Mô hình đóng dấu trên bìa carton

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên báo cáo này không thể tránh được những thiếu sót. Đây là kết quả của một quá trình làm việc và tìm hiểu mà em tiếp thu được em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các quý thầy, cô để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này.

Đại học Đà Nẵng Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Trường Đại học Bách khoa Độc lập - Tự do - Hạnh phúc -  

Khoa: Cơ khí

Bộ môn: Chế tạo máy NHIỆM VỤ

THIẾT KẾ ĐỒ ÁN LIÊN MÔN 2

Họ và tên sinh viên (nhóm sinh viên): Trần Trọng Nghĩa & Bùi Dĩ

1 Tên đề tài : Mô hình đóng dấu trên bìa carton 2 Các số liệu ban đầu: Sinh viên tự chọn

3 Nội dung thuyết minh:

3.1 Lời nói đầu

3.2 Thiết kế động học và mô phỏng hệ truyền động cơ khí +/ Phân tích và chọn phương án thiết kế

+/ Thiết kế động học

+/ Xây dựng bản vẽ sơ đồ nguyên lý (A3)

3.3 Tính toán thiết kế kết cấu của hệ thống truyền động cơ khí +/ Tính toán công suất

+/ Tính toán cơ cấu chính

+/ Xây dựng bản vẽ kết cấu chung (A0) 3.4 Thiết kế hệ thống điều khiển

+/ Xây dựng nguyên lý điều khiển, biểu đồ trạng thái +/ Chọn phương pháp thiết kế mạch điều khiển +/ Thiết kế mạch điều khiển

+/ Xây dựng bản vẽ hệ thống điều khiển (A0) 3.5 Mục lục; Tài liệu tham khảo; Phụ lục (nếu có)

4 Chế tạo mô hình thiết kế, lắp ráp mạch điều khiển và vận hành

+/ Bản vẽ kết cấu chung của máy: 1A0

6 Ngày giao nhiệm vụ: 10/01/2023 7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Thông qua bộ môn Giảng viên hướng dẫn ngày tháng năm 2022 (ký và ghi rõ họ tên) Trưởng bộ môn

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa sản xuất của nước ta,ngành cơ khí chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị, công cụ phục vụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân và tạo tiền đề cần thiết để các ngành phát triển mạnh hơn.Vì vậy việc ứng dụng điều khiển tự động trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy có ý nghĩa hàng đầu nhằm thiết kế hoàn thiện và vận dụng quá trình sản xuất đạt hiệu qủa kinh tế cao nhất

Để đánh giá kết quả học tập, củng cố lại những kiến thức đã học và làm quen với

công việc thiết kế của người kỹ thuật, nhóm em xin được nhận đề tài có tên:“Thiết kế mô hình đóng dấu trên bìa carton ”

Vì đây là lần đầu tiên thực hiện công việc làm quan việc thiết kế mặc dù nhóm đã cố gắng tìm hiểu, tham khảo nhiều tài liệu nhưng kinh nghiệm thực tế chưa có và kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót Nhóm em rất mong sự góp ý, giúp đỡ của các thầy cô để đồ án được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Trần Minh Sang, thầy Tùng và các thầy trong khoa cơ khí Và chúng em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc nhất đến các thầy cô đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án

2) Phương án dùng xilanh thủy lực 10

1.1.2 Chọn phương án điều khiển 11

1) Kiểm tra tải trọng cho phép của cần piston 14

2) Kiểm tra sức bền của xilanh 15

2.1.2 Tính chọn xilanh mang con dấu 15

1) Kiểm tra tải trọng cho phép của cần piston 16

2) Kiểm tra sức bền của xilanh 16

2.1.3 Tính chọn xilanh đẩy sản phẩm 17

1) Kiểm tra tải trọng cho phép của cần piston 17

2) Kiểm tra sức bền của xilanh 17

2.1.4 Tính toán lưu lượng làm việc 18

2.1.5 Các tính toán cần thiết khác 18

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 21

3.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển ứng dụng cho đề tài 21

3.2 Thiết lập biểu đồ trạng thái 22

3.2.1 Nguyên lý hoạt động: 22

3.2.2 Thiết kế mạch điều khiển bằng biểu đồ Karnaugh 23

3.2.3 Thiết kế mạch điều khiển theo tầng 29

3.2.4 Thiết kế mạch điện theo nhịp 31

3.3 Lựa chọn các phần tử điều khiển 33

3.3.1 Cơ cấu chấp hành 33

3.3.2 Van đảo chiều 33

3.3.3 Một số phần tử khác 34

CHƯƠNG 4 : CHẾ TẠO MÔ HÌNH 36

4.1 Lựa chọn vật liệu làm khung mô hình 36

4.2 Quá trình chế tạo sản phẩm 36

4.2.1 Làm đế và cơ cấu cấp phôi 36

4.2.2 Gá xilanh và lắp con dấu 36

4.2.3 Lắp ráp hệ thống điều khiển và hoàn thiện sản phẩm 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

Hình 3.4: Sơ đồ mạch logic (theo Karnaugh) 23

Hình 3.5: Biểu đồ Karnaugh 4 biến 24

Hình 3.6: Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh A 24

Hình 3.7: Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh B 25

Hình 3.8: Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh C 25

Hình 3.9: Biểu đồ Karnaugh đơn giản phần tử nhớ X 26

Hình 3.10: Sơ đồ mạch logic sau khi đơn giản bằng Karnaugh 26

Hình 3.11: Mạch điều khiển khí nén theo Karnaugh 27

Hình 3.12a,b: Mạch điều khiển điện-khí nén theo Karnaugh 27

Hình 3.13: Chia tầng trên bảng trạng thái 29

Hình 3.14: Sơ đồ mạch logic (theo tầng) 29

Hình 3.15: Mạch điều khiển khí nén theo tầng 30

Hình 3.16: Mạch điều khiển điện-khí nén theo tầng 30

Hình 3.18: Mạch logic theo nhịp 31

Hình 3.19: Mạch điều khiển khí nén theo nhịp 32

Hình 3.20: Mạch điều khiển điện-khí nén theo nhịp 33

Hình 3.21: Xilanh khí nén Mal 33

Hình 3.22: Nguyên lí hoạt động của van đảo chiều 34

Hình 3.23:Van đảo chiều phổ biến hiện nay 34

Hình 3.24:Van tiết lưu 35

Hình 3.25:Một số phần tử điện 35

Hình 4.1:Đế và cơ cấu cấp phôi 36

Hình 4.2:Gá xilanh và con dấu 36

Hình 4.3:Lắp ráp hệ thống điều khiển 37

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Đại lượng bổ sung c 15 Bảng 2.2: Vkt theo hãng FESTO chế tạo 19 Bảng 3.17:Bảng hành trình bước 31

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ THIẾT KẾ

• Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ

• Do có khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí nên có thể tích chứa khí nén rất thuận lợi Vì vậy, có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích

• Các phần tử trong hệ thống khí nén có cấu tạo đơn giản và giá thành rẻ

• Các van khí nén phù hợp với các chức năng điều khiển logic, do đó phù hợp sử dụng để điều khiển quá trình phức tạp và với mức độ phối hợp cơ cấu cao • Khả năng thích ứng cao với môi trường, ít bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn, nhiệt độ

cao, ăn mòn…

• An toàn: hệ thống khí nén không gây cháy nổ Ngoài ra khi hệ thống khí nén bị quá tải thì nó chỉ tạm ngừng hoạt động

❖ Nhược điểm:

• Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp

• Khi tải trọng hệ thông thay đổi thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn (nên khó thực hiện được nhũng chuyển động thẳng quay đều)

• Tải thấp: vì khả năng nén khí ở áp suất cao khá khó khăn nên áp suất khí nén chỉ ở mức trung bình do đó lực của xylanh không lớn cho nên chỉ áp dụng cho các hệ thống có tải không quá lớn

• Cần được xử lý khí nén trước khi sử dụng • Tiếng ồn: phát ra từ khí nén được giải phóng

2) Phương án dùng xilanh thủy lực

Hình 1.2: Xilanh thủy lực

❖ Ưu điểm:

• Truyền động được công suất cao và tải trọng lớn, cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao

• Điều chỉnh được vô cấp vận tốc của cơ cấu chấp hành

• Vị trí các phần tử dẫn và bị dẫn bố trí không phụ thuộc lẫn nhau

• Có khả năng giảm khối lượng, kích thước các cơ cấu nhờ chọn áp suất cao • Bơm và động cơ thủy lực có quán tính nhỏ, dầu có tính chịu nén nên có thể sử • dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong hệ truyền động cơ

khí hay truyền động điện

• Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

• Có thể theo dõi tình trạng làm việc của hệ thống, kể cả các hệ phức tạp, nhiều

mạch nhờ áp kế

• Thuận lợi trong việc thực hiện tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách sử dụng các phần tử tiêu chuẩn hóa

❖ Nhược điểm:

• Tổn thất trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất làm việc

• Do dầu có tính đàn hồi nên khó ổn định vận tốc khi tải thay đổi

=> Kết luận: Sau khi phân tích và đánh giá, nhóm quyết định dùng xylanh khí nén để làm cơ cấu truyền động

1.1.2 Chọn phương án điều khiển

1) Điều khiển bằng bộ khả lập trình PLC

❖ Ưu điểm:

• Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn

• Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao • Mạch điện gọn nhẹ, đẽ dàng trong việc bảo quản và sủa chữa

• Cấu trục PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào và ra, mở rộng các chức năng khác

• Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp

• Giao tiếp được với các nối mạng thông minh khác: máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác

• Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa, do độ nhớt động học của khí nén thấp,

tổn thất thấp

• Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo

❖ Nhược điểm:

• Sử dụng nhiều đường ống khí gây rối

• Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi

• Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn

• Các phần tử van khá là đắt tiền

3) Điều khiển bằng điện – khí nén

❖ Ưu điểm:

• Không gây ô nhiễm môi trường

• Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa, do độ nhớt động học của khí nén thấp,

tổn thất thấp

• Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo

❖ Nhược điểm:

• Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi

• Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn

=>Kết luận: Sau khi phân tích và đánh giá, nhóm quyết định chọn phương án điều khiển điện – khí nén

1.2 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC

Với đề tài “ Thiết kế mô hình đóng dấu trên bìa carton “ sử dụng 3 xi lanh khí nén 1.2.1 Nguyên lý làm việc của máy

❖ Phôi được chứa trong khay chứa phôi, xi lanh A đẩy phôi ra và kẹp chặt ở vị trí gia công, Sau khi kẹp xong, xilanh B mang đầu đóng dấu đi xuống để đóng dấu chi tiết Sau khi đạt được chiều sâu đóng dấu thì xilanh B lùi về Sau đó xilanh A lùi về Khi xilanh A lùi về cuối hành trình thì xilanh C đẩy chi tiết ra, sau đó xilanh C lùi về và lặp lại chu trình

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG

2) Kiểm tra sức bền của xilanh

❖ Vật liệu chế tạo xilanh là hợp kim nhôm có giới hạn bền 𝜎𝑏= 40 ( 𝑘𝐺 𝑚𝑚2) ❖ Chiều dày thành xylanh 𝑡𝑚𝑖𝑛 ≥ m.D + c trong đó :

• m hệ số xác định theo giới hạn bền của vật liệu và áp suất làm việc, chọn m= 0,09

• c đại lượng bổ sung cho chiều dày tối thiểu của

xilanh [5] chọn c = 0,5 theo bảng:

=> 𝑡𝑚𝑖𝑛 ≥ 0,09.20+0,5=2,3 (mm) Bảng 2.1: Đại lượng bổ sung c

❖ Ứng suất cho phép trên thành xilanh là 𝛿𝑐𝑓= (𝜎𝑏

2.1.2 Tính chọn xilanh mang con dấu [1]

❖ Xilanh hoạt động cần một lực đóng dấu là 𝑃0 = 50 (N) ❖ Tính diện tích 𝐴1 của xilanh B

- Chọn hành trình của xilanh là S=75 (mm) =>Ta có thể chọn xilanh MAL 20*75

1) Kiểm tra tải trọng cho phép của cần piston

2) Kiểm tra sức bền của xilanh

❖ Vật liệu chế tạo xilanh là hợp kim nhôm có giới hạn bền 𝜎𝑏= 40 ( 𝑘𝐺 𝑚𝑚2) ❖ Chiều dày thành xilanh 𝑡𝑚𝑖𝑛 ≥ m.D + c trong đó :

• m hệ số xác định theo giới hạn bền của vật liệu và áp suất làm việc, chọn m =

=>Ta có thể chọn xilanh MAL 20*250

1) Kiểm tra tải trọng cho phép của cần piston

2) Kiểm tra sức bền của xilanh

❖ Vật liệu chế tạo xilanh là hợp kim nhôm có giới hạn bền 𝜎𝑏= 40 ( 𝑘𝐺 𝑚𝑚2) ❖ Chiều dày thành xilanh 𝑡𝑚𝑖𝑛 ≥ m.D + c trong đó :

• m hệ số xác định theo giới hạn bền của vật liệu và áp suất làm việc, chọn m =

2.1.4 Tính toán lưu lượng làm việc [2]

❖ Lưu lượng khí cung cấp cho xilanh gắn con dấu là 𝑄11 = 𝐴11 𝑣11

- V1 thể tích khí ở khoang không có cần piston: V1 = 3,14.S.( 𝐷

- Đường kính piston giữ sản phẩm: D = 20 (mm)

- Đường kính cần piston giữ sản phẩm: d=8(mm)

- Đường kính piston mang con dấu : D = 20 (mm)

- Đường kính cần piston mang con dấu : d=8(mm)

- Hành trình piston: S = 75 (mm)

- Vkt= 6+5 = 11 (𝑐𝑚3)

=>V2=0,785.S.( 2 𝐷2– 𝑑2 ) + Vkt = 0,785.7,5 ( 2 22– 0,82 ) + 11= 54(𝑐𝑚3) • Thể tích khí xilanh C đẩy sản phẩm là :

- Ta có các thông số sau:

- Đường kính piston đẩy sản phẩm: D = 20 (mm)

- Đường kính cần piston đẩy sản phẩm: d=8(mm)

• Không khí trước khi đến cung cấp cho các cơ cấu chấp hành phải qua các đường ống dẫn khí, van dẫn tới có tổn thất do đó ta tăng thêm khoảng 30% thể tích các cơ cấu chấp hành

Vthực tế=V 𝛴.1,3=336.1,3=437(𝑐𝑚3)

❖ Sự tiêu thụ không khí trong một chu trình làm việc : =>𝛺𝑡𝑡 = ɛ Vthực tế.n=4,9.437.1=2141(𝑐𝑚3)

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển ứng dụng cho đề tài

❖ Hệ thống điều khiển trong đồ án này có thể dùng điện khí nén vì nó có giá thành rẻ nhưng có rất nhiều ưu điểm:

• Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít

• Do khả năng chịu nén lớn hơn không kí, nên có thể trích chứa khí nén thuật lợi Vì vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén

• Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra ngược lại bầu khí quyển

• Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ cũng không gây ra mối đe dọa bị nhiễm bẩn

• Chi phí để thiết lập một hệ thống truyền động khí nén khá thấp

• Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn được đảm bảo nên có độ an toàn

• Các thành phần vận hành trong hệ thống có cấu tạo đơn giản và giá thành không

❖ Rơ le điện từ: nguyên lý hoạt động là khi có dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực từ trường sẽ hút lõi sắt (trên đó có lắp các tiếp điểm thường mở và tiếp điểm thường đóng.

Hình 3.2 Cấu tạo và kí hiệu của role

3.2 Thiết lập biểu đồ trạng thái

Hình 3.3 Biểu đồ trạng thái

3.2.1 Nguyên lý hoạt động:

❖ Bước 1: Khi đóng điện, ấn nút S0, xilanh A đẩy phôi được cấp sẳn đến vị trí cần đóng dấu

❖ Bước 2: Sau khi xi lanh A đẩy hết hành trình chạm vào công tắc a1 và cố định sản phẩm, tiếp theo xi lanh B mang con dấu đi hết hành trình b1 và đóng dấu vào sản phẩm

❖ Bước 3: Sau khi xi lanh B đóng dấu lên sản phẩm và lùi về chạm vào công tắc hành trình b0 thì tiếp theo xi lanh A cũng lùi về chạm vào công tắc hành trình a0

và chuyển sang xilanh C

❖ Bước 4: Xilanh C được kích hoạt đẩy hết hành trình chạm vào công tắc hành trình c1 đồng thời đẩy phôi ra khỏi vị trí làm việc của hệ thống

❖ Bước 5: Sau khi xi lanh C đẩy phôi hết hành trình và lùi về chạm vào hành trình c0 và chu trình tiếp tục được lặp lại tự động

3.2.2 Thiết kế mạch điều khiển bằng biểu đồ Karnaugh

Do trùng nên thêm một phần tử nhớ trung gian X với x và x̅ là tín hiệu ra Tín hiệu điều khiển phần tử nhớ là : X+ = a1.b1.c0.x̅

X- = a0.b0.c1.x ❖ Sơ đồ mạch logic :

Hình 3.4 Sơ đồ mạch logic

❖ Rút gọn bằng phương pháp biểu đồ Karnaugh: =>Biểu đồ karnaugh 4 biến được biểu diễn:

Hình 3.5 Biểu đồ Karnaugh với 4 biến

• Đơn giản hành trình xilanh A :

Hình 3.6 Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh A

 A+ = S0c0x̅  A− = b0x

• Đơn giản hành trình xilanh B :

Hình 3.7 Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh B

 B+= a1x̅  B−= x

• Đơn giản hành trình Xylanh C :

Hình 3.8 Biểu đồ Karnaugh đơn giản hành trình xilanh C

 𝐶+= 𝑎0𝑥  𝐶−= 𝑥̅

• Đơn giản phần tử nhớ trung gian X

Hình 3.9 Biểu đồ Karnaugh đơn giản phần tử X

 𝑋+= 𝑏1  𝑋−= 𝑐1

• Phương trình logic sau khi đơn giản :

A+= 𝑆0𝑐0𝑥̅ ;A-= 𝑏0𝑥; 𝐵+= 𝑎1𝑥̅;𝐵−= 𝑥;C+= 𝑎0𝑥;𝐶−= 𝑥̅; X+= 𝑏1;𝑋−= 𝑐1 • Sơ đồ mạch logic sau khi đơn giản :

Hình 3.10 Sơ đồ mạch logic sau đơn giản

❖ Phương án 1 : Mạch điều khiển khí nén

Hình 3.11 Mạch điều khiển khí nén theo Karnaugh

❖ Phương án 2: Mạch điều khiển điện - khí nén

Hình 3.12a Mạch điều khiển điện – khí nén theo Karnaugh

• Ứng dụng dùng van 1 đầu:

Hình 3.12b Mạch điều khiển điện – khí nén theo Karnaugh