THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG VÀ GIA CÔNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC

Hiện nay, dây chuyền cấp phôi tự động kết hợp với gia công tích hợp nhiều nguyên công để chế tạo chi tiết máy được sử dụng ngày càng nhiều, đặc biệt là ở các nước có nền công nghiệp phát triển tiên tiến và hiện đại. Với các máy tiện cổ điển ,chuyển động quay của chi tiết là chuyển động chính và được thực hiện bằng lực đạp chân của công nhân .Khi thực hiện cơ khí hóa ,người ta tiến hành thay lực đạp chân bằng động cơ điện .Các chuyển động còn lại của dao vẫn do công nhân thực hiện bằng tay . Như vậy, cơ khí hóa chính là quá trình thay thế tác động cơ bắp của con người khi thực hiện các quá trình công nghệ chính hoặc các chuyển động chính bằng máy. Sử dụng cơ khí hóa cho phép nâng cao năng suất lao động, nhưng không thay thế được con người trong các chức năng điều khiển, theo dõi diễn tiến của quá trình cũng như thực hiện một loạt các chuyển động phụ trợ khác. Với các thiết bị vạn năng và bán tự động,các chuyển động phụ (tác động điều khiển) do người thợ thực hiện, còn trên các thiết bị tự động hoá và máy tự động, toàn bộ quá trình làm việc(kể cả các tác động điều khiển) đều được thực hiện tự động nhờ các cơ cấu và hệ thống điều khiển tự động,không cần đến sự tham gia trực tiếp của con người. Như vậy, hệ thống dây truyền cấp phôi tự động và gia công tự động là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi thiết kế quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiến hành các hệ thống có năng suất cao, tự động thực hiện các quá trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần đến sự tham gia của con người. Việc tự động hóa các quá trình sản xuất luôn gắn liền với việc ứng dụng các cơ cấu tự động vào các quá trình công nghệ cụ thể. Chỉ có trên cơ sở của quá trình công nghệ cụ thể mới có thể thiết lập và ứng các cơ cấu hệ thống điều khiển tự động. Trong giai đoạn đầu tiên của nền sản xuất tự động hóa ,do nhu cầu và điều kiện sản xuất, khả năng của thiết bị, thường được thực hiện theo phương pháp tự động hóa từng phần. Tự động hóa từng phần các quá trình sản xuất là tự động hóa chỉ một số nguyên công đặc biệt của quá trình, các nguyên công còn lại vẫn thực hiện trên các máy vạn năng và bán tự động thông thường. Đặc điểm chung của các thiết bị tự động hóa trong giai đoạn này là chúng có hệ thống điều khiển cứng (cam, mẫu, trục phân phối, v… v) với dung lượng thông tin chương trình bé và các hệ thống điều khiển mềm (như plc,các loại máy điều khiển tự động như NC, CNC, hay các MRP (Manufacturing Resourees Planning) Như vậy hệ thống cấp phôi tự động và gia công tự động là một hệ thống hiện đại, nó làm tăng độ chính xác cao cho chi tiết gia công và hoàn thiện sản phẩm một cách nhanh nhất, và đảm bảo an toàn cho người vận hành. Báo cáo của chúng em được đưa ra mô hình thiết kế hệ thốngcấp phôi và gia công tự động điều khiển bằng PLC S7 – 200.

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

SVTH: Phạm Đình Công

Phạm Thành Duy

Đỗ Ngọc Dũng Đoàn Bá Dũng Lớp LTCĐ ĐH CK4-K3, Khoa Cơ Khí,

Trường Đại học Công Nghiệp HN GVHD: Nguyễn Tiến Sỹ

Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Công Nghiệp HN

Số:

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp

I Nội dung bản thuyết minh:

Tổng quan về hệ thống cấp phôi tự động và gia công tự động

Thiết kế hệ thống

- Yêu cầu thiết kế (sản phẩm gia công, yêu cầu sau gia công, năng suất ,cấpchính xác)

- Tính toán, thiết kế hệ thống cấp phôi tự động

- Tính toán, thiết kế hệ thống gia công tự động

Lập trình, vận hành, đánh giá kết quả

Kết luận

II Số lượng, nội dung các bản vẽ (ghi rõ loại, kích thước và cách thực hiện các bảnvẽ) và các sản phẩm cụ thể (nếu có):

- Bản vẽ thiết kế hệ thống cấp phôi và gia công tự động(Bản vẽ 3D inA0)

- Bản vẽ sơ đồ thuật toán điều khiển( Bản vẽ 2D in A0)

- Bản vẽ một số chi tiết thiết kế

III Cán bộ hướng dẫn (ghi rõ họ tên, cấp bậc, chức vụ, đơn vị, hướng dẫn toàn bộhay từng phần):

- Thạc sỹ : Nguyễn Tiến Sỹ

Giáo viên bộ môn : Khoa Cơ Khí

Hướng dẫn nội dung: Thiết kế hệ thống cấp phôi và gia công tự động.

Ngày giao: 15/04/2011

Ngày hoàn thành: /5/2011

Hà Nội, ngày ….tháng 5 năm 2011.

Giáo viên hướng dẫn :

Nguyễn Tiến Sỹ

Sinh viên thực hiện:

Phạm Đình CôngPhạm Thành Duy

Đỗ Ngọc Dũng,Đoàn Bá Dũng

Đã hoàn thành và nộp đồ án ngày tháng 5 năm 2011.

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

khiển bằng PLC

II NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, dây chuyền cấp phôi tự động kết hợp với gia công tích hợp nhiềunguyên công để chế tạo chi tiết máy được sử dụng ngày càng nhiều, đặc biệt là ởcác nước có nền công nghiệp phát triển tiên tiến và hiện đại

Với các máy tiện cổ điển ,chuyển động quay của chi tiết là chuyển động chính vàđược thực hiện bằng lực đạp chân của công nhân Khi thực hiện cơ khí hóa ,người tatiến hành thay lực đạp chân bằng động cơ điện Các chuyển động còn lại của daovẫn do công nhân thực hiện bằng tay

Như vậy, cơ khí hóa chính là quá trình thay thế tác động cơ bắp của con người

khi thực hiện các quá trình công nghệ chính hoặc các chuyển động chính bằng máy

Sử dụng cơ khí hóa cho phép nâng cao năng suất lao động, nhưng không thay thếđược con người trong các chức năng điều khiển, theo dõi diễn tiến của quá trìnhcũng như thực hiện một loạt các chuyển động phụ trợ khác

Với các thiết bị vạn năng và bán tự động,các chuyển động phụ (tác động điềukhiển) do người thợ thực hiện, còn trên các thiết bị tự động hoá và máy tự động,toàn bộ quá trình làm việc(kể cả các tác động điều khiển) đều được thực hiện tựđộng nhờ các cơ cấu và hệ thống điều khiển tự động,không cần đến sự tham giatrực tiếp của con người

Như vậy, hệ thống dây truyền cấp phôi tự động và gia công tự động là tổng hợp cácbiện pháp được sử dụng khi thiết kế quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiến hànhcác hệ thống có năng suất cao, tự động thực hiện các quá trình chính và phụ bằngcác cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần đến sự tham gia của con người Việc tựđộng hóa các quá trình sản xuất luôn gắn liền với việc ứng dụng các cơ cấu tự độngvào các quá trình công nghệ cụ thể Chỉ có trên cơ sở của quá trình công nghệ cụ thểmới có thể thiết lập và ứng các cơ cấu hệ thống điều khiển tự động

Trong giai đoạn đầu tiên của nền sản xuất tự động hóa ,do nhu cầu và điều kiệnsản xuất, khả năng của thiết bị, thường được thực hiện theo phương pháp tự động

hóa từng phần Tự động hóa từng phần các quá trình sản xuất là tự động hóa chỉ một

số nguyên công đặc biệt của quá trình, các nguyên công còn lại vẫn thực hiện trêncác máy vạn năng và bán tự động thông thường Đặc điểm chung của các thiết bị tựđộng hóa trong giai đoạn này là chúng có hệ thống điều khiển cứng (cam, mẫu, trụcphân phối, v… v) với dung lượng thông tin chương trình bé và các hệ thống điềukhiển mềm (như plc,các loại máy điều khiển tự động như NC, CNC, hay các MRP(Manufacturing Resourees Planning)

Như vậy hệ thống cấp phôi tự động và gia công tự động là một hệ thống hiệnđại, nó làm tăng độ chính xác cao cho chi tiết gia công và hoàn thiện sản phẩmmột cách nhanh nhất, và đảm bảo an toàn cho người vận hành

Báo cáo của chúng em được đưa ra mô hình thiết kế hệ thốngcấp phôi và giacông tự động điều khiển bằng PLC S7 – 200

Trong quá trình hoàn thành thiết kế, chúng em còn nhiều hạn chế mong nhậnđược sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Tiến Sỹ đã tận tình hướng dẫn

và giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đề tài này Chúng em xin gửi lời cảm ơn đếncác thầy cô trong khoa Cơ Khí đã giúp đỡ tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em hoànthành đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2011

Nhóm sinh viên thực hiện :

Phạm Đình CôngPhạm Thành Duy

Đỗ NgọcDũng,Đoàn Bá Dũng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển :

Tự động hoá là một lĩnh vực đặc trưng của khoa học kỹ thuật hiện đại nhưng từ xaxưa con người luôn mơ ước về các loại máy có khả năng thay thế cho mình trong cácquá trình sản xuất và các công việc thường nhật khác Những thông tin về các cơ cấu

tự động làm việc không cần có sự trợ giúp của con người đã tồn tại từ trước côngnguyên Các máy tự động cơ học đã được sử dụng ở Ai Cập cổ và Hy Lạp , trongthời trung cổ người ta đã biết đến các máy tự động cơ khí thực hiện choc năng củangười gác cổng ở Albetr Một đặc điểm chung của các náy tự động kể trên là chúngkhông có ảnh hưởng gì tới các quá trình sản xuất của xã hội thời đó

Chiếc máy tự động đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp do một thợ cơ khíngười Nga ông Pônzunôp chế tạo năm 1765 Đầu thế kỷ 19, nhiều công trình có mụcđích hoàn thiện các cơ cấu điều chỉnh tự động của máy hơi nước đã được thực hiện Cuối thế kỷ 19 các cơ cấu điều chỉnh tự động cho tuabin hơI nước bắt đầu xuấthiện Năm 1712 ông Nartôp một thợ cơ khí người Nga đã chế tạo được máy tiện chéphình để tiện các chi tiết định hình Việc chép hình theo mẫu được thực hiện tựđộng.Chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng thanh răng thực hiện Cho đến năm

1798 ông Henry Nanđsley người Anh mới thay thế chuyển động này bằng chuyểnđộng của vít me - đai ốc Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổcấp phôi và trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng Năm 1880 nhiều hãngtrên thế giới như Pittler Ludnig lowe Đức , RSK (Anh) đã chế tạo máy tiện rơvônveding phôi thép thanh Năm 1887 ĐG Xtôleoôp đã chế tạo dược phần tử cảm quangđầu tiên ,một trong những phần tử hiện đại nhất của kỹ thuật tự động hoá Cũngtrong giai đoạn này,các cơ sở của lý thuyết điều khiển và điều chỉnh hệ thống bắt đầuđược nghiên cứu phát triển Một trong những công trình đầu tiên về lĩnh vực nàythuộc về nhà toán học nổi tiếng PM.Chebưsep.Có thể nói ông tổ của các phươngpháp tính toán kỹ thuật của lý thuyết điều chỉnh tự động là I.A.Vưsnhegratxki, giáo

sư toán học nổi tiếng của trường đại học công nghệ thực nghiệm Xanh Pêtecbua.Năm 1876 và 1877 ông đã cho đăng các công trình Lý thuyết cơ sở của cơ cấu điềuchỉnh và Các cơ cấu điều chỉnh tác động trực tiếp

Trong những năm gần đây các nước có nền công nghiệp phát triển tiến hành rộngrãi trong sản xuất loại nhỏ Điều này phản ánh xu thế chung của nền kinh tế thế giớichuyển từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ hàng khối thayđổi.Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các lĩnh vực khoa học khácngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những năm cuối của thế kỷ XX đã

có sự thay đổi sâu sắc Sự xuất hiện của một loạt các công nghệ mũi nhọn như kỹthuật linh hoạt (Agile engineering) hệ thống điều hành sản xuất qua màn hình, kỹthuật tạo mẫu nhanh (rapid Prototying) và công nghệ Nanô đã cho phép thực hiện tựđộng hoá toàn phần không chỉ trong sản xuất hàng khối mà cả trong sản xuất loạt nhỏđơn chiếc Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết chặt chẽ công nghệthông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện một loạt các thiết bị và hệ thống

tự động hoá hoàn toàn mới như các máy điều khiển số ,các trung tâm gia công , cáchệ thống điều khiển theo chương trình lôgic PLC, các hệ thống sản xuất tích hợpCIM cho phép chuyển đổi nhanh sản phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất ítnhất, rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh của sảnxuất hiện đại

Những thành công ban đầu của quá trình liên kiết một số công nghệ hiện đạitrong khoảng 10,15 năm vừa qua đã khẳng định xu thế phát triển của nền sản xuất trítuệ trong thế kỉ XXI trên cơ sở của các thiết bị thông minh Để có thể tiếp cận và ứngdụng dạng sản xuất tiên tiến này,ngay từ hôm nay,chúng ta dã phải bắt đầu nghiêncứu ,học hỏi và chuẩn bị cơ sở vật chất củng như đội ngũ cán bộ kĩ thuật cho nó.Việc bổ sung,cải tiến nội dung và chương trình đào tạo trong các trường đại học vàtrung tâm nghiên cứu theo hướng phát triển sản xuất trí tuệ là cần thiết

.Tự động hoá quá trình sản xuất là giai đoạn phát triển tiếp theo của nền sản xuất cơkhí hoá Nó sẽ thực hiện phần công việc mà cơ khí hoá không thể đảm đương được

đó là điều khiển quá trình Với các thiết bị vạn năng và bán tự động các chuyển độngphụ do người thợ thực hiện ,còn trên các thiết bị tự động hoá và máy tự động ,toàn bộquá trình làm việc kể cả các tác động điều khiển đều được thực hiện tự động nhờ các

cơ cấu và hệ thống điều khiển tự động ,không cần đến sự tham gia trực tiếp của conngười Ví dụ trên máy tiện điều khiển số các chuyển động chính và phụ được máythực hiện tự động theo một chương trình định sẵn Con người lúc này chỉ còn nhiệm

vụ chuẩn bị các cơ cấu và theo dõi quá trình làm việc của chúng Vì vậy để có thểthực hiện tự động hoá các quá trình sản xuất cần có các cơ cấu và thiết bị tự độngphù hợp Nói như vậy không phải tự động hoá các quá trình sản xuất chỉ là một quátrình ứng dụng các thành phần ,cơ cấu hoặc sơ đồ tự động riêng biệt vào các quytrình ứng dụng các thành phần ,cơ cấu hoặc sơ đồ tự động riêng biệt vào các quytrình công nghệ có sẵn , hoặc các máy đã có hoặc sẽ được thiết kế.Tự động hoá cácquá trình sản xuất luôn gắn liền với quá trình hoàn thiện và đổi mới công nghệ Nó làmột bài toán thiết kế công nghệ tổng hợp ,có nhiệm vụ tạo ra kỹ thuật hoàn toàn mớidựa trên cơ sở của các quá trình công nghệ gia công cơ kiểm tra và lắp ráp tiên tiến(kể cả các phương pháp và thiết bị gia công mới )

Tự động hoá quá trình sản xuất là tổng hợp các biện pháp được sủ dụng khi thiết

kế các quá sản xuất và công nghệ mới tiên tiến Trên cơ sở của các quá trình sản xuất

và công nghệ đó ,tiến hành thiết lập các hệ thống thiết bị có năng suất cao không cầnđến sự tham gia của con người

1.2 Vai trò và ý nghĩa của máy gia công tự động :

Tự động hoá quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất laođộng Trong mọi thời đại các quá trình sản xuất luôn được điều khiển theo các quyluật kinh tế ,có thể nói giá thành là một trong những yếu tố quan trọng xác định nhucầu phát triển của tự động hoá

Tự động hoá quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất Các quátrình sản xuất sử dụng quá nhiều lao động rất dễ mất ổn định về chất lượng gia công

và nâng cao năng suất lao động , gây khó khăn cho việc điều hành và quản lý sảnsuất Các quá trình sản xuất tự động hoá cho phép loại bỏ các nhược điểm trên ,đồngthời tự động hoá đã thay đổi hẳn tính chất lao động ,cải thiện điều kiện làm việc củacông nhân , nhất là trong các khâu độc hại ,nặng nhọc ,có tính lặp đi lặp lại và nhàmchán, khắc phục dần sự khác nhau giữa lao động trí óc và chân tay

Tự động hoá quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ cao của sản xuất hiệnđại Với các loại sản phẩm có số lượng rất lớn thì không thể sử dụng các quá trìnhsản xuất thủ công để đáp ứng sản lượng yêu cầu với giá thành nhỏ nhất Tự động hoáquá trình sản xuất cho phép thực hiện chuyên môn hoá và hoán đổi sản xuất Chỉ cómột số ít sản phẩm phức tạp là được chế tạo hoàn toàn bởi một nhà sản xuất.Thôngthường một hãng sẽ sử dụng nhiều nhà thầu đề cung cấp các bộ phận riêng lẻ chomình sau đó tiến hành liên kết lắp ráp thành sản phẩm tổng thể vì thế khả năng tiêuchuẩn hoá là rất cao Điều này cho phép áp dụng nguyên tắc hoán đổi một trongnhững điều kiện cơ bản dẫn tới sự hình thành sản xuất hàng khối khi chế tạo các sảnphẩm phức tạp Có thể nói tự động hoá giữ vai trò quan trọng trong việc thực hiệntiêu chuẩn hoá bởi chỉ có nền sản xuất tự động hoá mới cho phép chế tạo các sảnphẩm có kích cỡ và đặc tính ít thay đổi với số lượng lớn một cách hiệu quả Các vấn

đề chung về thiết kế hệ thống :

Các giai đoạn chính của quá trình thiết kế máy: Toàn bộ quá trình thiết kế máy cú thể phân chia thành các giai đoạn sau (H1)

H1: Các giai đoạn thiết kế máy

- Đầu tiên cần xác định rõ công dụng của hệ thống thiết kế và các tham số có liênquan đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật bằng cách dựa vào các số liệu ban đầu về yêucầu đối với các chi tiết gia công được trên máy hay năng suất yêu cầu như :

+ Kích thước, hình dáng, tập hợp các bề mặt gia công, vật liệu và chất

lượng bề mặt gia công

+ Tính đa dạng của các chi tiết gia công được trên máy

Các yêu cầu về chi tiết gia công là cơ sở lựa chọn phương pháp gia công và dụng cụcắt cần thiết Ngoài ra, các số liệu đầy đủ của chúng giúp ta xác định được đặc tính

kỹ thuật máy thiết kế, gồm phạm vi tốc độ công tác, tốc độ chuyển động phụ của các

cơ cấu chấp hành máy, công suất truyền dẫn phương pháp điều chỉnh cũng như mức

độ cung cấp cho máy móc trang bị phụ cần thiết

- Xác định đặc tính kỹ thuật máy thiết kế: Nhiệm vụ kỹ thuật ở giai đoạn này là lậpluận có cơ sở tính chất hợp lý của việc chế tạo máy mới đồng thời cho các số liệu banđầu để thiết kế máy Máy mới phải có các ưu điểm nổi bật so với các máy hiện có,

nói chung phải nâng cao được các chỉ tiêu về chất lượng trong điều kiện đảm bảohiệu quả kinh tế Khi xác định đặc tính kỹ thuật cho máy thiết kế, nên tiến hành lậpbảng đặc tính kỹ thuật của các máy cùng kiểu Việc phân tích bảng giúp ta nhận xét,vạch ra được các ưu nhược điểm của chúng một cách dễ dàng.

Đặc tính kỹ thuật máy thiết kế cung cấp các số liệu ban đầu để nghiên cứu,

phân tích, lựa chọn sơ đồ nguyên lý toàn máy: sơ đồ động, sơ đồ điện, sơ đồ thủy lựchay khí nén…Các giai đoạn thiết kế nêu trên là nội dung của bản kiến nghị kỹ thuật,cũng chính là luận chứng kinh tế-kỹ thuật cho máy thiết kế Sau khi đó được sự thoảthuận của phía đặt hàng, bản kiến nghị này dựng làm cơ sở thực hiện các công việcthiết kế tiếp theo Bản kiến nghị kỹ thuật cùng với giai đoạn thiết kế cụm máy gọichung là quá trình thiết kế kỹ thuật Cuối quá trình này, toàn bộ kết cấu máy bao gồmbản vẽ lắp tất cả các cụm kể cả thuyết minh chỉ trừ đặc tính kỹ thuật, các chi tiết tiêuchuẩn, các phân tích tính toán cụm và chi tiết máy đó được hoàn tất, bố cục máy vàlắp ráp chung đó được kiểm tra Quá trình thiết kế chế tạo được tiến hành ngay khihồ sơ thiết kế kỹ thuật được cấp trên duyệt và hiệu chỉnh Công việc chính của quátrình này là nghiên cứu thiết kế chế tạo các cụm và các chi tiết chủ yếu, các điều kiện

kỹ thuật cần thiết Đây chính là các văn kiện kỹ thuật để chế tạo, lắp ráp và điềuchỉnh máy Sau quá trình thiết kế chế tạo, thường thực hiện chế tạo 1 hay 2 mẫu thửnhằm kiểm tra, thử nghiệm và đưa vào những hiệu chỉnh thích hợp cho các bản vẽchế tạo chi tiết, các cụm máy Mẫu thử nghiệm cần kiểm tra về độ chính xác, độ cứngvững, tính chịu rung , tiếng ồn, sự toả nhiệt cũng như các tham số đặc trưng cho hệthống chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật khác H.2 giới thiệu các bước thiết kế cụm máy Khi

đó xác định được các đặc tính kỹ thuật chính của máy thiết kế, bước tiếp theo là lựachọn các phương án khác nhau về kết cấu có kèm theo tính toán, thiết kế sơ bộ để sosánh, phân tích theo điều kiện cụ thể và là cơ sở chọn phương án kết cấu tối ưu.Kiểm tra lại lần cuối phương án đó chọn so với nhiệm vụ thiết kế đặt ra trước khi tiếnhành xây dựng bản vẽ lắp ráp cụm máy

H.2: Các bước thiết kế cụm máy Dựa trên các số liệu ban đầu như độ chính xác và số vòng quay của trục, có thể cónhiều phương án lựa chọn kết cấu ổ trục khác nhau Tính toán phân tích sơ bộ chophép trừ những phương áp và chọn được 1 hay 2 phương án tốt nhất.

Quyết định phương án cuối cùng phải căn cứ vào các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật, sau đúlập các văn kiện kỹ thuật và toàn bộ bản vẽ thiết kế.Mẫu thử cũng phải được thửnghiệm gia công các loại chi tiết thông thường, và theo chế độ gia công nâng cao Mộtlần nữa, có thể cần hiệu chỉnh các bản vẽ chế tạo do thay đổi điều kiện kỹ thuật, vậtliệu hay kết cấu

Chỉ sau khi hoàn tất thử nghiệm, hệ thống thiết kế mới được tiến hành sản xuấthàng loạt Tuy nhiên công việc của người thiết kế vẫn chưa kết thúc và phải theo dõithường xuyên hệ thống cơ cấu làm việc trong điều kiện sản xuất thực tế, thường xuất

hiện những khả năng mới yêu cầu cải tiến kết cấu sau này Rõ ràng là quá trình thiết

kế hệ thống nhu thế đòi hỏi nhiều thời gian và công sức

Để đẩy mạnh và ứng dụng nhanh chúng những kiểu máy hoàn thiện hơn, phải cócác phương pháp thiết kế tiên tiến Triển vọng mới hiện nay là khả năng tự động hóathiết kế nhờ các phương tiện kỹ thuật, qua đó có thể cải thiện năng suất lao động chongười thiết kế

Những phần việc thiết kế đó được tự động hóa:

- Thu thập và xử lý các thông tin ban đầu về số lượng, chủng loại chi tiết gia

công, số liệu thống kê về miền sử dụng máy

- Tính toán phân tích thiết kế kỹ thuật, mô phỏng cơ cấu, chế tạo mẫu thử

- Xử lý các văn kiện kỹ thuật

1.3 Hướng phát triển của hệ thống cấp phôi tự động và máy gia công

tự động :

Trong những thập niên qua, thế giới đó cú những thay đổi nhanh chóng trong lĩnhvực khoa học kỹ thuật ,do ảnh hưởng ngày càng lớn của công nghệ thông tin và kỹthuật điện tử Ngày nay, các phương pháp kỹ thuật cổ điển với cách thức tiếp cậntruyền thống không cũn đáp ứng được thực tiễn của phát triển công nghiệp nữa Theo

đó, sản phẩm của công nghệ tiên tiến của cụng nghiệp khụng cũn là sản phẩm củacỏc ngành riờng biệt mà là sự tớch hợp thành tựu của nhiều ngành, đặc biệt từ nhiềungành kỹ thuật hiện đại

Dưới đây là hướng phát triển của tự động hoá trong quá trỡnh sản xuất:

1.3.1.Sử dụng máy với hệ thống điều khiển linh hoạt :

Một trong những hướng tự động hoá trong sản xuất hàng hoá là sử dụng máyđiều khiển chương trình theo số (CNC) với hệ điều khiển linh hoạt Hiệu quả kinh tếkhi sử dụng máy CNC có thể they rõ khi gia công loạt với 20 ÷ 40 chi tiết Trongđiều kiện sản xuất đơn chiếc thì hiệu quả kinh tế do sử dụng máy CNC cũng có tuy

không cao lắm Ưu điểm chính của máy với hệ điều khiển linh hoạt là khả năng hiệuchỉnh chương trình ngay tại chỗ làm việc Trong điều kiện sản xuất đơn chiếc, sảnxuất hàng loạt vừa và nhỏ máy CNC đảm bảo thay dao nhanh nâng cao năng suất laođộng , thay thế một cách có hiệu quả các máy điều khiển bằng tay

Đặc điểm: + Giảm nhẹ sức lao động của công nhân

+ Giảm nhẹ quá trình điều khiển máy

+ Nâng cao năng xuất lao động

1.3.2 Sản xuất hàng loạt theo dây chuyền :

Dây truyền là hệ thống các máy móc được lắp đặt cạnh nhau hoạt động độc lậpvới nhau, cũn chi tiết gia cụng được chuyển từ máy này sang máy khác để thực hiệntất cả các nguyên công Máy của dây truyền về nguyên tắc thường là máy bán tựđộng, do đó việc cấp tháo phôi, vận chuyển phôi giữa các máy và kiểm tra chi tiếtđược thực hiện bằng tay

Hình 3 Mô hình một dây truyền sản xuất

Đặc điểm: Ngoài các ưu điểm của hệ thống tự động hoá

- Giá thành hạ

- Năng suất cao

- Chi phí về lao động còn nhiều

- Giảm được chu kỳ gia công

- Nâng cao nâng suất lao động

1.3.3 Sản xuất tự động hoá linh hoạt :

Hệ thống sản xuất tự động hoá linh hoạt là hệ thống tự động hóa phát triển được điềukhiển bằng máy tính Hệ thống sản xuất này bao gồm các máy gia công được liên kếtvới nhau bằng hệ thống vận chuyển phôi tự động, tách phôi tự động, thay dao tựđộng, kiểm tra tự động, đồng thời bao hàm cả quá trình thiết kế sản phẩm tự động,chuẩn bị công nghệ tự động, và điều khiển tự động Đặc điểm chính của hệ thống sảnxuất linh hoạt (hệ thống sản xuất mềm) là tính linh hoạt rất cao nó cho phép :

+ Trong điều kiện sản xuất hàng loạt nhỏ và hàng loạt vừa ở bất kỳ thời điểm nào

có thể dừng công việc gia công chi tiết trên dây truyền để điều chỉnh dây truyền choviệc gia cụng chi tiết khác

+ Trên các máy công cụ nhau có thể gia công các chi tiết có hình dạng khác nhauvới số lượng tuỳ ý.Trong điều kiện sản xuất bình thường thì việc điều chính các máygia công các loạt chi tiết như trên có thể giảm 30% năng suất gia công của các máy + Có thể thay thế các máy bị hỏng bằng các máy của hệ thống linh hoạt mà khônglàm dây chuyền sản xuất ngừng trệ

+ Có thể di chuyển chi tiết gia công theo những quĩ đạo tuỳ ý Như vậy, hệ thốngsảt xuất mềm có thể giảm được số lượng máy và tăng hệ số sử dụng máy

1.3.4 Sản xuất linh hoạt toàn phần :

Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần là hệ thống sản xuất gồm nhiều môđun sảnxuất linh hoạt được kết nối với nhau bằng hệ thống điều khiển tự động Trong hệthống sản xuất linh hoạt toàn phần tất cả công việc từ cấp phôi, gia công ,vận chuyển,thay dao và kiểm tra chi tiết đều được tự động hoá Nói cách khác, Hệ thống sản xuấtlinh hoạt là một hệ thống bao gồm các thiết bị gia công như máy điều khiển só, trungtâm gia công,thiết bị gá lắp,tháo dỡ chi tiết và dụng cụ tự đông,hệ thống cơ cấu định

hiướng chi tiết tự động trong quá trình gia công,cơ cấu kiểm tra tự động.v.v.đượcthiết kế theo nguyên tắc môđun và được điều khiển bằng máy tính hoặc một hệ thốngmáy tính.

Trong một chừng mực nào đó FMS có thể coi như một CIM nhỏ.Nó được thiết

kế để điền đầy khoảng trống giữa đường dây tự động dùng trong sản xuất hàng khối

và nhóm máy CNC.Nó cho phép chuyển đổi nhanh sản xuất khi thay đổi sản phẩmvới chi phí về thời gian và tiền bạc nhỏ nhất

Theo cấu trúc,hệ thống sản xuất kinh hoạt có thể chia thành các cấp độ như:máy linhhoạt,môđun sản xuất linh hoạt,đường dây sản xuất linh hoạt,phân xưởng sản xuấtlinh hoạt và nhà máy sản xuất linh hoạt

1.3.5 Ứng dụng kỹ thuật CIM (Center for intelligent Machines)

Với các dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối cần tiến hành hoàn thiện các quátrình công nghệ trên cơ sở sử dụng các thiết bị ,dây truyền tự động có năng suất cao

độ ổn định tốt ứng dụng hiệu quả kỹ thuật nối kết hai quá trình thiết kế và chế tạothành một khối thống nhất

Hai công nghệ tiên tiến CAD/CAM có sự kiên quan chặt chẽ tới sự hình thành củahệ thống thiết kế chế tạo tự động có sự trợ giúp của máy tính(CAD/CAM)khi nối kếthệ CAD với hệ CAM.Hệ thống kết hợp cad cam còn được gọi là hệ thống sản xuấttích hợp có sự trợ giúp của máy tính(CIM).Các quá trình sản xuất được thực hiệnbằng hệ thống này được gọi là các quá trình sản xuất tích hợp.Trong các hệ thống sảnxuất tích hợp ,chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau, hỗ trợ nhau,chophép tạo ra sản phẩm nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệuquả.Các thiết bị sản xuất tự động và các máy riêng biệt được kết nhập với các máytruyền tải thông tin tạo thành một hệ thống thồng nhất cho phép khép kín chu trìnhgia công, chế tạo sản phẩm

1.3.6 Ứng dụng robot công nghiệp

Rô bốt cụng nghiệp là một máy tự động linh hoạt thay thế từng phần hoặc toàn bộcác hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của con người trong nhiều khả năng thíchnghi khác nhau.

Các thành phần chính của rô bốt công nghiệp :

Ứng dụng của robot cụng nghiệp :

Hình4: Robot công nghiệp

Hinh 5 : Nguyên lý điều khiển robot Laser với ưu điểm khoảng cách từ nguồn tới phôi cắt là cố định và luôn bảo đảm bậc tự do của chuyển động cắt.

Rô bốt là một thiết bị tự động đa chức năng được lập trình cho một hoặc nhiềucông việc và được điều khiển bằng máy tính.Chúng có thể sử dụng như một thiết bịđộc lập,có khả năng thay đổi nhanh dễ hiệu chỉnh.Một trong những bộ phận chứcnăng chính cảu robot là hệ thống điều khiển.Nó có nhiệm vụ xử lý các thông tin nhậnđược để tạo ra các chuỗi lệnh cần thiết.Hệ thống điều khiển cũng được coi như mộtkho chứa và trung chuyển dữ liệu khi sử dụng cho các công việc khác nhau.Các rôbốtthường được trang bị các hệ thống điều khiển thích nghi, các hệ thống điều khiểntheo chương trình logic-PLC, các hệ thống cảm biến thực hiện các chức năng nhưnghe, nhìn, sờ, ngửi, nói.v.v Vì vậy chúng có thể sử dụng trong hầu hết các lĩnh vựcnhư y tế ,dịch vụ,gia công,lắp ráp và các lĩnh vực khác mà các máy tự động thôngthường không thể thực hiện được.Trong các trường hợp khi yêu cầu xử lý tình huốngnhanh,chính xác, khi lựa chọn tìm kiếm các giải pháp nhiều phương án,khi yêu cầukhả năng suy nghĩ logic và phán đoán tình huống theo bối cảnh, khi sử dụng rôbốt sẽcho hiệu quả cao Rôbốt là thiết bị duy nhất có thể đáp ứng được đặc tính thay đổicủa nền sản xuất hiện đại, mở rộng đáng kể khả năng của các thiết bị và quá trình sảnxuất với hiệu quả cao nhất

Nghiên cứu,phát triển và ứng dụng các hệ thống trí tuệ nhân tạo trong thiết kế chếtạo rôbốt thông minh là một xu hương phát triển rất triển vọng cảu công nghệ rôbốt.Các rôbốt thông minh có khả năng mô phỏng lại các đặc tính thường thấy trong cáchứng xử của con người như học tập, suy luận và giải quyết vấn đề.v.v Rôbốt thôngminh đang được ứng dụng rộng rãi trong những lĩnh vực mà chỉ các chuyên gia giỏimới thực hiện được như khám bệnh,đóng phim, chơi nhạc, huấn luyện vận độngviên, bóng bàn, bóng đá.v.v Sử dụng các rôbốt được điều khiển qua vệ tinh và nốimạng cho phép thu hẹp và hoà nhập không gian làm việc, tiến tới thiết lập một nềnsản xuất toàn cầu Để đáp ứng nhu cầu của nền sản xuất trí tuệ như tính linh hoạt,tính tối ưu, vận tốc xử lý tình huống công nghệ rôbốt trong tương lai phải giải quyếtmột loạt vấn đề có lien quan đến cấu trúc của những dẫn động chính,độ tin cậy, khảnăng tiếp nhận và xử lý thông tin của hệ thống cảm biến,tính vạn năng của các ngônngữ lập trình kiểu mới,tính linh hoạt của kết cấu và nhiều vấn đề khác.

1.3.7 Ứng dụng trí tuệ nhân tạo :

Nghiên cứu phát triển và ứng dụng trí tuệ nhân tạo trên cơ sở kỹ thuật liên kếtnơton nhân tạo và lôgic ảo trong các quá trình sản xuất phức tạp có nhiều thông sốảnh hưởng trong thiết kế chế tạo các thế hệ rôbôt thông minh Trí tuệ nhân tạo chính

là một xu hướng phát triển của công nghệ máy tính, liên quan đến các hệ thống cókhả năng mô tả lại các đặc tính thường thấy trong cách ứng xử của con người nhưhọc tập suy luận ,giải quyết vấn đề Các hệ thống trí tuệ có mục đích mô phỏng lạiứng xử của con người trên máy tính

Việc áp dụng và phát triển trong sản xuất các công nghệ tiên tiến và các thiết bịthông minh những năm gần đây đã cho phép dự đoán sự xuất hiện của một hình thứcsản xuất hoàn toàn mới trong tương lai-Sản xuất trí tuệ.Sản xuất trí tuệ không chỏ đòihỏi mô tả các kiến thức bằng những phương pháp mới như mô hình ngôn ngữlogic ,mô hình logic trí tuệ,nó còn yêu cầu chúng ta phải xem xét lại một số luậnđiểm và thói quen sẵn có khi hình thành kỹ thuật mới

1.3.8.Hệ thống thiết kế và chế tạo cósự trợ giúp của máy tính (CAD-CAM)

Với sự xuất hiện của máy điều khiển số, sự phát triển cao của công nghệ thôngtin và công nghệ máy tinh, việc chuẩn bị và điều hành sản xuất trong thời gian gầnđây đã có những thay đổi cơ bản Khâu chuẩn bị thiết kế đã được tự động hoá nhờ hệthống thiết kế tự động có sự trợ giúp của máy tính Nhờ các trang thiết bị tính tiánthiết kế như máy tính,màn hình đồ hoạ, bút vẽ, máy vẽ, cùng các phần mềm chuyêndụng(Matlab,Catia),CAD cho phép tạo ra các mô hình sản phẩm trong không gian bachiều, rất thuận lợi cho việc khảo sát, đánh giá, sửa đổi nhanh chóng trực tiếp ngaytrên màn hình.Các bản vẽ trong Cad có thể lưu giữ,nhân bản hoặc gọi ra bất kỳ lúcnào Điều này cho phép tiết kiệm nhiều thời gian, vật liệu và các chi phí khác củagiai đoạn thiết kế ban đầu trước khi đưa vào sản xuất

Khâu điều hành qua trình chế tạo sản phẩm cũng được tự động hoá nhờ hệ thốngđiều hành quá trình chế tạo tự động có sự trợ giúp của máy tính CAM và được thiếtlập trên cơ sở sử dụng máy tính và công nghệ máy tính để thực hiên tất cả công đoạncủa quá trình sản xuất,chế tạo sản phẩm như lập kế hoạch sản xuất, thiêt kế quy trìnhcông nghệ gia công, quản lý điều hành quy trình chế tạo và kiểm tra chất lượng sảnphẩm.v.v.Cam là một lĩnh vực cần sự bổ trợ của rất nhiều công nghệ và kỹ thuậtliênquan như kỹ thuật CAPP , công nghệ nhóm GT, kỹ thuật gia công lien lết LAN.v.v

Do CAM cho phép thực hiện tự động việc lập kế hoạch điền khiển, hiệu chỉnh vàkiểm tra các nguyên công cùng toàn bộ quá trình gia công chế tạo sản phẩm, nên nórất dễ dàng kết hợp với hệ thông CAD, tạo ra một phương thức sản xuất mới tiêntiến, đó là hệ thống thíêt kế và chế tao tự động có sự trợ giúp của của máy tính CIM

CHƯƠNG 2 : TÌM HIỂU ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA MỘT

SỐ HỆ THỐNG CẤP PHÔI VÀ GIA CÔNG TỰ ĐỘNG

Nội dung của chương này là xuất phát từ đối tượng gia công, phương pháp giacông, dụng cụ gia công và tham khảo một số máy tự động để xây dựng, nghiên cứu

sơ đồ nguyên lý làm việc và sơ đồ cấu trúc động học máy và hệ thống cấp phôi tựđộng cho quá trình gia công

Hệ thống cấp phôi và gia công tự động là một hệ thống có thể giúp con người cóthể hạn chế được rất nhiều các thao tác trong quá trình cấp phôi hay gia công Chi tiếtgia công được là nhờ các chuyển động quay của phôi và chuyển động tịnh tiến củadao.Các chuyển động của hệ thống bao gồm:

- Chuyển động quay của đĩa quay mang phôi chuyển động lên máng chứa phôi

- Chuyển động của băng tải nhờ bộ truyền đai đưa phôi di chuyển trên máng

- Chuyển động tịnh tiến của cần đẩy piston mang phôi đến mâm cặp thực hiện quátrình cắt gọt

- Chuyển động quay của mâm cặp đưa phôi quay tròn thực hiện gia công chi tiết

2.1 Hệ thống máy tiện tự động được điều khiển bằng cơ khí

Hiện nay , cơ cấu máy trong công nghiệp đã có rất nhiều cải thiện.Với các máy tiện

cơ thông thường thì khó có thể đáp ứng được nhu cầu sản xuất Vì vậy đã có rấtnhiều cải tiến trong máy móc và đặc biệt với hệ thống gia công được sử dụng cơ cấucam để gia công tự động với nhiều dao sẽ cho năng suất cao và hiệu quả tốt Chẳnghạn như điều khiển bằng cơ cấu cam như hình 2.1

Nguyên tắc làm việc của hệ thống điều khiển NC như sau: sau khi mở máy, các

lệnh thứ nhất, thứ hai được đọc Chỉ sau khi kết thúc quá trình đọc máy mới thựchiện lệnh thứ nhất, trong khi đó thông tin của lệnh thứ hai vẫn nằm trong bộ nhớ củahệ điều khiển Sau khi hoàn thành xong lệnh thứ nhất, máy bắt đầu thực hiện lệnhthứ hai (lấy ra từ bộ nhớ) Trong khi thực hiện lệnh thứ hai thì hệ điều khiển sẽ đọclệnh thứ ba (đưa vào chỗ của bộ nhớ mà lệnh thứ hai vừa giải phóng ra)

Nhược điểm chính của hệ thống điều khiển NC:

- Khi gia công chi tiết tiếp theo trong loạt, hệ điều khiển phải đọc lại tất

cả các lệnh từ đầu, do vậy có thể gặp phải sai số của bộ tính toán dẫn đến chất lượnggia công không đạt yêu cầu

năng chương trình bị dừng lại (không chạy) có thể xảy ra thường xuyên

chóng bị bẩn và mòn, gây lỗi chương trình

2.3 Hệ thống điều khiển DNC

DNC (Direct Numerical Control) biểu thị một hệ thống trong đó nhiều máy NC

được nối với 1 máy vi tính gia công thông qua đường dẫn dữ liệu

Đặc điểm cơ bản của các hệ thống DNC hiện nay là cung cấp cho các máy NCriêng biệt các thông tin điều khiển (hay các chương trình) Tất cả các chương trình

NC sẽ được sử dụng được lưu giữ trên các đĩa cứng của máy vi tính gia công (bố trítrên hệ thống DNC) và có thể được gọi ra trực tiếp tùy theo nhu cầu của từng máyNC

Hình 3.3.3 Hệ thống điều khiển CNC

Trong sơ đồ trên, mỗi máy công cụ có hệ điều khiển CNC mà bộ tính toán của nó

có nhiệm vụ chọn lọc, phân phối các thông tin (chiều mũi tên 1)- nghĩa là bộ tínhtoán đóng vai trò là cầu nối giữa các máy công cụ và máy tính trung tâm Đồng thời

máy tính trung tâm có thể nhận được những thông tin từ các bộ điều khiển CNC(chiều mũi tên 2) để hiệu chỉnh chương trình hoặc để đọc dữ liệu từ máy công cụ.Trong các phân xưởng có hệ thống DNC, các chương trình NC do phòng lậptrình làm và đưa thẳng vào trong máy tính Phần lớn các hệ điều khiển NC có cácngôn ngữ lập trình khác nhau, do vậy khi lập trình bằng tay cần phải có phần mềmtương ứng cho việc biên dịch NC Ngược lại, đối với lập trình bằng máy thì ứng với

từng kiểu điều khiển đòi hỏi phải có chương trình dịch riêng (bộ hậu xử

lý-postprocessor)

Ngoài ra, nếu phân xưởng có nhiều máy NC thì việc chuẩn bị tốt đồ gá và cácdụng cụ phụ chiếm vai trò hết sức quan trọng Thông tin về các trang bị công nghệnày được lưu giữ và điều hành trong một ngân hàng dữ liệu trung tâm của máy tính,nên khi cần chúng có thể được gọi ra trên màn hình và được sử dụng để hiệu chỉnhkích thước dụng cụ cắt khi chạy chương trình

Các ưu điểm chính của hệ thống DNC:

trình chi tiết gia công và dụng cụ

Có khả năng ghép nối vào các hệ thống gia công linh hoạt FMS

2.4 Điều khiển thích nghi AC (Adaptive Control)

Điều khiển thích nghi là điều khiển tự động quá trình gia công không có sự tácđộng của người vận hành máy Mục đích chính của nó là nhằm tự động thay đổi cácthông số gia công theo ảnh hưởng không thể dự kiến trước trong quá trình gia công

Ví dụ khi kích thước các phôi đúc, rèn thay đổi hoặc lượng dư gia công cơ khôngđều thì có thể gây biến dạng đàn hồi cho hệ thống công nghệ, sinh ra sai số gia công.Muốn khắc phục điều này thì thiết bị điều khiển thích nghi phải thay đổi tốc độ chạydao cho phù hợp

Tuỳ theo mục đích sử dụng, người ta phân chia các hệ thống điều khiển thích nghithành 2 loại:

- Điều khiển thích nghi cưỡng bức ACC (Adaptive Control Constrain): dùng để

điều khiển giới hạn của các thông số cắt gọt

Ví dụ: khi tiện côn hay phay bề mặt hình chêm thì chiều sâu cắt thay đổi, do vậy

lượng chạy dao và số vòng quay của dao phải được điều khiển sao cho đảm bảocông suất cắt tối đa cho phép

- Điều khiển thích nghi tối ưu ACO (Adaptive Control Optimation): dùng cho

việc tối ưu hóa các quá trình gia công nhằm giảm thời gian gia công và giảm chi phígia công nhưng có chú ý đến nhiều yếu tố ảnh hưởng ngược nhau (như công suất cắtcao sẽ làm giảm tuổi bền của dụng cụ cắt)

Hệ thống điều khiển thích nghi được ứng dụng rộng rãi cho các chức năng bổ sungthêm của hệ điều khiển CNC như tự động theo dõi dụng cụ cắt và đo chi tiết trongquá trình gia công

Hình 3.3.4 Ứng dụng điều khiển thích nghi

2.5 Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System)

Các hệ thống gia công linh hoạt FMS cho khả năng gia công các chi tiết khácnhau trong cùng một họ chi tiết với số lượng chi tiết và thứ tự gia công tùy ý Giáthành chế tạo chi tiết, mặc dù trong điều kiện gia công loại nhỏ, vẫn đạt hiệu quảkinh tế

Tuỳ theo tính linh hoạt và năng suất mà người ta phân các FMS thành:

- Các tế bào gia công linh hoạt

- Các cụm gia công linh hoạt

- Các dây chuyền gia công linh hoạt

8

9 10

11

Sè l ¦ îng chi tiÕt N¨ng suÊt

Hình 3.3.5.Phân chia các hệ thống gia công

Các thành phần chính của một FMS thông thường là:

- Một hoặc nhiều cụm gia công

- Các hệ thống vận chuyển chi tiết và dụng cụ

- Máy tính của hệ thống DNC đóng vai trò là thiết bị chỉ đạo

Hệ thống gia công linh hoạt FMS được ứng dụng để gia công các chi tiết hìnhdạng khác nhau nhưng trong cùng một họ sản phẩm theo một trình tự không lựachọn với giá thành hợp lý

Hạt nhân của một tế bào gia công chính là máy điều khiển số NC Ví dụ, mộttrung tâm gia công có trang bị bổ sung thêm ổ chứa dụng cụ cắt, các trang bị thayđổi gá lắp, một hệ thống thay đổi dụng cụ và chi tiết tạo thành một tế bào gia cônglinh hoạt

Để một hệ thống gia công linh hoạt thực hiện một cách tự động, không cần sựcan thiệp của người vận hành đòi hỏi thêm các thiết bị theo dõi và đo lường tự độngnhư: đo kích thước dụng cụ ở trên máy, theo dõi tự động tuổi bền của dao và vỡ dao,các thiết bị đo lường chi tiết tự động

2.6 MỘT SỐ MÁY TIỆN CNC TRONG CÔNG NGHIỆP

Một cách ngoại lệ, máy tiện số chỉ bao gồm hai trục X và Z Nhưng với nhữngđặc tính của nó, yêu cầu phải dùng những phương pháp điều khiển tuyến tính, ngay

cả những máy thô sơ nhất cũng yêu cầu khả năng điều khiển tuyến tính Hầu hết cácmáy tiện đều có những chức năng điều khiển tốc độ tiến dao, tốc độ cắt và tự độngthay dao Nội suy tuyến tính và nội suy cung tròn là tất yếu phải có trong các bàitoán gia công với phương pháp tiện Vì vậy cũng cần có những cảm biến đo tốc độđộng cơ phục vụ cho bài toán điều khiển

Nhờ ứng dụng kỹ thuật vi điện tử, máy gia công CNC có các đặc trưng nổi bật sau: + Mức độ tự động hóa cao

+ Chất lượng gia công ổn định, độ chính xác lặp lại cao

+ Giảm thời gian gia công so với máy thường

+ Nhờ cấu trúc cơ khí cứng vững của máy, những vật liệu cắt hiện đại và năng suấtnhư hợp kim cứng hay gốm ôxit có thể được sử dụng trên máy CNC.

+ Có khả năng thích nghi cao khi điều kiện sản xuất thay đổi, ví dụ khi chuyển từsản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ sang sản xuất loạt vừa, loạt lớn hoặc hàng khối, việc giacông trên máy CNC vẫn đảm bảo năng suất và hiệu quả kinh tế

Ngoài ra còn phải kể đến các ưu điểm khác như:

+ Ít phải dừng máy vì lý do kỹ thuật, do vậy giảm đáng kể được chi phí tương ứng.+ Chi phí kiểm tra máy nhỏ, giá thành đo kiểm giảm

+ Thời gian hiệu chỉnh máy ngắn

+ Không cần dùng các đồ gá và dưỡng (ví dụ đồ gá khoan)

+ Gia công được các bề mặt phức tạp (cong, lồi, lõm 3D), các chi tiết rất lớn (cánhmáy bay) trên các trung tâm gia công mà không cần thiết phải thay đổi đồ gá (cũnggóp phần giảm chi phí gá đặt chi tiết và nâng cao độ chính xác gia công)

+ Có thể lặp lại chương trình gia công tùy ý

Máy tiện cũng cần chức năng hiệu chỉnh dao để tránh những sai số do kích thước dao cắt gây nên Cần sự hiệu chỉnh trên cả 2 trục do sự khác nhau về kích thứơc của dao khi chiếu lên 2 trục Dữ liệu sau hiệu chỉnh được lưu giữ trong bộ nhớ của hệ thống điều khiển

0 Một số máy tự động điển hình :

cnc_takang_tnc30n_r

Bao gồm VL-3D, VL-6D, VL-8D, TNC-N200, TNC-540N, các máy tiện đứng, các máy cỡ lớn của hãng CNC-TAKANG; máy của hãng TONG-TAI Machine Tools; máy của hãng FANCOL Machine Tools;.v.v

1 Mori Seiki :

CL_1500

Hiện nay ngành khuôn mẫu và ngành nhựa của Việt Nam đang phát triển rấtmạnh Những khuôn mẫu đơn giản thì có thể gia công bằng máy tay hoặc máy vạnnăng, song để tạo ra các khuôn mẫu, chi tiết máy phức tạp thì bắt buộc phải gia côngtrên các máy công cụ điều khiển số CNC (gọi tắt là máy CNC)

Việc gia tăng tự động hóa trong quá trình sản xuất với máy CNC tạo nên sự pháttriển đáng kể về chính xác và chất lượng

2.7 Một số máy cnc trong nuớc

Hiện nay ở việt Nam đã có nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng các hệ thống máyCNC và nó đã phát huy được ưu điểm của mình

Năm 2006, Việt Nam bỏ ra khoảng 4,5 tỷ USD để nhập các máy CNC Cũngnăm đấy, 23 doanh nghiệp Nhật Bản sang Việt Nam tìm nhà cung cấp phụ kiện chocác sản phẩm của họ nhưng không được, nguyên nhân thì có nhiều song một phần

chính là do các doanh nghiệp trong nước cũng thiếu những chiếc máy CNC chấtlượng cao.

BKMech: Chủ động đưa công nghệ chế tạo máy phay CNC chiếm lĩnh thị trường

Các thông số cơ bản:

Bộ điều khiển: Mitsu M64

Động cơ trục chính: 7,5 kW 8000 rpm (tỷ lệ puly 1:1,25)

==>Tốc độ tối đa của trục chính 10000 rpmĐộng cơ XYZ: 1,5/1,5/2kW 3000rpm

Sử dụng encoder tuyệt đối

Hành trình XYZ: 650 x 400 x 480

Tốc độ gia công tối đa theo XYZ: 10/10/5 m/ph (lô máy tiếp theo là 10/10/10)

Trục chính BT40

ATC 16 đầu dao, loại armless

Đã đo và bù laser, độ chính xác vị trí đạt < 0.005mm (riêng Z mới đạt 0.012 mm vì tại thời điểm đo chưa có đối trọng và hiệu chỉnh cụm trục chính)

Đã cho gia công thô bằng dao mặt đầu: khả năng cắt thô rất tốt

Hiện tại đang cho gia công tại Nhà máy lắp ráp dưới Hải Phòng và các sản phẩm đềuđạt với dung sai từ 0.008-0.01mm (độ méo)

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY TỰ ĐỘNG

3.1 Hệ thống gia công tự động

3.1.1 Nguyên lý hoạt động

+ Cơ cấu thực hiện gia công: Dao tiện và mũi khoan được gá cố định trên ổ

gá dao với khoảng cách cố định với chi tiết cần gia công Dao được lắp trên ổ gádao và được xiết chặt trên đó, có vị trí phù hợp, chính xác để khi thực hiện hếtchiều sâu khoan thì đồng thời chi tiết sẽ được vát mép Ở đây trục chính chỉ cómột tốc độ cố định

Các phần tử cơ bản của hệ thống cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động gồm:

- Phần tử tiếp nhận dụng cụ: để lắp dụng cụ cắt vào trục chính máy

- Dụng cụ cắt: được ghép nối và đo kiểm trước với phần tử tiếp nhận dụng cụ cắt ởbên ngoài máy Việc điều chỉnh tự động dụng cụ cắt có thể tiến hành bằng tay hoặc

Phần tử tiếp nhận dụng cụ cắt là phần tử quan trọng nhất của một hệ thống dụng

cụ Phần tử này có một số kết cấu còn chưa được chuẩn hóa như phần có rãnh khía

để ngàm kẹp Kết cấu đã chuẩn hóa là các chuôi Phần cuối của chuôi côn đượcthiết kế và chế tạo khác nhau tùy theo hệ thống kéo-rút và đó là bộ ly hợp phanh + Bàn máy: Được chuyển động trên hai thanh trượt và được điều khiển bởihệ thống piston thủy lực

+ Cơ cấu kẹp phôi: Được sử dụng bởi chấu kẹp đàn hồi sử dụng ly hợp

phanh để điều khiển kẹp phôi

Về mặt cấu tạo, toàn bộ phần ly hợp gồm có hai phần, phần điều khiển cơ khí và phần điều khiển thuỷ lực Quá trình điều khiển ly hợp có thể mô tả như sau: lực từ bàn đạp tác dụng lên pít tông của xi lanh chính làm áp suất dầu trong xi lanh chính tăng lên Nhờ đường ống dẫn dầu thuỷ lực mà áp suất dầu này tác dụng lên pít tông trong xi lanh cắt ly hợp chuyển động đẩy càng cắt ly hợp chuyển động Theo

nguyên tắc đòn gánh, vòng bi cắt ly hợp bị càng cắt ly hợp ép vào lò xo đĩa Nhờ vậy mà đĩa ly hợp tách khỏi bánh đà và ngắt công suất từ động cơ đến hộp số Bàn đạp ly hợp là tạo ra áp suất thuỷ lực trong xi lanh chính, áp suất thuỷ lực này tác dụng lên xi lanh cắt ly hợp và cuối cùng đóng và ngắt ly hợp

3.1.2 Thiết lập xích truyền cho chuyển động của trục chính

Hộp tốc độ trong máy công cụ dùng để truyền lực cắt cho các chi tiết gia công Thiết

kế hộp tốc độ phải bảo đảm những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tối ưu cho phép: kíchthước nhỏ gọn, hiệu suất cao, tiết kiệm nguyên vật liệu, kết cấu có tính công nghệcao, làm việc chính xác, an toàn, sử dụng bảo quản dễ dàng

0 Để có được truyền động quay của trục chính phù hợp khi gia công các chi tiết

có kích thước vật liệu khác nhau, điều kiện chế tạo khác nhau Người ta dựa vào lýthuyết cắt gọt kim loại và lý thuyết về năng suất máy, để xác định giới hạn tốc độ cắt

vmin, vmax cho từng máy Phải thông qua một hộp tốc độ gồm các bộ truyền bánhrăng, puly đai và các cơ cấu đặc biệt khác kết hợp với hệ điều khiển để đảm bảo cácgiá trị biến đổi thích hợp trong phạm vi điều chỉnh tốc độ Rn Các giá trị này tạothành chuỗi số vòng quay của trục chính

1 Lực cắt tác dụng lên trục chính của máy Theo công thức trong nguyên lý cắtkim loại, muốn xác định lực cắt phải tính đến kích thước vật liệu của các chi tiếttrong hộp, động cơ điện truyền dẫn theo điều kiện lực cắt tương ứng với chế độ cắt

của quy trình công nghệ điển hình trên máy Khi gia công các chi tiết khác nhau, tốc

độ cắt và lực cắt phải phù hợp với đẳng thức

P1.V1 = P2.V2 = constNghĩa là công suất của hộp tốc độ không thay đổi tại bất kỳ số vòng quay nàotrong khoảng điều chỉnh tốc độ

Như vậy ta sẽ sử dụng bộ truyền đai cho hệ thống này

Ta chọn xích công suất cắt gọt cho máy như sau:

vòng/phút, qua bộ truyền đai thang tỷ số truyền 1/2 = 80/160 nối với puly của trụcchính

Từ đây ta xác định được sơ đồ động cho chuyển động quay của trục chính nhưsau:

Hình 2.2.5: Xích truyền động chạy dao.

TA THIẾT LẬP XÍCH TRUYỀN CHO TOÀN MÁY

Từ sơ đồ động của các bàn xe dao và của trục chính ở trên ta có sơ đồ động toànmáy như sau:

Trục chính:

Động cơ trục chính DC Servo có P = 1,1 kW, n = 400÷2800 vòng/phút

Quá trình thay đổi liên tục vô cấp từ 200÷1400 ( v/ph)

TÍNH VÀ CHỌN NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO CÁC MODUL CĂN BẢN.

Ta chọn động cơ dùng cho máy tiện là động cơ điện một chiều vô cấp tốc độ vì

nó có các lợi thế:

suất, ma sát, hiệu suất do đường truyền ngắn

Khe hở động học toàn máy giảm do đó tiếng ồn sẽ giảm, sai số động học sẽ giảmdẫn đến khả năng công nghệ của máy sẽ cao hơn và chính xác hơn

Dùng động cơ vô cấp tốc độ một chiều sẽ giúp người vận hành chọn được tốc độcần thiết của trục chính cho chi tiết gia công

chuyển đổi Alalog/Digital (A/D)

Với những yêu cầu cơ bản:

0 Phạm vi điều chỉnh tốc độ Wmin, Wmax.

0 Loại động cơ dự định chọn

0 Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động

1 Đặc tính phụ tải Pyc và Myc.

Đối với phụ tải truyền động theo yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh P = const thì

ta có công suất yêu cầu cực đại Pmax = Pdm = const, nhưng Momen yêu cầu cực đạilại phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh

Mmax = Pdm/Wmin.Đối với phụ tải chuyển động theo yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh M =const ta có yêu cầu công suất cực đại

Pmax = Mdm WmaxHai yêu cầu về loại động cơ và loại truyền động có ý nghĩa đặc biệt quantrọng Nó xác định kích thước lắp đặt truyền động, bởi vì hai yêu cầu này cho biếthiệu suất truyền động và đặc tính điều chỉnh Pdc và Mdc của truyền động.Thôngthường các đặc tính truyền động này phù hợp với đặc tính phụ tải yêu cầu Pdc, Mdc.

Ở máy tiện này với phụ tải P = const khi sử dụng động cơ một chiều phương phápđiều chỉnh thích hợp là điều chỉnh từ thông trích từ Nhưng ta dùng phương phápđiều chỉnh điện áp phần ứng khi tính chọn động cơ ta phải xét tới yêu cầu Mmax

Như vậy công suất động cơ lúc đó không phải là Pdm = Pyc mà là:

Pdm = Mmax.* Pmax = Pyc Wmax /Wmin

Dựa vào cơ sở này ta tính toán thiết kế động lực học máy:

Các thông số lựa chọn để tính toán như sau:

• Phôi gia công:

Vật liệu: phôi thép, có σb ≤ 150MPa

3.1.4 Lực cắt khi gia công tính theo : Sổ tay công nghệ chế tạo máy

( tập II - NXB Khoa học và kỹ thuật- 2003-Gs-Ts Nguyễn Đắc Lộc.(1))

Fz = 10 CPz txPz syPz vnz kPz

Fy = 10.CPy txPy syPy vny kPy

FX = 10.CPx txPx syPx vnx kPx

- Trong đó, Fx, Fy, Fz lần lượt là các lực tiếp tuyến, hướng kính và dọc trục; CPz, CPy,

CPz, yPz, yPy, yPx, xPz, xPy, xPx, nz, ny, nx là các hệ số và số mũ đặc trưng choloại vật liệu làm phôi, vật liệu làm dụng cụ cắt và dạng gia công

Pđc = PC /η =

7 0

8 0

= 1.1 KW

Hiệu suất bộ truyền lấy : η = 0,7

3.1.5.Tính momen cần thiết cho trục X theo catalog-Taiwan Ball Screw TBI (III)

• Điều kiện làm việc của máy

Thời gian làm việc: H = h.d.y.r (giờ)

H : giờ làm việc trong một ngày

d : số ngày làm việc trong một tháng

Lực ma sát(N)

Thời gian sửdụng

m/phút (v/p) (%)Chạy

+ FPl lực căng ban đầu của đai ốc bi FPl = FMAX/ 3

+ Mômen của động cơ MF: MF = JM* 2*π*nđc

MF = JM* 2*π*n = 0.0019*2*π*3000/60 = 0.596 Nm

+ Mômen quán tính của bánh đai lắp trên trục động cơ

JCU1 = π*ρ*b*D4/32 (kg.m 2)

JCU1 = π*7850*0,03*0,064/32 = 0,0003 kg.m 2

3.2 Tính toán và chọn các bộ phận trong hệ thống thuỷ lực:

Các thông số cho trước:

Vận tốc của khối trượt:

ở chế độ xuống nhanh v = 60 mm/s:

Lưu lượng bơm: Qb:

Công suất động cơ: Nđc:

⇒ Loại bơm và loại động cơ:

Gọi f là diện tích bề mặt của Piston nhỏ:

F là diện tích bề mặt của Piston lớn:

pb: là áp suất của bơm:

Ta có phương trình cân bằng lực:

2 ×F1×p b +F2× p b =P−G

2 1

2F F

G Q