Nghiên cứu lập trình marco trên trung tâm phay CNC brideport

- Lập chương trình điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển PLC e Kết luận Trong quá trình nghiên cứu tổng quan về hệ thống sản xuất tự động, về cấu trúc đặc điểm của hệ điều khiển PLC đề

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực

và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn

Tác giả

Phạm Đức Thành

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS: Phạm Văn Hùng, người đã hướng dẫn

và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô trong bộ môn Máy và Ma Sát học đã cùng sự giúp đỡ của các cán bộ phòng thí nghiệm FMS & CIM, xưởng Cơ khí bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, viện Cơ khí Xin cám ơn Ban lãnh đạo và Viện đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này

Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, Trung Tâm Đào Tạo Thực Hành và Chuyển Giao Công Nghệ GTVT trường ĐH GTVT đã giúp đỡ tạo điều kiện cho tác giả thực hiện đề tài

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Phạm Đức Thành

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đề tài: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo một môdun gia công tự động kiểu bàn quay tích hợp điều khiển PLC

Tác giả luận văn: Phạm Đức Thành Khóa: 2009 -2011

Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Hùng

Nội dung tóm tắt:

a) Lý do chọn đề tài

So với các hệ thống sản xuất truyền thống, FMS có nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn Hệ thống FMS không những làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, hạ giá thành của sản phẩm mà còn có khả năng linh hoạt cao, đáp ứng được những thay đổi nhanh chóng của thị trường

Từ yêu cầu từ thực tiễn và những ứng dụng có ý nghĩa quan trọng của tự động hóa và tối ưu hóa các thiết bị cơ khí trong các quá trình sản xuất Để hiệu suất sử dụng

hệ thống đạt tối đa đồng thời tiết kiệm kinh phí và thời gian Tác giả đã chọn đề tài

“Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo một môdun gia công tự động kiểu bàn quay

+ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tập hợp các máy công cụ bao gồm các lý thuyết tổng quát về hệ thống sản xuất tự động Tính toán thiết kế các máy công cụ phục vụ gia công như máy phay, máy khoan cùng với hệ thống Robot công nghiệp, đặc biệt là robot lật và robot cấp phôi Nghiên cứu về bộ điều khiển PLC nói chung và

bộ điều khiển PLCM2A Thiết kế và lập trình hệ thống sản xuất tự động kiểu bàn quay với bộ điều khiển PLC

c) Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả

+ Nội dung gồm ba chương cơ bản

Chương 1: Tổng quan về hệ thống sản xuất tự động bao gồm định nghĩa về hệ

thống sản xuất tự động Các hệ thống kiểm tra với chức năng kiểm tra và nguyên tắc

kiểm tra được sử dụng Hệ thống vận chuyển tích trữ trong hệ thống sản xuất tự động,

hệ thống tích trữ chi tiết gia công, tích trữ hệ thống dụng cụ.Hướng phát triển của hệ thống tự động hóa sản xuất

Chương 2: Tính toán, thiết kế chế tạo mô đun tự động trong đó từ việc phân tích

chi tiết gia công, và các nguyên công chế tạo chi tiết Từ việc phân tích đó thiết kế, tính toán hệ thống môdun tự động bao gồm các máy cộng cụ và hệ thống công tắc hành trình, hệ thống robot phục vụ quá trình gia công Hệ thống này nối tiếp gia công chi tiết thông qua cơ cấu bàn quay

Chương 3: Tổng quan về hệ thống điều khiển PLC trong đó khái quát về hệ thống

điều khiển PLC nói chung nêu ra mục đích của việc lựa chọn hệ thống này, cấu trúc

cơ bản của hệ thống Nêu ra được đặc điểm,chức năng và cấu trúc hoạt động cơ bản, các đặc tính kỹ thuật của PLC CPM2A Thiết lập được sơ đồ điều khiển môdun tự động kiểu bàn quay với hệ điều khiển PLC CPM2A

+ Đóng góp mới của tác giả

- Tổng quan chung về hệ thống điều khiển tự động trong sản xuất cơ khí

- Tổng quan về hệ điều khiển PLC và cụ thể hệ điều khiển CPM2A

- Tính toán thiết kế modun tự động theo kiểu bàn quay cụ thể như: thiết kế bàn gia công, lựa chọn hệ thống máy công cụ và các robot hoạt động trong hệ thống

- Thiết kế điều khiển hệ thống gia công tự động kiểu bàn quay bằng hệ điều khiển PLC

d) Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp, nghiên cứu cơ sở lý thuyết chung về cấu trúc hệ thống sản xuất tự động

- Nghiên cứu tìm hiểu về hệ điều khiển PLC

- Thiết kế, tính toán, chế tạo môđun gia công tự động kiểu bàn quay

- Lập chương trình điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển PLC

e) Kết luận

Trong quá trình nghiên cứu tổng quan về hệ thống sản xuất tự động, về cấu trúc đặc điểm của hệ điều khiển PLC đề tài đã tính toán, thiết kế hệ thống sản xuất tự động kiểu bàn quay với bộ điều khiển PLC CPM2A để gia công chi tiết cụ thể Hệ thống này bao gồm các máy công cụ, hệ thống robot phục vụ, các công tắc hành trình, và bàn gia công Hệ thống này hoạt động tuần hoàn với nhau để thực hiện gia công chi tiết nối trục Cùng từ hệ thống này ta có thể mở rộng để gia công các chi tiết dạng trục tương

tự giúp tăng năng suất và hiệu quả kính tế cao hơn

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 4

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5

PHẦN MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG 9

1.1 Những khái niệm cơ bản về hệ thống sản xuất tự động 9

1.1.1 Hệ thống sản xuất tự động 9

1.1.2 Thành phần của hệ thống sản xuất tự động 9

1.1.3 Nguyên tắc thiết lập hệ thống sản xuất tự động 10

1.2 Nguyên tắc kiểm tra trạng thái kỹ thuật của các phần tử và môdun trong hệ thống sản xuất tự động 10

1.3 Vận chuyển tích trữ trong hệ thống sản xuất tự động 12

1.3.1 Hệ thống vận chuyển tích trữ chi tiết gia công 12

1.3.2 Hệ thống vận chuyển tích trữ dụng cụ của hệ thống sản xuất tự động 13

1.3.3 Điều khiển hệ thống vận chuyển – tích trữ 15

1.4 Thành phần thiết bị của hệ thống sản xuất tự động 16

1.4.1 Xác định các thành phần của máy 16

1.4.2 Xác định thành phần của thiết bị vận chuyển chi tiết 20

1.4.3 Xác định thành phần của thiết bị vận chuyển dụng cụ 23

1.5 Kho chứa và các thành phần của kho chứa tự động 26

1.5.1 Thành phần của kho chứa tự động 26

1.5.2 Các dạng kho chứa tự động trong hệ thống sản xuất tự động 27

1.5.3 Bố trí các kho chứa tự động trong hệ thống tự động hoá 29

CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG KIỂU BÀN QUAY 32

2.1 Phân tích, tính toán chi tiết gia công trong môdun sản xuất tự động 32

2.2 Thiết kế hệ thống sản suất tự động kiểu bàn quay 36

2.2.1 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống 36

2.2.2 Thiết kế thành phần của hệ thống sản xuất tự động 38

2.3 Thiết kế robot cho hệ thống 47

2.3.1 Khái niệm về Robot và phân loại Robot 47

2.3.2 Thiết kế robot lật 52

3.3.2.Điều kiện kỹ thuật 52

2.3.3 Thiết kế Robot cấp phôi 54

2.3.4 Tính toán tay kẹp Robot 60

CHƯƠNG III:ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BẰNG PLC 66

3.1 Tổng quan về điều khiển 66

3.3.1 Giới thiệu 66

3.2.l Các đặc điểm và chức năng của PLC CPM2A 74

3.3.2 Cấu trúc và hoạt động 78

3.3 Các đặc tính kỹ thuật 80

3.3.1 Các đặc tính kỹ thuật chung của CPM2A 80

3.3.2 Các tính năng kỹ thuật của đầu vào/ra 82

3.4 Thiết kế và lập trình hệ thống điều khiển PLC 84

3.4.1 Thiết kế hệ thống điều khiển 84

3.4.2 Lập trình điều khiển PLC 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96

TÓM TẮT LUẬN VĂN 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Khối lượng gia công cơ theo nhóm kích thước chi tiết 18

Bảng 1.2 Kết quả tính toán thành phần và số máy trong hệ thống FMS 19

Bảng 3.1 Bảng đặc tính kỹ thuật chung của CPM2A 79

Bảng 3.2 Các tính năng kỹ thuật của đầu vào bộ CPU 81

Bảng 3.3 Bảng các đầu vào Counter tốc độ cao 84

Bảng 3.4 Bảng địa chỉ các đầu vào 87

Bảng 3.5 Bảng địa chỉ chân ra 87

HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình hệ thống sản xuất tự động FMS 9

Hình 1.2 Cơ cấu vệ tinh cấp, thao phôi tự động 13

Hình 1.3 Ổ tích dụng cụ và cơ cấu thay dao tự động 14

Hình 1.1 Hệ thống vận chuyển-tích trữ dụng cụ dạng xích của hãng Hitachi Seiki(Nhật Bản) 1: ổ tích dụng cụ; 2: Magazin(ổ chứa) dụng cụ; 3: Máy;4: Vệ tinh; 5: cơ cấu tiếp nhận 15

Hình 1.2 Các sơ đồ của các kho chứa tự động có dạng giá cần cẩu 27

Hình 1.3 Các sơ đồ của các kho chứa tự động có dạng cần cẩu cầu 28

Hình 1.4 Kho chứa tự động có dạng giá trọng lực 29

Hình 1.5 Mặt bằng kho chứa tự động có dạng giá cần cẩu 29

Hình 1.6 Sơ đồ mặt bằng kho chứa có dạng cần cẩu cầu 30

Hình 1.7 Sơ đồ mặt bằng kho chứa dạng giá trọng lực 30

Hình 2.1 Chi tiết nối trục 31

Hình 2.2 Sơ đồ định vị và kẹp chặt chi tiết 34

Hình 2.3 cơ cấu kẹp chặt chi tiết 35

Hình 2.4 Sơ đồ các bước gia công trong hệ thống 36

Hình 2.5 Sơ đồ kết cấu của máy khoan 37

Hình 2.6 Mô hình máy khoan 38

Hình 2.7 sơ đồ kết cấu của máy phay hướng kính 39

Hình 2.8 Mô hình máy phay theo phương hướng kính 40

Hình 2.9 Kết cấu của máy phay tiếp tuyến 41

Hình 2.10 Mô hình kết cấu máy phay tiếp tuyến 42

Hình 2.11Mô hình mặt dưới bàn gia công 43

Hình 2.12 Bản vẽ lắp bàn gia công 44

Hình 2.13 Kết cấu của bàn quay 45

Hình 2.14 Sơ đồ tổng quát bàn gia công 46

Hình 2.16 Robot kiểu tọa độ Đêcac 50

Hình 2.17 Robot kiểu tọa độ trụ 50

Hình 2.18 Mô hình robot lật 52

Hình 2.19 Sơ đồ kết cấu của robot cấp phôi 55

Hình 2.20 Mô hình robot cấp phôi 56

Hình 2.21 Sơ đồ các thiết bị khí nén 57

Hình 2.22 Sơ đồ tay kẹp 59

Hình 2.23 Vị trí các lực tiếp xúc 60

Hình 2.25 Tay kẹp có truyền động thủy lực 62

Hình 2.26 Tay kẹp có truyền động khí nén 63

Hình 2.27 Tay kẹp điện từ và chân không 68

Hình 3.1 Mô hình tổng quát của bộ PLC 67

Hình 3.2 Cấu trúc của bộ 68

Hình 3.3 Lưu đồ thực hiện trong PLC 69

Hình 3.4 Mô hình điều khiển PLC CPM2A 73

Hình 3 5 Kết nối 1:1 Host Link giữa PLC và máy tính 74

Hình 3.6 Thiết bị cần dùng cho NT Link 74

Hình 3.7 Bộ hình kết nối đầu vào / ra ComproBus/S 75

Hình 3.8 Bộ chuyển đổi RS-232C/RS-422ª 77

Hình 3.9 Cấu trúc bên trong CPU 78

Hình 3.10 Sơ đồ hoạt động của modun sản xuất tự động kiểu bàn quay 85

Hình 3.11 Sơ đồ điều khiển 86

Hình 3.12 Sơ đồ vị trí các thiết bị trên môdun 88

PHẦN MỞ ĐẦU

1.Lý do chọn đề tài

Sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật trong ngành công nghiệp chế tạo máy quyết định chất lượng và hiệu quả của các quá trình sản xuất Do đó, tự động hóa và tối ưu hóa các thiết bị cơ khí trong các quá trình sản xuất là một trong những phương hướng phát triển chủ yếu của công nghiệp chế tạo máy Việt Nam hiện nay Thành phần chủ yếu trong hệ thống tự động hóa là các thiết bị cơ khí được điều khiển tự động, hoạt động tích hợp với các máy công cụ khác trong quá trình sản xuất nhằm nâng cao năng suất lao động Xu hướng tự động hóa đang được ứng dụng linh hoạt nhằm đáp ứng các nhu cầu của cuộc sống cũng như bảo vệ môi trường Vì lý do đó đối với việc tìm hiểu nghiên cứu các thiết bị tự động trên cơ sở tích hợp của điện tử và tin học nhằm tự động hóa tối ưu hóa các thiết bị cơ khí hiện

Tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo một môdun gia công

tự động kiểu bàn quay tích hợp điều khiển PLC” phù hợp với khả năng cũng như

thời gian thực hiện đề tài

2 Lịch sử nghiên cứu

Khi thực hiện đề tài, tác giả đã tìm hiểu, nghiên cứu, khảo sát về hệ thống sản xuất tự động hiện có đang được ứng dụng trong sản xuất cơ khí Nghiên cứu tìm hiểu về phương pháp điều khiển hệ thống các hệ thống sản xuất tự động Từ đó đã lựa chọn môdun sản xuất tự động kiểu bàn quay với hệ điều khiển PLC Từ việc nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo cơ khí và quá trình điều khiển hệ thống được tiến hành đồng thời

3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tập hợp các máy công cụ bao gồm các lý thuyết tổng quát về hệ thống sản xuất tự động Tính toán thiết kế các máy công cụ phục vụ gia công như máy phay, máy khoan cùng với hệ thống Robot công nghiệp, đặc biệt là robot lật và robot cấp phôi Nghiên cứu về bộ điều khiển PLC nói chung

và bộ điều khiển PLCM2A Thiết kế và lập trình hệ thống sản xuất tự động kiểu bàn quay với bộ điều khiển PLC

4.Tóm tắt những luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

+Những luận điểm cơ bản

Cùng với việc nghiên cứu các lý thuyết về hệ thống sản xuất tự động và hệ điều khiển PLC CPM2A, từ đó tính toán thiết kế hệ thống môdun tự động bao gồm các máy phay, máy khoan, hệ thống các Robot như robot lật, robot cấp phôi hệ thống này hoạt động theo kiểu bàn quay và được điều khiển bằng hệ điều khiển PLC Hệ thống này giúp quá trình sản xuất trở lên linh hoạt và giảm tối đa thời gian phụ trong quá trình gia công đồng thời nâng cao năng suất

+ Những đóng góp mới của tác giả

- Tổng quan chung về hệ thống điều khiển tự động trong sản xuất cơ khí

- Tổng quan về hệ điều khiển PLC và cụ thể hệ điều khiển CPM2A

- Tính toán thiết kế modun tự động theo kiểu bàn quay cụ thể như: thiết kế bàn gia công, lựa chọn hệ thống máy công cụ và các robot hoạt động trong hệ thống

- Thiết kế điều khiển hệ thống gia công tự động kiểu bàn quay bằng hệ điều khiển PLC

5 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp, nghiên cứu cơ sở lý thuyết chung về cấu trúc hệ thống sản xuất tự động

- Nghiên cứu tìm hiểu về hệ điều khiển PLC

- Thiết kế, tính toán, chế tạo môđun gia công tự động kiểu bàn quay

- Lập chương trình điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển PLC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

1.1 Những khái niệm cơ bản về hệ thống sản xuất tự động

1.1.1 Hệ thống sản xuất tự động

Một hệ thống sản xuất tự động hoá ở mức độ cao đối với sản xuất loạt vừa và hàng loạt lớn trên cơ sở sử dụng các máy CNC, các rôbốt công nghiệp để điều khiển các đối tượng lao động, các đồ gá và các dụng cụ, các hệ thống vận chuyển – tích trữ phôi với mục đích tối ưu hoá quá trình công nghệ và sản xuất Hệ thống đó được gọi là hệ thống sản xuất tự động

Hình 1.1 Mô hình hệ thống sản xuất tự động FMS

1.1.2 Thành phần của hệ thống sản xuất tự động

Cấu trúc của hệ thống sản xuất tự động bao gồm: các thiết bị công nghệ và các thiết bị kiểm tra được trang bị các tay máy tự động và các máy tính điều khiển và tính toán

- Bộ chương trình để điều khiển hệ thống sản xuất tự động

- Tế bào gia công tự động (gồm các môđun sản xuất tự động), thường là các máy CNC có mối liên kết với hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết tự động và máy tính

- Thiết bị kiểm tra và các thiết bị công nghệ được trang bị các tay máy tự động và các máy tính để điều khiển và tính toán

Như vậy thành phần của hệ thống sản xuất tự động là một tổ hợp của tế bào gia công tự động và tế bào kiểm tra tự động được liên kết với nhau thành một hệ thống nhất theo vật liệu với sự giúp đỡ của hệ thống vận chuyển tích trữ phôi tự động và nhờ hệ thống mạng máy tính điều khiển

1.1.3 Nguyên tắc thiết lập hệ thống sản xuất tự động

Để thiết lập hệ thống sản xuất tự động được bắt đầu từ việc xác định chi tiết được chế tạo trong hệ thống sản xuất tự động Như vậy kết quả của công việc này được dùng để xác định thiết bị công nghệ của hệ thống (các tế bào gia công tự động hay các môđun sản xuất linh hoạt), các cơ cấu vận chuyển ,các loại kho chứa

Tiếp theo đó là thiết lập các cấu trúc chức năng, cấu trúc công nghệ và cấu trúc thông tin của thống sản xuất tự động, đồng thời thiết lập mạng máy tính nội bộ sau giai đoạn này có thể giải quyết vấn đề thuật toán và lập trình hệ thống tự động khác trong hệ thống tích hợp toàn phần Hoạt động song hành với hệ thống này cần thiết lập các hệ thống cung cấp điện, nước, thông tin, khí nén

Nói đến tiêu chuẩn hóa của thống sản xuất tự động cần chú ý ngay từ đầu và phải được đặt trên cơ sở sử dụng rộng rãi nguyên tắc môđun: ví dụ, có thể chọn các mẫu tiêu chuẩn của kho chứa tự động, các mẫu của cơ cấu vận chuyển tự động, các thiết bị công nghệ tiêu chuẩn và các rôbốt

1.2 Nguyên tắc kiểm tra trạng thái kỹ thuật của các phần tử và môdun trong

hệ thống sản xuất tự động

Trong hệ thống sản xuất tự động thì độ ổn định của hệ thống được đảm bảo bằng độ ổn định của các phần tử trong hệ thống và bằng kiểm tra thường xuyên khả năng làm việc của máy, của đồ gá, của dụng cụ, của rôbốt, của kho chứa, của các thiết bị điều khiển, của hệ thống đo lường và của các máy tính Có 2 phương pháp

kiểm tra:

- Kiểm tra gián tiếp: Sử dụng khi trạng thái kỹ thuật của đối tượng có thể được đánh giá theo chức năng hoạt động của nó, ví dụ: nếu hệ thống kiểm tra ghi nhận không

có sự sai số thì điều này cho thấy trạng thái của dụng cụ cắt là bình thường

- Kiểm tra trực tiếp: Sử dụng khi các thông số được đo trực tiếp, ví dụ: độ chính xác định vị, độ mòn của dụng cụ cắt Cần phải có thiết bị kiểm tra chuyên dụng cho đa

số các thông số

Sau đây là các thông số cần xác định khi chuẩn đoán để kiểm tra cho các phần tử sau:

a Tế bào gia công tự động

Trong tế bào gia công tự động (máy gia công), có các thông số cần chuẩn đoán là: mômen trục truyền động trung tâm, nhiệt độ ở mũi dao cắt, độ mòn của các sống trượt, rung động của máy, vì chúng ảnh hưởng đến độ chính xác gia công chi tiết

b Tế bào kho chứa

Đầu tiên cần xác định xem có chi tiết hay không khi các đattric điện tiếp xúc làm việc Khi các đattric có cuộn dây phụ sẽ trả lời tín hiệu một cách tự động, nếu không thì cần phải lắp thêm cơ cấu xử lý tín hiệu “chuẩn đoán” Có thể kiểm tra hoạt động của các đattric ở những tế bào kho chứa trống rỗng và kho chứa được chất đầy, nhưng độ tin cậy khi kiểm tra kho chứa được chất đầy là không cao

c Rôbốt

Khi kiểm tra rôbốt theo các thông số động học và động lực trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm và thống nhất hoá các phép thử Phương pháp thử nghiệm các rôbốt thích nghi có 1 ý nghĩa quan trọng, bởi vì có nhiều thông số của rôbốt thích nghi (ví dụ như độ ổn định và tuổi thọ) chỉ có thể được xác định khi thử lâu dài hoặc trong quá trình vận hành Các chỉ tiêu động lực học trong quá trình vận hành rôbốt cho phép không chỉ đánh giá trạng thái kỹ thuật của rôbốt tại thời điểm đó, mà còn tạo được cơ sở thông tin để ứng dụng việc chuẩn đoán khả năng làm việc của rôbốt

Như vậy cần đánh giá độ chính xác định vị về kích thước thẳng và kích thước góc của rôbốt theo các chỉ tiêu tổ hợp, ví dụ như các hệ số của tính tác động nhanh của rôbốt Các chỉ tiêu tổ hợp này được xây dựng trên cơ sở các phép biến đổi đại số với việc ứng dụng các quy luật thực nghiệm Các thông số ban đầu để xác định các quy luật thực nghiệm có thể là tốc độ của các cơ cấu đầu vào và đầu ra, công suất của động cơ, sự dịch chuyển của các phần tử và gia tốc của chúng, áp lực lên các cơ cấu đầu vào và đầu ra, các mômen và độ chênh lệch áp suất

d Hệ thống vận chuyển

Khi hệ thống vận chuyển dùng xe tời được cấp điện trung tâm (các động cơ cảm ứng) thì vấn đề chuẩn đoán có liên quan đến việc đánh giá khả năng làm việc của bộ vi xử lý (máy vi tính điều khiển) đồng thời chuẩn đoán bộ dẫn tiến (động cơ

và điều khiển chuyển hướng)

Mà xe tời dùng năng lượng phụ thuộc (các bộ acquy) thì cần phải kiểm tra dung lượng còn lại của các pin - acquy, kiểm tra môi trường khí trong buồng acquy

và đánh giá tuổi bền của các phần tử trong buồng acquy

Nếu hệ thống vận chuyển dùng xích và con lăn thì cần kiểm tra tốc độ di chuyển trong phạm vi từ 1 - 10 m/p Để đảm bảo cho hệ thống vận chuyển làm việc bình thường không nên dùng các vệ tinh vượt quá khuôn khổ trọng lượng theo các thông số đã thiết kế

1.3 Vận chuyển tích trữ trong hệ thống sản xuất tự động

1.3.1 Hệ thống vận chuyển tích trữ chi tiết gia công

Trong modun hệ thống sản xuất tự động thì hệ thống vận chuyển-tích trữ chi tiết gia công của hệ thống sản xuất tự động thực hiện các chức năng sau:

- Vận chuyển các chi tiết gia công (phôi) trong thùng chứa hoặc trên các vệ tinh tới các vị trí tiếp nhận để bổ xung vào ổ tích có dung lượng nhỏ đặt cạnh các máy

- Vận chuyển các chi tiết đã được gia công trên các máy tới vị trí tháo chi tiết và chuyển các vệ tinh tự do về vị trí cấp phôi hoặc ổ tích trữ

- Vận chuyển các chi tiết đã được gia công tới vị trí kiểm tra (kiểm tra giữa các nguyên công) và chuyển chúng về vị trí tiếp nhận để gia công tiếp

- Lưu trữ trong các ổ tích có dung lượng lớn các chi tiết dự trữ giữa các nguyên công trên các vệ tinh hoặc trên thùng chứa và theo lệnh của máy tính vận chuyển chúng tới vị trí tiếp nhận để tiếp tục gia công

Hình 1.2 Cơ cấu vệ tinh cấp, thao phôi tự động

1.3.2 Hệ thống vận chuyển tích trữ dụng cụ của hệ thống sản xuất tự động

Hiệu quả gia công trên máy CNC của hệ thống sản xuất tự động phụ thuộc rất nhiều vào sự thay đổi các dụng cụ mà các chỉ tiêu công nghệ của chúng là: tuổi bền, chủng loại chi tiết gia công Tổ chức vận hành dụng cụ cắt trong hệ thống sản xuất

tự động bao gồm:

- Tiếp nhận dụng cụ cắt và dụng cụ phụ

- Sắp xếp theo dõi trạng thái của dụng cụ khi gia công chi tiết và thay đổi dụng cụ kịp thời

- Theo dõi trạng thái của dụng cụ khi gia công chi tiết và thay đổi dụng cụ kịp thời

- Giữ gìn và bảo quản dụng cụ 1 cách có hệ thống

a Chức năng của hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ

- Thực hiện cấp và tháo dụng cụ từ các magazin của các máy khi chuyển đổi đối tượng gia công và lưu giữ chúng ở các ổ tích trung tâm

- Đưa các dụng cụ ra ngoài từ các máy của hệ thống sản xuất Tự Động để hiệu chỉnh và mài sắc

- Tự động vận chuyển và phân phát dụng cụ cho các máy gia công của hệ thống sản xuất tự động

- Đưa vào các máy của hệ thống sản xuất tự động các dụng cụ mới

Hình 1.3 Ổ tích dụng cụ và cơ cấu thay dao tự động

b Một số loại hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ

Thành phần các máy CNC nhiều nguyên công đều có các magazin dụng cụ (ổ tích dụng cụ) để sắp đặt dụng cụ và các cơ cấu để tự động thay đổi dụng cụ theo

1 trình tự đã định là từ magazin tới trục chính của máy và ngược lại

Các magazin dụng cụ có dung lượng từ 12 đến 60 dụng cụ Khi số dụng cụ nhỏ hơn 12 người ta dùng đầu revonve Magazin có dung lượng từ 12 đến 30 chiếc được thiết kế theo kết cấu dạng trống (đĩa), còn magazin có số lượng lớn hơn 50 được thiết kế theo kết cấu dạng xích

Magazin dụng cụ 2 được lắp đặt trong ổ tích một của hệ thống Để gia công chi tiết, một trong số các magazin dụng cụ được tự động gá trên cơ cấu tiếp nhận 5 được lắp đặt trên trụ đứng của máy 3 Trụ này có các sống trượt để di chuyển đầu trục chính Khi một chi tiết khác trên vệ tinh 4 được chuyển tới máy thì magazin

dụng cụ (vị trí B) quay trở về vị trí tự do (vị trí C) của ổ tích, còn từ ổ tích (vị trí A) magazin dụng cụ khác đƣợc chuyển tới cơ cấu tiếp nhận 5 để gia công chi tiết vừa đƣợc chuyển tới

Hình 1.3 Hệ thống vận chuyển-tích trữ dụng cụ dạng xích của hãng Hitachi

Seiki(Nhật Bản) 1: ổ tích dụng cụ; 2: Magazin (ổ chứa) dụng cụ; 3:Máy; 4: Vệ tinh; 5: cơ cấu tiếp nhận

Khi thay đổi magazin dụng cụ, trụ đứng của máy di chuyển theo toạ độ X cho tới khi trục của cơ cấu tiếp nhận 5 trùng với trục của một trong các magazin dụng cụ nằm trong ổ tích 1 Quá trình thay đổi magazin dụng cụ đƣợc thực hiện một cách tự động theo lệnh của cơ cấu điều khiển số hoặc của máy tính hoặc từ trạm điều khiển trung tâm

1.3.3 Điều khiển hệ thống vận chuyển – tích trữ

Quá trình điều khiển hệ thống vận chuyển tích trữ đƣợc chia ra làm hai mức

Mức 1:

(Các cơ cấu tự động khu vực để điều khiển thiết bị vận chuyển, các máy xếp đống, các rôbốt vận chuyển) Mức này giải quyết việc điều khiển truyền động của các hệ thống vận chuyển, định vị chính xác cơ cấu vận chuyển tại chỗ làm việc, dừng cơ cấu vận chuyển khi có tín hiệu báo hỏng hóc, cấp và tháo các ổ tích trữ, xử

lý và truyền tín hiệu để kiểm tra và chuẩn đoán

- Các thiết bị kỹ thuật của mức 1 gồm:

+ Các đattric để xác định luồng hàng (có thể có hay không)

+ Các đattric vị trí của cơ cấu vận chuyển

- Các đattric đo mức của các ổ tích trữ

Mức 2: Điều khiển luồng hàng của sản xuất

Mức này giải quyết việc điều khiển hành trình chuyển động của cơ cấu vận chuyển, kiểm tra và chuẩn đoán các sai số, tính toán chuyển động của hàng hoá

Trong các cơ cấu điều khiển mức 1 phải tự động hoá hoàn toàn quá trình vận chuyển, tích hợp với hệ thống điều khiển của mức 2, có tính linh hoạt với sự thay đổi luồng hàng vận chuyển Nhờ máy vi tính cho phép nối kết mức điều khiển 1 với mức điều khiển 2 và tạo cho hệ thống có tính linh hoạt

Hệ thống tự động kiểm tra và chuẩn đoán hoạt động của hệ thống vận chuyển

- tích trữ, tập hợp thông tin trạng thái của hệ thống và các phần tử điều khiển (trạng thái ban đầu và trạng thái hiện hành), xử lý thông tin này theo thuật toán đã định, ra quyết định về khả năng hoạt động tiếp tục của các phần tử trong hệ thống vận chuyển - tích trữ, truyền thông tin về sai số cho công nhân ở trạm điều khiển

1.4 Thành phần thiết bị của hệ thống sản xuất tự động

Trong nhóm thứ nhất hệ thống đƣợc tổ chức theo nguyên tắc các công đoạn

để sản xuất hàng loạt vừa là hàng loạt nhỏ với tự động hoá các công việc vận

chuyển – kho chứa Quá trình vận chuyển chi tiết, dụng cụ và trang bị công nghệ được thực hiện nhờ các thiết bị vận chuyển tự động dược điều khiển bằng máy tính Thành phần của hệ thống bao gồm các máy CNC để gia công nhiều chủng loại chi tiết Ngoài các máy CNC, hệ thống còn được trang bị thêm các máy vạn năng hoặc chuyên dùng (không có điều khiển số) và cả những máy không có cơ cấu cấp phôi

tự động

+ Nhóm thứ hai

Với nhóm thứ hai có các hệ thống chuyên môn hoá để gia công các nhóm nhỏ chi tiết với sự khác nhau không nhiều trong kết cấu Mặt khác, các chủng lại chi tiết luôn được ổn định và được biết trước khi thành lập hệ thống tụ động Các chi tiết có cùng kiểu kết cấu cho phép thực hiện việc gia công theo một tiến trình công nghệ chung với một số thay đổi nhỏ cho phù hợp với đặc thù của từng chi tiết Tiến trình công nghệ chung như vậy cho phép chuyên môn hoá thiết bị theo dạng gia công hoặc theo dạng bề mặt gia công Điều này tạo điều kiện thuận

+Nhóm thứ ba

Nhóm thứ ba là các hệ thống FMS có tính vạn năng cao được dung để gia công nhiều chủng loại chi tiết khác nhau Các hệ thống như vậy cho phép điều chỉnh nhanh các thiết bị khi chuyển đối tượng gia công, giảm chi phí của thiết bị công nghệ và giữ được hoạt động bình thường của các thiết bị khi có một thiết bị nào đó

bị hỏng hóc nhỏ

Các chi tiết dạng hộp trước khi được gia công đã được gia công trên máy vạn năng Dạng sản xuất: hang loạt nhỏ, số chi tiết trong loạt 20 ÷ 30, số chủng loại chi tiết là 75 với kích thước khuôn khổ trong hoảng 100 ÷450mm Phôi để chế tạo các chi tiết trên là phôi nhôm đúc và phôi nhôm dập Ở phôi nhôm dập tất cả các

bề mặt ngoài đều được gia công, còn ở phôi nhôm đúc chỉ các bề mặt phân cách được gia công

Độ không vuông góc và độ không song song giữa các bề mặt nằm trong khoảng 0,05 ÷ 0,15mm trên 100mm chiều dài Các đường kính lỗ nằm trong khoảng 1,5 ÷ 80mm, Trong phần lớn các chi tiết có các lỗ với các rãnh có kích thước và

hình dạng khác nhau Độ chính xác khoảng cách tâm các lỗ nằm trong khoảng

0,1mm Độ nhám bề mặt các rãnh Ra = 2,5 ÷1,25 m Các lỗ ren kẹp nằm trong khoảng M3 ÷M12 Ngoài ra nhiều chi tiết có lỗ ren đường kính lớn (tới M52)

Lựa chọn các máy CNC để gia công các chi tiết với kích thước thay đổi trong phạm vi rộng (100 ÷ 450mm) là không đơn giản Vì vậy, để gia công các chi tiết này trong hệ thống FMS cần chia các chi tiết theo nhóm với kích thước thay đổi trong phạm vi hẹp hơn có tính đến thời gian gia công cơ

Hầu hết các chi tiết trên đây được chia ra bốn nhóm với các khoảng kích thước khác nhau Các chi tiết đều có dạng hình hộp vuông: Các chi tiết thuộc nhóm thứ nhất có cạnh 160mm, nhóm thứ hai có cạnh 250mm, nhóm thứ ba có cạnh

320mm và nhóm thứ tư có cạnh lớn hơn 320mm

Kết quả phân nhóm chi tiết được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Khối lượng gia công cơ theo nhóm kích thước chi tiết

Số chủng loại chi tiết

Khối lượng gia công sản

lượng hang năm của chi tiết

(giờ)

Số máy CNC (sơ bộ)

35

71.800 3,3

28

59.900 2,7

3

49.200 0,22

9

14.780 0,7

75

151.400 6,92

Như vậy phần lớn các chi tiết nằm trong nhóm thứ nhất và thứ hai, do đó khối lượng gia công các chi tiết trong hai nhóm này chiếm tới 87% tổng khối lượng gia công tất cả các chi tiết

Ta thấy rằng tỷ lệ khối lượng gia công (thời gian gia công) các chi tiết dạng hộp trên máy vạn năng và máy CNC là 6/1 Từ đó có thể lấy quỹ thời gian làm việc của các máy CNC trong một năm bằng 3360 giờ (có tính đến hệ số sử dụng máy bằng 0,9) và tính sơ bộ số máy cần thiết để gia công tất cả các nhóm chi tiết Để gia công các chi tiết thuộc các nhóm thứ nhất và thứ hai cần khoảng 6 ÷7 máy CNC, để gia công các chi tiết thuộc các nhóm thứ ba và thứ tư cần khoảng một máy CNC

Thành lập hệ thống FMS để gia công các chi tiết thuộc các nhóm thứ nhất và thứ hai cho phép giải quyết vấn đề tự động hoá gia công các chi tiết dạng hộp Dùng gia công các chi tiết lớn có thể sử dụng một máy nhiều nguyên công mà không cần đặt nó trong hệ thống FMS

Khi tính toán số máy và xác định thành phần của nó cần phải có các quy trình công nghệ gia công các chi tiết trên các máy CNC

Do chưa tính được khối lượng gia công (thời gian gia công) các chi tiết trên máy CNC mà việc tính toán số lượng máy được thực hiện theo bốn chi tiết điển hình (A, B, C, D) Hai chi tiết A và B là hai chi tiết điển hình của nhóm thứ nhất, còn hai chi tiết C và D là hai chi tiết điển hình của nhóm thứ hai Khi lập quy trình công nghệ gia công cho các chi tiết điển hình cần xác định mức độ và hướng chuyên môn hoá thiết bị, xác định số trục toạ độ cần thiết của các máy và xác định thời gian gia công chi tiết trên các máy CNC

Thời gia gia công (khối lượng gia công) các chi tiết tiêu chuẩn A, B, C, D thời gian gia công trung bình số máy tính toán và số máy quy tròn trong hệ thống FMS

Bảng 1.2 Kết quả tính toán thành phần và số máy trong hệ thống FMS

Máy

Thời gia gia công (phút)

Thời gian trung bình (phút)

Số máy trong FMS

10,0 41,0 14,9

7,4 41,8 25,8

8,1 25,2 10,0

15,3 46,4 19,5

0,9 2,7 1,15

1

3

2 Máy năm toạ độ chuyên dung

Ở đây: 0-quỹ thời gian hằng năm (4025 giờ)

K - hệ số sử dụng máy; K = 0,9

N - sản lƣợng chi tiết hang năm, N =12.744 chi tiết

Nhƣ vậy:

phut gio

744 12

9 , 0



Số lƣợng máy ntính đƣợc xác định bằng tỷ số giữa thời gian gia công trung bình và

nhịp sản xuất, còn số máy quy tròn nquytròn là lấy tròn số theo chiều tăng

1.4.2 Xác định thành phần của thiết bị vận chuyển chi tiết

a Đặc tính của giá đỡ (giá ổ tích)

Đặc tính của giá đỡ là dung lƣợng của chính nó Dung lƣợng của giá đỡ đƣợc xác định trên cơ sở số vệ tinh cần thiết để cấp phôi cho các máy trong thời gian hoạt động của hệ thống FMS

Khi xác định đặc tính của giá đỡ cần phải biết có bao nhiêu chi tiết thuộc nhiều chủng loại khác nhau K0 đƣợc gia công trên hệ thống FMS, Số chi tiết K0

đƣợc xác định theo công thức sau:

t

m

N t

n K

Nt - sản lƣợng chi tiết hang tháng thuộc một chủng loại nào đó (chiếc)

Số chi tiết K0 xác định số tế bào của giá đỡ Số tế bào nhỏ nhât của gía đỡ bằng số chi tiết (thuộc nhiều chủng loại khác nhau) K0 với điều kiện khi gia công một chủng loại chi tiết chỉ dung một vệ tinh duy nhất

b Vị trí cấp phôi (chi tiết) và tháo phôi (chi tiết)

Theo nguyên tắc, các vị trí cấp phôi, nơi mà phôi đƣợc gá trên đồ gá và các vị trí tháo phôi, nơi mà chi tiết sau khi gia công đƣợc tháo ra khỏi đồ gá có thể tách

biệt nhau hoặc kết hợp với nhau Khi các vị trí cấp phôi và tháo phôi (chi tiết) tách biệt nhau thì trên một công đoạn sản xuất phải có ít nhất hai chỗ làm việc Khi cấp phôi và tháo phôi chi (chi tiết) kết hợp với nhau thì trên một công đoạn sản xuất (giữa hai nguyên công) có thể chỉ cần một vị trí, nếu trên vị trí đó tất cả khối lượng công việc được hoàn thành theo thời gian quy định

Số vị trí cấp phôi và tháo phôi nv được xác định theo công thức sau:

60

v

c v

K t n

Kc - số chi tiết đi qua vị trí trong một tháng

v

 -quỹ thời gian làm việc trong một tháng của vị trí (giờ)

Số chi tiết Kc được tính theo công thức:

Kc = K0.N1

Ở đây:

K0-số chi tiết được xác định theo công t hức (1.2);

Nt - sản lượng chi tiết hàng tháng thuộc một chủng loại nào đó (chi tiết)

c Vị trí kiểm tra

Trong các hệ thống FMS không có kiểm tra tich cực trong quá trình gia công

do đó cần phải kiểm tra kích thước chi tiết trên vị trí kiểm tra bằng thiết bị kiểm tra chuyên dùng Ở vị trí kiểm tra này, cán bộ kiểm tra đánh giá chất lượng của chi tiết Nếu kích thước chi tiết nằm trong giới hạn, cán bộ kiểm tra cho phép chi tiết được tiếp tục gia công Trong trường hợp ngược lại, cán bộ kiểm tra cấp lượng hiệu chỉnh dụng cụ cho hệ thống điều khiển hoặc phát lệnh thay đổi dụng cụ Số chi tiết cần

phải kiểm tra là do công nghệ xác định Tuy nhiên, thợ điều chỉnh có thể kiểm tra bất kỳ chi tiết nào nếu thấy khả năng kích thước gia công vượt ra ngoài dụng sai cho phép Quyết định của thợ điều chỉnh có thể xảy ra đối với trường hợp gia công bề mặt lần đầu tiên bằng dụng cụ mới và ở thời điểm mà dụng cụ làm việc sắp hết tuổi bền

Số vị trí cần thiết để kiểm tra nk (quy tròn theo chiều lớn hơn) trong hệ thống FMS được xác định theo công thức:

60

v

t K v

K t n



Ở đây:

t-thời gian kiểm tra một chi tiết (phút)

Kc - số chi tiết đi qua vị trí trong một tháng.(chiếc)

v

 -quỹ thời gian làm việc trong một tháng của vị trí (giờ)

Số chi tiết cần kiểm tra trong một tháng Kt được xác định theo công thức sau:

 -quỹ thời gian làm việc trong một tháng của vị trí (giờ)

n-số vị trí gá chi tiết để kiểm tra

Số vị trí gá chi tiết n được xác định theo công thức:

2

K K

n n

K1K2-các hệ số tính để kiểm tra chi tiết đầu tiên ở đầu ca làm việc (K1) và kiểm ta chi tiết khi thay dao mới (K2)

1.4.3 Xác định thành phần của thiết bị vận chuyển dụng cụ

Tự động thay đổi dụng cụ trên các máy trong hệ thống FMS được thực hiện bằng hai phương pháp: thay đổi cả magazine dụng cụ và thay đổi từng dụng cụ riêng biệt trong magazin

Mặt khác tự động thay đổi cả magazine dụng cụ được thực hiện trên máy khi thay đổi chi tiết gia công, có nghĩa là magazin dụng cụ đang dùng được tháo ra và thay vào đó magazin dụng cụ mới (để gia công các chi tiết khác) Phương pháp thay đổi dụng cụ như vậy cho phép chuẩn bị tất cả các dụng cụ cần thiết ở ngoài hệ thống FMS để gia công chi tiết và sắp xếp các dụng cụ theo một tuần tự công nghệ

đã định Thời gian thay đổi các magazin dụng cụ nằm trong thời gian chuẩn bị - kết thúc của loạt chi tiết

Như vậy ưu điểm của phương pháp thay đổi dụng cụ này là đơn giản hoá quá trình kiểm tra chất lượng và tuổi bền của dụng cụ Việc điều chỉnh khi lắp dụng cụ vào magazin phải đảm bảo tuổi bền của nó cho cả loạt chi tiết Hơn nữa, khi chuyển

từ dụng cụ này sang dụng cụ khác mất ít thời gian nhất, bởi vì các dụng cụ được lắp trong các lỗ của magazin theo tiến trình công nghệ

Và nhược điểm của phương pháp thay đổi dụng cụ trên đây là kết cấu của magazin phức tạp, giá thành cao, dung lượng của magazin bị hạn chế (đôi khi không

đủ số dụng cụ để gia công hoàn chỉnh trong một lần gá đặt chi tiết) Tốn thời gian

để thay đổi các magazin khi gia công loạt nhỏ chi tiết và khi sử dụng một đồ gá để gia công tất cả các chi tiết thuộc một chủng loại Cần có dụng cụ bổ sung khi gia công các chi tiết khác nhau và tăng diện tích sản xuất vì có kho chứa các magazin dụng cụ

a Đặc tính của magazin dụng cụ trung tâm

Đặc tính cơ bản của magazin dụng cụ trung tâm là dung lượng của nó Dung lượng của magazin dụng cụ trung tâm là số dụng cụ cần thiết để gia công số chi tiết

đã định

Theo nguyên tắc, kho chứa dụng cụ (magazin dụng cụ) được đặt bên trên máy,

do đó nó cho phép tiết kiệm được diện tích sản xuất

Bố trí như vậy magazin dụng cụ có kết cấu một tầng (tương tự như kho chứa chi tiết), còn số hàng có thể khác nhau và phụ thuộc vào số lỗ lắp dụng cụ trong magazin cần phải có

Thực tế cho thấy, nên dùng magazin dụng cụ trung tâm chứa tất cả các dụng

cụ cần thiết để gia công tất cả các chủng loại chi tiết Magazin dụng cụ như vậy cho phép tránh được hỏng hóc của dụng cụ khi nó được chuyển tới hệ thống FMS Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng đạt được vì lý do kết cấu Trong trường hợp đó cần phải đặt một phần dụng cụ ở ngoài hệ thống FMS

Tổng số dụng cụ cần thiết để gia công tất cả chủng loại chi tiết trong một tháng Zd được tính theo công thức:

Zd = Zt + Z2

Z1 số dụng cụ để gia công tất cả chủng loại chi tiết (chiếc)

Số dụng cụ Z1 được tính theo công thức sau:

d

c c

t

t Z

Ở đây:

Zc-số chi tiết thuộc nhiều chủng loại được gá đặt để gia công (chiếc);

tc-thời gian trung bình để gia công một chủng loại chi tiết (phút)

td-thời gian trung bình của một dụng cụ (phút)

Z2- số dụng cụ dự trữ để gia công sản lượng chi tiết hàng tháng (chiếc)

Z2 được xác định theo công thức:

Z2 = nd Zc

Ở đây:

nd-số dụng cụ dự trữ trung bình cho một chi tiết (chiếc)

Các dụng cụ dự trữ đều có tuổi bền thấp, ví dụ như các dao taroo các dao doa…

b Đặc tính của cơ cấu nâng di động

Hoạt động của các ổ tích dụng cụ nhiều tầng (giá ổ tích nhiều tầng) đòi hỏi phải có cơ cấu nâng di động để cấp dụng cụ cho các máy và tháo dụng cụ ra khỏi máy Một trong số các cơ cấu nâng di động là các catset Các catset cho phép nâng dụng cụ theo phương thẳng đứng từ vị trí làm việc của công nhân tới magazin dụng

cụ trung tâm và ngược lại Chất tải và tháo tải cho catset ở phía trên được thực hiện nhờ bộ định vị tự động Các bộ định vị tự động có kết cấu tương tự như các máy xếp đống với một tay tóm để di chuyển một dụng cụ hoặc hai tay tóm để di chuyển đồng thời hai dụng cụ Cơ cấu hai tay tóm của bộ định vị tự động làm cho kết cấu của nó phức tạp thêm, tuy nhiên cho phép nâng cao năng suất gia công và khả năng thay đổi dụng cụ ở lỗ khi đã có dụng cụ khác chiếm chỗ Hệ thống thay đổi dụng cụ này có kết cấu tương tự như hệ thống thay đổi dụng cụ ở trục chính của máy, do đó

nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ định vị tự động

Để đảm bảo cho các bộ định vị tự động làm việc ổn định khi chuyển số lượng lớn dụng cụ vào các magazin của các máy nên có hai catset như nhau Trong trường hợp này khi một catset đang ở phía trên để tháo dụng cụ thì catset thứ hai ở phía dưới được cấp dụng cụ, còn khi một trong hai catset bị hỏng thì hệ thống FMS vẫn tiếp tục hoạt động

Năng xuất của catset G (chiếc/giờ) được tính theo công thức sau đây:

K G

 - quỹ thời gian làm việc của catset trong một tháng (305 giờ)

1.5 Kho chứa và các thành phần của kho chứa tự động

1.5.1 Thành phần của kho chứa tự động

Kho chứa tự động là nơi tiếp nhận, lưu trữ các vật liệu đầu vào (phôi), các thiết

bị phụ trợ, các chi tiết thành phẩm, phế phẩm và chất thải của quá trình sản xuất Qua đó ta có thể quản lý được số lượng của phôi ban đầu, thành phẩm và phế phẩm,

từ đó đánh giá được năng suất sản xuất, chất lượng sản phẩm Đồng thời đưa ra sự hiệu chỉnh về thông số kỹ thuật của quá trình gia công để đảm bảo hiệu quả của hệ thống

Kho chứa tự động bao gồm các thành phần sau:

- Khu lưu giữ hàng hoá

- Khu tiếp nhận và chuyển hàng hoá tới hệ thống vận chuyển

- Khu xếp đặt các chi tiết hoặc sản phẩm trong thùng chứa

- Khu tiếp nhận và chuyển hàng hoá từ khu lưu giữ

Vì đa số các kho chứa tự động được chế tạo theo kiểu giá đỡ, nên chúng có kết cấu gồm các thành phần sau:

- Các cơ cấu giá đỡ: Là nơi chứa hàng hoá

- Các máy xếp đống tự động

- Các thùng chứa

- Các cơ cấu để cấp và tháo các thùng chứa

- Các cơ cấu để vận chuyển thùng chứa từ ổ tích tới hệ thống vận chuyển và ngƣợc lại

- Các thiết bị điều khiển tự động kho chứa: Để điều khiển các máy xếp dỡ hàng hoá 1 cách chính xác từ thùng chứa tới ô chứa đang trống (có thể chứa hàng trên giá đỡ)

1.5.2 Các dạng kho chứa tự động trong hệ thống sản xuất tự động

a Dạng giá cần cẩu

Từ kết cấu gồm một máy cần cẩu để nâng hạ hàng hoá từ các giá chứa tới các ổ tích và ngƣợc lại rất linh hoạt Mặc dù có hạn chế là dung lƣợng ổ chứa không lớn Nhƣng do khả năng tự động hoá cao, với lại diện tích nhỏ gọn nên đƣợc sử dụng phổ biến trong các hệ thống tự động hoá

Hình 1.2 Các sơ đồ của các kho chứa tự động có dạng giá cần cẩu

B: chiều rộng của giá, B P : chiều rộng của bước dùng cho máy cần cẩu

L H : chiều dài ổ tích trữ, H: chiều cao kho chứa, h H : chiều cao ổ tích trữ

1: máy cần cẩu , 2: giá, 3: ổ tích trữ

b Dạng cần cẩu cầu

Với một máy cần cẩu dạng cầu có thể di chuyển ngang, dọc, lên xuống và có thể quay quanh một trục nên rất linh hoạt khi xếp dỡ hàng hoá Dạng kho chứa cần cẩu cầu khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của dạng giá cần cẩu đó là dung lƣợng lớn hơn nhiều Dạng cần cẩu cầu có đến 3 giá, 4 giá hoặc 6 giá chứa hàng trong khi dạng giá cần cẩu chỉ có 1 hoặc 2 giá chứa là cùng Nhƣng do có nhiều giá chứa nên diện tích mặt bằng lớn, và năng suất của máy cần cẩu cầu không cao nên chỉ sử dụng cho sản xuất hàng loạt nhỏ

Hình 1.3 Các sơ đồ của các kho chứa tự động có dạng cần cẩu cầu

a: Loại có 3 giá ; b: Loại có 4 giá ; 1: máy cần cẩu dạng cầu ; 2: các giá

c Dạng giá trọng lực

Kết cấu giá nghiêng lợi dụng trọng lực để cấp và thoát phôi từ đầu cao này sang đầu thấp kia Tại hai đầu của giá nghiêng có các bộ trƣợt tự động để tiếp nhận phôi Dạng kho chứa này chỉ dùng cho một số loại chi tiết nhất định, do đó tính linh hoạt không cao

Hình 1.4 Kho chứa tự động có dạng giá trọng lực

1: Bộ trượt tự động ; 2: Giá trọng lực ; 3: Cơ cấu cấp thoát phôi(chi tiết)

1.5.3 Bố trí các kho chứa tự động trong hệ thống tự động hoá

Các kho chứa tự động đƣợc đặt gần các thiết bị công nghệ (các máy CNC) Khi

ấy các máy cần cẩu tự động (của kho chứa tự động) không chỉ thực hiện việc xếp đặt mà còn cấp phát vật tƣ, phôi và sản phẩm hoàn thiện Do đó tiết kiệm đƣợc diện tích sản xuất, nâng cao độ ổn định của cả hệ thống vận chuyển - kho chứa, tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm

Hình 1.5 Mặt bằng kho chứa tự động có dạng giá cần cẩu

1: Phần diện tích bố trí các máy ; 2: Các cơ cấu cấp phát và ổ tích; 3: Bộ phận

kiểm tra đầu vào ; 4: Kho chứa tự động ; 5: Kho chứa tổ hợp (chứa vật liệu, phôi,

dụng cụ, thùng chứa, sản phẩm ); 6: Hướng di chuyển của vật liệu, phôi, thùng

chứa rỗng, dụng cụ ; 7: Lối ra của thành phẩm và phế phẩm 8: Bộ phận kiểm tra

Hình 1.6 Sơ đồ mặt bằng kho chứa có dạng cần cẩu cầu

1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 (xem hình2.9.): Phần diện tích bố trí các máy;

2: Các cơ cấu cấp phát và ổ tích ; 3: Bộ phận kiểm tra đầu vào ;

4: Kho chứa ; 9: Lối ra của chất thải sản xuất

Hình 1.7 Sơ đồ mặt bằng kho chứa dạng giá trọng lực

1: Đường vào vật liệu, phôi, thùng chứa rỗng, dụng cụ; 2: Bộ phận kiểm tra đầu

vào ; 3: Các cơ cấu cấp phát và ổ tích trữ ; 4: Các kho chứa phôi, dụng cụ, sản

phẩm ; 5: Các rôbốt vận chuyển ; 6: Bộ phận bố trí các máy gia công; 7: Bộ phận

kiểm tra ; 8: Lối ra của thành phẩm và phế phẩm

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

KIỂU BÀN QUAY 2.1 Phân tích, chi tiết gia công trong môdun sản xuất tự động

a Phân tích chi tiết gia công (chi tiết nối trục)

Sản phẩm cần gia công là một chi tiết nối trục có kích thước là: 32 chiều cao L =

25

Theo yêu cầu ta sử dụng phương pháp sản xuất hàng loạt lớn với quy trình công nghệ sản xuất tích hợp (do trong quá trình tính toán công suất của hệ thống sản xuất tích hợp FMS ở nước ta chưa có) do vậy chỉ làm mô hình cho phòng thí nghiệm, do vậy trong quá trình tính toán, chọn máy, công suất tra và tính toán cho máy truyền thống và thực hiện làm mô hình cho hệ thống sản gia công tự động để gia công chi tiết này

Hình 2.1 Chi tiết nối trục

+Phân tích chi tiết gia công

- Chi tiết gia công là chi tiết nối trục chữ thập, các chi tiết này thường có chức năng truyền mô men xoắn từ động cơ tới trục dẫn động động của nhiều loại máy khác nhau Thường dùng nhất là các loại máy dạng nhỏ ở trong các phòng thí nghiệm của các trường đại học thuộc khối kỹ thuật

-Trên chi tiết có mặt làm việc là hai bề mặt rãnh và hai bề mặt trụ, vì vậy mặt trụ và rãnh cần được gia công chính xác, đảm bảo độ bóng, độ vuông góc giữa bề mặt rãnh với bề mặt trụ

- Gia công chi tiết đạt sản lượng 50000 chi tiết/năm

+Điều kiện kỹ thuật

Chi tiết nối trục có yêu cầu kỹ thuật như sau:

- Độ không vuông góc giữa đường tâm lỗ 8 và mặt đầu : 1mm/100mm

- Độ không song song giữa các mặt đầu lỗ 32: 0.05mm/100mm

- Kích thước lỗ giữa chi tiết gia công với độ chính xác cấp 12

- Độ nhám mặt trụ còn lại: Rz20

- Độ cứng vật liệu : 180HB - 220HB (gang xám)

- Độ nhám mặt đầu : Rz20

b Phân tích tính công nghệ trong kết cấu

Tính công nghệ trong kết cấu có ý nghĩa rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất và độ chính xác gia công

- Chiều dài các lỗ cơ bản nên bằng nhau và các mặt đầu của nó chú ý nằm trên một mặt phẳng để tiện gá đặt

- Độ cứng vững của chi tiết

Hình dạng phải thuận lợi cho việc chọn chuẩn thô và tinh thống nhất

- Kết cấu nên đối xứng qua một mặt phẳng nào đấy

-Kết cấu phải thuận lợi gia công nhiều chi tiết cùng một lúc

Như vậy chi tiết này đã đáp ứng được tương đối đầy đủ tính công nghệ cần thiết cho quá trình gia công

c Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết

+ Xác định đường lối công nghệ

Từ việc phân tích gia công cho thấy, chi tiết gia công thuộc dạng sản xuất hàng loạt và kết cấu của chi tiết có khả năng gá dao trên máy và độ cứng vững của chi tiết đủ để gia công Nên ta dùng phương án gia công một vị trí, một dao và gia công tuần tự

+ Phương pháp gia công

- Với dạng sản suất hàng loạt lớn, để đạt năng suất cao và phù hợp với điều kiện sản suất ở nước ta thì đường lối công nghệ thích hợp nhất là phân tán nguyên công ( ít bước công nghệ trong một nguyên công)

- Từ kết cấu và điều kiện kỹ thuật của chi tiết gia công ta xác định phương pháp gia công các bề mặt như sau

Chi tiết gồm ba nguyên công:

- Nguyên công 1: Phay rãnh thứ nhất B=5, t=5 trên bề mặt trụ 32

- Nguyên công 2: Khoan lỗ 8

- Nguyên công 3: Phay rãnh thứ hai B=5, t=5 trên bề mặt trụ còn lại 32