháp thủ công đang tồn tại một số nhược điểm cần phải giải quyết: thứ nhất, việc lắp ráp bằng tay có thể xảy ra nhiều sai sót làm giảm chất lượng sản phẩm do trong quá trình lắp ráp người công nhân không hoàn toàn tập trung, vấn
đề sức khỏe không tốt nên làm mất lòng tin của người tiêu dùng vào thương hiệu; thứ hai, với số lượng đơn đặt hàng ngày càng tăng cao của sản phẩm băng xóa
Trang 2một lượng lớn nhân công làm tăng chi phí sản xuất
Cụ thể là với phương thức sản xuất thủ công thì công
đoạn lắp ráp cần đến 4 nhân công tham gia sản xuất
trong 1 ca (8 giờ/ca) và liên tục 3 ca trên một ngày,
trung bình 1 người lắp ráp được khoảng 4000 sản
phẩm/1ca
Chính những khuyết điểm được phân tích trên đã
khiến việc tự động hoá các qui trình đang là vấn đề
mà công ty quan tâm hàng đầu, nhằm nâng cao năng
suất và chất lượng sản phẩm
H.1 Chi tiết Limiter A Tape gear sau khi lắp ráp
Hình 1 công đoạn lắp ráp chi tiết chốt (limiter A) và
chi tiết bánh răng (tape gear) thành sản phẩm (Limiter
A Tape Gear) Qua quá trình nghiên cứu thực tế tại
công ty nhóm đã đưa ra phương án thiết kế máy như
hình 2
H 2 Phương án thiết kế máy
3.Thiết kế cơ khí
Nguyên lý cấu tạo
Từ phương án thiết kế máy hình 2 nhóm đã đưa ra
phương án thiết kế chi tiết cho từng cụm cơ cấu như
hình 3 Hệ thống gồm có sáu phần: Cụm cơ cấu cấp
Tape Gear (1); Cụm cơ cấu xoay băng tải (2); Cụm cơ
cấu dập dẫn hướng Limiter A (3); Cụm cơ cấu ép chi
tiết Limiter A và Tape Gear (4).; Cụm cơ cấu băng tải
(5); Cụm cơ cấu cấp Limiter A (6)
H.3
Máy lắp ráp tự động
Nguyên lý hoạt động của hệ thống Chi tiết Tape Gear được cấp dự trữ vào lồng chứa từ
15 đến 20 chi tiết bởi phễu rung cấp Tape Gear trước khi chi tiết được cấp vào khuôn gắn cố định trên cụm băng tải xích (5), băng tải xích xoay nhờ cụm cơ cấu xoay băng tải (2), mỗi nhịp xoay sẽ dịch chuyển được một khuôn trên băng tải, mỗi khuôn đi qua lồng chứa Gear sẽ mang theo một chi tiết Tape Gear đến vị trí dập dẫn hướng (3), đồng thời chi tiết Limiter A được cấp bởi phễu rung tròn (1) và cụm rung tịnh tiến đến
vị trí dập dẫn hướng Tại vị trí này, cụm cơ cấu dập dẫn hướng tác động cho xilanh cùng cây kim dập đi xuống dẫn hướng cho chi tiết Limiter A định tâm vào tâm của khuôn chứa Tape Gear, sau đó băng tải tiếp tục được dịch chuyển đưa hai chi tiết Limiter A (6) và Tape Gear chứa trong khuôn sang vị trí cụm cơ cấu bánh lăn để ép hai chi tiết ăn khớp lại với nhau Tiếp tục quá trình hoạt động của máy, sản phẩm Tape Gear
tự động rớt vào thùng chứa sản phẩm
3.1 Cụm cơ cấu băng tải
Trên thực tế có thể sử dụng một số cơ cấu để dịch chuyển chi tiết từ vị trí này qua vị trí khác như: Cơ cấu mâm xoay, cơ cấu băng tải chuyển động xích Những cơ cấu này có khả năng hoạt động linh hoạt và
có độ chính xác cao [3] Cơ cấu mâm xoay có ưu điểm: Chắc chắn và ổn định, chất lượng khuôn đồng đều; nhược điểm: Số lượng khuôn chứa chi tiết bị hạn chế do cơ cấu mâm xoay chỉ điều khiển được 4 vị trí, khoảng cách giữa các khuôn xa nhau Nên để hoàn thành hết 1 sản phẩm phải hết thời gian khoảng 4s
Cơ cấu băng tải xích thường phù hợp với những trục song song có khoảng cách tương đối lớn, ưu điểm: băng tải dài, có thể đặt trên đó số lượng khuôn (khuôn Gear) tùy ý, được đặt sát nhau đảm bảo khoảng cách làm việc cũng như thời gian hoàn thành song 1 sản phẩm rút ngắn lại chỉ còn từ 1.5 đến 2s; nhược điểm:
Do số lượng khuôn nhiều nên khi gia công chất lượng khuôn không đồng đều Để đạt được năng xuất cao, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn cơ cấu băng tải chuyển động bằng xích
Trang 3H.4 Cụm cơ cấu băng tải chuyển động xích
Cụm cơ cấu băng tải được biển diễn trên hình 4 gồm
có: Gối đỡ trục (1); Trục dẫn động (2); Then dẫn
khuôn (3); Xích loại CHET40A (4); Đĩa xích loại
SP40B12-N-14 (5); Trục bị dẫn (6); Khuôn Tape
Gear (7)
H.5 Cụm cơ cấu băng tải thực tế
Qua tính toán đặt số lượng 20 khuôn và khoảng cách
khuôn giữa hai tâm bằng 25mm nhằm rút ngắn thời
gian hoàn thành sản phẩm cũng như thuận tiện cho
việc cấp chi tiết Tape Gear vào trong khuôn
H.6 Kích thước khuôn chứa Tape Gear
3.2 Cụm cơ cấu xoay băng tải
Để giải quyết bài toán xoay của cơ cấu băng tải, trên
thực tế có các phương pháp điều khiển như: dùng
động cơ servor hay động cơ có thắng để dịch chuyển
băng tải theo đúng yêu cầu đặt ra Phương pháp này
có ưu điểm đạt độ chính xác cao nhưng nhược điểm
thường gặp phải như: tuổi thọ thấp, giá thành cao, cần
có thêm thiết bị phụ trợ đắt tiền như: cảm biến quang,
cảm biến từ…Chính vì lý do đó nhóm nghiên cứu đã
lựa chọn phương án dùng xilanh để biến đổi chuyển
hay động cơ có thắng: Giá thành thấp, tuổi thọ cao, dễ dàng điều khiển, dễ dàng thay thế và sửa chữa
H.7 Cụm cơ cấu băng tải
Cụm cơ cấu xoay băng tải được biểu diễn trên hình 7, gồm có: xilanh (2) đặt nằm ngang được cố định với bát và thanh dẫn xích (6), xilanh đẩy có hành trình dài 50mm; đường kính là 32mm Băng tải xoay được nhờ
sự ăn khớp giữa xích với bánh xích (4) và mâm xoay định vị (5)
Để hệ thống băng tải hoạt động ổn định và chính xác nhóm nghiên cứu đã thiết kế cơ cấu chống trả gồm có xilanh (1) có hành trình là 15mm; đường kính 16mm dùng để điều khiển chi tiết chốt định vị (3) ăn khớp với rãnh của mâm xoay định vị Mâm xoay định vị có đường kính lớn là 80mm, chia đều làm sáu vị trí được phay rãnh sâu 8mm cách đều nhau đảm bảo khi ăn khớp với chốt định vị băng tải dừng chính xác và đúng vị trí, chống lại được sự dịch chuyển không mong muốn do quán tính của xilanh đẩy gây ra
Cơ cấu bánh cóc dùng để tạo chuyển động quay gián đoạn một chiều, đồng thời giữ cho trục của bánh cóc không quay theo chiều ngược lại Cơ cấu bánh cóc thường được dùng trong các thiết bị nâng, tời, xe đạp…Chính vì vậy đã ứng dụng cơ cấu bánh cóc vào trong thiết kế máy
H.8 Kích thước cơ cấu mâm xoay định vị
3.3 Cụm cơ cấu dập dẫn hướng Limiter A
Cụm cơ cấu dập dẫn hướng cho Limiter A gồm xilanh
có hành trình dài 30mm với 2 ty đảm bảo xilanh không bị xoay vô hướng Trên phần đầu của xi lanh được gắn với cây kim dài 42mm; đường kính 2,5mm, mục đích chính nhằm dẫn hướng có tính cưỡng bức chi tiết Limiter A đồng tâm với chi tiết Tape Gear
Trang 4H.9 Cụm cơ cấu dập dẫn hướng Limiter A
Chi tiết chốt mở cơ khí (5) có nhiệm vụ: khi xilanh đi
xuống, chốt tác động vào hai chốt phụ (chốt trượt trái,
chốt trượt phải), khiến hai chốt mở rộng làm cho chi
tiết Limiter A bị cưỡng bức theo hướng cây kim
xuống tâm của chi tiết Tape Gear Do yêu cầu khi
định tâm xuống khuôn Gear, cây kim cần phải dập
xuống sâu so với mặt khuôn từ 0,5 đến 10mm nên
trong quá trình thiết kế, tính toán chọn xilanh có hành
trình dài 30mm để đảm bảo yêu cầu đặt ra
H 10 Xilanh và chi tiết chính của cơ cấu dập
3.4 Cụm cơ cấu ép chi tiết Limiter A và Tape Gear
Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu, nhóm nhận
thấy có hai cách để ghép chặt hai chi tiết Limiter A và
Tape Gear lại với nhau: cách 1 sử dụng xilanh để dập;
cách 2 sử dụng con lăn để ép hai chi tiết lại với nhau
So sánh về ưu, nhược điểm của hai cách nhóm nghiên
cứu nhận thấy cách dùng cơ cấu lăn đơn giản hơn so
với cách dùng xilanh Nếu sử dụng xilanh thì máy trở
nên phức tạp hơn và khó điều khiển, cơ cấu lăn hoạt
động chủ yếu dựa vào nhịp xoay của băng tải khi đó
cơ cấu của máy tr ở nên đơn giản và dễ dàng điều
chỉnh Đặc biệt, do đặc điểm của chi tiết nhỏ nên
dùng cơ cấu lăn phù hợp hơn dùng xilanh, sẽ giảm hư
hỏng sản phẩm trong quá trình ép hai chi tiết
Từ sự so sánh về ưu nhược điểm của hai cách, nhóm
nghiên cứu đã chọn cách sử dụng cơ cấu con lăn để
ghép hai chi tiết
H.11 Cụm cơ cấu con lăn
Cấu tạo cơ cấu lăn ban đầu gồm: hai bạc đạn loại SUB 6203Z; bánh lăn (1) đóng cao su bên ngoài, được gắn với trục (2), bánh lăn này có thể xoay quanh trục cố định nhờ hai bạc đạn trơn được lắp ở bánh; bát (3) được gắn cố định vào sàn để có thể căn chỉnh bánh lăn lên xuống sao cho sản phẩm ép đạt yêu cầu
3.5 Cụm cơ cấu cấp Tape Gear
Để cấp liệu cho máy hoạt động có hai phương án: thứ nhất, có thể cấp bằng phương pháp thủ công (cấp bằng tay); thứ hai, dùng phương pháp cấp tự động bằng phễu rung Với yêu cầu 1 phút phải cấp được từ
65 đến 70 chi tiết Chính vì vậy lựa chọn phương pháp cấp liệu tự động bằng phễu rung, hình 12 biểu diễn cơ cụm cơ cấu cấp tape gear
H.12 Cụm cơ cấu cấp Tape Gear
Về cấu tạo cụm cơ cấu cấp Tape Gear bao gồm: lồng chứa Gear (3), với thiết kế dạng lồng chứa có thể dự trữ được 20 chi tiết Gear; thanh dẫn Tape Gear (2)
rãnh sâu 2 mm với bề mặt tiếp xúc nhẵn đảm bảo chi tiết Tape Gear có thể trượt đều xuống lồng chứa Nguyên lý của cụm cấp Tape Gear: chi tiết Tape Gear được cấp sẵn vào phễu rung (1), khi có tín hiệu tác động của cảm biến, phễu rung thực hiện việc rung
để đưa chi tiết Tape Gear từ phễu rung tới lồng chứa Tape Gear Cảm biến quang có chức năng làm tín hiệu đóng ngắt cho phễu rung hoạt động đảm bảo cho chi tiết luôn được cấp đầy thanh dẫn Gear
H.13 Kích thước lồng chứa Gear
3.6 Cụm cơ cấu cấp Limiter A
Cũng giống như cụm cơ cấu cấp Tape Gear, cụm cơ cấu cấp Limiter A cũng giữ một vai trò quan trọng
Do đặc điểm cấu tạo của Limiter A nhỏ và hình dạng phức tạp, nếu chỉ dùng phương pháp phễu rung tròn thì không thể đáp ứng được yêu cầu của máy Chính
vì vậy mà nhóm nghiên cứu đã cùng các kĩ sư trong công ty cùng nhau thảo luận và đưa ra phương án: thiết kế thêm một cơ cấu rung tịnh tiến kết hợp với
Trang 5rung tròn để tăng khả năng cấp liệu cho hệ thống.Từ ý
tưởng đó đã xậy dựng mô hình test thử nguyên lý và
thấy việc kết hợp như vậy đã cho kết quả tốt
Cụm cơ cấu cấp Limiter A có sự kết hợp giữa phễu
rung tròn và cụm rung tịnh tiến, đảm bảo tốc độ cấp
Limiter A cho hệ thống hoạt động
H.14 Cụm cơ cấu cấp Limiter A
Cụm cơ cấu cấp limiter A được biểu diễn trên hình 14
gồm có: Cụm rung tịnh tiến (1); Cảm biến quang loại
FD-420-05 (2); Phễu rung cấp Limiter A (3); phễu
rung tròn (4)
Chi tiết Limiter A được công nhân cấp vào phễu rung,
khi có tín hiệu tác động đồng thời phễu rung tròn và
cụm rung tịnh tiến thực hiện việc rung để đưa chi tiết
Limiter A từ phễu rung tới vị trí dập dẫn hướng, cảm
biến làm nhiệm vụ đóng ngắt cho phễu rung và cụm
rung tịnh tiến hoạt động, đảm bảo cho chi tiết Limiter
A luôn được cấp đầy thanh dẫn
4 Thiết kế hệ thống điều khiển
Điều khiển bằng vi xử lý: phương án này có các ưu
điểm như kết nối được với máy tính, dễ dàng sửa đổi
chương trình điều khiển, giá thành rẻ; nhưng có
nhược điểm tuổi thọ không cao, khó thay thế và sửa
chữa thiết bị điện tử do không phổ biến
Điều khiển bằng PLC: phương án này có các ưu điểm
như có kết nối với màn hình máy tính; dễ dàng thay
thế và sửa chữa chương trình điều khiển; được sử
dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp; tính thẩm mỹ
và tuổi tuổi thọ cao, nhưng nhược điểm giá thành
tương đối cao
Điều khiển bằng điện rơ le - khí nén: phương án này
có ưu điểm giá thành thấp; không đòi hỏi cao về tư
duy, nhưng có nhược điểm kết nối dây điện cồng
kềnh; khó khăn trong việc sửa chữa phần cứng
Đứng trước một dự án hay một kế hoạch, đầu tiên các
doanh nghiệp quan tâm tới vấn đề giá thành, lợi
nhuận cũng như chất lượng sản phẩm Điều đó đặt ra
cho nhóm nghiên cứu phải lựa chọn phương án nào có
tính khả thi nhất, mang lại hiệu quả cao nhất cho công
ty.Và từ những ưu, nhược điểm trên đồng thời để đáp
+ Bộ điều khiển PLC LS: MASTER K120S K7M-ORR20UE (LS)
+ Cảm biến quang với bộ khuếch đại:
BF5R-S1-N, BF3RX (Autonic) + Sợi quang loại thu phát đồng bộ: FT-420-10 (Autonic)
+ Bộ nguồn 24VDC-3.5A (OMRON) + Biến tần 0.4KW-IE5 (LS)
+ Van Solenoid 24VDC 4V110-06
` COM 24V 24G P0.0
FG COM0 COM2 P43 RS232
AC 100-240V
P44 COM1 COM3 P45 P47
MASTER-K120S K7M-ORR20UE
P0.2 P0 4 P0.6 P0A P0.1 P0 3 P0 5 P0.7 P0.9
P0 8 P0B
OUTPUT
INPUT
PLC LS
H 15 Sơ đồ kết nối phần cứng của hệ thống với PLC
H 16 Lưu đồ giải thuật điều khiển máy
5 Kết luận
Bài báo đưa ra thiết kế, từ đó chế tạo thành công máy lắp ráp tự động sản phẩm hai chi tiết trong sản phẩm băng xóa
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế thành công máy lắp ráp
tự động Limiter a Tape Gear Whisper Rush cho công
ty PLUS (công ty với 100 % vốn đầu tư của Nhật
Trang 6Qua quá trình vận hành chạy thử sản phẩm đã đạt
được tất cả các tiêu chí kỹ thuật mà công ty PLUS
Việt Nam yêu cầu Sản phẩm đã được chuyển giao
cho công ty PLUS đưa vào hoạt động tại phân xưởng
Nếu so sánh vớ lắp ráp bằng thủ công thời gian giảm
từ 6s xuống 1,5s/sản phẩm, gấp 4 lần so với sản xuất
thủ công Giảm 4 nhân công đang lắp ráp bằng
tay/1ca xuống còn 1 máy và một nhân công trông coi
máy Tỷ lệ sản phẩm lỗi giảm từ 15% xuống còn 5%
H.17 Máy lắp ráp tự động Limiter a Tape Gear
Whisper Rush
Tài liệu tham khảo
http://www.vinacontrol.com.vn
[2] Trường đại học Lạc Hồng, www.lhu.edu.vn
[3] Autonics, sensors & controllers – selection guide
(2011), http://www.linearmotiontips.com/, 27 Sep
2011
[4] Misumi (2008), Standard components for press
dies, http://cad.misumi.jp/en/press.html
[5] Omron (2009), Programmable relay zen v2 units., http://www.davis.com/Category/Omron_ZEN_V2_Pr ogrammable_Relays/58686
Biography
Phạm Văn Toản sinh năm 1979
Anh nhận bằng Đại học về Cơ
điện tử của trường Đại học Lạc
Hồng năm 2004 Từ năm 2004 đến 2009 anh là giảng viên của
Bộ môn Cơ điện tử Anh nhận
bằng Thạc sỹ về Kỹ thuật cơ khí
của trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh năm 2009 Hiện anh là Phó trưởng khoa khoa Cơ Điện trường Đại học Lạc Hồng Hướng nghiên cứu chính là thiết kế và thực hiện các
hệ thống tự động, điều khiển, các hệ thống trong công nghiệp
Lê Phương Trường sinh năm
1982 Tốt nghiệp Đại học
ngành Điện Công Nghiệp của
trường Đại học Lạc Hồng năm
2005.Tốt nghiệp Thạc sỹ về Kỹ
Thuật Điện chuyên ngành Năng Lượng Tái Tạo của
trường Đại học Nam Đài Loan ( Southern Taiwan University) năm 2010 Từ năm 2010 – nay giảng viên trường Đại học Lạc Hồng Hướng nghiên cứu chính là Thu hồi năng lượng, năng lượng gió, năng lượng mặt trời
