Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, các hệ thống sản xuất công nghiệp nói chung và các quá trình sản xuất trong lĩnh vực gia công cắt gọt cơ khí nói riêng đều phát triển theo hướng tự động hóa ngày cà

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Lớp: ME6061.4 – K13

Hà Nội – 2021

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp: ME6061.2 Khóa: 14

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Thiết kế Hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp

Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế

- Thiết lập danh sách yêu cầu

Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ

- Xác định các vấn đề cơ bản

- Thiết lập cấu trúc chức năng

- Phát triển cấu trúc làm việc

- Lựa chọn cấu trúc làm việc

Nội dung 3: Thiết kế cụ thể

- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể

- Tích hợp hệ thống

- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác Áp dụng các công cụ hỗ trợ: Mô hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm

3 Sản phẩm nghiên cứu : Báo cáo thu hoạch bài tập lớn.

IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

1 Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử và các tài liệu tham khảo

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính

KHOA CƠ KHÍ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS Nguyễn Anh Tú TS Nguyễn Văn Trường

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Nhận xét của giáo viên phản biện

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, các hệ thống sản xuất công nghiệp nói chung và các quá trình sản xuất trong lĩnh vực gia công cắt gọt cơ khí nói riêng đều phát triển theo hướng tự động hóa ngày càng cao Vì thế quá trình cấp phôi là một trong những yêu cầu cần thiết cần phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao năng suất lao động, sử dụng và khai thác các máy móc, thiết bị một cách có hiệu quả nhất, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm giá thành sản phẩm

Quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọng đối với sự phát triển của một quốc gia Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc…thì tự động hóa không còn xa lạ và đã trở nên quen thuộc Ở các nước này máy móc hầu như đã thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn và thay vào đó là những lao động chuyên môn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sát trực tiếp quá trình sản xuất thông qua máy tính

Ở nước ta do yêu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nên ngày càng xuất hiện nhiều những dây truyền sản xuất mới có mức độ tự động hoá cao với hệ truyền động hiện đại Việc xuất hiện các hệ truyền động hiện đại đã thúc đẩy sự phát triển, nghiên cứu, đào tạo ngành tự động hoá ở nước ta tiếp thu khoa học kỹ thuật hiện đại nhằm tạo ra những hệ truyền động mới và hoàn thiện những hệ truyền động cũ

Trong đề tài bài tập lớn môn “Xây dựng hệ thống cấp phôi tự động phôi trụ” này, nhóm sinh viên chúng em xin trình bày một cách cụ thể về quá trình nghiên cứu tìm hiểu

và tính toán, thiết kế mô hình hệ thống Thông qua đó có thể áp dụng nó vào các bài nghiên cứu khoa học hay vào đồ án tốt nghiệp chuyên ngành khi ra trường

Để bài báo cáo được hoàn thiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận được những góp

ý từ phía các thầy cô Qua đây, chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Văn Trường đã nhiệt tình hướng dẫn cho chúng em

Xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất cả các quý Thầy Cô!

Hà Nội, ngày 25 tháng 3 năm 2021

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

NỘI DUNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 2

1 Vai trò quan trọng của nhiệm vụ thiết kế 2

1.1 Phân tích nhu cầu thị trường thị trường 2

1.2 Tìm và chọn ý tưởng sản phẩm 4

1.3 Lựa chọn phương án 7

2 Thiết lập danh sách yêu cầu 9

NỘI DUNG 2: THIẾT KẾ SƠ BỘ 12

1 Xác định các vấn đề cơ bản 12

2 Phát triển phương án thiết kế 13

3 Thiết lập cấu trúc chức năng 15

4 Phát triển cấu trúc làm việc 16

5 Lựa chọn cấu trúc làm việc 17

PHẦN III THIẾT KẾ CỤ THỂ 19

1 Xây dựng các bước thiết kế cụ thể 19

1.1 Tính toán thiết kế hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp 19

1.2 Xây dựng các bước thiết kế cụ thể 26

2 Phác thảo sản phẩm 31

2

NỘI DUNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1 Vai trò quan trọng của nhiệm vụ thiết kế

Ngày nay, khoa học công nghệ được ứng dụng trong mọi mặt của cuộc sống Năng suất tao động không ngừng được tăng lên nhớ áp dụng những thành tựu khoa học mới trên những dãy chuyển sản xuất tiên tiến Với những máy móc hiện đại chúng ta có thể tạo ra nhiều loại sản phẩm khác nhau trên cùng một trung tâm Do đó, cần những thiết bị phân loại, nhận biết sản phẩm nhanh và hiệu quả, giảm sức lao động Yếu tố được tập trung quan tâm là tự động hóa tối đa hoạt động của máy hoặc dây chuyền sản xuất Để đảm bảo quá trình sản xuất ổn định thì cần thiết phải có quá trình cung cấp phải chính xác về thời gian, không gian và liên tục theo chu kỳ của hệ thống một cách tin cây

Vì vậy quá trình cấp phối là một trong những yêu cầu cần thiết nhất phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao năng suất lao động hiệu quả sử dụng máy móc cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm Nghiên cứu hệ thống cấp phải tự động là giải quyết từng giai đoạn một cách triệt để trong tổng thể toàn bộ hệ thống cấp phải trong từng điều kiện làm việc cụ thể của từng máy móc, thiết bị và công đoạn sản xuất Đảm bảo hệ thống ổn định và đạt năng suất cao

1.1.1 Khảo sát nhu cầu thị trường

Dưới đây là biểu đồ khảo sát nhu cầu khách hàng về hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp:

Hình 1.1.1 Chức vụ của khách hàng khảo sát

3

Hình 1.1.2 Khảo sát về nhu cầu khách hàng về tự động hóa

trong trình cấp phôi hiện nay

Hình 1.1.3 khảo sát về mức độ đáp ứng hệ thống cấp phôi

Hình 1.1.4: Khảo sát về mức độ chưa hài lòng về hệ thống cấp phôi

Hình 1.1.5 Khảo sát về mức giá khách hàng cảm thấy

phù hợp về hệ thống cấp phôi

4

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều hệ thống cấp phôi khác nhau như:

+ Phễu cấp phải có phiến trượt chuyển động lên xuống

+ Cơ cấu cấp phôi rời kiểu đĩa ma sát

+ Phễu cấp phôi kiểu giá nâng

+ Phễu cấp phôi rung động

a Phễu cấp phôi có phiến trượt chuyển động lên xuống

Hình 1.1 Phễu cấp phôi có phiến trượt chuyển động lên xuống

1 Mảng dẫn phối 2 Phễu chia phôi

- Nguyên lý hoạt động:

Phễu (2) dạng hình hộp chữ nhật, đáy nghiêng Máng dẫn phôi (1), được kẹp chặt

ép sát với thành phẫu Phần làm việc của mảng bố trị nghiêng, đảm bảo cho sự dịch chuyển của phải dưới tác dụng của trọng lực Song song với màng người ta bố tri phiến trượt (4) Phiến trượt này vào lúc lấy phôi thì đi xuống vị trí dưới cùng Phiến trượt chuyển dịch xuyên qua lớp phôi đổ trong phiễu Những phôi rơi trên mặt đầu của phiến trượt được nâng lên phía trên nhờ có mặt nghiêng ở đầu phiến trượt mà các phải đỏ rơi vào máng dẫn phối Phiến trượt đi xuống dưới, còn các phải ở trong mắng sẽ trượt theo một nghiêng của máng

Trong quá trình dịch chuyển những phải đã được định hướng (trong lòng máng)

sẽ đi qua cửa số, tạo nên bởi mảng dẫn và con quay Những phôi không được định hướng

5

(không nằm trong lòng máng) khi đến cửa số sẽ bị con quay có răng (3) hết ngược trở lại vào trong phẫu Con quay bắt những phải không nằm trong cùng một hàng như vậy loại trừ được khả năng chiến phải khi đi qua cửa sổ Hoặc khi trên mảng dẫn phải đã được xếp đầy hàng thì con quay phóng phải sẽ loại trừ khả năng chèn phổi Mức cao nhất của phôi trong phẫu cần thấp hơn máng dẫn phải một ít

Ưu diểm: Kết cấu đơn giải, gọn nhẹ, thực hiện quá trình cấp phải và định hướng phải dễ dàng Điều khiến dễ nên cơ cấu này có khả năng tự động hóa cao

Nhược điểm: Cơ cấu này chỉ phù hợp với những phải có kích thước nhỏ dạng ống dạng học, con lăn hình vành khăn

Phạm vi ứng dụng: Đối với cơ cấu cấp phôi hình phẫu này sử dụng thích hợp nhất đổi với những phôi hình trụ dài, thích hợp với những chi tiết có 1/d >1 [2]

b Cơ cấu cấp phải rời kiểu đĩa ma sát

Hình 1.2 Cơ cấu cấp phôi rời kiểu đĩa ma sát

Nguyên lý làm việc :

Phôi được đưa lên đĩa (1) quay đều, nhờ ma sát trên mặt đĩa, phôi quay theo và

do lực ly tâm các phôi đó dạt ra vành ngoài đĩa, khi đi ngang qua máy dẫn sẽ được con quay (2) có răng hất vào máng dẫn Thanh gạt (4) làm nhiệm vụ khi các phôi bị đạt ra sát thành và đi ngang qua thành gạt (4) sẽ chỉ còn một lớp tránh hiện tượng các lớp chồng lên nhau sẽ không đi vào măng dẫn được

Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậyổn định và đạt năng suất cao

6

Nhược điểm: Cơ cấu nay hay xảy ra hiện tượng tắc nghẽn phổi nên cơ cấu này

cần có thêm hệ thống khí nén để giúp quá trình cấp phải được liên tục

Phạm vi ứng dụng: Loại này thích hợp cho phải dẹt (l/d <1) có chiều dày lớn hơn

1(mm) [2]

c Phễu cấp phải kiểu giá nâng

Nguyên lý làm việc:

Phôi được đưa lên đĩa (1) quay đều, nhờ ma sát trên mặt đĩa, phôi quay theo và

do lực ly tâm các phôi đó dạt ra vành ngoài đĩa, khi đi ngang qua máy dẫn sẽ được con

quay (2) có răng hất vào máng dẫn Thanh gạt (4) làm nhiệm vụ khi các phôi bị dạt ra

sát thành và đi ngang qua thành gạt (4) sẽ chỉ còn một lớp tránh hiện tượng các lớp

chồng lên nhau sẽ không đi vào máng dẫn được

Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, ổn định và đạt năng suất cao,

Nhược điểm: Cơ cấu nay hay xảy ra hiện tượng tắc nghẽn phải nên cơ cấu này

cần có thêm hệ thống khí nén để giúp quá trình cấp phải được liên tục

Phạm vi ứng dụng: Loại này thích hợp cho phôi dẹt (1/d <1) có chiều dày lớn

7

trên đế (6) quá trình rung được truyền vào phễu từ các nam châm điện (3) đặt trên đế Ngoài ra còn có một hệ thống đỡ ràng buộc sự chuyển động của phễu Vì thế, có một ngẫu lực xoắn rung theo phương thẳng đứng Dưới lực tác dụng của quán tính của phôi

do cơ cấu rung truyền sang sẽ làm cho phôi di chuyển cưỡng bức trên cơ cấu rung và thực hiện việc cấp phôi

Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, ít xảy ra hiện tượng tắc hoặc ngăn phôi Tốc tốc độ di chuyển phối đạt năng suất cao Phù hợp với nhiều loại phỏi đặc biệt với các phối có hình đăng phức tạp Điều chính công suất máy dễ dàng bằng việc điều chỉnh tần số dòng điện

Nhược điểm: Khi cơ cấu này làm việc gây tiếng ồn và rung động lớn, ảnh hưởng đến các cơ thiết bị khác

Phạm vi ứng dụng: Cơ cấu này thích hợp với nhiều loại phôi có hình dạng phức tạp nên được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống cấp phôi tự động

Phương pháp cấp phôi tự động bằng phương pháp rung động là một phương

pháp phổ biển, áp dụng cho nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau và mang lại hiệu quả cao Phễu rung dựa vào việc mô phỏng động năng của chi tiết trong phễu nhằm mục đích khắc phục những nhược điểm của các thiết kế mới Bên cạnh những nghiên cứu trên thì hiện trên thế giới có rất nhiều công ty chuyên sản xuất các phễu rung cấp phôi Với nhiều kích cỡ và công suất khác nhau

Hệ thống cấp phôi tự động phối hộp sử dụng phễu rung sẽ gia tăng năng suất đáng kể vì cấp phôi thuộc dạng phôi rời từng chiếc cho một máy tự động

Phương án dùng phễu cấp phôi dạng rung động là hợp lý nhất vì các lý do sau:

• Phôi đơn giản dễ gia công

• Dễ dàng trong việc điều tiết phôi, kết cấu đơn giản

• Cấp phôi đáp ứng được năng suất đề ra

• Năng suất cao không gây kẹt phôi

• Rất phổ biến trên thị trường

• Giá thành tương đối cao nhưng bù lại đáp ứng được năng suất đề ra

• Không va đập làm biến dạng phôi

8

 Cấu tạo – nguyên lý hoạt động của phễu rung

Cấu tạo

3: Lò xo lá 4: Phản ứng từ của nam châm điện

5: Để nam châm 6: Phần cảm ứng từ của nam châm điện

Phôi đang nằm hỗn độn trong phễu sẽ tản ra xung quanh thành phễu và bắt đầu tiếp cận với đầu mối của cánh xoắn

Phôi sẽ chuyển động theo cánh xoắn từ dưới đáy phễu lên trên theo mặt phẳng nghiêng cho tới khi ra khỏi phễu

Trong quá trình dao động phôi chịu tác dụng của lực ly tâm nhờ đó mà nó được chuyển lên phía trên ra khỏi phễu rung

Khi phải đã ra khỏi phễu thì sẽ theo máng dẫn vào vị trí gia công

9

2 Thiết lập danh sách yêu cầu

Danh sách yêu cầu đối với hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp (phễu rung)

Phễu cấp phôi: Hình trụ tròn, rỗng đường xoắn ốc từ

đáy lên trên

- Khối lượng phôi : 0,5kg-1kg

- Tải trọng chứa phôi: 30kg-50kg

- Dễ tháo lắp, thay thế sửa chữa

Nhóm: 21

- Nguồn điều khiển 220V

- An toàn, dễ sửa chữa

- Chuông báo khi sự cố, cảnh báo quá tải

Sản xuất và kiểm soát

- Đảm bảo dung sai cho phép

- Phôi được cấp không bị tắc nghẽn

- Phễu chứa phôi với độ ồn < 65𝑑𝐵

- Cơ cấu dẫn động thanh răng-bánh răng

b Bước 3: Chuyển đổi dữ liệu định hướng thành dữ liệu định tính và giảm chúng

thành các tuyên bố thiết yếu

- Cấp điện cho phần cảm ứng của nam châm điện

- Phễu cấp phôi chuyển động quay kết hợp với chuyển động lên xuống

- Phôi đang nằm hỗn độn sẽ chuyển ra phía thành phễu

- Các rãnh đưa phôi ra khỏi phễu

- Băng tải vận chuyển phôi đến vị trí mong muốn

- Bảng điều khiển: ON/OFF và nút tắt khẩn cấp

- Màn hình LCD hiển thị tải trọng phôi trong phễu, trạng thái rung lắc và độ ồn

- Nguồn điện cung cấp

- Sử dụng kết cấu khung thép

c Bước 4: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước

- Bấm nút khởi động

- Màn hình LCD hiển thị tải trọng phôi, độ ồn và trạng thái rung lắc

- Phễu cấp phôi chuyển động quay kết hợp lên xuống đưa phôi ra băng tải di chuyển đến vị trí mong muốn

d Bước 5: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập về giải pháp

- Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động phôi hộp

2 Phát triển phương án thiết kế

Chức năng: đảm bảo các mục tiêu mà danh sách yêu cầu đưa ra (cấu trúc, dây chuyền ổn định,…)

14

Nguyên tắc làm việc: làm việc đảm bảo an toàn cho người vận hành

Phương án cấu tạo (kiểu cấu tạo): sử dụng hệ thống cấp phôi tự động phôi trụ dùng loại phễu có khả năng vận hành tốt, đảm bảo được các tiêu chí đề ra

An toàn: tất cả các bộ phận đảm bảo không gây nguy hại với người vận hành Ergonomics (công thái học): đảm bảo tránh biến dạng và hư hỏng về bề ngoài, có tính thẩm mĩ cao, hệ thống hạn chế tối đa tiếng ồn, tạo nên sự thoải mái cho người sử dụng sản phẩm

Sản xuất: sử dụng các dây chuyền máy móc hiện đại đẩy nhanh tốc độ sản xuất Kiểm tra chất lượng: thẩm định, kiểm tra và thử nghiệm trước khi sản xuất hàng loạt

Lắp ráp: hệ thống lắp ráp tự động

Vận hành: vận hành tự động

Bảo trì: bảo dưỡng thường xuyên (3- 6 tháng nên bảo dưỡng 1 lần)

Tái chế: tái chế, tái sử dụng các linh kiện hỏng hóc (mạch điện tử, vỏ, cơ cấu cơ khí…)

Chi phí: phù hợp với giá thành thị trường

15

3 Thiết lập cấu trúc chức năng

Chức năng tổng thể:

-Kích thước:

+Đường kính 250mm +Cao: 140mm +Dày: 2mm -Vật liệu: Thép không gỉ -Khối lượng:6kg

-Hình dạng: trụ đứng

-Kích thước:

+Đường kính 280mm +Cao: 150mm +Dày: 3mm -Vật liệu: Thép CT3

-Khối lượng:7kg

-Hình dạng: trụ đứng

-Kích thước: +Đường kính 300mm +Cao: 180mm +Dày: 4mm -Vật liệu: Thép không gỉ -Khối lượng:8kg

+Đường kính 300mm +Cao 100mm +Vật liệu: thép CT3

+Đường kính 310mm +Cao 100mm +Vật liệu: thép không gỉ

+Đường kính 350mm +Cao 100mm +Vật liệu: thép không gỉ

3.5A

AC 220V 3.5A

AC 220V 3.5A

+Kích thước 25x30mm +Tốc độ: 20m/phút

+Kích thước 25x33mm +Tốc độ: 25m/phút

+Kích thước 20x30mm +Tốc độ: 20m/phút