Thiết kế, chế tạo đồ gá và kiểm tra, tự động phân loại theo nhóm chi tiết trụ trơn

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ---
 --- LÊ MINH SƠN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ VÀ KIỂM TRA, TỰ ĐỘNG PHÂN LOẠI THEO NHÓM CHI TIẾT TRỤ TRƠN Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: 60.52.04 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 2 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM ĐĂNG PHƯỚC Phản biện 1: TS. ĐINH MINH DIỆM Phản biện 2: PGS.TS. TĂNG HUY Luận văn sẽ ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 08 năm 2011. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài Trong lĩnh vực chế tạo máy, ở dạng sản xuất hàng loạt, ñể ñảm bảo ñộ chính xác cao của các mối lắp ghép cần phải gia công các chi tiết chính xác. Như vậy, ñòi hỏi qui trình công nghệ phức tạp, thường mất nhiều thời gian và giá thành sản phẩm cao. Vì vậy, bằng phương pháp lắp chọn, cho phép mở rộng trường dung sai của các chi tiết lắp, sau khi gia công tiến hành phân loại theo từng nhóm, các chi tiết trong nhóm tương ứng ñược lắp với nhau theo chế ñộ lắp lẫn hoàn toàn mà vẫn ñảm bảo ñược ñộ chính xác mối lắp theo yêu cầu. Tuy nhiên, phương pháp này mất nhiều công sức ñể ño kiểm, phân loại. Xuất phát từ thực trạng sản xuất ở nước ta là phần lớn còn sử dụng phương pháp ño kiểm thủ công, mức ñộ tự ñộng hóa chưa cao nên thường tốn nhiều thời gian, việc ño kiểm có thể thiếu chính xác do các yếu tố chủ quan. Kế thừa những công trình nghiên cứu ñi trước. Với ý tưởng sử dụng các dụng cụ ño là ñồng hồ so ñiện tử chuyển ñổi tín hiệu tương tự (Analog) sang tín hiệu số (Digital), kết hợp mạch ñiều khiển chuyển ñổi các thông số ño thành các tín hiệu phản hồi ñiều khiển tự ñộng cơ cấu chấp hành phân loại chi tiết, nhằm nâng cao ñộ chính xác và tính tự ñộng trong kiểm tra phân loại các chi tiết cũng như quản lý các dữ liệu trong quá trình sản xuất. Đề tài: Thiết kế, chế tạo ñồ gá và kiểm tra, tự ñộng phân loại theo nhóm chi tiết trụ trơn nhằm tăng năng suất và ñộ chính xác kiểm tra. 2. Mục ñích nghiên cứu Thiết kế, chế tạo ñồ gá kiểm tra tự ñộng phân loại theo nhóm chi tiết dạng hình trụ trơn dùng trong lắp chọn giúp cho việc giám sát và phân nhóm kích thước chi tiết nhanh và chính xác hơn. 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu ñồ gá kiểm tra, cấp phôi tự ñộng cho chi tiết trụ trơn có ñộ chính xác 0.01mm. Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật ño và kiểm tra tự ñộng trong chế tạo máy. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết ñồ gá và cấp phôi tự ñộng trong lĩnh vực cơ khí. - Xây dựng nguyên lý, mô hình và thiết kế cơ khí các cơ cấu cấp phôi, ño kiểm và phân loại, phân nhóm chi tiết. - Thiết kế ñiều khiển các cơ cấu công tác. - Lập trình thông qua máy tính giám sát kiểm tra, phân loại chi tiết. - Chế tạo, lắp ráp, kiểm tra và vận hành. 4. Phương pháp nghiên cứu Đề tài kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm; lập trình ñiều khiển nhằm tự ñộng hóa công ñoạn ño kiểm, phân loại trong quá trình sản xuất. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài - Chế tạo ñồ gá kiểm tra, tự ñộng phân loại theo nhóm chi tiết hình trụ trơn, làm mô hình giảng dạy. - Mở rộng ứng dụng cho các chi tiết khác. - Kết hợp máy tính quản lý số liệu ño ñược ñể giám sát sai số gia công, từ ñó ñiều chỉnh qui trình gia công. - Thiết kế bộ phận ñịnh hướng chi tiết sau khi phân loại ñể ñóng gói hoặc chuyển ñến dây chuyền lắp ráp tự ñộng. 3 6. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở ñầu và kết luận, luận văn gồm 4 chương: Chương 1 Tổng quan về ño lường, kiểm tra và phương pháp lắp chọn trong ngành chế tạo máy. Chương 2 Tự ñộng hoá quá trình cấp phôi, kiểm tra và phân loại. Chương 3 Thiết kế, chế tạo ñồ gá tự ñộng kiểm tra kích thước chi tiết hình trụ trơn. Chương 4 Thiết kế mô ñun ñiều khiển tự ñộng. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐO LƯỜNG, KIỂM TRA VÀ PHƯƠNG PHÁP LẮP CHỌN TRONG NGÀNH CHẾ TẠO MÁY 1.1. Tổng quan về ño lường, kiểm tra trong chế tạo máy 1.1.1. Vai trò, vị trí của ño lường Đo lường là việc ñịnh lượng ñộ lớn của ñối tượng ño. Đó là việc thiết lập quan hệ giữa ñại lượng cần ño và ñại lượng có cùng tính chất vật lý ñược qui ñịnh dùng làm ñơn vị ño. Phân loại: - Dựa vào quan hệ giữa ñầu ño và chi tiết ño: + Phương pháp ño tiếp xúc. + Phương pháp ño không tiếp xúc. - Dựa vào quan hệ giữa giá trị chỉ thị trên dụng cụ ño và giá trị của ñại lượng ño: + Phương pháp ño tuyệt ñối. + Phương pháp ño so sánh. - Dựa vào quan hệ giữa ñại lượng cần ño và ñại lượng ñược ño: + Phương pháp ño trực tiếp. + Phương pháp ño gián tiếp. 4 1.1.2. Kiểm tra Kiểm tra là việc xem xét chất lượng thực của ñối tượng có nằm trong giới hạn cho phép ñã ñược qui ñịnh hay không. Phân loại. - Căn cứ mục ñích sử dụng của yếu tố cần kiểm tra: + Kiểm tra thu nhận. + Kiểm tra trong khi gia công. - Căn cứ vào ñộ phức tạp của thông số ño: + Kiểm tra yếu tố. + Kiểm tra tổng hợp. 1.1.3. Các nguyên tắc cơ bản trong ño kiểm - Nguyên tắc ABBE. Khi kích thước ño và kích thước mẫu nằm trên một ñường thẳng thì kết quả ño ñạt ñộ chính xác cao nhất. Hình 1.1 Sơ ñồ ño theo nguyên tắc ABBE Sai số ño không theo nguyên tắc ABBE: (1-1) Sai số ño theo nguyên tắc ABBE: (1-2) L ∆α ∆ L S ∆ 1 ∆α δ S Kích thước mẫu Kích thước ño 2 5 - Nguyên tắc xích kích thước ngắn nhất. Khi kích thước ngắn nhất thì kết quả ño ñạt ñộ chính xác cao nhất. Điều này ñồng nghĩa với trang thiết bị ño càng ñơn giản, ít khâu khớp thì ñộ chính xác ño càng cao. Như vậy. sơ ñồ ño càng ñơn giản, càng ít thông số, mối quan hệ không phức tạp thì kết quả ño càng chính xác. Hình 1.2 Sơ ñồ ño theo nguyên tắc xích kích thước ngắn nhất - Nguyên tắc chuẩn thống nhất. Khi kiểm tra, nếu chọn chuẩn kiểm tra trùng với chuẩn thiết kế và chuẩn công nghệ thì kết quả kiểm tra ñạt ñộ chính xác cao nhất. - Nguyên tắc kinh tế. Nguyên tắc này ñảm bảo ñộ chính xác ño trong ñiều kiện giá thành khâu do thấp nhất. Điều này có liên quan ñến: + Giá thành thiết bị ño, tuổi bền thiết bị do. + Số lượng sản phẩm. + Năng suất ño. + Yêu cầu trình ñộ người sử dụng và sửa chữa. + Khả năng chuyên môn hoá, tự ñộng hoá khâu ño, kiểm. + Khả năng lợi dụng các thiết bị ño phổ thông, thiết bị ño sẵn có hoặc các thiết bị gá lắp ño lượng tự trang bị ñược. 1.2. Sai số ño 1.2.1. Khái niệm về sai số ño Sự sai khác giữa kết quả ño nhận ñược từ thông số hiện thị trên ñồng hồ ño với giá trị trị thực ñược gọi là sai số ño. Theo [10] ta có: L1 L0 L2 6 ∆x = x - Q (1-3) Trong ñó: ∆x Sai số ño. x Giá trị cần ño. Q Giá trị thực của ñại lượng ño trên dụng cụño. ∆x càng bé thì ñộ chính xác của phương pháp ño càng cao. Vì vậy, chất lượng và ñộ tin cậy ñược nâng cao. 1.2.2. Phân loại sai số - Theo cách thể hiện bằng số: + Sai số tuyệt ñối: ∆x = x - Q (1-4) + Sai số tương ñối: ε = (1-5) - Theo nguyên nhân gây ra sai số: + Sai số phương pháp: sai số do phương pháp ño chưa chuẩn xác. + Sai số thiết bị ño: Sai số do chế tạo, thao tác sử dụng chưa ñúng + Sai số chủ quan: Sai số xuất phát từ người kiểm tra. + Sai số từ bên ngoài: Nhiệt ñộ, áp suất.. - Theo qui luật xuất hiện. + Sai số ngẫu nhiên. + Sai số hệ thống. 1.2.3. Phương pháp ño kích thước thẳng - Phương pháp ño một tiếp ñiểm_ Phương pháp ño toạ ñộ. Là phương pháp ño lấy thông số ño qua ñầu ño tiếp xúc với bề mặt cần ño tại một ñiểm tiếp xúc. Kích tước ño ñược xác ñịnh từ toạ ñộ các ñiểm tiếp xúc khi ño. - Phương pháp ño hai tiếp ñiểm. Là phương pháp ño ñược thực hiện dựa trên việc so sánh giá trị ño của hai tiếp ñiểm trên một ñường thẳng của bề mặt cần ño. 7 a b 32 1 32 1 h1 h2 R α B D C E A 1 2 3 Hình 1.3 Sơ ñồ ño hai tiếp ñiểm Để giảm sai số ño, ta có thể dùng ñiểm tỳ phụ ñể xác lập vị trí dùng làm chuẩn ño bề mặt chi tiết. Hình 1.4 Sơ ñồ ño hai tiếp ñiểm dùng chuẩn tỳ phụ - Phương pháp ño ba tiếp ñiểm. Là phương pháp ño ñược thực hiện dựa trên việc so sánh giá trị ño của ba tiếp ñiểm trên một bề mặt ño, trong ñó hai tiếp ñiểm vừa dùng làm chuẩn ño và làm chuẩn ñịnh vị cho ñầu ño còn lại. Hình 1.5 Sơ ñồ ño ba tiếp ñiểm Tỉ số truyền phụ của sơ ñồ ño: (1-14) Hình 1.6 Sơ ñồ các phương án ño ba tiếp ñiểm Kích thước chi tiết ño: Φ = Φ0 + 2 (1-15) Maët chuaån Chi tieát ño Truïc ño Maët ño Khoaûng caùch ño Tieáp ñieåm ño Tieáp ñieåm chuaån Ñieåm tyø phuï Chuaån tyø Chuaån ño 1 2 sin 1 ±= ∆ ∆ = αR hk k h∆ 8 1.2.4. Độ chính xác của phương pháp ño Độ chính xác phụ thuộc vào sai số ñược xác lập ban ñầu cho phép ño. Từ ñó lựa chọn dụng cụ ño với sai số ño phù hợp. Tuy nhiên, dụng cụ ño dù có chính xác ñến ñâu, mà phương pháp ño không ñúng có gia số lớn cũng làm sai lêch kết quả ño. 1.3. Phương pháp lắp chọn Phương pháp lắp chọn cho phép mở rộng trường dung sai chế tạo của các chi tiết lắp. Sau ñó, dựa vào kích thước của chúng ñể chọn lắp, sao cho ñạt ñược yêu cầu của khâu khép kín. Lắp chọn có thể tiến hành theo hai phương pháp: - Chọn lắp từng bước. Theo phương pháp này, ñầu tiên ta ño kích thước của một chi tiết rồi căn cứ vào yêu cầu của mối lắp ñể xác ñịnh kích thước của chi tiết cần lắp với nó. Từ ñây, ta chọn kích thước lắp phù hợp với kích thước ñã xác ñịnh ở trên. - Chọn lắp theo nhóm. Trong quá trình lắp ráp, ta tiến hành phân nhóm các chi tiết lắp, sau ñấy thực hiện quá trình lắp các chi tiết theo nhóm tương ứng mà không làm thay ñổi thông số kỹ thuật của mối lắp. Như vậy trong từng nhóm, việc lắp ráp ñược thực hiện theo phương pháp lắp lẫn hoàn toàn. CHƯƠNG 2 TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH CẤP PHÔI, KIỂM TRA VÀ PHÂN LOẠI 2.1. Tự ñộng hóa quá trình cấp phôi Qui trình cấp, vận chuyển, kiểm tra, phân loại và lưu giữ phôi phụ thuộc vào qui mô sản xuất, mức ñộ tự ñộng hóa và yêu cầu về ñộ chính xác của quá trình gia công cụ thể. Đảm bảo kịp thời và tin cậy. 9 Các dạng phôi thông dụng như: phôi thanh, phôi cuộn, phôi dạng khối rời. Hình 2.1 Sơ ñồ tổng quát hệ thống cấp phôi tự ñộng 2.1.1. Cơ cấu cấp phôi dạng phểu và lòng máng (ổ chứa) Cơ cấu cấp phôi dạng phểu và lòng máng thường dùng ñể ñịnh hướng giai ñoạn ñầu khi phôi bắt ñầu ñi vào vùng gia công. Hình 2.2 Cấp phôi bằng phễu kiểu ống Hình 2.3 Cấp phôi bằng phễu kiểu có ñĩa quay và rãnh trượt Hình 2.4 Cấp phôi kiểu lòng máng Hình 2.5 Cấp phôi kiểu phễu chặn 10 2.1.2. Cơ cấu cấp phôi kiểu rung ñộng Cơ cấu làm việc dựa trên rung ñộng nhờ cơ cấu gây rung gây ra. Rung ñộng gây ra lực quán tính làm dịch chuyển chi tiết. Rung ñộng ñược thực hiện nhờ ñầu rung ñiện từ, lệch tâm, khí nén hoặc thủy lực. Thông dụng nhất là kiểu rung ñiện từ, nó cho phép ñiều chỉnh vô cấp việc cấp phôi. Hình 2.6 (Máng ñịnh hướng phôi trong các cơ cấu cấp phôi kiểu rung ñộng). Hình 2.6 Phễu cấp phôi kiểu rung Hình 2.7 Một số kiểu kết cấu ñịnh hướng phôi trên cánh xoắn 2.2. Tổng quan về phương pháp kiểm tra tự ñộng Nguyên công kiểm tra giữ vai trò quan trọng trong qui trình công nghệ, chiếm khoảng 25-50% thời gian của cả qui trình công nghệ. 2.2.1. Cơ sở chọn phương án ño tự ñộng Việc chọn phương án ño dựa trên: - Đặc ñiểm kết cấu, các thông số kích thước, hình học của chi tiết. - Khối lượng và số lượng sản phẩm. - Độ chính xác của chi tiết và dụng cụ ño. 2.2.2. Các phương pháp kiểm tra tự ñộng kích thước ngoài 11 2.2.2.1. Phương pháp kiểm tra trực tiếp 1,2,13 chi tiết kiểm tra 3 calip 4 thanh di chuyển 5,6 công tắc di chuyển 7 calip hình chêm. 8 calip phẳng 9 khối V 10 thanh kiểm tra 11 cánh tay ñòn 12 kéo kiểm tra Hình 2.9 Sơ ñồ nguyên lý kiểm tra kích thước ngoài 2.2.2.2. Phương pháp kiểm tra không tiếp xúc Hình 2.10 Sơ ñồ nguyên lý kiểm tra không tiếp xúc 1 mặt tỳ 2 , 21 chi tiết kiểm tra 3 nguồn sáng 4 thấu kính 5 khe hở 6 tấm ngăn 7 vật kính 8 tế bào quang ñiện 9,13,16 chi tiết kiểm tra 10 ống dẫn khí nén 11 màng 12 công tắc 14 lõi 15 cuộn dây 17 vòng phát 18 vòng nhận 19 Nguồn phát sáng 20 Chùm tia chiếu tới chi tiết 22 Chùm tía sau khi qua chi tiết 23 Nguuồn thu 2.2.3. Giới thiệu một số sơ ñồ nguyên lý cấp phôi và kiểm tra tự ñộng 2.2.3.1. Sơ ñồ cấp phôi, kiểm tra các chi tiết hình trụ Hình 2.11 Sơ ñồ cấp phôi, kiểm tra các chi tiết hình trụ l a b c ddd3 2 1 4 6 7 85 ll d e g d 10 12 13 9 6 d d d 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 14 15 1312 d d 16 17 18 19 20 21 22 23 a d 4 16 6 5 4 b2k E 15 3 C 14 M 1f B 8 A 12 13 9 10 11 12 2.2.3.2. Cơ cấu cấp, kiểm tra và phân loại tự ñộng bi ñũa Hình 2.12 Sơ ñồ cấp phôi, kiểm tra và phân loại tự ñộng bi ñũa 2.3. Chọn phương án tự ñộng ño, kiểm tra, cấp chi tiết và phân loại chi tiết theo nhóm Dựa trên cơ sở phân tích lý thuyết về phương pháp ño, kiểm tra trong lĩnh vực cơ khí, phạm vi ứng dụng của dụng cụ ño là ñồng hồ so ñiện tử, ñặc ñiểm hình dạng kết cấu, số lượng và ñộ chính xác của chi tiết ño, yếu tố kinh tế. Tôi chọn phương án ño tiếp xúc dùng ñồ gá có rãnh chữ V gồm 2 mặt phẳng tạo với nhau một góc 1200 ñịnh vị chi tiết ño, kết hợp với ñồng hồ so ñiện tử ño trực tiếp theo phương pháp so sánh với giá trị của chi tiết chuẩn. - Để cấp chi tiết cho cơ cấu ño, dùng phễu chứa chi tiết kiểu tự chảy nhờ vào trọng lượng bản thân chi tiết và máng dẫn hướng chi tiết ñến cơ cấu ño. Trên phễu, sử dụng cơ cấu chống kẹt chi tiết trong quá trình chi tiết di chuyển ñi xuống tại vị trí hẹp, tại cửa ra máng dẫn hướng sử dụng cơ cấu chặn và ñiều chỉnh số lượng chi tiết ñến cơ cấu ño. - Để phân loại chi tiết, dùng hệ thống tay gạt chuyển ñộng quay quanh trục cố ñịnh một góc xác ñịnh và ñược dẫn ñộng bằng ñộng cơ ñiện một chiều. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12131415 13 30 Ø20+-0.036.3 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐỒ GÁ TỰ ĐỘNG KIỂM TRA, PHÂN LOẠI CHI TIẾT TRỤ TRƠN 3.1. Mô hình ñồ gá tự ñộng kiểm tra, phân loại chi tiết trụ trơn 3.1.1. Thông số kích thước của chi tiết ño Ở ñây, ta chia thành 4 nhóm: - Nhóm 1: Φ19,97 ÷ Φ19,99 mm - Nhóm 2: Φ20.00 ÷ Φ20,01 mm - Nhóm 3: Φ20.02 ÷ Φ20,03 mm - Nhóm 4: < Φ19,97 Hình 3.1 Chi tiết ño hay > Φ20,03 mm (nhóm không ñạt) 3.1.2. Sơ ñồ nguyên lý làm việc của mô hình Hình 3.3 Sơ ñồ nguyên lý mô hình MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN T/h ra NGUOÀN ÑIEÄN Cô caáu ñaåy chi tieát 74 ° 102 Maùng chöùa chi tieát truï troøn Maùng daãn höôùng chi tieát Cô caáu choáng keït chi tieát Ø20 T/h vaøo MAÙY TÍNH ÑIEÀU KHIEÅN Cô caáu ño MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN + - 0,03 Cô caáu chaën chi tieát Boä xöû lyù tín hieäu ño Cô caáu daãn ñoäng baêng taûi 8 14 ° 45 500 435 4 0 9 3 1 2 14 3.2. Thiết kế, chế tạo các chi tiết chính trong mô hình 3.2.1. Máng chứa chi tiết và dẫn hướng chi tiết Hình 3.4 Máng chứa chi tiết và dẫn hướng chi tiết 3.2.2. Cơ cấu ño Hình 3.8 Sơ ñồ nguyên lý cơ cấu ño 3.2.2.1. Đồng hồ so ñiện tử Đây là thiết bị có khả năng hiển thị thông sô kích thước ño lên màn hinh LCD, chuyển tín hiệu ño tương tự sang tín hiệu số (A/D). 2 2 1 1 14 ° 2 2 9 2 9 1.5 2 7 72 4 3 102 1.5 35 2 6 6 74 ° 3 1 9 301 15 Ø10 Ø4 3 0 2 0 4 29 1 0 1 0 1.5 1.5 3 5 3 5 1.5 1.5 5 5 2-2 1-1 29 Tl 2:1 Tl 2:1 4° Ñoàng hoà so ñieän töû Chi tieát truï troøn Khoái V Ñeá töø Vít ñieàu chænh tinh Ñeá chuaån Ñaàu ño daïng bi caàuCaàn ño Ñeá chuaån Coång laáy tín hieäu ño ñeân boä xöû lyù Caùp usb Boä xö ûlyù tín hieäu 15 A 12.5 20 36 12.5 44 7 3 7 37 1 0 16 3 0 120° 4 6 . 3 12.5 6 .3 124° M6x10 2Ø4 24 12 9 6 6 6 6 A Ø12 3.2.2.2. Khối V dùng ñể ñịnh vị chi tiết trụ tròn Hình 3.10 Khối V 3.2.2.3. Máy tính ñiều khiển Thông số ño từ ñồng hồ so ñiện tử sẽ qua bộ chuyển ñổi tín hiệu nhập vào máy tính qua cổng usb. 3.2.2.4. Đế dùng làm mặt chuẩn Hình 3.12 Mặt chuẩn 3.2.3. Cơ cấu di chuyển chi tiết Băng tải Hình 3.13 Băng tải R3 R3 7 0 120 5 5 5 6.3 12.5 5 5 6 6 6 6 2Ø6 44 3 6 5 380 400 4 0 Baêng taûiGoái ñôõ Con laên khía nhaùm Ñoäng cô ñieän 1 chieàu 16 3.2.4. Cơ cấu phân loại chi tiết Hình 3.14 Cơ cấu phân loại chi tiết 3.2.5. Cơ cấu chặn chi tiết và chống kẹt chi tiết Hình 3.15 Cơ cấu chặn chi tiết Hình 3.16 Cơ cấu chống kẹt chi tiết 3.2.6. Cơ cấu ñẩy chi tiết Hình 3.17 Cơ cấu ñẩy chi tiết Daây curoa Sl: 3Sl: 3 Choát xoay Giaù ñôõ Baêng taûiõ Tay gaït Ñoäng cô ñieän moät chieàu 4 0 Thaønh thuøng chöùa chi tieát 14 ° Ñoäng cô ñieän moät chieàu Chi tieát bò chaën 74 °14 ° Ñoäng cô ñieän moät chieàu Con laên choáng keït Chi tieát bò keït 2N M1 M2 M3 120° 15° 30° 6 3 ° Tay gaït Truïc ñoäng cô ñieän Chi tieát ño 17 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MÔ ĐUN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 4.1. Các yêu cầu ñiều khiển 4.1.1. Nguyên tắc chung Một hệ thống ñiều khiển tự ñộng ñược cấu tạo từ ba mô ñun: Khối vào, khối xử lý và khối ra. 4.1.2. Đặc ñiểm và yêu cầu Đồ gá kiểm tra, phân loại theo kích thước ñường kính trung bình chi tiết trụ trơn hoạt ñộng dựa trên nguyên tắc sau: Các chi tiết từ máng chứa ñược cấp vào máng dẫn hướng nhờ chính trọng lượng bản thân chi tiết, Chi tiết sẽ lần lượt ñược cơ cấu chặn tại cửa ra máng dẫn hướng ñiều khiển ñóng mở ñưa ñến tiếp xúc với chi tiết ño tại vị trí ño và ñược phân loại theo nhóm. Hình 4.2 Hình 4.2 Sơ ñồ ñiều khiển BĂNG TẢI ĐỒNG HỒ SO ĐIỆN TỬ CƠ CẤU ĐẨY CHI TIẾT CƠ CẤU CHẶN CHI TIẾT CƠ CẤU CHỐNG KẸT CHI TIẾT MẠCH ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU PHÂN LOẠI CHI TIẾT MÁY TÍNH 18 4.2. Các phương án ñiều khiển 4.2.1. Điều khiển dùng PLC PLC (programmable logic controller) Bộ ñiều khiển khả lập trình, bộ ñiều khiển này nhỏ gọn tích hợp dễ ñiều khiển, linh hoạt thay ñổi chương trình bằng các lệnh logic cơ bản. 4.2.2. Phương án ñiều khiển dùng vi mạch ñiều khiển IC(Integrated Circuit) Mạch IC có hai loại: - IC tuyến tính dùng tín hiệu tương tự analog xử lý biên ñộ và hình dạng sóng của tín hiệu. - IC số, dùng tín hiệu mã nhị phân, xử lý tín hiệu thông qua các cổng lôgic. 4.2.3. Chọn phương án ñiều khiển Ta nhận thấy IC ñiều khiển và bộ lập trình PLC ñều có tính năng giống nhau. Nhưng về chỉ tiêu kinh tế, phương án dùng IC có thể làm mô hình phục vụ học tập, nghiên cứu cảu sinh viên, ñồng thời có thể kết nối mô ñun ñiều khiển và mô ñun cơ khí ñể tao ra mô hình tự ñộng hóa. Và dựa trên những chức năng cụ thể của mô hình cần chế tạo, tôi chọn phương àn dùng vi ñiều khiển họ PIC16f887. 4.3. Thiết kế ñiều khiển 4.3.1. Giới thiệu PIC16f887 PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument ñặt tên cho vi ñiều khiển ñầu tiên của họ: PIC1650 ñược thiết kế ñể dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi ñiều khiển CP1600. Vi ñiều khiển này sau ñó ñược nghiên cứu phát triển thêm và từ ñó hình thành nên dòng vi ñiều khiển PIC ngày nay. Vi ñiều khiển 19 Pic16f887 là một trong những phiên bản mởi do Microchip technology chế tạo. Hình 4.4 Sơ ñồ khối vi ñiều khiển 16f887 4.3.1.1. Đặc tính nổi bật của bộ vi xử lí - Sử dụng công nghệ tích hợp cao RISC CPU. - Người sử dụng có thể lập trình với 35 câu lệnh ñơn giản. - Tất cả các câu lệnh thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ một số câu lệnh rẽ nhánh thực hiện trong 2 chu kì lệnh. - Tốc ñộ hoạt ñộng là: + Xung ñồng hồ vào là DC- 20MHz. + Chu kỳ lệnh thực hiện trong 200ns. - Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 words. - Bộ nhớ Ram 368x8 bytes. - Bộ nhớ EFPROM 256x 8 bytes. - Khả năng ngắt (lên tới 14 nguồn ngắt trong và ngắt ngoài). 20 4.3.1.2. Các ñặc tính nổi bật của thiết bị ngoại vi trên chip - Timer0: 8 bít của bộ ñịnh thời, bộ ñếm với hệ số tỷ lệ trước. - Timer1: 16 bít của bộ ñịnh thời, bộ ñếm với hệ số tỷ lệ trước, có khả năng tăng trong khi ở chế ñộ Sleep qua xung ñồng hồ ñược cung cấp bên ngoài. - Timer 2: 8 bít của bộ ñịnh thời, bộ ñếm với 8 bít của hệ số tỷ lệ trước. - Có 2 chế ñộ bắt giữ, so sánh, ñiều chế ñộ rộng xung(PWM). - Chế ñộ bắt giữ với 16 bít, với tốc ñộ 12.5 ns, chế ñộ so sánh với 16 bít, tốc ñộ giải quyết cực ñại là 200 ns, chế ñộ ñiều chế ñộ rộng xung với 10 bít. - Bộ chuyển ñổi tín hiệu số sang tương tự với 10 bít. - Cổng truyền thông nối tiếp SSP với SPI phương thức chủ và I2C(chủ/phụ). - Bộ truyền nhận thông tin ñồng bộ, dị bộ(USART/SCL) có khả năng phát hiện 9 bít ñịa chỉ. + Cổng phụ song song (PSP) với 8 bít mở rộng, với RD, WR CS ñiều khiển. 4.3.1.3. Tổ chức bộ nhớ Pic16F887 a/. Tổ chức bộ nhớ chương trình FLASH và Stack nhớ. b/. Tổ chức bộ nhớ dữ liệu RAM. c/. Bộ nhớ dữ liệu EEPROM và bộ nhớ chương trình FLASH. d/. Cổng vào ra. e/. Các Bộ Timer của chip. Bộ vi ñiều khiển PIC16F87X có 3 bộ Timer ñó là: Timer0, Timer1, Timer2. g/. Bộ chuyển ñổi tương tự sang số. h/. Các ngắt của PIC16F877. 21 4.3.2. Thiết kế mạch ñiều khiển mô hình Hình 4.6 Sơ ñồ mạch ñiều khiển dùng PIC16f887 Hình 4.7 Sơ ñồ mạch in 22 4.3.3. Chương trình ñiều khiển PIC16f887 4.3.3.1. Sơ ñồ thuật toán Hình 4.8 Sơ ñồ thuật toán 23 4.3.3.2. Chương trình ñiều khiển 4.3.4. Giao diện ñiều khiển mô hình Hình 4.9 Giao diện ñiều khiển Hình 4.10 Giao diện thiết lập thông số ñiều khiển và phân loại nhóm chi tiết 24 KẾT LUẬN 1. KẾT QUẢ ĐỀ TÀI Sau thời gian nghiên cứu lý thuyết, thiết kế và chế tạo mô hình ñồ gá tự ñộng kiểm tra phân loại theo nhóm chi tiết trụ trơn. Kết quả ñạt ñược như sau: - Chế tạo ñược mô hình ñồ gá có khả năng tự ñộng làm việc vừa phục vụ cho giảng dạy, vừa có khả năng ứng dụng vào sản xuất. - Mô hình có khả năng tự ñộng phân nhóm chi tiết trụ trơn thành 4, 3, 2 nhóm. - Thiết kế ñược giao diện dễ ñiều khiển, tính linh hoạt cao, trực quan. - Mô hình có khả năng tự ñộng xử lý số liệu ño, theo dõi số lượng chi tiết ñược ño và vẽ ñược ñồ thị hàm phân bố kích thước của loạt chi tiết kiểm tra, phục vụ cho việc ñiều khiển qui trình gia công. - Mô hình ñã kết hợp ñược ba vấn ñề cơ bản: Cấp phôi tự ñộng, ño kiểm tự ñộng và ñiều khiển tự ñộng thông qua bộ vi xử lý, mạch ñiều khiển kết nối với máy vi tính. Đây ñược xem là xu hướng phát triển ngành cơ khí kết hợp với ñiện tử_Cơ ñiện tử. 2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI - Mở rộng ứng dụng cho các chi tiết khác. - Kết hợp máy tính quản lý số liệu ño ñược ñể giám sát sai số gia công, từ ñó ñiều chỉnh qui trình gia công. - Thiết kế bộ phận ñịnh hướng chi tiết sau khi phân loại ñể ñóng gói hoặc chuyển ñến dây chuyền lắp ráp tự ñộng.