Thiết kế hệ thống thay dao tự động máy CNC

+ Khi trục chính kẹp chặt dao: dao sau khi được đặt đúng vị trí trong trục chính, khí nén được đưa vào buồng dưới của xi lanh đẩy pistong đi lên, hệ thống lòxo đĩa đẩy trục kẹp đi lên, k

MỤC LỤC

MỤC LỤC ……… 1

ĐỀ TÀI ……… 2

LỜI MỞ ĐẦU……….3

CHƯƠNG 1: Tìm hiểu hệ thống thay dao tự động kiểu tang trống trên

máy phay đứng CNC 1.1, Tổng quát ………3

1.2, Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống thay giao……… 4

1.3, Ưu và nhược điểm của hệ thống thay dao tự động……… 4

1.4, Các yêu cầu của hệ thống thay dao tự động……… 5

1.5, Cấu tạo của hệ thống………6

1.6 Chu trình làm việc của hệ thống thay dao tự động……… .13

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1……….17

CHƯƠNG 2: Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành cần sử dụng để thực hiện chu trình thay dao tự động 2.1 Tổng quát về cảm biến được dùng trong hệ thống………18

2.2 , Vị Trí và chức năng của các cảm biến dùng trong hệ thống thay dao tự động ………25

2.3 Các cơ cấu chấp hành trong hệ thống thay dao tự động……… 28

2.4 Bộ điều khiển cho hệ thống thay dao tự động……….37

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2……….42

CHƯƠNG 3: Xây dựng bản vẽ bản đồ điều khiển điện và khí nén cho hệ thống thay dao tự động 3.1, Sơ đồ kết nối giữa PLC và biến tần………43

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, khi mà khoa học công nghệ ngày càng phát triển với tốc độ chóng mặt,hôm nay có thể chúng ta đang được tận hưởng một nền công nghiệp thực sự hiện đại và đầy tiện ích, nhưng có thể năm sau, tháng sau, hay ngày mai thôi, những công nghệ ấy sẽ trở thành dĩ vãng và lạc hậu

Nền công nghiệp chế tạo cũng không nằm ngoài quy luật đó, những máy móc của chúng ta ngày càng trở nên tinh tế, nhỏ gọn, tối ưu và hoạt động hiệu quả hơn Khả năng tự động của máy móc thực sự làm chúng ta kinh ngạc Chính vì vậy, tự động hóa cho máy và các hệ thống công nghiệp chính là tất yếu

Cũng nằm trong khuôn khổ đó, đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kĩ sư Cơ Điện Tử Đề tài em thực hiện

là: “Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống thay dao tự động” với mong

muốn được tìm hiểu về hệ thống PLC, các kiến thức về điều khiển trong cơ điện tử cũng như làm quen được việc thiết kế hệ thống điều khiển và củng cố kiến thức đã học trước đó

Dù đã cố gắng hoàn thành đồ án này cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy nhưng với hiểu biết còn hạn hẹp cộng với chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắcchắn không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để em rút kinh nghiệm và bổ sung thêm kiến thức cho mình

Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy là người đã tận tình hướng dẫn, góp ý, giúp đỡ

em rất nhiều từ những ngày đầu tiếp cận cho đến khi hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Số liệu cho trước :

1 Hệ thống thay dao cho máy phay đứng

2 Loại hệ thống thay dao: kiểu tang trống

3 Nguồn lực tháo và kẹp dao: khí nén

4 Nguồn lực di chuyển cụm chứa dao chạy đến trục chính: Khí nén

5 Nguồn lực quay cụm chứa dao: Động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha

6 Số lượng ổ chứa dao: N=24

Nội dung:

1 Tìm hiểu hệ thống thay dao tự động kiểu tang trống thường dùng cho các máy phay đứng CNC Phân tích các cụm cơ cấu chính và chu trình làm việc của hệ thống

2 Phân tích các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành cần sử dụng để thực hiện

chu trình thay dao tự động Yêu cầu làm rõ: loại cảm biến/cơ cấu chấp hành,

nguyên lý làm việc, vị trí, chức năng (và các lưu ý cần thiết khác).

3 Xây dựng bản vẽ sơ đồ điều khiển điện và khí nén cho hệ thống thay dao tự động

4 Lập trình giản đồ hình thang (PLC) để thực hiện chu trình thay dao tự động: 4.1 Đặt tên và lập bảng tín hiệu vào/ra logic cho hệ thống thay dao tự động 4.2 Lập trình giản đồ thình thang

Chương 1:Tìm hiểu hệ thống thay dao tự động kiểu tang trống trên máy phay đứng CNC

1.1, Tổng quát

Trong quá trình hoạt động sản xuất cơ khí thì có rất nhiều loại máy móc tân tiến ra đời làm tăng năng suất cũng như là chất lượng Trong đó có máy CNC CNC đượclập trình tự động hoặc bán tự động để gia công , chế tạo sản phẩm, sản phẩm máy tạo ra có độ chính xác cao, đạt năng suât cao gấp nhiều lần so với gia công thủ công do đó có thể giảm được rất nhiều nhân công cũng như là chi chí và thời gian sản xuát

1.2, Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống thay giao

Trước hết thì hệ thống thay dao có nhiệm vụ là cất giữ và lưu trữ một số lượng dao nhất định để phục vụ cho quá trình gia công sản phẩm trên máy CNC Số lượng dao tối đa có thể tích trữ trên hệ thống phụ thuộc vào yêu cầu về số dao/ số nguyên công mà chương trình gia công cần gọi đến Sản phẩm càng phức tạp số lượng dao cần đến càng lớn Kích thước hệ thống thay dao tự động cũng sẽ lớn theo để đảm bảo mang dc số dao cần thiết

Tiếp theo hệ thống phải có nhiệm vụ lấy dao cũ từ trục chính và đưa dao mới được gọi vào vị trí thay dao khi có lệnh thay dao từ chương trình gia công

1.3, Ưu và nhược điểm của hệ thống thay dao tự động

a, Ưu điểm

b, Nhược điểm

Đi cùng với những ưu điểm kể trên nhưng hệ thống thay dao tự động vẫn có một

số nhược điểm cụ thể như chi phí đầu tư lớn do cấu tạo tương đối phức tạp và phải đảm bảo tính đồng bộ lắp ráp với máy gia công chỉnh Ngoài ra còn phải đảm bảo được yêu cầu bảo dưỡng định kì, môi trường làm việc và đôi khi là nếu có sự cố hỏng hóc máy móc cũng cần chi phí sửa chữa lớn

1.4, Các yêu cầu của hệ thống thay dao tự động

- Số ổ chứa phải có dung lượng lớn

- Dụng cụ phải được kẹp chặt trong ổ tích dao

- Chuôi dao và đài gá dao phải được định vị chính xác vào vị trí gia công

- Khoảng cách giữa ổ tích dao tới vị trí gia công là ngắn nhất

- Hệ thống cấp phát tự động phải có độ tin cậy và chính xác cao

- Không làm bẩn bề mặt côn với bề mặt ăn khớp trục chính

- Bảo dưỡng tiện lợi, an toàn

- Thay dao nhanh

1.5, Cấu tạo của hệ thống

Hình 1: Hệ thống thay dao kiểu tang trống

1.5.1, Trục chính, các loại đầu kẹp dao và dao

Trong máy CNC, trục chính là trục quay của máy, thường là thuật ngữ chính để xác định khả năng của máy Một số máy CNC chuyên sản xuất cho sản phẩm hàng loạt lớn có một nhóm gồm 4,6 và nhiều đầu dao hơn Chính được gọi là máy nhiều đầu.Trục chính không khác gì là một trục xoay, nó là một động cơ cho phép dao

Hình 2: Hình ảnh cụm trục chính

- Hệ thống này có nhiệm vụ nhả kẹp dao khi trục chính trả dao cho đài dao và kẹp

dao khi trục chính lấy dao từ đài dao

+ Khi trục chính kẹp chặt dao: dao sau khi được đặt đúng vị trí trong trục chính, khí nén được đưa vào buồng dưới của xi lanh đẩy pistong đi lên, hệ thống lò

xo đĩa đẩy trục kẹp đi lên, kéo hệ thống mỏ kẹp chuyển động đi theo lên trên, khi

nó gặp 2 cữ chặn thì các mỏ kẹp bị thu hẹp góc kẹp lại kẹp chặt chuôi dao kéo lên trên

Các loại collet (kẹp dao) : Collet là một thiết bị giữ gá chặt dạo, tạo ra lực kẹp

mạnh khi nó được siết chặt, được sử dụng để giữ phôi hoặc dụng cụ Một collet bên ngoài là một dạng ống với bề mặt bên trong hình trụ và bề mặt bên ngoài hình nón Collet có thể được ép với một côn phù hợp, cách bề mặt bên trong của nó co lại với đường kính bộ giữ dao (BT40, BT50, ) ép dụng cụ hoặc phôi để giữ an toàn

ER collets : là hệ thống kẹp được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới Các kích

thước tiêu chuẩn là ER-8, ER-11, ER-16, ER-20, ER-25, ER-32, ER-40, ER-50

“ER” xuất phát từ chữ “E” và nối thêm chữ “R” cho “Rego-Fix”, nhà sản xuất đầu tiên Số là đường kính collet bên ngoài tính bằng milimet ER col cho phép có thể giữ bất kỳ thân tròn

Collets R8 : Collets R8 được phát triển bởi Bridgeport Machines, Inc để sử dụng

trong các máy phay Các collets R8 vừa với đầu côn và các dao cụ có độ côn R8 riêng biệt cũng có thể được gắn trực tiếp R8 được phát triển để cho phép thay đổi

dao cụ nhanh chóng và yêu cầu chính xác phù hợp giữ collet và đường kính thân dao.

Collets thường được làm bằng thép lò xo, với một hoặc nhiều khe dọc theo chiều dài của nó để cho phép nó mở rộng và co lại, và được gắn trực tiếp trong một trục máy, trong mâm cặp thích ứng hoặc một khối collet Các cụm gá đi kèm collets có thể được thay đổi nhanh hơn nhiều so với một collet tiêu chuẩn, chi phí thấp hơn

và các cụm gá đòi hỏi không gian lưu trữ ít hơn nhiều

Hình 3: đài dao

Đài dao : Phần lớn được sử dụng cho máy tiện và mâm dao cho máy phay Nếu

chương trính NC được gọi bởi một dao mới, đài dao sẽ quay tới vị trí dao cần thiết

và lấy nó để gia công

Mâm dao : Có ổ dao chuỗi, ổ dao vòng, ổ dao dạng nấm và ổ dao phẳng Tùy

thuộc vào loại và kích thước, các đài dao của máy CNC có 8 đến 16 vị trí dao Trong các trung tâm gia công lớn có thể sử dụng đồng thời 3 đài dao Nếu nhiều hơn 48 dao được sử dụng mâm dao thuộc các loại khác nhau được sử dụng trong các trung tâm gia công như vậy cho phép chưa tới 100 và thậm chí nhiều dao hơn

yên tĩnh và chính xác.

Mâm dao dạng nấm :

- Dộ bền kẹp ổn định và tiếp xúc tuyệt vời với các dao, bảo vệ trục chính và khay dao khi thay dao không phù hợp

- Mâm dao có thể được gắn cố định hoặc di động, được điều khiển bởi động

cơ chính xác và thay dao chính xác, chuyển động trơn tru, yên tĩnh và chính xác

- Nguồn điều khiển mâm dao có thể là động cơ servo và động cơ điện

Mâm dao phẳng :

- Độ bền kẹp ổn định và tiếp xúc tuyệt với với các dao, cũng bảo vệ trục chính

và khay dao trong quá trình thay dao không phù hợp

- Xích dẫn hướng kèm ray hỗ trợ cho cả hai bên, chuyển động trơn tru và định

Cụm gá là một hệ các thanh nhôm, thép nối với nhau theo kiểu khung, có tác dụng nâng đỡ toàn bộ trọng lượng của hệ thống, nó được gắn cố định trên thân máy tại

vị trí thích hợp để thay dao với hành trình di chuyển thay dao là nhỏ nhất

1.5.3, Cụm tang chứa dao:

Cụm tang chứa dao là một cụm chi tiết ghép nối với nhau, trong đó chi tiết chính

là một tang hình trống gắn trên một trục quay có thể quay tự do 360 độ quanh trục

ấy Trên tang có lắp các tay kẹp dao với kích thước tiêu chuẩn, lực kẹp có thể bẳng chính ứng suất biến dạng trong quá trình tác động giữa chuôi dao và tay kẹp hoặc bằng lực đàn hồi của lò xo Kích thước của tang được tính toán phù hợp với số lượng dao, kích thước chuôi dao, khối lượng dao tổng cộng mà nó phải mang vừa

đủ tính bền, vừa tối ưu về kết cấu và khối lượng

Ngoài ra để cụm tang đài chứa dao có thể di chuyển từ vị trí chờ đến vị trí thay dao thì cần có một cơ cấu giúp nó đi chuyển, ở đây ta dùng xy lanh khí nén làm nguồn động lực cho di chuyển này

Cơ cấu Malte

có tác dụng biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay gián đoạn nhờ trên đĩa chủ động có chốt và trên đĩa bị động có những rãnh tiếp xúc không liên tục với nhau

Cơ cấu Malte có đĩa chủ động mang chốt quay quanh O2 ; đĩa bị động là đĩa mang rãnh có thể quay quanh tâm O1

Số rãnh trên đĩa thường là 8, 10, 12, 16, 24,… Số chốt có thể lớn hơn hoặc bằng 1

Hình 4: cơ cấu malte với N= 24

1.5.4 Các thành phần khác

Vỏ bọc : Đế máy chính là nền tảng trung tâm của máy nên nó cần phải chắc chắn

và nặng hơn Giá của nó có thể cao hơn nhưng sức chịu lực và độ bền sẽ làm giảm được khả năng rung động Quá trình sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của quá trình gia công Nếu một máy CNC có cấu trúc vững chắc thì nó sẽ làm giảm quá trình dao động này có thể đảm bảo được công suất và độ chính xác cao nhất Thân máy : để đỡ toàn bộ các bộ phận khác lên trên nó Thân máy có kết cấu và

hệ thống truyền động kẹp hai phía Do thân máy có độ cân bằng tốt, phản hồi truyền động chính xác và cắt rất êm ở mọi thời điểm

Bảng điều khiển : là nơi thực hiện sự giao diện ( thao tác) giữa người với máy.

1.6 Chu trình làm việc của hệ thống thay dao tự động

0

Hình 5: sơ đồ động hệ thống thay dao tự động

Bảng 1 : Các chi tiết trong sơ đồ động

Bước 3: Cơ cấu Man quay đến vị trí chứa dao trên trục chính

Bước 4: Hệ thống xy lanh khí nén đẩy tang chứa dao đi vào vị trí thay dao và kẹp dao hiện tại

Bước 5: Khí nén trong cylinder 2 được giải phóng mở chốt kẹp dao trên trục chínhBước 6 : Trục chính di chuyển về vị trí home

Bước 7 : Động cơ quay tang dao tìm dao được gọi , xoay đài dao vào vị trí

Bước 8: Trục chính di chuyển xuống vị trí lấy dao

Bước 9: Khí nén giải phóng lò xo hồi mở chấu kẹp trên trục chính và kẹp lấy phần đuôi chuột của dao và kéo dao lên

Bước 10 : Hệ thống khí nén Cylinder 1 đưa đài dao về vị trí ban đầu

Bước 11: Trục chính di chuyển về vị trí home

Kết thúc quá trình thay dao

Bước 7: Trục chính di chuyển về vị trí home

Kết thúc quá trình thay dao

Kết luận chương 1

Từ các yêu cầu của đề thì chương 1 chúng ta đã nêu ra được kết cấu của hệ thống thay dao tự động ( không tay máy ) Và chúng ta đã nêu ra được nguyên lý làm việc của hệ thống trong hai trường hợp có dao trong trục chính và không có dao

trong trục chính Qua chương này có thể định hình được cách hoạt động của hệ thống như nào và tiền đề để chọn các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành cho hệ thống cho các bước tiếp theo

Chương 2 : Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành cần sử dụng

để thực hiện chu trình thay dao tự động

2.1 Tổng quát về cảm biến được dùng trong hệ thống

Công tắc hành trình

động thường có gắn một bánh xe để khi bị tác động không bị mài mòn, và dẫn động dễ dàng hơn.

- Nguyên lý của các công tắc hành trình dùng trong hệ thống thay dao: khi có

vật đi qua đá vào công tắc hành trình thì sẽ làm thay đổi trạng thái các tiếp điểm bên trong của công tắc hành trình Khi không còn tác động lên công tắchành trình thì các tiếp điểm bên trong công tắc hành trình sẽ trở về trạng tháiban đầu

Lấy một ví dụ công tắc được sử dụng trong các hệ thống xi lanh để giới hạn hành trình xi lanh, dùng trong hệ thống cửa an toàn, báo kết thúc hoăc báo bắt đầu một chu trình

Để giới hạn hành trình di chuyển của đài dao và hành trình di chuyển của cụm trục chính em sử dụng công tắc hành trình kiểu đòn bẩy của hãng Omron với kết cấu đơn giản , kích thước nhỏ gọn, tốc độ đóng ngắt nhanh

Omron là thương hiệu nổi tiếng, hàng đầu của xứ sở hoa anh đào (Nhật Bản) được nhiều người lựa chọn tin tưởng sử dụng bởi chất lượng đảm bảo và giá thành phù hợp

Với 2 tiếp điểm thường đóng và thường mở:

+ NO: + NC:

Cảm biến tiệm cận(Proximity Sensors):

Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là “PROX”tên tiếng anh là Proximity Sensors) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến Trong hầuhết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm.Vận hành đáng tin cậy ngay cảtrong môi trường khắc nghiệt (ví dụ: môi trường ngoài trời hoặc môi trường dầu mỡ) Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy

- Các lợi ích chính của cảm biến tiệm cận công nghiệp là:

+ Vận hành/cài đặt đơn giản và dễ dàng

+ Mức giá hấp dẫn (ví dụ: rẻ hơn Cảm biến quang điện)

- Ngày nay, cảm biến tiệm cận có mặt trong nhiều loại hình công nghiệp và ứng dụng Một số ví dụ:

+ Công nghiệp chế tạo ô tô

+ Công nghiệp máy công cụ

+ Công nghiệp chế biến thực phẩm

+ Xe đa dụng (ví dụ: xe tải, máy nông nghiệp)

+ Máy rửa xe

Phân loại Cảm biến Tiệm cận

Có 2 loại cảm biến tiệm cận công nghiệp chính là:

+ Cảm biến tiệm cận điện từ phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ.Thiết bị chỉ phát hiện được vật kim loại

+ Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điệndung tĩnh điện Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật

Hình 7: Phân loại cảm biến tiệm cận

Mặc dù cảm biến điện từ chỉ phát hiện được các vật kim loại, chúng phổ biếnhơn nhiều trong công nghiệp Những cảm biến này ít chịu ảnh hưởng của các nhiễubên ngoài hơn và những cảm biến này rẻ hơn cảm biến điện dung Vì vậy chúng ta

sẽ chọn cảm biến tiệm cận điện từ

Cách vận hành của Cảm biến điện từ

Cảm biến từ tiệm cận bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở đầu cảm ứng Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một trường điện từ dao động quanh nó Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểm soát

Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trong vật Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng lượng trong cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống; độ mạnh của từ trường giảm đi

Nguyên lý hoạt động cảm biến từ

Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra vật đã được phát hiện

Vì nguyên tắc vận hành này sử dụng trường điện từ nên cảm biến cảm ứng vượt trội hơn cảm biến quang điện về khả năng chống chịu với môi trường Ví dụ: dầu hoặc bụi thường không làm ảnh hưởng đến sự vận hành của cảm biến

Đầu ra của Cảm biến điện từ:

Ngày nay, hầu hết cảm biến cảm ứng đều có đặc điểm đầu ra tranzito có logicNPN hoặc PNP (xem hình bên phải) Những loại này còn được gọi là kiểu DC-3 dây

Hình 8: Tín hiệu ra của cảm biến từ loại 3 dây và 2 dây

Trong một số trường hợp cài đặt, người ta sử dụng cảm biến tiệm cận có 2 kếtnối (âm và dương) Chúng được gọi là kiểu DC-2 dây: Thường Mở/Thường Đóng Cảm biến tiệm cận được chia theo chế độ hoạt động thường mở (NO) và thường đóng (NC) mô tả tình trạng có tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi có hoặc không phát hiện được vật

+ Thường mở: Tín hiệu điện áp cao, khi phát hiện ra vật; tín hiệu điện áp thấp khi không có vật

+ Thường đóng: Tín hiệu cao khi không có vật; tín hiệu thấp khi phát hiện ra vật

Ví dụ minh họa ở bên trái trình bày cảm biến tiệm cận DC-2 dây có đầu ra thường mở (NO) Đầu ra hoạt động khi vật di chuyển gần cảm biến

Hình 9: Cảm biến từ đầu ra NO 2 dây

Di chuyển vật qua cảm biến để làm bóng đèn sáng

Cảm biến tiệm cận có cả hai đầu ra NO và NC được gọi là kiểu đối lập

Kiểu NO/NC dùng cho cả 2 loại là: cảm biến điện từ và cảm biến điện dung

 Lựa chọn loại cảm biến tiệm cận điện từ có 2 chân để sử dụng trong hệ

- Công tắc hành trình bên trái đài dao: ( S1 ) dùng để nhận biết vị trí điểm

đầu hành trình của đài dao

- Công tắc hành trình bên phải đài dao( S2 ) dùng để nhận biết vị trí điểm

cuối hành trình (vị trí thay dao) của đài dao

+ Nguyên lý của các công tắc hành trình dùng trong hệ thống thay dao: khi có vật đi qua đá vào công tắc hành trình thì sẽ làm thay đổi trạng thái cáctiếp điểm bên trong của công tắc hành trình Khi không còn tác động lên công tắc hành trình thì các tiếp điểm bên trong công tắc hành trình sẽ trở về trạng thái ban đầu

Hình 11: Vị trí của các công tắc hành trình

- Công tắc hành trình S6 , S7 được đặt ở vị trí đầu và cuối hành trình của cụm trục chính Công tắc hành trình S6 được đặt phía trên đầu hành trình đểnhận biết vị trí chờ an toàn của trục chính khi thay dao Công tắc hành trình S7 được đặt ở phía dưới cuối hành trình để nhận biết vị trí cảu trục chính khivào vị trí thay dao

Khi trục chính ở vị trí chờ thì cụm trục chính sẽ đá vào công tắc hành trình S6 làm thay đổi tiếp điểm trong đó , khi trục chính di chuyển xuống vị trí thay dao thì công tắc hành trình S6 trở lại trạng thái cũ khi công tắc hành trình đến vị trí thay dao thì sẽ đá vào công tắc hành trình S7 làm thay đổi tiếp điểm S7

- Cảm biến tiệm cận điện từ đếm dao: ( S5 )

+ Nguyên lý cảm biến tiệm cận điện từ dùng trong hệ thống thay dao tựđộng: Khi đài dao quay để tìm dao theo yêu cầu của chương trình thì mỗi lầndao đi qua vùng phát hiện vật thể của cảm biến tiệm cận điện từ thì sẽ làm các tiếp điểm của cảm biến thay đổi trạng thái

Hình 12: Hình minh họa vị trí cảm biến tiệm cận điện từ đếm dao

- Cảm biến tiệm cận điện từ nhận biết trạng thái nhả kẹp dao

Cảm biến điện từ S3 , S4 để nhận biết trạng thái nhả , kẹp dao thông qua vị trí của pitong tron xy-lanh điều khiển đóng nhả kẹp dao S3 được gắn trên thân xy-lanh đầu hành trình để nhận biết trạng thái kẹp dao S4 được gắn trên thân xy-lanh ở cuối hành trình để nhận biết trạng thái nhả kẹp dao

2.3 Các cơ cấu chấp hành trong hệ thống thay dao tự động

Các cơ cấu chấp hành gồm có :

- Cụm Xy-lanh khí nén di chuyển đài dao đến vị trí thay dao

- Động cơ AC điều khiển cụm tang chứa dao

- Cụm Xy-lanh khí nén di chuyển trục chính xuống vị trí thay dao

Động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha:

Hình dưới là cấu tạo của động cơ xoay chiều 3 pha Một động cơ không đồng bộ bapha bao gồm: trục máy, roto, stato, cuộn dây stato và quạt làm mát, và nhiều bộ phận khác giúp động cơ hoạt động đảm bảo.

Hình 13: Động cơ xoay chiều 3 pha

Nguyên tắc: cho dòng điện xoay chiều 3 pha đi vào 3 cuộn dây giống hệt nhau đặt lệch nhau 120 độ trên vành tròn của stato thì trên trục của stato có một từ trường quay Nếu đặt một khung dây kín có trục quay trùng với trục của stato thì khung dây sẽ quay không đồng bộ theo từ trường quay này

Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha:

+ Phần cảm: gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120 độ trên vòng tròn của stato

có tác dụng tạo ra từ trường quay khi được nối với mạng điện 3 pha

Hình 14: Sơ đồ nguyên lý đảo chiều động cơ xoay chiều 3 pha.

Chú thích:

Kt, Kn: Contactor đảo chiều

CC: Cầu chì

Rn: Rơ le nhiệt

S1: Tiếp điểm thường đóng

S2, S3: Tiếp điểm thường mở

Đ1, Đ2: Đèn tín hiệu

Nguyên lý đảo chiều động cơ không đồng bộ 3 pha: (hình 2.6)

+ Đảo chiều quay động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách đảo hai trong badây nguồn trước khi đưa nguồn vào động cơ mạch điện này giúp điều khiển động

cơ không đồng bộ ba pha làm việc hai chiều quay sau đó dừng động cơ

+ Động cơ quay thuận: Khi ta cấp điện cho mạch dòng điện sẽ đi qua S1, để động cơ quay thuận ta nhấn S2 để dòng điện đi qua tiếp điểm Thường đóng Kn lúc

đó cuộn dây Kt có điện (để duy trì điện cho cuộn dây ta dùng mạch duy trì cho Kt).Cùng lúc đèn 1 sẽ sáng sau đó dòng điện đi qua Rơle nhiệt vào động cơ Nhấn S1

để tắt động cơ

+ Động cơ quay nghịch: Tương tự quay thuận ta cấp điện cho mạch dòng điện sẽ đi qua S1, ta nhấn S3 dòng điện sẽ đi đến cuộn dây Kn Kn có điện cùng đóđèn 2 sáng Dòng điện sẽ đi qua cuộn dây đến rơ le nhiệt và vào động cơ Nhấn S1

để dừng động cơ

+ Khi xảy ra sự cố: Rơ le nhiệt 1-2 sẽ ngắt, Rơ le nhiệt 3-4 sẽ cấp mát cho đèn báo sự cố làm đèn sáng Lúc đó dòng điện sẽ không đi qua động cơ đó bảo vệ được động cơ

Cụm xi lanh khí nén di chuyền đài dao đến vị trí trục chính:

- Xy lanh khí nén là thiết bị cơ học còn có tên gọi khác là ben khí nén, vận hành bằng khí nén từ hệ thống máy nén khí Xi lanh khí có vai trò tạo ra lực

để chuyển đổi năng lượng có trong khí nén thành động năng để cung cấp chocác chuyển động Điều này có được là do sự chênh áp được thiết lập bởi khí nén được ở áp suất lớn hơn áp suất của khí quyển Từ đó làm cho các pít tông của xi lanh chuyển động theo hướng mong muốn qua đó làm cho thiết

bị bên ngoài hoạt động

Hình 15: cấu tạo của xy lanh khí nénMỗi chi tiết này đều đóng vai trò quan trọng để hỗ trợ cho xi lanh thực hiện tốt nhiệm vụ của mình Do đó, nhà sản xuất cũng rất cẩn thận trong quá trìnhchọn lọc linh kiện, đảm bảo tiêu chuẩn độ bền lâu.

Ở các cơ cấu bình thường có thể sử dụng xy lanh khí nén không có giảm chấn , nhưng ở các hệ thống có quán tính lớn tốc độ cao thì nên sử dụng loại xy lanh có giảm chấn.Ở cơ cấu di chuyển qua lại giữa vị trí thay dao của tang chứa dao thì ta nên chọn xy lanh khí nén 2 chiều loại sử dụng khí do máy nén hơi cung cấp để tác động tới piston đẩy ra và lùi lại Có nghĩa, thiết bị này được thiết kế 2 cổng (ra – vào) nhằm tạo điều kiện cho không khí được lưu thông

Hình 16 : xy lanh khí nén có giảm chấn

Xi lanh kép này thường áp dụng các van điện từ kiểu 4/2, 5/2, 5/3 1…Trong cơ cấu này chúng ta sẽ dùng van phân phối 5 cửa 2 vị trí ( van 5/2 ) điều khiển trựctiếp bằng điện từ trường thông qua các cuộn hút

Hình 15: van đảo chiều 5/2

Hệ thống này gồm một xy lanh tác động kép có giảm chấn ở đầu và cuối hành trình , một van phân phối 5 cửa 2 vị trí ( 5/2) điều khiển trục tiếp bằng điện từ thông qua các cuộn hút Có thế điều chỉnh tốc độ của pitong bằng 2

bộ van chỉnh lưu 1 chiều lắp trên 2 đầu vào của xy lanh Van chỉnh lưu này làm thay đổi lượng khí đi qua do đó có thể điều chỉnh được tốc độ của xy lanh Ngoài ra ta có thể bố trí van an toàn để bảo vệ máy nén khi quá tải , khí

Hình 17 : van tiết lưu 1 chiều

Hình 18 : van an toàn khí nén

Ta có sơ đồ hệ thống điều khiển khí nén kép :

Hình 18:Hình ảnh cụm xi lanh khí nén dẫn động đài daoTrong đó: 1 Máy nén khí 2 Bình khí nén 3 Van an toàn 4 Van phân phối 5/2

5 Van tiết lưu 6 Xy lanh 7 Piston 8 Cụm đài dao

sang phải Khi ngưng cấp điện cho cuộn hút thì lò xo sẽ đưa van trở lại vị trí cũ và khí tiếp tục đẩy pitong trở về.

Cụm xi lanh khí nén của hệ thống tháo và kẹp dao trên trục chính

Hoàn toàn chúng ta có thể chọn tương tự như cụm xy lanh khí nén điều khiển tang chứa dao

Khi đó ta sẽ có sơ đồ điều khiển khí nén :

cảm Hình 19: Hình ảnh cụm xi lanh khí nén điều khiển hệ thống tháo và kẹp dao

trên trục chínhTrong đó: 1 Máy nén khí 2 Bình khí nén 3 Van an toàn 4 Van phân phối 5/2

5 Van tiết lưu 6 Xy lanh 7 Piston 8 Cụm đài dao

- Sử dụng bộ điều khiển logic PLC làm khối xử lý trung tâm để điều khiển

hệ thống thay dao tự động Từ các cảm biến, cơ cấu chấp hành đã chọn thì bộđiều khiển PLC cần có: tối thiểu 7 đầu vào số, 7 đầu ra số và 2 đầu ra tươngtự

Với yêu cầu không quá phức tạp, chọn bộ điều khiển PLC S7 1200 CPU1214C DC/DC/DC của hãng Siemen để điều khiển cho hệ thống (hình 2.17)

Hình 20 PLC S7 1200 CPU 1214C DC/DC/DC