Tính toán thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp phôi bằng rung động

Trình bày tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất. Hệ thống điều khiển tự động. Hệ thống cấp phôi tự động. Tính toán, thiết kế cơ cấu cấp phôi rung động. Chế tạo mô hình hệ thống cáp phôi rung động Trình bày tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất. Hệ thống điều khiển tự động. Hệ thống cấp phôi tự động. Tính toán, thiết kế cơ cấu cấp phôi rung động. Chế tạo mô hình hệ thống cáp phôi rung động

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

-

Đề tài:

Tính toán, thiết kế và chế tạo MÔ HìNH

hệ thống cấp phôi bằng rung động

Chuyờn ngành: C Ơ ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 GS TS TR ẦN VĂN ĐỊCH

HÀ N ỘI 04/2013

L ỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TS Trần Văn Địch đã hướng dẫn và giúp đỡ

tận tình từ định hướng đề tài, đến quá trình làm, chế tạo mô hình và hoàn chỉnh luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô trong bộ môn Công nghệ chế tạo máy,

viện Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Xin cám ơn Ban lãnh đạo Viện đào

tạo Sau đại học và Viện Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành bản luận văn này Tác giả cũng xin cảm ơn Ban Giám đốc và toàn thể các anh chị Công Ty TNHH COSMOS đã giúp đỡ tìm hiểu và phân tích sản phẩm cấp phôi tự động đang ứng dụng trực tiếp sản xuất của công ty Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường ĐHCN Hà Nội, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí, các thầy cô trong khoa và các nhà khoa học đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả thực hiện đề tài

Do năng lực bản thân còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu 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

Tác giả

Phạm Thị Thiều Thoa

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin ca m đoan các tính toán kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Quá trình tính toán thi ết kế hệ thống có sử dụng một số tài liệu tham khảo của một số tác giả và các tài li ệu nghiên cứu khoa học liên quan

Tác giả

PH ẠM THỊ THIỀU THOA

M ỤC LỤC

L ỜI CAM ĐOAN 5

L ỜI CẢM ƠN 6

DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU 7

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU,CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ 8

M Ở ĐẦU 11

1.Lý do ch ọn đề tài 11

2 L ịch sử nghiên cứu 11

3 M ục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 12

4 Các lu ận điểm cơ bản và đóng góp mới của luận văn 12

5 Ph ương pháp nghiên cứu 12

CH ƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT14 1.1 Tình hình ngành c ơ khí Việt Nam và triển vọng trong tương lai 14

1.2 T ự động hoá trong quá trình sản xuất 16

1.2.1 Định nghĩa tự động hoá 16

1.2.2 Các hình thức tự động hoá 17

1.2.3 Sự phát triển của tự động hoá 18

1.2.4 Sự cần thiết phải có tự động hoá 19

CH ƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 21

2.1.Khái ni ệm về các hệ thống điều khiển tự động 21

2.2 Phân lo ại các hệ thống điều khiển tự động 22

2.2 1 Hệ thống điều khiển chương trình không theo số 22

2.2.2 Hệ thống điều khiển số 24

2.2.3 Hệ điều khiển DNC (Direct numerical control) 26

2.2.4 Điều khiển thích nghi (Adaptive control) 26

2.3 Thi ết bị điều khiển tự động 28

CH ƯƠNG 3: HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 32

3.1 Các thành ph ần chủ yếu của hệ thống cấp phôi tự động 32

3.2 Phân lo ại hệ thống cấp phôi tự động 33

3.3 Ý nghĩa của cấp phôi tự động 36

3.4 H ệ thống cấp phôi tự động 36

3.5 Ph ễu chứa phôi 38

3.6 Máng chuy ển phôi 44

3.7 C ơ cấu định hướng phôi 45

3.8 C ơ cấu dẫn phôi 49

3.9 C ơ cấu giảm chấn 50

3.10 Nam châm điện 51

CH ƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU CẤP PHÔI RUNG ĐỘNG 56 4.1.Cân b ằng năng suất của cơ cấu cấp phôi rung động và của máy 56

4.2 Xác định thông số hình học phễu 56

4.3 Xác định cánh xoắn 57

4.4.Tính nam châm điện 59

4.5 C ơ cấu rung điện từ và các sơ đồ cấp điện 61

4.5.1 Cơ cấu rung điện từ 61

4.5.2 Cơ cấu mạch điện từ 63

4.6 Thi ết kế mạch đếm sản phẩm 64

4.6.1 Mục đích yêu cầu 64

4.6.2 Giới thiệu linh kiện 65

4.6.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 72

CH ƯƠNG 5: CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CÁP PHÔI RUNG ĐỘNG77 5.1 Ứng dụng phần mềm CAD thiết kế 77

5.2 Một số chi tiết chính trong hệ thống cấp phôi 78

5.2 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết đế lò xo 81

5.2.1 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết 81

5.2.2 Xác định phương pháp chế tạo phôi và bản vẽ lồng phôi 82

5.2.3 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 83

5.3 Quy trình l ắp ráp hệ thống cấp phôi rung động 91

K ẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 95

1 K ết luận chung 95

2 H ướng phát triển của đề tài 95

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 96

DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU,CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

32 3.23 Sơ đồ nguyên lý của nam châm đầu tiên 52

36 4.3 Đồ thị lực kéo của nam châm điện khi cấp dòng điện

hính sin cho cuộn dây

M Ở ĐẦU 1.Lý do ch ọn đề tài

Ngành công nghiệp thế giới đã trải qua nhiều cuộc cách mạng trong quá khứ,

những cuộc cách mạng về công nghệ làm thay đổi toàn diện về kỹ thuật và công nghệ Tự động hóa là một cuộc cách mạng vĩ đại, vì mục đích của nó là giải phóng con người ra khỏi những lao động bằng cơ bắp Do đó, có thể thấy con người mong đợi sự xuất hiện của hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh.Vấn đề đặt ra đối với các hệ

thống máy móc thiết bị bán tự động trở thành tự động hóa hoàn toàn, đặc biệt trong gia công, vấn đề nghiên cứu và chế tạo các hệ thống cấp phôi tự động rất được quan tâm, đầu tư để các dây chuyền sản xuất tự động công nghệ cao, các dây chuyền gia công tích hợp CIM được áp dụng rộng rãi

Hiện nay, ở Việt Nam và ở các nước trên thế giới tự động hóa quá trình sản

xuất đang được quan tâm đúng mực nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản

phẩm Một trong những khâu của quá trình tự động hóa là cấp phôi cho các hệ

thống máy gia công Việc cấp phôi cho các máy thống gia công có nhiều phương pháp, mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm khác nhau Cấp phôi rung động là một trong những phương pháp cấp phôi tiên tiến Tuy nhiên, hiện nay phương pháp cấp phôi này vẫn chưa được hoàn thiện triệt để Để góp phần phát triển hệ thống cấp phôi rung động tác giả lựa chọn đề tài nghiên cứu:

“Tính toán, thi ết kế và chế tạo mô hình hệ thống cấp phôi bằng rung động”

2 L ịch sử nghiên cứu

Đã từ xa xưa, con người luôn mơ ước về các loại máy có khả năng thay thế cho mình trong các quá trình sản xuất và các công việc thường nhật khác Vì thế,

mặc dù tự động hóa các quá trình sản xuất là một lĩnh vực đặc trưng của khoa học

kỹ thuật hiện đại của thế kỷ 20, nhưng 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 công nguyên Và rất nhiều sản phẩm và công trình nghiên cứu về tự động hóa trong sản xuất

Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ cấp phôi và trục phân

phối mang các cam đĩa và cam thùng

Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới như Pittler Ludnig Lowe( Đức), RSK(Anh) đã

chế tạo được máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh

Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết chặt chẽ công nghệ thông 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 loại máy điều khiển số, các trung tâm gia công, các hệ thống điều khiển theo chương trình logic PLC (Programmable logic control), các hệ thống

sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing systems), các hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Integrated Manufacturing) cho phép chuyển đổi nhanh sản

phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất ít nhất, rút ngắn chu kỳ sản xuất sản

phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh của sản xuất hiện đại Hệ thống cấp phôi tự động là một trong hệ thống không thể thiếu được trong hệ thống gia công tự động hóa hoàn toàn

3 M ục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình cấp phôi tự động bằng rung động Trọng tâm của đề tài khảo sát, nghiên cứu lý thuyết và tính toán hệ thông cấp phôi tự động bằng rung động Sau đó áp dụng tính toán, thiết kế

chế tạo mô hình cụ thể để áp dụng cấp phôi cho máy khoan tự động

Đưa ra một phương pháp phân tích, tính toán, thiết kế hệ thống cấp phôi

bằng rung động cho chi tiết hình dạng đơn giản Trên cơ sở đó, đưa ra giải pháp và

tư vấn cho các máy móc thiết bị cần tự động hóa hoàn toàn trong gia công

4 Các lu ận điểm cơ bản và đóng góp mới của luận văn

- Đánh giá được tính hiệu quả về thời gian, năng suất, tính ổn định và tính chính xác trong gia công

- Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho các hướng nghiên cứu mở rộng, nâng cao trong các mô hình sản xuất cụ thể muốn tự động hóa hoàn toàn Từ bài toán này

có thể nghiên cứu với nhiều các hình dạng phôi, chi tiết có hình dạng khác nhau cần

áp dụng tự động hóa hoàn toàn

- Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể sử dụng trong giảng dạy, thực hành và nghiên cứu của sinh viên trong các môn học tự động hóa quá trình sản xuất, hệ

thống sản xuất linh hoạt FMS&CIM

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tài liệu, các thiết bị và sản phẩm ứng dụng liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống cấp phôi tự động bằng rung động

- Trên cơ sở lý thuyết và các sản phẩm ứng dụng tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình cấp phôi tự động bằng rung động điện từ

- Tiến hành lập quy trình công nghệ và chế tạo hệ thống cấp phôi tự động bằng rung động điện từ ứng dụng trong hệ thống cấp phôi cho máy gia công khoan tự động

với hình dạng phôi trụ đơn giản Qua đó, thiết kế và chế tạo hệ thống quản lý số lượng sản phẩm trên hệ thống cấp phôi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH SẢN

XU ẤT

Trước khi đi tìm hiểu về vấn đề chính trong chương này là khái niệm về tự động hóa và sự phát triển của nó trong giai đoạn mới, ta xem sơ lược về tình hình ngành cơ khí của nước nhà và sự phát triển của nó trong tương lai để thấy rõ sự

cần thiết phải có tự động hoá như thế nào? Việc áp dụng tự động hoá cho các nhà máy, xí nghiệp trong việc lắp ráp các chi tiết với nhau là cần thiết hay không ? Có được cái nhìn chung như thế, ta mới nắm vững, hiểu rõ và phát huy hết tác dụng

của nó và áp dụng một cách linh hoạt và phù hợp với nền sản xuất nước nhà, từng bước cải tiến kỹ thuật, nâng cao chất lượng sản phẩm

1.1 Tình hình ngành cơ khí Việt Nam và triển vọng trong tương lai

Những nét cơ bản về sự hình thành:

Bắt đầu từ năm 1956 có định hướng ở miền Bắc:

Nhà máy cơ khí trung, qui mô Hà Nội: Chế tạo máy công cụ

Nhà máy cơ khí Cẩm Phả: Phục vụ khu mỏ Hòn Gai

Nhà máy cơ khí xe lửa Gia Lâm

Nhà máy ô tô Trần Hưng Đạo, Hoà Bình, Diesel Sông Công: Phục vụ giao thông vận tải và sức kéo cho nông lâm nghiệp

Các nhà máy đóng tàu Bạch Đằng, Phà Rừng

Các nhà máy cơ khí quốc phòng và ngành

Một loạt các nhà máy qui mô 500 triệu/năm sản phẩm cơ khí phục vụ công nghiệp địa phương và chiến đấu tại chỗ

• Nhân lực:

Thợ bậc cao, từ bậc 6 trở lên: khoảng 7 ngàn nhưng tuổi bình quân trên 40

có hạn chế

Đáng kể có 10 ngàn từ kỹ sư trở lên: Nhưng chưa phát huy tốt tiềm năng

Tổng tài sản cố định toàn ngành khoảng 300 triệu USD là hết sức nhỏ bé

• Đặc điểm chung:

- Tiếp nhận từ một ngành cơ khí non yếu chỉ làm dịch vụ sửa chữa và sản xuất

một số phụ tùng đơn giản

- Từ sau năm 1975 chưa có một nhà máy cơ khí nào được đầu tư thiết bị – công nghệ đồng bộ với một hướng sản xuất rõ rệt ban đầu

- Vốn đầu tư thấp, thiết bị đầu tư lẻ tẻ nhưng lại cố tạo ra một khả năng khép kín công nghệ nên lại càng non yếu về năng lực sản xuất về trình độ công nghệ

Một vài năm gần đây một số xí nghiệp đã cố đổi mới công nghệ - thiết bị nhưng

rất chật vật trên nền cũ của mình

• Năng lực sản xuất

- Máy động lực và phụ tùng nông ngư nghiệp

- Phụ tùng đơn giản cho làm đất

- Thiết bị chế biến nông lâm sản, thực vật

- Lắp ráp ô tô xe máy

- Đóng xà lang và tàu nhỏ ven biển

- Thiết bị điện: động cơ, máy biến thế

- Cơ khí tiêu dùng: xe đạp, quạt điện, phụ tùng xe gắn máy …

- Giá trị tổng sản lượng 1996, là 200 tỷ đồng

- Năng suất lao động trung bình 40triệu /người /năm

• Qui mô và nhân lực:

- Nhỏ, chủ yếu là sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ

Trong bối cảnh chung của cả nước: lạc hậu khoảng 50 năm

- Đặc biệt yếu về các công nghệ vật liệu và tạo phôi

- Đáng chú ý là một số xí nghiệp quốc doanh và tư doanh đầu tư nhập công nghệ thiết bị hiện đại trong khuôn mẫu Tỷ trọng thiết bị tiên tiến chỉ khoảng 15%

- Vẫn còn thời kỳ cơ khí hoá

• Tổng quát:

- Mặc dù hết sức năng động, tự vươn lên nhưng vẫn yếu kém về năng lực sản

xuất cả về qui mô và chất lượng sản phẩm

- Còn khá xa trước nhiệm vụ trang thiết bị lại một phần cơ bản cho các ngành kinh tế

- Còn phân tán, tự phát thiếu đồng bộ và cần có qui hoạch chiến lược tập trung đầu tư đi vào những trọng điểm Có cơ cấu sản phẩm định hướng hợp lý cho

một trung tâm công nghiệp phía nam

- Tuy đội ngũ nhân lực khá và năng động nhưng còn thiếu khả năng đào tạo

tiếp cận một cách khoa học công nghệ tiên tiến

• Thành tựu khoa học – công nghệ tiên tiến của thế giới trong lĩnh vực cơ khí: Nhu cầu về một hình thái sản xuất linh hoạt: Đặc điểm nhu cầu thời đại:

- Đa dạng về mẫu mã, chủng loại Luôn thay đổi thị hiếu

- “ Tuổi thọ “ của sản phẩm ngắn, có loại chỉ xuất hiện vài tháng là mất hết

thị trường Nhà sản xuất đứng trước những biến động khó lường

• Định hướng về khoa học – công nghệ:

Trên cơ sở công nghệ tin học tạo ra một nền “ sản xuất linh hoạt” đáp ứng

sự biến động khôn lường của nhu cầu và khả năng cạnh tranh nhờ đổi mới sản

phẩm

Hiệu quả đặc trưng quan trọng nhất của công nghệ tin học là năng lực giúp cho những ý tưởng của con người – dù có đa dạng và biến động cách mấy – trở thành hiện thật một cách nhanh chóng nhất, ít tốn công sức nhất

1.2 T ự động hoá trong quá trình sản xuất

1.2.1 Định nghĩa tự động hoá

Tự động hóa là dùng năng lượng phi sinh vật (cơ, điện, điện tử …) để thực hiện

một phần hay toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sự can thiệp của con người

Tự động hoá là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ khí, điện

tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất Công nghệ này bao gồm:

• Những công cụ máy móc tự động

• Máy móc lắp ráp tự động

• Người Máy công nghiệp

• Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động

• Điều khiển có hồi tiếp và điều khiển quá trình bằng máy tính

• Hệ thống máy tính cho việc thảo kế hoạch, thu nhập dữ liệu và ra quyết định để

hỗ trợ các hoạt động sản xuất

1.2.2 Các hình th ức tự động hoá

- Tự động hoá cứng: Là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động (xử lý hay lắp ráp) cố định trên một cấu hình thiết bị Các nguyên công trong dây chuyền này thường đơn giản Chính sự hợp nhất và phối hợp các nguyên công như vậy vào một thiết bị làm cho hệ thống trở nên phức tạp Những đặc trưng chính của tự động hoá cứng là:

• Đầu tư ban đầu cao cho những thiết bị thiết kế theo đơn đặt hàng

• Năng suất máy cao

• Tương đối không linh hoạt trong việc thích nghi với các thay đổi sản phẩm

- Tự động hoá lập trình:

Thiết bị sản xuất được thiết kế với khả năng có thể thay đổi trình tự các nguyên công để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác nhau Chuỗi các hoạt động

có thể điều khiển bởi một chương trình, tức là một tập lệnh được mã hoá để hệ

thống có thể đọc và diễn dịch chúng Những chương trình mới có thể được chuẩn

bị và nhập vào thiết bị để tạo ra sản phẩm mới Một vài đặc trưng của tự động hoá

lập trình là:

+ Đầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát

+ Năng suất tương đối thấp so với tự động hoá cứng

+ Sự linh hoạt khi có sự thay đổi trong cấu hình sản phẩm

+ Thích hợp nhất là cho sản xuất hàng loạt

Tự động hoá linh hoạt là sự mở rộng của tự động hoá lập trình được Khái niệm

của tự động hoá linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm vừa qua Và những nguyên lý vẫn còn đang phát triển

- Tự động hoá linh hoạt:

Là hệ thống tự động hoá có khả năng sản xuất rất nhiều sản phẩm (hay bộ phận) khác nhau mà hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này sang sản phẩm khác Không mất thời gian cho sản xuất cho việc lập trình lại và

thay thế các cài đặt vật lý (công cụ đồ gá, máy móc) Hậu quả là hệ thống có thể lên kế hoạch kết hợp sản xuất nhiều loại sản xuất khác nhau thay vì theo từng loại riêng biệt Đặc trưng của tự động hoá linh hoạt có thể tóm tắt như sau:

+ Đầu tư cao cho thiết bị

+ Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau

+ Tốc độ sản xuất trung bình

+ Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế

1.2.3 S ự phát triển của tự động hoá

Tự động hoá theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là: “ Tự chuyển động “ Ở đây chúng ta hiểu thuật ngữ tự động hoá là thực hiện quá trình sản xuất mà trong đó

tất cả các tác động cần thiết để thực hiện nó, kể cả việc điều khiển quá trình được

tiến hành không có sự tham gia của con người

Hiện nay tự động hoá được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế quốc dân, vì thế mà người ta gọi thế kỷ 20 này là thế kỹ của tự hoá và điều khiển tự động Nhưng nếu rà theo lịch sử phát triển thì chúng ta thấy nó có nguồn góc từ

thời cổ xưa

• Vào thế kỹ thứ nhất sau công nguyên Heron ở Ai Cập đã làm những màn múa

rối với nhiều loại con rối tự động

• Đến thế kỹ 17-18 nhiều loại đồ chơi tự động và đồng hồ tự động đã xuất hiện

• Sau đó đến thế kỷ 18 đầu thế kỷ 19 trong giai đoạn cách mạng công nghiệp ở châu âu tự động hoá mới xâm nhập vào thực tế sản xuất

• Năm 1765 xuất hiện bộ điều chỉnh tự động mức nước trong nồi hơi của Pondunóp

• Năm 784 bộ điều chỉnh tốc độ trong nồi hơi của Johnoát đã xuất hiện

• Giai đoạn phát triển này của tự động hoá đã đóng vai trò quan trọng trong khoa

học kỹ thuật, thúc đẩy việc tự động hoá quá trình sản xuất trong chế tạo máy Trong quá trình lao động con người đã bắt đầu cải tiến công cụ thô sơ thành

những máy đơn giản chẳng hạn máy tiện gỗ đặc trưng Dần dần người ta tiến hành

cơ khí hoá, thay lực đặc trưng bằng động cơ, thay tay người cầm dao tiện bằng bàn dao chạy theo sống trượt của máy Tiếp tục bổ sung các bộ phận cơ khí hoá

khác, thêm và cải tiến dần các cơ cấu điều khiển, càng ngày máy càng thay đổi và càng tiến bộ và trở thành máy bán tự động, rồi tự động

• Năm 1712 thợ cơ khí người Nga NARTOP đã thiết kế máy tiện chép hình để

tiện các chi tiết định hình Việc chép hình theo mẫu được tiến hành tự động, chuyển động dọc của bàn dao là do bánh răng – thanh răng thực hiện Và đến năm 1798 Henry Nandsley ở nước Anh mới dùng vít – Đai óc để dịch bàn máy

• Năm 1873 Spender đã chế tạo máy tiện tự động có ổ cấp phôi và trục phân phối

với cam đĩa và cam thùng

• Đến năm 1880 thì nhiều hãng trên thế giới như: Pittler, ludwig, lowe(đức), RSA( Anh ) … Đã chế tạo máy tiện tự động Rơvonve dùng phôi thép thanh Sau đó xuất

hiện máy tiện tự động tiên dọc định hình

• Vào đầu thế kỉ 20 bắt đầu có máy tự động nhiều trục chính, máy tự động tổ hợp

và đường dây tự động

Ngày nay nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã có nhiều đường dây tự động phân xưởng tự động và cả nhà máy tự động gia công các sản phẩm hàng loạt lớn, hàng khối như vòng bi, pittong, chốt ắc …

Sau khi đã tìm hiểu nó một cách kỹ lưỡng kết hợp để thiết kế sản phẩm cho

rắp ráp đó cũng là vấn đề cũng quan trọng vì trước khi thiết kế một dây chuyền

sản xuất nào đó người thiết kế phải nắm rõ sản phẩm và các thuộc tính của nó, ưu điểm như thế nào, kết cấu ra làm sao để việc tự động hoá sản phẩm được dễ dàng Do đó ta đi xem xét vấn đề thiết kế sản phẩm cho rắp ráp tự động

1.2.4 S ự cần thiết phải có tự động hoá

- Nâng cao năng suất:

Tự động hoá các quá trình hoạt động sản xuất hứa hẹn việc tăng năng suất lao động Điều này có nghĩa tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn ( đầu ra trên giờ) so với hoạt động bằng tay tương ứng

- Chi phí nhân công cao:

Xu hướng trong xã hội công nghiệp của thế giới là chi phí cho công nhân không ngừng tăng lên Kết quả là đầu tư cao lên trong các thiết bị tự động hoá đã

trở nên kinh tế hơn để có thể thay đổi chân tay Chi phí cao của lao động đang ép các nhà lãnh đạo doanh nghiệp thay thế con người bằng máy móc Bởi vì máy

móc có thể sản xuất ở mức cao, việc sử dụng tự động hoá đã làm cho chi phí trên

một đơn vị sản phẩm thấp hơn

- Sự thiếu lao động:

Trong nhiều quốc gia phát triển, có sự thiếu hụt lớn lực lượng lao động Chẳng

hạn như Tây Đức đã bị ép buộc phải nhập khẩu lao động để làm tăng nguồn cung

- Giá nguyên vật liệu cao:

Giá cao của nguyên vật liệu tạo ra nhu cầu sử dụng các nguyên vật một cách

hiệu quả hơn Việc giảm phế liệu là một trong những lợi ích của tự động hoá

- Nâng cao chất lượng sản phẩm:

Các hoạt động tự động hoá không chỉ sản xuất với tốc độ nhanh hơn so với làm bằng tay mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các tiêu chuẩn chất lượng

- Rút ngắn thời gian sản xuất:

Tự động hoá cho phép nhà sản xuất rút ngắn thời gian giữa việc đặt hàng của khách hàng và thời gian giao sản phẩm Điều này tạo cho người có ưu thế cạnh tranh trong việc tăng cường dịch vụ khách hàng tốt hơn

- Giảm bớt phôi liệu đang sản xuất:

Lượng hàng tồn kho khi đang sản xuất tạo ra một chi phí đáng kể cho nhà sản

xuất vì nó giữ chặt vốn lại Hàng tồn kho khi đang sản xuất không có giá trị Nó không đóng vai trò như nguyên vật liệu hay sản phẩm Tương tự như nhà sản

xuất sẽ có lợi khi giảm tối thiểu lượng phôi tồn đọng trong sản xuất Tự động hoá có xu hướng thực hiện mục đích này bởi việc rút ngắn thời gian gia công toàn bộ sản phẩm phân xưởng

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

2.1.Khái ni ệm về các hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển là toàn bộ những thiết bị đảm bảo cho một nhóm đối tượng thực hiện nhiệm vụ để đạt mục đích và yêu cầu kỹ thật đặt ra

Ví dụ: Trong sản xuất thì đối tượng được điều khiển là các máy, còn nhiệm vụ là

thực hiện qui định công nghệ để đạt chất lượng sản phẩm Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống mà tất cả các chức năng điều khiển của nó được thực hiện không

có sự tham gia trực tiếp của con người

Dựa vào dạng thông tin người ta phân biệt hệ thống điều khiển theo ba loại sau đây:

- Hệ thống điều khiển liên tục

- Hệ thống điều khiển xung

- Hệ thống điều khiển tổ hợp

Trong hệ thống điều khiển liên tục, thông tin được thể hiện dưới dạng các gia

trị liên tục Ví dụ, các giá trị liên tục như như tốc độ dịch chuyển hoặc giá trị dịch chuyển của cơ cấu chấp hành của máy được biểu thị bằng biên độ hoặc lệch của

hiệu điện thế

Nhìn chung các hệ thống điều khiển tự động đều có các chức năng sau đây: 1.Thực hiện các chuyển động hành trình và các chuyển động chạy không của các cơ cấu chấp hành theo một tuần tự đã định trước với các tốc độ trong phạm vi cho phép

2 Đảm bảo hoạt động của các máy theo nhịp và tuần tự xác định

3 Đảm bảo dừng máy khi có sự cố xảy ra

4 Điều khiển quá trình công nghệ để đảm bảo chất lượng gia công

5.Kiểm tra sai số kích thước và sai số hình dáng của chi tiết

6 Điều khiển dây truyền tự động khi cần điều chỉnh để chuyển đối tượng gia công

7 Tính số lượng sản phẩm được sản xuất ra

8 Báo tin hiệu về qui trình công nghệ, tình trạng để cán bộ, công nhân có

biện pháp xử lý

2.2 Phõn lo ại cỏc hệ thống điều khiển tự động

Cỏc hệ thống điều khiển tự động được chia ra hai nhúm sau đõy:

- Hệ thống điều khiển chương trỡnh khụng theo số

- Hệ thống điều khiển chương trỡnh theo số

2.2 1 H ệ thống điều khiển chương trỡnh khụng theo số

a Hệ thống điều khiển hành trỡnh

Hệ thống điều khiển hành trỡnh được dựng để tự động hoỏ chuyển động

thẳng của dụng cụ cắt (hoặc của cơ cấu khỏc của mỏy) với tốc độ cố định Chiều dài quóng đường được xỏc địmh bằng bằng cỏch gỏ cữ chặn trờn cỏc tang trống, trờn cỏc thước hoăc trực tiếp trờn mỏy Cỏc cữ chặn cú thể thực hiện chức năng

của cơ cấu giới hạn chuyển động (được gọi là cữ chặn cứng)

Cỏc cữ chặn tỏc động đến cỏc bộ chuyển đổi hành trỡnh Cỏc bộ chuyển hành trỡnh truyền cỏc lệnh tới cơ cấu chấp hành của mỏy bằng cỏc tớn hiệu điện, tớn hiệu thuỷ lực hoặc tớn hiệu hơi ộp

Trờn cỏc dõy truyền tự động hệ thúng điều khiển hành trỡnh (bằng cữ chặn) được dựng để điều khiển hành trỡnh của cỏc mỏy tổ hợp đứng cạnh nhau, để truyền lệnh từ mỏy nỏy sang mỏy khỏc, để điều khiển cỏc chu kỳ làm viẹc của cỏc đầu dao, của cỏc bàn mỏy Ngoài chức năng giới hạn dịch chuyển (dựng cữ chặn

V IV III IIII I

14.3 14.3

V III I

IV II

7

1

Hỡnh 2.1 C ấu trỳc hệ thống điều khiển hành trỡnh

1-Cơ cấu chấp hành ; 2- Bộ dẫn động 3 và 4 - Các khối điều khiển 5- Các phần tử điều khiển

6- Các cữ chặn 7-Chi tiết gia công IV-Các cổ trục cần gia công

cứng) các cữ chặn còn có chức năng điều khiển các dịch chuyển (dùng bộ chuyển đổi hành trình)

Cần nhớ rằng, các cữ chặn cứng khi làm việc chịu tác dụng của lực va đập

với quán tính cơ cấu chấp hành Do đó, các cữ chặn cứng bị mòn nhanh và bị phá

huỷ, độ chính xác điều khiẻn không đảm bảo Đây cũng chính là nhược điểm chính của hệ thống điều khiển bằng cữ chặn Tuy nhiên hệ thống điều khiển hành trình bằng cữ chặn có ưu điểm là kết cấu đơn giản và giá thành không cao

Với đặc tính như trên hệ thống điều khiển hành trình bằng cữ chặn được sử

dụng để tự động hoá các máy tiện, máy phay, máy rovonve và các máy khác trong

sản xuất hàng loạt lớn

b Hệ thống điều khiển bằng cam

Hệ thống điều khiển bằng cam cung cấp thông tin trên prophin của cam Cơ

sở của hệ thống này là các cơ cấu cam kết hợp với các cơ cấu tay đòn (hoặc không

có tay đòn)

Hệ thống cam thực hiện hai chức năng đồng thời sau:

- Cơ cấu sinh lực

- Cơ cấu điều khiển

Hình 2.2 H ệ thống điều khiển bằng cam a) Cam hình tr ụ c) Cam đĩa hở d)Cam mặt đầu

b) Cam ph ẳng e) Cam đĩa kín

Thiết kế cơ cấu cam được thực hiện theo trình tự sau đây:

1.Chọn loại cơ cấu

2 Chọn qui luật chuyển động

3 Xác định các kích thước cơ bản

4 Vẽ profil hoặc tính toán profin của cam

5 Tính kích thước của cơ cấu dựa theo các điều kiện bền

Dưới đây chúng ta chỉ nghiên cứa quá trình hình thành prophin của cam Prôphin của cam hở được chế tạo đơn giản hơn, nhưng để dữ thanh đẩy cần có lò

xo hoặc đối trọng Do đó, hệ số có ích giảm và như vậy cam hở nên dùng trong trường hợp có lực di chuyển không lớn

Đường cong lôgarit là đường cong duy nhất có góc vuông cố định do đó nó đảm bảo chuyển động của thanh đẩy có tốc độ cố định Tuy nhiên, chế tạo cam

với đường cong lôgarit rất khó vì vậy người ta dùng cam với đường cong Ácimet (Hình 2.3)

Prophin của cam với đường cong Ácimet có thể được gia công bằng phương pháp thông thường trên các máy phay và các máy tiện hớt lưng

c Hệ thống điều khiển bằng dưỡng chép hình

Hệ thống được chia làm 2 loại:

- Hệ thống điều khiển bằng dưỡng chép hình tác động trực tiếp

-Hệ thống điều khiển bằng dưỡng chép hình tác động gián tiếp

2.2.2 H ệ thống điều khiển số

a Hệ điều khiển NC

Hệ thống Nc đầu tiên ra đời do sự cần thiết chế tạo các chi tiết phức tạp của máy bay với số luợng ít.Ngày nay các máy trang bị hệ điều khiển Nc vẫn còn thông

dụng.Đây là hệ điều khiển đơn giản với số lượng hạn chế các kênh thông tin.Trong

hệ điều khiển NC,các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều khiển được cho dưới dạng dãy các con số

Nguyên tắc làm việc của hệ điều khiển NC

Sau khi mở máy,các lệnh thứ nhất và thứ hai đuợc đọc Chỉ sau quá trình đọc kết thúc máy mới thực hiện lệnh thứ nhất.Trong thời gian này thông tin của lệnh thứ hai

nằm trong bộ nhớ của hệ thống điều khiển.Sau khi hoàn thành việc thực hiện lệnh

thứ nhất máy mới thực hiện lệnh thứ hai lấy từ bộ nhớ ra.Trong khi thực hiện lệnh

thứ hai,hệ điều khiển đọc lệnh thứ ba và đưa vào chỗ của bộ nhớ mà lệnh thứ hai

vừa được giải phúng ra

Nhược điểm chớnh của hệ điều khiển NC là khi gia cụng chi tiết tiếp theo trong

lọat hệ điều khiển lại phải đọc tất cả cỏc lệnh từ đầu và như vậy khụng trỏnh khỏi

những sai sút của bộ tớnh toỏn trong hệ điều khiển.Do đú chi tiết gia cụng cú thể bị

Điều khiển điều chỉnh

Điều khiển trục Giá trị vị trí thực

Cấu trúc của bộ điều khiển CNC:

Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là sự tham gia của máy vi tính Các nhà chế tạo máy CNC cài đặt vào máy tính một chương trình điều khiển cho từng loại máy

Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các chương trình gia công chết và cả chương trình hoạt động của bản thân nó Trong hệ điều khiển CNC các chương trình gia công có thể được ghi nhớ lại Trong hệ điều khiển CNC chương trình có thể được nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh bằng tay

từ bàn điều khiển Các lệnh điều khiển được viết không chỉ cho từng chuyển động riêng lẻ mà còn cho nhiều chuyển động cùng một lúc Điều này cho phép giảm số câu lệnh của chương trình và như vậy có thể nâng cao độ tin cậy làm việc của máy

Hệ điều khiển CNC có kích thước nhỏ hơn và giá thành thấp hơn so với hệ điều khiển NC nhưng lại có những đặc tính mới mà các hệ điều khiển trước đó không

có

Ví dụ: Nhiều hệ điều khiển loại này có khả năng hiệu chỉnh những sai số

cố định của máy – những nguyên nhân gây ra sai số gia công

2.2.3 Hệ điều khiển DNC (Direct numerical control)

- Máy tính trung tâm có thể nhận những thông tin từ các bộ điều khiển CNC

để hiệu chỉnh hoặc để đọc những dữ liệu từ máy công cụ

- Trong một số trường hợp máy tính đóng vai trò chỉ đạo trong việc lựa chọn những chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân chia đi các máy khác nhau

- Hệ DNC có ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin của chương trình gia công trên tất cả các máy công cụ

- Có khả năng truyền dữ liệu nhanh và có khả năng nối ghép vào hệ thống gia công linh hoạt FMS

2.2.4 Điều khiển thớch nghi (Adaptive control)

Sản phẩm hệ điều khiển thích nghi là một trong những phương pháp hoàn thiện máy công cụ CNC Các máy CNC thông thường có chu kỳ gia công cố định (chu kỳ cứng) đã được xác định ở phần tử mang chương trình và như vậy cứ mỗi lần gia công chi tiết khác chu kỳ lặp lại được lặp lại như cũ, không có sự phát triển

nào Chương trình điều khiển như vậy không được hiệu chỉnh khi có các yếu tố công nghệ phát triển

Ví dụ: Khi gia công chi tiết lượng dư có thể phát triển dẫn đến gia tăng biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ Khi đó nếu hệ thống điều khiển không hiệu chỉnh lại lực cắt thì kích thước gia công có thể vượt ra ngoài phạm vi dung sai (nghĩa là sinh ra phế phẩm) Trong trường hợp này để tránh phế phẩm ta phải giảm lượng chạy dao hoặc thêm bước gia công, nghĩa là ta đã giảm năng suất gia công

Hệ thống điều khiển thích nghi (Hình 2.8) là hệ thống điều khiển có tính đến những tác động bên ngoài của hệ thống công nghệ để hiệu chỉnh chu kỳ gia công (quá trình gia công) nhằm loại bỏ ảnh hưởng của các yếu tố đó tới độ chính xác gia công

Hỡnh 2.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thích nghi

Dao (2) gia công chi tiết (1) Các yếu tố công nghệ không ổn định có thể gây ra tăng lực cắt Py (lực hướng kính) Lực Py được datric (3) ghi lại Tín hiệu của datric đi qua bộ biến đổi (4) tác động đễn cơ cấu chạy dao (5-7) và làm ổn

định lực cắt Py Nếu lực cắt Py tăng thì lượng chạy dao sẽ giảm xuống và như vậy lực Py sẽ giảm xuống Ngược lại nếu lực cắt Py giảm thì lượng chạy dao sẽ tăng lên ổn định lực cắt thì dao động kích thước gia công giảm (tăng độ chính xác và năng suất gia công)

Hệ thống thích nghi có thể ổn định được công suất cắt, mômen cắt hoặc nhiệt cắt… Nhưng hệ điều khiển thích nghi chủ yếu dùng ổn định kích thước gia công

2.3 Thi ết bị điều khiển tự động

Thiết bị kỹ thuật của hệ thống điều khiển tự động hoỏ quỏ trinh cụng nghệ (ĐK TĐ QTCN ) nhằm đảm bảo vấn đề kỹ thuật cho hệ, ở đõy được xem là phần

cứng của hệ Cỏc thiết bị này về tổng quỏt cú thể chia thành cỏc nhúm cơ bản sau : Thiết bị thu nhận thụng tin, thiết bị truyền tin truyền dữ liệu, thiết bị xử lý tin, thiết bị ra và xử lý thụng tin

Sơ đồ cấu trỳc chung của thiết bị kỹ thuật ở hệ ĐK TĐH QTCN (Hỡnh 2.8)

1.2.3 1.2.2

1.2.5

2.2

4.1.1 4.1.2 4.1.3 2.2

Thiết bị xử lý thông tin 2.2

2.2 2.2

4.1.4 4.2.1

5.1 5.2 5.3

Hỡnh 2.6C ấu trỳc chung của thiết bị hệ thống điều khiển tự động

Trong đó:

1.- Nhóm thiết bị thu nhận và đưa thông tin vào

1.1- Thiết bị thu nhận và đưa thông tin vào

1.1.1- Thiết bị thu nhận thông tin tự động về quá trình

- Các bộ biến đổi đo các đại lượng vật lý (cảm biến )

- Các bộ biến đổi đo cá thông số hoạt động của các máy

- Các biến đổi đo các thông số của sản phẩm sản xuất

1.1.2 -Thiết bị thu nhận thông tin bằng tay về quá trình

- Các thiết bị bằng tay (Nút ấn, bàn phím ….)

- Các thiết bị bán tự động ( cảm biến đo chuyên dùng…)

1.2 -Thiết bị đưa thông tin vào

1.2.1- Thiết bị xử lý các tín hiệu và thông tin

- Khuyếch đại tín hiệu

- Biến đổi dạng năng lượng của tín hiệu

- Các bộ lọc tín hiệu

- Biến đổi các tín hiệu (tương tự, số )

- Các tín hiệu nhận tin từ bọ nhớ

- Các thiết bị cho toán tử

1.2.2.-Thiết bị nhận thông tin đã mã hoá

- Cảm biến thẻ đục lỗ

- Cảm biến băng đục lỗ

- Cảm biến các băng từ, đĩa từ

1.2.3 - Thiết bị có cảm biến nhận từ thông tin đồ thị

- Thiết bị cảm nhận bằng mã chữ, ký hiệu

- Thiết bị cảm nhận đồ thị, thông báo

- Thiết bị cảm nhận từ phim (microfim)

1.2.4 - Thiết bị tiếp xúc trực tiếp với người điều hành

- Các dạng bàn phím, bàn điều khiển

- Bút vẽ điện, ánh sáng

- Thiết bị thu nhận thông tin từ lời nói

1.2.5 - Thiết bị chuẩn bị bằng tay thông tin

- Thiết bị chuẩn bị bằng tay thông tin cho thẻ đục lỗ, băng đục lỗ

- Thiết bị chuẩn bị bằng tay thông tin cho băng từ, thẻ từ, đĩa từ

- Thiết bị chuẩn bị bằng tay cho phim

2 Thiết bị truyền tin, truyền dữ liệu

2.1- Các thông báo

- Các bảng thông báo cố định

- Các bảng thông báo di động

2.2- Thiết bị truyền tin

- Các bộ biến đổi, thiết bị mã hoá, dịch mã, chuyển mạch ghép nối

- Các thiết bị chống nhiễu

- Kênh liên lạc truyền tin

3 Nhóm thiết bị xử lý thông tin

Các thiết bị kiểu máy tính số

- Máy tính vạn năng

- Máy tính điều khiển

- Vi xử lý và máy tính PC

- Các máy tính chuyên dụng

4 Nhóm thiết bị đầu ra và sử dụng thông tin

4.1 Các thiết bị cho thông tin đầu ra

4.1.1 Thiết bị cho quan hệ trực tiếp với ngươi điều hành

- Chỉ thị số, bảng chữ cái

- Các thiết bị chỉ báo tương tự

- Thiết bị có hình ảnh, lời nói

- Thiết bị kiểm tra và tín hiệu hoá

4.1.2 Các thiết bị thông tin dạng đồ thị

- Máy chữ, các máy in

- Các thiết bị ghi đồ thị thông số của quá trình, hệ thống

- Các thiết bị vẽ theo toạ độ

- Các thiết bị ghi dạng phim

4.1.3- Các thiết bị ghi thông tin dạng mã

- Thẻ đục lỗ, băng đục lỗ

- Đĩa từ, băng từ

4.1.4.Các thiết bị xử lý thông tin và tín hiệu ra

- Các thiết bị cho công chúng

- Các thiết bị lưu trữ tin

- Các bộ biến đổi A/D, D/A

- Các bộ biến đổi năng lượng điện- cơ, điện- thuỷ lực, điện- Khí nén

- Các bộ khuyếch đại tín hiệu

4.2 Các thiết bị sử dụng thông tin để tác động lên qúa trình

4.2.1 Thiết bị xử dụng thông tin tự động

- Thiết bị điều khiển các aptomat

- Thiết bị điều khiển công suất

- Các phần tử chấp hành được điều khiển trực tiếp

4.2.2 Thiết bị tín hiệu hoá giao tiếp với người vận hành

- Các thiết bị tạo tín hiệu quang học

- Các thiết bị tạo tín hiệu thông tin bằng lời nói, âm thanh

5 Thiết bị đảm bảo năng lượng cho hệ thống

5.1 Các thiết bị cung cấp năng lượng

- Thiết bị ghép nối với năng lượng chung

- Thiết bị nguồn dự phòng

5.2.Các thiết bị kiểm tra, sửa chữa

5.3.Các thiết bị bảo vệ môi trường làm việc

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 3.1 Các thành ph ần chủ yếu của hệ thống cấp phôi tự động

Để đảm bảo yêu cầu của một hệ thống cấp phôi tự động, có nghĩa là phải

đảm bảo được việc cung cấp đủ về số lượng phôi cho máy công tác để hệ thống

hoạt động một cách liên tục có tính đến lượng dự trữ, cấp phôi đúng thời điểm với

độ chính xác về vị trí và định hướng trong không gian với độ tin cậy cao Hệ thống

cấp phôi đầy đủ cần phải có các thành phần sau đây:

- Phễu chứa phôi hoặc ổ chứa phôi

- Máng dẫn phôi

- Cơ cấu định hướng phôi

- Cơ cấu phân chia phôi

- Cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi

- Cơ cấu bắt - nắm phôi khi gá đặt và tháo chi tiết sau khi gia công xong

Mỗi một thành phần trong hệ thống có một chức năng và nhiệm vụ nhất

định và phải được bố trí đồng bộ với nhau trong một thể thống nhất về mặt không gian và thời gian Tuy vậy cũng cần thấy rằng không nhất thiết lúc nào cũng phải

có mặt đầy đủ các thành phần của nó mà tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà

chỉ cần một số trong chúng Việc phân chia hệ thống thành các thành phần như trên cũng chỉ là tương đối vì người ta có thể kết hợp một số thành phần trong chúng lại

với nhau theo đặc điểm về hình dáng, kích thước của phôi để giảm được kích thước khuôn khổ của hệ thống, làm cho việc thiết kế và chế tạo và lắp đặt đơn giản hơn

Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống cấp phôi tự động

3.2 Phân lo ại hệ thống cấp phôi tự động

Như đã nói ở trên, sản phẩm gia công cơ khí rất đa dạng về kích thước, hình dáng, đặc tính vật liệu và một số tính chất khác Các phôi về cơ bản cũng có hình dáng và kích thước gắn với chi tiết vì vậy nó cũng rất đa dạng Trong lĩnh vực gia công cơ khí thì các phôi liệu thường được chế tạo bằng các phương pháp như: đúc, rèn, dập… Do vậy trước hết phải căn cứ vào hình dáng phôi để phân loại các kiểu

hệ thống cấp phôi tự động Theo đó ta có thể phân ra thành 3 kiểu cấp phôi tự động

cơ bản sau đây:

- Cấp phôi dạng cuộn

- Cấp phôi dạng thanh hoặc dạng tấm

- Cấp phôi dạng rời từng chiếc

Mỗi kiểu cấp phôi trên mang tính đặc thù riêng và bản thân trong mỗi kiểu cũng đã bao hàm rất nhiều dạng khác nhau Tùy theo công nghệ sản xuất mà người ta có thể bố trí các hệ thống cấp phôi liên tục, cấp phôi gián đoạn theo chu

kỳ hoặc cấp phôi theo lệnh

a Hệ thống cấp phôi dạng cuộn

Phôi cuộn là dây thép tròn có đường kính nhỏ hoặc những lá thép mỏng được cuộn tròn vào tang Mỗi lần gia công phải kéo ra và nắn thẳng để đưa tới vị trí gia công

Hình 3.2(1) Sơ đồ cấu tạo nguyên lý cấp phôi dây

Hình 3.2(2) C ấu tạo hệ thống cấp phôi cuộn

Hình 3.4 H ệ thống cấp phôi cho máy tiện định hình

Hình 3.5 H ệ thống cấp phôi cho máy tiện dọc

c Hệ thống cấp phôi dạng rời

Phôi rời có 3 loại chủ yếu :

+ Chi tiết có trọng lượng lớn như các loại hộp

+ Chi tiết có trọng lượng lớn và quay khi gia công như các loại trục lớn + Các chi tiết nhỏ, hình dáng đơn giản, dùng chế tạo các chi tiết điển hình

3.3 Ý nghĩa của cấp phôi tự động

Hệ thống cấp phôi tự động trước hết phải nằm trong các hệ thống sản xuất mang tính tự động từng phần và không thể có hệ thống sản xuất tự động mà không

có quá trình cấp phôi tự động Quá trình cấp phôi tự động có những ưu điểm sau:

- Nâng cao năng suất do giảm thời gian phụ( là thời gian gá đặt phôi và tháo

sản phẩm sau khi gia công

- Đảm bảo năng suất gia công theo tính toán nó đảm bảo được chu kỳ cấp phôi chính xác, không bị ảnh hưởng đến các yếu tố về khách quan như tình

trạng tâm sinh lý và trạng thái sức khỏe của con người

- Đảm bảo độ chính xác gá đặt cao vì trước khi phôi đến vị trí cấp cho các máy công tác thì nó đã được định hướng trong không gian và đúng tọa độ theo yêu cầu, đồng thời tốc độ di chuyển của phôi đã được điều chỉnh để phù

hợp với yêu cầu của gá đặt

- Cải thiện được điều kiện làm việc cho công nhân: giải phóng con người trong công việc lao động phổ thông nhàm chán( như lặp đi lặp lại một động tác có tính đơn giản) Trong các công việc nặng nhọc( như di chuyển và gá đặt các phôi có kích thước lớn, khối lượng lớn) các công việc có thể gây nguy hại cho sức khỏe con người của công nhân như các phôi có thể có cạnh

sắc Ví dụ: như các bavia, rìa mép của các phôi rèn, dập, đúc … các công

việc gây ra sự mỏi mệt cho người công nhân như phải tập trung chú ý phải tìm, chọn, phân loại, định hướng

- Đảm bảo cho người lao động và máy móc thiết bị như: có thể loại khỏi dây chuyền sản xuất các phôi có nhiều sai số và khuyết tật để đảm bảo sự ổn định cho thiết bị, tránh tình trạng máy bị quá tải do lượng dư lớn hoặc không đều, tránh được sự rung động và các tải trọng động có biên độ lớn trong quá trình gia công do các khuyết tật trên phôi

3.4 H ệ thống cấp phôi tự động

Để đảm bảo yêu cầu của hệ thống cấp phôi tự động có nghĩa là phải đảm

bảo được việc cung cấp đủ về số lượng phôi cho máy công tác để hệ thống hoạt động một cách liên tục có thể tính đến lượng dữ trự, cấp phôi đúng thời điểm với độ

chính xác về vị trí và định hướng trong không gian với độ tin cậy cao Hệ thống cấp phôi cần phải có đủ các thành phần sau:

+ Phễu chứa phôi hoặc ổ chứa phôi

+ Máng dẫn phôi

+ Cơ cấu định hướng phôi

+ Cơ cấu chia phôi

+ Cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi

+ Cơ cấu bắt – nắm phôi khi gá và tháo chi tiết sau khi gia công xong

Mỗi một thành phần trong hệ thống có một chức năng và nhiệm vụ nhất định và phải được bố trí đồng bộ với nhau trong một thể thống nhất về không gian

và thời gian Tuy vậy cần thấy rằng không nhất thiết lúc nào cũng có mặt đầy đủ các thành phần của nó mà phù hợp vào từng trường hợp cụ thể mà chỉ cần một số trong chúng Việc phân chia hệ thống các phần như trên cũng chỉ là tương đối vì người ta

có thể kết hợp một số thành phần trong chúng lại với nhau theo đặc điểm về hình dáng kích thước phôi để giảm được kích thước khuôn khổ của hệ thống làm cho thiết kế chế tạo lắp đặt dễ dàng hơn

Hình 3.7 H ệ thống cấp phôi rời cho máy khoan

3.5 Ph ễu chứa phôi

Phễu chứa phôi là thành phần đầu tiên trong hệ thống cấp phôi tự động có mục đích để chứa và dự trữ một lượng phôi cần thiết nhằm đảm bảo cho hệ thống làm

việc một cách liên tục và ổn định Đồng thời phễu chứa phôi phải thực hiện được nhiệm vụ định hướng phôi để cung cấp cho máng chuyển phôi thực hiện quá trình lưu thông và di chuyển đều đặn

Do đó mục đích của phễu chứa phôi đặt ra là quan trọng và cần thiết như vậy

hiện nay người ta sử dụng chủ yếu là phễu kép

a Phễu chứa phôi rời

Dạng phôi rời là phổ biến nhất trong hệ thống sản xuất cấp phôi tự động Theo quan điểm cấp phôi tự động thì đây cũng chính là vấn đề nghiên cứu chủ yếu vì các

loại phôi rời trong gia công cơ khí rất khác nhau về hình dáng và kích thước Vì thế

phải có sự nghiên cứu và phân tích một cách tỉ mỉ đối với mỗi loại phôi cụ thể để từ

đó chọn ra một kiểu cấp phôi cho phù hợp và chỉ khi làm được điều này, phễu cấp phôi được thiết kế mới đạt được mục tiêu theo yêu cầu

b Phễu cấp phôi kiểu rung động

Nguyên tắc làm việc của kiểu cấp phôi rung động là dưới tác dụng của lực quán tính của phôi do cơ cấu rung truyền sang sẽ làm cho phôi thực hiện các dịch chuyển cưỡng bức trên cơ cấu rung và thực hiện việc cấp phôi

Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu rung động có rất nhiều loại máng phẳng nằm ngang,

nằm nghiêng hoặc đường xoắn ốc… Kiểu phễu này có nhiều ưu điểm như kết cấu đơn giản, ít xảy ra hiện tượng tắc hay kẹt phôi khi di chuyển Tốc độ di chuyển đều

đặn, năng suất cao Đặc biệt là đối với các phôi có hình dạng phức tạp và khó định hướng, các phôi thô sau khi đúc hoặc sau khi rèn, dập hay cắt… còn có ba via và rìa mép Có thể cấp được các loại phôi có hình dáng và kích thước khác nhau và dễ dàng điều chỉnh được năng suất của phôi nhờ việc điều chỉnh dòng điện hay khe hở

của lõi từ Tuy nhiên với các phôi có khối lượng lớn thì phễu cấp phôi kiểu rung động trong quá trình làm việc sẽ gây ra tiếng động lớn

Một vật A có trọng lượng G trên thanh BC trong mặt phẳng nằm ngang Khi thanh O1B quay sang phải một góc (α – α1) với tốc độ góc là ω thì vật A cùng với thanh BC chuyển động song phẳng xuống phía dưới

Gọi gia tốc chuyển động lớn nhất trong hành trình này là a thì :

Trong đó: a td: là gia tốc theo phương thẳng đứng

an : là gia tốc theo phương nằm ngang

Hình 3.8 Phân tích động học của phôi

Xét vật A có khối lượng G đặt trên thanh BC trong mặt phẳng nằm ngang(Hình 3.8) Khi thanh O1B quay sang phải một góc (α – α1) với tốc độ góc là ω thì vật A cùng với thanh BC chuyển động song phẳng xuống phía dưới Khi thanh O1B quay

sang trái một góc (α – α1) với tốc độ góc là ω’ thì vật A cùng với thanh BC chuyển động lên phía trên Khi đó ta có:

td: là gia tốc theo phương thẳng đứng

a n: gia tốc theo phương nằm ngang '

Khi vật A chuyển động lên phía trên, nếu ta coi ω = ω’ thì về giá trị

a

td = 'a

td và an = ' a n khi đó có thể xảy ra hiện tượng sau:

Khi vật A chuyển động cùng thanh xuống thấp sang phía phải thì nếu Fms < Fqt

thì vật A sẽ trượt trên thanh BC, hay nói cách khác vị trí của vật A so với thanh BC bây giờ sẽ ở lại phía sau, có nghĩa là vật A có chuyển động tương đối so với thanh

BC về phía trái

Khi thanh chuyển động lên phía trên sang trái, lúc này do Fms tăng lên nên trong trường hợp khi mà Fms > Fqt thì vật được bám chắc vào thanh BC, hay nói cách

khác không có sự chuyển động tương đối của vật A so với thanh BC

Tổng hợp 1 chu trình chuyển động của thanh O1B ta có nhận xét sau đây: vị trí của

vật A so với thanh BC đã bị dịch chuyển sang trái một lượng S Nếu chu trình trên

lại tiếp tục thì sau mỗi một chu trình như vậy thì vật A lại cứ dịch chuyển sang trái

so với thanh BC một lượng S Quá trình hoạt động của cơ cấu trên là liên tục thì sau

một thời gian vật A sẽ di chuyển tương đối với thanh BC và sẽ có xu hướng đi xa

khỏi thanh BC

Trong trường hợp g < a td thì Fms < 0, lúc này vật A sẽ không còn tiếp xúc với

thanh BC nữa mà nó có bước nhảy tương đối so với thanh BC về phía trái