Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy tiện vát mép trục cấp phôi tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY TIỆN VÁT MÉP TRỤC CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG Ngành KĨ THUẬT CƠ KHÍ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Th S VŨ THẾ MẠNH Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Lê Cảnh Phi 1711040189 17DCKA1 Hồ Huỳnh Nhân 1711040188 17DCKA1 Nguyền Viết Hoàng 1711040024 17DCKA1 TP Hồ Chí Minh,ngày 28 tháng 10 năm 2021 GVHD Th S Vũ Thế Mạnh II Viện Kỹ Thuật LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp đánh dấu việc hoàn thành bốn năm.

Intech là công ty chuyên sản xuất băng tải, thường xuyên nhận các đơn hàng lớn với thiết kế có nhiều ru-lô Việc gia công các chi tiết trục có kích thước khác nhau đòi hỏi thời gian cắt, gọt, tiện khá lâu, trong khi số máy tiện trong công ty hạn chế Điều này dẫn đến việc thay dao và tinh chỉnh máy mất nhiều thời gian Để nâng cao năng suất và tiết kiệm thời gian trong quy trình sản xuất, công ty cần cải tiến quy trình gia công.

Việc nghiên cứu và chế tạo máy gia công chuyên dụng để vát mép trục là rất cần thiết nhằm nâng cao năng suất và cải thiện chất lượng sản phẩm.

Chính bởi sự cần thiết trong sản xuất nên nhóm chúng em vinh dự được Công Ty

Công ty Cổ Phần Kỹ Thuật INTECH đã giao cho nhóm thực hiện đề tài “Nghiên Cứu, Thiết Kế, Chế Tạo Máy Vát Mép Trục Cấp Phôi Tự Động” dưới sự hướng dẫn của Th.S Vũ Thế Mạnh.

Hình 1.1 Công ty cổ phần Intech

GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh

TỰ ĐỘNG HÓA LÀ GÌ ?

Ngày nay, nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng dẫn đến yêu cầu hiện đại hóa dây chuyền sản xuất công nghiệp và nâng cao năng suất hàng hóa Quá trình sản xuất trên dây chuyền công nghiệp hiện nay chủ yếu dựa vào tự động hóa, với nhu cầu ngày càng cao về sản xuất tự động Điều này đòi hỏi việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại và sự trợ giúp của máy tính, vì con người không thể tự mình giám sát và kiểm tra toàn bộ quá trình Từ đó, các yếu tố cấu thành ngành tự động hóa đã hình thành.

Tự động hóa là lĩnh vực công nghệ sử dụng phần mềm lập trình để điều khiển động cơ hoặc xy lanh thông qua các mạch chủ, cảm biến và contactor Mục tiêu của tự động hóa là quản lý một hệ thống khí được thiết kế riêng biệt nhằm sản xuất và gia công sản phẩm độc đáo.

TẦM QUAN TRỌNG CỦA TỰ ĐỘNG HÓA

Tự động hóa là quá trình vận hành dây chuyền sản xuất bằng công nghệ hiện đại, thay thế sức lao động của con người bằng máy móc Hình dung một ngày mà mọi nhà máy đều sử dụng robot để sản xuất hàng hóa sẽ mang lại sự tiện lợi lớn Con người không còn phải thực hiện những công việc lặp đi lặp lại mà thay vào đó, họ sẽ đảm nhận vai trò giám sát và điều khiển máy móc Viễn cảnh này cho thấy sự tiến bộ trong ngành công nghiệp, giúp chuyển giao sức lao động từ con người sang máy móc, nâng cao hiệu quả sản xuất Từ đó, vai trò của tự động hóa trở nên vô cùng quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa dây chuyền sản xuất tại các nhà máy và doanh nghiệp.

XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ

Trong ngành sản xuất hiện nay, việc áp dụng các biện pháp cấp phôi bằng cơ khí - điện, cơ khí - khí nén và gia công trực tiếp trên cùng một máy đang trở nên phổ biến Một ví dụ điển hình là máy vát 2 đầu trục tại công ty Intech, chuyên sản xuất băng tải.

Hình 2.1 Ảnh máy vát mép tại công ty Intech

Bênh cạnh những ưu điểm nó mang lại cho trong quá trình sản xuất thì cũng có những nhượt điểm gây ra như:

• Máy khá là lo và cồng kềnh , di chuyển khó khăn

• Phôi dài ko cố định dẫn đến canh chỉnh khó khăn

• Khó thay dao khi gia công phôi có đường kính khác.

PHÔI

Phôi được sử dụng để chế tạo các linh kiện cho sản phẩm như ru lô băng tải

Viện Kỹ Thuật 7 tự ,… Vì vậy rất đa dạng về kích thướt nên việc chọn phôi có vai trò quan trọng trong việc lựa chọn cơ cấu cấp phôi

Thông thường phôi được phân loại dựa theo đường kính và chiều dài của phôi Ở đây chúng ta sử dụng chủ yếu là phôi dạng hình trụ dài

Những loại phôi mà chúng ta gặp trong quá trình gia công sản xuất:

➢ Chi tiết có chiều dài lướn hơn dường kính (L > D)

- Dạng chi tiết có hai trục đôi xứng vuông góc nhau

Hình 2.2 Chi tiết có hai trục đối xứng

- Dạng chi tiết có trục bất đối xứng

Hình 2.3 Chi tiết có trục bất đối xứng

➢ Chi tiết hình trụ có chiều dài gần bằng đường kính ( L  D /( L=D  20%) ) là chi tiết có hai trục đối xứng vuông góc

Hình 2.4 Chi tiết có hai trục đối xứng vuông gốc

➢ Chi tiết có chiều dài nhỏ hơn đường kính L  D(L = 0,8.D) cũng là chi tiết có hai trục đối xứng vuông góc nhau

Hình 2.5 Chi tiết có hai trục đối xứng vuông góc

➢ Ngoài ra, còn có những chi tiết khác nữa như dạng đĩa, bulông, vít, ốc…

2.4.2 Cấu tạo chung của hệ thống cấp phôi

Hệ thống cấp phôi đầy đủ cần phải có các thành phần sau đây:

• Phễu chứa phôi hoặc ổ chứa phôi

• Cơ cấu định hướng phôi

• Cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi

• Cơ cấu bắt – nắm phôi khi gá đặt và tháo chi tiết sau khi gia công

Mỗi thành phần trong hệ thống có chức năng và nhiệm vụ cụ thể, cần được bố trí đồng bộ trong không gian và thời gian Tuy nhiên, không nhất thiết phải có đầy đủ các thành phần mà có thể chỉ cần một số thành phần tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể Việc phân chia hệ thống thành các thành phần mang tính tương đối, cho phép kết hợp một số thành phần dựa trên đặc điểm hình dáng và kích thước của phôi nhằm giảm kích thước hệ thống, từ đó đơn giản hóa quá trình thiết kế, chế tạo và lắp ráp.

Trong quá trình tự động cấp phôi, việc định hướng phôi là một trong những thách thức quan trọng và khó khăn nhất Hình dáng, kích thước và trọng lượng của phôi ảnh hưởng đến khả năng tự định hướng, từ đó quyết định phương pháp định hướng phù hợp cho hệ thống cấp phôi.

Những chi tiết đơn giản thường được chia thành 2 loại:

- Loại phôi có 1 trục đối xứng

- Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên

Các loại phôi có từ hai trục đối xứng trở lên chỉ cần được định hướng một lần, trong khi những phôi có một trục đối xứng thường yêu cầu định hướng hai lần hoặc sử dụng phương pháp định hướng kép Các phương pháp định hướng này đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất.

- Định hướng bằng tay: Đối với các chi tiết trụ dài (L/D từ 5  10), chi tiết trụ hoặc côn có L/D xấp xỉ bằng 1, các chi tiết khó định hướng tự động

- Định hướng tự động: cả 2 bước định hướng diễn ra trong phễu hoặc kết hợp phễu và máng dẫn

Để thiết kế hệ thống cấp phôi tự lựa hiệu quả, việc định hướng phôi cần tuân thủ một số nguyên tắc cơ bản nhằm đảm bảo sự dễ dàng và chính xác trong quá trình vận hành.

+ Cơ cấu định hướng phải tạo điều kiện cho phôi tự nhận lấy vị trí ổn định tự nhiên của nó trong quá trình chuyển động

+ Tìm cách thu nhận lấy những phôi có vị trí đúng và gạt bỏ hoặc sửa chữa lại vị trí của những phôi sai yêu cầu

Các phôi bị loại bỏ cần được vận chuyển trở lại phễu cấp phôi Trong trường hợp cơ cấu định hướng không đảm bảo độ tin cậy, cần lắp đặt thêm một hoặc hai cơ cấu khác dọc theo đường vận chuyển phôi.

Đề tài cần định hướng là chi tiết hình trụ tròn với hai trục đối xứng, do đó chỉ cần thực hiện định hướng một lần bằng phương pháp tự lựa Các chi tiết sẽ chuyển động trên máng phễu trong trạng thái nằm.

THỰC TRẠNG Ở CÔNG TY

Công ty cổ phần Kỹ thuật INTECH VN là đơn vị hàng đầu tại Việt Nam chuyên cung cấp các sản phẩm như băng tải, băng chuyền, con lăn, và hệ thống băng tải thông minh Chúng tôi cam kết mang đến các giải pháp tự động hóa tiên tiến, hiệu quả với chi phí tối ưu, tất cả sản phẩm đều được tiêu chuẩn hóa qua nhiều năm nghiên cứu và phát triển.

Sản lượng sản xuất hàng tháng dao động từ 20 đến 50 sản phẩm, bao gồm nhiều loại băng tải Mỗi đơn hàng yêu cầu từ 200 đến 1000 con lăn trụ với đường kính 15 mm, có vát mép tùy thuộc vào từng loại sản phẩm.

Hiện nay, việc gia công phôi trên máy NC chủ yếu phụ thuộc vào công nhân vận hành, gây khó khăn trong việc thay dao và canh chỉnh máy Mặc dù INTECH đã đầu tư vào một máy chuyên dụng, nhưng thời gian thao tác gắn phôi và lấy sản phẩm vẫn chiếm tỷ lệ lớn so với thời gian gia công, dẫn đến chất lượng sản phẩm và năng suất không ổn định Do đó, nghiên cứu và chế tạo một máy gia công chuyên dụng để vát mép trục là cần thiết nhằm nâng cao năng suất, tiết kiệm thời gian và cải thiện chất lượng sản phẩm.

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY VÁT MÉP TRỤC

Để thiết kế hệ thống cấp phôi, tác giả đã chọn 1 loại phôi trụ trơn đặc với kích thước như sau:

3.2.1 Cấp phôi thủ công của các dây chuyền hiện tại

Dây chuyền cấp phôi thủ công yêu cầu một công nhân vận hành mỗi máy, dẫn đến hiệu suất làm việc chỉ đạt dưới 70% do công việc lặp đi lặp lại và ảnh hưởng của yếu tố con người Điều này gây ra sản lượng gia công không ổn định và tỷ lệ phế phẩm tăng cao.

Để nâng cao năng suất sản xuất và giảm thiểu sai sót do con người, việc triển khai hệ thống cấp phôi tự động trong dây chuyền sản xuất là rất cần thiết Hệ thống này không chỉ giảm bớt lượng nhân công mà còn tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Bảng 3.1 Sơ đồ hệ thống

Toàn bộ quá trình cấp phôi điều được thực hiện tự động Công nhân chỉ có nhiệm vụ để phôi vào giá đỡ phôi

Với hệ thống cấp tự động trên, sẽ có các đặc điểm như sau:

- Năng suất tăng lên do 1 công nhân có thể vận hành nhiều máySơ đồ nguyên lý

- Đơn giản hóa vấn đề của máy công nghiệp, không phải điều chỉnh nhiều

Từ sơ đồ trên ta có sơ đồ nguyên lý cấp phôi tự động như sau:

• Máy sử dụng chip tiện với góc 60 độ làm lưỡi cắt chính

• Gia công chi tiết lắp ghép để định tâm cho phôi

• Chi tiết kẹp phôi xử dụng xi lanh khí nén

• Có cử canh chỉnh đảm bảo độ chính xác

• Vít me để đẩy phôi vào máy

Nguyên lý làm việc của dòng sản phẩm vát mép dựa trên nguyên lý gia công chung của vật liệu:

Vận động chính trong quá trình gia công là chuyển động xoay tròn của dao cắt, trong khi phôi thực hiện các chuyển động ngang và hướng vào lưỡi cắt Do đó, nguyên lý làm việc của sản phẩm dựa trên việc điều khiển chuyển động quay tròn của dao và điều khiển chuyển động của phôi.

– Chuyển động quay của trục chính (của dao) là vận động của trục quay theo sơ đồ sau: động cơ > bộ chuyền đai > puly > trục quay

– Vận động của phôi là chuyển động của bộ vít me theo sơ đồ sau: Khí nén > Kẹp phôi >Vít me di chuyển > Thời gian di chuyển > Rút về

CHỌN VẬT LIỆU

Vật liệu chính cho các chi tiết máy là thép C45, một loại thép cacbon kết cấu chất lượng cao với nồng độ cacbon khoảng 0.45%.

• Khối lượng riêng thép C45: 7850 kg/m 3

• Đặc điểm cơ tính của thép C45

Bảng 4.1: Thành phần cơ tính thép C45

• Thành phần hóa học thép C45

Bảng 4.2: Thành phần hóa học thép C45

THIẾT KẾ MÁY

• Là bộ phận làm đế của máy vát mép để cố định những bộ phận của máy lại với nhau

Sản phẩm được được thiết kế tích hợp đường ray trượt tuyến tính và trục vít thành một mô-đun

Thanh vitme bi và đai ốc bi được sản xuất từ chất liệu thép SMC, mang lại độ ổn định và bền bỉ cao Với quá trình nung cao tần, sản phẩm đạt độ cứng bề mặt từ 58 – 62 HRC, giúp giảm tối đa ma sát Đặc biệt, phần lõi của vitme có tính dẻo, giúp khắc phục hiện tượng moment xoắn và cong vênh.

Vít me với chuyển động mượt mà, độ chính xác và độ cứng cao, cho phép đai ốc hoạt động một cách trơn tru, đạt cấp độ chính xác với sai số chỉ ±0,05.

- Bàn trượt Vít me chịu được tải trọng cao và vận tốc cao

- Độ cứng cao thanh vitme có độ cứng bề mặt cao và sâu, các chi tiết lắp ghép được gia công cơ khí chính xác cao

4.2.3 Khớp nối bộ vít me

Hình 4.5: Khớp nối bộ vít me

Khớp nối măng sông, hay còn gọi là khớp nối kiểu ống, là một loại khớp nối đơn giản được thiết kế dưới dạng một ống dày Nó được trang bị các lỗ ren và rãnh then, giúp cố định trục một cách hiệu quả.

Khớp nối này được thiết kế để giữ trục ở vị trí trung tâm, với trục dẫn động và trục bị dẫn động gắn vào mỗi bên Nó có từ hai lỗ ren trở lên, được thiết kế chính xác để vặn vít ở hai bên khớp nối và có thêm lỗ ren để điều chỉnh vít theo chiều dọc trục Ngoài ra, khớp nối còn có rãnh then để ngăn chặn trục bị trượt Loại khớp này thường được sử dụng cho các trục động cơ với yêu cầu độ đồng và khả năng tải ở mức vừa phải.

Hình 4.6: Ảnh minh họa khớp nối trục vít me

Tiện là quá trình gia công cắt tạo phoi cho các chi tiết có mặt trụ tròn quay, chủ yếu sử dụng dụng cụ dao tiện với một mặt cắt Trong quá trình này, chi tiết thường thực hiện chuyển động tròn để đạt được hình dạng và kích thước mong muốn.

Hình 4.7: Dao tiện 4.2.4.2 Phương pháp tiện:

• Tùy theo loại bề mặt gia công người ta phân biệt các phương pháp tiện: tiện tròn, tiện vạt mặt (tiện mặt đẩu), tiện ren, tiện chích

Viện Kỹ Thuật 17 chuyên về rãnh, tiện định hình và tiện tạo dạng Quy trình tiện có thể được phân chia theo hướng chuyển động của bước tiến, bao gồm cả hướng ngang và dọc với trục quay.

Phương pháp tiện có thể được chia thành tiện trong và tiện ngoài tùy thuộc vào vị trí gia công của chi tiết Trong tiện ngoài, dụng cụ tiện có không gian đủ lớn, cho phép chọn dao tiện có kích thước lớn để tránh bị đẩy trong quá trình gia công khi xuất hiện lực cắt Ngược lại, trong tiện trong, việc lựa chọn dao tiện bị hạn chế do hình dạng của chi tiết.

• Trong phương pháp gia công tiện, việc tạo phoi được thực hiện qua chuyển động cắt và chuyển động bước tiến

Tốc độ cắt V cơ bản phụ thuộc vào độ bền của vật liệu chi tiết, cùng với khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt của vật liệu cắt.

4.2.4.3 Thông số hình học của dao tiện

• Mũi dao tiện bị giới hạn qua mặt cắt tạo phoi (mắt trước) và mặt thoát

Mặt sau chính của lưỡi cắt được hình thành từ cạnh cắt cua hai mặt, tạo nên lưỡi cắt chính Lưỡi cắt này đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiện, nằm ở chiều bước dẫn tiến Ngoài ra, lưỡi cắt chính còn đi qua mũi dao bo tròn ở lưỡi cắt phụ.

Lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ tạo thành góc mũi dao s, và góc này nên được lựa chọn càng lớn càng tốt để cải thiện sự tỏa nhiệt và ổn định của dao tiện Để tránh tình trạng mẻ mũi dao, góc mũi dao cần phải được bo tròn, với bán kính thường dao động từ 0.4mm đến 2.4mm Độ lớn của bán kính mũi và bước dẫn tiến sẽ xác định độ nhấp nhô lý thuyết Rth ở chi tiết.

Sự ổn định của mảnh cắt trở mặt tăng khi góc mũi và bán kính mũi tăng Trong quá trình tiện thô, lực tải cắt cao yêu cầu dao tiện hoạt động với góc mũi và bán kính lớn hơn so với tiện tinh Bán kính mũi lớn kết hợp với bước tiến thích hợp có khả năng tạo ra bề mặt bóng hơn so với bán kính nhỏ Tuy nhiên, bán kính nhỏ vẫn thường được sử dụng trong gia công tinh vi với bước dẫn tiến nhỏ Khi áp dụng bán kính mũi lớn, lực đẩy lên dụng cụ và chi tiết sẽ gia tăng do độ lớn của lực cắt.

Viện Kỹ Thuật 19 động Fp mạnh hơn Lực này có thể dẫn đến sự rung động và làm xuất đi độ bóng của bề mặt

Dữ liệu cắt trong phương pháp tiện bao gồm tốc độ cắt V, bước dẫn tiến và chiều sâu cắt Việc lựa chọn đúng thông số cắt sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm.

+ Tuổi bền tối ư của dụng cụ + Kết cấu phoi thuận lợi + Độ bóng bề mặt yêu cầu + Lượng phoi cắt

+ Tốc độ cắt và số vòng cắt

Tốc độ cắt V là yếu tố quan trọng trong gia công, được xác định dựa trên khả năng gia công của vật liệu, loại vật liệu cắt và phương pháp tiện Giá trị chuẩn cho tốc độ cắt có thể được tìm thấy trong bảng thông số hoặc danh mục vật liệu cắt từ nhà sản xuất.

Bảng 4.10: Giá trị chuẩn áp dụng trong gia công phá cho thép

Bảng 4.11: Giá trị chuẩn áp dụng trong gia công tinh cho thép

Tiện với mảnh cắt tròn sẽ gia công với bước dẫn tiến lớn Chi tiết tiện và đơn vị (gá) kẹp phải vững chắc để loại trừ sự rung

Bảng 4.12 : Biểu đồ tốc độ (số vòng quay) của máy tiện

Chiều sâu cắt ap (chiều rộng cắt) được xác định trong quá trình tiện trụ và mặt đầu, cũng như khi tiện rãnh, dựa vào bước dẫn tiến ngang của dụng cụ tiện và bề rộng cắt.

Trong quá trình tiện phá, việc lựa chọn chiều sâu cắt lớn nhất có thể là rất quan trọng Chiều sâu cắt bị giới hạn bởi kích thước của mảnh cắt, công suất của máy tiện và độ ổn định của chi tiết cùng với thiết bị kẹp Đối với tiện tinh, chiều sâu cắt thường tương ứng với lượng dư cần loại bỏ.

4.2.4.5 Độ lớn là tiết diện cắt vát:

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Hình 4.30: Sơ đồ đấu mạch động lực

4.3.2.1 Lập trình mạch hệ thống

4.3.2.3 Mạch xác định vị trí của Servo

4.3.2.4 Mạch cài đặc thông số cho động cơ Servo

Hình 4.31: Sơ đồ đấu nối ngõ in/out trên PLC

Hình 4.32: Sơ đồ đấu nối của bộ step driver kết nối với PLC

4.3.3 Linh kiện được sử dụng

Nguồn tổ ong 24V - 240W cung cấp điện áp 24V với dòng ra tối đa 10A, tương ứng với công suất 240W Sản phẩm hoạt động với điện áp đầu vào AC 110V/220V và tần số 50/60Hz, đảm bảo chất lượng nguồn điện ổn định.

Khởi động từ, hay còn gọi là contactor, là thiết bị điện hạ áp quan trọng, có chức năng đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực Contactor cho phép điều khiển hiệu quả các thiết bị như động cơ, tụ bù và hệ thống chiếu sáng trong hệ thống điện.

Rơ le là một thiết bị chuyển mạch hoạt động bằng điện, thường được sử dụng trong các bo mạch điều khiển tự động Chức năng chính của rơ le là đóng cắt các mạch điện, giúp điều khiển và quản lý các thiết bị điện một cách hiệu quả.

Viện Kỹ Thuật 40 sử dụng rơ le để điều khiển dòng điện lớn mà các hệ thống mạch điều khiển không thể can thiệp trực tiếp, giúp đóng cắt dòng điện cao một cách hiệu quả.

Bộ lập trình thực hiện nhiều chức năng quan trọng như phân bổ kết quả, lưu trữ dữ liệu, đếm số lượng, tạo thời gian, tải và truyền thông tin Ngoài ra, nó còn có khả năng so sánh, dịch chuyển, xoay và tạo phần bổ sung, cũng như gọi chương trình con với các biến cục bộ.

Hình 4.36: PLC S7 1200 CPU 1212C DC/DC/DC

Van khí nén 3/2 nguồn 24V là thiết bị dùng để đảo chiều dòng khí nén và điều khiển lưu lượng khí qua van Hoạt động của van dựa trên cuộn coil, giúp đóng mở các cửa van và chuyển đổi vị trí cũng như chức năng của chúng.

▪ Các loại nút nhấn được sử dụng

Hình 4.38 : Nút nhấn Start-Stop và nút nhấn E-Stop

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Khi nắm chặt 1 khối như trong hình trên và với các định nghĩa sau:

F : Lực bám (N) à: Hệ số ma sỏt trượt giữa kẹp và phụi m: khối lượng phôi g: gia tốc trọng trường(9.8m/s^2) mg: trọng lượng phôi(N)

Các điều kiện mà phôi gia công sẽ không bị rơi là :

2 x àF > mg ( với 2 là số càng kẹp)

Với hệ số ma sỏt à = 0,1 hệ số an toàn “a” là 4 theo khuyến nghị của SMC cú

Chọn xy lanh kẹp SMC_TN25

Có kích thước thiết kế là : a mm b=3mm c=4mm d=4mm e=5mm f=6mm

= 6.48 × 10−4(𝑘𝑔) Mômen quán tính quanh trục Z1

Mômen quán tính quanh trục Z 𝐼𝐴 = 𝐼𝑍1 + 𝑚1𝑟1 2 × 10−6

Mômen quán tính quanh trục Z2

Mômen quán tính quanh trục

Như vậy, tổng mômen quán tính là:

- Khối lượng của cần để xy lanh đẩy ra là:

Với m1: khối lượng phôi m2 khối lượng xy lanh kẹp m3 khối lượng bộ phận gá

− Dựa vào bảng tra tiêu chuẩn ta chọn TN25 với các hành trình 100 , 40 ,

4.4.3 Tính toán bộ truyền đai

Vì >25 m/s nên ta chọn đai thường

Ta có đai dẹt cao su nên có hệ số trượt  = 1.15 ( Theo bảng 4,17 sách Cơ sở thiết kế máy Nguyễn Hữu Lộc) Đường kính đai lớn ta chọn 125

Tra bảng trên ta có

Ta chọn L theo chuẩn là 6300

CHỌN ĐỘNG CƠ

1 Cấu tạo động cơ bước

Động cơ bước bao gồm các bộ phận chính như stato và roto, với roto thường là nam châm vĩnh cửu hoặc các khối răng làm từ vật liệu nhẹ có từ tính trong trường hợp động cơ biến từ trở Động cơ này được điều khiển bởi một bộ điều khiển bên ngoài, cho phép nó giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào và quay đến một vị trí mong muốn Động cơ bước có thể được sử dụng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản hoặc vòng kín, nhưng cần lưu ý khi áp dụng trong hệ điều khiển vòng hở.

Khi Viện Kỹ Thuật 46 gặp tình trạng quá tải, tất cả các giá trị của động cơ sẽ bị mất, dẫn đến việc hệ thống cần phải nhận diện lại Đặc điểm nổi bật của động cơ bước là khả năng điều khiển chính xác vị trí và tốc độ, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp.

Động cơ bước hoạt động dựa trên các xung điện rời rạc và liên tiếp Khi có dòng điện hoặc điện áp được cung cấp cho cuộn dây phần ứng, roto của động cơ sẽ quay một góc xác định, được gọi là bước của động cơ.

Góc bước là góc quay của trục động cơ liên quan đến một xung điều khiển, và nó được xác định bởi cấu trúc của động cơ bước cũng như phương pháp điều khiển được áp dụng cho động cơ này.

• Tính năng mở máy của động cơ được đặc trưng bởi tần số xung cực đại có thể mở máy mà không làm cho roto mất đồng bộ

• Chiều quay động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà phụ thuộc vào thứ tự cấp xung cho các cuộn dây

2 Phân loại động cơ bước Động cơ bước được chia thành 3 loại chính là:

1 Động cơ bước biến từ trở

2 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

3 Động cơ bước hỗn hợp/lai

4.5.2 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu Động cơ bước nam châm vĩnh cửu có roto là nam châm vĩnh cửu, stato có nhiều răng trên mỗi răng có quấn các vòng dây Các cuộn dây pha có cực tính khác nhau

Nguyên lý hoạt động của động cơ bước nam châm vĩnh cửu có 2 cặp cuộn pha được trình bày ở hình:

Ban đầu, stato và roto ở vị trí phase A Khi cấp điện cho cuộn dây pha B và D, cực tính xuất hiện và do cực tính của cuộn dây pha và roto ngược nhau, roto di chuyển đến vị trí phase B on Khi cuộn dây pha B và D ngắt điện và cuộn dây A và B được cấp điện, roto lại tiếp tục di chuyển đến vị trí phase C on.

Gọi số răng trên stato là Zs, góc bước của động cơ là Sđc, góc bước của động cơ này được tính theo công thức sau:

4.5.3 Động cơ bước biến từ trở Động cơ bước biến từ trở có cấu tạo giống với động cơ bước nam châm vĩnh cửu Cấu tạo của stato cũng có các cuộn pha đối xứng nhau, nhưng các cuộn pha đối xứng có cùng cực tính khác với động cơ bước nam châm vĩnh cửu Góc bước của stato là Ss

Roto của động cơ bước biến từ trở được làm từ thép non với khả năng dẫn từ cao, cho phép nó tiếp tục quay tự do ngay cả khi mất điện trước khi dừng lại hoàn toàn.

Nguyên lý hoạt động của động cơ bước biến từ được thể hiện như hình:

Khi cấp điện cho pha A, các cuộn dây A được bố trí đối xứng với cực tính giống nhau, tạo thành các vòng từ đối xứng.

Khi cấp điện cho pha B, từ trở trong động cơ tăng lên, gây ra momen từ tác động lên trục roto, khiến roto quay theo chiều giảm từ trở Roto tiếp tục quay cho đến khi đạt được từ trở nhỏ nhất; lúc này, momen bằng không, dẫn đến việc trục động cơ dừng lại và roto đạt vị trí cân bằng mới.

Khi cấp điện cho pha C, động cơ hoạt động theo nguyên tắc tương tự và roto sẽ ở vị trí như hình c Quá trình này lặp lại liên tục, giúp động cơ quay một cách ổn định.

Viện Kỹ Thuật 50 theo thứ tự pha A  B  C Để động cơ quay ngược chiều chỉ cần cấp điện cho các pha theo thứ tự ngược lại

Gọi số pha của động cơ là Np, ổ răng trên roto là Zr, góc bước của động cơ bước biến từ trở là S ta tính được công thức sau:

4.5.4 Động cơ bước hỗn hợp Động cơ bước hỗn hợp (còn gọi là động ơ bước lai) có đặc trưng cấu trúc của động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ Stato và roto có cấu tạo tương tự động cơ bước biến từ trở nhưng số răng của stato và roto không bằng nhau Roto của động cơ bước thường có 2 phần: phần trong là nam châm vĩnh cửu được gắn chặt lên trục động cơ, phần ngoài là 2 đoạn roto được chế tạo từ lá thép non và răng của 2 đoạn roto được đặt lệch nhau

Góc bước của động cơ bước hỗn hợp được tính theo công thức:

• S là góc bước của động cơ

• Sr là góc giữa 2 răng kề nhau

Động cơ bước hỗn hợp, với Zs là số cặp cực trên stato, được sử dụng phổ biến nhờ kết hợp những ưu điểm vượt trội của động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ trở.

Động cơ bước 2 pha hiện nay rất phổ biến và có cấu trúc tương tự như động cơ bước hỗn hợp và động cơ bước nam châm vĩnh cửu Động cơ này được phân loại dựa vào cách đấu dây các cặp cực Động cơ bước đơn cực có cuộn dây pha với ba dây đầu ra, trong đó dây trung tâm được nối ra ngoài và khi cấp điện, nó được kết nối với nguồn dương, trong khi hai đầu dây còn lại nối với nguồn âm Ngược lại, động cơ bước lưỡng cực chỉ có hai đầu ra, với một đầu nối nguồn dương và đầu còn lại nối nguồn âm Mặc dù động cơ bước lưỡng cực có cấu trúc đơn giản hơn, nhưng việc điều khiển nó phức tạp hơn so với động cơ bước đơn cực.

Phương pháp điều khiển động cơ bước

Hiện nay có 4 phương pháp điều khiển động cơ bước

1 Điều khiển dạng sóng (Wave): là phương pháp điều khiển cấp xung điều khiển lần lượt theo thứ tự chon từng cuộn dây pha

2 Điều khiển bước đủ (Full step): là phương pháp điều khiển cấp xung đồng thời cho 2 cuộn dây pha kế tiếp nhau

3 Điều khiển nửa bước (Half step): là phương pháp điều khiển kết hợp cả 2 phương pháp đều khiển dạng sóng và điều khiển bước đủ Khi điều khiển theo phương pháp này thì giá trị góc bước nhỏ hơn hai lần và số bước của động cơ bước tăng lên 2 lần so với phương pháp điều khiển bước đủ tuy nhiên phương pháp này có bộ phát xung điều khiển phức tạp

CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT MÁY 54

➢ Vật liệu sử dụng trong sản xuất cơ khí: inox, sắt, thép, nhôm…

Hình 5.1 : Vật liệu sử dụng

Máy móc trong sản xuất như gia công cơ khí bằng laser và máy CNC giúp tăng tốc độ sản xuất, tiết kiệm công sức và vật liệu, đồng thời nâng cao độ chính xác, sắc nét và độ sáng bóng cho sản phẩm cuối cùng.

Hình 5.2 : Minh họa một số loại máy gia công

➢ Công nghệ ứng dụng trong quá trình sản xuất:

Công nghệ gia công không phôi bao gồm các phương pháp gia công biến dạng, gia công áp lực và gia công nóng, với các hoạt động chủ yếu như dập nguội, đúc, dập nóng, hàn, rèn, cán, ép và kéo.

- Công nghệ gia công phôi: bao gồm các hoạt động tiện, phay, mài, cắt gọt, bào…

Ngoài ra, trong quy trình sản xuất sản phẩm cơ khí, còn có nhiều công nghệ tiên tiến khác như gia công bằng sóng siêu âm, gia công bằng chùm điện tử và gia công bằng tia lửa điện Những công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và hiệu suất sản xuất.

Hình 5.3 : Minh họa một vài phương pháp gia công

QUY TRÌNH SẢN XUẤT MỘT SẢN PHẨM CƠ KHÍ

Trong một nhà máy cơ khí, quy trình sản xuất sản phẩm cơ khí như chi tiết, cụm cơ cấu và thiết bị rất phức tạp Quy trình này nhằm tạo ra sản phẩm hoàn thiện với hình dáng, kích thước và chất lượng đúng theo yêu cầu.

Quy trình sản xuất bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau như chế tạo phôi, gia công cắt gọt, gia công nhiệt, gia công hóa, lắp ráp, sửa chữa, chế tạo, phục hồi dụng cụ và vận chuyển.

Để tạo ra các chi tiết máy hoàn hảo, bước đầu tiên là nghiên cứu kỹ bản vẽ và hiểu rõ chức năng của từng bộ phận, đồng thời phân loại chúng một cách hợp lý.

Viện Kỹ Thuật 57 chú trọng vào việc thiết kế bản vẽ sao cho đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật cần thiết và phù hợp với công nghệ hiện đại trong từng thời kỳ.

5.2.2 Xác định dạng sản xuất

Gồm 3 dạng sản xuất chính là:

Sản xuất hàng khối là hình thức sản xuất mà ở đó mỗi loại sản phẩm được chế tạo với số lượng rất nhỏ, thường chỉ một hoặc vài chiếc Quá trình sản xuất này không lặp lại và thường chỉ được thực hiện một lần cho mỗi loại sản phẩm.

5.2.3 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi

Để chế tạo một chi tiết máy đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và hiệu quả kinh tế, người thiết kế quy trình công nghệ cần lựa chọn phương pháp chế tạo phôi và xác định kích thước phôi phù hợp.

5.2.3.1 Chọn Phương Pháp Chế Tạo Phôi:

Việc lựa chọn phương pháp chế tạo phôi cần dựa vào yêu cầu kỹ thuật, hình dạng và kích thước của chi tiết gia công, cùng với hình thức sản xuất và cơ sở vật chất – kỹ thuật của nhà máy sản xuất.

Khi chi tiết làm việc dưới trạng thái chịu tải phức tạp, bao gồm tải trọng thay đổi, kéo - nén, uốn và xoắn đồng thời, việc lựa chọn phôi đã qua gia công áp lực là rất quan trọng.

- Nếu chi tiết có dạng trục và tiết diện ngang ít thay đổi nên chọn phôi là thép cán

- Nếu chi tiết có yêu cầu chịu tải không phức tạp nên chọn phôi bằng phương pháp đúc

Dạng sản xuất sẽ quyết định phương pháp tạo phôi:

Khi sản xuất đơn chiếc, việc lựa chọn phương pháp tạo phôi đơn giản như rèn tự do hoặc đúc trong khuôn cát là rất quan trọng, vì điều này giúp giảm thiểu chi phí cho quá trình tạo phôi.

Khi sản xuất hàng loạt, nên ưu tiên các phương pháp tạo phôi có độ chính xác cao như dập thể tích, đúc trong khuôn kim loại hoặc đúc mẫu chảy để đạt được độ chính xác tối ưu Mặc dù chi phí cho công nghệ tạo phôi có thể cao, nhưng việc giảm lượng dư gia công cơ nhỏ giúp tiết kiệm chi phí gia công tổng thể Để đánh giá hiệu quả sử dụng vật liệu gia công, người ta sử dụng hệ số sử dụng vật liệu K.

Gph Trong đó: Gct - khối lượng của chi tiết (kg)

Gph - khối lượng của phôi (kg)

Xu hướng hiện nay tập trung vào tối ưu hóa quy trình tạo phôi để nâng cao độ chính xác về hình dạng, kích thước và chất lượng bề mặt, từ đó cải thiện năng suất sử dụng vật liệu K và giảm chi phí gia công Hệ số K không chỉ phản ánh hiệu quả sản xuất mà còn thể hiện trình độ kỹ thuật của nền công nghiệp quốc gia.

5.2.4 Xác định thứ tự các bước thực hiện

Trước khi bắt đầu tạo ra các chi tiết máy, việc xem xét kỹ lưỡng quy trình từng bước là rất quan trọng Điều này giúp đảm bảo rằng sản phẩm hoàn thành đạt chất lượng cao và được thực hiện trong thời gian ngắn nhất.

5.2.5 Chọn thiết bị nguyên công

Việc lựa chọn thiết bị và dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, năng suất và chi phí gia công Do đó, khi thiết kế quy trình sản xuất cơ khí, cần phải phân tích kỹ lưỡng để chọn lựa thiết bị và dụng cụ phù hợp.

Hình 5.5: Ảnh minh họa thiết bị nguyên công

Việc lựa chọn thiết bị, dụng cụ và gá lắp phù hợp có ảnh hưởng lớn đến chất lượng, năng suất và chi phí gia công chi tiết Do đó, trong quá trình thiết kế quy trình công nghệ gia công, cần phải phân tích và cân nhắc kỹ lưỡng để xác định và lựa chọn các yếu tố này một cách hợp lý.

Sau khi hoàn tất quy trình sản xuất cơ khí cho chi tiết máy và lựa chọn phương pháp phù hợp, chúng ta sẽ bắt đầu thực hiện và tạo ra các sản phẩm tương ứng với từng quy trình.

THI CÔNG CHẾ TẠO MÁY

5.3.1 Tấm nền Để làm tấm nền ta sử dụng loại thép C45 với độ dày là 14 mm Để có hình dạng , kích thướt và lỗ để gắn linh kiện ta dùng máy cắt lazer với những số liệu như trên bản vẽ và lỗ gắn linh kiện mà ta đã thiết kế trước đó

Hình 5.6 Hình dạng cắt của tấm nền

Hình 5.7 Minh họa gia công tấm nền

Để tiết kiệm thời gian chế tạo và nâng cao độ chính xác, việc sử dụng bộ vít me điện tích hợp servo có sẵn trên thị trường là một giải pháp hiệu quả.

Hình 5.8 Ảnh thực tế bộ vít me

Hình 5.9 Vị trí lắp đặt của bộ vít me

➢ Đồ gá: Để không bị lệch phôi trong quá trình gia công ta sử dụng đồ gá có thiết kế gồm :

Xi lanh đôi là một linh kiện phổ biến trên thị trường, có khả năng đưa ra và đưa vào để kẹp chặt phôi Với sự đa dạng về mẫu mã và chức năng, người dùng có nhiều lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình.

Và chúng ta chọn loại xi lanh đôi SMC MXS

Hình 5.12 Ảnh thực tế xi lanh và vị trí lắp trên vít me

+ Tấm kẹp và Tấm cố định phôi : loại này thì thường không có mặt trên thị trường nên ta sử dụng công nghệ phay CNC để tạo sản phẩm

Hình 5.13 Tấm cố định phôi

Hình 5.14 Vị trí lắp đặt tấm kẹp trên bàn vít-me

Bộ dao tiện ba chấu được nâng đỡ bởi trụ đỡ và được điều khiển bởi hệ thống dây đai từ động cơ Servo, tạo nên một giải pháp tiện lợi và hiệu quả trong gia công cơ khí.

Dao vát mép là một trong những loại dao phổ biến trên thị trường, mang đến nhiều sự lựa chọn cho người tiêu dùng Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào một loại dao cụ thể mà chúng tôi đã chọn.

Hình 5.16 Ảnh mô phỏng và thực tế của dao vát mép

Hình 5.17 Vị trí lắp đặt của dao vát mép

➢ Hệ thống dẫn động bằng dây đai: gồm motor, puli và dây curoa

Hình 5.18 Hệ thống dẫn động

Hình 5.19 Vị trí lắp đặt hệ thống dẫn động

MÔ PHỎNG

5.4.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng

SOLIDWORKS là phần mềm thiết kế 3D tham số được phát triển bởi công ty Dassault Systèmes và ra mắt vào năm 1995 Phần mềm này hoạt động trên hệ điều hành Windows và hiện có gần 6 triệu người dùng bản quyền trên toàn cầu, bao gồm khoảng 200.000 doanh nghiệp và tập đoàn.

5.4.2 Giới thiệu tính năng cơ bản của phần mềm:

➢ Thiết kế mô hình 3D chi tiết:

SOLIDWORKS là một trong những giải pháp phần mềm thiết kế 3D CAD hàng đầu nhờ vào tính trực quan và phương pháp xây dựng mô hình 3D tham số Phần mềm này mang lại sự nhanh chóng, dễ dàng và tiện lợi cho người sử dụng Khả năng tái sử dụng dữ liệu 2D giúp người dùng dễ dàng chuyển đổi từ các bản vẽ, phác thảo 2D thành mô hình hình học 3D Đặc biệt, SOLIDWORKS còn cho phép dựng mô hình 3D từ ảnh chụp, tạo điều kiện thuận lợi cho các hoạt động sáng tạo, đổi mới và phát triển sản phẩm.

➢ Thiết kế, lắp ghép và cụm lắp ghép:

Sau khi thiết kế xong, các chi tiết 3D có thể được lắp ráp thành bộ phận máy hoặc máy hoàn chỉnh, giúp người dùng dễ dàng chỉnh sửa và sáng tạo cho các sản phẩm mới Từ phiên bản 2019 trở lên, SOLIDWORKS đã được cải tiến với nhiều tính năng hỗ trợ lắp ghép lớn, tốc độ tải nhanh và khả năng xem bản vẽ một cách nhanh chóng.

➢ Xuất bản vẽ dễ dàng

Phần mềm SOLIDWORKS cho phép người dùng tạo hình chiếu vuông góc cho các chi tiết hoặc bản lắp, với tỷ lệ và vị trí tùy chỉnh mà không làm thay đổi kích thước.

Công cụ tự động tạo kích thước và kích thước theo yêu cầu của người dùng, cho phép nhanh chóng tạo chú thích cho các lỗ Chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học được sử dụng một cách dễ dàng.

➢ Tính nang Tab và Slot

Phần mềm SOLIDWORKS 2018 cung cấp khả năng tự động tạo các tính năng tab và slot, hỗ trợ việc tự lắp ghép các bộ phận hàn Ngoài ra, các tính năng cải tiến trong lĩnh vực kim loại bao gồm tính năng Normal Cut mới, giúp duy trì khoảng cách phù hợp cho sản xuất, cùng với khả năng uốn mới cho phép người dùng tạo ra và trải phẳng các góc uốn.

5.4.3 Mô phỏng máy vát mép

Trong quá trình mô phỏng, có các lệnh quan trọng như Animation, cho phép chạy mô phỏng với các điểm hoặc chuyển động quay của động cơ, cùng với các ràng buộc trong lắp ráp Basic Motion mang lại sự mô phỏng thực tế hơn, bao gồm lò xo, va chạm và động cơ quay Motion Analysis là phương pháp mô phỏng thực tế nhất Tab Motion Study cho phép phân tích chuyển động của các tập tin lắp ráp, trong khi Motion Manager Tree hiển thị các bộ phận, cụm chi tiết, ràng buộc và các yếu tố mô phỏng với màu sắc và góc nhìn Các nút tính toán như Play và Stop giúp xem hình ảnh động để hình dung chuyển động, trong khi nút Save Animation cho phép lưu các hình ảnh động dưới dạng video Cuối cùng, nút Results & Plots cung cấp kết quả về vận tốc, gia tốc và góc độ.

Viện Kỹ Thuật 67 cung cấp các công cụ hữu ích cho việc quản lý thời gian trong video, bao gồm nút lệnh phóng to và thu nhỏ thanh thời gian, giúp người dùng dễ dàng điều chỉnh khoảng thời gian xem Ngoài ra, nút lệnh điều chỉnh tốc độ phát lại cho phép tăng hoặc giảm tốc độ của hình ảnh động, mang lại trải nghiệm linh hoạt hơn Tính năng "Calculate" giúp người dùng tính toán chuyển động của nhiều câu lệnh và tự động cập nhật khi có thay đổi Cuối cùng, bảng thời gian (Time line) liệt kê các khoảng thời gian di chuyển, hỗ trợ người dùng theo dõi tiến trình một cách hiệu quả.

5.4.4 Mô phỏng ứng suất các chi tiết chịu lực

- Mô phỏng lực kẹp phôi

- Mô phỏng chịu lực của cán dao

- Mô phỏng chịu lực của motor tịnh tiến bàn máy

- Mô phỏng ứng suất của pass động cơ servor trục chính

Hình 5.20 Mô hình máy trên phần mêm SLW

Tiêu đề	Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Máy Tiện Vát Mép Trục Cấp Phôi Tự Động
Tác giả	Lê Cảnh Phi, Hồ Huỳnh Nhân, Nguyền Viết Hoàng
Người hướng dẫn	Th.S Vũ Thế Mạnh
Trường học	Trường Đại Học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2021
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	94
Dung lượng	4,44 MB