Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống cấp phôi tự động sử dụng phễu rung và tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC Takamaz

ông xong được thực hiện bằng công nhân vận hành máy. Vì các chủng loại sản phẩm của nhà máy chủ yếu là chi tiết dạng trụ trơn, trụ bậc và dạng bạc ,có kích thước l/d = 1~2 và khối lượng của chi tiết m ≤ 0.5 kg. Nên thời gian thao tác gắn phôi vào máy gia công và thời gian lấy sản phẩm ra chiếm một tỷ lệ lớn so với thời gian gia công của máy, bên cạnh đó chất lượng sản phẩm sau khi gia công và năng suất là không ổn định và phụ thuộc vào yếu tố con ngừơi. 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG Để thiết kế hệ thống cấp phôi tự động, tác giả đã chọn 1 sản phẩm dạng bạc đặc trưng của nhà máy như hình, được gia công trên máy tiện NC Takamaz để tính toán thiết kế. Chương 3: Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động 25 Hình 3.1: phôi nguyên liệu sản phẩm Core Stator- 0310 3.2.1 Đặc điểm cấp phôi cho các máy NC hiện tại Sơ đồ cấp phôi: Năng suất gia công của dây chuyên hiện tại:  Thời gian gia công của máy: 60giây/1sản phẩm  Mỗi công nhân vận hành 1 máy NC  Thời gian cấp phôi và lấy phôi ( thời gian thao tác người vận hành máy): 20 giây  Thời gian làm việc 1 ca trong ngày: 7 giờ (25200 giây)  Hiệu suất tính năng suất gia công : 80% → Sản lượng gia công trong 1 ca là: 252 sản phẩm/ 1 công nhân vận hành.  Tỷ lệ phế phẩm là: 0.05%, trong tỷ lệ phế phầm do thao tác của người vận hành máy 0.01%. 3.2.2 Yêu cầu hệ thống cấp phôi tự động Năng suất gia công của dây chuyền cấp phôi tự động:  Thời gian gia công của máy: 60giây/1sản phẩm  Mỗi công nhân vận hành 4 máy NC  Thời gian cấp phôi và lấy phôi tự động: 10 giây  Thời gian việc 1 ca trong ngày: 7 giờ (25200 giây)  Hiệu suất tính năng suất gia công: 100% → Sản lượng gia công trong 1 ca là: 360 sản phẩm/ 1 máy NC. Chương 3: Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động 26 → Sản lượng 1 công nhân/ 1 ca: 360x4=1440 sản phẩm/ 1 người. → Tỷ lệ phế phẩm là: 0.04%, trong đó tỷ lệ phế phẩm do thao tác của người vận hành máy 0 %. Nhận xét: như vậy khi sử dụng hệ thống cấp phôi tự động năng suất của 1 người vận hành máy sẽ tăng lên 4 lần so với cách làm hiện tại. Tỷ lệ phế phẩm do thao tác sai của người vận hành máy là 0%. 3.2.3 Sơ đồ hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động Với sơ đồ khối cấp phôi tự động như trên, thì toàn bộ quá trình cấp phôi điều được thực hiện tự động. Người công nhân chỉ có nhiệm vụ đổ phôi vào phễu rung. Thao tác này chỉ thực hiện 2 lần/ca làm việc. Đặc điểm của hệ thống cấp phôi tự động này:  Không phụ thuộc vào yếu tố con người  Tính ổn định cao  Năng suất tăng lên do 1 công nhân có thể vận hành nhiều máy  Giảm phế phẩm sau gia công do nguyên nhân gá đặt Chương 3: Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động 27 3.2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động Từ sơ đồ trên ta có sơ đồ nguyên lý cấp phôi cho máy NC như sau: Hình 3.2: Nguyên lý hệ thống cấp phôi tự động 3.2.5 Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp phôi Phôi nguyên liệu được công nhân đỗ vào phễu rung, phễu rung hoạt động liên tục. Phễu rung có nhiệm vụ định hướng và đưa phôi nguyên liệu ra máng dẫn nhờ rảnh xoắn và quá trình rung của phễu. Khi phôi ra khỏi phễu nó ở trạng thái nằm và máng dẫn đưa phôi lên băng tải. Băng tải đưa phôi vào dừng ở cuối băng tải nhờ cơ cấu chặn Chương 3: Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động 28 và robot gắp phôi đưa vào máy NC gia công. Sau khi gia công xong sản phẩm được lấy ra nhờ cơ cấu lấy sản phẩm ra và hệ thống bắt đầu chu kỳ khác. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 28 Chƣơng 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHỄU RUNG 4.1 TÍNH TOÁN PHỄU 4.1.1 Chọn vật liệu chế tạo phễu Phễu cấp phôi rung động được làm bằng thép cacbon kết cấu (CT3), cánh xoắn có dạng hình vành khăn có đường kính ngoài gần bằng đường kính trong của phễu và được hàn vào thành trong của phễu theo đường xoắn ốc. Thành phần hoá học và cơ tính của thép CT3: C: chiếm 0.14  0.22 Mn: chiếm 0.4  0.65 Si: chiếm 0.12  0.3 S: không quá 0.055 P: không quá 0.05 Cơ tính: b = 410  430 MN/m 2 4.1.2 Các thông số hình học của phễu Yêu cầu của đề tài là: tính toán, thiết kế mô hình cấp phôi tự động dạng rời rạc, có kích thước như hình 4.1, trọng lượng của 1 chi tiết (phôi): Q = 0.02 (kg). Yêu cầu mỗi lần đổ phôi vào phễu là 250 chi tiết. Hình: 4.1 phôi nguyên liệu Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 29 Chọn Phễu cấp phôi rung động có dạng hình trụ. Cơ cấu cấp phôi rung động phải đảm bảo cấp phôi liên tục cho máy và đảm bảo năng suất công nghệ (năng suất thực tế) QP của nó phải lớn hơn năng suất của máy Qm khoảng 1,3 lần. QP = K1. Qm = 1,3 x1 = 1,3 (phôi/phút) [1] Trong đó:  Qm: 1phút/1chi tiết  K1 : hệ số tăng năng suất của máy_ K1= (1.31.5) Tốc độ vận chuyển chi tiết theo máng của cơ cấu cấp phôi rung động: . 2 3 , 2 . p c Q L 1 3.0,0316 V = = 0, K K 0,8.0,25  (m/phút) [1] Trong đó:  L: chiều dài của chi tiết  K2: hệ số dự phòng năng suất_ K2= 0,8  K3: hệ số cấp phôi định hướng n m K 3 Trong đó:  m: số trạng thái được chấp nhận( m = 1)  n: tất cả số trạng thái của chi tiết có trên máng(n = 4) Suy ra: K3 = 0,25 Thông số hình học của phễu:  Góc nâng lớn nhất max của máng 0 2 max  tgftg  [1] 2 max 0 max ( ) 2 0 0 arctg f tg arctg(0,35 tg15 ) 1,8       Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 30 Chọn  =1,5 0 Trong đó:  f= 0,35: hệ số ma sát tỉnh giữa phôi và máng  0 ( 0 0 15  ): góc nghiêng tối ưu của nhíp (thép lá) Chọn đường kính của phễu D= 400 (mm) (tra bảng 6.11-[1]) Chiều dày thành phễu 2 (mm) Bước xoắn của máng là: . . 0t D tg 3,14×400×tg1,5 = 32.9   (mm) Chiều rộng của cánh xoắn là: B r+(2-3)=17,4+2,6 = 20 (mm) Trong đó :  r: là đường kính lớn nhất của phôi Cánh xoắn được làm bằng thép CT3 có độ dày là 2 (mm) Cánh xoắn được gắn lên thành phễu bằng cách hàn hồ quang điện. 20 \ Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 31 2 Hình 4.2 Cánh xoắn vít Dung lượng E của phễu phải có khả năng chứa được số chi tiết đủ cho máy làm việc trong khoảng thời gian là: tmax= 4 (giờ) = 240 (phút) max.mE Q t = 1×240= 240 (chi tiết) [1] Số chi tiết z có khả năng được xếp thành một lớp trong phễu: [1] n i i=0 2 .r 2 .17,2 2 .34,4 2 .51,6 2 .68,8 2 .86 z = 1+ =1+ + + + + 53 L 31,6 31,6 31,6 31,6 31,6        Trong đó:  ri = 1, 2, 3, 4, : số lần đường kính phôi  L: chiều dài của phôi Số lớp phôi có khả năng được xếp cùng lúc trong toàn bộ dung lượng của phễu: E 240 n = 4,5 5 z 53    (lớp) Chiều cao H của phễu . ΔcH n h = 5×31,6+47,4 = 205  (mm) Trong đó:  hc: chiều cao của chi tiết   ( ∆=1,5.hc ):chiều cao dự phòng của phễu Đáy phễu được làm bằng thép CT3 và được làm có hình côn ngược 170o để khi đổ phôi vào phễu, phôi sẽ lăn ra thành phễu và sẽ theo cánh xoắn đi lên khi hệ thống dao động. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 32 Hình 4.3: Mô hình 2D Mô hình 3D Đáy phễu gắn với lõi sắt, lõi sắt này được chế tạo từ 1 miếng thép có kích thước Ø = 250 (mm), h = 10 (mm). Xác định khối lượng của phễu: Chia phễu ra các phần đơn giản để tính khối lượng: dp t m oM m m m m     Mp: khối lượng phễu  mt: khối lượng thành phễu  mm: khối lượng máng phễu  md: khối lượng đày phễu  mo:khối lượng đế phễu dp t m oM m m m m 4+1,47+1,766+3,826 = 11,062     (kg) Khối lượng của tất cả chi tiết được chất lên phễu mct= 0,02.250= 5 (kg) 170° Ø10 Ø250 Ø400 88° 3 2 .9 2 0 5 Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 33 4.2 KÍCH THUỚC ĐẾ Để bảo đảm cho hệ thống dao động đúng yêu cầu đã tính toán và năng suất không đổi trong quá trình làm việc thì trọng lượng của phần đế máy phải lớn hơn 3 5 lần so với trọng lượng phễu. Chọn vật liệu chế tạo đế là thép CT3. Chọn đường kính D = 320 mm. Như vậy chiều cao của đế sẽ là: 2 4. . . . 2 m g 4.16.980 h = 10 R 7,8.3,14.16    (cm) [1] 4.3 ĐỊNH HƢỚNG PHÔI TRÊN MÁNG XOẮN 4.3.1 Giới thiệu về vấn đề định hƣớng phôi rời Trong quá trình tự động cấp phôi rời định hướng phôi là một vấn đề quan trọng nhất và cũng khó khăn nhất. Hình dáng, kích thước, trọng lượng của phôi quyết định khả năng tự định hướng của nó và quyết định phương pháp định hướng của hệ thống cấp phôi. Trong các cơ cấu cấp phôi rung động thì việc định hướng phôi xảy ra trong quá trình chuyển động của nó theo máng xoắn vít. Có 2 phương pháp định hướng phôi là:  Chủ động: tất cả các phôi được định hướng không phụ thuộc vào vị trí của chúng ở trong máng xoắn vít.  Thụ động: chỉ có những phôi có vị trí chính xác mới được chuyển vào vị trí tiếp nhận, còn những phôi có vị trí không chính xác sẽ bị rơi trở về phễu chứa. Để cho việc thiết kế hệ thống cấp phôi dễ dàng thì việc định hướng phôi thường tuân thủ các nguyên tắc sau đây:  Phải tạo điều kiện cho phôi tự nhận lấy vị trí ổn định tự nhiêncuar nó trong quá trình chuyển động.  Tìm cách thu nhận lấy những phôi có vị trí đúng và gạt bỏ hoặc sửa chữa những phôi có vị trí sai. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 34  Những phôi bị gạt bỏ phải được vận chuyển ngược trở lại phễu cấp phôi.  Nếu cơ cấu định hướng có độ tin cậy không cao thì cần bổ sung vài ba cơ cấu trên đường vận chuyển phôi. 4.3.2 Thiết kế cơ cấu định hƣớng phôi nguyên liệu trên máng xoắn 4.3.2.1 Các trạng thái và lƣu đồ di chuyển của phôi nguyên liệu trên máng xoắn 4.3.2.2 Thiết kế cơ cấu định hƣớng phôi nguyên liệu trên máng xoắn Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 35 Sơ đồ lưu chuyển phôi nguyên liệu trong phễu rung Tính toán kích thước L,L1,H của cơ cấu định hướng phôi  Kích thước máng xoắn tại vị trí định hướng 1: Để đảm bảo cho phôi nguyên liệu trong quá trình chuyển động trên máng xoắn, các trạng thái không đúng A và B sẽ được loại bỏ rơi ngược lại phễu và trạng thái C và D tiếp tục, thì kích thước L của máng xoắn tại vị trí 1 phải thỏa mãn điều kiện sau: 2 2 d l L  Trong đó: - d: đường kính lớn nhất của phôi( d=17.2mm) - l: chiều dài của phôi (l=31.6mm) - L: kích thước máng xoắn tại vị trí 1 Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 36 8.6 15.8L   Vậy ta chọn :L=15 (mm)  Kích thước tại vị trí định hướng 2 : Để đảm bảo cho phôi nguyên liệu trong quá trình chuyển động trên máng xoắn, trạng thái không đúng D sẽ được loại bỏ rơi ngược lại phễu và trạng thái C tiếp tục chuyển động xuống băng tải, thì kích thước L1 và H tại vị trí 2 bố trí tay gạt phôi phải thỏa mãn điều kiện sau: d H l  và d L L1 2   17.2 H 31.6   và L1 6.4 Vậy ta chọn :H=20 (mm) và L1=14 (mm) Như vậy, phôi nguyên liệu trong phễu trong quá trình di chuyển trên máng dẫn phôi khi qua các vị trí loại phôi có trạng thái sai trên máng sẽ bị loại bỏ và sẽ rơi ngược loại phễu. Chỉ có 1 trạng thái đúng( trạng thái C) sẽ tiếp tục di chuyển xuống băng tải. 4.4 MÁNG DẪN PHÔI 4.4.1Cấu tạo máng dẫn phôi Máng dẫn phôi là bộ phận quan trọng của hệ thống cấp phôi. Nó có nhiệm vụ dẫn phôi từ phễu tới vị trí gia công hoặc từ vị trí gia công tới bộ phận tích trữ phôi cho giai đoạn tiếp theo. Như vậy, máng dẫn phôi có mặt từ lúc cấp phôi cho đến thành phẩm được tạo ra. Tùy theo hình dáng và kích thước cũng như trọng lượng của phôi mà có các loại kết cấu máng tương ứng. Các loại máng có kết cấu ở hình 4.4 dùng cho các chi tiết có trọng lượng nhỏ, phôi có thể lăn hoặc trượt trên đáy máng không sợ bị hư hỏng bề mặt của phôi. Khi phôi có trọng lượng lớn và cần bảo vệ bề mặt phôi ta giảm diện tích tiếp xúc giữa phôi và máng dẫn hoặc gắn các con lăn trên đáy máng. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 37 Hình 4.4: Cấu tạo máng dẫn phôi [1]  Hình a, b, c, d là máng chữ nhật dùng cho các chi tiết trụ có l/d < 3.5 và các chi tiết dẹt có chiều dày nhỏ hơn đường kính nhiều lần.  Hình e là máng chữ T dùng cho các chi tiết trụ có mũ dạng bu lông.  Hình f: máng chữ V, hình g: máng chữ C dùng cho các chi tiết trụ có l/d > 3.5.  Hình i: máng chữ U có rãnh dùng cho các chi tiết có mũ theo phương pháp đổ phôi vào máng.  Hình j: máng chữ T ngược dùng cho các phôi có dạng hơn nữa hình trụ.  Hình k: máng một thanh.  Hình l: máng hai thanh.  Hình m: máng một thanh treo.  Hình n: máng hai thanh đỡ. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 38 Trong thực tế, người ta thường sử dụng trọng lượng của chính chi tiết cấp phôi để định hướng và di chuyển phôi trong máng đến vị trí gia công haylắp ráp: Hình 4.5: Phôi di chuyển trên máng dẫn nhờ trọng lượng [1] Chi tiết cần cấp phôi của đề tài có dạng hình trụ 2 trục đối xứng cho nên ta chọn máng dẫn phôi có dạng hình chữ nhật như hình sau: Hình 4.6: Cấu tạo máng dẫn phôi sử dụng trong đề tài Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 39 4.4.2 Tính toán máng dẫn phôi Để phôi di chuyển được trên máng ta phải tác dụng lực vào phôi. Có nhiều cách tạo ra lực di chuyển phôi như:  Dùng trọng lực của phôi bằng cách đặt máng nghiêng một góc so với phương nằm ngang. Nếu phôi lăn thì độ dốc của máng nhỏ khoảng 50  70. Nếu phôi trượt thì góc nghiêng phải lớn hơn góc ma sát giữa phôi và đáy máng (khoảng 300).  Dùng phương pháp rung động.  Dùng lực cơ khí hoặc thủy lực để đẩy phôi. Phôi dịch chuyển trong máng của đề tài dưới tác dụng của lực rung động của phễu rung và máng rung được đặt nghiêng một góc 300 so với mặt phẳng nằm ngang để phôi dễ dàng trượt xuống mà không bị kẹt. Khi tính toán chiều cao của máng dùng cho chi tiết dạng trượt thì ta cần chú ý đến kích thước kẹt phôi hay còn gọi là điều kiện kẹt phôi. Trên hình vẽ có biểu diễn một phôi có kích thước L, D đang trượt trong máng có chiều rộng H. Trong quá trình trượt phôi có thể bị nghiêng đi như hình vẽ. Khi phôi chạm vào máng tại điểm A thì phôi sẽ chịu tác dụng của các lực pháp tuyến N và lực ma sát F. Hợp lực của chúng là T, T tạo với N một góc β là góc ma sát, đường chéo OA tạo với N một góc α. Hình 4.7: Lực tác dụng khi phôi trượt trong máng [2] Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 40 Nếu α> β thì T sẽ tạo với điểm A một mômen mà mômen đó sẽ làm cho phôi bớt nghiêng nghĩa là phôi hết kẹt. Nếu α<β thì T sẽ tạo với điểm A một mômen mà mômen đó càng làm cho phôi bị nghiêng thêm tức là bị kẹt. Vậy α = β là giới hạn giữa trạng thái kẹt và trạng thái có khả năng trở về trạng thái ban đầu. Góc α lại phụ thuộc vào khe hở giữa máng. H càng nhỏ thì α càng lớn, α lớn nhất khi D = H. Nhưng để phôi dễ dàng di chuyển trong máng và không bị đổi hướng thì: D< H < Hmax . Trong đó, Hmax đạt được khi α = β Từ hình vẽ ta có: 22 cos DL H   Mà: 21 1 cos   tg  Suy ra: 222 1 1 tgDL H    Khi α = β thì 2222 1 1 1 1max       tgDL H Với μ = tg β : là hệ số ma sát Vậy: 2 22 1 max    DL H Để phôi di chuyển trong máng không bị kẹt thì : D+ Δmin< H < 2 22 1   DL Trong đó: D: đường kính phôi(D=17.2mm) μ: hệ số ma sát (μ= 0,3 vì máng làm bằng thép) Δ min: khe hở nhỏ nhất giữa phôi và máng (Δmin=0,5mm) Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 41 Suy ra: 17.2 +0,5< H < 2 2 2 17.2 31.6 34 1 0,3    Vậy ta chọn H = 20(mm) 4.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KÍCH THƢỚC CÁC CHÂN 4.5.1 Kết cấu của các chân Kết cấu của các chân trong các cơ cấu cấp phôi rung động thường có các loại sau: lò xo phẳng, lò xo phẳng nhiều lớp và lò xo có tiết diện tròn.  Lò xo phẳng Hình 4.8: Lò xo phẳng một lớp [1]  Lò xo phẳng nhiều lớp: Hình 4.9: Lò xo phẳng nhiều lớp [1]  Lò xo có tiết diện tròn: Hình 4.10: Lò xo có tiết diện tròn [1] Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 42 Chế độ hoạt động của cơ cấu cấp phôi rung động phụ thuộc vào độ cứng vững của các chân đó như nhau hay không. Nguyên nhân gây ra độ cứng vững khác nhau là:  Kích thước chế tạo không giống nhau  Vật liệu khác nhau  Lắp chân vào đáy phễu không chính xác Độ cứng vững không đồng đều (khác nhau) sẽ làm cho máng dao động đứt quãng (không đều). Do đó dịch chuyển của chi tiết trên máng không đồng đều. Vì vậy tính toán các chân có hiệu quả khi các yếu tố làm thay đổi độ cứng vững của các chân được loại bỏ. 4.5.2 Tính toán các chân Vật liệu chế tạo lò xo là thép đàn hồi có lượng cacbon (0,55 0,65%). Xét trong điều kiện thanh chịu uốn thuần tuý (nghĩa là dao động lên xuống mà không có xoắn). Hình 4.11: Thép lá lò xo Thông số hình học của lò xo như hình vẽ. Trong ba thông số này ta chọn hai thông số và ta tính thông số còn lại: Chọn: b = 25 (mm) L = 200 (mm) Tính h = ? (vì độ cứng của lò xo sẽ phụ thuộc vào thông số còn lại này )  Ta có tần số dao động cưỡng bức : L b h Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 43  = 2f =2 .3,14 . 50 = 314 (rad/s) [7] Trong thực tế thì tần số dao động cưỡng bức  luôn nhỏ hơn tần số dao động riêng 0 (<0). Hay 0 1    . Vì vậy xét trong điều kiện hệ thống ổn định ta sẽ chọn 0 0,8 ÷ 0,95     Suy ra tần số dao động riêng : 0 (rad/s) 0,95 314 = 320 0,95      Độ cứng tương đương của lò xo: 2 0.mc  Trong đó: - m: tổng khối lượng phía trên lò xo (bao gồm mphễu và mchi tiết) m= mphễu+ mchi tiết = 11+5=16 (Kg) (N/m) (N/mm)2c 16.(320) 1638400 1639    Vì sử dụng 4 lò xo lá giống nhau nên ta có: c = c1 +c2+c3 +c4=4c1  c1 = 410 (N/mm) Từ công thức: 31 3 l EJ c  [7] Trong đó:  E: mô đun đàn hồi của vật liệu E = 2.105 (N/mm2)  J: mômen quán tính Vì lò xo có tiết diện hình chữ nhật nên: 12 3bh J  [7] Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 44 b h Hình 4.11: Tiết diện thép lá 1 3 13 3 . . 14(mm) 3 3 3 5 3Ebh c 12l 12 c l 12.410.200 h 3Eb 3.2.10 .25       4.6 TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN 4.6.1 Chọn số nam châm điện từ sử dụng trong cơ cấu rung Khi thiết kế cơ cấu cấp phôi rung động có rãnh xoắn vấn đề xác định số lượng nam châm điện trong cơ cấu là rất quan trọng. Chỉ tiêu xác định số nam châm điện là tỉ lệ tương quan giữa lực kéo tác dụng lên các chân và độ cứng vững của đáy phễu. 4.6.1.1 Cơ cấu có một nam châm điện Khi có một nam châm điện   P P1 P2 P0 Hình 4.12: Sơ đồ tác dụng lực khi có một nam châm điện [1] Ta có: P1 = P.Sin P2 = P.Cos Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 45 Khi cơ cấu có bốn chân thì P = P0 /4 2 4 6 8 10 P ( Kg) 10 20 30 40 50  2 1 Hình 4.13: Quan hệ phụ thuộc giữa thành phần lực P1, P2 và góc nghiêng  [1] Như vậy, khi có một nam châm trong cơ cấu thì nên chọn  lớn trong trường hợp này công suất để tạo ra lực kéo yêu cầu là thấp nhất. Đường kính của phễu cũng phụ thuộc vào số nam châm điện trong cơ cấu. Khi đường kính phễu tăng thì độ cứng vững của đáy phễu giảm bởi vì khối lượng của đáy và thành phễu tăng không tỷ lệ với nhau, còn độ cứng vững không đủ của đáy phễu có thể làm cho nó dao động như một cái máng và biên độ của dao động xoắn có thể rất nhỏ và không có khả năng làm cho phôi chuyển động theo bề mặt. 4.6.1.2 Khi có bốn nam châm điện  P Hình 4.13: Sơ đồ tác dụng lực khi có ba nam châm điện [1] Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 46 Các nam châm điện được gá đối diện với các chân và chúng tác dụng lên phễu ở các vị trí có độ cứng vững cao nhất, có nghĩa là theo chu vi ngoài của phễu. Khi có bốn nam châm điện trong cơ cấu thì lực kéo P do một nam châm điện tạo ra sẽ tác dụng lên một chân theo phương có độ cứng vững thấp nhất. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy: cơ cấu có một nam châm điện được dùng trong cơ cấu cấp phôi rung động với phễu nhỏ (đường kính < 0,4m) để cấp phôi nhỏ và nhẹ, còn cơ cấu có bốn nam châm điện được dùng trong cơ cấu cấp phôi rung động với phễu lớn (đường kính > 0,3÷1m) để cấp phôi có kích thước trung bình và lớn bởi vì bốn nam châm có khả năng tạo ra lực kéo lớn. Vì vậy, đối với chi tiết được tính toán thiết kế trong đề tài, thì ở đây sẽ sử dụng một nam châm điện từ đặt tại đường tâm phễu. 4.7 CƠ CẤU RUNG ĐIỆN TỪ Cơ cấu rung điện từ cần được xem như hệ dao động cơ điện thuần nhất, nơi mà điện năng chuyển thành cơ năng dao động. Sự thay đổi độ cứng vững của các chân, khối lượng của các phần di động, trạng thái vật lý của vật liệu chi tiết và các yếu tố khác sẽ làm cho biên độ dao động của cơ cấu thay đổi, vì vậy để có được các quy luật chuyển động cần thiết của máng chứa trong cơ cấu cấp phôi rung động người ta sử dụng các loại cơ cấu rung điện từ và các sơ đồ cấp điện khác nhau.Theo nguyên tắc hoạt động thì các cơ cấu rung điện từ được chia ra làm hai loại:  Cơ cấu rung điện từ một nhịp (một nam châm điện)  Cơ cấu rung điện từ hai nhịp (hai nam châm điện) 4.7.1 Cơ cấu rung điện từ một nhịp Hình 4.14: Cơ cấu rung điện từ một nhịp [1] Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 47 Cơ cấu rung điện từ một nhịp cấu tạo gồm một nam châm điện, trong đó xuất hiện lực một hướng. Hành trình ngược lại của phần ứng (của nam châm điện) được thực hiện nhờ năng lực đàn hồi được tích tụ ở các chân khi thực hiện hành trình thuận. Như vậy, trong cơ cấu rung điện từ một nhịp nhờ có tác dụng một phía của lực kéo đã xuất hiện tải trọng bổ sung ở các phần tử đàn hồi của cơ cấu. Khi cấp dòng điện xoay chiều có tần số 50Hz cho cuộn dây trong mỗi nữa chu kỳ chuyển động của dòng điện sức kéo của phần ứng đạt giá trị cực đại, còn khi giảm dòng điện độ nén đàn hồi của thép lá trở về vị trí ban đầu. Như vậy, tần số dao động của máng chứa so với tần số cấp điện tăng lên hai lần . I t P(t) t Hình 4.15: Tần số dao động [1] 4.7.2 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp Có cấu tạo gồm 2 nam châm điện và các phần ứng của chúng được nối cứng với nhau Hình 4.16: Cơ cấu rung điện từ hai nhịp [1] Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 48 Với kết cấu như vậy lực kéo nam châm điện tác dụng ở hai phía đối xứng và không gây ra tải trọng bổ sung cho hệ thống đàn hồi. Cơ cấu rung điện từ hai nhịp là cơ cấu hoàn thiện bởi vì chúng đảm bảo sự đối xứng của đường cong thay đổi dòng điện, loại bỏ khả năng xuất hiện sai số, đảm bảo độ ổn định của cơ cấu và nâng cao công suất hoạt động. 4.7.3 Tính nam châm điện [1] Trong phễu cấp phôi rung động. Dẫn động của các cơ cấu cấp phôi kiểu này có thể là các đầu rung điện từ, cơ khí, khí nén hoặc thủy lực. Thông dụng nhất là đầu rung điện từ vì chúng cho phép điều chỉnh vô cấp năng suất cấp phôi. Vì vậy trong phần tính dẫn động cho phễu ta sẽ tính toán dẫn động bằng nam châm điện xoay chiều, có tần số là 50 (Hz) tương ứng với 3000(dao động /phút). Lực kích động ban đầu là H = 320 (N). Lực kéo của nam châm điện P0 = 320 (N). Hiệu điện thế U=220 (V). Cảm ứng điện từ B=10000 Gaus(1 Gaus = 10- 4Tecla). Vật liệu của phần cảm là thép  1(A). Lực kéo P0 của nam châm điện khi cấp dòng điện hình sin cho cuộn dây được viết bằng biểu thức: P0 = H.sinωt Với: H – lực kích ban đầu → P0max = 320 (N) b S c lb l n lc n c h Hình 4.17: Nam châm điện [1] Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 49 Tiết diện của phần cảm: 22 0 5000 5000 320 12.5( ) . 0,8.10000 cS P cm K B              Trong đó:  P0 (P0=320N): lực kéo trung bình do nam châm điện sinh ra (N)  B(B=10000): cảm ứng từ lớn nhất trong thép (T- tecla)  K(K=0,8): hệ số phân tán cảm ứng từ trong khe hở Chiều dày của phần cảm trung tâm .c cS l b Chọn: lc = 3,2 (cm) ( )c c S 12,5 b = 4 cm l 3,2    Trong đó:  b: chiều dày của thanh  lc: bề rộng của phần cảm trung tâm Bề rộng của phần cảm ngoài (cm)c l 3,2 c = 1,6 2 2   Bề rộng cửa sổ: n = lc=3,2 (cm) Chiều cao của phần cảm h = (2,5-3)n = 8  9,6 (cm) Chiều cao của thép bl h c= 8+1,6 = 9,6  (cm) Bề rộng khuôn khổ của thép cl = l +2c+2n= 3,2+2.1,6 +2.3,2= 12,8 (cm) Theo kích thước hình học của thép có thể xác định số Ampe - vòng được cuốn vòng phần cửa sổ: Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 50 0. . . . 2A h n 10 K 8.3,2.100.2.0,3= 1536   Trong đó:  2(A/cm)   K0: Hệ số điền đầy của dây đồng (K0= 0.25  0.3) Số vòng cần thiết là: 0. . . 8 8 c 10 U 10 .220 =793 4,44 f B S 4,44.50.10000.12,5    (vòng) Trong đó: f0 = 50 (Hz): tần số của dòng điện Tiết diện của dây 2 . . (mm ) 2 2 d h n 0,35.10 8.3,2.0,35.10 S = 1,13 793   Đường kính dây . 3.14 d4 S 4.1,13d = 1,2         (mm) Dòng điện của cuộn dây Số vòng ở hàng thứ nhất 0.9 k B n 0,9.28 K 21 d 1,2     (vòng) Trong đó:  nk : bề rộng của cuộn dây. Chọn nk = 28 (mm)  0.9: hệ số tính đến các cuộn dây Số hàng trong cuộn dây: k 0.8 h 0,8.70 m 46 d 1,2     (hàng) Trong đó: (A) A 1536 I 1,94 793      Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 51  hk: chiều cao của cuộn dây(mm). Chọn hk = 70 (mm)  0.8: hệ số tính đến lớp cách điện giữa các hàng trong cuộn dây Số vòng trong cuộn dây:  mKBk . 21.46 = 966 (vòng) Công suất sinh ra nhiệt Pa được tính theo công thức: 2.cos IRUIP aa   Trong đó:  cos: hệ số công suất.  Ra : điện trở của cuộn dây, được tính như sau: d a S l R  .. 0 [1] Với:   : điện trở riêng của đồng : 2W.mm ( ) m 0,0175   l0: chiều dài của một vòng ở giữa cuộn dây l0 = (7+7).2 = 28 (cm) = 0,28 (m) 0 . . 0,28 ( )a d l 0,0175. .793 R = 3,7 S 1,2      2cos . (W)2a aP UI R I 3,7.1,94 13,9     4.8 CƠ CẤU GẢM CHẤN Khi làm việc, cơ cấu cấp phôi rung động truyền lực kích thích lên máy làm cho máy bị rung động gây hậu quả xấu đến chất lượng gia công. Vì vậy, sử dụng cơ cấu cấp phôi rung động đòi hỏi phải có cơ cấu giảm rung. Để giảm rung động người ta thường dùng các đế tỳ đàn hồi hay còn gọi là các cơ cấu giảm chấn. Cơ cấu giảm chấn có thể là lò xo, đệm cao su, chúng có khả năng giảm rung động, tạo điều kiện cho máy làm việc ổn định hơn. Cơ cấu giảm chấn cao su thường được lắp giữa hai tấm đệm bằng thép. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 52 Hình 4.18: Cơ cấu giảm chấn bằng cao su [1] Cơ cấu giảm chấn bằng lò xo Hình 4.19: Cơ cấu giảm chấn bằng lò xo [1] Giảm chấn bằng lò xo có ưu điểm là có thể điều chỉnh độ cứng vững do đó có thể đạt được tần số dao động riêng theo yêu cầu. Ngoài ra, giảm chấn lò xo còn giữ được tính đàn hồi lâu hơn giảm chấn cao su. Tuy nhiên, trong thực tế người ta sử dụng giảm chấn cao su nhiều hơn bởi vì chúng có khả năng chống rung tốt hơn, kết cấu đơn giản dễ chế tạo hơn.Trong quá trình làm viêc, cơ cấu giảm chấn hoạt động tốt chỉ khi tỷ số a 1.41    . Nếu tỷ số a 1.41    thì hiệu quả giảm chấn không cao( tham khảo biểu đồ 6.31- [1]). Trong đó:  : tần số dao động cưỡng bức( =314rad/s) a : tần số dao động riêng của cơ cấu giảm chấn Vậy để cơ cấu giảm chấn hoạt động tốt thì 314 222.7 1,41 a   (rad/s). Xác định kích thước của giảm chấn cao su: Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 53  Để tính được kích thước của giảm chấn cần chọn trước thông số chiều cao: h (h=30mm).  Xác định đường kính của giảm chấn cao su: Độ cứng của giảm chấn:   22. 78. 222,7 1290000( / ) 1290( / ) 3 am C N m N mm n       (1) Mặt khác: 4 3 3 3. . 3. . . 64. E J E D C h h    (2) Từ (1) và (2) ta có: 3 3 4 4 1290.64. 1290.64.30 44( ) 3. . 3.3.14.60 h D mm E    Trong đó: a : tần số dao động riêng của cơ cấu giảm chấn( a =222.7 rad/s) m : tổng khối lượng của cả cơ cấu rung( m =78 kg) h: chiều cao của cơ cấu giảm chấn (h=30 mm) n: số lượng giảm chấn (n=3) E : môđun đàn hồi vật liệu cao su (E=60 N/mm2) J: mômen quán tính tiết diện tròn ( 4. 64 D J   ) Vậy giảm chấn có kích thước: chiều cao h=30 mm và đường kính D= 44 mm. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 54 4.9 MÔ HÌNH 3D PHỄU RUNG Hình 4.20: Mô hình phễu rung cấp phôi 4.10 ĐIỀU KHIỂN PHỄU RUNG Mô tả yêu cầu điều khiển phễu rung: Hoạt động của phễu rung được điều khiển bởi 3 cảm biến S1, S2 và S3 được bố trí trên băng tải như hình. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 55 Theo chiều di chuyển của phôi từ phễu rung xuống băng tải thì khi nhấn nút star thì phễu rung hoạt động. Phôi từ phễu rung sẽ di chuyển xuống băng tải và cảm biến S1 sẽ thấy sản phẩm trước. Phễu rung hoạt động cho tới khi S1, S2, S3 cùng nhìn thấy sản phẩm thì sẽ dừng. Phễu sẽ hoạt động trở lại khi cả hai cảm biến S2 và S3 không nhìn thấy sản phẩm nữa. Như vậy, ngoại trừ chu kỳ đầu tiên các chu kỳ tiếp theo phôi lúc nào cũng được dự trữ trên băng tải đảm bảo cho hệ thống hoạt động liên tục trong lùc chờ phễu rung tiếp tục cấp phôi cho chu kỳ sau. Lập bảng địa chỉ ngõ vào và ra của thiết bị và lưu đồ điều khiển: Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung 56 Chương trình điều kiển PLC 4.11 PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH NĂNG SUẤT PHỄU Để thay đổi năng suất của phễu, phương pháp thường dùng là thay đổi khoảng cách khe hở giữa lõi sắt từ và nam châm điện, thay đổi hiệu điện thế hay tần số dòng điện, hoặc thay đổi khối lượng của chi tiết trong cốc phễu. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 57 Chương 5 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ROBOT 5.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ROBOT Robot công nghiệp rất đa dạng về kết cấu và tính năng, được đánh giá bằng các thông số kỹ thuật rất khác nhau. Robot được thiết kế trong hệ thống cấp phôi này là robot kiểu phẳng vì kết cấu robot kiều này khá đơn giản, dễ chế tạo, có thể đáp ứng được những yêu cầu của hệ thống. Vì Robot trong hệ thống chỉ dùng để vẩn chuyển phôi từ băng tải, cấp cho máy NC nên chỉ cần 3 bậc tự do là đủ. Một số thông số kỹ thuật của robot:  Sức nâng của robot: là khối lượng lớn nhất của vật mà robot có thể nâng được trong điều kiện nhất định ( như khi tốc độ dịch chuyển cao nhất hoặc khi tay với dài nhất ). Trọng lượng của chi tiết mà robot cần phải nâng lớn nhất 0.5 kg.  Truyền động cho robot: dùng truyền động khí nén để nâng và mang vật.  Số bậc tự do: đây là robot 3 bậc tự do (robot có 3 bậc tự do chuyển động tịnh tiến) .  Vùn g c ôn g t ác : vùn g côn g tác c ủa ro bot có d ạn g phẳn g.  Tầm với: là 33 (cm).  Đặc tính của hệ điều khiển: Có hai kiểu điều khiển hay dùng cho robot đó là: -Điều khiển điểm - điểm : được dùng cho các robot hàn điểm, vận chuyển,...vv. - Điều khiển contour: vạn năng hơn nhưng trước đây được dùng ít hơn Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 58 vì phải sử dụng hệ thống điều khiển phức tạp và đắt tiền. Vì robot trong đề tài chỉ có nhiệm vụ vận chuyển là chính nên dùng kiểu điều khiển điểm - điểm ( point to point ). Các điểm mà robot cần tới được đặt cố định và được xác định bằng cảm biến đặt tại điểm đó. Khi cảm biến báo robot đã tới điểm cần tới thì hệ điều khiển sẽ hoạt động thực hiện công việc đã được lập trình tại điểm đó. Giao tiếp với thiết bị ngoại vi: Robot có nhiệm vụ cung cấp phôi phục vụ một máy tiện NC. Vì vậy hệ thống điều kiển robot phải kết nối được với hệ điều kiển của máy NC. 5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT Phôi nguyên liệu từ phễu rung cung cấp cho băng tải, được đưa vào đúng vị trí cấp phôi cho robot. Sau đó cơ cấu nâng phôi cấp cho robot. Robot gắp phôi di chuyển và gá phôi vào mâm cặp của máy NC. Sau đó di chuyển đến vị trí ban đầu chờ đến khi máy Nc gia công xong robot thực hiện chu kỳ tiếp theo. Để thực hiện được nhiệm vụ này robot cần có 3 bậc tự do chuyển động tịnh tiến. Mô hình của robot như sau: Hình 5.1: Sơ đồ động robot cấp phôi Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 59 5.3. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT 5.3.1 Thiết lập phương trình động học cơ bản của robot 5.3.1.1 Xây dựng các hệ tọa độ Gắn các hệ trục lên các khâu của robot như hình. [3] Hình 5.2: Hệ tọa độ gắn lên các khâu 5.3.1.2 Lập bảng thông số Denavit- Hartenberg như sau: Khâu 𝛉i 𝛂i ai di 1 0 -90 o 0 d1 2 0 -90 o 0 d2 * 3 0 -90 o 0 d3 * 4 0 0 o 0 d4 * Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 60 Trong đó: d1= 400, d2= 330, d3= 450, d4=100 d2, d3, d4: là các biến khớp 5.3.1.3 Xác định các ma trận biến đổi Xác định các ma trận biến đổi theo các thông số DH [3]  Ma trận mô tả vị trí và hướng của O1x1y1z1 đối với O0x0y0z0: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 C S C S S S C C C S A S C d                         1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 A d              Ma trận mô tả vị trí và hướng của O2x2y2z2 đối với O1x1y1z1: 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 1 C S C S S S C C C S A S C d                         2 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 A d              Ma trận mô tả vị trí và hướng của O3x3y3z3 đối với O2x2y2z2: 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 0 0 0 0 0 0 1 C S C S S S C C C S A S C d                         Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 61 3 3 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 A d              Ma trận mô tả vị trí và hướng của O4x4y4z4 đối với O3x3y3z3: 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 0 1 C S C S S S C C C S A S C d                         4 4 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 A d             Tính các ma trận biến đổi thuần nhất [3]  Ma trận 3T4=A4  Ma trận 2T4=A3. 3 T4  Ma trận 1T4=A2. 2 T4  Ma trận T4=A1. 1 T4 4 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 T d             2 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 d             3 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 d             4 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 d             2 4 4 1 3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 d d T d d             Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 62 Ta có ma trận chuyển vị T4: 4 0 0 0 1 x x x x y y y y z z z z n s a p n s a p T n s a p             [3] Từ đó ta có hệ phương trình sau: nx= 1 ny= 0 nz= 0 sx= 0 sy= 1 sz= 0 ax= 0 ay= 0 az= 1 px= 0 py= d2-d4= 230 pz= d1-d3= -50 5.4 THIẾT KẾ CÁC KHÂU CỦA ROBOT 5.4.1 Khâu cố định 5.4.2 Khâu 1 Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 63 5.4.3 Khâu 2 5.4.4 Khâu 3 5.4.5 Mô hình 3D của robot Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 64 5.5 CƠ CẤU CHẤP HÀNH 5.5.1 Giới thiệu sơ lược về xilanh Xilanh tác dụng đơn: hay còn gọi là xilanh tác động một chiều là cơ cấu tác động tạo ra lực khí nén chỉ ở một hướng. Những cơ cấu dẫn động này có thể gắn theo hướng thẳng đứng, như vậy cho phép tải trọng nâng hoặc tải trọng được dịch chuyển trở về vị trí ban đầu của nó nhờ tải trọng bản thân trọng lượng của chúng. Khi cơ cấu dẫn động bắt buộc phải gắn theo hướng nằm ngang hoặc khi không có lực bên ngoài nào được sử dụng để trả piston trở về trạng thái ban đầu, thì một lò xo được gắn bên trong sẽ làm nhiệm vụ đẩy piston trở về trạng thái cũ. Hình 5.3: Xilanh tác dụng một chiều a. Chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực b. Chiều tác dụng ngược lại do lò xo Xilanh tác dụng hai chiều: hay còn gọi là xilanh tác dụng kép là cơ cấu dẫn động cho phép ứng dụng lực đẩy khí nén trong cả hai hướng của hành trình. Tuy nhiên, ở hành trình thụt lùi về lực đẩy nhỏ hơn nhiều so với hành trình duỗi ra. a. b. Hình 5.4: Xilanh tác dụng hai chiều a. Xilanh tác dụng hai chiều không có giảm chấn b. Xilanh tác dụng hai chiều có giảm chấn Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 65 5.5.2 Tính toán và chọn xilanh dẫn động các khâu  Tính toán và chọn xilanh dẫn động cho khâu 1 Hình 5.5: Hợp lực tác dụng lên tấm trượt Xét khâu1chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang, nó chịu tác dụng của các lực, có phương trình động học: 0 NPFF ms  [7] Chiếu lên phương nằm ngang, chiều dương từ trái qua phải: F – Fms = 0 (1) Chiếu lên phương thẳng đứng, chiều dương hướng từ dưới lên trên: N – P = 0 (2) Từ (2)  N = P = m.g Từ (1)  F = Fms = f.N = f.m.g (3) Trong đó: P: Trọng lượng khâu 1 N: Phản lực tác động lên khâu 1 Fms: Lực ma sát của khớp 1 F: Lực đẩy xilanh tác dụng lên khâu 1 f: Hệ số ma sát (f = 0.2) g: Gia tốc trọng trường (g = 9.81m/s2) mk1: Khối lượng khâu 1 (kg)_ được xác định: mk1 = .vk1 Với: : Trọng lượng riêng của khâu 1 (thép= 7.8kg/dm 3 ) Ta có : mk1 = 17.675 (kg) Từ (3) F=f.m.g=0.2×17.675 ×9.81 = 33.67(N) Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 66 Vậy lực đẩy Fđ ≥ 33.67(N) chọn Fđ=100(N) Ta có: Fđ= A.P Trong đó: 2. 4 D A   : diện tích hữu ích của piston (m2) [3] P = 0.2( Mpa ): áp xuất làm việc Ta có: 2d ( ) 6 F 100 A =0.00049 m p 0.2.10   . ( ) 4 A 4.0,00049 D 0.025 m 3.14     → Chọn xilanh có chiều dài hành trình l = 350(mm), đường kính ti d = 10(mm), đường kính piston D = 25(mm).  Tính toán và chọn xilanh dẫn động cho khâu 2 Tương tự, chọn xilanh cho khâu 2 có chiều dài hành trình l = 250(mm), đường kính ti d = 12 (mm), đường kính piston D = 32(mm).  Tính toán và chọn xilanh dẫn động cho khâu 3 Tương tự, chọn xilanh cho khâu 3 có chiều dài hành trình l = 100 (mm), đường kính ti d = 10 (mm), đường kính piston D = 20(mm). Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 67 5.6. CHỌN CÁC KHỚP ĐỘNG CHO ROBOT 5.6.1 Cấu tạo khớp động của robot Hình 5.6: Cấu tạo khớp (trích cataloge IKO) 5.6.2 Chọn khớp 1 Mã của khớp: LWH 30 C2 R600 Nhà sản xuất: IKO  Ý nghĩa các thông số của mã khớp  Thông số kỹ thuật của khớp Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 68 Hình 5.7: Thông số khớp (trích cataloge IKO) 5.6.3 Chọn khớp 2 Mã của khớp: LWE 25 C2 R460 Nhà sản xuất: IKO  Ý nghĩa các thông số của mã khớp Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 69  Thông số kỹ thuật của khớp Hình 5.8 : Thông số khớp (trích cataloge IKO) 5.7 HỆ THỐNG ĐIỀU KIỂN ROBOT 5.7.1 Truyền dẫn động robot Thiết bị truyền dẫn động là phần quan trọng để thực hiện các sơ đồ động của cơ cấu robot và là phần quyết định kết cấu của robot. Về nguyên tắc trong kết cấu robot có thể dùng hầu hết các thiết bị truyền dẫn động thông thường. Tuy nhiên cũng có những yêu cầu riêng như :gọn nhẹ ,linh hoạt, dễ điều kiểnvv. Vì vậy trong cơ cấu tay máy thường dùng truyền dẫn động bằng động cơ điện và truyền dẫn động thủy khí. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 70 5.7.2 Truyền dẫn động khí nén Dùng khí nén trong hệ truyền dẫn động robot có nhiều thuận lợi. Trước hết do các nhà máy, xi nghiệp công nghiệp đều có mạng lưới máy nén khí, cho nên đơn giản hóa được phần thiết bị nguồn động lực cho robot. Hệ truyền dẫn động khi nén tương đối gọn nhẹ, dễ sử dụng dễ đảo chiều, không quá nhạy với nhiệt độ khi làm việc. Tuy nhiên, dùng hệ truyền dẫn động khí nén cũng có không ít nhược điểm. 5.7.3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống dẫn động khí nén Hình 5.9: Cấu trúc hệ thống dẫn động khí nén(trích Phần tử nhận tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lý như là đại lượng đưa vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ: công tắc, nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến Phần tử xử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: van một chiều, van tiết lưu, van Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 71 logic OR hoặc AND, bộ định thời . Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng (lưu lượng) theo yêu cầu, thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành. Ví dụ: van đảo chiều, ly hợp Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lựơng ra của mạch điều khiển. Ví dụ: xy lanh, động cơ khí nén 5.7.4 Thiết kế hệ thống điều kiển robot 5.7.4.1 Mạch điều kiển khí nén Hệ thống truyền dẫn động cho hệ thống cấp phôi gồm 7 xilanh:  Xilanh A: đóng/mở kẹp phôi cơ cấu đưa phôi tới robot  Xilanh B: nâng/ hạ cơ cấu đưa phôi tới robot  Xilanh C: đóng/mở tay kẹp của robot  Xilanh D: dẫn động tới/lui khâu 1 của robot  Xilanh E: dẫn động lên/xuống khâu 2 của robot  Xilanh F: dẫn động tới/lui khâu 3 của robot  Xilanh G: dẫn động tới/lui cơ cấu đẩy phôi vào mâm cặp Sơ đồ mạch điều khiển khí nén 7 xilanh Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 72 Các thiết bị sử dụng trong mạch khí nén:  7 xilanh tác dụng hai phía  7 van đảo chiều 5/2 hai đầu điện từ  1 bộ thiết bị lọc nước và chỉnh áp 5.7.4.2 Thiết kế sơ đồ trang thái của hệ thống điều khiển 5.7.4.3 Chương trình PLC điều kiển hệ thống Lập bảng địa chỉ vào và ngõ ra của thiết bị Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 73 Chương trình điều kiển PLC Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 74 Chương 5: Tính toán, thiết kế robot 75 Chương 6: Tính toán, thiết kế băng tải 76 Chương 6 TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ BĂNG TẢI 6.1 GIỚI THIỆU CHUNG Băng tải thường được sử dụng để di chuyển các loại vật liệu đơn chiếc và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cấu kiện nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng để vận chuyển nhiên liệu. Trên các kho, bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bao kiện, vật liệu hạt, hoặc một số sản phẩm khác; trong một số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hoá chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không sử dụng được. Băng tải có ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp nằm ngang và nghiêng. Vốn đầu tư không lớn lắm có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc không ồn ảo, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm. Tuy vậy phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế vì chúng có độ dốc cho phép không cao (16 0 -20 0 , tuỳ theo tính chất vận chuyển) không đi theo đường cong được. Hình 6.1: Cấu tạo chung của băng tải Chương 6: Tính toán, thiết kế băng tải 77 Trong đó: 1. Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật 2. Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo 3. Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo. 4. Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc. 5. Bộ phận đổi hướng cho bộ phận kéo. Các thông số chủ yếu của băng tải chủ yếu là: - Năng suất. - Vận tốc di chuyển - Chiều dài và chiều cao vận chuyển 6.2 PHÂN LOẠI BĂNG TẢI Trong sản xuất và láp ráp chi tiết, băng tải được phân loại dựa vào tải trọng vận chuyển và phạm vi làm việc. Băng tải đai: - Tải trọng : ≤ 50 kg - Dùng vận chuyển chi tiết hoặc phôi liệu trong gia công cơ hoặc trong dây chuyền lắp ráp. Băng tải lá: - Tải trọng: 25÷125 kg - Dùng vận chuyển chi tiết hoặc phôi liệu trong gia công cơ hoặc trong dây chuyền lắp ráp. Băng tải thanh đẩy: - Tải trọng: 50÷250 kg - Dùng để vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách ≥50 m. Băng tải con lăn: Chương 6: Tính toán, thiết kế băng tải 78 - Tải trọng: 30÷500 kg - Dùng để vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách ≥50 m 6.3 CHỌN LOẠI BĂNG TẢI Khi thiết kế hệ thống vận chuyển phôi nguyên liệu cho hệ thống ta chọn băng tải đai là phù hợp nhất vì : - Khi vận chuyển có độ ổn định cao - Kết cấu đơn giản - Dễ chế tạo - Gia thành thấp Thông số kỹ thuật băng tải: - Chiều dài băng tải: 800 (mm) - Chiều rộng băng tải: 50 (mm) - Vận tốc băng tải: 0.2 (m/s) Hình 6.2: Băng tải đai 6.4 CHỌN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG Trong băng tải sử dụng các bộ phận dẫn động sau: - Động cơ điện - Hộp giảm tốc Động cơ điện lựa chọn làm bộ phận dẫn động cho băng tải là động cơ điện 3 pha vì : - Chỉ cần cung cấp phôi cho robot. - Băng tải chạy liên tục, có các cơ cấu chặn. - Không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng tải nhẹ. - Dễ điều khiển, giá thành rẻ Chương 6: Tính toán, thiết kế băng tải 79  Chọn motor - Mã motor: 4IK25GN-SW2 - Nhà sản xuất: Oriental motor - Loại: 3pha- 220V-60Hz - Công suất: 25W - Số vòng quay: 1750 v/ph  Chọn hộp giảm tốc - Mã :4GN 12.5SA - Tỉ số truyền:12,5:1 - Số vòng quay đầu ra: 140 v/ph 6.5 THIẾT KẾ BĂNG TẢI Hình 6.3: Mô hình băng tải của hệ thống cấp phôi Chương 6: Tính toán, thiết kế băng tải 80 6.6 MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KIỂN BĂNG TẢI Sơ đồ mạch điện: Các thiết bị sử dụng trong mạch:  Nút nhấn ON,OFF  Rơ le nhiệt F0  Áptomat F2  Khởi động từ KM  Motor 3 pha Ghi chú: tiếp điểm thường đóng K4 là tiếp điểm của rơle K4 được sử dụng trong mạch điện điều kiển phễu rung. Tiếp điểm thường đóng này mở khi cảm biến S3 nhìn thấy phôi trên băng tải. Nghĩa là băng tải sẽ chạy khi cảm biến S3 không thấy phôi và khi S3 thấy phôi thì tiếp điểm K4 mở băng tải sẽ dừng. Chương 7: Mô phỏng chuyển động của hệ thống cấp phôi 81 Chương 7 MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CẤP PHÔI 7.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 7.1.1 Giới thiệu về phần mềm Phần mềm Solidworks được biết đến rộng rãi và tính phổ biến của nó hiện nay, là một trong những phần mềm chuyên về thiết kế 3D, đáp ứng hầu hết các nhu cầu thiết kế cơ khí hiện nay. Ưu điểm của phần mềm là dễ sữ dụng và dễ chỉnh sửa lại bản thiết kế khi cần thay đổi. Phần mềm solidworks có ba tùy chọn chính cho người sữ dụng tùy vào mục đích khi thiết kế.  Phần Part: dùng thiết kế các mô hình 3D  Phần Drawing: dùng để tạo các bản vẽ kỹ thuật 2D  Phần Assembly: dùng để tạo các mô hình lắp ráp các cụm chi tiết, các cụm máy. Trong phần lắp ráp còn chia ra các chức năng khác nhau:  Lắp ráp tĩnh cụm chi tiết máy  Lắp ráp động 7.1.2 Giới thiệu về các tính năng mô phỏng của solidworks Phần mềm solidworks có một số chức năng mô phỏng như sau:  Mô phỏng chuyển động bằng công cụ Simulation.  Mô phỏng quá trình tháo lắp cụm chi tiết và máy bằng công cụ Exploded.  Mô phỏng quá trình láp ráp chi tiết bằng công cụ Animator. Chương 7: Mô phỏng chuyển động của hệ thống cấp phôi 82 7.2 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 7.2.1 Trình tự các bước thực hiện Thiết kế mô hình 3D các chi tiết trong hệ thống cấp phôi trong môi trường part. Xuất các chi tiết 3D vào môi trường assembly, sữ dụng công cụ lắp ráp Simulation và gắn các ràng buộc lên từng chi tiết theo đúng yêu cầu. 7.2.2 Kết quả của quá trình mô phỏng Dùng công cụ replay simulation, thực hiện quá trình mô phỏng từ vị trí ban đầu đến vị trí cuối cùng. Ghi lại quá trình mô phỏng chuyển động của hệ thống cấp phôi tự động thành một file dữ liệu có dạng đuôi mặc định (*. Avi). he-thong.avi 7.3 SƠ ĐỒ KHỐI ĐIẾU KIỂN HỆ THỐNG Chương 7: Mô phỏng chuyển động của hệ thống cấp phôi 83 Chương 8: Kết luận- Đề nghị 84 Chương 8 KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 8.1 TÓM TẮT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống cấp phôi tự động sử dụng phễu rung và tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC TAKAMAZ “, được thực hiện trong thời gian khoảng 6 tháng. Trong khoảng thời gian đó, bản thân em đã tham khảo các tài liệu và được sự hướng dẫn vào giúp tận tình của thầy hướng dẫn. Đến nay em đã hoàn thành đề tài với mục tiêu đề ra. Sản phẩm cuối cùng của đề tài là: 1. Nghiên cứu tổng quan về tính toán thiết kế một cơ cấu máy. 2. Lựa chọn phương án tối ưu từ các phương án đã đề ra thông qua thực tế của quá trình sản xuất tại nhà máy. 3. Vận dụng kiến thức vào việc tính toán và thiết kế hệ thống sao cho đảm bảo tính công nghệ, tính kinh tế và tính thẩm mỹ của hệ thống. 4. Sử dụng phần mềm mô phỏng, mô phỏng được chuyển động thực tế của toàn bộ hệ thống, qua đó thấy được vai trò và chức năng của từng cụm kết cấu trong toàn bộ hệ thống. 5. Kết quả nghiên cứu của đề tài có khả năng áp dụng tại công ty Maruei Viet Nam Presicion . Trên cơ sở đó, kết quả của đề tài có thể sử dụng để áp dụng vào thực tế cho các nhà máy sữ dụng máy NC gia công cắt gọt bán tự động muốn cải tiến theo hướng tự động hóa hoàn toàn nhằm nâng cao năng suất của quá trình sản xuất. Chương 8: Kết luận- Đề nghị 85 8.2 ĐỀ NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Những kết quả tính toán bằng lý thuyết mà đề tài đạt được có thể xem như một giải pháp cần được áp dụng rộng rãi vào thực tiễn. Bên cạnh đó, do hạn chế về mặt kịến thức, kinh nghiệm nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được đóng góp, chỉ bảo quý báu của quý thầy cô. Hướng phát triển của đề tài là : nếu có thời gian và điều kiện nghiên cứu dựa trên kết quả đã đạt được thì đề tài này cần hoàn thiện thêm nội dung.  Dựa vào kết quả nghiên cứu sẽ tiến hành chế tạo hệ thống và đưa vào sản xuất thực tế  Nghiên cứu thiết kế gắn thêm thiết bị điều chỉnh tần số rung cho phễu rung cấp phôi. Tài liệu tham khảo 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO ---- [1] Trần Văn Địch, Tự Động Hóa Sản Xuất, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. [2] Hồ Viết Bình, Tự Động Hóa Quá Trình Sản Xuất, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật. [3] Nguyễn Thiện Phúc, Robot Công Nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật [4] Nguyễn Tiến Dũng, Cơ Sở Nguyên Cứu & Sáng Tạo Robot, Nhà xuất bản thông kê. [5] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ Thống Điều Khiển Bằng Khí Nén, Nhà xuất bản Giáo dục. [6] Nguyễn Ngọc Cẩn, Giáo Trình Trang Bị Điện Trên Máy Cắt Kim Loại, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia. [7] Nguyễn Hoài Sơn, Dao Động Trong Kỹ Thuật, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật . [8]Lê Thanh Phong, Giáo Trình Sức Bền Vật Liệu, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật. [9] Nguyễn Tiến Dũng, Thực Hành Thiết Kế Solidworks 2005, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. [10] Nguyễn Việt Hùng, Solidworks Trong Thiết Kế 3 Chiều, Nhà xuất bản Xây Dựng.