Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống tự động cấp phôi, bôi keo và sấy khô chổi khử tĩnh điện

THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống tự động cấp phôi, bôi keo và sấy khô chổi khử tĩnh điện

2 Thời gian thực hiện: 12 tháng

3 Cấp quản lý: Thành phố Cơ sở

Thuộc Chương trình (ghi rõ tên chương trình) Chế tạo Robot công nghiệp

4 Tổng vốn thực hiện đề tài: 1.426.438.000 đồng, trong đó:

Nguồn Kinh phí (triệu đồng)

- Từ Ngân sách sự nghiệp khoa học: 780.000.000

- Đơn vị chủ trì (tự có, huy động, khác…): 646.438.000

 Họ và tên: Ngô Mạnh Dũng

 Ngày, tháng, năm sinh: 27/01/1973 Giới tính: Nam

 Học hàm, học vị/ Trình độ chuyên môn: TS Cơ Điện Tử

 Chức danh khoa học: Giảng viên Điện thoại: 0919 79 64 97

 E-mail: vndungtuyen@yahoo.com ; dung.nhattinh@gmail.com

 Tên tổ chức đang công tác: ĐH Bách Khoa TP.HCM, kiêm Cố vấn kỹ thuật cho Công ty TNHH Dịch Vụ Kỹ Thuật Thương Mại Nhất Tinh

 Địa chỉ nhà riêng: 430/36 Điện Biên Phủ Phường 17, Q Bình Thạnh, TP HCM

 Họ và tên: Nguyễn Thanh Liêm

 Ngày, tháng, năm sinh: 13/03/1990 Giới tính: Nam

 Học hàm, học vị/ Trình độ chuyên môn: KS Cơ Điện Tử

 Chức vụ: Nhóm trưởng thiết kế

 Điện thoại: 0983 813 390, E-mail: liem.nhattinh@gmail.com

 Tên tổ chức đang công tác: Công ty TNHH DV-KT-TM Nhất Tinh

 Địa chỉ nhà riêng: Phường Lộc Thọ, TP Nha Trang

7 Đơn vị chủ trì thực hiện đề tài

 Tên Đơn vị Chủ trì: Công ty TNHH Dịch Vụ Kỹ Thuật Thương Mại Nhất Tinh

 E-mail: info@nhattinh.com.vn

 Số tài khoản: 3713.0.9068584 tại Kho bạcnhà nước Thành Phố Hồ Chí Minh

 Mã quan hệ ngân sách: 906 8584

 Tên cơ quan chủ quản đề tài: Sở Khoa học và Công nghệ TP HCM

 Tên cơ quan quản lý đề tài: Sở Khoa học và Công nghệ TP HCM

8 Các thành viên tham gia thực hiện đề tài:

STT Họ và tên Đơn vị công tác

Nội dung công việc tham gia

TG làm việc cho ĐT (Số tháng quy đổi 1 )

1 TS Ngô Mạnh Dũng Cố vấn kỹ thuật

2 ThS Lê Anh Tuấn Cty Nhất Tinh Trưởng nhóm cơ -điện 6

3 ThS Nguyễn Đức Hoàng Cố vấn Kỹ Thuật

Cty Nhất Tinh Nhóm Điện 6

4 KS Nguyễn Thanh Liêm Cty Nhất Tinh Nhóm Điện 6

1 Một (01) tháng quy đổi là tháng gồm 22 ngày làm việc x 8 tiếng

5 KS Võ Huỳnh Minh Cty Nhất Tinh Nhóm Cơ 6

6 KS Trần Hiếu Thuận Cty Nhất Tinh Nhóm Điện 6

7 KS Mai Xuân Nghĩa Cty Nhất Tinh Nhóm Điện 12

8 ThS Nguyễn Thành Trí Cty Nhất Tinh Nhóm Cơ 12

9 KS Đặng Thị Mỹ Hạnh Cty Nhất Tinh Nhóm Cơ 12

10 KS Nguyễn Đức Huy Cty Nhất Tinh Nhóm Điện 12

9 Tóm tắt tiến độ các nội dung theo đăng ký ban đầu của đề tài

Các nội dung đăng ký ban đầu theo Thuyết minh và hợp đồng:

STT Nội dung công việc Giai đoạn 1

1 ND 1: Khảo sát nhu cầu – yếu tố đầu vào

– yêu cầu kỹ thuật thực tế GĐ 1 100

2 ND 2: Nghiên cứu thực nghiệm (R&D) GĐ 1 100

3 ND 3: Xây dựng sơ đồ động học tổng quát GĐ 1 100

4 ND 4: Tính toán động lực học GĐ 1 100

5 ND 5: Thiết kế cơ khí GĐ 1 100

6 ND 6: Xây dựng lưu đồ điều khiển GĐ 1 100

7 ND 7: Lập trình điều khiển GĐ 1 GĐ 2 100

8 ND 8: Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết cho các cụm GĐ 2 100

9 ND 9 : Gia công chi tiết GĐ 2 100

11 ND 11: Thiết kế-chế tạo thiết bị kiểm nghiệm độ bền kéo sản phẩm GĐ 1 100

12 ND 12: Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh GĐ 2 100

13 ND 13: Viết báo cáo và hoàn chỉnh hồ sơ GĐ 2 100

10 Sản phẩm đề tài theo đăng ký ban đầu (ghi rõ các thông số kỹ thuật, chỉ tiêu chất lượng, giá dự kiến theo đăng ký ban đầu)

10.1 Hệ thống tự động cấp phôi, bôi keo và sấy khô chổi khử tĩnh điện với các đặc tính sau:

 Máy phải chạy tự động hoàn toàn liên tục được 20 phút cho một lần nạp phôi

Bôi keo tại 6 vị trí, bao gồm 2 vị trí đầu và 4 vị trí cạnh bên Lưu ý rằng keo không được dính lên phần lông, và lượng keo phải được rải đều trên toàn bộ chiều dài Cần tránh tình trạng dồn keo hoặc ứ đọng tại một vị trí nào đó.

 Tổng lượng keo bôi lên chi tiết có thể điều chỉnh được, sai số ≤ 10mg

 Chiều dài và tốc độ bôi keo cạnh bên có thể điều chỉnh được trong phạm vi từ 5 – 20 mm, sai số kích thước ≤ 1mm

Sản phẩm đầu ra của máy cần được sấy khô keo tại các vị trí bôi keo, đảm bảo không ảnh hưởng đến chất lượng của sợi lông tổng hợp.

 Chất lượng sản phẩm sau cùng đạt chỉ tiêu độ bền kéo (10N-15N)

 Năng suất 6 sản phẩm/phút

 Kích thước dự kiến tổng thể của sản phẩm (dài x rộng x cao: 2.500 x 1.200 x 1.700)

 Có màn hình giao diện điều khiển thân thiện, dễ dàng thao tác cài đặt thông số và vận hành máy

 Máy vận hành tự động hoàn toàn, có chức năng báo hiệu khi hết phôi và hết keo

 Máy sử dụng trong môi trường công nghiệp

 Thành phẩm của hệ thống phải được đưa vào thùng chứa

10.2 “ Giải pháp hữu ích cho máy tự động cấp phôi, bôi keo và sấy khô chổi khử tĩnh điện”

NỘI DUNG THỰC HIỆN

NỘI DUNG 1: Khảo sát nhu cầu – yếu tố đầu vào – yêu cầu kỹ thuật thực tế 12 1 Giới thiệu về đối tượng của đề tài

I.1.1 Tổng quan về kỹ thuật in

Kỹ thuật in NIP, hay in không dùng bản in, là phương pháp in tiên tiến không cần bản in "cứng" như các kỹ thuật truyền thống, cho phép in ấn các hình ảnh đa dạng trên giấy một cách hiệu quả.

Kỹ thuật in NIP (Non-Impact Printing) là phương pháp xử lý và xuất dữ liệu số thông qua máy in ma trận điểm, được điều khiển bởi máy tính trung tâm Trong hệ thống này, chữ được kiểm soát bằng điện tử và thông tin được truyền lên giấy qua dải ruy băng mực Kỹ thuật Electrophotography (in tĩnh điện) đã nâng cấp quy trình, loại bỏ việc truyền thông tin qua chữ in hay đầu kim, thay vào đó sử dụng ống quang dẫn phủ chất nhạy sáng Khi tia laser chiếu lên ống, hình ảnh được truyền mà không cần áp lực, thông qua các photon, và được lưu trữ trên ống trung gian Cuối cùng, hình ảnh được chuyển lên giấy bằng loại mực đặc biệt, tạo nên sự tiếp xúc chỉ giữa ống mang mực và giấy, đánh dấu bước khởi đầu của kỹ thuật in không dùng bản in.

I.1.2 Giới thiệu về kỹ thuật in tĩnh điện (electrophotography)

Kỹ thuật electrophotography, được phát minh bởi Chester Carlson vào năm 1939 và được cấp bằng sáng chế, là phương pháp in không bản phổ biến nhất hiện nay, thường được sử dụng trong các máy in và máy photo văn phòng.

Năm 1942, phần đại cương đã tổng quan về kỹ thuật và lịch sử hình thành của electrophotography, đồng thời giải thích các ảnh hưởng cơ học cơ bản Bên cạnh đó, bài viết cũng đề cập đến một số ứng dụng của kỹ thuật electrophotography trong in NIP.

Nguyên lý của kỹ thuật electrophotography (in tĩnh điện): quá trình in này có thể

15 được chia làm 5 giai đoạn:

Ghi hình là quá trình sử dụng nguồn sáng điều khiển được để tích điện tuần tự theo biên dạng hình ảnh cần ghi, có thể áp dụng tia laser hoặc ánh sáng từ đèn LED.

Mực được cung cấp từ hệ thống cấp mực có kích thước rất nhỏ, khoảng 8µm, và mang điện tích dương Do đó, mực sẽ bám dính vào vùng có điện tích âm trên hình ảnh đã được ghi lại.

 Truyền mực (in): Mực in trên ống dẫn được truyền sang giấy chủ yếu bởi áp lực tiếp xúc giữa 2 bề mặt

Thiết bị ổn định mực (toner) giúp mực bám chắc trên giấy bằng cách sử dụng phương pháp nung nóng và tạo áp lực ép lên bề mặt giấy.

Để đảm bảo chất lượng in ấn, việc làm sạch ống quang dẫn là rất quan trọng Sau khi hình ảnh được truyền lên giấy, ống quang dẫn thường còn sót lại điện tích và mực dư Do đó, cần thực hiện quy trình làm sạch bề mặt ống quang dẫn trước khi tiến hành in lần tiếp theo.

Hình I.1: Năm giai đoạn in tĩnh điện

I.1.3 Giới thiệu cấu tạo cơ bản của máy in tĩnh điện (máy in văn phòng)

Một máy in văn phòng thông thường sẽ gồm những thành phần cơ bản sau:

 Ống quang dẫn (Photo conductive drum)

 Thiết bị tạo tĩnh điện (Coating ZnSt on drum, charging unit)

 Thiết bị tạo hình ảnh tĩnh điện (Laser irradiation unit)

 Thiết bị cấp mực (Development unit)

 Thiết bị tạo tĩnh điện cho giấy và cấp giấy in (Transfering toner to paper)

 Thiết bị ổn định mực (Fix unit)

 Thiết bị làm sạch (Removal of residual toner from drum)

 Thiết bị khử tĩnh điện và vệ sinh giấy sau khi in

Sản phẩm này có chức năng bôi keo cho chổi khử tĩnh điện, giúp hiệu quả trong việc làm sạch và khử tĩnh điện cho giấy sau khi in.

Hình I.2: Cấu tạo cơ bản máy in tĩnh điện

I.1.4 Chổi khử tĩnh điện a Định nghĩa: Chổi khử tĩnh điện là thiết bị có chức năng làm sạch bề mặt chi tiết mà không tạo ra hiện tượng nhiễm tĩnh điện b Phân loại: Có rất nhiều mẫu mã khác nhau của chổi khử tĩnh điện, tùy thuộc vào đối tượng và môi trường làm việc Tuy nhiên có thể chia làm 3 loại chính sau:

 Chổi dẫn điện (Conductive brushes): có điện trở rất nhỏ, nhờ vậy dòng điện của vật thể sẽ được dẫn nhanh xuống đất

Chổi tiêu tán tĩnh điện có điện trở cao, giúp giảm dòng điện truyền xuống đất, từ đó hạn chế tác động lên các vật thể cần khử tĩnh điện.

 Chổi dẫn điện thấp (Low charging brushes): được làm bằng vật liệu gần với mức trung tính trong biểu đồ điện ma sát (Hình I.3), trong quá trình ma sát

17 không cho hoặc nhận thêm electron

Hình I.3: Biểu đồ điện ma sát

Khi 2 vật liệu trên hình ma sát với nhau, vật liệu càng gần trên đỉnh biểu đồ (Positive) sẽ nhiễm điện dương, vật liệu càng gần cuối biểu đồ (Negative) sẽ nhiễm điện âm

Hình I.4: Các mẫu chổi khử tĩnh điện của hãng Gordon Brush (Mỹ) c Cấu tạo: Chổi khử tĩnh điện gồm 2 thành phần chính

 Sợi lông chổi: có thể làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau

 Sợi tự nhiên: lông dê, lông ngựa,…

 Sợi tổng hợp: nylon dẫn điện, sợi cacbon, Thunderon, Satigo9,…

 Sợi kim loại: đồng thau, đồng thiếc phốt pho, thép không gỉ,…

 Thân chổi: có kích thước và hình dạng tùy thuộc vào mục đích sử dụng, được làm bằng những vật liệu sau:

 Gỗ: dùng cho loại chổi dẫn điện thấp

 Nhôm, thép không gỉ, nhựa tổng hợp: dùng cho loại chổi dẫn điện

 Nhựa: dùng cho loại chổi tiêu tán tĩnh điện

Hình I.5: Hình dạng và cấu tạo của chổi

I.1.5 Quy trình sản xuất chổi khử tĩnh điện (mẫu phôi sử dụng cho sản phẩm của đề tài) Đề tài nghiên cứu và thiết kế chế tạo hệ thống cấp phôi, bôi keo và sấy khô keo tự động cho một loại chổi khử tĩnh điện (thuộc loại chổi dẫn điện) sử dụng trong máy in - máy photocopy, điện tích trên giấy và mực in là rất nhỏ, tuy nhiên việc khử tĩnh điện phải được thực hiện nhanh chóng nếu không giấy sẽ bám dính vào nhau và mực in thừa bị lem gây hỏng giấy in

Công ty TNHH Tsuchiya Việt Nam, một doanh nghiệp Nhật Bản và là khách hàng truyền thống của công ty TNHH DVKT TM Nhất Tinh, chuyên sản xuất linh kiện phụ trợ cho ngành công nghiệp ô tô cũng như máy in và máy photo Quy trình sản xuất của công ty được thể hiện rõ ràng qua sơ đồ dưới đây.

Hình I.6: Quy trình sản xuất chổi khử tĩnh điện Theo quy trình, chổi khử tĩnh điện sẽ được sản xuất liên tục qua các công đoạn sau:

1 Công đoạn tạo sợi tổng hợp dẫn điện từ sợi nhựa tổng hợp qua công nghệ xử lý đặc biệt

2 Công đoạn tạo thân chổi nhờ công nghệ đùn theo khuôn

3 Công đoạn dệt sợi tổng hợp vào thân chổi

4 Công đoạn may để giữ sợi tổng hợp vào thân chổi

5 Công đoạn bôi keo tổng hợp dạng nước để cố định sợi tổng hợp và đường may chống bị bung trong quá trình sử dụng sau này

6 Công đoạn sấy để khô keo

I.1.6 Công đoạn bôi keo và sấy thủ công

CÔNG TY TNHH TSUCHIYA TSCO (VIỆT NAM), được thành lập vào ngày 12-07-2002 và có địa chỉ tại Số 5, Đại lộ Độc Lập, VSIP, Thuận An, tỉnh Bình Dương, Việt Nam, hiện vẫn chưa áp dụng quy trình bôi keo và sấy tự động cho sản phẩm chổi khử tĩnh điện Các công đoạn 5 và 6 trong quy trình sản xuất sản phẩm này vẫn được thực hiện thủ công theo trình tự nhất định.

NỘI DUNG 2: Nghiên cứu thực nghiệm (R&D)

II.1 Nghiên cứu – thực nghiệm cho cụm cấp phôi

Nghiên cứu và thực nghiệm phương án sử dụng cơ cấu bậc thang nhằm tách nhóm và tách đơn chiếc, đồng thời định vị ba bậc tự do tịnh tiến của phôi từ một thùng chứa ngẫu nhiên Phương pháp này giúp tối ưu hóa quá trình tách biệt và định vị, mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý phôi.

Hình II.1: Thử nghiệm cơ cấu bậc thang

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành gia công và thử nghiệm cơ cấu bậc thang tách phôi, sử dụng vật liệu teflon để giảm thiểu ma sát trong quá trình tách phôi Qua các thử nghiệm, một số đặc điểm nổi bật đã được ghi nhận.

Đầu vào cần được định hướng và phân loại thành các nhóm cụ thể; nếu đầu vào không có sự tổ chức và ngẫu nhiên, sẽ khó khăn trong việc tách biệt do độ cứng của phôi rất thấp Do đó, việc có người phụ trách sắp xếp đầu vào là rất cần thiết.

 Khó định vị khi phôi ra khỏi cụm tách

Nghiên cứu – thực nghiệm phương án “Dùng nguyên lý trọng lực để di chuyển

32 phôi, dựa vào máng dẫn phôi có khả năng khống chế 2 bậc tự do tịnh tiến và 3 bậc tự do xoay”

Hình II.2: Máng dẫn phôi

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm phương án sử dụng máng dẫn phôi và cơ cấu tách phôi, nhưng nguyên lý trọng lực không phù hợp với hình dạng đặc thù của phôi do một số nguyên nhân.

 Phần lông chổi mềm  khi xếp chồng lên nhau dễ làm cho phôi bị nghiêng hoặc xoay đảo chiều

 Một số phôi bị cong vênh do quá trình dập cắt từ thanh dài (quy trình sản xuất)

Hình II.3: Phôi bị cong vênh

Nghiên cứu thực nghiệm phương án sử dụng khay chứa phôi với rãnh theo đúng biên dạng ngoài của phôi nhằm khống chế 3 bậc tự do xoay và 2 bậc tự do tịnh tiến Phương án này cho phép chuyển phôi bằng cách di chuyển khay chứa và tác động lên 1 bậc tự do tịnh tiến còn lại, giúp nâng cao hiệu quả trong quá trình xử lý phôi.

 Dễ dàng khống chế phôi khi chuyển sang khâu tiếp theo

 Tốn nhân công sắp phôi vào khay

Hình II.4: Khay chứa phôi

Phân tích lựa chọn phương án :

Sau khi thực nghiệm ba phương án, nhóm nghiên cứu xác định phương án tối ưu là phương án 3, trong đó sử dụng khay chứa phôi với rãnh phù hợp với biên dạng ngoài của phôi Phương án này giúp khống chế ba bậc tự do xoay và hai bậc tự do tịnh tiến, đồng thời cho phép chuyển phôi bằng cách di chuyển khay chứa và tác động lên một bậc tự do tịnh tiến còn lại Do đó, nhóm đã quyết định lựa chọn phương án này để thiết kế cụm cấp phôi.

II.2 Nghiên cứu – thực nghiệm cho cụm bôi keo

Nhóm nghiên cứu sẽ tự thiết kế và thử nghiệm cơ cấu bôi keo nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế đã được đề ra.

Thiết bị bôi keo dùng nguyên lý bơm định lượng, thực hiện theo chu trình sau:

Trong trạng thái ban đầu, van điều khiển được đặt ở vị trí 1, đóng tất cả các cửa Do áp suất khí tác động lên pittong bằng môi trường bên ngoài, ống bơm keo không hoạt động.

Quá trình bơm keo bắt đầu khi van điều khiển được chuyển sang vị trí 2, cho phép áp lực khí nén tác động lên pittong của ống bơm Dưới tác động của áp lực này, keo sẽ được đẩy ra khỏi ống bơm Lượng keo được bơm ra phụ thuộc vào mức áp lực được điều chỉnh qua van điều áp và thời gian bơm được kiểm soát bởi bộ điều khiển.

 Quá trình hút chân không: có tác dụng thu hồi lượng keo dư ở đầu kim bơm khi

Quá trình bơm keo được ngưng lại khi van điều khiển chuyển sang vị trí 3, áp lực khí nén tác động lên van chân không, tạo ra áp suất âm để hút keo ngược vào ống bơm Lượng keo được hút ngược phụ thuộc vào thời gian điều khiển Sau khi hoàn tất quá trình hút, van điều khiển sẽ trở về trạng thái ban đầu.

Hình II.5: Sơ đồ khí nén thiết bị bơm keo

II.3 Nghiên cứu – thực nghiệm cho cụm sấy

Cụm sấy sẽ được thực nghiệm và hiệu chỉnh trên máy đã lắp ráp

1: Cụm đèn sấy khôi keo 4: Cơ cấu chứa phôi

2: Bánh xích 5: Motor truyền động xích tải

3: Phôi 6: Cụm quạt làm nguội và khôi keo

Hình II.6: Hệ thống sấy sau khi bôi keo

NỘI DUNG 3: Xây dựng sơ đồ động học tổng quát

III.1 Sơ đồ nguyên lý tổng quát hệ thống tự động cấp phôi, bôi keo, sấy khô chổi khử tĩnh điện

III.2 Xây dựng sơ đồ động học cho cụm cấp phôi

Phôi được lưu trữ trong khay trung gian, và người dùng sắp xếp nhiều khay vào vị trí quy định của máy Tại vị trí này, cơ cấu tách khay đảm nhận nhiệm vụ cung cấp từng khay cho bộ phận chuyển phôi.

Bộ phận chuyển phôi sử dụng cơ cấu vít me bi và đai ốc kết hợp với động cơ servo để điều khiển vị trí Nó di chuyển phôi trên khay đến vị trí gạt vào cụm tiếp theo một cách chính xác.

Khi khay trống được sử dụng, bộ phận chuyển phôi sẽ vận chuyển khay tới khâu cuối cùng và đặt lên bộ phận chứa khay trống, sau đó trở về vị trí ban đầu để lấy phôi tiếp theo.

Cơ cấu chứa khay trống hạ xuống theo khoảng cách bằng chiều cao của khay để chờ nhận thêm khay trống mới

Hình III.1: Sơ đồ động học cụm cấp phôi

III.3 Xây dựng sơ đồ động học cho cụm bôi keo

Bộ phận di chuyển ống bơm keo sử dụng cơ cấu vít me bi và động cơ bước để điều khiển vị trí chính xác Khi xy lanh đẩy ống bơm vào vị trí làm việc, van điện từ sẽ kích hoạt bơm keo, cho phép động cơ di chuyển cụm để thực hiện quy trình bôi keo theo cài đặt đã được lập trình trước.

Khoảng cách bôi, tốc độ, cách bôi (kéo qua lại, bôi 1 lần, ) được cài đặt trước trên màn hình giao diện điều khiển

Hình III.2: Sơ đồ động học cụm bôi keo cạnh

Hình III.3: Sơ đồ động học cụm bôi keo đầu

Cơ cấu bôi keo đầu có thiết kế đơn giản, sử dụng xy lanh để di chuyển ống bơm keo đến vị trí làm việc Sau đó, van điện từ được kích hoạt để điều khiển quá trình bơm keo.

Thông số bôi keo gồm áp lực bơm và thời gian bơm keo, 2 yếu tố này được người dùng cài đặt trước

III.4 Xây dựng sơ đồ động học cho cụm sấy

Hình III.4: Sơ đồ động học cụm sấy và cụm đĩa xoay cấp phôi

Khi đĩa xoay đưa phôi đến vị trí cuối tại cụm sấy, xy lanh khí nén sẽ mở ngàm kẹp phôi Tiếp theo, xy lanh tại cụm sấy sẽ kéo phôi vào ngăn chứa trên xích tải.

Xích tải di chuyển từng nấc để lần lượt chứa phôi

Quá trình sấy được thực hiện thông qua hệ thống đèn sấy khô kết hợp với quạt gió, trong đó cường độ sáng của đèn và lưu lượng gió của quạt là những thông số quan trọng Thời gian sấy được xác định cố định, dựa trên số lượng ngăn chứa trên xích tải và chu kỳ lấy phôi không thay đổi.

NỘI DUNG 4: Tính toán động lực học

IV.1 Tính toán động lực học cho cụm cấp phôi

1: Khay mica 2: Servo motor 3: Gối dẫn hướng 4: Vít me

Hình IV.1: Cụm cấp phôi

Vít me được điều khiển bởi một servo motor thông qua bộ truyền đai với tỷ số truyền u = 1 Sau khi hoàn thành thiết kế, các thông số cần thiết cho quá trình tính toán đã được xác định.

 Tổng khối lượng của khay mica và gối trượt: W = 2,8 kg

 Hệ số ma sát của bộ ty trượt dẫn hướng: = 0,02

 Hiệu suất của bộ truyền vít me: = 0,8

 Vít me: Bước vít l = 6 mm, đường kính danh nghĩa, DN = 16 mm, trọng lượng

Theo [6], momen cần thiết trên trục motor để di chuyển các khay mica là:

Trong đó: là tổng tải dọc trục và tải ma sát trên cơ cấu dẫn hướng là tải preload

Với = + = 0 + 0,02.2,8 = 0,056 (Fbm là tải dọc trục, do không có tải dọc trục nên Fbm = 0)

Hình IV.2: Đặc tính vận tốc chuyển động của vít me

Servo tăng tốc giúp gối dẫn hướng đạt tốc độ ổn định và giảm tốc cho đến khi dừng lại tại khoảng cách 16,2mm giữa hai chổi trên khay Mỗi chu trình bôi keo kéo dài 9 giây, trong đó gối dẫn hướng đạt vị trí cần thiết sớm hơn 1 giây, và thời gian tăng tốc chỉ chiếm 1/8 quãng thời gian Do đó, mỗi chu kỳ hoạt động của servo kéo dài 8 giây, bao gồm 1 giây tăng tốc và 1 giây giảm tốc.

Trong 8s, đai ốc của vít me phải di chuyển một đoạn 16,2 mm, với bước vít l = 6 mm, suy ra vít me phải chuyển động với vận tốc:

Theo Hình IV.2, khoảng thời gian tăng tốc và giảm tốc là như nhau, do đó vận tốc lớn nhất mà vít me cần đạt được là n = 2,12 rad/s Từ đó, ta có thể xác định gia tốc góc của servo.

Momen quán tính của vít - me:

Momen quán tính của tải:

Dựa vào thiết kế trên Solidwork, ta xác định được tổng momen quán tính của hai pulley truyền động là:

Vậy momen quán tính của tải là:

= + + = 0,016 + 2,6 10 + 1,14 10 = 0,017 (IV.11) Gọi I0 là momen quán tính của motor Vậy tổng momen quán tính của hệ là:

(IV.12) Chọn hệ số an toàn là = 2, ta tính momen cần thiết cho motor:

= = ( + 0,017)2,12 = 2,12 + 0,036 (IV.14) Chọn motor có Rate torque > 20,14 , cho phép momen quán tính 0,017 kgf.mm.s 2 và có Peak torque > 2,12 + 0,036

IV.2 Tính toán động lực học cho cụm bôi keo

1: Trục chính 2: Đĩa xoay 3: Pulley bị động 4: Pulley chủ động 5: Servo motor

Hình IV.3: Cụm bôi keo

Đĩa xoay được vận hành bởi một servo motor thông qua bộ truyền đai với tỷ số truyền u = 0,5 Sau khi hoàn tất thiết kế, các thông số cần thiết cho quá trình tính toán đã được xác định.

 Momen quán tính của đĩa xoay: = 2,19

 Momen quán tính của trục chính: = 0,13

 Momen quán tính của pulley bị động: = 13,9 10

 Momen quán tính của pulley chủ động: = 8,6 10

Momen cần thiết trên trục motor để di chuyển các khay mica là:

Để thực hiện tác vụ bôi keo, đĩa xoay sẽ quay một góc π/2 (rad) sau mỗi 2 giây, giúp chuyển chổi đến các trạm bôi keo Thời gian di chuyển giữa các trạm là 1 giây, trong đó thời gian tăng tốc và giảm tốc mỗi giai đoạn chiếm 1/5 quãng thời gian, tức là 0,2 giây cho mỗi giai đoạn Do đó, mỗi chu kỳ hoạt động của servo kéo dài 1 giây, bao gồm 0,2 giây tăng tốc và 0,2 giây giảm tốc.

Động cơ servo điều khiển đĩa quay thông qua bộ truyền đai với tỷ số truyền u = 0,5, tạo ra đặc tuyến vận tốc như thể hiện trong Hình IV.5.

Hình IV.5: Đặc tuyến chuyển động của motor Gia tốc góc của servo là:

Momen quán tính của tải là:

= (2.2,19 + 0,13 + 13,9 10 )0,5 + 8,6 10 = 1,13 (IV.17) Gọi I0 là momen quán tính của motor Vậy tổng momen quán tính của hệ là:

Chọn hệ số an toàn là = 2, ta tính momen cần thiết cho motor:

Chọn motor có Rate torque > 10 , cho phép momen quán tính 1,13 kgf.mm.s 2 và có Peak torque > 5 + 5,65

IV.3 Tính toán động lực học cho cụm dỡ phôi

1: Motor step 2: Vít me M16 B5 3: Gối dẫn hướng 4: Bộ khay Mica 5: Đế đỡ khay Mica

Cụm dỡ phôi sử dụng vít me được điều khiển bởi một motor bước thông qua một nối trục Sau khi hoàn tất thiết kế, chúng ta thu thập được các thông số cần thiết để phục vụ cho quá trình tính toán.

 Hệ có thể chứa được 15 khay Mica.Tổng khối lượng của 15 khay mica và gối trượt: W = 11,8 kg

 Hệ số ma sát của bộ ty trượt dẫn hướng: = 0,02

 Hiệu suất của bộ truyền vít me: = 0,8

 Vít me: Bước vít l = 5 mm, đường kính danh nghĩa DN = 16 mm, trọng lượng

Theo [6], momen cần thiết trên trục motor để di chuyển các khay mica là:

Trong đó: là tổng tải dọc trục và tải ma sát trên cơ cấu dẫn hướng là tải preload

Khay mica có chiều cao 27,5mm và bước vitme 5mm Khi vít me quay 5,5 vòng, khay sẽ di chuyển xuống vị trí cho phép đặt khay mới lên Thời gian thực hiện chuyển động này được chọn là 30 giây Tốc độ hoạt động của motor sẽ được tính toán dựa trên các thông số trên.

Khi hoạt động với tốc độ thấp, lực quán tính có thể được bỏ qua Để đạt được hiệu suất tối ưu, cần chọn motor có đặc tính vận tốc – mô men phù hợp, ví dụ với n = 11 vòng/phút, motor sẽ tạo ra mô men cần thiết cho ứng dụng.

Chọn hệ số an toàn là = 2, ta tính momen cần thiết cho motor:

= = ( + 0,017)2,12 = 2,12 + 0,036 (IV.28) Chọn motor có Rate torque > 20,14 , cho phép momen quán tính 0,017 kgf.mm.s 2 và có Peak torque > 2,12 + 0,036

NỘI DUNG 5: Thiết kế cơ khí (xem thêm chi tiết trong phụ lục bản vẽ)

V.1 Thiết kế cơ khí cụm cấp phôi

1: Khay chứa phôi 5: Cụm di chuyển khay chứa phôi

2: Cơ cấu tách khay chứa phôi 6: Cơ cấu chứa khay trống

3: Motor – cơ cấu truyền đai quay trục vít 7: Motor truyền động trục vít cụm chứa khay trống 4: Xi lanh nâng khay chứa phôi

Kiểm nghiệm chi tiết số 5- Linear bearing LMUW-N20 (nhà cung cấp Misumi) theo tài liệu tham khảo [2]:

 Máy hoat động 24h / 1 ngày Ta kiểm nghiệm độ bền của Linear bearing trong vòng 5 năm, tương đương thời gian làm việc là L0 = 24.365.5 = 43800 (h)

 Chế độ tải: tĩnh, P = 28N (tương đương tổng khối lượng của khay mica và gối trượt)

Trong quá trình thao tác, mỗi khay chứa 15 chổi và thời gian thao tác cho mỗi khay là 9 giây, tổng thời gian cho một khay là 135 giây Sau 135 giây, cụm cấp phôi sẽ thay khay, cho phép bộ dẫn hướng thực hiện một stroke mới Do đó, số stroke thực hiện trong 1 phút là 0,44.

 Độ cứng của trục dẫn hướng: HRC60

Với các thông số trên, thời gian sống của Linear bearing được tính theo công thức:

(V.2) trong đó: o = 1, là hệ số độ cứng (trang 18, [2]) o = 1, là hệ số nhiệt độ, ở đây ta cho nhiệt độ của hệ dẫn hướng là ≤

Hệ số tiếp xúc được xác định là 1, trong khi hệ số tải trọng là 1.2, được áp dụng cho chế độ tải tĩnh và vận tốc dưới 15 m/phút Do Lh lớn hơn L0, Linear bearing được lựa chọn đáp ứng đầy đủ yêu cầu đề ra.

Kiểm nghiệm chi tiết số 3 – Ray trượt MGW12C (nhà cung cấp Hiwin) theo tài liệu tham khảo [3]:

 Máy hoat động 24h / 1 ngày Ta kiểm nghiệm độ bền của ray trượt trong vòng 5 năm, tương đương L0 = 24.365.5 = 43800 (h)

Chế độ tải trong hệ thống ray trượt là dao động nhẹ, với lực tải chủ yếu do trọng lượng của các chi tiết gá trên con trượt Theo phân tích bằng phần mềm Solidworks, lực tải được xác định là P = 5 N.

 Số stroke trong 1 phút: Cứ 9s thì xi lanh 1 sẽ kéo để đẩy chổi vào cụm bôi keo, do đó Nl = 6,7

 Độ cứng của ray: HRC60

1: Xi lanh gạt phôi 3: Ray trượt – con trượt dẫn hướng 2: Xi lanh nâng hạ que gạt phôi 4: Que gạt phôi

Hình V.2: Cơ cấu đẩy phôi Với các thông số trên, thời gian sống của ray trượt được tính theo công thức:

100 0 C (trang 5, [3]) o = 1.5, là hệ số tải trọng, được chọn với chế độ tải dao động nhẹ và vận tốc ≤ 60 m/phút (trang 5, [3])

49 o Vì Lh > L0 nên ray trượt được chọn là thỏa yêu cầu đề ra

Một số chi tiết cụm cấp phôi:

Hình V.3: Gối đỡ bạc đạn trục vít me bi Hình V.4: Gối linear bushing

Hình V.5: Đòn bẩy Hình V.6: Đầu xi lanh

V.2 Thiết kế cơ khí cụm bôi keo

Kiểm nghiệm chi tiết số 2 – Ray trượt MGN9C (nhà cung cấp Hiwin) theo tài liệu tham khảo [3]:

Chế độ tải của hệ thống là dao động nhẹ, với lực tải chủ yếu từ trọng lượng của các chi tiết gá trên con trượt của bộ ray trượt Sử dụng phần mềm Solidworks, lực tải được xác định là P = 6 N.

 Số stroke trong 1 phút: Nl = 6,7

1: Ống bơm keo 3: Xi lanh đẩy cụm bôi keo

2: Ray trượt – con trượt dẫn hướng 4: Cơ cấu chỉnh vị trí

Hình V.7: Cụm bôi keo đầu Với các thông số trên, thời gian sống của ray trượt được tính theo công thức:

Hệ số tải trọng được chọn là 1.5 cho chế độ tải dao động nhẹ và vận tốc tối đa 60 m/phút Do Lh lớn hơn L0, bộ ray trượt được lựa chọn đáp ứng các yêu cầu đề ra.

1: Ống bơm keo 5: Ray trượt – con trượt dọc chiều bôi keo 2: Cơ cấu chỉnh vị trí 6: Vít me bi – đai ốc

3: Xy lanh đẩy cơ cấu bôi keo 7: Bộ truyền đai răng định thì

4: Ray trượt – con trượt ngang 8: Motor bước truyền động bôi keo

Hình V.8: Cụm bôi keo cạnh

 Kiểm nghiệm chi tiết số 5 – Ray trượt MGN12C (nhà cung cấp Hiwin) theo tài liệu tham khảo [3]:

Chế độ tải của bộ ray trượt chủ yếu là tĩnh, với lực tải chính là trọng lượng của các chi tiết gá trên con trượt Sử dụng phần mềm Solidworks, lực tải tác động lên một con trượt được xác định là P = 15 N.

 Số stroke trong 1 phút: Nl = 6,7

Với các thông số trên, thời gian sống của ray trượt được tính theo công thức:

2.30.6,7.60 = 278 10 (ℎ) (V.8) trong đó: o = 1, là hệ số độ cứng (trang 5, [3]) o = 1, là hệ số nhiệt độ, ở đây ta cho nhiệt độ của hệ dẫn hướng là ≤

Hệ số tải trọng 100 0 C (trang 5, [3]) được xác định là 1, áp dụng cho chế độ tải tĩnh với vận tốc tối đa 15 m/phút Do Lh > L0, bộ ray trượt đã được chọn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra.

 Kiểm nghiệm chi tiết số 6 – Vít me bi 8-2.5B1 Rolled ball screw (nhà cung cấp Hiwin) theo tài liệu tham khảo [3]:

 Đường kính danh nghĩa: 8 mm

 Hệ số tải tĩnh: C0 = 317 kgf

 Hệ số tải động: C = 218 kgf

 Hệ số ma sát của dẫn hướng: = 0,02 [3]

Theo kết cấu của hệ, vít me không chịu lực hướng trục mà chỉ chịu lực ma sát của dẫn hướng và tải preload (trang 20, [3])

Tổng tải tác động lên vít me: = + = 1,18 + 0,42 = 1,6

Vì < nên vít me đã chọn là hợp lí

V.2.3 Đĩa xoay định vị cụm bôi keo

Kiểm định ổ bi đỡ đĩa xoay B6004ZZ (nhà cung cấp Misumi) theo tài liệu [4]

 Thông số của ổ bi đỡ đã chọn:

 Khả năng tải tĩnh: C0 = 5,05 kN

 Khả năng tải động: C = 9,4 kN

 Vận tốc đang hoạt động: n = 6,7 vòng/phút

Máy hoat động 24h / 1 ngày Ta kiểm nghiệm độ bền của ổ bi đỡ trong vòng 5 năm, tương đương L0 = 24.365.5 = 43800 (h)

1: Xy lanh định vị đĩa xoay 6: Cơ cấu định vị phôi dưới đĩa xoay

2: Lỗ định vị trên đĩa xoay 7: Ray trượt định vị phôi trên đĩa xoay 3: Sensor báo vị trí đĩa xoay 8: Cơ cấu kẹp – định vị phôi trên đĩa xoay 4: Động cơ truyền động đĩa xoay 9: Phôi

5: Xy lanh nâng hạ cơ cấu mở ngàm định vị phôi

Hình V.9: Đĩa xoay định vị bôi keo

Tải trọng hướng tâm tác động lên ổ bao gồm trọng lượng của đĩa xoay và lực do căng đai gây ra:

Từ phần mềm Solidwork, ta xác định được trọng lượng của đĩa xoay là: = 50

Lực tác dụng lên trục do căng đai (trang 72, [4]):

0,026 = 93,6 (V.12) trong đó: o Ft là lực vòng trên bánh đai (N) o p là công suất motor (W) o v là vận tốc dài tại bánh đai (m/s) o Các hệ số , và V chọn bằng 1

Do không có lực dọc trục nên X = 1 và Y = 0

(V.13) Thời gian làm việc tính bằng triệu vòng quay:

Khả năng tải động tính toán:

Vì < nên ổ đã chọn là hợp lí

Một số chi tiết cụm bôi keo:

Hình V.10: Gối bắt xi lanh đẩy ống bơm keo

Hình V.11: Gối định vị đĩa xoay

Hình V.12: Bát gắn ống bơm keo Hình V.13: Bát đỡ cụm bôi keo

V.3 Thiết kế cơ khí cụm sấy

Một số chi tiết cụm sấy:

Hình V.14: Bánh xích Hình V.15: Gối bánh xích

1: Cụm đèn sấy khôi keo 4: Cơ cấu chứa phôi

2: Bánh xíc 5: Motor truyền động xích tải

3: Phôi 6: Cụm quạt làm nguội và khôi keo

Cụm sấy dùng bộ truyền xích có móc để mang chổi, chổi rất nhẹ đồng thời xích chuyển động với vận tốc rất thấp nên không cần kiểm bền

V.4 Thiết kế cơ khí khung bàn, bao che, kết nối tổng thể

1: Khung sắt 2: Chén cố định máy 3: Tủ điện

57 Hình V.18: Lắp ráp hoàn chỉnh

NỘI DUNG 6: Xây dựng lưu đồ điều khiển Chương trình (phụ lục 4)

NỘI DUNG 6: Xây dựng lưu đồ điều khiển Chương trình ( xem chi tiết trong phụ lục chương trình)

VI.1 Xây dựng lưu đồ điều khiển cụm cấp phôi

Hình 0.1: Lưu đồ điều khiển cụm cấp phôi

VI.2 Xây dựng lưu đồ điều khiển cụm bôi keo

Hình 0.2: Lưu đồ điều khiển cụm bôi keo

VI.3 Xây dựng lưu đồ điều khiển cụm sấy

Hình 0.3: Lưu đồ điều khiển cụm sấy

VI.4 Xây dựng lưu đồ điều khiển tổng thể, kết nối các cụm chức năng

Hình 0.4: Lưu đồ tổng thể kết nối các cụm chức năng

NỘI DUNG 7: Lập trình điều khiển

VII.1 Lập trình điều khiển cụm cấp phôi

Xem phụ lục đính kèm

VII.2 Lập trình điều khiển cụm bôi keo

VII.3 Lập trình điều khiển cụm sấy

VII.4 Lập trình màn hình giao diện điều khiển

VII.4.1 Màn hình khởi động

Khi nguồn điện được bật, hệ thống sẽ hiển thị thông báo để người dùng kiểm tra không gian hoạt động của máy, nhằm phát hiện các vấn đề bất thường Nếu không có vấn đề gì, người dùng chỉ cần nhấn để tiếp tục.

OK để bắt đầu thao tác máy

Hình 0.1: Màn hình đầu tiên khi khởi động máy

Hình 0.2: Giao diện màn hình chính Màn hình chính là cửa sổ dẫn đến các trang chức năng:

 SETTING: Cài đặt thông số

 INPUTS: Hiển thị tín hiệu ngõ vào

 OUTPUTS: Hiển thị tín hiệu ngõ ra

VII.4.3 Màn hình chạy tự động

Hình 0.3: Màn hình chạy tự động Các thông số trên màn hình chạy tự động:

 READY: Đèn báo máy đã sẵn sàng để chạy tự động

 COUNTER: Số sản phẩm thực tế đã chạy

 SET COUNTER: Cài đặt số sản phẩm chạy máy Khi số đếm bằng số này máy sẽ dừng và báo cho người dùng

 ALARM: Hiển thị lỗi của máy

 DETAIL: Chuyển đến trang chú thích mã số lỗi

VII.4.4 Màn hình chạy tay

Hình 0.4: Màn hình danh mục các trang chạy tay

Hình 0.5: Trang chạy tay vít me ngang Hình 0.6: Trang chạy tay vít me đứng

Hình 0.7: Trang chạy tay đĩa xoay Hình 0.8: Trang chạy tay cụm bôi keo cạnh

Hình 0.9: Trang chạy tay cụm bôi keo đầu

Hình 0.10: Trang chạy tay cụm làm nguội

VII.4.5 Màn hình cài đặt thông số hoạt động

Hình 0.11: Màn hình danh mục các trang cài đặt thông số

Hình 0.12: Trang cài đặt vít me ngang Hình 0.13: Trang cài đặt vít me đứng

Hình 0.14: Trang cài đặt đĩa xoay Hình 0.15: Trang cài đặt cụm bôi keo cạnh 1

Hình 0.16: Trang cài đặt cụm bôi keo cạnh 2

Hình 0.17: Trang cài đặt cụm bôi keo đầu

VII.4.6 Màn hình chạy từng bước cụm bôi keo cạnh

Hình 0.18: Màn hình chạy từng bước cụm bôi keo cạnh

VII.4.7 Màn hình báo lỗi

Hình 0.19: Màn hình báo lỗi

VII.4.8 Màn hình hiển thị ngõ vào – ra

Hình 0.20: Màn hình hiển thị ngõ vào

Hình 0.21: Màn hình hiển thị ngõ ra PLC

VII.5 Lập trình tổng thể, kết nối các chương trình con

NỘI DUNG 8: Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết

Nội dung 8 của đề tài sẽ trình bày quy trình công nghệ gia công một số chi tiết đặc thù của máy:

VIII.1 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết cụm cấp phôi

1 Gối đai ốc vít me bi

Sơ đồ quy trình gia công

Chi tiết gia công Nguyên công Phươn g pháp gia công

Máy + đồ gá + dụng cụ gia công

○Chuẩn bị máy + đồ gá

Sản lượng: đơn chiếc Hình ảnh:

Bào kích thước độ dày 44 mm

Bào Máy bào Thước kẹp 0.02 mm Đơn vị gia công ngoài

 Phay rãnh bậc, lỗ ỉ32 lắp bạc trượt

 Khoan lấy dấu lỗ taro

Phay CNC Máy phay CNC 3 trục Dao phay ngón ỉ20x50

Dao phay ngún ỉ8 Mũi khoan lấy dấu Đồ gá (thiết kế)

Thước kẹp 0.02 mm Đồng hồ so

Khoan lấy dấu lỗ taro mặt đáy

Phay CNC Máy phay CNC 3 trục Mũi khoan lấy dấu Đồ gá (thiết kế)

Khoan lỗ Khoan Máy khoan bàn

Vạt mép lỗ 1 mm Khoan Máy khoan bàn

Taro các lỗ M3, M4 Taro Máy taro khí nén

Dùng ốc lục giác chuẩn lắp thử

Xử lý bề mặt Anod nhôm

Gửi gia công ngoài Đơn vị gia công ngoài

Gia công xong chuyển cho bộ phận KCS kiểm tra cuối cùng

Lưu mã số chi tiết vào biên bản giấy có xác nhận của tổ gia công

- Khi gia công bị sai hỏng, báo cáo ngay cho tổ trưởng/người phụ trách chính

Chi tiết gia công Nguyên công Phương pháp gia công

Phôi: Inox tấm dày 10mm Sản lượng: đơn chiếc Hình ảnh:

Khoan 2 lỗ mồi Khoan Máy khoan bàn

Cắt dây biên dạng ngoài, lỗ ỉ19 gắn bạc đan

Cắt dây Máy cắt dây Đồ gá (thiết kế)

Khoan Máy khoan bàn Thước kẹp 0.02 mm

Taro lỗ M4 giữ bạc đạn

Taro Máy taro khí nén

Xử lý bề mặt Đánh bóng Máy cắt cầm tay

VIII.2 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết cụm bôi keo

Chi tiết gia công Nguyên công Phươn g pháp gia công

14x400x400 Sản lượng: đơn chiếc Hình ảnh:

Bào kích thước độ dày 12 mm

Bào Máy bào Thước kẹp 0.02 mm Đơn vị gia công ngoài

Phay kích thước bao: ỉ x350, phay biên dạng

Phay rãnh bậc gắn ray trượt, lỗ ỉ26 lắp bạc thau

Khoan lấy dấu lỗ taro

Phay CNC Máy phay CNC 3 trục

Taro các lỗ M3, M4 Taro Máy taro khí nén

Gửi gia công ngoài Đơn vị gia công ngoài Gia công xong chuyển cho bộ phận KCS kiểm tra cuối cùng

2 Bát gắn ống bơm keo

Phôi: Inox tấm dày 6mm Sản lượng: đơn chiếc Hình ảnh:

Khoan lỗ mồi Khoan Máy khoan bàn

Cắt dây biên dạng ngoài, cắt biên dạng rãnh

Cắt dây Máy cắt dây Đồ gá (thiết kế)

VIII.3 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết cụm sấy

Chấn góc vuông 90 o Chấn Máy chấn Đơn vị gia công ngoài

1 Gối đĩa xích chủ động

Phôi: Nhôm đúc theo hình dạng và kích thước mẫu Sản lượng: đơn chiếc Hình ảnh:

Phay mặt đáy Phay Máy phay cơ Thước kẹp 0.02 mm Đăng

Phay kích thước bao , phay biên dạng

Phay lỗ suốt ỉ32 lắp bạc đạn

Khoan lấy dấu lỗ taro

Vát mép lỗ 1 mm Khoan Máy khoan bàn

Taro các lỗ M4 Taro Máy taro khí nén

Xử lý bề mặt Anod nhôm (trắng bạc)

Cắt dây biên dạng ngoài, cắt biên dạng

Cắt dây Máy cắt dây Thước panme

78 rãnh Đồ gá (thiết kế)

Chấn góc vuông 90 o Chấn Máy chấn Đơn vị gia công ngoài

Gửi gia công ngoài Đơn vị gia công ngoài Gia công xong chuyển cho bộ phận KCS kiểm tra cuối cùng

2 Gối đĩa xích bị động

Phôi: Nhôm đúc theo hình dạng và kích thước mẫu

Phay mặt đáy Phay Máy phay cơ Thước kẹp 0.02 mm Đăng

Phay kích thước bao: , phay biên dạng

Phay lỗ suốt ỉ13 lắp trục bị động

Dao phay ngún ỉ6 Đồ gá (thiết kế)

Khoan lỗ Khoan Máy khoan bàn Mũi khoan

VIII.4 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết khung bàn, bao che

Phôi: Inox tấm dày 2mm Sản lượng: hàng loạt nhỏ Hình ảnh:

Dập cắt đôi tấm vuông

Dập Máy dập Đồ gá Đơn vị gia công ngoài

Mũi khoan Đồ gá (thiết kế)

Vạt mép Giũa hạt mịn Đức

Phôi: Sắt tấm 10mm Sản lượng: đơn chiếc Hình ảnh:

Mài 2 mặt Mài Máy mày phẳng Đơn vị gia công ngoài

Phay kích thước bao 180x130mm

Dao phay ngón ỉ20x50 Đồ gỏ

Taro lỗ M12 Taro Cần taro tay

Xử lý bề mặt Mạ crom Gửi gia công ngoài Đơn vị gia công ngoài

Phương pháp xử lý: Khi gia công bị sai hỏng, báo cáo ngay cho tổ trưởng/người phụ trách chính

NỘI DUNG 9: Gia công chi tiết

Dựa trên bản vẽ chi tiết trong phụ lục 2 và quy trình công nghệ gia công được trình bày trong nội dung 8, nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành gia công các chi tiết cần thiết để lắp ráp máy hoàn chỉnh.

Hình 0.1: Một số chi tiết máy bôi keo tự động

Hình 0.2: Các chi tiết gia công

NỘI DUNG 10: Lắp ráp

Sau khi gia công chi tiết, nhóm thực hiện đề tài tiến hành lắp ráp từng cụm chức năng và lắp ráp hoàn chỉnh hệ thống

Hình 0.1: Lắp ráp cụm cấp phôi

Hình X0.2: Lắp cụm bôi keo đầu Hình X.3: Lắp cụm chứa khay trống

Hình X.4: Lắp ráp cụm cấp

NỘI DUNG 11: Thiết kế thiết bị kiểm nghiệm độ bền kéo sản phẩm

Chổi được kiểm tra độ bền bằng phương pháp kéo, trong đó một ngàm kẹp giữ chặt lông chổi và kéo với lực từ 15 đến 20 N trong 0,5 giây Nếu lông chổi tuột khỏi cán, sản phẩm sẽ bị đánh giá là hỏng; ngược lại, nếu lông chổi vẫn giữ nguyên vị trí, sản phẩm sẽ được xác nhận là đạt tiêu chuẩn.

Chổi dài 227 mm, vùng test dài 15 mm ở hai đầu chổi bằng với chiều dài phần bôi keo

Hình XI.1: Diện tích vùng test chổi

XI.2 Phương án thiết kế

Nguồn động lực tại xuưởng chủ yếu là điện và khí nén nên phương án thiết kế được quyết định như sau:

Sử dụng xi lanh khí nén để tạo ra lực kéo từ 15 đến 20 N bằng cách điều chỉnh áp suất khí cấp vào xi lanh, giúp đáp ứng yêu cầu lực kéo mong muốn.

 Một xi lanh kẹp được dùng để kẹp giữ phần lông chổi Việc kẹp giữ lông chổi phải đảm bảo hai yêu cầu:

 Một là, xi lanh kẹp phải tạo ra lực kẹp đủ lớn để chổi không bị tuột khỏi ngàm kẹp khi bị kéo

 Hai là, biên dạng của má kẹp phải đảm bảo lông chổi không bị đứt hoặc gãy sau quá trình kẹp

Việc lựa chọn xi lanh kẹp cũng như biên dạng của má kẹp sẽ được quyết định bằng thực nghiệm để thỏa mãn hai yêu cầu trên

 Một bàn máy được dùng để di chuyển chổi đến đúng vị trí test

Dưới đây là sơ đồ máy:

Hình XI.2: Sơ đồ thiết bị test

XI.3 Thiết kế cơ khí

Mô hình 3D của thiết bị được thiết kế như Hình XI.3:

Hình XI.3: Mô hình 3D của thiết bị test

Lợi dụng đặc điểm hình học của cán chổi, chổi được định vị trên bàn máy bằng hai ngàm, ăn khớp khe trên cán chổi

Ngàm giữ cán chổi trên bàn máy ăn khớp với khe trên cán chổi Khe trên cán chổi

Hình XI.4: Cách định vị chổi trên bàn máy

Xy lanh kéo mã CXSM10 - 10 của công ty SMC tạo ra biểu đồ lực kéo tương ứng với áp suất khí nén, sau khi đã trừ khối lượng của xi lanh kẹp và ngàm kẹp Dựa vào biểu đồ này, chúng ta có thể điều chỉnh lực kéo theo yêu cầu mong muốn.

Hình XI.5: Biểu đồ lực kéo tương ứng với áp suất của xy lanh kéo

Khi thực hiện thao tác kéo, nếu chổi bị hỏng (lông chổi tuột khỏi cán), xy lanh kéo sẽ di chuyển hết hành trình Dấu hiệu này giúp chúng ta nhận biết tình trạng của chổi, từ đó xác định chổi còn tốt hay đã hỏng.

Dưới đây là giải thuật điều khiển thiết bị:

L ỰC KÉO (N ) ÁP SUẤT (BAR)

Ban máy di chuyển vị trí test thứ nhất trên chổi đến vị trí kẹp

Xy lanh kéo: pull Giữ 0,5s

Xy lanh kẹp: nhả Đã là vị trí test cuối cùng?

Ban máy di chuyển vị trí test tiếp theo trên chổi đến vị trí kẹp

Xy lanh kéo đi hết hành trình?

Bàn máy về HOME Báo chổi hỏng No

Gá chổi vào bàn máy

Lưu đồ giải thuật điều khiển

XI.5 Chế tạo thiết bị kiểm tra độ bền giữa lông và thân chổi

Sau khi hoàn tất quá trình tính toán và thiết kế, nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành gia công và lắp ráp thiết bị kiểm nghiệm độ bền kéo, với kết quả được thể hiện qua hình ảnh bên dưới.

Hình XI.6: Thiết bị kiểm nghiệm độ bền kéo

NỘI DUNG 12: Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh

XII.1 Phương pháp đo lường và đánh giá

 Bảng 12.1: Thông số và phương pháp đo lường

Thông số Đơn vị Tiêu chuẩn Phương pháp kiểm tra

Khối lượng keo bôi lên sản phẩm mg 10 ±1 Cân tiểu li (đơn vị 1mg) Độ bền kéo N 17 ±2 Thiết bị kiểm tra độ bền kéo

Hành trình bôi keo mm 5-20 ±1 Thước thẳng (đơn vị 0,5mm)

XII.2 Chạy thử nghiệm lần 1

Sau khi lắp ráp hoàn chỉnh, nhóm thực hiện đề tài tiến hành chạy thử nghiệm lần 1 với số bảng thông số sau:

 Bảng 12.2: Thông số mô hình thử nghiệm lần 1

Thông số đầu vào Đơn vị Giá trị Phương pháp điều chỉnh

Số mẫu thử nghiệm/lần cái 100 -

Trong lần thử nghiệm thứ 30, áp suất bơm keo được thiết lập ở mức 4 bar, với đồng hồ chỉnh áp có đơn vị đo 0,1 bar Đồng thời, áp suất hút chân không đạt 5 bar, cũng với đồng hồ chỉnh áp theo đơn vị 0,1 bar.

Thời gian bơm keo đầu chổi s 1 Timer phần mềm (đơn vị 0,1 s)

Thời gian hút chân không bơm keo đầu s 1 Timer phần mềm (đơn vị 0,1 s)

Thời gian bơm keo cạnh chổi s 2 Timer phần mềm (đơn vị 0,1 s)

Thời gian hút chân không bơm keo cạnh chổi s 2 Timer phần mềm (đơn vị 0,1 s)

Hành trình bôi keo cạnh mm 5 Phần mềm (đơn vị 0,1mm)

Tốc độ bôi keo cạnh mm/s 2 Phần mềm (đơn vị 0,1mm/s)

Kết quả Đơn vị Giá trị Tiêu chuẩn (đăng ký)

Tỷ lệ sản phẩm khô keo % 100 -

Tỷ lệ phế phẩm % 3 Chưa đăng ký lúc đầu do phát sinh khi chạy thử nghiệm

Hệ thống tự động cấp phôi, bôi keo và sấy khô đã đáp ứng được các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn chất lượng đã đề ra Tuy nhiên, để giảm tỷ lệ phế phẩm theo yêu cầu của khách hàng, cần tiến hành phân tích nguyên nhân và thực hiện các cải tiến cần thiết.

Nguyên nhân dừng máy là do cơ cấu gạt phôi từ cụm cấp phôi vào đĩa xoay bị kẹt, nguyên nhân chính là do phôi bị cong Để khắc phục tình trạng này, công nhân phải can thiệp bằng tay để lấy phôi bị kẹt ra và khởi động lại máy.

 Tình trạng lỗi của phế phẩm: phế phẩm có tình trạng bôi thiếu keo hoặc keo được bôi không đúng vị trí

Tình trạng lỗi chỉ xảy ra trên những sản phẩm bị cong, qua thảo luận với phía khách hàng, tỷ lệ phế phẩm cần đạt được là

XII.2 Cải tiến - thử nghiệm lần 2

Nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành cải tiến ở 2 điểm sau:

Tăng cường lực kẹp tại ngàm định vị và lắp thêm cơ cấu mở ngàm kẹp khi xy lanh gạt phôi vào đĩa xoay sẽ giúp nâng cao hiệu quả nắn lại những phôi bị cong ở hai mép rãnh bôi keo.

Hình XII.1: Cải tiên lực kẹp phôi

Cơ cấu mở ngàm kẹp Tăng độ cứng lò xo

Cơ cấu nắn lại phôi cong trước khi bôi keo hai cạnh giúp đảm bảo vị trí bôi keo chính xác cho những phôi bị cong vênh, từ đó nâng cao hiệu quả công việc.

Hình XII.2: Cơ cấu định vị lại phôi cụm bôi keo cạnh Định vị lại phôi

Sau khi tiến hành cải tiến, nhóm thực hiện đề tài tiến hành chạy thử nghiệm lần 2 với số bảng thông số sau:

 Bảng 12.3: thông số mô hình thử nghiệm lần 2

Thông số đầu vào Đơn vị Giá trị Phương pháp điều chỉnh

Số mẫu thử nghiệm/lần cái 100 -

Trong lần thử nghiệm thứ 10, áp suất bơm keo được thiết lập ở mức 4 bar với đồng hồ chỉnh áp có đơn vị 0,1 bar Đồng thời, áp suất hút chân không được điều chỉnh ở mức 5 bar, cũng với đồng hồ chỉnh áp có đơn vị 0,1 bar.

Thời gian bơm keo đầu chổi s 1 Timer phần mềm (đơn vị 0,1 s)

Thời gian hút chân không bơm keo đầu s 1 Timer phần mềm (đơn vị 0,1 s)

Thời gian bơm keo cạnh chổi s 2 Timer phần mềm (đơn vị 0,1 s)

Thời gian hút chân không bơm keo cạnh chổi s 2 Timer phần mềm (đơn vị 0,1 s)

Hành trình bôi keo cạnh mm 5 Phần mềm (đơn vị 0,1mm)

Tốc độ bôi keo cạnh mm/s 2 Phần mềm (đơn vị 0,1mm/s)

Kết quả Đơn vị Giá trị Tiêu chuẩn (đăng ký)

Tỷ lệ sản phẩm khô keo % 100 -

Tỷ lệ phế phẩm % 1 Chưa đăng ký lúc đầu do phát sinh khi chạy thử nghiệm

Hệ thống tự động cấp phôi, bôi keo và sấy khô đã hoàn thành các tiêu chuẩn kỹ thuật và mục tiêu chất lượng đề ra, đồng thời giảm thiểu tỷ lệ phế phẩm do lỗi của phôi đầu vào.

NỘI DUNG 13: Viết báo cáo và hoàn chỉnh hồ sơ

Vào ngày 18 tháng 9 năm 2015, đã diễn ra cuộc họp xét tuyển nhiệm vụ Tiếp theo, vào ngày 10 tháng 6 năm 2016, cuộc họp giám định đề tài được tổ chức Ngày 1 tháng 9 năm 2016, cuộc họp nghiệm thu cấp cơ sở diễn ra, và sau đó là cuộc họp nghiệm thu cấp cơ sở vào ngày 4 tháng 9 năm 2016 Cuối cùng, vào tháng 10 năm 2016, hồ sơ đã được hoàn thiện và tiến hành thủ tục thanh lý hợp đồng.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Thiết Kế, Chế Tạo Hệ Thống Tự Động Cấp Phôi, Bôi Keo Và Sấy Khô Chổi Khử Tĩnh Điện
Tác giả	Ts. Ngô Mạnh Dũng
Trường học	Sở Khoa Học & Công Nghệ TP.HCM
Chuyên ngành	Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ
Thể loại	báo cáo tổng kết nhiệm vụ nckh
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	6,02 MB