Đang tải... (xem toàn văn)
(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử
LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày …tháng …năm 2012 Lê Thanh Phúc ii LỜI CẢM TẠ Để hoàn thành luận văn này, xin chân thành cám ơn: Thầy Lê Hiếu Giang tin tưởng giao cho đề tài nghiên cứu hay, có tính ứng dụng thực tiễn cao, hướng dẫn, góp ý tận tình thầy Cám ơn cha mẹ, anh chị em tôi, tạo điều kiện cho học tập nghiên cứu suốt thời gian qua Cám ơn lời động viên chân thành lúc khó khăn, giúp đỡ nhiệt tình bạn bè tơi, tạo động lực cho tơi hồn thành luận văn Và xin chân thành cám ơn qúy thầy cô hội đồng bảo vệ chuyên đề cho góp ý q báu để hồn chỉnh luận văn Tp HCM, ngày 15 tháng 09 năm 2012 Lê Thanh Phúc iii TĨM TẮT Cam khí thiết bị sử dụng nhiều máy móc cơng nghiệp Nó biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến để điều khiển cấu chấp hành…Tuy nhiên, cam khí có số nhược điểm thiếu linh hoạt, tốn nhiều thời gian để thay đổi thông tin cam, làm mài mòn chi tiết máy… Nên ngày người ta phát minh cam điện tử để khắc phục nhược điểm cam khí Mơ hình thí nghiệm cam điện tử, thực từ 09/2011 đến 02/2012 trường đại học sư phạm kỹ thuật Tp.HCM, thiết bị có nguyên lý hoạt động giống cam điện tử, dựa thơng tin cam khí để tính tốn xây dựng điều khiển cho cấu chấp hành động bước, trục vit me, đai ốc… để tạo chuyển động tịnh tiến giống cam khí Đồng thời, mơ hình thí nghiệm cam điện tử vẽ biên dạng cam khí Từ đó, ta so sánh biên dạng với biên dạng cam khí để kiểm tra xác chuyển động tịnh tiến cam điện tử tạo so với cam khí ABSTRACT Mechanical Cam is a device, widely used in many different kinds of industrial mechanies It is used to translate from circular to reciprocating (or sometimes oscillating) motion to operate…However, mechanical cam has numerous constraints such as lack of flexibility, wasted time to modify cam profiles, wear of mechanical components…So right now, people have invented the electronic cam to fix these constraints Experimental model of electronic cam, made from 09/2011 to 02/2012 at University of Technical Education HCM City, can be seen as a device which is of the same operating principle as electronic cam It also is based on the information cam to calculate, build control program for the actuators such as step motors, screw, screw nut…to creat the reciprocating motions In addition, experimental model of iv electronic cam also draws cam profile Since then, I can compare this profile with profile of mechanical cam to check the accuracy of the reciprocating motion generated by experimental model of electronic cam than mechanical cam v MỤC LỤC TRANG TỰA QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH viii DANH SÁCH CÁC BẢNG x Chương TỔNG QUAN 1.1 Tồng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Mục tiêu, khách thể đối tượng nghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ đề tài phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Cơ sơ thiết kế cam 10 2.2 Cơ sở thiết kế cam điện tử 18 Chương THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH CAM ĐIỆN TỬ 26 3.1 Thiết kế sơ chi tiết máy 26 3.2 Tính tốn thiết kế chi tiết máy 32 Chương THIẾT KẾ PHẦN ĐIỀU KHIỂN CHO CAM ĐIỆN TỬ 35 4.1 Các vấn đề cần giải 35 4.2 Phân tích đưa giải pháp 36 4.3 Nội suy đường thẳng theo phương pháp DDA 37 4.4 Thiết kế phần cứng cho cam điện tử 41 Chương MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB 47 5.1 Mô biên dạng cam ụ trục phôi 49 5.2 Mô biên dạng cam bàn dao đòn cân 50 vi 5.3 Mô biên dạng cam bàn dao đứng 51 Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 53 6.1 Giới thiệu mơ hình thí nghiệm cam điện tử 53 6.2 Mô thực tế 54 6.3 So sánh kết mô Matlab kết mô thực tế 60 Chương KẾT LUẬN 62 7.1 Những kết đạt 62 7.2 Hạn chế đề tài 62 7.3 Hướng phát triển đề tài 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Thí nhiệm mơ tả ngun lý hoạt động cam Hình 1.2 Cơ cấu cam khí Hình 1.3 Các cấu cam phẳng Hình 1.4 Các loại cam khơng gian Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động cam điện tử Hình 1.6 Cấu tạo cam điện tử Hình 1.7 Bộ điều khiển CJW-NC[][]4 Hình 1.8 Bộ điều khiển Ultra 5000 Hình 1.9 Bộ điều khiển SDS5000 MDS5000 Hình 1.10 Bộ điều khiển FM 452 Hình 1.11 Bộ điều khiển XSEL – P/Q Hình 2.1 Sơ đồ bố trí cam đĩa 11 Hình 2.2 Các thông số cam đĩa 11 Hình 2.3 Vị trí thơng số cam thùng 12 Hình 2.4 Các thơng số mãnh cam 13 Hình 2.5 Sơ đồ chu trình làm việc hệ thống cam khí 14 Hình 2.6 Hình vẽ cam ụ trục phơi 15 Hình 2.7 Hình vẽ cam bàn dao địn cân 16 Hình 2.8 Hình vẽ cam bàn dao đứng 17 Hình 2.9 Modul điều khiên PLC 20 Hình 2.10 Vi điều khiển 21 Hình 2.11 Động servo 22 Hình 2.12 Động bước 23 Hình 2.13 Hệ thống điểu khiển servo 24 viii Hình 3.1 Cơ cấu bánh răng, 26 Hình 3.2 Động tuyến tính 28 Hình 3.3 Cơ cấu trục vít me, đai ốc 29 Hình 3.4 Mơ hình lắp ráp mơ động học 30 Hình 3.5 Mơ ngun lý hoạt động mơ hình thí nghiệm 31 Hình 3.6 Mơ hình lắp ráp theo kích tước tính tốn 34 Hình 4.1 Sơ đồ mơ hình thí nghiệm cam điện tử 35 Hình 4.2 Biên dạng chu trình làm việc cam 36 Hình 4.3 Nội suy tuyến tính 37 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 42 Hình 4.5 Lưu đồ giải thuật cho điều khiển 43 Hình 4.6 Cấu trúc Pic 16F877A 44 Hình 4.7 Sơ đồ chân Pic 16F877A 45 Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý mạch cơng suất 46 Hình 5.1 Giao diện mơ biên dạng cam đĩa 48 Hình 5.2 Biên dạng thơng số cam ụ trục phơi 49 Hình 5.3 Biên dạng thông số cam bàn dao địn cân 51 Hình 5.4 Biên dạng thơng số cam bàn dao đứng 52 Hình 6.1 Bảng điều khiển 53 Hình 6.2 Mơ thực nghiệm cam ụ trục phơi 55 Hình 6.3 Kết thực nghiệm cam ụ trục phơi 55 Hình 6.4 Mơ thực nghiệm cam bàn dao địn cân 57 Hình 6.5 Kết thực nghiệm cam bàn dao địn cân 57 Hình 6.6 Mơ thực nghiệm cam bàn dao đứng 59 Hình 6.7 Kết thực nghiệm cam bàn dao đứng 59 Hình 6.8 So sánh kết mơ Matlab thực tế cam ụ trục phơi 60 Hình 6.9 So sánh kết mô Matlab thực tế cam bàn dao địn cân 60 Hình 6.10 So sánh kết mô Matlab thực tế cam bàn dao đứng 61 ix DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1 Phiếu điều chỉnh 14 Bảng 2.2 Thông số cam ụ trục phôi 15 Bảng 2.3 Thông số cam bàn dao địn cân 16 Bảng 2.4 Thơng số cam bàn dao đứng 17 x Chương Tổng quan Chương TỔNG QUAN 1.1 Tồng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Giới thiệu Cam: Thí nghiệm đơn giản: Hình 1.1 Thí nhiệm mơ tả ngun lý hoạt động cam Dùng viết chì sách để làm thí nghiệm (hình1.1) Ta dựng sách nghiêng góc so với mặt bàn hình vẽ sử dụng bút chì làm trượt Nếu ta dịch chuyển sách sang trái viết chì dịch chuyển lên Bằng phương pháp này, ta chuyển đổi chuyển động thành chuyển động khác thiết bị đơn giản Đây nguyên lý hoạt động cam 1.1.2 Định nghĩa cấu cam : Định nghĩa Cơ cấu cam cấu có khớp loại cao, thực chuyển động qua lại khâu bị dẫn nhờ vào đặc tính hình học thành phần khớp cao khâu dẫn Hình 1.2 Cơ cấu cam khí Chương Kết luận Chương KẾT LUẬN 7.1 Những kết đạt Mô chuyển động động học mơ hình thí nghiệm máy tính Mơ biên dạng cam đĩa bẳng phần mềm Matlab Chế tạo mơ hình thí nghiệm cam điện tử Kết so sánh mô Matlab thực nghiệm chứng minh điều khiển đáp ứng mục tiêu ban đầu đặt đề tài tạo chuyển động giống cam khí tạo ra, mục đích đề tài giảm thời gian thay đổi biên dạng cam 7.2 Hạn chế đề tài Mơ hình thí nghiệm cịn mang tính chất thủ cơng, mức độ tự động hóa chưa cao 7.3 Hướng phát triển đề tài Thiết kế cam máy tính phần mềm Cad, đỗ liệu xuống điều khiển để điều khiển cấu chấp hành Chế tạo thêm cấu chấp hành có tính ứng dụng thực tế để mơ hình thí nghiệm hồn thiện 62 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Nguyễn Ngọc Cẩn, Máy cắt kim loại, Nhà xuất Đại học quốc gia TP.HCM, 2005 Dương Bình Nam, Máy cắt kim loại, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM, 2006 Trần Hữu Quế, Vẽ kỹ thuật khí, Tập 1&2, Nhà xuất Giáo Dục, 2000 Lê Hiếu Giang, Nguyễn Trường Thịnh, Máy điều khiển theo chương trình số (NC, CNC), Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM, 2005 Nguyễn Hoài Sơn, Ứng dụng Matlab tính tốn kỹ thuật, Tập 4, Nhà xuất Đại học quốc gia TP.HCM, 2000 Nguyễn Trọng Hữu, Hướng dẫn sử dụng Solidworks 2007, Nhà xuất Giao Thông Vận Tải, 2008 Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất Đại học quốc gia TP.HCM, 2004 TIẾNG NƯỚC NGOÀI Ahmet Altintas, Electronic cam motion generation by using stepper motors and pinion gears, Dumlupinar University, 2009 Dean H.Kim, Tsu-Chin Tsao, Robust performance control of electronic hydraulic actuators for electronic cam motion generation, IEEE, 2000 10 Andrzej Aderek, Michael Josepth Tuso, Anirban, Electronic cam control system, Dec.30,1999 11 William B.Seidel, Cam controlled machine tools with contour compensator, Trial Voluntary Protest Progrm, 1975 12 Ikuo Nagamatsu, Shigenori Ohkubo, Electronic cam device and method of preparing cam data in electronic cam device, 2002 13 Masao Ikeguchi, Method of controlling an electronic cam type rotary cutter, and method of producing an electronic cam curve, 2000 63 Phụ lục PHỤ LỤC Chương trình nạp cho mơ hình thi nghiệm: #include #include #use delay(clock=20000000) #use fast_io(a) #use fast_io(b) #use fast_io(c) #use fast_io(d) #define LCD_ENABLE_PIN PIN_E0 #define LCD_RS_PIN PIN_E2 #define LCD_RW_PIN PIN_E1 #define LCD_DATA4 PIN_a3 #define LCD_DATA5 PIN_a2 #define LCD_DATA6 PIN_a1 #define LCD_DATA7 PIN_a0 #include #include #include #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT signed int16 countdisk=20,countstep=0,delaydisk; int16 countnn,count0=0,countmotor=0,countsave=0; int1 start =0,nn =0,testbt =0,yctt = 0,stop=0,back0=0,check =1,ls=0; int8 rotate =0x11,rotatedisk=0x11,menu=0,vt,i=1,menut,motor=0,cs=0; signed int8 input[7]; signed int32 time,delay,countdelay=0, counttime=0; float o[15],x[15],timework =60; const signed int16 xs[45] = {650,0,-180,0,-75,0,75,0,9,171,0,0,0,0,0,900,0,420,0,312,0,108,0,0,0,0,0,0,0,0,500,0,45,0,96,-141,0,0,0,0,0,0,0,0,0}; const signed int16 os[45]= {0,46,9,22,4,185,9,13,3,69,0,0,0,0,0,0,10,21,50,185,9,13,72,0,0,0,0,0,0,0,0,46,6,3, 19,7,279,0,0,0,0,0,0,0,0}; // -Chuong Trinh Con & Ngat -void display() { if (menu >1) { LCD_gotoxy(11,1); LCD_putc((menu-1)/10 +0x30); LCD_putc((menu-1)%10 +0x30); LCD_gotoxy(3,2); 64 Phụ lục if (labs(input[0])> 1) LCD_putc(input[0] +0x30); else if (input[0] == 1) lcd_putc("+"); else lcd_putc("-"); LCD_putc(input[1] +0x30); LCD_putc(input[2] +0x30); LCD_putc(input[3] +0x30); LCD_gotoxy(14,2); } else LCD_gotoxy(6,2); LCD_putc(input[4] +0x30); LCD_putc(input[5] +0x30); LCD_putc(input[6] +0x30); } void loaddata(signed int16 var, int8 i ) { input[i] = var/100; input[i+1] = var%100/10; input[i+2] = var%100%10; } void nhapnhay() { signed int8 save; if (!nn) { nn = 1; save = input[vt]; input[vt] =110; display(); input[vt] = save; } else { nn = 0; display(); } } signed int8 Tang_Giam (signed int8 var,signed int8 intdec, int8 cons ,signed int8 max,signed int8 ) { var = var + intdec*cons; if (var > max) 65 Phụ lục var = min; else if (var < min) var = max; return var; } void updatexo(signed int8 i ) { if (menu>0) { if ((menu > 1)&(vt ==0)) input[0] = -input[0]; else input[vt] = tang_giam(input[vt],i,1,9,0); countnn = 0; nn=1; nhapnhay(); } } void tinhtoan() { time = ceil((o[i]*timework*10000)/360 -0.5); if (x[i] ==0) delay = 0; else delay = ceil(o[i]*timework*17.542/x[i]-0.5); } void slcam() { LCD_gotoxy(1,2); if (cs==0) LCD_putc("CAM1 (r = 6.5cm)"); else if (cs==1) LCD_putc(" CAM2 (r = 9cm) "); else if (cs==2) LCD_putc(" CAM3 (r = 5cm) "); else LCD_putc(" Back To Menu "); } void chongrung() { delay_ms(50); if (portb != 0xff) 66 Phụ lục { while (portb != 0xff) { if ((ls)&(!RB2)&(countsave ==30000)) { LCD_init(); LCD_putc(" Load Saved CAM"); slcam(); countsave++; } } testbt =1; } else testbt =0; } void displaymenu() { if (menu ==0) LCD_putc(" Master Project\n Electronic CAM"); else if (menu ==1) { LCD_putc(" Time To Finish\n (s)"); loaddata(timework,4); display(); vt = 4; } else { LCD_putc(" Period:\nx: 0:"); vt = 0; if (!ls) { if((menu==2)&(~start)) timework = (int16)input[4]*100 + input[5]*10 + input[6]; else if (~start) { x[menu -3] = (signed int16)input[0]*((int16)input[1]*100 +input[2]*10+input[3]); o[menu -3] = (int16)input[4]*100 + input[5]*10 + input[6]; } } if (x[menu-2] 0)&(!start)&(!stop)) countnn++; if (start) { if ((delay!=0)&((countstep!=0)|(!back0))) { countdelay++; if (countdelay >= labs(delay)) { if (delay >0) { rotate_left(&rotate,1); countstep++; } else { rotate_right(&rotate,1); countstep ; } countdelay =0; portd = rotate; } } else portd = 0; countdisk++; if (countdisk >= delaydisk) { rotate_right(&rotatedisk,1); portc = rotatedisk; countmotor++; countdisk = 0; } counttime++; if (counttime >= time) 68 Phụ lục { counttime =0; i++; menu++; if (i >= menut) { menu = 3; i =1; countdelay = 0; counttime =0; countdisk = 20; back0=0; countstep =0; countmotor =0; } yctt=1; disable_interrupts(INT_TIMER0); } } else { motor++; if (motor >= 100) { portc = 0; portd = 0; motor = 0; } } if ((!RB2)&(!ls)) { countsave++; if (countsave ==30000)ls=1; } } // -Chuong Trinh Chinh -void main() { setup_timer_0(RTCC_DIV_4); set_timer0(139); trisb = 0xff; trisc = 0x00; trisd = 0x00; enable_interrupts(INT_TIMER0); port_b_pullups(TRUE); 69 Phụ lục enable_interrupts(GLOBAL); LCD_init(); LCD_putc(" Master Project\n Electronic CAM"); for (i =0;i < 15; i++) { x[i] = 0; o[i] = 0; } XuLyLai: if ((~start)&(~stop)) { if ( !RB0) { chongrung(); if (testbt) { if (ls) { cs = tang_giam(cs,-1,1,3,0); slcam(); } else if (menu ==1) vt = tang_giam(vt,-1,1,6,4); else if (menu > 1) vt = tang_giam(vt,-1,1,6,0); } } if ( !RB1) { chongrung(); if (testbt) { if (ls) { cs = tang_giam(cs,1,1,3,0); slcam(); } else updatexo(1); } } if ( !RB2) { countsave =0; chongrung(); if (testbt) 70 Phụ lục { if ((ls)&(countsave ==0)) { if (cs!=3) { for (i =0; i 1) vt = tang_giam(vt,1,1,6,0); } } } if ( !RB5) { chongrung(); if (testbt) { disable_interrupts(INT_TIMER0); Portc =0; LCD_init(); LCD_putc(" Reach To\n Start Point"); while ((RB7)&(RB6)) { rotate_right(&rotate,1); portd = rotate; delay_ms(5); } while (!RB7) { rotate_left(&rotate,1); portd = rotate; delay_ms(5); } if ((start)|(stop)) menu =0; LCD_init(); displaymenu(); start =0; stop =0; back0=0; i =1; countdelay = 0; counttime =0; countdisk = 20; countstep =0; countmotor =0; ls =0; while (!RB6); enable_interrupts(INT_TIMER0); 72 Phụ lục } } if ( !RB6) { chongrung(); if ((testbt)&(!ls)) { if (menu 5000)&(menu > 0)&(!ls)) { countnn = 0; nhapnhay(); } 74 Phụ lục if (yctt) { tinhtoan(); if (i == (menut-1))time = (signed int32 )delaydisk*(3600-countmotor); for (vt =(i+1);vt < menut;vt++) { if (x[vt]!=0) check =0; } if ((check)&(countstep!=0)&(x[i]!=0)) { delay = -floor(time/countstep); back0=1; } check =1; yctt =0; LCD_init(); displaymenu(); enable_interrupts(INT_TIMER0); } goto XuLyLai; } 75 S K L 0 ... động loại bỏ 25 Chương Thiết kế chế tạo mơ hình thí nghiệm cam điện tử Chương THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM CAM ĐIỆN TỬ 3.1 Thiết kế sơ chi tiết máy Các phương án thiết kế Phương án 1:... mơ hình mơ động học mơ hình thí nghiệm phần mềm Solidworks Hình 3.4 Mơ hình lắp ráp mơ động học 30 Chương Thiết kế chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử Hình 3.5 Mơ ngun lý hoạt động mơ hình thí. .. nguyên lý hoạt động cam Hình 1.2 Cơ cấu cam khí Hình 1.3 Các cấu cam phẳng Hình 1.4 Các loại cam khơng gian Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động cam điện tử Hình 1.6 Cấu tạo cam điện tử Hình 1.7 Bộ điều