(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THANH PHÚC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM CAM ĐIỆN TỬ S K C 0 9 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2012 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THANH PHÚC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM CAM ĐIỆN TỬ NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ HIẾU GIANG Tp Hồ Chí Minh, 2012 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ & tên: Lê Thanh Phúc Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 22/09/1986 Nơi sinh: Tp.HCM Quê quán: Bình Định Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 03 đường 04, Kp.4, P.Bình Chiểu, Q.Thủ Đức, Tp.HCM Di động: 0905.084.884 E-mail: lephucc86@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Cao đẳng : Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ: 09/2004 đến 07/2007 Nơi học: Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ: 09/2004 đến 07/2009 Nơi học: Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Tên đồ án: THIẾT KẾ MÁY DÁN GIẤY NHÔM VÀO GIẤY ROCKWOOL Ngày bảo nơi bảo vệ đồ án: 07/2009, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Người hướng dẫn: Dương Bình Nam III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2009- 6/2010 Công ty TNHH nhôm TungShin Nhân viên thiết kế 6/2010-9/2011 Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Học viên 9/2011-Hiện Cao đẳng nghề Tp.HCM GV-NV phịng đào tạo i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày …tháng …năm 2012 Lê Thanh Phúc ii Luan van LỜI CẢM TẠ Để hồn thành luận văn này, tơi 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 chun đề cho tơi góp ý quý báu để hoàn chỉnh luận văn Tp HCM, ngày 15 tháng 09 năm 2012 Lê Thanh Phúc iii Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Thí nhiệm mơ tả 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 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 thơng 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 Luan van 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 hoàn thiện 62 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van Phụ lục } } if ( !RB6) { chongrung(); if ((testbt)&(!ls)) { if (menu 5000)&(menu > 0)&(!ls)) { countnn = 0; nhapnhay(); } 74 Luan van 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 Luan van S K L 0 Luan van ... bỏ 25 Luan van Chương Thiết kế chế tạo mơ hình thí nghiệm cam điện tử Chương THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM CAM ĐIỆN TỬ 3.1 Thiết kế sơ chi tiết máy Các phương án thiết kế Phương án 1:... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THANH PHÚC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM CAM ĐIỆN TỬ NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY -... 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 Ngun lý hoạt động cam điện tử Hình 1.6 Cấu tạo cam điện tử Hình 1.7 Bộ điều khiển