THUYẾT MINH đồ án môn học đề tài nghiên cứu, thiết kế và chế tạo trạm cấp phôi tự động dạng phễu sử dụng bộ điều khiển PLC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CƠ KHÍ & ĐỘNG LỰC THUYẾT MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo trạm cấp phôi tự động dạng phễu sử dụng điều khiển PLC Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN TRƯỜNG GIANG Sinh viên thực : Phạm Hồng Hiếu Lê Đức Hiếu Nguyễn Xn Hinh Ngơ Việt Hồng Vũ Tiến Anh Hà Nội – 2022 Mục Lục DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 1.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 1.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP PHÔI RỜI 1.2.1 Phôi rời 1.2.2 Cấu tạo chung hệ thống cấp phôi rời 1.2.3 Định hướng phôi rời 1.3 ĐƯA RA PHƯƠNG ÁN 1.3.1 Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay 1.3.2 Phễu cấp phôi rung động 1.3.3 Lựa chọn phương án 1.4 GIỚI THIỆU PHỄU RUNG CĨ MÁNG XOẮN VÍT 1.4.1 Phân loại phễu tròn 1.4.2 Nguyên lý vận chuyển phơi máng xoắn vít 1.4.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động phễu rung 12 CHƯƠNG – THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 13 2.1 TÍNH TỐN PHỄU 13 2.1.1 Chọn vật liệu chế tạo phễu 13 2.1.2 Các thơng số hình học phễu 13 2.2 KÍCH THUỚC ĐẾ 17 2.3 ĐỊNH HƯỚNG PHÔI TRÊN MÁNG XOẮN 17 2.3.1 Giới thiệu vấn đề định hướng phôi rời 17 2.3.2 Thiết kế cấu định hướng phôi nguyên liệu máng xoắn 18 2.4 MÁNG DẪN PHÔI 21 2.4.1 Cấu tạo máng dẫn phôi 21 2.4.2 Tính tốn máng dẫn phôi 23 2.5 TÍNH TỐN CÁC CHÂN 25 2.5.1 Kết cấu chân 25 2.5.2 Tính tốn chân 27 2.6 TÍNH TỐN NAM CHÂM ĐIỆN 29 2.6.1 Chọn số nam châm điện từ sử dụng cấu rung 29 2.6.2 Cơ cấu rung điện từ 31 2.6.3 Cơ cấu giảm chấn 35 2.6.4 MÔ HÌNH 3D PHỄU RUNG 38 CHƯƠNG – THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 39 3.1 KHÁI QUÁT VỀ PLC 39 3.1.1 Lịch sử hình thành 39 3.1.2 Các loại PLC thông dụng 39 3.1.3 Ngơn ngữ lập trình 40 3.1.4 Cấu trúc phương thức thực chương trình PLC 40 3.1.5 Ứng dụng PLC 42 3.2 LỰA CHỌN LOẠI PLC S7-1200 42 3.2.1 Cấu trúc 42 3.2.2 Phân vùng nhớ 44 3.2.3 Tập lệnh S7 – 1200 45 3.2.4 Sơ đồ đấu dây 48 3.3 PHẦN MỀM Tia – Portal v13 49 3.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP Basic 49 3.3.2 Các bước tạo project 49 3.3.3 Điều khiển phễu rung 52 3.3.4 Lập bảng địa ngõ vào thiết bị 54 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Phễu cấp phơi kiểu đĩa quay Hình 1.2 Phễu cấp phơi kiểu đĩa rung động Hình1.3 Cơ cấu cấp phơi rung động Hình 1.4 Phễu trịn hình trụ Hình 1.5 Phễu trịn hình Hình 1.6 Phễu tổ hợp Hình 1.7 Sơ đồ di chuyển phơi mặt phẳng nằm ngang Hình 1.8 Sơ đồ di chuyển phôi mặt phẳng nằm nghiêng 11 Hình 1.9 Cấu tạo phễu rung 13 Hình 2.1 Cánh xoắn vít 16 Hình 2.2 Mơ hình 2D 17 Hình 2.3 Các trạng thái phôi nguyên liệu 19 Hình 2.4 Lưu đồ di chuyển phôi 20 Hình 2.5 Sơ đồ lưu chuyển phơi nguyên liệu phễu rung 20 Hình 2.6 Sơ đồ lưu chuyển phơi ngun liệu phễu rung 21 Hình 2.7 Cấu tạo máng dẫn phôi 22 Hình 2.8 Phôi di chuyển máng dẫn nhờ trọng lượng 24 Hình 2.9 Cấu tạo máng dẫn phôi sử dụng đề tài 24 Hình 2.10 Lực tác dụng phôi trượt máng 25 Hình 2.11 Lị xo phẳng lớp 27 Hình 2.12 Lị xo phẳng nhiều lớp 27 Hình 2.13 Lị xo có tiết diện tròn 27 Hình 2.14 Thép lị xo 28 Hình 2.15 Sơ đồ tác dụng lực có nam châm điện 30 Hình 2.16 Quan hệ phụ thuộc thành phần lực P1, P2 góc nghiêng 31 Hình 2.17 : Sơ đồ tác dụng lực có ba nam châm điện 31 Hình 2.18 Cơ cấu rung điện từ nhịp 32 Hình 2.19 Tần số dao động 32 Hình 2.20 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp 33 Hình 2.21 Nam châm điện 34 Hình 2.22 Cơ cấu giảm chấn cao su 37 Hình 2.23 Cơ cấu giảm chấn lò xo 37 Hình 2.24 Mơ hình phễu rung cấp phôi 39 Hình 3.1 Sơ đồ khối PLC 42 Hình 3.2 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C AC/DC/Relay 47 Hình 3 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/Relay 48 Hình Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC 48 Hình Biểu tượng phần mềm TIA - Portal V13 49 Hình Tạo project 49 Hình Đặt tên cho dự án 50 Hình Chọn cấu hình cho thiết bị 50 Hình Thêm thiết bị 51 Hình 10 Chọn loại CPU 51 Hình 11 Một project tạo 52 Hình 12 Sơ đồ nguyên lý 52 Hình 13 Nguyên lý hoạt động phễu rung 53 Hình 14 Lưu đồ điều khiển 53 Hình 4.1 Mơ hình phễu rung cấp phơi 56 Hình 4.2 Bản vẽ lắp phễu rung cấp phơi 57 Hình 4.3 Bản vẽ đế 58 Hình 4.4 Bản vẽ đế 59 Hình 4.5 Bản vẽ đế xi lanh 60 Hình 4.6 Bản vẽ trụ xi lanh 61 Hình 4.7 Bản vẽ thân xi lanh 62 Hình 4.8 Bản vẽ giá đỡ 63 Hình 4.9 Bản vẽ giá đỡ 64 Hình 4.10 Bản vẽ lõi 65 Hình 4.11 Bản vẽ ổ tích 66 Hình 4.12 Bản vẽ phễu 67 Hình 4.13 Bản vẽ nối 68 Hình 4.14 Bản vẽ lõi thép 69 Hình 4.15 Bản vẽ chữ E 70 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Một số PLC thông dụng 40 Bảng 3.2 Một số CPU S7-1200 42 Bảng 3.3 Phân vùng nhớ 44 Bảng 3.4 Tập lệnh xử lý bít 45 Bảng 3.5 Tập lệnh Timer, Counter 46 Bảng 3.6 Tập lệnh toán học 46 Bảng 3.7 Tập lệnh di chuyển 47 Bảng 3.8 Địa đầu ra, đầu vào thiết bị 54 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 1.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG Hệ thống cấp phôi tự động cho phép chuyển máy bán tự động thành máy tự động Kết cấu hệ thống cấp phôi tự động khác nhau, chúng phụ thuộc vào dạng phôi, suất cấu trúc máy Có thể hiểu hệ thống cấp phôi tự động máy tổ hợp cấu chấp hành thực nhiều chức Cấp phôi tự động vào vùng gia cơng; xác định nhanh vị trí phôi; kẹp, chuyển phôi tháo chi tiết gia cơng Các cấu chấp hành nhìn chung thực chức Ví dụ: Ở cấu cấp phơi dạng ổ chứa (ổ tích), cấu ngắt liệu điều chỉnh số phôi chuyển từ máng tới phận cấp phơi sau chuyển phơi vào vùng gia cơng, đẩy có nhiệm vụ đẩy phơi, cữ tỳ xác định vị trí phơi cịn cấu kẹp kẹp chặt phơi cấu tháo phơi có nhiệm vụ tháo đẩy chi tiết khỏi vùng gia cơng Tồn cấu chấp hành nói tạo thành hệ thống cấp phơi tự động máy hay cịn gọi cấu cấp phôi dạng ổ chứa Hệ thống cấp phôi dạng dây chuyền tự động trang bị thêm hệ thống vận chuyển phôi từ máy sang máy khác Hệ thống cấp phôi tự động máy cần hiểu tất chủng loại kết cấu cấu cấp-tháo thực việc cấp phát tự động vật liệu gia công (phôi rời chiếc, phôi thanh, phôi dây, phôi dạng bột ) Các tên gọi khác hệ thống cấp phôi tự động dùng để chức cụ thể Ví dụ, tên gọi “cơ cấu định hướng dạng phễu” tính đặc thù cơng việc, cịn tên gọi “cơ cấu cấp phơi rung động” đặc thù định hướng chuyển động phôi tác động rung động phễu chứa Nguyên lý làm việc kết cấu hệ thống cấp phôi tự động phụ thuộc vào dạng phôi gia công, suất loại máy Vị trí lắp đặt hệ thống cấp phôi tự động phụ thuộc vào vùng làm việc máy đường dây yêu cầu nhân chủng học điều kiện làm việc thuận lợi cấu Những yêu cầu chủ yếu hệ thống cấp phôi tự động phôi rời là:  Kết cấu đơn giản  An toàn làm việc  Hệ số cấp phôi cao (xác suất cấp phôi vào vị trí đạt giá trị cao)  Có khả tích đủ số lượng phơi phễu chứa  Cấp tháo phôi thuận tiện  Bảo đảm tác dụng nhanh hành trình chạy khơng hành trình làm việc 1.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP PHƠI RỜI 1.2.1 Phơi rời Phơi rời loại phôi sử dụng phổ biến trình sản xuất hàng loạt hàng khối, loại phơi đa dạng hình dáng, phong phú chủng loại kích thước Vì vậy, việc phân loại phơi rời có ý nghĩa lớn lựa chọn cấu cấp phôi Thông thường, phôi rời phân loại theo hình dáng Trong số trường hợp dựa vào tính chất khác phơi để phân loại Một số loại phôi rời mà thường gặp thực tế sản xuất là:  Chi tiết hình trụ có chiều dài lớn đường kính (L > D) có dạng sau: - Dạng chi tiết có hai trục đối xứng vng góc - Dạng chi tiết có trục đối xứng  Chi tiết hình trụ có chiều dài gần đường kính ( L ≈ D/( L=D ± 20%) ) chi tiết có hai trục đối xứng vng góc  Chi tiết có chiều dài nhỏ đường kính L ≤ D (L = 0,8.D) chi tiết có hai trục đối xứng vng góc  Chi tiết hình trụ có mũ dạng chi tiết có trục đối xứng Ngồi ra, cịn có chi tiết dạng đĩa, bulơng, vít, ốc… 1.2.2 Cấu tạo chung hệ thống cấp phôi rời Hệ thống cấp phôi đầy đủ cần phải có thành phần sau đây: Phễu chứa phôi ổ chứa phôi Máng dẫn phôi Cơ cấu định hướng phôi Cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi Cơ cấu bắt – nắm phôi gá đặt tháo chi tiết sau gia công Mỗi thành phần hệ thống có chức nhiệm vụ định phải bố trí đồng với thể thống không gian thời gian Tuy phải thấy không thiết lúc phải có đầy đủ thành phần mà tùy thuộc vào trường hợp cụ thể mà cần số chúng Việc phân chia hệ thống thành thành phần mang tính chất tương đối người ta kết hợp với số thành phần chúng lại với theo đặc điểm hình dáng, kích thước phơi để giảm kích thước hệ thống, làm cho việc thiết kế, chế tạo lắp ráp đơn giản 1.2.3 Định hướng phôi rời Trong q trình tự động cấp phơi rời, định hướng phơi vấn đề quan trọng khó khăn Hình dáng, kích thước, trọng lượng phơi định khả tự định hướng định phương pháp định hướng hệ thống cấp phôi Những chi tiết đơn giản thường chia thành loại: Loại phơi có trục đối xứng Loại phơi có trục đối xứng trở lên Loại phơi có trục đối xứng trở lên cần định hướng lần cịn phơi có trục đối xứng thường phải định hướng lần định hướng kép Các phương pháp định hướng: Định hướng tay: Đối với chi tiết trụ dài (L/D từ 10), chi tiết trụ có L/D xấp xỉ 1, chi tiết khó định hướng tự động Định hướng tự động: bước định hướng diễn phễu kết hợp phễu máng dẫn Định hướng tự lựa: Để cho việc thiết kế hệ thống cấp phôi tự lựa dễ dàng, việc định hướng phôi thường tuân thủ số nguyên tắc sau: + Cơ cấu định hướng phải tạo điều kiện cho phơi tự nhận lấy vị trí ổn định tự nhiên q trình chuyển động + Tìm cách thu nhận lấy phơi có vị trí gạt bỏ sửa chữa lại vị trí Hình 4.2 Bản vẽ lắp phễu rung cấp phơi 57 Hình 4.3 Bản vẽ đế 58 Hình 4.4 Bản vẽ đế 59 Hình 4.5 Bản vẽ đế xi lanh 60 Hình 4.6 Bản vẽ trụ xi lanh 61 Hình 4.7 Bản vẽ thân xi lanh 62 Hình 4.8 Bản vẽ giá đỡ 63 Hình 4.9 Bản vẽ giá đỡ 64 Hình 4.10 Bản vẽ lõi 65 Hình 4.11 Bản vẽ ổ tích 66 Hình 4.12 Bản vẽ phễu 67 Hình 4.13 Bản vẽ nối 68 Hình 4.14 Bản vẽ lõi thép 69 Hình 4.15 Bản vẽ chữ E 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Địch, Tự Động Hóa Sản Xuất, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] Hồ Viết Bình, Tự Động Hóa Q Trình Sản Xuất, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật [3] Nguyễn Thiện Phúc, Robot Công Nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [4] Nguyễn Tiến Dũng, Cơ Sở Nguyên Cứu & Sáng Tạo Robot, Nhà xuất thông kê [5] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ Thống Điều Khiển Bằng Khí Nén, Nhà xuất Giáo dục [6] Đề cương giảng “Điều khiển lập trình PLC” Trường Đại Học Điện Lực Hà Nội [7] S7 – 1200 System Manual_SIEMENS 71 ... VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG Hệ thống cấp phôi tự động cho phép chuyển máy bán tự động thành máy tự động Kết cấu hệ thống cấp phôi tự động khác nhau, chúng phụ thuộc vào dạng phôi, suất cấu trúc... THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 1.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 1.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP PHƠI RỜI 1.2.1 Phơi rời 1.2.2 Cấu tạo chung hệ thống cấp phôi. .. cấp phôi tự động máy cần hiểu tất chủng loại kết cấu cấu cấp- tháo thực việc cấp phát tự động vật liệu gia công (phôi rời chiếc, phôi thanh, phôi dây, phôi dạng bột ) Các tên gọi khác hệ thống cấp