Nghiên cứu hệ thống điều khiển số cho máy dập cắt chi tiết giày dép

Luận văn đưa ra mục tiêu là nghiên cứu hệ thống điều khiển số máy dập cắt chi tiết giày dép để có thể đưa vào sử dụng trong nước thay thế máy dập cắt thuỷ lực đang sử dụng phổ biến hiện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

TRẦN QUANG THÁI

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ CHO MÁY DẬP CẮT CHI TIẾT GIÀY DÉP

Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy

Mã số ngành: 2.01.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH

2005

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2005

TS Phạm Ngọc Tuấn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP.HCM, ngày 17 tháng 01 năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phái:

Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh:

Chuyên ngành: MSHV:

I TÊN ĐỀ TÀI:

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày tháng năm 2005 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

Quảng Ngãi

10 – 09 - 1975

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ CHO MÁY DẬP CẮT CHI TIẾT GIÀY DÉP

00403099

Cơ khí Chế tạo Máy

30 – 09 - 2005

TS Phạm Ngọc Tuấn

17 – 01 - 2005

- Nghiên cứu, phân tích và và lựa chọn phương án thiết kế cho máy điều khiển số

- Nghiên cứu các yêu cầu điều khiển và thiết kế hệ thống điều khiển cho máy

- Xây dựng mô hình thử nghiệm máy điều khiển số dập cắt chi tiết giày, dép

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Qua khảo sát, nghiên cứu thực tế cho thấy tình hình sử dụng máy điều khiển số dập cắt chi tiết giày dép ở nước ta hiện nay còn rất hạn chế, trong khi hiệu quả mang lại là rất lớn Luận văn đưa ra mục tiêu là nghiên cứu hệ thống điều khiển số máy dập cắt chi tiết giày dép để có thể đưa vào sử dụng trong nước thay thế máy dập cắt thuỷ lực đang sử dụng phổ biến hiện nay mà giá thành có thể thấp hơn nhiều so với máy điều khiển số nhập khẩu

Sau khi tìm hiểu về tổng quan ngành giày dép ở Việt Nam và trên thế giới, bằng phương pháp phân tích và lựa chọn phương án tốt nhất, các thông số kỹ thuật của máy được đặït ra để xây dựng nên nguyên lý hoạt động và sơ đồ động học của máy Từ đó, cấu trúc của một máy dập cắt điều khiển số được phác họa Dựa trên nguyên lý hoạt động của máy, chương trình viết dưới dạng ladder của PLC được viết để điều khiển máy một cách tự động

Sau cùng, minh họa cho phần thiết kế máy là một mô hình nhỏ mô phỏng máy dập cắt điều khiển số đã được thực hiện và được điều khiển tự động bằng PLC OMRON CPM1A

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIÀY DÉP

1.1.1 SƠ LƯỢC VỀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT GIÀY DÉP TẠI VIỆT NAM

Giày dép Việt Nam được xuất khẩu sang hơn 40 vùng và lãnh thổ trên toàn thế giới, thị trường chính chủ yếu là những nước thuộc liên minh Châu Âu (EU) như là Anh, Bắc Ailen, Đức, Pháp, ý, Hà Lan và các nước khác như Mỹ, Nhật Bản, Đài Loan tỉ lệ xuất khẩu tăng nhanh theo từng năm từ 11 triệu đôi (năm 1992), 136,7 triệu đôi (năm 1997), 146,59 triệu đôi (năm 1998) 175,35 triệu đôi (năm 1999) và đến năm 2000 Việt Nam xuất khẩu trên 200 triệu đôi giày và trở thành nhà cung cấp đứng thứ 2 sau Trung Quốc

Trong năm 2003 toàn ngành đã xuất khẩu được 390 triệu đôi giày, kim ngạch xuất khẩu đạt 2,250 tỷ USD Trong 10 tháng đầu năm 2004 đã xuất khẩu đạt 2,15 tỷ USD,

tăng 17% so với cùng kỳ năm trước Chỉ tiêu mà ngành giày dép đặt ra là kim ngạch

xuất khẩu trong năm 2005 là 3,1 tỷ USD, và đến năm 2010 là 6,2 tỷ USD Trong khi đó cái yếu của ngành giày dép Việt Nam là còn mang nặng tính thủ công, trình độ tự động hoá chưa cao, nhất là ở các công ty trong nước

Vì vậy việc nghiên cứu cải tiến đổi mới công nghệ thay thế máy móc nhập khẩu với giá thành thấp hơn nhiều so với máy móc nhập khẩu là cần thiết nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất và giảm tỷ lệ phế phẩm để có thể nâng cao khả năng cạnh tranh với các nước đang phát triển, đặc biệt là Trung Quốc

1.1.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIÀY DÉP

Giày được chia ra làm nhiều loại: giày thể thao, giày nam giày nữ nhưng nhìn chung qui trình công nghệ và thiết bị gia công các loại giày khác nhau thì không khác nhau nhiều lắm Đế ngoài, đế trong và mũ giày được gia công riêng biệt nhau, tiếp đến đế trong và mũ giày được ráp lại với nhau, sau đó là dán đế ngoài vào, cuối cùng giày được làm sạch và đóng gói

Một qui trình công nghệ và những thiết bị sản xuất giày dép điển hình được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Qui trình công nghệ gia công giày nữ

Chi tiết Công việc Thiết bị

Lạng da Máy lạng da Bào da Máy bào da Cắt chi tiết mũ giày - Máy dập thủy lực đầu di

Định hình gót Máy định hình gót Đế trong Cắt đế trong và miếng lót đế - Máy dập thuỷ lực đầu di

Bôi keo miếng lót đế và đế trong Rồi dán lại với nhau

Máy bôi keo tổng hợp

Định vị phần lót đế bằng kim loại và miếng lót đế

Máy đục lỗ

Định hình đế trong cho hộp với khuôn giày

Máy định hình đế trong

Xén mép đế trong đã định hình Máy xén đế trong Đóng nhãn đế trong Máy đóng nhãn nóng Chà nhám bề mặt tấm nhựa eva Máy chà nhám

Cắt các mặt nghiêng Máy xẻ mặt nghiêng Cắt đế ngoài - Máy dập thuỷ lực

- Máy dập thuỷ lực đầu búa quay

- Máy dập thuỷ lực kiểu bàn

Cắt các mặt nghiêng của phần mũi và gót

Máy cắt mặt nghiêng

Chà nhám bề mặt đế cao su Máy cà đế cao su Dán lớp đế cao su_eva và ép cho

hai lớp dính chặt

Máy ép đế

Eùp phần mũi và gót đế Máy ép mũi và gót đế Đế ngoài

Mài các cạnh đế ngoài Máy mài trục đứng Bôi keo lên đế trong và mũ giày Máy bôi keo tổng hợp Sấy khô Băng tải sấy kiểu đứng Ráp đế trong

và mũ giày Ráp đế trong và mũ giày vào khuôn Máy lắp chi tiết vào

khuôn

Gò mũi Máy gò mũi Gò hông Máy gò hông Gò hậu Máy gò hậu Gia nhiệt Thùng sấy điều khiển

tự động Bôi keo và sấy khô đế ngoài - Máy bôi keo tông hợp

- Băng tải sấy kiểu đứng Dán đế ép đế - Máy ép đế tổ hợp

- Máy ép đế thuỷ lực

- Máy ép đế khí nén Ép gót (cho giày nữ) - Máy ép gót

- Máy đóng đinh bán tự động

- Máy tháo đinh Làm sạch - Máy cà đế

- Máy hút bụi

- Máy làm sạch keo

- Máy làm sạch mặt giày

Ráp đế ngoài

và hoàn

tất

Đóng gói - Băng tải hoàn tất

- Máy bế hộp giày Trong qui trình sản xuất giày dép có nhiều công đoạn liên quan đến cắt chi tiết, thường được thực hiện trên các loại máy dập cắt, vấn đề là cần cắt vật liệu sao cho hệ số sử dụng vật liệu là lớn nhất, nói khác đi phần vật liệu bỏ đi là nhỏ nhất

1.2 TỔNG QUAN VỀ CẮT VẬT LIỆU VÀ CÁC LOẠI MÁY DẬP

1.2.1 Vật liệu dùng trong sản xuất giày dép:

Thường có hai dạng là:

Hình 1.1:Vật liệu có dạng tấm Hình 1.2: Vật liệu có dạng cuộn

- Dạng cuộn với khổ được cố định, chiều dài xem như vô hạn cần phải xác định trong quá trình cắt như vật liệu vải, simili…

· Thực tế trong sản xuất giày dép ở Việt nam cho thấy công đoạn cắt vật liệu thế nào để tiết kiệm vật liệu nhất là vấn đề đang được quan tâm Khâu cắt là khâu đóng vai trò quan trọng

1.2.2 Các loại máy dập cắt truyền thống

1.2.2.1 Máy dập kiểu đầu búa quay:

Đây là loại máy có kết cấu đơn giản và có mức độ tự động hoá không cao Công nhân thực hiện chuyển động dập cắt nhờ vào hai nút nhấn điều khiển kết hợp sử dụng các loại dao cắt có chiều cao khác nhau Máy đuợc dùng để cắt những tấm vật liệu khổ nhỏ đặc biệt là các tấm da

1.2.2.2 Máy dập kiểu bàn:

Máy có đầu dập lớn tạo ra vùng cắt lớn, nên không cần điều chỉnh vị trí đầu dập như máy có đầu dập di động Máy còn có hệ thống mặt bàn di trượt mang tấm thớt và tấm vật liệu

Hình 1.3: Máy dập kiểu đầu búa

quay của Hãng Atom (ý) Hình1.4: Máy dập kiểu bàn của Hãng

Sysco (Đài Loan)

1.2.2.3 Máy dập kiểu đầu di động:

Ở máy này người công nhân di chuyển đầu dập đến vị trí thích hợp và ấn nút điều khiển để đầu dập thực hiện chuyển động dập cắt Đầu dập được thiết kế có độ cứng vững Máy có tính linh hoạt và năng suất cao hơn so với máy dập kiểu đầu búa

Hình 1.5: Máy dập kiểu đầu di động của Hãng Sysco (Đài Loan)

1.2.3 Các loại máy dập cắt điều khiển số

1.2.3.1 Tình hình sử dụng máy dập cắt điều khiển số trên thế giới

Hiện nay trên thế giới người ta đã nghiên cứu áp dụng công nghệ điều khiển số vào máy dập cắt chi tiết giày dép Một số hãng như: Atom (ý), Sysco (Đài Loan), Chengfeng (Đài Loan), Sysco (Đài Loan)

Hãng Atom đã chế tạo máy CNC dập cắt chi tiết giày dép có mức độ tự động hoá

ca Ngoài việc đáp ứng chức năng, khuôn dập được chế tạo đặc biệt, có chức năng giữ được một số lượng chi tiết sau những lần dập và đưa các chi tiết ra băng tải bên ngoài Chức năng này thay thế con người thu lượm và sắp xếp chi tiết sau khi máy dập cắt xong

Máy dập cắt CNC có thể cắt tự động vật liệu dạng tấm hay cuộn, đầu dập di chuyển theo phương ngang còn mặt bàn di chuyển theo phương dọc Đầu dập được thiết kế đặc biệt ngoài việc tạo ra lực dập theo phương thẳng đứng còn có chuyển động quay xung quanh trục Một chương trình được đưa vào từ máy tính có thể điều khiển toàn bộ hoạt động của máy Máy được dùng để cắt hầu hết các loại nguyên liệu như: vải, cao su, nhựa, simili, giấy,…

Chương trình cắt có thể nạp vào máy qua mạng hay đĩa dữ liệu, nhờ vậy máy thực hiện các chuyển động theo qui trình nhất định Nhờ có chương trình sắp xếp tối ưu nên việc cắt trên máy này làm tiết kiệm nguyên vật liệu (có thể từ 10%-20%) và tăng năng suất (có thể gấp 10 lần)

Hình 1.6: Máy dập cắt CNC kiểu S530CN của hãng Atom (Ý)

1.2.3.2 Tình hình sử dụng máy dập cắt điều khiển số trong nước

Hiện nay máy dập cắt điều khiển số hầu như chưa được sử dụng ở nước ta để gia công dập cắt các chi tiết giày dép, lý do có thể là vì ngành giày dép còn chưa áp dụng công nghệ CAD/CAM và vì giá thành của các hệ thống máy dập CNC là khá cao dù hiệu quả kinh tế mang lại là rất hứa hẹn

Vì vậy việc nghiên cứu máy điều khiển số dập cắt chi tiết giày dép là cần thiết

1.3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Nghiên cứu hệ thống điều khiển số máy dập cắt chi tiết giày dép, nhằm ứng dụng để nâng cao năng suất, tiết kiệm vật liệu, giảm giá thành sản phẩm

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài nghiên cứu hệ thống điều khiển số cho máy dập cắt, mỗi lần chỉ thực hiện 1 loại chi tiết giày dép

Phần mềm giác sơ đồ cắt đã có sẵn

Vật liệu dạng cuộn hặc tấm

1.5 CÁC NỘI DUNG THỰC HIỆN

- Nghiên cứu, phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy dập cắt

- Nghiên cứu các yêu cầu điều khiển và thiết kế hệ thống điều khiển cho máy

Chương 2: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1 CÁC YÊU CẦU CỦA MÁY

2.1.1 Công dụng:

Máy được thiết kế để có thể :

- Dập cắt các loại sản phẩm như: da, giả da, simili, cao su, nhựa, giấy,

- Dập được vật liệu ở dạng tấm hay cuộn

- Nạp chương trình hoạt động bằng tay hay nhận dữ liệu từ máy tính

2.1.2 Đặc điểm:

Các chuyển động chính của máy:

- Chuyển động tịnh tiến dọc của bàn máy: Sd

- Chuyển động tịnh tiến ngang của đầu dập: Sn

- Chuyển động xoay dao: Q

- Chuyển động tịnh tiến lên xuống của đầu dập: Vd

Các chuyển động phụ của máy:

- Chuyển động kẹp phôi nhờ vào các xylanh thủy lực

- Chuyển động xả cuộn và thu cuộn

- Đầu dập di động được điều khiển bởi đai ốc- trục vít cho phép dừng ở vị trí chính xác

- Đầu dập ngoài việc di chuyển theo phương ngang còn có cơ cấu xoay đầu dập

3600 cho phép dập với nhiều góc độ khác nhau

- Phần mềm sơ đồ rập cho phép tiết kiệm 5-7% nguyên vật liệu

- Bộ phận cấp liệu kiểu trục cuốn có kẹp chặt cùng với cách di chuyển bằng băng tải được chế tạo đặc biệt cho phép cung cấp nhiều lớp vật liệu mà không sợ trượt

- Hệ thống bánh đà với động cơ công suất nhỏ cho phép đạt được lực cắt lớn nhưng tiêu thụ điện năng ít

2.2 PHÂN TÍCH, SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHO MÁY

Phương án 1:

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý (phương án 1)

Hãng Atom S530T/OL: Hãng Chengfeng CF758

Hình 2.2: Máy dập cắt của các hãng trên thế giới sử dụng phương án 1

Theo phương án này thì : đầu dập truyền động theo phương ngang nhờ trục vít (4) và động cơ (2), thanh trượt (9) đảm bảo đầu dập không bị dao động trong quá trình di chuyển trục vít (14) và động cơ (17)

Khi đầu dập di chuyển tới vị trí cần dập thì xy lanh thủy lực (5) tác động lên dao dập sẩn phẩm Sao khi dập xong xy lanh trở về vị trí ban đầu , trục vít (4) chuyển động đưa đầu dập tới băng tải lấy sản phẩm ra (1) đẩy sản phẩm ra, sau đó trở về vị trí cần dập tiếp theo

Xy lanh (15) có nhiệm vụ điều khiển tay ép phôi (16) làm cho phôi không trượt trên mặt bàn trong quá trình di chuyển

Phương án 2:

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý (phương án 2)

Hãng Apmcorp CPC25 Hãng Atom S550CN

Hình 2.4: Máy dập cắt sử dụng phương án 2

Theo nguyên lý này đối với phôi dạng tấm thì chỉ cần đặt lên bàn máy và bàn máy sẽ di chuyển phôi theo chiều dọc của trục vít (22) và động cơ (21) Đối với phôi cuộn thì quá trình điều khiển phức tạp hơn Đầu tiên cuộn phôi được đưa lên giá đỡ nhờ xylanh (20) và cần (19) Khi này phôi di chuyển được theo phương dọc cũng nhờ vào bàn máy, bàn máy rút về thì xy lanh (17) xả tang kẹp phôi xuống bàn máy và phôi di chuyển theo bàn máy

Đầu dập làm nhiệm vụ di chuyển theo phương ngang nhờ vào trục vít (8) và động

cơ (9) Lúc di chuyển nhờ vào bánh xe đỡ (4) nên giảm được ma sát, tăng độ chính xác khi di chuyển đầu dập Khi đầu dập dập xuống thì 2 tang ép phôi (10) cũng đồng thời ép phôi xuống bàn máy nhằm cố định phôi không di chuyển khi đầu dập nhấc lên

Phương án 3:

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý (phương án 3) Theo phương án này thì tất cả các chuyển động chính đều tập trung ở đầu dập: bao gồm chuyển động di chuyển đầu dập và chuyển động dập tạo lực cắt Đầu dập di chuyển được theo 2 phương x,y nhờ 2 trục vít Trục vít 1 đưa đầu dập di chuyển theo phương x, trục vít 2 đưa đầu dập di chuyển theo phương y, cả 2 đều được điều khiển bằng động cơ servo Đầu dập thực hiện 2 chuyển động chính là: Chuyển động lên xuống tạo ra lực cắt và chuyển động quay để xoay vị trí dao Chuyển động tạo lực cắt được thực hiện nhờ vào xy lanh thuỷ lực và chuyển động xoay dao được thực hiện nhờ

Bàn dập có kích thước 1,6m x 1,6m có thể chuyển động tịnh tiến nhờ vào băng tải, đặc biệt có thể chịu được lực dập lớn, băng tải chuyển động được nhờ vào động cơ servo Khi dập vật liệu tấm ta cố định vật liệu lên bàn dập và cho đầu dập di chuyển tới

vị trí cần dập Khi dập vật liệu cuộn ta trải tấm vật liệu lên băng tải sau khi dập xong lần đầu băng tải sẽ vẫn chuyển đưa vật liệu vào để thực hiện tiếp quá trình dập Khi dập vật liệu cuộn ta cần thêm hệ thống xả cuộn được đặt rời bên ngoài

Phương án 4:

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý (phương án 4)

Sysco BT25.30.40.70 Hãng Atom SC750CN Hình 2.7: Máy dập cắt sử dụng nguyên lý 4

Với nguyên lý này thì phôi di chuyển theo phương dọc nhờ băng tải (10) Băng tải được truyển động bởi tang chủ động (2) và tang (12) đảm nhiệm việc căng băng tải nhằm tránh trường hợp băng tải bị chùng -> tang chủ động truyền chuyển động không chính xác phôi trước khi đưa vào được đỡ trên bệ đỡ phôi (10), lúc đưa phôi vào nhờ tang ép phôi (9) ép phôi xuống băng tải và phôi sẽ được đưa đến vị trí cần thiết theo phương dọc là nhờ vào chuyển động của băng tải

Đầu dập di chuyển theo phương ngang nhờ vào trục vít (5) khi đầu dập di chuyển đến vị trí cần dập thì xy lanh thuỷ lực (6) tác động ép dao dập vào chi tiết đồng thời lúc này 2 xy lanh (3) ép 2 tang ép xuống với mục đích ép phôi không để phôi không bị nhấc lên khi dao nâng lên Khi dao rút lên thì động cơ (4) có thể điều khiển bàn dao xoay tùy theo chương trình điều khiển

Đối với phôi tấm thì chỉ cần để phôi lên bàn đỡ phôi, còn phôi cuộn thì cần phải thêm bộ phận đỡ và xả cuộn

Phương án 5 :

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý (phương án 5)

Với nguyên lý này thì phôi di chuyển theo phương dọc nhờ con lăn (13), con lăn

đó nhờ con lăn (13) đưa phôivào đầu dập Sau khi phôi được dập xong sẽ được băng tải chuyển ra ngoài, băng tải được truyển động bởi tang chủ động (3) và tang (1) đảm nhiệm việc căng băng tải nhằm tránh trường hợp băng tải bị chùng

Đầu dập di chuyển theo phương ngang nhờ vào trục vít (9) khi đầu dập di chuyển đến vị trí cần dập thì xy lanh thuỷ lực (11) tác động ép dao dập vào chi tiết Khi dao rút lên thì động cơ (5) có thể điều khiển bàn dao xoay tùy theo chương trình điều khiển Đối với phôi tấm thì chỉ cần để phôi lên bàn đỡ phôi, còn phôi cuộn thì cần phải thêm bộ phận đỡ và xả cuộn

Phương án 6:

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý (phương án 6)

Nguyên lý chuyển động của máy chủ yếu dựa vào băng tải Phôi ban đầu được đưa vào bằng tay, phôi được băng tải (1’) đưa vào trong đồng thời con lăng (13) ép phôi sát vào băng tải để tăng ma sát để tránh hiện tượng trượt phôi Băng tải được truyển động bởi tang chủ động (3) và tang (1) đảm nhiệm việc căng băng tải nhằm tránh trường hợp băng tải bị chùng

Sau khi phôi đưa vào trong vùng dập cắt thì đầu dập bắt đầu thực hiện quá trình dập Đầu dập di chuyển theo phương ngang nhờ vào trục vít (9) khi đầu dập di chuyển

đến vị trí cần dập thì xy lanh thuỷ lực (11) tác động ép dao dập vào chi tiết Khi dao rút lên thì động cơ (5) có thể điều khiển bàn dao xoay tùy theo chương trình điều khiển Sau khi dập xong phần phế liệu sẽ được băng tải thứ (2’) và con lăn vận chuyển ra ngoài để thực hiện tiếp quá trình dập

Đối với phôi cuộn thì cần phải thêm bộ phận đỡ và xả cuộn

Phương án 7:

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý (phương án 7)

Nguyên lý chuyển động của máy chủ yếu dựa vào băng tải Phôi ban đầu được đưa vào bằng tay, phôi được băng tải đưa vào trong đồng thời con lăng (13) ép phôi sát vào băng tải để tăng ma sát để tránh hiện tượng trượt phôi Băng tải được truyển động bởi tang chủ động (3) và tang (1) đảm nhiệm việc căng băng tải nhằm tránh trường hợp băng tải bị chùng

Sau khi phôi đưa vào trong vùng dập cắt thì đầu dập bắt đầu thực hiện quá trình dập Đầu dập di chuyển theo phương ngang nhờ vào trục vít (9) khi đầu dập di chuyển đến vị trí cần dập thì xy lanh thuỷ lực (11) tác động ép dao dập vào chi tiết Khi dao rút lên thì động cơ (5) có thể điều khiển bàn dao xoay tùy theo chương trình điều khiển

Sau khi dập xong phần phế liệu sẽ được băng tải và con lăng vận chuyển ra ngoài để thực hiện tiếp quá trình dập

Đối với phôi cuộn thì cần phải thêm bộ phận đỡ và xả cuộn

Phương án 8:

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý (phương án 8)

Nguyên lý chuyển động giống phương án 5 nhưng vị trí đưa phôi vào ngược với phương án 5

Bảng đánh giá ưu điểm và nhược điểm của các phương án :

Các phương án Ưu iểm Nhược điểm

- Năng suất thấp

- Máy cồng kềnh

- Giá thành cao vì sử dụng 2 trục vít

bi

Phương án 2 - Đơn giản, dễ chế tạo

- Dễ bảo trì

- Giá thành thấp

- Năng suất thấp khi dập cuộn vì phải tốn thời gian hành trình chạy không của bàn máy

- Độ chính xác dập cuộn không cao

- Chương trình điều khiển phức tạp

Phương án 3 - Có thể dập 2 loại vật liệu

- Đầu dập di chuyển linh hoạt được điều khiển bằng trục vít bi cho độ chính xác cao

-Đối với vật liệu tấm không cần điều chỉnh nhiều

- Máy đa năng có thể dập nhiều dạng vật liệu đầu vào

- Sử dụng 2 trục vít

bi nên giá thành cao

- Kích thước lớn cồng kềnh

- Lực dập cắt tác động trực tiếp lên băng tải->dễ hư băng tải

Phương án 4 - Kết cấu đơn giản

- Có thể dập cho cả 2 loại vật liệu dang tấm và cuộn

- Do vị trí băng tải nên khó cho việc tháo lắp

6 7

Chiều phôi vào 13

- Di chuyển bằng vít bi nên đạt độ chính xác cao

- Máy tương đối gọn

- Năng suất cao

- Bộ phận cấp vật liệu trục cuốn có kẹp chặt có thể cung cấp nhiều lớp vật liệu mà không sợ trượt

- Nếu dùng vít bi với động cơ servo thì giá thành sẽ rất cao

Phương án 5 - Kết cấu đơn giản

- Có thể dập cho cả 2 loại vật liệu dạng tấm và cuộn

- Di chuyển bằng vít bi nên đạt độ chính xác cao

- Máy tương đối gọn

- Năng suất cao

- Bộ phận cấp vật liệu trục cuốn có kẹp chặt có thể cung cấp nhiều lớp vật liệu mà không sợ trượt

- Dao cắt không trưc tiếp tác động vào băng tải

- Giá thành cao

- Vật liệu dạng cuộn sẽ khó di chuyển do băng tải không đi qua vùng dập

- Hệ thống điều khiển phức tạp

Phương án 6 - Kết cấu đơn giản

- Có thể dập cho cả 2 loại vật liệu dang tấm và cuộn

- Di chuyển bằng vít bi nên đạt độ chính xác cao

- Máy tương đối gọn

- Năng suất cao

- Bộ phận cấp vật liệu trục cuốn có kẹp chặt có thể cung cấp nhiều lớp vật liệu mà không sợ trượt

- Dao cắt không trưc tiếp tác động vào băng tải

-Dễ bảo trì sửa chữa

- Giá thành cao

- Vật liệu dạng cuộn sẽ khó di chuyển do băng tải không đi qua vùng dập

- Hệ thống điều khiển phức tạp

Phương án 7 - Rẻ tiền do không dùng

băng tải chuyên dùng

- Có thể dùng thớt để mài dao

- Có thể dập cho cả 2 loại vật liệu dang tấm và cuộn

- Di chuyển bằng vít bi nên đạt độ chính xác cao

- Máy tương đối gọn

- Năng suất cao

- Bộ phận cấp vật liệu trục

- Giá thành cao

- Kết cấu phức tạp

- Vật liệu dạng cuộn sẽ khó di chuyển do băng tải không đi qua vùng dập

cuốn có kẹp chặt có thể cung cấp nhiều lớp vật liệu mà không sợ trượt

- Dao cắt không trưc tiếp tác động vào băng tải

Phương án 8 - Kết cấu đơn giản

- Có thể dập cho cả 2 loại vật liệu dạng tấm và cuộn

- Di chuyển bằng vít bi nên đạt độ chính xác cao

- Máy tương đối gọn

- Năng suất cao

- Bộ phận cấp vật liệu trục cuốn có kẹp chặt có thể cung cấp nhiều lớp vật liệu mà không sợ trượt

- Dao cắt không trưc tiếp tác động vào băng tải

- Linh động hơn phương án

5, vật liệu đưa vào bằng băng tải tới vị trí dập chính xác

- Kết cấu phức tạp

- Giá thành cao

- Vật liệu dạng cuộn sẽ khó di chuyển do băng tải không đi qua vùng dập

Áp dụng phương pháp chuyên gia có thể đánh giá tổng hợp các phương án theo những tiêu chí được trình bày ở bảng 2.1

Trong đó A là cột điểm/10 và B là giá trị của cột điểm/10 nhân cho trọng số

Bảng 2.1 Đánh giá tổng hợp các phương án

Phương án 1

Phương án 2

Phương án 3

Phương án 4

Phương án 5

Phương án 6

Phương án 7

Phương án 8

Chỉ tiêu Trong

số

A B A B A B A B A B A B A B A B Khả

Thông qua bảng chấm điểm trên phương án số 4 được chọn để thiết kế Theo phương án này thì máy có kết cấu đơn giản, có thể dập được vật liệu ở cả dạng cuộn lẫn tấm

2.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY

2.3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐỘNG

Sơ đồ động của máy dập cắt:

Chiều phôi vào Chiều phôi ra

Hình 2.12: Sơ đồ động của máy dập cắt

v1: Vận tốc di chuyển đầu dập (m/s)

v2: Vận tốc di chuyển băng tải (m/s)

Vp1: Vận tốc xylanh dập (mm/s)

Vp2: Vận tốc lùi xylanh (mm/s)

n1: Vận tốc xoay dao (vòng/phút)

n2: Vận tốc quay tang (vòng/phút)

2.3.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Các chuyển động cơ bản của máy:

+ Đầu dập di chuyển theo phương ngang ( phương x)

+ Chuyển động băng tải là chuyển động của bàn máy theo phương dọc (phương y)

+ Chuyển động dập của đầu dập theo phương thẳng đứng(phương z) + Chuyển động quay dao của đầu dập u (quay quanh z )

Sơ đồ nguyên lý:

Động cơ xoay dao

Động cơ băng tải

Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy

Nguyên lý hoạt động:

+ Phôi dạng tấm hay cuộn sẽ được băng tải đưa tới vùng dập Để tăng

ma sát cũng như độ chính xác dịch chuyển của phôi sẽ có 2 trục lăn tang ép để ép phôi xuống băng tải nhờ 2 xy lanh thủy lực F và G

+ 2 bên vùng dập có 2 thanh kẹp dùng để giữ cố định phôi 2 thanh kẹp này chuyển động được nhờ 4 xylanh thuỷ lực B , C , D và E

+ Đầu dập gồm có: xylanh thủy lực A, động cơ quay dao , bàn dao và dao cắt Để thực hiện quá trình dập thì đầu dập sẽ di chuyển theo phương x nhờ vào trục vít đến vị trí cần dập, sau đó xylanh thủy lực sẽ ép bàn dao có gắn dao cắt xuống phôi để cắt phôi Đối với những mẫu cắt có góc quay thì đầu dập ngoài khả năng dập còn có thể xoay dao 360 · nhờ động cơ xoay dao xoay bánh răng để xoay dao

+Sau khi hoàn thành xong 1 hàng, 2 thanh kẹp nhả phôi, băng tải kéo

2.3.3 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT

Số xy lanh thủy lực: 7 xy lanh

- 6 xy lanh Þ40mm dùng để ép phôi xuống băng tải

- 1 xy lanh Þ160mm, là xy lanh chính dùng để thực hiện dập cắt

L

H

Hình 2.14: Sơ đồ kích thước máy

* Thông số kỹ thuật của máy :

Lực dập cắt (thuỷ lực)

Khoảng cách lớn nhất từ dao cắt đến

mặt bàn (h1)

Kích thước đầu dập (d x d)

Tốc độ dịch chuyển đầu dập

Vận tốc băng tải

Tốc độ dập

Vùng dập cắt

Số động cơ

: :

: : : : : :

25 tấn 250mm

400 x 400mm 0,7 m/s

0,7 m/s

100 - 120 mm/s

400 x 1600mm

4 động cơ: - Động cơ bơm dầu

- Động cơ trục vít

Kích thước máy: (W x L x H)

Khối lượng dự kiến

Sử dụng nguồn điện

: : :

- Động cơ quay dao

- Động cơ quay băng tải

2100 x 2100 x 2200mm 2,5 tấn

220V

2.4 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ CHO HỆ THỐNG

Động cơ cho trục vít và băng tải:

Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật đưa ra, ta chọn động cơ để truyền động cho trục vít và băng tải là động cơ servo Vì máy dập cắt hoạt động dựa trên những mẫu sắp xếp tối

ưu mà phần mềm FCS 5.0 đã đưa ra, do đó cần có sự phối hợp các chuyển động giữa bàn máy và đầu dập thật chính xác để đầu dập di chuyển đến đúng toạ độ mà phần mềm FCS 5.0 đưa ra Vì thế chỉ có động cơ servo mới có thể đáp ứng được những yêu cầu được nêu Mặc dù giá thành hơi cao nhưng những lợi ích mà nó mang lại rất lớn

Vì vậy ta chọn động cơ servo để truyền động cho trục vít và băng tải

Động cơ xoay đầu dập:

Ngoài những chuyển động của trục vít và băng tải ra thì chuyển động xoay dao cũng hết sức quan trọng vì: mỗi mẫu sắp xếp có một góc quay nhất định đặc trưng cho nó nên những mẫu sắp xếp tối ưu không chỉ thể hiện một vị trí góc của mẫu mà góc quay của mẫu sẽ thay đổi để đạt được khả năng sắp xếp tối ưu

Vì vậy việc chọn lựa động cơ để thực hiện chính xác một góc quay cho dao cắt rất quan trọng, ta nhận thấy chỉ có động cơ bước mới có thể đem lại hiệu quả

2.5 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ CẦN THIẾT CHO BỘ TRUYỀN

Công suất cần thiết của các loại động cơ cho trục vít, băng tải và động cơ xoay dao: Trục vít:

Ta chọn trục vít của hãng SKF có kích thước như sau:

Hình 2.15: Trục vít và đai ốc kiểu SL/TL 50x50R của hãng SKF

Trục vít Đai ốc Lỗ bôi trơn Loại

d2 d1 D D1 A1 A A2 A3 J G Q SL/TL 50x50R 43,5 49,1 85 125 60 134 25 25,5 105 6xM10 M8x1

Hình 2.16: Kích thước đai ốc trục vít

-Trục vít được cấu tạo bởi hệ thống bi vòng cho độ chính xác cao, và tiếng ồn thấp

- Lực tác dụng lên trục vít là 3771,4 N

Đai ốc của trục vít kéo đầu dập di chuyển với vận tốc: 0,7 m/s, độ dịch chuyển ngang 50mm/vòng với tải trọng ngang 2000N

- Động cơ kéo băng tải: chọn động cơ servo có công suất phù hợp là 3HP

- Động cơ xoay dao:

Chọn bánh răng xoay dao có đường kính Þ400mm Chọn động cơ có số vòng quay đồng bộ: ndb=600 (vg/ph), lực mà động cơ cần có để làm đầu dập dịch chuyển với vận tốc 0,7 m/s là: F=30kG=300N

Cần chọn động cơ xoay dao là động cơ bước có công suất phù hợp là 0,56HP

2.6 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN HỆ THỐNG THỦY LỰC

Đặc điểm:

Máy dập cắt hoạt động trên cơ sở của truyền động bằng dầu ép Truyền động dầu ép được thực hiện bằng cách cung cấp cho dầu một năng lượng dạng thế năng (bơm dầu nén dưới một áp suất nhất định), sau đó thế năng của dầu được chuyển thành

cơ năng (áp suất dầu đẩy piston di động ) để hoàn thành một công việc nhất định

* Ưu điểm của truyền động bằng thuỷ lực:

+ Dễ thực hiện việc truyền dẫn vô cấp và tự động điều chỉnh vận tốc chuyển động của bộ phận làm việc trong các máy ngay cả khi máy đang làm việc

+ Công suất làm việc lớn

+ Cho phép đảo chiều chuyển động bộ phận làm việc của máy dễ dàng + Có thể bảo đảm cho máy làm việc ổn định không phụ thuộc vào sự thay đổi của tải trọng ngoài

+ Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ do trọng lượng trên một đơn vị công suất của truyền động nhỏ

+ Do chất lỏng làm việc trong truyền động thủy lực chủ yếu là dầu khoáng nên dễ có điều kiện bôi trơn tốt các chi tiết

+ Truyền động êm hầu như không có tiếng ồn

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm trên, ta cũng cần lưu ý đến nhược điểm của truyền động thủy lực làm hạn chế phạm vi hoạt động của nó như vận tốc truyền động bị hạn chế vì phải đề phòng hiện tượng va đập thủy lực, tổn thất cột áp và tổn thất công suất lớn

Sơ đồ hệ thống thuỷ lực:

Hệ thống truyền động bằng thuỷ lực gồm 2 phần chính là cơ cấu biến đổi năng lượng (bơm dầu, động cơ dầu, xy lanh truyền lực) và cơ cấu điều khiển điều chỉnh (các loại van) Ngoài ra còn một số thiết bị khác để bảo đảm sự làm việc bình thường cũng như thoả mãn một số yêu cầu đối với hệ thống thuỷ lực

Chiều phôi vào Chiều phôi ra

Hì2.17 Sơ đồ bố trí các xy lanh

Hệ thống thủy lực được bố trí trên máy như hình vẽ, nhằm thực hiện 3 chuyển động :

- Chuyển động dập cắt phôi : xy lanh A , lực dập 25 tấn

- Chuyển động kéo tang ép xuống ép phôi vào băng tải : dùng 2 xy lanh F và G ở hai đầu tang ép , lực kẹp 50 N

- Chuyển động kéo thanh kẹp ép phôi xuống băng tải để cố định phôi khi dập cắt : dùng 4 xy lanh B, C , D và E , lực ép 50 N

Hình 2.18: Sơ đồ mạch thủy lực

Khi động cơ (11) quay làm cho bơm (2) làm việc, bơm sẽ hút dầu ở bể (1) qua bộ lọc dầu (5) đưa đến các van phân phối Khi phôi vào tới vị trí của tang ép thì hệ thống

lanh F và G Nhận được tín hiệu f0 và g0 , van này sẽ hoat động theo vị trí bên trái , nghĩa là cửa P thông với cửa B và cửa A thông với cửa T Lúc này dầu từ P qua cửa B đến buồng b làm cho áp lực ở buồng b lớn hơn áp lực ở buồng a của xy lanh, đẩy xy lanh

F và G lùi về kéo tang ép xuống

+ Khi phôi vào vùng dập thì hệ thống điều khiển sẽ phát đồng thời tín hiệu kích solenoid b0 , c0 , d0 và e0 đến van phân phối cho 4 xy lanh B , C , D và E Nhận được tín hiệu b0 , c0 , d0 và e0, van này sẽ hoat động theo vị trí bên trái , nghĩa là cửa P thông với cửa B và cửa A thông với cửa T Lúc này dầu từ P qua cửa B đến buồng b làm cho áp lực ở buồng b lớn hơn áp lực ở buồng a của xy lanh, đẩy xy lanh B , C , D và E lùi về kéo thanh kẹp xuống cố định phôi khi dập cắt

+ Khi phôi đã được cố định thì hệ thống điều khiển sẽ phát tín hiệu kích solenoid a0 đến van phân phối cho xy lanh A Nhận được tín hiệu a0, van này sẽ hoat động theo

vị trí bên trái , nghĩa là cửa P thông với cửa A và cửa B thông với cửa T Lúc này dầu từ

P qua cửa A tác động đến “van tác động bằng áp dầu” làm cho van này họat động vị trí bên trái đưa dầu từ P đến buồng a Dầu vào buồng a làm cho áp lực buồng này lớn hơn buồng b nên đẩy xy lanh dập xuống cắt vật liệu Khi chấm dứt hành trình đi xuống của

xy lanh dập thì hệ thống điều khiển phát tín hiệu kích solenoid a1 đưa xy lanh lùi về Quá trình làm việc của hệ thống được lập đi lập lại theo chu kỳ ổn định của hành trình cắt cho đến hết bề ngang phôi

Sau đó tín hiệu sẽ kích đồng thới b1,c1,d1,e1 để nhấc 2 thanh kẹp nhả phôi ra, sau đó băng tải chuyển động đẩy phôi vào để thực hiện tiếp 1 hàng

Quá trình này cứ thực hiện cho đến khi hết chiều dài phôi

Các thông số của hệ thống thủy lực:

* Xylanh kẹp chi tiết:

Ta chọn sơ bộ đường kính xylanh d=40mm Theo kết quả tính toán ở tài liệu [1] để sinh ra lực kẹp F=50N cần có áp suất cung cấp cho 1 xylanh là 0,4 bar

Hệ thống gồm 6 xylanh kẹp => P =P2 2'.6=0,4.6=2,4 (bar)

Aùp suất tổng cộng cho hệ thống: P=P +P =125+2,4=127,4(bar)1 2

Để đơn giản ta xem những thất thoát áp suất qua các van và trên đường ống là 30% trên tổng áp suất do bơm cung cấp

Vậy áp suất làm việc của hệ thống bơm là:

124,8.10

60.0,02

* Động cơ bơm dầu:

Công suất động cơ bơm là 9 (kW), hiệu suất Moment là: 0,98, công suất động cơ điện là 9,2(kW)

Công suất : N=11(kw)

Vận tốc quay n=2907 v/ph

* Lựa chọn các thông số của thùng dầu:

Bồn chứa dầu là hệ thống lưu trữ dầu và cung cấp lượng dầu cần thiết cho hệ thống thủy lực Ngoài ra bồn chứa dầu cần phải có diện tích bề mặt tương đối để có thể giải nhiệt cho dầu khi đi từ hệ thống về

a Tính sơ bộ kích thước thùng dầu :

3a

2a

Chọn loại bồn chứa dầu với các số liệu như hình trên

Ta có lưu lượng tối đa mà hệ thống cần là 130 l/p

Aùp suất vận hành tối đa của hệ thống khoảng 200 bar

Công suất động cơ điện 9 KW

Thời gian bơm chạy không tải là 60% thời gian vận hành máy

Hiệu suất của hệ thống khi có tải là 85%

Nhiệt độ vận hành của dầu là từ 15 o C

đến 50o C

- Kích thước thùng là 0,25m x 0,5 m x 0,75 m

- Thể tích dầu chứa được là 0,3 x 0,6 x 0,9 = 0,162 m3 = 162lit

- Lượng dầu chứa dùng cho hệ thống là 162 * 80% = 129 lit

KẾT LUẬN:

Chương này trình bày những yêu cầu kỹ thuật, nguyên lý hoạt động và lựa chọn các phương án truyền động và điều khiển hệâ thống Đồng thời tính toán, lựa chọn các thông số thiết kế hệ thống của máy như: hệ thống thuỷ lực và hệ thống truyền động

Chương 3: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

3.1 HỆ THỐNG CAD/CAM TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT GIÀY DÉP

Hiện nay thế giới đã ứng dụng rộng rãi các hệ thống CAD/CAM, các phần mềm chuyên dụng vào trong sản xuất giày, dép Điển hình là hệ thống CAD/CAM trong công nghiệp giày dép của hãng Parmel

Sơ đồ hệ thống CAD/CAM trong công nghiệp sản xuất chi tiết giày dép được trình bày ở hình 3.1

Hệ thống bắt đầu từ việc số hoá phom giày, sau khi kiểm tra, phom giày số được chuyển vào ngân hàng dữ liệu phom cho bộ phận thiết kế trên máy tính để thiết kế ra mẫu phom mới Các hệ thống khác, như: hệ thống thiết kế mẫu và nhảy cỡ, hệ thống tính chi phí vật liệu, hệ thống thiết kế khuôn, hệ thống lập trình CNC đều dùng dữ liệu của mẫu phom mới thiết kế và đều được thực hiện trên máy tính

Dữ liệu của hệ thống thiết kế mẫu và nhảy cỡ được chuyển tới hệ thống sắp xếp trên máy tính, rồi tới các hệ thống cắt Dữ liệu này còn được lưu trữ vào ngân hàng dữ liệu mẫu cho sử dụng sau này Dữ liệu của hệ thống lập trình CNC được chuyển tới hệ thống sản xuất khuôn và gia công phom giày trên máy CNC

CAD cho công đoạn rập mẫu

Sử dụng dữ liệu CAD đã thiết kế để tối ưu hoá việc sắp xếp vật liệu sao cho chi phí bỏ đi của vật liệu là nhỏ nhất,

Hình 3.2 CAD cho công đoạn rập mẫu

Hình 3.3 CAD cho giai đoạn giác sơ đồ

Hệ thống CAM cho việc cắt vật liệu theo sơ đồ sắp xếp tối ưu:

Các biên dạng này sẽ được định sẵn nhờ phần mềm và chuyển thành dữ liệu dạng số, từ đây chúng ta cần nghiên cứu phần điều khiển để đọc các file dữ liệu số này đưa vào các máy NC, CNC để gia công Với các loại máy, công đoạn cắt mang tính tự động hoá cao như máy dập cắt NC/CNC, máy có đầu dập di động được đồng thời máy được điều khiển số nên đạt được độ chính xác và tính linh hoạt cao Nhờ có chương trình sắp xếp tối ưu nên việc tiết kiệm nguyên vật liệu (có thể từ 10%-20%) và tăng năng suất (có thể gấp 10 lần)

Hình 3.4 Máy dập cắt CNC