Hệ thống tự động cung cấp phôi liệu và gia công CIM và FMS

Khái niệm vềCIM tuy chưa được xuất hiện từ lâu vào đầu những năm 70 nhưng ngày nay đã trở nên quen thuộc trong nền sản xuất hiện đại, cùng với sự phát triển của sảnxuất, sự phát triển

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CIM VÀ FMS 4

1.1 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TÍCH HỢP CÓ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH CIM 4

1.1.1.ĐỊNH NGHĨA VỀ CIM 4

1.1.2.ỨNG DỤNG CỦA CIM 5

1.1.3.HIỆU QUẢ CỦA CIM 5

1.1.4.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA CIM 6

1.2.TÌM HIỂU VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 6

1.2.1.ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 6

1.2.2.CẤU TẠO CHUNG CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG HỆ THỐNG CIM 8

1.2.3.PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP 10

1.2.3.1.Phân loại theo kết cấu 10

1.2.3.2.Phân loại theo hệ thống truyền động 11

1.2.3.3.Phân loại theo ứng dụng 11

1.2.3.4 Phân loại theo cách thức vụ đặc trưng của phương pháp điều khiển 11

1.2.4.ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG HỆ THỐNG CIM 11

1.2.5.CÁC YÊU CẦU ĐỒI VỚI CÁC ROBOT CÔNG NGHIỆP HOẠT ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG CIM 12

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 13

2.1.CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 13

2.1.1.KHÁI NIỆM 13

2.1.2 PHÂN LOẠI 14

2.1.3.Ý NGHĨA CỦA CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 14

2.2.TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 15

2.2.1.CÁC THÀNH PHẦN CHỦ YẾU CỦA HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 15

2.2.2.PHỄU CHỨA PHÔI 17

2.2.2.1.Ổ cấp phôi thanh hoặc phôi cuộn 17

2.2.2.2.Phễu chứa phôi rời 20

2.2.3.MÁNG CHUYỂN PHÔI 26

2.2.4.BỘ PHẬN LÀM PHÙ HỢP TỐC ĐỘ PHÔI, PHÂN CHIA PHÔI VÀ CHUYỂN HƯỚNG 28

2.2.5.BỘ PHẬN PHÂN CHIA PHÔI VÀ CHUYỂN HƯỚNG 31

2.2.6.CƠ CẤU NẮM BẮT PHÔI 34

CHƯƠNG III: CẤU TẠO CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG 38

3.1 KHÁI NIỆM 38

3.2 MỤC TIÊU CỦA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 39

3.3 KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG NHANH VÀ TẠO NHANH CÁC SẢN PHẨM 40

3.4 NGUYÊN TẮC CỦA QUÁ TRÌNH TỰ ĐỘNG HOÁ SẢN XUẤT 41

3.5 CẤU TRÚC CHUNG CỦA MỘT HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG 42

3.5.1 KHỐI CHẤP HÀNH 43

3.5.1.1 Các hệ thống dẫn động 43

3.5.2 KHỐI ĐIỀU KHIỂN 46

3.5.2.1 Hệ điều khiển cứng 46

3.5.2.2 Hệ điều khiển lập trình được ( PLC ) 47

3.5.3 VAN DẪN ĐỘNG 47

3.5.4 CẢM BIỂN 48

LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết, khoa học máy tính ra đời từ những năm 70 của thế

kỷ trước Cho đến ngày nay, công nghệ khoa học máy tính phát triển như vũ bão

đã kéo theo sự đổi thay đáng kể của rất nhiều lĩnh vực trong xã hội loài người.Máy vi tính được ứng dụng vào mọi mặt của đời sống xã hội, từ công sở, trườnghọc, bệnh viện, sân bay đến nhà hát, sân vận động… Nền kinh tế thế giới cũngnhờ đó mà phát triển nhanh chóng Các nhà máy sản xuất theo phương pháptruyền thống trước đây cũng được nâng cấp phát triển dần dần thành hệ thốngsản xuất tự động hoá từng phần, toàn phần, rồi phát triển thành các dây chuyềnsản xuất tiên tiến, thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và cuối cùng là hệthống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính CIM Những nhà máy CIM rađời đã tạo ra năng suất, chất lượng sản phẩm rất cao Trong quá trình hoạt độngcủa nhà máy, máy vi tính tham gia vào quản lý từ khâu ban đầu là thiết kế sảnphẩm, cho tới gia công, kiểm tra chất lượng và cuối cùng là tính giá thành sảnphẩm, năng suất sản xuất và phân phối sản phẩm chất lượng ra thị trường hànghoá một cách hiệu quả và kinh tế nhất

Trên thế giới hệ thống sản xuất CIM đang dần được triển khai tại một sốnước Việt Nam là nước đang phát triển, công nghệ sản xuất truyền thống cònnhiều Vậy nên để thúc đẩy nền kinh tế Việt Nam đi lên, dần ngang bằng với cácnước trên thế giới thì việc ứng dụng các hệ thống sản xuất CIM trong côngnghiệp là một xu hướng tất yếu trong những năm tới và trong tương lai sau này

Chính vì vậy em đã chọn đề tài cho đồ án công nghệ của mình là: “hệ thống tự động cung cấp phôi liệu và gia công, CIM và FMS” Đây là một đề tài

rộng và khó Tuy chỉ là ở mức độ tìm hiểu nhưng do tài liệu lí thuyết cũng nhưkiến thức, cơ sở thực tế ở nước ta còn rất ít Và do thời gian tìm hiểu và nghiêncứu tài liệu còn hạn chế nên bài làm của em chắc chắn không tránh khỏi nhữngthiếu sót

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CIM VÀ FMS 1.1 TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TÍCH HỢP CÓ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH CIM.

1.1.1 ĐỊNH NGHĨA VỀ CIM

CIM ( computer Integrated Manufacturing ) là hệ thống sản xuất tự độnghoàn chỉnh có sự trợ giúp của máy tính Trong hệ thống CIM các chức năngthiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau, cho phép tạo ra những sản phẩmnhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả Khái niệm vềCIM tuy chưa được xuất hiện từ lâu ( vào đầu những năm 70 ) nhưng ngày nay

đã trở nên quen thuộc trong nền sản xuất hiện đại, cùng với sự phát triển của sảnxuất, sự phát triển của khoa học công nghệ đặc biệt là trong lĩnh vực tự độnghoá và phần mềm máy tính thì một hệ thống CIM được triển khai ở một cơ sởsản xuất công nghiệp ngày càng trở nên quen thuộc và trở thành chiến lược nềntảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất tự động thông qua các máytính hoặc các bộ vi xử lí

Hiệp hội các nhà sản xuất SME ( Society of Manufacturing Engineers )

định nghĩa về CIM như sau: CIM là hệ thống tích hợp có khả năng cung cấp sự trợ giúp của máy tính cho tất cả các chức năng thương mại của một nhà máy sản xuất, từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng, thiết kế, sản xuất, cho đến khâu phân phối sản phẩm đến tay khách hàng.

Một hệ thống CIM có thể được xem tạo thành từ các phân hệ sau:

CAD,CAM,CAP,CAPP; Các tế bào gia công; Hệ thống cấp liệu; Hệ thống lắpráp linh hoạt; Hệ thống mạng LAN nội bộ liên kết các thành phần trong hệthống; Hệ thống kiểm tra và các thành phần khác

1.1.2 ỨNG DỤNG CỦA CIM

Với hệ thống CIM, nó có khả năng cung cấp sự trợ giúp máy tính cho tất

cả các chức năng thương mại, bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn đặthàng cho đến cung cấp, phân phối sản phẩm của một nhà máy

CIM tham gia vào môi trường sản xuất công nghiệp: điều khiển robot,lắp ráp, gia công, sơn phủ đánh bóng, gia công hàn, kiểm soát chất lượng sảnphẩm, đóng gói, vận chuyển và phân phát hàng hoá

CIM tham gia vào các quá trình công nghệ: thiết kế và sản xuất có trợgiúp máy tính (CAD/CAM) Lập kế hoạch sản xuất và quy trình công nghệ cótrợ giúp của máy tính (Computer Aided Process Planning/ Computer AidedEngineering (CAPP/CAE)

CIM bao gồm mạng và các hệ thống: các phần cứng và phần mềm truyềnthông trong nhà máy, quản lý thông tin dữ liệu bao gồm cả việc thu thập, lưu trữ

và truy xuất dữ liệu

CIM tham gia vào việc cải thiện không ngừng các quá trình sản xuất: lập

kế hoạch và kiểm soát nguyên liệu đầu vào, các hệ thống theo dõi và kiểm soátchất lượng, các kỹ thuật và phương pháp thanh tra giám sát như lập kế hoạch vàquản lý nguồn lực sản xuất, lập kế hoạch và quản lý nguồn lực công ty, kiểm trachất lượng toàn bộ và phương thức sản xuất đáp ứng kịp thời sự thay đổi nhanhchóng của các chủng loại sản phẩm

1.1.3 HIỆU QUẢ CỦA CIM

Trong hệ thống CIM cho phép sử dụng tối ưu các thiết bị, nâng cao năngxuất lao động, luôn ứng dụng các công nghệ tiên tiến và giảm thiểu sai số gây rabởi con người, kinh nghiệm sử dụng CIM cho thấy những lợi ích điển hình sauđây:

Nhanh chóng cho ra đời sản phẩm mới kể từ lúc nhận đơn đặt hàng:

Giảm 15-30% giá thành thiết kế

Giảm 30-60% thời gian chế tạo chi tiết

Tăng năng suất lao động lên tới 40-70%

Nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm được 20-50% phế phẩm

Quản lý vật tư hàng hoá sát thực tế hơn

Tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường

Hoàn thiện được phương pháp thiết kế sản phẩm.

1.1.4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA CIM

Để thúc đẩy sự phát triển của CIM cũng như thúc đẩy sự phát triển củasản xuất một số hướng nghiên cứu về CIM đang được nhiều nhà khoa học tiếnhành như sau:

Hợp lí hoá CIM và chiến lược quản lí CIM: Đảm bảo cho các nhà quản lýnắm vững các nguyên tắc ứng dụng CIM trong môi trường sản xuất của mình Nhà máy tích hợp CIM với các ranh giới địa lí trên phạm vi toàn cầu: Cấu trúc

và mô hình hoá các nhà máy tích hợp được nghiên cứu trên cơ sở hợp tác vàliên kết toàn cầu về quản lí và chia sẻ dữ liệu

Mạng liên kết của CIM: Nghiên cứu các ứng dụng mạng trên phạm virộng và Internet cho CIM, tăng cường sự trao đổi thông tin bằng dữ liệu tíchhợp, mối quan hệ giữa khách hàng và nhà cung cấp, các dữ liệu về quản lí trong

hệ thống CIM

Công cụ và công nghệ tiên tiến cho việc ứng dụng CIM: Nghiên cứu vềứng dụng robot trong sản xuất, nâng cao tính tự động hoá trong sản xuất, ứngdụng trí tuệ nhân tạo

Mô hình hệ thống sản xuất: Tích hợp các mô hình thông tin với các môhình chức năng của CIM, mô hình mô phỏng tích hợp của CIM và các hệ thốngthiết kế của CIM

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI-Artificial Intelligence) như Logic mờ,mạng Noron tích hợp vào trong các hệ thống sản xuất

1.2 TÌM HIỂU VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP

1.2.1 ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP

Hiện nay có nhiều định nghĩa về Robot, có thể điểm qua một số định nghĩanhư sau :

Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) :

Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể lập trình,lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục toạ độ;

có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất : chi tiết, dao

cụ, gá lắp theo những hành trình thay đổi đã chương trình hoá nhằm thựchiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau

Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America) :

Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình được thiết

kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thôngqua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụkhác nhau

Định nghĩa theo ΓOCT 25686-85 (Nga) :

Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di độngđược, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình,

có thể lập trình lại để hoàn thành các chức năng vận động vụ điều khiển trongquá trình sản xuất

Có thể nói Robot công nghiệp là một máy tự động linh hoạt thay thế từngphần hoặc toàn bộ các hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của con ngườitrong nhiều khả năng thích nghi khác nhau

Robot công nghiệp có khả năng chương trình hoá linh hoạt trên nhiều trụcchuyển động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng Robot công nghiệp đượctrang bị những bàn tay máy hoặc các cơ cấu chấp hành, giải quyết những nhiệm

vụ xác định trong các quá trình công nghệ : hoặc trực tiếp tham gia thực hiệncác nguyên công (sơn, hàn, phun phủ, rót kim loại vào khuôn đúc, lắp ráp máy ) hoặc phục vụ các quá trình công nghệ (tháo lắp chi tiết gia công, dao cụ, đồ gá .) với những thao tác cầm nắm, vận chuyển và trao đổi các đối tượng với cáctrạm công nghệ, trong một hệ thống máy tự động linh hoạt, được gọi là “Hệthống tự động linh hoạt robot hoá” cho phép thích ứng nhanh và thao tác đơngiản khi nhiệm vụ sản xuất thay đổi

Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏiứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá sản xuất Đặc biệt là trong các

hệ thống CIM, tính tự động hoá của hệ thống sản xuất tích hợp và yêu cầu linhhoạt trong việc thay đổi sản phẩm đòi hỏi ứng dụng một số lượng lớn các robotcông nghiệp thực hiện các chức năng chủ yếu như cấp phôi cho các trung tâm

gia công, gắp các chi tiết ra sau khi đã gia công, thực hiện quá trình lắp ráp tựđộng.

1.2.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG HỆ THỐNG

CIM

Các bộ phận cấu thành robot công nghiệp:

Các bộ phận chủ yếu của robot công nghiệp trong hệ thống CIM được trình bàytrong hình vẽ:

Hình 1: Cấu tạo chung của robot công nghiệp.

Tay máy:

Là thành phần quan trọng, nó quyết định khả năng làm việc của robot.Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của tayngười; tuy nhiên ngày nay, tay máy được thiết kế rất đa dạng, nhiều cánh tayrobot có hình dáng rất khác xa cánh tay người Trong thiết kế và sử dụng taymáy, chúng ta cần quan tâm đến các thông số hình - động học, là những thông

số liên quan đến khả năng làm việc của robot như : tầm với (hay trường côngtác), số bậc tự do (thể hiện sự khéo léo linh hoạt của robot), độ cứng vững, tảitrọng vật nâng, lực kẹp

Tay máy bao gồm một tập các thành phần liên kết cơ học được nối vớinhau bằng các khớp Các khớp thường là các khớp quay hoặc các khớp trượt

Thành phần cuối được gọi là thành phần thực hiện cuối vì đó là thành phần gắndụng cụ hoặc vật tác động Các cơ cấu chấp hành được sử dụng để điều khiểnchuyển động của các khớp của tay máy, một số khớp là khớp chủ động (cáckhớp còn gắn các cơ cấu chấp hành) và một số khác là khớp bị động.

Dụng cụ thao tác:

Được gắn trên khâu cuối của robot, dụng cụ của robot có thể có nhiềukiểu khác nhau như : dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các công cụ làmviệc như mỏ hàn, đá mài, đầu phun sơn

Cơ cấu chấp hành:

Các cơ cấu chấp hành thường là loại tuyến tính hoặc quay, chúng có thể

là dạng thuỷ lực, khí nén hoặc điện, trong đó cơ cấu chấp hành chạy bằng nănglượng điện (động cơ) phù hợp và thường được sử dụng nhiều nhất cho các ứngdụng có tốc độ cao, tải trung bình và nhỏ trong khi các cơ cấu chấp hành thuỷlực phù hợp với các ứng dụng có tốc độ thấp là tải làm việc lớn Các cơ cấuchấp hành khí nén được ứng dụng trong các ứng dụng tương tự cơ cấu chấphành thủy lực nhưng với tải làm việc nhỏ Nguyên nhân để các cơ cấu chấphành khí nén cũng được sử dụng trong công nghiệp vì trong hầu hết các nhàmáy đều đã có sẵn các trạm khí nén tập trung

- Đầu ra của cơ cấu chấp hành có chế độ động học khác chuyển động của khớp(động cơ chuyển động quay so với khớp trượt chuyển động tịnh tiến hoặc động

cơ tuyến tính với chuyển động khớp là quay)

- Các cơ cấu chấp hành có khối lượng lớn không phù hợp với việc lắp đặt trựctiếp trên khớp liên kết

Bộ điều khiển:

* Cảm biến.

Để điều khiển một Robot ta cần biết vị trí của các khớp liên kết nên cần

có các thiết bị xác định vị trí (bộ mã hoá, đo điện áp xác định vận tốc, gia tốcđặt tại các khớp hoặc các bộ cảm biến xác định lực / mô men tác dụng lên cáckhớp Ngoài ra, Robot cũng có thể trang bị các bộ cảm biến để cung cấp thêmthông tin về tầm nhìn (camera, cảm biến laser ) , rung động

* Bộ điều khiển.

Bộ điều khiển cung cấp tính thông minh cần thiết để điều khiển hệ thốngRôbốt Nó nhận thông tin từ các bộ cảm biến và xử lý đưa ra các lệnh điềukhiển để tay máy thực hiện Nhìn chung nó bao gồm:

- Bộ nhớ để lưu trữ chương trình điều khiển và trạng thái của Rôbốt nhận được

từ các cảm biến

- Một bộ xử lý trung tâm để tính toán các lệnh điều khiển

- Phần cứng tương ứng để giao diện với phần chấp hành cũng như với bên ngoài

và người sử dụng

Bộ chuyển đổi nguồn năng lượng:

Bộ chuyển đổi năng lượng biến đổi và thực hiện các lệnh của bộ điềukhiển (có thể là điện áp thấp hoặc tín hiệu số) sang tín hiệu tương tự có điện ápcao có thể dẫn động cơ cấu chấp hành Ví dụ: động cơ điện có thể gồm một bộchuyển đổi số/tương tự và một bộ khuếch đại nối với điện nguồn; với cơ cấu khínén, nó gồm nguồn khí nén (tập trung hoặc máy nén khí) các van servo tươngứng để điều khiển luồng khí nén, một bộ khuếch đại cho van và một bộ chuyểnđổi số/tương tự

1.2.3 PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP

Robot công nghiệp rất phong phú đa dạng, có thể được phân loại theo cáccách sau :

1.2.3.1. Phân loại theo kết cấu

Theo kết cấu của tay máy người ta phân thành robot kiểu toạ độ Đề các,Kiểu toạ độ trụ, kiểu toạ độ cầu, kiểu toạ độ góc, robot kiểu SCARA như đãtrình bày ở trên

1.2.3.2 Phân loại theo hệ thống truyền động

Có các dạng truyền động phổ biến là :

Hệ truyền động điện : Thường dùng các động cơ điện 1 chiều (DC : DirectCurrent) hoặc các động cơ bước (step motor) Loại truyền động này dễ điềukhiển, kết cấu gọn

Hệ truyền động thuỷ lực : Có thể đạt được công suất cao, đáp ứng nhữngđiều kiện làm việc nặng Tuy nhiên hệ thống thuỷ lực thường có kết cấu cồngkềnh, tồn tại độ phi tuyến lớn khó xử lý khi điều khiển

Hệ truyền động khí nén : Có kết cấu gọn nhẹ hơn do không cần dẫn ngượcnhưng lại phải gắn liền với trung tâm tạo ra khí nén Hệ này làm việc với côngsuất trung bình và nhỏ, kém chính xác, thường chỉ thích hợp với các robot hoạtđộng theo chương trình định sẵn với các thao tác đơn giản “nhấc lên - đặtxuống” (Pick and Place or PTP : Point To Point)

1.2.3.3. Phân loại theo ứng dụng

Dựa vào ứng dụng của robot trong sản xuất có Robot sơn, robot hàn,robot lắp ráp, robot chuyển phôi v.v

1.2.3.4. Phân loại theo cách thức vụ đặc trưng của phương pháp điều khiển

Có robot điều khiển hở (mạch điều khiển không có các quan hệ phản hồi),Robot điều khiển kín (hay điều khiển servo) : sử dụng cảm biến, mạch phản hồi

để tăng độ chính xác và mức độ linh hoạt khi điều khiển

Ngoài ra còn có thể có các cách phân loại khác tuỳ theo quan điểm vụ mục đíchnghiên cứu

1.2.4 ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG HỆ THỐNG CIM

Trong hệ thống sản xuất CIM, các nguyên công chính được thực hiện tựđộng trên các trung tâm gia công là các máy CNC Các nguyên công phụ nhưcấp, tháo phôi trên máy CNC, đưa chi tiết từ vị trí này đến vị trí kia trong hệthống sản xuất, được thực hiện nhờ các robot công nghiệp Các robot nàythực hiện các nguyên công : gắp phôi từ các kho chứa ASRS, vận chuyển và gáđặt chúng tại vùng gia công, sau đó lại tháo các chi tiết đã gia công, vận chuyển

và xếp chúng vào thùng chứa hoặc các trạm trung gian để thực hiện các nguyêncông tiếp theo Ngoài ra, trong hệ thống CIM các robot công nghiệp còn đượcứng dụng rộng rãi để thực hiện các công đoạn lắp ráp tự động hay ứng dụngtrong các quá trình kiểm tra sản phẩm trong dây chuyền sản xuất

1.2.5 CÁC YÊU CẦU ĐỒI VỚI CÁC ROBOT CÔNG NGHIỆP HOẠT ĐỘNG

TRONG HỆ THỐNG CIM

Để đáp ứng các yêu cầu hoạt động trên trong hệ thống CIM các robotcông nghiệp cần có những tính năng sau:

Thực hiện các nguyên công một cách tự động

Dễ điều chỉnh khi thay đổi đối tượng sản xuất bằng cách thay đổi chương trìnhlập cho robot Có khả năng thực hiện nhiều công việc với nhiều loại chi tiếtkhác nhau

Phải được kết nối vào mạng truyền thông của hệ thống

Có khả năng thực hiện các thao tác một cách nhẹ nhàng với độ chính xác cao Đảm bảo làm việc ổn định theo chu trình trong thời gian dài

Có khả năng trang bị thiết bị kiểm tra tự động chất lượng gia công và có phầnmềm lập trình riêng

vị trí trong không gian theo đúng nhịp ( cấp đúng lúc ) và liên tục theo chu trìnhhoạt động của máy một cách tin cậy.

Vì thế quá trình cấp phôi là một trong những yêu cầu cần thiết phải đượcnghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đíchnâng cao năng xuất lao động, sử dụng và khai thác các máy móc, thiết bị mộtcách có hiệu quả nhất và nâng cao chất lượng sản phẩm

Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động là giải quyết từng giai đoạn mộtcách triệt để trong tổng thể hệ thống cấp phôi và phải được đặt trong từng điềukiện làm việc cụ thể của từng máy móc, thiết bị và công đoạn sản xuất Trongquá trình nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động thì mục tiêu chính cần phải đạtđược là hệ thống cấp phôi phải hoạt động được một cách ổn định và tin cậy, cónghĩa là phải cung cấp phôi một cách kịp thời, chính xác về vị trí trong khônggian, đủ số lượng theo năng suất yêu cầu có tính đến lượng dự trữ và thu nhậnsản phẩm sau khi sản xuất xong một cách an toàn và chính xác

Trong thực tế hiện nay của các ngành sản xuất nói chung, người ta đang

sử dụng khá rộng rãi các cơ cấu cấp phôi bằng cơ khí – điện, cơ khí – khí nén.Với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực điều khiển tự động và Robot đã chophép đưa các tay máy, người máy làm việc theo chương trình và dễ dàng thayđổi được chương trình một cách linh hoạt thích ứng với các kiểu phôi liệu khácnhau khi cần thay đổi các sản phẩm Đây là một trong những tính chất rất quan

trọng mà nhờ nó có thể áp dụng công nghệ tiên tiến vào trong quá trình sản xuấtdạng loạt nhỏ và loạt vừa mà vẫn có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Có thể thấy rằng, việc nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động có tính baoquát và bao gồm nhiều lĩnh vực và liên quan tới nhiều ngành công nghiệp khácnhau Tuy nhiên do giới hạn của đồ án và thời lượng chuẩn bị và nghiên cứunên trong phần này em chỉ đề cập một cách khái quát nhất và chung nhất về hệthống cấp phôi tự động đặc trưng

2.1.2 PHÂN LOẠI

Như đã nói ở trên, sản phẩm gia công cơ khí rất đa dạng về kích cỡ, hìnhdạng, đặc tính vật liệu và một số tính chất khác Các phôi liệu về cơ bản cũng cónhững hình dạng và kích thước gần giống với chi tiết, vì vậy nó cũng rất đadạng Trong lĩnh vực gia công cơ khí thì các phôi liệu thường được chế tạo bằngcách đúc, rèn, dập, cán, hàn, cắt bằng khí đốt do vậy trước hết phải căn cứ vàodạng phôi để phân loại các kiều hệ thống cấp phôi tự động Theo đó, có thểphân loại thành 3 kiểu cấp phôi cơ bản sau đây:

 Cấp phôi dạng cuộn

 Cấp phôi dạng thanh hoặc tấm

 Cấp phôi dạng rời từng chiếc

Mỗi kiểu cấp phôi trên mang tính đặc thù riêng và bản thân trong mỗikiểu 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 theochu kì hoặc cấp phôi theo lệnh

2.1.3 Ý NGHĨA CỦA CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG

Hệ thống cấp phôi tự động trước hết phải nằm trong các hệ thống sảnxuất tự động mà không có quá trình cấp phôi tự động Quá trình cấp phôi tựđộng có những ưu điểm sau:

 Nâng cao năng suất do giảm thời gian phụ ( là thời gian gá đặtphôi và tháo sản phẩm sau khi gia công )

 Đảm bảo được năng suất gia công theo tính toán vì nó đảm bảođược chu kì cấp phôi chính xác, không bị ảnh hưởng đến các yếu tố về kháchquan như tình trạng tâm sinh lí và trạng thái sức khỏe của con người.

 Đảm bảo độ chính xác gá đặt cao vì trước khi phôi đến vị trí đểcấp phôi cho máy công tác thì nó đã được định hướng chính xác trong khônggian và đúng tọa độ theo yêu cầu, đồng thời tốc độ di chuyển của phôi đã đượcđiều chỉnh để phù hợp với cơ cấu gá đặt

 Cải thiện được điều kiện làm việc cho công nhân: giải phóng conngười trong các 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 cácphôi có kich thước lớn, khối lượng lớn); các công việc có thể gây nguy hại đốivới sức khỏe con người như các phôi liệu có cạnh sắc, ví dụ như các bavia, rìamép của các phôi dập, rèn, đúc ; các công việc gây sự mệt mỏi cho công nhânnhư phải tập trung chú ý để tìm, chọn, phân loại và định hướng (nhất là các chitiết có hình dạng gần giống nhau hoặc có phân biệt về hướng)

 Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị máy móc như: có thể loạikhỏi dây chuyền các phôi có nhiều sai số và khuyết tật để đảm bảo sự làm việc

ổn định cho thiết bị; tránh tình trạng máy bị quá tải do lượng dư quá lớn hoặckhông đều; tránh được sự rung động và các tải trọng có biên độ lớn trong quátrình gia công do các khuyết tật trên phôi

 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 nắm bắt phôi khi gá đặt và tháo các chi tiếtkhi gia công song

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 hệ thống tổng thể và thôngnhất về mặt không gian và thời gian Tuy vậy cũng cần thấy rằng không nhấtthiết lúc nào cũng phải có mặt đầy đủ các thành phần của nó mà tùy thuộc vàotừng trường hợp cụ thể mà ta chỉ cần một số trong chúng Việc phân chia hệthống thành các thành phần như trên cũng chỉ là tương đối vì người ta có thể kếthợp 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 choviệc thiết kế và lắp đặt đơn giản hơn

Hình 2: Sơ đồ tổng quát của hệ thống cấp phôi tự động.

Các thành phần của hệ thống cấp phôi tự động đều có tầm quan trọngnhư nhau Trong một hệ thống hòa chỉnh thì thành phần này là mắt xích của mộtdây chuyền Và việc hoạt động bình thường của hệ thống có được là sự hoạtđộng ổn định và chính xác của các thành phần cấu tạo nên nó Và để được điều

đó thì các thành phần này phải được chế tạo, nghiên cứu, tính toán một cách

chính xác Tuy nhiên do giới hạn của đồ án nên em chỉ giới thiệu đặc điểm cũngnhư nhiệm vụ của từng hệ thống nêu trên Còn phần tính toán em sẽ không đisâu.

2.2.2 PHỄU CHỨA PHÔI

Phễu chứa phôi là thành phần đầu tiên trong hệ thống cấp phôi tự động cómục đích để chứa và dự trữ một lượng phôi cần thiết nhằm đảm bảo cho hệthống làm việc một cách liên tục và ổn định Đồng thời phễu chứa phôi phảithực hiện được nhiệm vụ định hướng phôi cấp I (định hướng sơ bộ ) để cungcấp cho máng chuyển phôi thực hiện được quá trình lưu thông và di chuyểnphôi đều đặn

Do mục đích của phễu chứa phôi được đặt ra là quan trọng và cần thiếtnhư vậy nên thường hiện nay người ta dùng chủ yếu các kiểu phếu kép mà trong

đó phễu thứ nhất được dùng để chưa các phôi cấp vào ( có thể gián đoạn bằngtay theo chu kì, có thể liên tục nhờ băng tải, gàu tải ) và dự trữ phôi Phễu thứhai làm nhiệm vụ định hướng cấp I và cung cấp cho máng chuyển một cách đềuđặn và liên tục, tránh tình trạng hoặc phôi kẹt không chuyển và máng dẫn đượchoặc bị dồn quá nhiều trên máng làm cho máng chuyển phôi không thực hiệnđược chức năng và nhiệm vụ của mình

2.2.2.1 Ổ cấp phôi thanh hoặc phôi cuộn

Đối với dạng phôi là dạng thanh hay dạng cuộn thường được sử dụngtrong công nghệ gia công bằng biến dạng dẻo như dập, cắt, đột lỗ, cuốn ống,các hệ thống sản xuất que hàn, sản xuất bulong hoặc đinh vít, đinh tán rive, đinhđóng gỗ hoặc đinh đóng tường còn trong quá trình gia công cắt gọt, kiểu phễunày thường được sử dụng để cấp phôi thanh ( có tiết diện tròn ) cho các máy giacông tự động

Đối với phôi cuộn như các cuộn tole mỏng, thông thường người ta gá nólên trên các trục được đặt trên các con lăn hay gối đỡ và có thể tự qoay dưới tác

dụng của lực kéo của hệ thống công tác như hệ thống trục hoặc cơ cấu kéo phôiđược trang bị trên các máy cắt, máy dập để thao dần từng lớp một Với kiểucấp phôi loại này người ta thường trang bị thêm một hệ thống phanh để tránhảnh hưởng do lực quán tính có thể gây ra tình trạng phôi bị gập hoặc bị nhăn dotốc dộ cấp phôi và tốc độ công tác không đồng bộ.

Hình 3: Ổ chứa phôi kiểu cuộn (a) Dạng phôi tấm mỏng (b) Dạng phôi dây tròn

Đối với các loại phôi dây có đường kính từ 0,2 mm đến 8mm thườngđược cuộn thành từng cuộn có kích thước và khối lượng theo yêu cầu, người ta

sử dụng các tang có trục qoay đặt nằm ngang hoặc thẳng đứng và qua một hệthống kéo cưỡng bức phôi đi qua một hệ thống các con lăn để nắn thẳng phôitrước khi đi vào máy công tác như trong hệ thống sản xuất que hàn, sản xuấtđinh, bulong

Đối với các loại phôi thanh có tiết diện ngang là hình tròn và có kichthước từ 10mm đến 30mm với chiều dài mỗi thanh là có thể 6m hoặc 9m đượccán với độ chính xác khá cao như về dung sai của đường kính, độ chính xác vềhình dáng hình học, về độ thẳng được dùng để cấp phôi cho các máy tiện tựđộng hoặc bán tự động Các ổ chứa phôi thường được dùng bố trí ở phía sauđuôi của trục chính máy sao cho đường tâm của phôi khi ở trong ổ chứa phôitrùng với đường tâm quay của trục chính, người ta có thể xếp các phôi thanh

vào một dàn nằm ở phía trên cơ cấu định vị phôi và cung cấp lần lượt từngthanh một vào cơ cấu này khi có tín hiệu thông báo đã hết phôi trên cơ cấu định

vị Trên hệ thống định vị phôi có bố trí một cơ cấu bắt giữ phôi để đẩy phôi dichuyển theo chiều dọc trục của nó mộ hành trình bằng độ dài của phôi cần cấpmỗi một lần hay kết hợp với cơ cấu cữ chặn phôi trên đầu Rơvonve mỗi khi trụcchính dừng và cơ cấu gá đặt phôi đã mở ra Sau khi cấp phôi xong ( gọi là cơcấu phóng phôi ) thì bộ phận gá đặt phôi kép lại ( thường được sử dụng các loạimâm cặp khí nén, thủy lực hoặc các kiểu ống kẹp đàn hồi tác động bằng cơ cấu

cơ khí ) thì cơ cấu bắt giữ phôi được mở ra và dịch chuyển trở về vị trí ban đầu

và nằm chờ ở đó để thực hiện một chu trình tiếp theo

Hình 4: Một số kiểu đầu kẹp dùng khi cấp phôi.

Cần chú ý là khi máy làm việc thì trục chính mang luôn cả phôi quay nên ổchứa phôi có kết cấu thích hợp để thanh phôi có thể quay nhẹ nhàng và khôngxảy ra tình trạng rung, lắc và đặc biệt là không được vung phôi gây nguy hiểm

Hình 5: Cơ cấu cấp phôi thanh.

2.2.2.2 Phễu chứa phôi rời

Dạng phôi rời là phổ biến nhất đồng thời được sử dụng rộng rãi nhấttrong các hệ thông sản xuất tự động Theo quan điểm cấp phôi tự động thì đâycũng chính là vấn đề nghiên cứu chủ yếu vì các loại phôi rời trong gia công cơkhí rất khác nhau về kiểu dáng và kích thước Vì thế cần phải sự nghiên cứu vàphân tích một cách tỷ mỉ đối với mỗi loại phôi cụ thể để từ đó lựa chọn kiểuphễu cấp phôi cho phù hợp và chỉ khi làm được điều này, phễu cấp phôi đượcthiết kế mới đạt được mục tiêu theo yêu cầu

Để có cơ sở phân tích và lựa chọn phương án, trước hết người ta cần phânbiệt một số khái niệm cơ bản sau đây:

Đối với mỗi kiểu phôi theo quan điểm phân tích và đánh giá của ngườithiết kế hệ thống cấp phôi tự động thì phôi đó phải được định hướng một cáchchính xác, hay nói một cách khác cần phải xác định vị trí cần định hướng của nótrong không gian Trên cơ sở hình dáng của phôi là một tập hợp các bề mặt cơbản hình thành nên, người ta có thể phân loại chúng như sau:

Phôi có các bề mặt dạng tròn xoay trong và ngoài

Phôi có các dạnh bề mặt là phẳng

Phôi có hình dạng phức tạp, là tập hợp của các bề mặt tròn xoay trong,ngoài, mặt phẳng và các bề mặt định hình.

Hình 6: Một số kết cấu phễu chứa phôi rời

Việc phân chia các loại như trên cũng chỉ là tương đối vì chúng ta biếtrằng, các chi tiết cơ khí thường ít khi có kiểu dáng đơn giản mà chủ yếu vẫn làkiểu dáng phức tạp từ việc tổ hợp một số bề mặt theo một số quan hệ nào đó

Do việc nghiên cứu quá trình cấp phôi là quan tâm đến việc định hướng chúngnhư thế nào và bằng cách gì để sau khi các phôi di chuyển đến khu vực cơ cấu

nắm bắt phôi thì vị trí của nó trong không gian là đã được tự động sắp xếp mộtcách chính xác, không có sự nhầm lẫn hoặc sai sót nào xẩy ra (nếu có một sốphôi bị định hướng sai thì sẽ được đưa ra khỏi vị trí đó một cách hoàn toàn tựđộng) Do vậy người ta phân thành các dạng phôi có bề mặt cần định hướng khi

di chuyển là bề mặt tròn xoay và dạng bề mặt phẳng

a Dạng phôi có bề mặt định hướng khi di chuyển là tròn xoay:

Trước hết, ngươi ta quan tâm đến các thông số cơ bản về khả năng tựđịnh hướng tự nhiên của vật thể như về tỷ lệ của các kích thước, sự phân bốkhối lượng, số các mặ phẳng và các trục đối xứng của chúng Theo quan điểm

đó, người ta có thể phân chia thành một số dạng cơ bản như sau:

Loại O: Loại phôi có 1 tâm đối xứng như bi cầu Với loại này, vị trí của

nó đã được hướng tự nhiên, có nghĩa là khả năng định hướng của nó theo cácmặt phẳng hoặc các trục đối xứng hoàn toàn như nhau Vì thế trong hệ thốngcấp phôi nói chung và phễu cấp phôi nói riêng không cần phải định hướng chochúng

Loại I: Phôi có một trục quay và một mặt phẳng đối xứng vuông góc vớitrục quay đó Với loại này, vị trí định hướng tự nhiên là hoàn toàn phụ thuộcvào tỷ lệ giữa các kích thước của chúng

Hình 7: Một số dạng định hướng tự nhiên của kiểu vật thể loại I

Trên hình (7) giới thiệu một số loại phôi loại I với các thông số tỷ lệ củađường kính và chiều dài khác nhau có vị trí định hướng tự nhiên khác nhau.Trong hình a, khi tỷ số 1/d >1 thì vị trí định hướng tự nhiên là theo định hướng

tự nhiên là theo hướng sinh là thuận lợi hơn là tỷ số này càng lớn thì khả năngđịnh hướng tự nhiên của nó gần như hoàn toàn là theo đường sinh Khi tỷ số1/d< 1 thì khả năng định hướng theo mặt phẳng của mặt thuận lợi hơn và cũngtương tự khi tỷ số này càng nhỏ thì khả năng định hướng tự nhiên chắc chắn làtheo mặt phẳng đầu

Bảng 1:

Loại Đặc trưng

của phôi Dạng phôi

Tỷ số1/d

0 Có hai trục

đối xứng

Bi cầu1/d = 1

Trong trường hợp này, cần thiết phải có thêm một cớ cấu định hướng nữa

để có thể xác định vị trí định hướng cho nó theo mong muốn

Loại II: Loại này vật thê chỉ có 1 trục quay, do vậy vị trí định hướng tựnhiên của nó rất nhiểu dạng khác nhau Với loại này cần phải định hướng theo 2cấp Đầu tiên là định hướng cấp I là theo phương trục quay, tiếp sau là địnhhướng cấp II là theo phương của véc tơ pháp tuyến với mặt phẳng vuông gócvới trục quay đó (định hướng theo phương và hướng)

Loại III: Vật thể có 2 mặt phẳng đối xứng mà trong đó một mặt phẳng(gọi là mặt phẳng thứ 1) chứa đường tâm trục và một mặt phẳng vuông góc vớiđường tâm trục đó (mặt phẳng thứ 2) Với loại này cũng yêu cầu định hướng