Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo phần khung và mạch điều khiển cho máy đột lỗ tôn tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Khoa: Cơ khí PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dùng cho CBHD và nộp cùng báo cáo ĐA của sinh viên Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Định

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Chánh

Mã số sinh viên: 58131777 Lớp: 58CDT

Khánh Hòa, ngày 08 tháng 08 năm 2020



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Định

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Chánh

Mã số sinh viên: 58131777 Lớp: 58CDT

Khánh Hòa, ngày 08 tháng 08 năm 2020



TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Khoa: Cơ khí

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dùng cho CBHD và nộp cùng báo cáo ĐA của sinh viên)

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO PHẦN KHUNG VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY ĐỘT LỖ TÔN TỰ ĐỘNG

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử

Họ và tên sinh viên: LÊ VĂN CHÁNH Mã sinh viên: 58131777

Người hướng dẫn (học hàm, học vị, họ và tên): TH.S NGUYỄN VĂN ĐỊNH

Cơ quan công tác: Bộ môn Cơ – Điện tử, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Nha Trang

Phần đánh giá và cho điểm của người hướng dẫn (tính theo thang điểm 10)

Tiêu chí

đánh giá

Trọng

số (%)

Mô tả mức chất lượng

Điểm Giỏi Khá Đạt yêu cầu Không đạt

Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ:  Không được bảo vệ: 

Khánh Hòa, ngày 08 tháng 08 năm 2020

Cán bộ hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử

Họ và tên sinh viên: LÊ VĂN CHÁNH Mã sinh viên: 58131777

Người phản biện (học hàm, học vị, họ và tên): TS VŨ THĂNG LONG

Cơ quan công tác: Bộ môn Cơ – Điện tử, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Nha Trang

I Phần đánh giá và cho điểm của người phản biện (tính theo thang điểm 10)

Tiêu chí

đánh giá

Trọng

số (%)

Mô tả mức chất lượng

Điểm Giỏi Khá Đạt yêu cầu Không đạt

Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ:  Không được bảo vệ: 

Khánh Hòa, ngày 08 tháng 08 năm 2020

Cán bộ chấm phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

II Phần nhận xét cụ thể (dựa theo phiếu chấm điểm và khung tiêu chí đánh giá theo Rubric)

II.1 Hình thức thuyết minh (tỉ trọng 15%)

* Trình bày (Rõ ràng, mạch lạc? Biểu bảng, hình vẽ trình bày rõ ràng, đúng quy cách?…)

II.2 Nội dung thuyết minh (tỉ trọng 20%)

* Mục tiêu nghiên cứu (Trình bày rõ ràng? Ý nghĩa khoa học và thực tiễn? Tính khả thi? )

* Phương pháp nghiên cứu (Hiện đại? Phù hợp với mục tiêu và nội dung nghiên cứu? Mô tả?

Đánh giá và so sánh với các phương pháp khác?…)

………

………

II.3 Kết quả nghiên cứu (tỉ trọng 50%)

* Kết quả đạt được (Độ tin cậy? Tính sáng tạo? Giá trị khoa học và thực tiễn? )

LỜI CAM ĐOAN CỦA SINH VIÊN VỀ LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và được sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Văn Định Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực

Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn trên cơ sở các số liệu thực tế

và được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của nhóm tôi, không sao chép theo bất cứ tài liệu tương tự nào Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ đóng góp

ý kiến chỉ bảo của các thầy cô, gia đình và bạn bè.Với lòng biết ơn sâu sắc cho phép em gửi lời chân thành cảm ơn đến tất cả mọi người đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành đồ án

Trước hết em xin gửi lời chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy Th.S Nguyễn Văn Định đã quan tâm tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho chúng em rất nhiều kinh nghiệm, những định hướng giúp em có thể hoàn thiện đồ án Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong bộ môn Cơ điện tử đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án này Em cũng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả gia đình bạn bè đã tạo điều kiện, cho em những lời khuyên bổ ích trong suốt thời gian qua

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế, đồ án này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ dạy, đóng góp ý kiến của các thầy cô để có thể bổ sung nâng cao trình độ, kinh nghiệm của bản thân để phục vụ tốt hơn cho thực tế sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT ĐỒ ÁN Chương 1: Tổng quan về mô hình hệ thống đột lỗ tôn tự động

Chương này trình bày tổng quan về các mô hình, sản phẩm máy đột lỗ tôn trong

và ngoài nước Đồng thời rút ra các nhận xét, đánh giá về các kết quả đạt được, những hạn chế của các mô hình và sản phẩm trên Từ cơ sở đó để xây dựng phương pháp và nội dung nghiên cứu cho đồ án “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đột lỗ tôn tự động”

Chương 2: Phương pháp và nội dung nghiên cứu

Chương này trình bày ngắn gọn về các khái niệm, thuật ngữ và các cơ sở lý thuyết

có liên quan đến mô hình máy đột lỗ tôn tự động Phân tích, giải thích lý do áp dụng các

cơ sở lý thuyết đã nêu để phục vụ cho quá trình thực hiện các nội dung trong đồ án

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thử nghiệm

Trình bày những nội dung có liên quan đến quá trình thực hiện các nội dung nghiên cứu để giải quyết vấn đề đặt ra Tiến hành thử nghiệm mô hình với các giá trị thông số khác nhau (tốc độ đột, khoảng cách các lỗ đột) Phân tích các số liệu thực nghiệm để tìm

ra những sai số của máy khi vận hành, từ đó có điều chỉnh các giải pháp để khắc phục

Chương 4: Kết luận và đề xuất

Chương này trình bày tổng hợp về các kết quả đã đạt được từ mô hình và dựa trên

cơ sở đó phân tích, đánh giá về những đóng góp của đề tài về mặt thực tiễn đối chiếu với kết luận trong phần tổng quan chương 1 Bên cạnh đó, nhóm cũng đưa ra một số hạn chế của mô hình, từ đó đề xuất những kiến nghị để sản phẩm hoàn thiện hơn

Các phụ lục

Phụ lục 1: Chương trình điều khiển

Phụ lục 2: Bảng tra lực đẩy xylanh

MỤC LỤC

Trang

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

LỜI CAM ĐOAN CỦA SINH VIÊN VỀ LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT iv

LỜI CẢM ƠN v

TÓM TẮT ĐỒ ÁN vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ x

DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii

PHẦN MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Tổng quan về hệ thống máy đột lỗ tôn tự động 2

1.2.1 Cơ cấu cấp tôn tự động 2

1.2.2 Cơ cấu dẫn hướng tôn 4

1.2.3 Cơ cấu đột lỗ tôn 5

1.3 Một số mô hình đột lỗ tôn 6

1.3.1 Mô hình đột lỗ tôn điều khiển bằng tay 6

1.3.2 Mô hình đột lỗ tôn điều khiển tự động 7

1.4 Kết luận 7

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 9

2.1 Phương pháp nghiên cứu 9

2.2 Yêu cầu mô hình 9

2.3 Phương án thiết kế 9

2.3.1 Phần khung máy 9

2.3.2 Cơ cấu dẫn hướng tôn vào, ra 11

2.3.3 Cơ cấu ép và làm phẳng tôn bằng rulo 12

2.3.4 Cơ cấu đột lỗ 13

2.3.5 Lựa chọn hệ thống truyền động cho hệ thống 16

2.3.6 Xác định công suất động cơ 21

2.3.7 Tính chọn xylanh cho hệ thống 24

2.3.8 Tính chọn công suất nguồn cho cả hệ thống 26

2.3.9 Phần điện khí nén 27

2.3.10 Phần cơ khí 31

2.3.11 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách bố trí các thiết bị 40

2.3.12 Lựa chọn bộ điều khiển trung tâm 47

2.3.13 Thiết kế và lắp đặt hệ thống điều khiển 49

2.3.14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển 57

2.3.15 Lưu đồ giải thuật 59

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 62

3.1 Kiểm tra hệ thống trước khi thử nghiệm 62

3.1.1 Kiểm tra phần cơ khí 62

3.1.2 Kiểm tra phần điện 62

3.1.3 Kiểm tra phần xylanh, khí nén 63

3.2 Thử nghiệm điều chỉnh các thông số cơ khí 64

3.2.1 Thử nghiệm lúc không có tải 64

3.2.2 Thử nghiệm lúc có tải 64

3.3 Thử nghiệm phần điện và lập trình 67

3.3.1 Thử nghiệm lần 1 67

3.3.2 Thử nghiệm lần 2 68

3.4 Thử nghiệm toàn bộ hệ thống 69

3.4.1 Thử nghiệm lần 1 69

3.4.2 Thử nghiệm lần 2 70

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

4.1 Kết quả đạt được 71

4.1.1 Phần cơ khí 71

4.1.2 Phần điện và lập trình 71

4.1.3 Toàn bộ hệ thống 71

4.2 Những vấn đề chưa đạt được 71

4.3 Những đề xuất và kiến nghị 71

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cơ cấu kẹp bằng khí nén 3

Hình 1.2 Máy đột lỗ bằng CNC 4

Hình 1.3 Bộ “chày”, “cối” đột lỗ 5

Hình 1.4 Mô hình đột lỗ tôn bằng tay dùng xylanh khí nén 6

Hình 1.5 Mô hình đột lỗ tôn tự động dùng xylanh khí nén 7

Hình 1.6 Sơ đồ khối của mô hình máy đột lỗ tôn tự động 8

Hình 2.1 Nhôm định hình 10

Hình 2.2 Thép vuông 30 x 30 (mm) 11

Hình 2.3 Cơ cấu dẫn hướng chế tạo từ thép hộp 11

Hình 2.4 Rulo sắt 12

Hình 2.5 Rulo nhựa 13

Hình 2.6 Cơ cấu đột lỗ dạng đầu đột tách rời với đầu xylanh 13

Hình 2.7 Khe hở cắt cho phép 14

Hình 2.8 Bộ “cối”, “chày” đột lỗ tôn 14

Hình 2.9 Cơ cấu cối chày gắn trực tiếp vào đầu xylanh 16

Hình 2.10 Bộ truyền đai 16

Hình 2.11 Bộ truyền xích 17

Hình 2.12 Động cơ DC 18

Hình 2.13 Động cơ AC Servo 19

Hình 2.14 Động cơ bước 20

Hình 2.15 Biên dạng tôn uốn từ rulo 21

Hình 2.16 Tôn nhôm (bên trái) và tôn thép (bên phải) 24

Hình 2.17 Lực đột cần thiết 24

Hình 2.18 Lực xylanh sinh ra 25

Hình 2.19 Máy nén khí 27

Hình 2.20 Van điện từ khí nén 5/2 28

Hình 2.21 Cấu tạo van điện từ 5/2 28

Hình 2.22 Cấu tạo van điện từ 5/2 có lò xo 29

Hình 2.23 Đầu chia khí nén 29

Hình 2.24 Van tiết lưu khí nén 30

Hình 2.25 Van giảm thanh khí nén 30

Hình 2.26 Mô phỏng xylanh trong phần mềm FESTO FluidSIM 31

Hình 2.27 Xylanh hoạt động trong phần mềm FESTO FluidSIM 31

Hình 2.28 Tổng quan mô hình máy đột lỗ tôn 33

Hình 2.29 Thiết kế khung sườn 33

Hình 2.30 Kích thước cụ thể của khung máy 34

Hình 2.31 Khung sắt sau khi gia công 34

Hình 2.32 Thiết kế hộp điều chỉnh khe hở rulo 35

Hình 2.33 Kích thước của hộp tăng chỉnh rulô 35

Hình 2.34 Cơ cấu tăng chỉnh rulo 36

Hình 2.35 Kích thước của đế tăng chỉnh rulô 36

Hình 2.36 Cố định cơ cấu tăng chỉnh rulo vào đế đỡ 37

Hình 2.37 Đế tăng giảm độ chùng của xích 37

Hình 2.38 Đế đỡ trục nhông gối đỡ tăng giảm độ chùng xích 37

Hình 2.39 Cơ cấu tăng chỉnh độ chùng của xích 38

Hình 2.40 Gối đỡ nhông tăng moment 38

Hình 2.41 Gối đỡ nhông tăng moment sau khi gia công 39

Hình 2.42 Đế đỡ các chi tiết trên bản thiết kế (trái) và sau khi gia công (phải) 39

Hình 2.43 Encoder 40

Hình 2.44 Tín hiệu xung của Encoder 40

Hình 2.45 Cảm biến quang 41

Hình 2.46 Sơ đồ cảm biến quang phản xạ 42

Hình 2.47 Cảm biến từ 42

Hình 2.48 Sơ đồ nguyên lý cảm biến từ 43

Hình 2.49 Driver TB6600 44

Hình 2.50 Bố trí Encoder 46

Hình 2.51 Cố định Encoder vào khung máy 46

Hình 2.52 Bố trí cảm biến quang 47

Hình 2.53 Bố trí cảm biến từ 47

Hình 2.54 Arduino Uno 47

Hình 2.55 PLC S7 – 1200 SIEMENS 48

Hình 2.56 Nút nhấn nhả 2 cặp tiếp điểm 50

Hình 2.57 Nút nhấn nhả 1 tiếp điểm (thường hở) 50

Hình 2.58 Nút dừng khẩn cấp 51

Hình 2.59 Công tắc xoay 3 vị trí LA38 51

Hình 2.60 Đèn hiển thị đỏ, xanh, vàng 52

Hình 2.61 Màn hình hiển thị LCD 52

Hình 2.62 Modul I2C 53

Hình 2.63 Cổng Terminal 54

Hình 2.64 Vị trí bảng giao diện và tủ điện trên máy 54

Hình 2.65 Bố trí khu vực làm việc của các thiết bị và mạch điện 55

Hình 2.66 Bấm nhãn các đầu dây 55

Hình 2.67 Tủ điện của hệ thống 56

Hình 2.68 Bảng giao diện điều khiển 56

Hình 2.69 Sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống 58

Hình 2.70 Mô hình thực tế 59

Hình 2.71 Lưu đồ giải thuật 60

Hình 3.1 Kiểm tra độ chùng của xích 62

Hình 3.2 Kiểm tra nguồn cấp cho các thiết bị 63

Hình 3.3 Điều khiển xylanh bằng nút nhấn 63

Hình 3.4 Thử nghiệm trên giấy mô hình 65

Hình 3.5 Gắn thêm 2 que dẫn 66

Hình 3.6 Gắn ổ bi vào thanh dẫn hướng 66

Hình 3.8 Lắp tụ chống nhiễu 68

Hình 3.9 Khoảng cách các lỗ đột sau khi đã được hiệu chỉnh 68

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Độ lớn của khe hở cắt 15

Bảng 2.2 Bảng tính các giá trị moment 23

Bảng 2.3 Các dụng cụ chính hỗ trợ chế tạo phần cơ khí 32

Bảng 2.4 Cài đặt dòng điện driver 44

Bảng 2.5 Cài đặt vi bước cho driver 45

Bảng 2.6 Bảng thống kê các chân tín hiệu 57

Bảng 3.1 Các thông số khi thử nghiệm lần 1 69

Bảng 3.2 Các thông số khi thử nghiệm lần 2 70

PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết, cũng như lý do vì sao lựa chọn nghiên cứu đề tài này

Ngày nay, khoa học và công nghệ càng phát triển làm cho nhu cầu gia công các chi tiết ngày càng được các ngành công nghiệp chú trọng Trong số đó, những lỗ đột xuất hiện phổ biến trong các chi tiết gia công của hầu hết các hệ thống xây dựng hay bất

cứ máy móc nào Với sự gia công chính xác của các lỗ đột này, các hệ thống máy móc cũng như các sản phẩm hiện nay ngày một trở nên hoàn thiện hơn về mặt kỹ thuật qua

đó giúp năng suất lao động được tăng cao Máy đột lỗ là loại máy chuyên dụng để đột

lỗ (gia công lỗ) trên những vật liệu mỏng như tôn, thép tấm, inox tấm, được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp, các xưởng cơ khí, công trình xây dựng, giúp người sử dụng tiết kiệm được thời gian và sức lao động

Với những lý do trên, em đã quyết định thiết kế và chế tạo máy đột lỗ tôn tự động

để phục vụ cho nhu cầu gia công lỗ đột hiện nay

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu của đồ án sẽ góp phần bổ sung cho cơ sở lý thuyết về nghiên cứu máy, củng cố những kiến thức đã học

Kết quả nghiên cứu của đồ án sẽ được ứng dụng vào trong quá trình học tập, nghiên cứu và đáp ứng nhu cầu trong cuộc sống

Mục tiêu của đề tài

- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy đột lỗn tôn tự động kích thước tối thiểu:

1000 x 500 (mm)

- Có thể cài đặt khoảng cách giữa các lỗ đột

- Cài đặt và hiển thị các thông số qua LCD

- Tốc độ dập nhanh nhất là: 3s/lần

Đối tượng nghiên cứu

Máy đột lỗ tôn tự động

Phạm vi nghiên cứu

Máy đột lỗ tôn tự động (tôn nhôm), dạng lỗ đột đơn, bề rộng tấm tôn lớn nhất là

100 (mm), bề dày tôn lớn nhất máy có thể đột là 10 (zem)

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, các ngành công nghiệp sản xuất đang phát triển mạnh hơn bao giờ hết Việc gia công những lỗ tròn, vuông, oval, là một trong những công đoạn trong nhiều ngành Máy đột lỗ ra đời giúp tạo ra những lỗ tròn, vuông, oval, với nhiều kích thước khác nhau trên những tấm kim loại như nhôm, tôn, sắt tấm, Trước kia, khi cần gia công các lỗ, ta thường sử dụng các loại máy khoan Những loại máy này chỉ có thể đột được những lỗ có kích thước nhỏ, mất nhiều thời gian của người lao động Không những vậy, chi tiết sau khi đột không đảm bảo yêu cầu, có độ chính xác không cao và có nhiều những vết gờ xung quanh lỗ đột Vì vậy, máy đột lỗ tự động ra đời để đáp ứng cho công việc đột lỗ Nhờ vào hệ thống tự động, người vận hành không cần mất quá nhiều thời gian mà vẫn có thể đột lỗ một cách dễ dàng, tốc độ đột khá nhanh giúp công việc đột lỗ được nhanh hơn và sản phẩm có độ chính xác cao, ít xảy ra sai số trong kỹ thuật Dựa vào những nền tảng sẵn có nhóm đã quyết định để cùng nhau làm ra “Máy đột lỗ tôn tự động” Bởi vì trong thực tế, các nhà máy xí nghiệp đang có nhu cầu rất cao về việc đột

lỗ cho tôn tự động để tiết kiệm được thời gian và nhân công lao động [7]

1.2 Tổng quan về hệ thống máy đột lỗ tôn tự động

1.2.1 Cơ cấu cấp tôn tự động

Cơ cấu rulo

Rulo được sử dụng rộng rãi trong các băng tải, băng chuyền, máy cán tôn, máy kéo chỉ dệt vải, palang cầu trục,

Rulo có cấu tạo rất đơn giản:

- Trục rulo: Tùy theo lực mà rulo phải chịu tải mà chúng ta chọn cốt đặc hay ống

- Ống rulo: Thép ống là lựa chọn hàng đầu tùy theo nhu cầu sử dụng có thể lựa chọn ống dày hay ống mỏng Ngoài ra, chúng ta có thể chọn nhựa PVC, nhôm, để gia công ống rulo

- Mặt bích: Là những miếng kim loại hình tròn độ dày theo nhu cầu, đường kính thì tỷ lệ với ống rulo

Các rulo đặc biệt được bọc cao su bên ngoài để giảm lực tác động được gọi là rulo giảm chấn

Ưu điểm

- Cấu trúc bền vững

Cơ cấu đầu kẹp khí nén

Cơ cấu đầu kẹp khí nén là cơ cấu được dùng phổ biến ở các máy đột lỗ tự động trong công nghiệp Cơ cấu giúp đưa tôn vào vị trí đột nhanh và chính xác, ít sai số khi vận hành

Ưu điểm

- Tôn được đưa vào liên tục

- Tốc độ đưa tôn vào nhanh và chính xác

- Cho năng suất lớn

Cơ cấu cấp phôi tự động bằng CNC

Trước khi đột lỗ tôn sẽ được định vị, kẹp chặt và việc di chuyển lỗ đột sẽ được cơ cấu CNC đảm nhận Tôn luôn luôn được kẹp chặt nên không xảy ra hiện tượng xê dịch lệch vị trí

- Người vận hành cần phải hiểu biết về máy CNC

1.2.2 Cơ cấu dẫn hướng tôn

Sau khi tôn được cấp vào tự động, tôn bị lệch hướng không đi đúng vào vị trí đột

Do đó, cơ cấu dẫn hướng sẽ điều chỉnh hướng di chuyển của tôn

Hình 1.2 Máy đột lỗ bằng CNC

Đối với những cơ cấu cấp phôi tự động như CNC, đầu kẹp khí nén, thì tôn được định vị một cách chính xác và không cần phải có cơ cấu dẫn hướng Tuy nhiên, đối với rulo thì cơ cấu dẫn hướng đóng vai trò quan trọng do khe hở rulo không đồng đều

1.2.3 Cơ cấu đột lỗ tôn

Bộ “chày”, “cối” đột lỗ có nhiều hình dạng khác nhau như: trụ tròn, oval, vuông, chữ nhật là chi tiết dành cho máy đột lỗ cầm tay, máy đột di động đầu chữ C nguồn rời

và các máy đột lỗ bằng thủy lực Chày cối đột lỗ được gia công đặc biệt cho phép đột lỗ trên các loại vật liệu như thép, sắt, inox

Chày cối đột lỗ có những kích thước khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng mà sử dụng kích thước cho phù hợp

“Chày” có tác dụng là dập, đột kèm theo đó cấu tạo của mép chày khá mảnh Vì vậy khi lực va đập lớn nếu cả chày và cối cùng có độ đứng quá cao thì việc nứt hay vỡ mép là vấn đề hoàn toàn có thể xảy ra Do đó, ngoài độ cứng chúng còn cần độ dẻo dai

để không bị nứt, vỡ nhưng vẫn đủ bền để chịu được mài mòn

“Cối” là nơi tạo ra những hình dạng lỗ đột theo mong muốn, có phần chắc chắn hơn với chày, ít bị tác động bởi lực do va đập mà yêu cầu đặt ra là chịu được ma sát trong quá trình chày dập, đột liên tục Vì vậy, chi tiết này cần độ cứng cao để không bị mài mòn nhanh chóng.[8]

Ưu điểm

- Nhỏ gọn, dễ tháo lắp

- Có nhiều kích thước để lựa chọn

- Giá thành rẻ, dễ gia công

Nhược điểm

- Bị mòn nhanh

- Dễ bị nứt hoặc vỡ mép nếu hoạt động liên tục

Hình 1.3 Bộ “chày”, “cối” đột lỗ

1.3 Một số mô hình đột lỗ tôn

1.3.1 Mô hình đột lỗ tôn điều khiển bằng tay

Ưu điểm

- Bộ cối, chày có thể thay đổi linh hoạt

- Mô hình được thiết kế dễ dàng sử dụng

- Thao tác đột lỗ nhanh chóng

Nhược điểm

- Không có khả năng tự động

- Mất nhiều thời gian cho quá trình đột lỗ

- Lỗ đột có tính thẩm mỹ nhưng độ chính xác không cao

- Năng suất đột lỗ không cao

Hình 1.4 Mô hình đột lỗ tôn bằng tay dùng xylanh khí nén [22]

1.3.2 Mô hình đột lỗ tôn điều khiển tự động

Ưu điểm

- Mô hình có hệ thống tự động

- Không mất nhiều thời gian khi gia công sản phẩm

- Cho năng suất cao

Nhược điểm

- Không có cơ cấu tăng chỉnh rulo

- Sản phẩm không có tính thẩm mỹ cao

- Chưa có phần điện hoàn chỉnh

- Máy hoạt động trên công suất nhỏ

1.4 Kết luận

Sau khi khảo sát và phân tích qua các phương án thiết kế một cách tổng thể, dựa vào năng lực và để hạn chế những khó khăn gặp phải trong quá trình thiết kế và thi công

sau này, nhóm chúng em quyết định “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình máy đột

lỗ tôn tự động” dựa trên phương án sau:

❖ Cơ cấu dẫn hướng: Chế tạo từ thép ống và thanh ty

Hình 1.5 Mô hình đột lỗ tôn tự động dùng xylanh khí nén [20]

❖ Cơ cấu cuốn tôn vào, dẫn tôn ra: Cơ cấu rulo, gia công từ nhựa PVC

❖ Cơ cấu đột lỗ tôn: Đầu đột được gắn trực tiếp trên đầu xylanh, khí nén

❖ Sơ đồ khối của mô hình

Hình 1.6 Sơ đồ khối của mô hình máy đột lỗ tôn tự động

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp nghiên cứu

❖ Nghiên cứu lý thuyết:

- Tham khảo các mô hình đột lỗ tôn trong và ngoài nước

- Nghiên cứu mô hình của nhóm, so sánh ưu nhược điểm với các mô hình khác để đưa ra những giải pháp tối ưu

- Tìm hiểu và lựa chọn các phương án cho trục rulo, cơ cấu truyền động, cơ cấu đột lỗ

- Tìm hiểu cách lắp đặt, bố trí tủ điện, giao diện điều khiển cho hệ thống

❖ Phương pháp thực nghiệm:[3]

- Thực nghiệm, kiểm tra và hoàn thiện hệ thống để đảm bảo: Phần khung cơ khí, cơ cấu tăng chỉnh khe hở rulo, bộ “cối”, “chày”, xylanh tiến – lùi,… đã hoạt động ổn định, chính xác, linh hoạt trong quá trình lắp đặt và hiệu chỉnh sau này

- Cho mô hình chạy thử để xác định các thông số có phù hợp với giả thuyết không, từ đó có những giải pháp hiệu chỉnh phù hợp

- Lưu lại các thông số, kết quả để dễ dàng hiệu chỉnh và thay đổi

2.2 Yêu cầu mô hình

- Kích thước tối thiểu của khung máy dài x rộng là: 1000 x 500 (mm)

- Có thể điều chỉnh được khoảng cách và tốc độ đột

- Nhôm định hình dễ tháo lắp, không bị oxy hóa nên bền bỉ theo thời gian

- Khối lượng nhẹ, ít bị cong vênh, tính thẩm mỹ cao

- Phổ biến trên thị trường, đa dạng nhiều loại dễ dàng tìm mua và thay thế cho việc bảo trì sau này

Nhược điểm

- Khi sử dụng nhôm định hình, phần khối lượng công việc để gia công cơ khí

sẽ bị giảm xuống, hạn chế khả năng thực hành các dụng cụ gia công trong quá trình chế tạo

- Các mối hàn nhanh bị oxy hóa, gỉ sắt, dẫn đến tính thẩm mỹ không cao

- Các mối hàn sau khi hàn rất khó tháo lắp

Hình 2.1 Nhôm định hình

- Khi gia công phải yêu cầu có hiểu biết cơ bản về các dụng cụ gia công: máy cắt, máy khoan, máy hàn,… nếu không sẽ dễ bị tai nạn.

Kết luận

Với yêu cầu khung máy có kích thước tối thiểu dài x rộng là 1000 x 500 (mm), nên phần khung sẽ được thiết kế với kích thước là 1200 x 750 (mm) đảm bảo để bố trí, lắp đặt các chi tiết sau này và được gia công từ thép vuông 30 x 30 (mm)

2.3.2 Cơ cấu dẫn hướng tôn vào, ra

Phương án 1: Sử dụng thanh ty phi 8 lồng vào thép hộp kích thước 50 x 30 (mm)

cho 2 bề mặt của thép hộp không được song song

- Chỉ phù hợp với các loại tôn dày, tôn mỏng dễ bị bẽ cong khi bị tiếp xúc với bề mặt của thép hộp

Phương án 2: Gia công cơ cấu kẹp bằng khí nén

50 x 30 (mm) và hai thanh ty phi 8 với nhau

2.3.3 Cơ cấu ép và làm phẳng tôn bằng rulo

Phương án 1: Chế tạo rulo từ sắt ống

Phương án 2: Chế tạo rulo từ nhựa, trục rulo bằng inox

Ưu điểm

- Khối lượng nhẹ, dễ lắp đặt, vận chuyển trong quá trình gia công

- Dễ gia công, hiệu chỉnh

- Vật liệu dễ mua, chi phí thấp nên dễ dàng thay thế khi cần

- Yêu cầu gia công chính xác cao, nhiều chi tiết hỗ trợ kèm theo

- Tốn nhiều thời gian gia công, lắp đặt, khó khăn cho việc điều chỉnh sau này

Phương án 2: Cơ cấu đột lỗ đầu đột gắn ăn khớp với đầu xylanh

Với phương án này thì bộ “cối”, “chày” phải được gia công chính xác Khe hở cắt của cối và chày được xác định như sau:

Hình 2.8 Bộ “cối”, “chày” đột lỗ tôn

Hình 2.7 Khe hở cắt cho phép

Đầu chày có đường đính d, đầu cối cắt có đường kính D thì khoảng khe hở cắt cho phép là u và được xác định:

u = 𝐷−𝑑

2 (2.1) Giá trị cho phép của u tra trong bảng sau: [5]

- Chi tiết “cối” phải chính xác với “chày”

- Gá đặt bộ “cối”, “chày” lên mô hình khó khăn

Độ lớn khe hở cắt

Bề dày cắt (mm)

Kết luận

Vì chiều rộng tôn đưa vào được giới hạn, tôn sau khi đột phải có lỗ tròn nên phương

án gia công bộ “cối”, “chày” gắn trực tiếp vào đầu xylanh sẽ đáp ứng được tiêu chí

2.3.5 Lựa chọn hệ thống truyền động cho hệ thống

Truyền động bằng dây đai

Bộ truyền đai hoạt động theo nguyên tắc ăn khớp là chính: công suất từ bánh chủ động truyền cho bánh bị động nhờ vào việc ăn khớp răng giữa dây đai và bánh đai

Ưu điểm

- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (< 15m)

- Làm việc êm, không gây ồn nhờ độ dẻo của đai nên có thể truyền động ở

vận tốc lớn

- Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải

Hình 2.9 Cơ cấu cối chày gắn trực tiếp vào đầu xylanh

Hình 2.10 Bộ truyền đai

trọng thay đổi tác dụng lên cơ cấu

- Nhờ vào sự trượt trơn của dây đai nên đề phòng được sự quá tải xảy ra trên

động cơ

- Kết cấu vận hành đơn giản

Nhược điểm

- Kích thước bộ truyền đai lớn so với các bộ truyền khác: xích, bánh răng

- Tỉ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai (ngoại

trừ đai răng)

- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn do phải có lực căng đai ban đầu

- Tuổi thọ của bộ truyền đai thấp [15]

Truyền động bằng xích

Xích là một chuỗi các mắt xích nối với nhau bằng bản lề Xích truyền chuyển động

và tải trọng từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với các răng trên đĩa xích

Ưu điểm

- Có thể truyền động giữa hai trục song song tương đối xa

- Khuôn khổ kích thước nhỏ gọn hơn truyền động đai cùng công suất

- Không có hiện tượng trượt, tỉ số truyền trung bình ổn định

- Hiệu suất cao

- Lực tác dụng lên trục và ổ bi nhỏ

- Có thể cùng một lúc truyền chuyển động từ một trục dẫn đến nhiều trục bị dẫn

Hình 2.11 Bộ truyền xích

Nhược điểm

- Nhanh mòn bản lề

- Vận tốc tức thời của xích và đĩa bị dẫn không ổn định, nhất là khi số răng của đĩa xích nhỏ

- Có tiếng ồn khi làm việc

- Cần bôi trơn và điều chỉnh sức căng xích [16]

Kết luận

Dựa vào tính chất của mô hình đột lỗ tôn tự động và ưu nhược điểm của 2 bộ truyền xích và truyền đai nhóm đã quyết định lựa chọn bộ truyền xích để làm cơ cấu chuyển động của mô hình Sử dụng bộ truyền xích ống con lăn có cấu tạo đơn giản, giá thành

rẻ, làm việc không trơn trượt và có năng suất cao

nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục

Ưu điểm

- Có moment mở máy lớn, kéo được tải nặng khi khởi động

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, khoảng nhảy cấp tốc độ nhỏ phù hợp với

hệ thống tự động hóa khi cần thay đổi tốc độ

Hình 2.12 Động cơ DC

Nhược điểm

- Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp và đắt tiền nhưng hoạt động kém tin cậy thường hư hỏng trong quá trình vận hành nên cần bảo trì sửa chữa thường xuyên

- Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp – chổi than sẽ gây nguy hiểm trong môi trường dễ gây cháy nổ

- Khó điều khiển chính xác vị trí quay

Phương án động cơ AC Servo

Nguyên lý hoạt động:

Động cơ Servo được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòng kín và tín hiệu đầu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt được vị trí mong muốn thì mạch điều khiển sẽ tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm

Phương án động cơ bước

Động cơ bước là loại động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rotor, có khả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết

Động cơ bước phổ biến được chia thành 3 loại chính: động cơ bước 2 pha (bước góc 1,8 độ), động cơ bước 3 pha (bước góc 1,2 độ), động cơ bước 5 pha (bước góc 0,72 độ) Góc bước cơ bản càng nhỏ thì số lượng cực từ trên rotor càng lớn

Nguyên lý hoạt động

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stator theo thứ tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

Ưu điểm

- Động cơ bước có khả năng cung cấp moment xoắn lớn ở dải vận tốc trung

bình và thấp

- Có thể điều chỉnh chính xác góc quay

- Động cơ bước có tuổi thọ lâu dài, hoạt động bền bỉ

- Động cơ bước dễ dàng lắp đặt, thay thế

- Động cơ bước có giá thành thấp

Nhược điểm

- Động cơ bước khi hoạt động có hiện tượng bị trượt bước

Hình 2.14 Động cơ bước

- Động cơ bước sẽ ồn và nóng dần lên khi hoạt động

- Động cơ bước gây ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ servo

- Động cơ bước không thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao

Kết luận

Dựa vào ưu nhược điểm của 3 loại động cơ nhóm đã quyết chọn động cơ bước là động cơ dẫn động cho mô hình vì động cơ bước dễ tìm kiếm, giá thành rẻ, dễ dàng điều khiển và kiểm soát vị trí quay

2.3.6 Xác định công suất động cơ

S - Chiều dày của tôn Chọn S = 0,4 mm

 - Giới hạn bền của vật liệu làm tôn (nhôm),  <= 200 (N/mm2 )

n - Hệ số đặc trưng ảnh hưởng của biến dạng cứng, n = 1,8

L - Khoảng cách giữa các điểm tựa

Chiều rộng của tôn uốn B được tính như sau:

B = 𝑅.𝜋.𝜑

180°

Vì trục hai cặp rulo chỉ có chức năng cán làm phẳng

tôn, không cán tôn để tạo biên dạng sóng nên góc 𝜑 = 1800,

R = 2.L thay tất cả các thông số trên vào (2.2) ta được áp lực

cán tôn của một cặp rulo:

m: khối lượng của rulo, m = 0,5 (kg)

❖ Mms : Moment ma sát sinh ra tại cổ trục

Mms = 𝑅.𝑓.𝑑

2R: Lực tác dụng lên cổ trục

f: Hệ số ma sát, chọn f = 0,5

D: Đường kính danh nghĩa rulo, D = 58 (mm)

❖ Mc: Moment cán để làm biến dạng kim loại

Mc = P.t L P: Áp lực kim loại tác dụng lên trục

t: Hệ số tay đòn khi cán hình đơn giản, t = (0,45 ÷ 0,5) chọn t = 0,5 L: Chiều dài tiếp xúc của kim loại với con lăn

Ta đặt ký hiệu I, II cho 2 trục dẫn (trục dưới) và I’, II’ cho 2 trục trên và hai trục III, IV (trục truyền động cơ và trục tăng moment)

Tính công suất động cơ

Tổng moment cần thiết để động cơ truyền động:

Mt = 𝑀

i + M III = (6 002,89 + 5 844,91 + 6 002,89 + 5 844,91 + 18,82) /2 +3,55

= 11 859,26 (N.mm) = 11,86 (N.m)

M: Moment cần thiết để quay mỗi trục (N.m)

i: Tỷ số truyền của 2 nhông xích, i = 18/9 = 2

Công suất cần thiết của động cơ:

Nđc = (Mt )/ (N)

: Hiệu suất bộ truyền ( = 0,95)

: Vận tốc góc của trục (rad/s)

Giả sử tốc độ quay của động cơ là n = 60 (vòng/phút)

Suy ra:  = (2.𝜋)/n = 6,3 (rad/s)

Khi đó, ta xác định được công suất động cơ:

Nđc = 11,86.6,3/0,95 = 78,65 (W)

2.3.7 Tính chọn xylanh cho hệ thống

Lựa chọn tôn đột lỗ

Trên thị trường có nhiều loại tôn với chất lượng và kích thước đa dạng như tôn nhôm, tôn thép, tôn PU lấy sáng,… mỗi loại tôn có một chức năng riêng chính vì vậy vật liệu của nó cũng khác nhau dẫn đến độ cứng của mỗi loại sẽ khác nhau

Tôn thép lá mỏng được chế tạo từ thép có độ dẻo cao, khó cắt đứt, sức bền cắt lớn Tôn nhôm có độ giòn, mềm, dễ cắt đứt, sức bền cắt bé nên rất dễ đột lỗ

Trong mô hình này chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu, nên sử dụng tôn nhôm làm phôi đột là phù hợp nhất

Tính lực đột lỗ tôn [5]

Giả sử cần đột lỗ tôn nhôm hình tròn có đường kính D, độ dày tôn là T

Hình 2.16 Tôn nhôm (bên trái) và tôn thép (bên phải)

Hình 2.17 Lực đột cần thiết

- Chiều dài L đường cắt được xác định bằng chu vi của đường kính lỗ cần đột:

𝐿 = 𝜋 𝐷 (mm)

- Diện tích cắt:

𝑆 = 𝐿 𝑇 (mm2)

“Sức bền của nhôm tinh khiết là 7–11 MPa, trong khi hợp kim nhôm có độ bền từ

200 MPa đến 600 MPa.”[6] Chọn Rmax = 200 (MPa)

- Sức bền cắt tối đa của nhôm là:

𝜎 = 𝑘 Rmax (N/mm2) Trong đó: k = 0,6÷ 1,0 là hệ số cắt, tùy thuộc vào chất lượng vật liệu, điều kiện cắt, chọn k = 0,8

F = 160 𝜋.8.0,4 = 1 607,68 (N)

Xác định đường kính xylanh

Để đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng, cũng như độ ổn định và tuổi thọ của các thiết bị khí nén thì áp suất cung cấp cho các thiết bị làm việc nên cấp trong khoảng trung bình trong dải áp suất mà các thiết bị này có thể chịu được (0,15 ÷ 9 MPa) Ở đây,

ta giả sử các thiết bị điện khí nén đang hoạt động ở áp suất P = 5 (Mpa)

Khi ta cấp một luồng khí áp suất P vào xylanh có đường kính trục là D thì xylanh tiến, đầu trục của xylanh mang theo lực F1 Khi cấp P theo chiều ngược lại xylanh lùi về với lực F2 Ở đây lực F1 chính là lực cần thiết để cắt đứt tôn

Hình 2.18 Lực xylanh sinh ra