ĐÔ án THIẾT kế hệ THỐNG cơ điện tử

Ngày nay, thế giới đang chuyển mình với cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 Công nghiệp 4.0 – Tương lai mọi vật kết nối bằng Internet Internet of Things (IoT) – kỉ nguyên của robot và máy móc thông minh. Để nắm bắt cơ hội và vươn lên mạnh mẽ, trước hết chúng ta cần chuẩn bị một nền tảng đủ vững mạnh, nền tảng ấy chính là cuộc cách mạng 3.0 – nền công nghiệp tự động hóa, nền công nghiệp gắn liền với máy gia công điều khiển số. Ở nước ta, công nghiệp tự dộng hóa đã được hình thành từ khá lâu, nhưng yếu tố chính quyết định đến sản xuất tự động hóa là kỹ thuật điều khiển thì vẫn chưa thực sự được chú trọng và phát triển mạnh mẽ, trong các phân xưởng nhỏ sử dụng chủ yếu vẫn là các máy vạn năng điều khiển bằng tay, chất lượng sản phẩm được đo bởi tay nghề người công nhân. Điều này thực sự chưa đi đúng với sự phát triển chung của thế giới. Một trong những điểm khiến gia công trên máy vạn năng dẫn tới năng suất thấp hơn gia công trên các máy tự động chính là thao tác thay dao, gá dao thủ công bằng tay, công việc này vừa làm tăng thời gian chờ của máy, vừa giảm độ chính xác khi gá đặt dao. Để giải quyết những nhược điểm kể trên, các hệ thống thay dao tự động ra đời và được đưa vào sử dụng trong các hệ thống máy từ máy vạn năng đến các trug tâm gia công. Hệ thống thay dao tự động đã mang lại nhiều ưu điểm ưu việt, có thể kể đến là rút ngắn thời giant hay dao, nâng cao độ chính xác khi gá đặt dao, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm gia công được nâng lên rất nhiều. Qua đo mang lại nhiều lợi nhuận cho người sử dụng nó. Qua đồ án “Thiết kế hệ thống cơ điện tử” này, em đã học được các loại cảm biếncơ cấu chấp hành, nguyên lý hoạt động của hệ thống thay dao tự động cho máy phay đứng CNC một cách cụ thể và sâu sắc. Đồ án này là tiếp nối của đồ án thiết kế cơ khí nên sẽ đi sâu vào phần điều khiển hệ thống máy. Cảm ơn thầy Phạm Đức An đã tận tình chỉ dạy, cho chúng em những kinh nghiệm quý báu để hoàn thành đồ án này. Chúng em xin chúc thầy luôn khoẻ mạnh để đào tạo các lứa sinh viên tiếp theo nên người.

LỜI CẢM ƠN

Ngoài kia hoa phượng đã nở rực cả khoảng trời, tiếng ve kêu râm ran, một mùa

hè nữa lại về Mùa chia tay mái trường, mùa của những lưu luyến, nhung nhớ tuổihọc trò…với Bách Khoa đây còn là mùa thi, mùa tình nguyện và cả mùa học lạinữa Hình như mùa hè năm nay thật lạ, bất giác chúng em nghĩ đến hai chữ “saunày” Chúng ta của sau này, mỗi người một ước mơ, mỗi người một con đường, liệucòn có thể cùng nhau ngồi lại như lúc này không?

Chớp mắt, ngoảnh đầu lại ta đã đi qua bốn năm, vừa mới ngày nào còn là những

cô cậu sinh viên năm nhất ngây ngô Bốn năm không phải là khoảng thời gian quádài nhưng Bách Khoa đã cho chúng em biết bao kỉ niệm, nó là nhiệt huyết của tuổitrẻ, là ước mơ, niềm tin và hi vọng Là nơi có thầy cô yêu thương vỗ về, có bạn bècùng kề vai sát cánh, là nơi bắt đầu những thử thách nhưng cũng là nơi nuôi dưỡng,rèn giũa chúng em ngày một trưởng thành hơn Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn trânthành tới các thầy cô trong Viện Cơ khí, Bộ môn Gia công vật liệu và dụng cụ công

nghiệp của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là thầy TS Phạm Đức An.

Em chúc thầy luôn luôn mạnh khỏe, nhiệt huyết để dạy bảo, chỉ dẫn, giúp đỡ các thế

hệ sinh viên tiếp theo, nên thợ, nên người

Cảm ơn gia đình đã luôn tin tưởng và hy vọng, là nơi không mệt mỏi khó khănnào có thể chạm tới, là nơi chỉ cần được trở về là bình yên, ấm áp và là nguồn độnglực lớn nhất cho chúng con

Với Bách Khoa khoa vội vã có, luyến tiếc có, nhưng người ta đã nói không cónuối tiếc sao gọi là thanh xuân Tuổi trẻ dám làm, dám đương đầu, dám vấp ngã.Cảm ơn các bạn, những người cùng khóc, cùng cười, cùng vượt qua khó khăn, luônsẵn sàng chia sẻ, yêu thương Thanh xuân này bởi có các cậu mới tươi đẹp đến vậy

Hà Nội, ngày 6 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, thế giới đang chuyển mình với cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4Công nghiệp 4.0 – Tương lai mọi vật kết nối bằng Internet Internet of Things (IoT)– kỉ nguyên của robot và máy móc thông minh Để nắm bắt cơ hội và vươn lênmạnh mẽ, trước hết chúng ta cần chuẩn bị một nền tảng đủ vững mạnh, nền tảng ấychính là cuộc cách mạng 3.0 – nền công nghiệp tự động hóa, nền công nghiệp gắnliền với máy gia công điều khiển số

Ở nước ta, công nghiệp tự dộng hóa đã được hình thành từ khá lâu, nhưng yếu

tố chính quyết định đến sản xuất tự động hóa là kỹ thuật điều khiển thì vẫn chưathực sự được chú trọng và phát triển mạnh mẽ, trong các phân xưởng nhỏ sử dụngchủ yếu vẫn là các máy vạn năng điều khiển bằng tay, chất lượng sản phẩm được đobởi tay nghề người công nhân Điều này thực sự chưa đi đúng với sự phát triểnchung của thế giới

Một trong những điểm khiến gia công trên máy vạn năng dẫn tới năng suất thấphơn gia công trên các máy tự động chính là thao tác thay dao, gá dao thủ công bằngtay, công việc này vừa làm tăng thời gian chờ của máy, vừa giảm độ chính xác khi

gá đặt dao Để giải quyết những nhược điểm kể trên, các hệ thống thay dao tự động

ra đời và được đưa vào sử dụng trong các hệ thống máy từ máy vạn năng đến cáctrug tâm gia công

Hệ thống thay dao tự động đã mang lại nhiều ưu điểm ưu việt, có thể kể đến làrút ngắn thời giant hay dao, nâng cao độ chính xác khi gá đặt dao, từ đó nâng caonăng suất và chất lượng sản phẩm gia công được nâng lên rất nhiều Qua đo manglại nhiều lợi nhuận cho người sử dụng nó

Qua đồ án “Thiết kế hệ thống cơ điện tử” này, em đã học được các loại cảmbiến/cơ cấu chấp hành, nguyên lý hoạt động của hệ thống thay dao tự động cho máyphay đứng CNC một cách cụ thể và sâu sắc Đồ án này là tiếp nối của đồ án thiết kế

cơ khí nên sẽ đi sâu vào phần điều khiển hệ thống máy

Cảm ơn thầy Phạm Đức An đã tận tình chỉ dạy, cho chúng em những kinhnghiệm quý báu để hoàn thành đồ án này Chúng em xin chúc thầy luôn khoẻ mạnh

để đào tạo các lứa sinh viên tiếp theo nên người

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

I NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống thay dao tự động

II SỐ LIỆU CHO TRƯỚC

1 Loại máy CNC: máy phay đứng

2 Loại hệ thống thay dao tự động: kiểu tang trống (không tay máy)

3 Hệ thống tháo và kẹp dao: kiểu vòng bi

4 Nguồn lực cho tháo và kẹp dao: khí nén

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

6 Nguồn động lực di chuyển cụm chứa dao chạy đến trục chính: xy lanh khínén

7 Số lượng vị trí chứa dao của tang trống: 24

III NỘI DUNG

1 Tìm hiểu hệ thống thay dao tự động kiểu tang trống thường dung cho cácmáy phay đứng CNC Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cụm

cơ cấu chính Phân tích chu trình làm việc của hệ thống thay dao tự động

2 Phân tích các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành cần sử dụng để thựchiện chu trình thay dao tự động Yêu cầu làm rõ: Loại cảm biến/cơ cấu chấphành, nguyên lý làm việc, vị trí, chức năng (và các lưu ý cần thiết khác)

3 Xây dụng bản vẽ sơ đồ điện của hệ thống thay dao tự động

Xây dựng bản vẽ khí nén của hệ thống thay dao tự động

4 Phân tích top-down và đưa ra phương án phân chia bài toán điều khiển logic

hệ thống thay dao tự động thành các chương trình con

5 Lập trình giản đồ hình thang (PLC) để thực hiện chu trình thay dao tự động:5.1 Tìm hiểu tổng quan về hệ thống điều khiển logic và PLC

5.2 Đặt tên và lập bảng tín hiệu vào/ra logic cho hệ thống thay dao tự

động

5.3 Lập trình giản đồ hình thang cho ít nhất 3 chương trình con

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG KIỂU

TANG TRỐNG THƯỜNG ĐƯỢC DÙNG TRONG CÁC MÁY PHAY

ĐỨNG CNC1.1 Chức năng và nhiệm vụ

Đầu tiên, hệ thống thay giao có nhiệm vụ là lưu trữ và cất giữ được một sốlượng dao nhất định phục vụ cho quá trình gia công cắt gọt của máy CNC Số lượngdao tối đa có thể tích trữ trên hệ thống phụ thuộc về yêu cầu về số dao hoặc sốnguyên công mà chương trình gia công cần gọi đến Sản phẩm càng phức tạp thì sốlượng dao cần gọi đến càng lớn, kích thước hệ thống thay dao tự động kéo theo đócũng phải lớn hơn để đảm bảo mang được số dao cần thiết

Hình 1.1Hệ thống thay dao tự động kiểu tang trống

Sau đó, hệ thống phải có nhiệm vụ lấy dao cũ từ trục chính và đưa dao mớiđược gọi vào vị trí thay dao khi có lệnh thay dao được gọi từ chương trình gia công

1.2 Ưu, nhược điểm của hệ thống thay dao tự động so với thay dao bằng tay

1.2.1 Ưu điểm

 Rút ngắn được thời gian thay đổi dụng cụ.

 Tránh được các lỗi trong khi thao tác

 Tránh được một số rủi ro tai nạn

 Có khả năng tự động hóa cao

1 2.2 Nhược điểm

 Vốn đầu tư ban đầu lớn

 Tăng chi phí lắp đặt

1.3 Các yêu cầu của hệ thống thay dao tự đông

 Số ổ chứa dao phải có dung lượng lớn

 Dụng cụ phải được giữ trong ổ với độ tin cậy cao

 Dụng cụ phải được giữ chặt trong tay máy khi thay đao tự động

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

 Khoảng cách giữa ổ tích dụng cụ tới vị trí công tác là ngắn nhất

 Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động phải bố trí không chạm vào phôi trong

quá trình thay dụng cụ

 Tránh làm bẩn bề mặt côn – bề mặt ăn khớp với trục chính

 Bảo dưỡng tiện lợi, an toàn

 Quản lí và thay đổi chính xác dao theo chương trình

 Thay dao nhanh, giảm thời gian chờ không

1.4 Hệ thống thay dao kiểu tang trống (không tay máy)

Hệ thống thay dao tự động kiểu tang trống là một hệ thống thay dao rất hayđược sử dụng trong các máy phay đứng CNC cỡ nhỏ, với số lượng dao từ 12-40dao

Hệ thống thay dao tự động kiểu tang trống có kết cấu đơ giản: gồm 3 cụm chính

 Cụm gá

 Cụm tang chứa dao

 Cụm trục chính

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống thay dao tự động

Cụm gá là một hệ các thanh nhôm/ thép nối với nhau theo kiểu khung, có tácdụng nâng đỡ toàn bộ trọng lượng của hệ thống, nó được gắn cố định trên thân củamáy tại vị trí thích hợp để thay dao với hành trình di chuyển thay dao là nhỏ nhất

1.4.2 Cụm tang chứa dao

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

là một tang hình trống gắn trên một trục quay có thể quay tự do 360° quanh trục ấy.Trên tang có lắp các tay kẹp dao vói kích thước dao tiêu chuẩn, lực kẹp có thể bằngchính ứng suất biến dạng trong quá trình tác động giữa chuôi dao và tay kẹp bằnglực đàn hồi của lò xo Kích thước của tang được tính toán phù hợp với số lượngdao, kích thước chuôi dao, khối lượng dao tổng cộng mà nó phải mang vừa tính đủbền, vừa tối ưu về kết cấu và khối lượng

Hình 1.3 Sơ đồ cơ cấu tang chứa dao

Cơ cấu Mante là một cụm chi tiết với chi tiết chính là đĩa Mante có chức năngbiến đổi chuyển động quay đều của động cơ dẫn động thành chuyển động quayphân độ của đĩa Mante Cụm cơ cấu này được gắn trên một giá đỡ động cơ, đĩaMante được gắn cố định trên đài chứa dao, từ đó biến chuyển động quay liên tụccủa động cơ thành chuyển động quay phân độ của đài chứa dao, đưa con dao đượcgọi vào đúng vị trí

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

Hình 1.4 Sơ đồ cơ cấu Man

1.4.3 Cụm trục chính

Cụm trục chính có nhiệm vụ định vị, kẹp chặt chuôi dao trong quá trình giacông, tạo lực cắt chính trong máy phay Kết cấu của cụm trục chính có dạng cônvừa định vị vừa có tác dụng kẹp chặt đuôi dao Phía trên có cơ cấu kẹp bằng hệthống tay kẹp rút dưới tác động của lò xo Ngoài ra, trên cụm trục chính còn cóđường khí nén và đường dung dịch tưới nguội cho dao Cụm trục chính tháo và kẹpdao điều khiển bằng một xi lanh khí nén tác động một chiều gắn trong trục chính cótác dụng tạo lực đẩy lên đòn kẹp khi có lệnh nhả dao, lực đẩy này thắng lực kẹp của

lò xo nên đòn kẹp nhả đuôi chuột trên chuôi dao ra, dao được nhả Khi có lệnh kẹpdao, khí nén được ngừng cấp, lực đàn hồi của lò xo phục hồi lại cơ cấu kẹp

Hình 1.5 Sơ đồ cụm trục chính

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

Hình 1.6 Sơ đồ động hệ thống thay dao tự động

Nếu trên trục chính của máy không có dao, như vậy chu trình thay dao sẽ không

có quá trình trả dao Khi nhận được lệnh thay dao trong chương trình gia công vớiđịnh dạng: “Txx” trong đó xx là số chỉ vị trí của con dao cần thay đang được lưu trữtrong hệ thống thay dao tự động Sau khi chương trình đọc được lệnh thay dao, trụcchính dừng lại đồng thời xoay định vị để các hốc định vị trên chuôi dao về đúng vịtrí và cụm trục Z di chuyển về vị trí Home Xy lanh khí nén Cylinder_1 cấp nguồnđộng lực cho di chuyển cụm tang chứa dao di chuyển theo chiều thuận (chiều từcảm biến S1 đến cảm biến S2) đẩy cụm tang chứa dao về vị trí thay dao (được xácđịnh bởi cảm biến S7 và cảm biến S2) Tiếp đến, động cơ điều khiển cơ cấu Mante

sẽ quay thuận hoặc quay ngược phụ thuộc vào vi trí dao hiện tại và vị trí con daođược gọi sao cho thời gian là ngắn nhất Sau khi con dao được gọi vào vị trí sẵnsàng thay dao thì xy lanh điều khiển cơ cấu kẹp dao bên trong trục chính được kíchhoạt, giải phóng cơ cấu kẹp dao, sau đó trục chính di chuyển xuống vị trí thay dao,

đầu côn của chuôi dao sẽ đi vào đúng đầu côn của trục chính Khi này xy lanhCylinder_2 điều khiển cơ cấu kẹp dao bên trong trục chính ngừng cấp khí, dưới tácđộng của lực đàn hồi lò xo, cơ cấu kẹp sẽ kẹp lấy phần chuôi của con dao và kéo nólên trên ép sát vào mặt côn của trục chính để kẹp chặt và định vị tâm của con daođồng tâm với tâm trục chính Sau khi trục chính đã kẹp được con dao thì van phânphối 5/3 sẽ đảo chiều cấp khí của xy lanh Cylinder_1 điều khiển di chuyển của cụmtang chứa dao kéo tang đài chứa dao về vị trí chờ Trục chính di chuyển lên điểmHome của trục Z, kết thúc quá trình thay dao.

1.5.2 Trên trục chính có dao

Đây là trường hợp khi máy đang hoạt động hoặc lần gia công trước đã hoànthành nhưng không có quá trình hoàn dao Chương trình gia công được chạy, khichương trình đọc đến lệnh thay dao “Txx” trục chính dừng quay đồng thời định vị

vị trí rãnh định vị đúng vị trí và di chuyển lên điểm Home của trục Z Tiếp đó trụcchính di chuyển xuống về vị trí thay dao (được xác định bởi cảm biến S7 và cảmbiến S2) Lúc này do dao cũ ở trên trục chính đã được thay tự động bởi hệ thống từlần gọi thay dao trước nên vị trí hiện tại của tang chứa dao vẫn là vị trí của con dao

cũ Xy lanh khí nén Cylinder_1 điều khiển chuyển động của cụm cơ cấu tang chứadao được cấp khí nén theo chiều thuận (chiều từ cảm biến S1 đến cảm biến S2), đẩycụm tang chứa dao về vị trí thay dao, cơ cấu kẹp dao gắn trên tang chứa dao sẽ kẹplấy và giữ chuôi dao Khi hệ thống nhận biết được tang chứa dao đã vào vị trí thaydao thì xy lanh điều khiển mở kẹp dao bên trong trục chính được kích hoạt làm nhảchuôi dao Sau khi nhả kẹp thì trục chính di chuyển lên điểm cao nhất của trục Z.Lúc này động cơ dẫn động của cơ cấu Mante được kích hoạt quay theo chiều thuậnhoặc ngược tùy vào vị trí tương quan giữa con dao cũ được thay ra và con dao mớiđược gọi sao cho thời gian quay là ngắn nhất Sau khi đã quay phân độ được condao cần thay vào vị trí thay dao thì động cơ điều khiển cơ cấu Mante dừng lại, lúcnày trục chính di chuyển xuống vị trí thay dao, khi xuống đến vị trí thay dao thì xylanh Cylinder_2 điều khiển cơ cấu kẹp bên trong trục chính ngừng kích hoạt, dướitác động của lực đàn hồi của lò xo thì cơ cấu này kẹp lấy đuôi chuột của chuôi dao

và kéo lên kẹp chặt lấy chuôi dao Sau khi trục chính kẹp được dao thì van phânphối 5/3 đảo chiều, xy lanh Cylinder_1 dẫn động cụm cơ cấu tang chứa dao đượccấp khí theo chiều ngược lại trở về vị trí chờ Lúc này trục chính di chuyển lên điểmHome của trục Z Kết thúc chu trình thay dao.

Kết luận chương 1

Từ các yêu cầu của đề tài, ở chương 1 đã đi làm rõ các chức năng nhiệm vụ, ưunhược điểm, yêu cầu của hệ thống thay dao tự động (không tay máy) Đồng thời ởchương này đã chỉ ra kết cấu của một hệ thống thay dao tự động (không tay máy) vànêu lên nguyên lý làm việc của hệ thống trong hai trường hợp: có dao trong trụcchính và không có dao trong trục chính Chương này làm tiền đề để phát triển cácchương tiếp theo

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC THIẾT BỊ CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU

CHẤP HÀNH CẦN SỬ DỤNG CHO CHU TRÌNH THAY DAO TỰ

ĐỘNG

Để thực hiện chu trình thay dao tự động, cần có các cảm biến để nhận biết vị trícủa các cụm cơ cấu trong quá trình làm việc, nhận biết đếm số dao Đồng thời cầncác cơ cấu chấp hành để thực hiện được các chuyển động thay dao như yêu cầu.

2.1 Thiết bị cảm biến cho di chuyển cụm cơ cấu tang đài chứa dao

Để có thể nhận biết được vị trí của tang chứa dao ở vị trí chờ hay ở vị trí thaydao, cần sử dụng thiết bị cảm biến để xác định Thiết bị cảm biến được sử dụng phải

có độ chính xác, độ bền, tính ổn định cao, không tốn không gian lắp đặt Căn cứ vàoyêu cầu trên, dùng hai cảm biến từ đặt tên S1, S2 để báo vị trí của cụm tang chứadao, đặt ở haicảm biến ở vị trí đầu và cuối trên thân xy lanh Cylinder_1

Trong hệ thống này, cảm biến từ sẽ có nhiệm vụ đóng/ngắt mạch điện khi xylanh đẩy tang đài chứa dao ở vị trí gần nhất hoặc xa nhất so với trục chính hay nhậnbiết xy lanh lanh đã tác động hết hành trình hay chưa

Trên cơ sở đó kết hợp với việc tham khảo các mẫu cảm biến từ đang được sửdụng trong các máy phay đứng trên thị trường, chọn cảm biến từ hiệu D-M9N củahãng SMC hình 2.1

Bảng 2.1 Thông số cảm biến từ SMC D-M9N

Đèn báo tín hiệu đèn led đỏ sẽ sáng lên khi nhận tín hiệu

Kết nối 3 dây (2 dây cấp nguồn và 1 dây xuất tín hiệu)

Công tắc hành trình S1 được đặt tại phần phía cuối hành trình trên thân xy lanhkhí nén điều khiển chuyển động của cụm tang đài chứa dao để nhận biết vị trí chờcủa cụm tang đài chứa dao Công tắc hành tình S2 được đặt tại phần phía đầu hànhtrình trên thân xy lanh khí nén điều khiển chuyển động của cụm tang đài chứa dao

để nhận biết vị trí vào thay dao của tang đài chứa dao Cả hai cảm biến này đềuđược gắn cố định trên thân của xy lanh Khi tang đài chứa dao ở vị trí chờ tươngứng với vị trí piston ở phía cuối của xy lanh điều khiển chuyển động của tang đài

chứa dao thì vòng từ gắn trên thân piston tác động lên cảm biến từ S1 Lúc này, sẽxuất hiện một tín hiệu điện áp 24VDC ở đầu ra của cảm biến từ Khi tang chứa daorời khỏi vị trí chờ thì piston di chuyển mang theo vòng từ, cảm biến từ S1 không bịtác động, khi đó đầu ra của cảm biến từ S1 có mức điện áp là 0V Tương tự với cảmbiền từ S2, khi tang đài chứa dao vào vị trí thay dao hay piston dịch chuyển lênphần đầu của xy lanh điều khiển chuyển động của cụm tang đài chứa dao thì vòng

từ trong thân piston tác động lên cảm biến từ S2 Khi vòng từ tác động lên cảm biến

từ S2 thì sẽ xuất hiện một tín hiệu điện áp 24VDC ở đầu ra của cảm biến S2 Khitang đài chứa dao rời khỏi vị trí thay dao thì vòng từ trong piston không tác độnglên cảm biến từ S2 nữa, điện áp lúc này ở đầu ra của cảm biến S2 là 0V Tương ứngvới hai mức tín hiệu điện áp này là hai mức logic 0 và 1 đi vào bộ điều khiển Từ đó

bộ điều khiển nhận biết được vị trí của tang đài chứa dao và có các điều khiển thíchhợp

2.2 Thiết bị cảm biến nhận biết trạng thái kẹp/nhả kẹp dao

Cảm biến từ S3, S4 để nhận biết trạng thái kẹp/nhả dao thông qua vị trí củapiston trong xy lanh điều khiển đóng/mở kẹp Hai cảm biến từ này được đặt tạo đầu

và cuối hành trình và được lắp trên thân xy lanh khí nén điều khiển đóng /mở kẹp.Cảm biến từ S3 được đặt ở đầu hành trình xy lanh khí nén này nhận biết trạng tháikẹp, công tắc hành trình S4 được đặt ở cuối hành trình của xy lanh khí nén này đểbiết trạng thái nhả kẹp

Lực chọn loại cảm biến và sử dụng cách đấu nối tương tự như hai cảm biến từS1, S2 Tín hiệu đầu ra của các cảm biến từ S3và S4 được nối vào cổng đầu vào của

bộ điều khiển

Khi piston của xy lanh khí nén điều khiển đóng/mở kẹp Cylinder_2 ở đầu hànhtrình, vòng từ nằm trên thân piston tác động lên cảm biến từ S3, cảm biến từ S3 sẽxuất hiện một điện áp 24VDC ở đầu ra Khi piston không ở vị trí đầu hành trình xylanh thì vòng từ không tác động lên cảm bến từ S3, khi đó mức điện áp trên đầu racủa cảm biến S3 là 0V Tương tự, khi piston ở vị trí cuối hành trình của xy lanh điềukhiển đóng/mở kẹp thì vòng từ nằm trên thân piston tác động lên cảm biến từ S4,

cảm biến từ S4 sẽ xuất hiện một điện áp 24VDC ở đầu ra Khi piston rời khỏi vị trícuối hành trình xy lanh thì vòng từ không tác động lên cảm bến từ S4, khi đó mứcđiện áp trên đầu ra của cảm biến S3 là 0V.

2.3 Thiết bị cảm biến cho thao tác nhận biết vị trí con dao được gọi

Cảm biến tiện cận: dung để đếm số lượng dao (nhận biết vị trí của dao cần thay).Với kích thước nhỏ gọn, nhận biết tín hiệu không cần tiếp xúc cho độ bền, độ chínhxác cao, dễ lắp đặt, có thể phát hiện ra vật mà không cần tiếp xúc từ đó tăng tuổithọ, có thời gian phản hồi nhanh cỡ ms Cảm biến tiện cận được lắp cố dịnh bởi mộtthanh gắn với đế đặt động cơ của cơ cấu Mante để đảm bảo luôn cố định khi tangchứa dao quay phân độ Khi cơ cấu Mante quay, các rãnh của đĩa Mante lần lượtquét qua phía trước cảm biến, khi cảm biến bị che khuất thì sẽ có tín hiệu phản hồi

về Ta dùng tín hiệu này để nối với đầu vào của PLC Ta dùng cảm biến tiện cậnkiểu PNP, tức là khi có vật chắn trước cảm biến thì sẽ có một tín hiệu điện áp đầu ra24V được xuất ra, ký hiệu S5 Đầu ra 24VDC này được nối với ngõ vào I0.4 củaPLC Khi có vật chắn trước cảm biến thì mức logic tại ngõ vào I0.4 sẽ là 1, ngượclại khi không có vật chắn trước cảm biến thì mức logic ngõ vào I0.4 sẽ là 0

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận

Ta dùng cảm biến tiệm cận mã E2A-M18KN16-WP-B1 2M của hãng OMRON

Hình 2.4 Cảm biến tiệm cận E2A-M18KN16-WP-B1 2M của hãng OMRON

Bảng 2.2 Thông số cảm biến tiệm cận E2A-M18KN16-WP-B1 2M

Thân cảm biến Hình trụ M18, chế tạo bằng đồng thau

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận dùng từ trường [1]

Loại cảm biến này bao gồm một cuộn dây Copper coil 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 vậtkim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trongvật Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng lượngtrong cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống; độ mạnh của từ trường giảm

đi Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra, vậtthể được phát hiện Vì nguyên tắc vận hành này sử dụng trường điện từ nên cảmbiến cảm ứng vượt trội hơn cảm biến quang điện về khả năng chống chịu với môitrường Ví dụ: dầu hoặc bụi thường không làm ảnh hưởng đến sự vận hành của cảmbiến

2.4 Thiết bị cảm biến cho di chuyển cụm trục chính

Công tắc hành trình nhận viết vị trí của cụm trục chính: ta dùng hai công tắchành trình đặt ở 2 vị trí đầu và cuối hành trình Công tắc hành trình được sử dụng làcông tắc hành trình kiểu tay đòn có con lăn với kết cấu đơn giản, kích thước nhỏgọn, độ chính xác khá cao, độ bền lên đến một triệu lần đóng/ ngắt, lắp đặt đơngiản Trong hệ thống này, công tắc hành trình sẽ có nhiệm vụ đóng ngắt mạch điệnkhi cụm trục chính ở vị trí thay dao hoặc cụm trục chính ở vị trí an toàn khi thaydao Trong sơ đồ điện điều khiển, sự đóng ngắt này tạo lên hai mức tín hiệu điện là0V và 24V đi vào hai địa chỉ đầu vào input của PLC Tương ứng với hai mức điện

áp này là hai mức logic 0 và 1 đi vào PLC Từ đó PLC nhận biết được vị trí hiện tạicủa tang đài chứa dao và có các điều khiển thích hợp

Ở đây ta dùng công tắc hành trình Z-15GW2-B hãng OMRON

Hình 2.6 Công tắc hành trình Z-15GW2-B hãng OMRON Bảng 2.3 Thông số công tắc hành trình Z-15GW2-B

Loại tiếp điểm 1 tiếp điểm thường đóng, 1 tiếp điểm thường mở

Tần số hoạt động cơ 240 lần/phút, điện 20 lần/phút

Cơ cấu tác động cần có bánh xe và bản lề dài song song

Sơ đồ đấu nối công tắc hành trình với PLC

Hình 2.7 Đấu nối công tắc hành trình với PLC

Ta dùng hai công tắc hành trình đặt tên S6, S7 để báo vị trí của trục chính Côngtắc hành trình S6 đước đặt tại phía trên để nhận biết vị trí chờ an toàn của trục chínhkhi thay dao Công tắc hành trình S7 được đặt tại cuối hành trình khi trục chính dicuyển để nhận biết vị trí của trục chính khi vào vị trí thay dao Khi trục chính ở vịtrí chờ thì cần gạt của công tắc hành trình S6 bị tác động, tiếp điểm thường mở của

công tắc hành trình S6 đóng lại, một đầu của tiếp điểm thường mở của công tắchành trình S6 nối với nguồn điện áp không đổi 24VDC, dầu còn lại nối với cônginput I0.5 của PLC Lúc này, cổng I0.5 của PLC có điện áp 24V tương ứng với mứclogic 1 Khi trục chính rời khỏi vị trí chờ thì cần gạt của công tắc hành trình S1không bị tác động, tiếp điểm thường mở của S6 mở ra, khi này mức điện áp trêncồng input I0.5 của PLC là 0V tương ứng với mức logic 0 Tương tự với công tắchành trình S7, một đầu tiếp điểm thường mở của S7 nối với nguồn điện áp khôngđổi 24VDC, đầu còn lại nối với cổng input I0.6 của PLC Khi trục chính vào vị tríthay dao thì cần gạt của công tắc hành trình S7 bị tác động, tiếp điểm thường mở S7đóng lại, điện áp tại cổng I0.6 của PLC khi này là 24V tương ứng với mức tín hiệulogic 1 Khi trục chính rời khỏi vị trí thay dao thì cần gạt của công tắc hành trình S7không bị tác động nữa, tiếp điểm thường mở S7 mở trở lại, điện áp tại cổng inputI0.6 của PLC lúc này là 0v tương ứng với mức tín hiệu logic 0

2.5 Cơ cấu chấp hành điều khiển di chuyển cụm cơ cấu tang đài chứa dao

Xy lanh khí nén là thiết bị biến đổi thế năng và động năng của khí nén thành lựctác động ra đầu tác động Hệ thống truyền động lực sử dụng xy lah khí nén có cácđặc điểm: vận tốc cao, cơ cấu gọn nhẹ, ít gây hại cho môi trường do sử dụng chínhnguồn khí tự nhiên, điều khiển dễ dàng, có khả năng xử lý quá tải tốt

Hình 2.8 Xy lanh khí nén

Nhưng phần nguồn cấp khí nén cho xy lanh thì lại cần một hệ thống khá lớn, dovậy ít khi sử dụng một xy lanh khí nén đơn lẻ mà thường sử dụng nhiều hệ thống xylanh khí nén để tận dụng nguồn cấp khí nén từ bơm khí.

Ở các cơ cấu bình thường có thể sự dụng xy lanh khí nén không có giảm chấn,nhưng ở các hệ thống có quan tính lớn, tốc độ cao nên sử dụng loại có giảm chấn

Phần tử sử dụng để điều khiển cơ cấu chấp hành xy lanh khí nén trong trườnghợp này là van phân phối 5 cửa 3 vị trí (van 5/3) điều khiển trực tiếp bằng điện từtrường thông qua tác động của cuộn hút

Hình 2.9 Van đảo chiều 5/3

Kết cấu của hệ thống điều khiển xy lanh khí nén tác động kép:

Hình 2.10 Sơ đồ điều khiển xy lanh khí nén tác động kép

Hệ thống này gồm một xy lanh khí nén tác động kẹp có giảm chấn ở đầu và cuốihành trình, một van phân phối 5 cửa 3 vị trí (van 5/3) điều khiển trực tiếp bằng điện

từ Có thể điều chỉnh tốc độ của xy lanh bằng 2 bộ van chỉnh lưu một chiều lắp trênhai đầu vào của xy lanh

Cụm xy lanh khí nén bao gồm: van lọc thô (loại bỏ chất bẩn và có xả nước tựđộng), máy nén khí, đồng hồ đo áp suất, van lọc tinh, van điều áp, van tra dầu, vanđảo chiều, van tiết lưu một chiều

2.6 Cơ cấu chấp hành điều khiển đóng/mở kẹp dao trong trục chính

Ngoài ra, trong cụm trục chính còn có một xy lanh khí nén tác động một chiều đểđiều khiển đóng mở kẹp dao vào trục chính Do trong các hệ thống kẹp dao để đảm

bảo an toàn dao không rơi mất điện (trục trặc hệ thống điện – khí nén) ta dùng cơcấu kẹp bằng hệ thống kẹp cơ khí với lực kẹp tạo ra bởi lực đàn hồi của lò xo Ởtrạng thái kẹp, lò xo tác động lực kẹp lên các đòn kẹp vừa kẹp chặt lấy phần đuôichuột của chuôi dao, vừa kéo chuôi dao lên phía trên đảm bảo sự đồng tâm giữa dao

và trục chính Khi muốn thay dao, ta kích hoạt xy lanh khí nén tác động một chiềuđặt phía trên hệ thống kẹp, khi được cấp khí, xy lanh được giải phóng đẩy đòn kẹpxuống thắng lực đàn hồi của lò xo, móc kẹp nhả đuôi chuột ở chuôi dao ra đồng thờitác động một lực nhỏ vào đầu đuôi chuột khiến chuôi dao rời khỏi lỗ côn trên trụcchính Khi ngừng cấp khí cho xy lanh thì lực nén của lò xo bên trong xy lanh sẽ đưapiston về vị trí ban đầu, lúc này không còn lực tác dụng lên đầu hệ thống kẹp cơ khínữa, lực đàn hồi lò xo lại kéo các mỏ kẹp vào kẹp lấy đuôi chuột

Ký kiệu của xy lanh khí nén tác động đơn: