Máy tút dây điện dành cho tự động hoá

Công nghệ 4.0 thay đổi nhiều trong đời sống hằng ngày thông qua các loại máy tự động đang phát triển mạnh mẽ vì vậy Máy tuốt dây điện là 1 máy tự động hoá do các kỹ sư Việt thiết kế, , máy tự động hoá có file 3D và video mô phỏng, mọi người ai cần thông tin chi tiết hơn thì liên hệ mail tuan.me.cadgmail.com

HỘI SỬ DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM/CAE-CNC 4CHAUI

-  

-CUỘC THI THIẾT KẾ MÁY CHÀO MỪNG SINH

NHẬT HỘI LẦN THỨ 10

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY CẮT TUỐT DÂY ĐIỆN

Người hướng dẫn : Đàm Văn Công , Nguyễn Tuấn Anh

Trần Hồng Tuân, Đặng Nam Trường Thành viên dự thi : Nguyễn Đức Lương

Trần Ngọc Quỳnh Nguyễn Hữu Phước Kim Văn Tâm Cao Thị Mến Nguyễn Phương Hải Phạm Văn Tuân

Lê Quang Thịnh Phùng Văn Hội

HÀ NỘI 5/2019

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật Đảng và Nhà nước đã đề ra mục tiêu “công nghiệp hoá - hiện đại hoá” đất nước Muốn thực hiện được mục tiêu đóchúng ta phải thúc đẩy mọi ngành công nghiệp như: công nghệ thông tin, công nghệ chế tạo máy, công nghệ sinh học, điện điện tử Trong đa ngành, chế tạo máy đóng vai trò rất quan trọng trong việc sản xuất ra các công cụ cho nền kinh tế quốc dân tạo tiền

đề cho các ngành phát triển tốt hơn Vì vậy việc phát triển khoa học kỹ thuật trong ngành chế tạo máy là mục tiêu hàng đầu nhằm thiết kế hoàn thiện và vận dụng phương pháp chế tạo, tổ chức và điều khiển quá trình sản xuất

Với đồ án thiết kế này có tính tổng hợp cao, đòi hỏi phải có kiến thức và khả năng tư duy, tìm tòi phân tích, bám sát vào yêu cầu kỹ thuật

Trong suốt quá trình nghiên cứu và thiết kế được sự hướng dẫn, góp ý tận tình

của anh Đàm Văn Công, Dương Tuấn Anh, Trần Hồng Tuân, Đặng Nam Trường

cùng với sự nỗ lực của cả nhóm và sự góp ý của bạn bè, đến nay em đã hoàn thành đồ

án với đề tài “Máy cắt tuốt dây điện” Do khả năng và tầm nhận thức còn hạn chế, kinh

nghiệm thực tế chưa nhiều, với khối lượng công việc đòi hỏi có sự tổng hợp cao nên thiết kế của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót Em mong các anh tiếp tục chỉ bảo và giúp đỡ để em hoàn thành tốt hơn nữa để tối ưa hóa mô hình và vận dụng vào công việc thực tế

Em xin chân thành cảm ơn !

1.

1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Đặt vấn đề

Máy cắt tuốt vỏ dây điện hay còn gọi với các cái tên khác như : máy tuốt dây đồng,

máy tách vỏ dây điện, máy cắt tuốt dây điện, dụng cụ tuốt vỏ dây điện, máy

tuốt vỏ dây điện đã và đang trở thành 1 phần không thể thiếu được trong ngành gia công dây điên hiện nay

Trong nhà máy của tập đoàn khoa học kĩ thuật Foxconn, việc cắt tuốt dây điện để hàn vào trongt các mạch, thiết bị được thực hiện thủ công bằng tay đem lại năng suất thấp, tốn thời gian và công nhận

Chính vì lý do đó chúng em đã làm đề tài thiết kế “Máy cắt tuốt dây điện”.

1.2 Các vấn đề đặt ra

• Sản phẩm đã đáp ứng được yếu cầu sản lượng 3000-4000sp/1h

• Các phương pháp điều khiển hợp lý

• Kích thước nhỏ gọn, dễ điều khiển, thao tác

• Giá thành hợp lý

1.3 Phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Phương pháp nghiên cứu mặt lý thuyết

+ Dựa vào kiến thức đã được học, tìm hiểu qua internet, sách vở và tham khảo ýkiến bạn bè, các anh trong nhóm

+ Tìm hiểu những con máy phổ biến để học hỏi cách thiết kế chi tiết, cấu tạo tối

1.3.2 Phương pháp nghiên cứa thực nghiệm

+ Thực hiện hoàn thiện từng thành phần của robot: dao cắt,con lăn, khung máy, mạch điều khiển…

+ Kiểm tra chương trình cho từng thành phần: dao cắt , động cơ step

+ Lắp ghép các chi tiết thành sản phẩm hoàn thiện

+ Chỉnh sửa những chi tiết chưa phù hợp

+ Tối ưu hóa thời cắt dây.

1.4 Đối tượng, phạm vi và giới hạn đề tài

1.4.1 Đối tượng

Hiện tại, có rất nhiều loại máy cắt tuốt dây và mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau Để phù hợp với khả năng của sinh viên cả về mặt công nghệ lẫn chi phí, thiết kế nhóm em thực hiện sẽ không cần đòi hỏi quá nhiều sự tiện ích, chỉ cần hoàn thiện được quá trình cắt tuốt dây trong thời gian nhất định

Dự kiến sẽ đạt được những yêu cầu sau:

+ Kéo dây vào máy tự động

+Cắt tuốt dây theo đúng thời gian tính toán

+ Mạch điều khiển động cơ xoay, cắt dây

- Cấu tạo: tiện lợi, dễ dàng di chuyển

- Khả năng hoạt động: thời gian cắt tuốt dây trong khoảng <1s

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Cơ sở thiết kế máy

2.1.1 Các kiểu máy cắt tuốt dây điện

+ Máy cắt tuốt dây và dập đầu cốt: Máy này có thể cắt và dập đầu cốt

+ Máy cắt và tuốt vỏ dây tự động: Máy cắt và tuốt vỏ dây tự động với độ chính xác và hiệu suất cao xử lý được các loại dây cáp đơn, cáp đa lõi, cáp bọc kim loại, cáp đồng trục, cáp bẹ, cáp quang sợi thủy tinh (GOF) và cáp quang sợi nhựa (POF)

+ Máy tuốt vỏ dây điện: còn gọi là máy tách vỏ dây điện, máy bóc vỏ dây điện, máy bóc tách dây điện, máy tuốt dây đồng, dụng cụ tuốt vỏ dây điện ) từ lâu đã trở thành 1 loại máy rất là quan trọng trong nghành công nghiệp gia công dây điện hiện nay.

2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế

2.1.3 Lựa chọn vật liệu thiết kế máy:

Để giảm khối lượng của sản phẩm nhóm lựa chọn vật liệu chế tạo làm từ thép, nhôm

Thép, nhôm là vật liệu Giá thàng rẻ, hợp lý,nhẹ, phù hợp với máy

2.1.4 Các phần mềm hỗ trợ

• Phần mềm arduino 1.8.4

Trong thời đại công nghệ phát triển mạnh mẽ, yêu cầu tự động hóa càng được đặt lên cao Do đó, những ngôn ngữ lập trình cũng được đẩy mạnh và sử dụng rộng rãi vào trong công việc và đời sống

Hiện nay, có khá nhiều ngôn ngữ thông dụng trong nghành kỹ thuật cũng như công nghệ thông tin như: Java, PHP, C++, Arduino, PLC, Trong đó, Arduino được phát triển khá mạnh mẽ và thâm nhập sâu vào hệ thống chế tạo robot

Arduino được phát triển dựa trên ngôn ngữ C++ và khá dễ dàng lập trình

Dùng để thiết kế, lập trình chương trình điều khiển 3 động cơ bước, 1 servo Kết nối với mạch arduino để nạp chương trình, điều khiển động cơ

• Phần mền thiết kế INVENTOR

 Giới thiệu chung về phần mền:

Autodesk Inventor, được phát triển bởi công ty phần mềm Autodesk _USA, là phần mềm thiết kế 3D cơ khí dạng mô hình khối rắn, phần mềm này dùng để tạo ra nguyên mẫu kỹ thuật số 3D giúp hình dung, thiết kế và mô phỏng các sản phẩm trên môi trường 3D

Phần mềm INVENTOR Thiết kế trực tiêp trong môi trường 3D, xuất ra bản vẽ 2D, 3D tự động

Tạo chuyển động , trình diễn tháo lắp các cơ cấu , cụm máy

2.2 Lý thuyết các thành phần cơ cấu của máy cắt tuốt dây điện

2.2.1 Giới thiệu về arduino Nano

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit

Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 8 (độ phân giải 10bit)Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40 mA

Bộ nhớ flash với 2KB dùng bởi bootloader32 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Bảng 2 1: Bảng thông số của Arduino Nano

• Cổng kết nối với Arduino NANO

Nano sử dụng một cổng nhỏ hơn có tên là Mini USB Vì sử dụng cổng này nên kích thước board (vê chiều cao) cũng giảm đi khá nhiều, ngoài ra bạn có thể lập trình thẳng trực tiếp cho Nano từ máy tính - điều này tạo nhiều điện thuận lợi cho newbie

• Lập trình cho Arduino NANO

Đầu tiên, bạn cần cài Driver của Arduino Nano và tải về bản Arduino IDE mới nhất cho máy tính Sau khi cài đặt, bạn sẽ thấy một thông báo dạng "Cổng COMx đã được cài đặt thành công" (chữ "x" này sẽ được thay bằng một số nguyên dương, bạn hãy nhớ lấy số này, vì sau này bạn sẽ dùng cổng COMx này để lập trình cho Arduino Nano)

Sau đó, bạn cần lại loại board và cổng Serial mới như hình sau là được Lưu ý,

cổng COM trong hình dưới đây là chỉ là hình minh họa trong máy tính

Sau khi hoàn thành quá trình cài đặt, nếu muốn quay lại lập trình cho Arduino Uno, thì bạn chỉ cần chỉnh tên board là Arduino Uno và "Serial Port" thành cổng Serial

mà con Uno của bạn đang kết nối

Các ứng dụng nổi bật của board mạch Arduino

Arduino được chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều thiết bị từ đơn giản đến phứctạp Trong số đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khả năng vượt trội của Arduino

do chúng có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ rất phức tạp

Sau đây là danh sách một số ứng dụng nổi bật của Arduino:

Máy in 3d: sự phát triển máy in 3D nguồn mở Reprap Máy in 3D là công cụ giúp tạo ra các vật thể thực trực tiếp từ các file CAD 3D Công nghệ này hứa hẹn nhiềuứng dụng rất thú vị trong đó có cách mạng hóa việc sản xuất cá nhân

Robot: Do kích thước nhỏ gọn và khả năng xử lý mạnh mẽ, Arduino được chọn làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại robot, đặc biệt là robot di động

Thiết bị bay không người lái UAV: UAV là một ứng dụng đặc biệt thích hợp với Arduino do chúng có khả năng xử lý nhiều loại cảm biến như Gyro, accelerometer, GPS…; điều khiển động cơ servo và cả khả năng truyền tín hiệu từ xa

Game tương tác: Việc đọc cảm biến và tương tác với PC là một nhiệm vụ rất đơn giản đối với Arduino Do đó rất nhiều ứng dụng game tương tác có sử dụng

Arduino

Điều khiển ánh sáng: Các tác vụ điều khiển đơn giản như đóng ngắt đèn LED hay phức tạp như điều khiển ánh sáng theo nhạc hoặc tương tác với ánh sáng laser đều

có thể thực hiện với Arduino

Với đặc điểm của robot xoay RUBIC ta chọn board mạch điều khiển

ARDUINO NANO

Arduino NANO là một bảng điều khiển vi điều khiển dựa trên ATNANO328P

Nó có 14 chân kỹ thuật số đầu vào / đầu ra (trong đó 6 có thể được sử dụng như đầu ra PWM), 6 ngõ vào analog, 16 MHz thạch anh tinh thể, kết nối USB, một jack cắm điện,một tiêu đề ICSP và một nút Reset Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển; chỉ đơn giản là kết nối nó với một máy tính bằng cáp USB hoặc điện nó với một bộ chuyển đổi AC-to-DC hoặc pin để bắt đầu

• Giới thiệu động cơ servo

Động cơ servo là những hệ hồi tiếp vòng kín, tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kì lí do nào ngăn cản chuyển động của động cơ cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận được tín hiệu đầu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.

Động cơ servo hoạt động dựa vào các lệnh điều khiển vị trí và tốc độ theo nhu cầu điều khiển mà động cơ servo có một số nét đặc trưng sau:

Tăng tốc độ đáp ứng tốc độ: đòi hỏi động cơ phải tăng giảm tốc nhanh chóng đểđạt được tốc độ mong muốn trong thời gian ngắn nhất, hoặc đạt được một vị trí mong muốn nhanh nhất

Tăng khả năng đáp ứng: gia tốc của động cơ servo khi tăng giảm tốc độ là một hằng số hay gần như là một hằng số

Mở rộng vùng điều khiển: một số yêu cầu điều khiển yêu cầu dải tốc độ lớn hơnđịnh mức rất nhiều Động cơ servo loại này được thiết kế nhắm gia tăng điện áp chịu đựng hoặc tăng khả năng bão hòa của mạch từ động cơ

Khả năng ổn định tốc độ: động cơ servo loại này được thiết kế sao cho tốc độ quay của nó rất ổn định

Tăng khả năng chịu đựng của động cơ: một số động cơ servo được thiết kế sao cho có thể chịu đựng được các tín hiệu điều khiển ở tần số cao hoặc rất cao và có khả năng chịu chịu được những yêu cầu tăng tốc bất ngờ từ bộ điều khiển

Cấu tạo của động cơ servo gồm các chi tiết cơ bản là: Nam châm vĩnh cửu, Lõi sắt phần ứng, Bộ encoder, Vỏ, Cuộn dây phần ứng

Hình 2 1 : Cấu tạo chung của động cơ servo

Phân loại động cơ servo

- RC Servo: là động cơ DC được gắn thêm bộ hồi tiếp xác định được góc quay của động cơ ( động cơ RC Servo không quay tròn), điều khiển bằng PWM (thay đổi độrộng xung từ 1 >2ms, tần số 50Hz), dùng trong các ứng dụng điều khiển mở theo 1 góc cố định, tải nhẹ, góc quay thường <= 180 độ

Hình 2 2 : : Động cơ servo RC

Động cơ bước

Động cơ bước có thể được mô tả như là một động cơ điện không dùng bộ chuyển mạch Cụ thể, các mấu trong động cơ là stator, và rotor là nam châm vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bên ngoài bởi bộ điều khiển, và đặc biệt, các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ có

thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như là quay đến bất kỳ vị trí nào Hầu hếtcác động cơ bước có thể chuyển động ở tần số âm thanh, cho phép chúng quay khá nhanh, và với một bộ điều khiển thích hợp, chúng có thể khởi động và dừng lại

dễ dàng ở các vị trí bất kỳ

Trong một vài ứng dụng, cần lựa chọn giữa động cơ servo và động cơ bước Cả hai loại động cơ này đều như nhau vì có thể xác định được vị trí chính xác, nhưng chúng cũng khác nhau ở một số điểm Servo motor đòi hỏi tín hiệu hồi tiếp

analog Đặc biệt, điều này đòi hỏi một bộ tắc cô‐ để cung cấp tín hiệu hồi tiếp về vị trícủa rotor, và một số mạch phức tạp để điều khiển sự sai lệch giữa vị trí mong muốn và

vì trí tức thời vì lúc đó dòng qua động cơ sẽ dao động tắt dần Để lựa chọn giữa động

cơ bước và động cơ servo, phải xem xét một số vấn đề, và nó phụ thuộc vào các ứng

dụng thực tế Ví dụ, khả năng trở về một vị trí đã vượt qua phụ thuộc vào hình dạng rotor động cơ bước, trong khi đó, khả năng lặp lại vị trí của động cơ servo nói chung phụ thuộc vào độ ổn định của bộ tắc cô và các linh kiện analog khác trong mạch hồi tiếp

Động cơ bước có thể được dùng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản; những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh, nhưng khi tải trọng thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người ta vẫn dùng hệ điều khiển vòng kín với động cơ bước Nếu một động cơ bước trong hệ điều khiển vòng mở quátải, tất cả các giá trị về vị trí của động cơ đều bị mất và hệ thống phải nhận diện lại; servo motor thì không xảy ra vấn đề này Động cơ bước trong tiếng Đức là

SCHRITTMOTOREN, trong tiếng Pháp là MOTEURS PAS À PAS, và trong tiếng Tây Ban Nha là MOTOR PASO PASO Từ step motor và stepper motor cũng‐ được dùng khá phổ biến

Bộ điều khiển điển hình của động cơ bước biến từ trở dựa theo nguyên tắc

Trên Hình, các hộp ký hiệu cho công tắc, bộ điều khiển (controller ‐ không thể hiện trên hình) chịu trách nhiệm cung cấp tín hiệu điều khiển đóng mở công tắc tại từng thời điểm thích hợp để quay động cơ Trong nhiều trường hợp, chúng ta phải thiết kế bộ điều khiển, có thể là một máy tính hoặc một mạch điều khiển giao tiếp lập trình được, với phần mềm trực tiếp phát tín hiệu điều khiển đóng mở, nhưng trong một

số trường hợp khác mạch điều khiển được thiết kế kèm theo động cơ, và đôi khi được cho miễn phí Cuộn dây, lõi solenoid của động cơ hoặc các chi tiết tương tự đều là các tải cảm ứng Như vậy, dòng điện qua cuộn dây không thể đóng ngắt tức thời mà không làm áp tăng vọt đột ngột Khi công tắc điều khiển cuộn dây đóng, cho dòng điện

đi qua, làm dòng điện tăng chậm Khi công tắc mở, sự tăng mạnh điện áp có thể làm

hư công tắc trừ khi ta biết cách giải quyết thích hợp Có hai cách cơ bản để xử lý

sự tăng điện áp này, đó là mắc song song với cuộn dây một diod hoặc một tụ điện

Diod trên Hình phải có khả năng dẫn toàn bộ dòng điện qua cuộn dây, nhưng

nó chỉ dẫn mỗi khi công tắc mở, khi dòng điện không còn qua cuộn dây

Nếu ta sử dụng diod tác dụng tương đối chậm như họ 1N400X chung với các mạch chuyển tác dụng nhanh thì cần phải mắc song song với diod một tụ điện Tụ điện trên Hình, dẫn đến vấn đề thiết kế phức tạp hơn Khi công tắc đóng, tụ điện sẽ xả điện qua công tắc xuống đất, do đó công tắc phải chịu được dòng điện xả này Một điện trở mắc nối tiếp với tụ điện hoặc với nguồn sẽ giới hạn dòng điện này Khi công tắc

mở, năng lượng tích trữ trong cuộn dây sẽ nạp vào tụ điện cho đến khi điện áp vượt quá áp cung cấp, và công tắc cũng phải chịu được điện áp này Để tính điện dung tụ,

ta đồng nhất hai công thức tính năng lượng tích trữ trong mạch cộng hưởng:

P = C V2 / 2 P = L I2 / 2

trong đó:

P ‐‐ năng lượng tích trữ [Ws] hay [CV]

C ‐‐ điện dung [F] V ‐‐ điện áp hai đầu tụ

L ‐‐ độ tự cảm của cuộn dây [H]

I ‐‐ dòng điện qua cuộn dây

Ta tính kích thước nhỏ nhất của tụ điện để tránh quá áp trên công tắc theo công thức:

C > L I2 / (Vb ‐ Vs)2

trong đó:

Vb ‐‐ điện áp đánh thủng mạch chuyển

Vs ‐‐ điện áp cung cấp

Động cơ từ trở biến thiên có độ tự cảm thay đổi tùy thuộc vào góc của trục Do

đó, trường hợp xấu nhất được dùng để lựa chọn tụ điện Hơn nữa, độ tự cảm của động

cơ thường ít được ghi rõ, nên chúng ta phải làm vậy

Tụ điện và cuộn dây kết hợp với nhau tạo thành một mạch cộng hưởng Nếu hệ điều khiển cho động cơ quay ở tần số gần với tần số cộng hưởng này, dòng điện qua cuộn dây, kéo theo moment xoắn do động cơ sinh ra, sẽ rất khác so với moment xoắn ở điều kiện ổn định với điện áp vận hành danh nghĩa