(Luận văn thạc sĩ hcmute) thiết kế, chế tạo máy gia công bộ ke góc tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒNG LÂM GIA MINH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY GIA CƠNG BỌ KE GĨC TỰ ÐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒNG LÂM GIA MINH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY GIA CƠNG BỌ KE GĨC TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 i Luan van ii Luan van iii Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ & tên: HỒNG LÂM GIA MINH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21/12/1992 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Quê quán: Thủ Đức TP Hồ Chí Minh Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước học tập, nghiên cứu: Kỹ sư quy trình – Công ty TNHH Scancom Việt Nam Chỗ riêng địa liên lạc: Số đường 4, KP2, P Linh Tây, Q Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh Điện thoại quan: Di động: 01688305876 Fax: E-mail: giaminh911@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 10/2010 đến 3/2015 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 07/2014, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh B2 (Khung Châu Âu) III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC iv Luan van Thời gian 2015 - 2016 Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty TNHH Scancom Việt Nam XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN Kỹ sư quy trình Ngày 24 tháng 09 năm 2017 (Ký tên, đóng dấu) HỒNG LÂM GIA MINH v Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 09 năm 2017 Ký tên HỒNG LÂM GIA MINH vi Luan van CẢM TẠ Trong thời gian thực luận văn “ Thiết kế, chế tạo máy gia cơng bọ ke góc tự động” nhận nhiều giúp đỡ q thầy cơ, gia đình bạn bè Vậy tôi: - Xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh hết lòng giúp đỡ hướng dẫn tận tình cho tơi kiến thức thực tế quan trọng dẫn hướng cho trình thực luận văn tốt nghiệp Đồng thời cung cấp cho tài liệu cần thiết liên quan đến đề tài Thầy dành nhiều thời gian q báu để hướng dẫn tơi - Tơi khơng qn cám ơn đến q thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho kiến thức tảng Từ đó, tơi có kiến thức quan trọng, vững cho lập luận đề tài luận văn tốt nghiệp Một lần nữa, Tôi xin chân thành cảm ơn ! Học Viên HỒNG LÂM GIA MINH vii Luan van TÓM TẮT Khoa học - kỹ thuật cơng nghệ phát triển nhằm mục đích giúp cho sống người tốt Việc giải phóng sức lao động người môi trường làm việc khó khăn vấn đề cần thiết Việc gia cơng chi tiết bọ ke góc việc lặp lặp lại, nguy hiểm , ảnh hưởng đến sức khỏe người cơng nhân Luận văn thực nhằm mục đích thiết kế, chế tạo máy gia cơng bọ ke góc tự động Máy gia công thiết kế với khả tự động cấp liệu, xoay góc lưỡi cưa cắt gọt, tối thiểu lượng phôi thừa Máy hoạt động dựa kết hợp theo quy trình cylinder khí nén đặt kiểm sốt PLC Kết đạt đề tài suất máy gia công máy đạt 67.5% yêu cầu đặt ban đầu Tôi hy vọng thành nghiên cứu góp phần cho nghiên cứu sau máy hoàn thiện viii Luan van ABSTRACT Science and technology developments aim at helping people live better lives The deliverance of human’s labour power from difficult working environment is neccesary issues The wood pieces cutting is one of difficult and unsafe works which has dusty, dangerous working conditions, frequently repeated and directly affects to worker’s health The purpose of thesis is design and manufacture an automatic wood pieces cutting machine The machine is designed with automatic feeding, rotating the saw blade and cutting, minimizing the excess raw material The machine is based on a combination of the pneumatic cylinders placed under the control of the PLC The result of the project is that the productivity of the machine has reached 67.5% of the initial requirements I hope that the results of this study will contribute to future research on the improved machine ix Luan van Hình 4.18 Mơ hình 3D máy 4.4 Thiết kế hệ thống điện điều khiển Hệ thống điện phận thiếu máy cắt Đây hệ thống huyết mạch giúp truyền tải tín hiệu điện cung cấp lượng đến cấu chấp hành Hệ thống điện máy cắt thiết kế để cung cấp lượng tín hiệu điều khiển kích van solenoid, motor máy cắt Sơ đồ tổng quát hệ thống điện máy trình bày hình 4.19 Hệ thống điện gồm phần tử input : cơng tắc hành trình, nút bấm, kết nối với điều khiển lập trình PLC để vận hành phần tử output – solenoid, motor Năng lượng cho input PLC cung cấp nguồn điện 24VDC 44 Luan van Hình 4.19 Hệ thống điện điều khiển 4.4.1 Bộ điều khiển PLC 4.4.1.1 Sơ lược PLC PLC viết tắc Programmable Logic Controller: thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm PLC dùng để thay mạch thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Ngơn ngữ lập trình PLC Ladder hay State Logic Nguyên lý hoạt động PLC: Khi thiết bị kích hoạt (trạng thái ON OFF thiết bị điều khiển vật lý bên ngồi) Một điều khiển lập trình 45 Luan van liên tục lặp chương trình (vịng lặp) người dùng cài đặt sẵn chờ tín hiệu xuất ngõ vào xuất tín hiệu ngõ So với điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển Relay), PLC có ưu điểm sau: Lập trình dể dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học; Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản, sửa chữa; Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp; Hồn tồn tin cậy môi trường công nghiệp; Giao tiếp với thiết bị thơng minh khác như: máy tính, nối mạng, Modul mở rộng.Giá thành PLC cạnh tranh 4.4.1.2 PLC Mitsubishi FX1N PLC FX1N thích hợp với toán điều khiển với số lượng đầu vào khoảng 14-60 I/O Tuy nhiên, sử dụng module vào mở rộng, FX1N tăng cường số lượng I/O lên tới 128 I/O FX1N tăng cường khả truyền thông, nối mạng, cho phép tham gia nhiều cấu trúc mạng khác Ethernet, ProfileBus, CC-Link, CanOpen, DeviceNet,… FX1N làm việc với module analog, điều khiển nhiệt độ Đặc biệt, FX1N PLC tăng cường chức điều khiển vị trí với đếm tốc độ cao (tần số tối đa 60kHz), hai phát xung đầu với tần số điều khiển tối đa 100kHz Điều cho phép điều khiển lập trình thuộc dịng FX1N PLC lúc điều khiển cách độc lập hai động servo hay tham gia toán điều khiển vị trí (điều khiển hai toạ độ độc lập) Nhìn chung, dịng FX1N PLC thích hợp cho ứng dụng dùng công nghiệp chế biến gỗ, hệ thống điều khiển cửa, hệ thống máy nâng, thang máy, sản xuất xe hơi, hệ thống điều hồ khơng khí nhà kính, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống điều khiển máy dệt,… Đặc tính kỹ thuật PLC FX1N: PLC FX1N thích hợp với tốn điều khiển với số lượng đầu vào khoảng 14-60 I/O Tuy nhiên sử dụng module vào mở rộng lên tới 128 I/O Bộ nhớ chương trình 8000 kstep 46 Luan van Chu kỳ lệnh 0.55us/lệnh đếm tốc độ cao(60KHz), hai phát xung đầu với tần số điều khiển tối đa 100KHz Nguốn cung cấp:12-24VDC, 120240VAC 4.4.2 Chu trình hoạt động máy Để thuận tiện, dễ dàng lập sơ đồ bước điểu khiển máy cắt, ta ký hiệu 4.20 Hình 4.20 Ký hiệu cylinder khí nén Chu trình hoạt động máy :  Bước – Cấp phôi : Xy lanh A đẩy phôi vào vị trí làm việc lui  Bước – Chuẩn bị gia công: o Xy lanh C (kéo phôi) lùi sát cữ S7; o Xy lanh B (ngàm kẹp) kẹp chặt phôi  Bước – Vạt mặt đầu : o Xy lanh C kéo phôi vào vị trí vạt mặt đầu; o Xy lanh F (đè phơi) giữ phôi cố định; o Xy lanh D (giữ phôi tạm) đè phôi; 47 Luan van o Xy lanh B nhả phôi; o Xy lanh C lùi S6; o Xy lanh B kẹp phôi lại; o Xy lanh D nhả về; o Xy lanh G (nâng hạ lưỡi cưa) xuống vạt mặt đầu phôi trở về; o Xy lanh F buông phôi, nhả  Bước – Ra phôi bọ : o Xy lanh E (xoay góc) chạm cữ S10; chạm cử, trì khí nén o Xy lanh C từ S6 tiến sát chạm cữ S5; o Xy lanh F (đè phôi) giữ phôi cố định; o Xy lanh D (giữ phôi tạm) đè phôi; o Xy lanh B nhả phôi; o Xy lanh C lùi S6; o Xy lanh B kẹp phôi lại; o Xy lanh D nhả về; o Xy lanh G xuống cắt phôi trở về; o Xy lanh F buông phôi, nhả o Xy lanh E chạm cữ S11; chạm cử, trì khí nén Lặp lại bước đến hết chiều dài phôi Lặp lại bước 1, 2, , đến hết phơi ổ chứa Từ chu trình hoạt động ta hệ thống lại thành dạng sơ đồ bước (phụ lục) Sau có đủ thiết kế khí điều khiển Ta tiến hành chế tạo, lắp đặt thử nghiệm Nội dung trình bày chi tiết chương 48 Luan van CHƯƠNG CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 5.1 Chế tạo khí Kết thiết kế chế tạo phần khí trình bày hình sau: a)Thiết kế khí b) Chế tạo khí Hình 5.1 Kết thiết kế chế tạo khí Trên hình 5.1 trình bày sản phẩm thiết kế chế tạo khí máy gia cơng bọ ke góc tự động hồn chỉnh có khung bảo vệ lưỡi cưa nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng điều khiển manual/auto Máy gia công bọ ke góc chế tạo với đặc tính kỹ thuật trình bày bảng 5.1 Bảng 5.1 : Thông số kỹ thuật máy gia công bọ ke góc tự động Kích thước máy L1260xW400xH1450 Khối lượng Chiều sâu cắt tối đa Bề rộng cắt tối đa 165kg 60mm 60mm Động cắt pha, công suất 1.5Kw Lưỡi cưa Ø300, 60 răng, lưỡi hợp kim, cốt 30mm Tốc độ quay 3800 vòng/phút Nguồn động lực Điện + Khí nén Loại gỗ Các loại gỗ tự nhiên ván công nghiệp 49 Luan van 5.2 Chế tạo hệ thống điều khiển Hình 5.2 Thiết bị điện điều khiển hệ thống van solenoid Trên hình 5.2 trình bày hệ thống điện điều khiển gồm nguồn 24VDC, PLC FX1N module mở rộng hệ thống van solenoid 5/2 5/3 5.3 Thực nghiệm Máy tiến thành cắt thử 20 phơi gỗ oak có kích thước : L500 x W55 x T18 mm Sau thực cắt gỗ, kết thực nghiệm máy trình bày hình 5.3 Hình 5.3 Sản phẩm từ thực nghiệm 50 Luan van 5.3.1 Các vấn đề gặp phải tiến hành thực nghiệm : Thời gian chuyển bước/ nhịp chu trình lâu set timer khơng chuẩn, tốc độ xoay cụm xoay góc nhanh dẫn đến lực va đập vào cử chặn lớn, gây rung máy Tốc độ đè phơi nhanh, làm cấn móp phơi Sai kích thước chi tiết cylinder RMS có qn tính độ trượt lớn Khắc phục vấn đề giải pháp sau : giảm timer chuyển bước từ 3s xuống cịn 1s, giảm tốc độ xoay góc giảm tốc độ đè phôi cách điều chỉnh van tiết lưu, thay đổi vị trí cơng tắc hành trình 5.3.2 Kết thực nghiệm Bằng phương pháp thu thập số liệu đo đạt thực tế thực nghiệm, kết lần thực nghiệm (Thời gian hồn thành chu trình, kích thước chi tiết) hệ thống lại theo bảng đây: Bảng 5.2 Thời gian hồn thành chu trình lần chạy khơng tải Lần thực nghiệm Thời gian (giây) Chạy không tải thứ 60.3 Chạy không tải thứ 122.6 Chạy không tải thứ 103.2 Do lần chạy không tải đầu tiên, van khí mở tối đa, khơng có tiết lưu, thời gian tiêu tốn nhất, nhiên tốc độ xoay góc cylinder trượt kéo phôi nhanh dẫn đến va đập mạnh làm rung máy Do trước tiến hành cắt thử phôi ta điều chỉnh van tiết lưu cylinder xoay góc cylinder RMS kéo phơi cho hợp lý Tiếp tục chạy không tải lần hai, ta chỉnh tiết lưu cylinder xoay góc kéo phơi vị trí nhỏ nới nhẹ vịng, thời gian hồn thành chu trình tăng thêm 62.3 giây từ 60.3 giây lên 122.6 giây Ở lần chạy không tải thứ ba ta tiếp tục nới lỏng van tiết lưu cylinder xoay góc cylinder RMS kéo phơi thêm ½ vịng So với lần chạy không tải thứ hai, thời gian rút ngắn 103.2 giây Sau cảm thấy 51 Luan van độ va đập dã giảm bớt mức chấp nhận (khơng cịn rung máy), ta tiến hành cắt thử phôi gỗ Sai lệch thời gian lần cắt lưu lượng khí nén khơng Từ kết biểu đồ 5.1, trung bình 28.45s ta phôi bọ, ca tiếng 1012 phôi đạt 67.5% yêu cầu ban đầu Biểu đồ 5.1 Thời gian cắt phôi Thứ tự Kích thước cạnh dài (mm) Kích thước góc (°) 102,5 45,1 98.7 45,2 99.6 45 99.7 45 52 Luan van 98,7 45 98 45,1 98,5 45 98,8 45,3 99 45 10 99,6 45,1 11 100 45,1 12 100 45 13 100 45 14 99,7 45,2 15 100 45 16 100 45 17 99,8 45,3 18 99,9 45,1 19 100 45 20 100 45 Bảng 5.2 Kích thước chi tiết bọ lấy ngẫu nhiên từ 20 mẫu phôi dài Ta chọn ngẫu nhiên 20 chi tiết bọ từ 20 phôi dài cách ngẩu nhiên để tiến hành đo kích thước chiều dài góc độ Về chiều dài chi tiết, lần cắt thứ nhất, kích thước chiều dài lớn kích thước theo vẽ (100mm) : 102,3 mm, ban đầu, chưa xác định độ qn tính cylinder kéo phơi, cài cơng tắc hành trình kích thước 100mm, tất chi tiết lớn Ở lần cắt thứ hai, ta thu ngắn lại vị trí cơng tắc hành trình lại 53 Luan van từ 95 - 96mm, sau cắt xong, chi tiết bọ bị hụt từ 1mm đến 1,5mm Tiếp tục lần cắt thứ 3, ta cài cơng tắc hành trình vị trí trung bình lần cắt trước, lần cắt ta 2/5 chi tiết đạt giá trị 100mm Giữ ngun vị trí đó, cho lần cắt kế tiếp, kết ta 5/10 chi tiết đạt 100mm Về góc cắt, vào cylinder xoay góc lúc mạnh lúc nhẹ nên có dao động, xoay quanh 45° Kết thống kê 100 chi tiết sau 20 lần thực nghiệm, với sai số ±0.2mm cho kích thước dài ±0.2° cho kích thước góc, số chi tiết đạt 54/100, chiếm 54% Về chất lượng bề mặt cắt, có 15/100 chi tiết bị cháy cạnh, chiếm 15% Ngun nhân vơ chậm, tốc độ nâng hạ lưỡi cưa chậm làm tăng thời gian tiếp xúc lưỡi cưa phôi 54 Luan van CHƯƠNG KẾT LUẬN Sau trình thiết kế, chế tạo điều khiển máy gia công cắt bọ gỗ tự động, đề tài hoàn thành nhiệm vụ đề - Đã thiết kế, chế tạo điều khiển máy cắt tự động - Máy cắt nghiêng góc độ chiều dài mong muốn, nhiều phơi nhỏ từ phơi lớn liên tục - Thay người công nhân trực tiếp cắt gỗ, cần người nạp liệu giám sát - Đề tài góp phần tạo tảng ban đầu để tiếp tục cải thiện nâng cao suất độ xác máy Tuy nhiên, đề tài hạn chế chưa đạt chưa thực trình thực hiện, đề tài cần kiến nghị để đề tài nghiên cứu hồn thiện hơn: - Thay cử chặn góc xoay vật liệu hấp thụ lực tốt nhằm đẩy nhanh suất - Cải tiến hệ thống kéo phơi để tránh tượng trượt, qn tính giúp dễ dàng thiết lập máy ban đầu - Thêm hệ thống đếm sản phẩm đầu - Cải tiến máy giúp máy gia cơng nhiều loại phơi có chiều dài khác lúc, giảm thời gian lựa sơ chế phôi - Tăng cường thêm độ cứng vững máy để gia cơng vật liệu cứng (nhôm, ply wood, chế phẩm composite từ gỗ) 55 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Lê Hoàng Vinh, Đào Duy Khương, Võ Thị Ánh Tuyết, Trần Thị Thu Thủy, Giáo trình PLC Mitsubishi, Đại Học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh, 2006 [2] Hồng Hữu Nguyên, Hoàng Xuân Niên, Máy thiết bị gia công gỗ, Nhà xuất Nông Nghiệp, 2005 [3] Thái Thí, Giáo trình cơng nghệ chế biến gỗ, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, 2006 [4] Trần Quốc Hùng, Giáo trình Dung sai - Kỹ thuật đo, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2013 [5] TS Đỗ Thành Trung, Giáo trình ANSYS - Phân tích ứng suất biến dạng, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2013 [6] PGS TS Đặng Thiện Ngơn, Giáo trình Trang bị điện - điện tử máy công nghiệp, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2013 [7] PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh, Giáo trình Thí nghiệm cơng nghệ thủy lực khí nén, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2014 56 Luan van TIẾNG NƯỚC NGOÀI [8] Cristiano Fragassa, Roberto Zigulic, Sanjin Braut, Effect of design parameter in circular saw blades, 8th International Congress of Croatian Society of Mechanis, 2015 [9] Etele Csanády, Endre Magoss, Mechanics of wood machining, Springer, DOI 10.1007/978-3-642-29955-1, University of West Hungary, 2011 [10] F F P Kollman et al , Priciples of Wood Science and Technology, Springer ISBN: 978-3-642-87930-2, 10.1007/978-3-642-87928-9, 1968 57 Luan van S K L 0 Luan van ... nhằm mục đích thiết kế, chế tạo máy gia cơng bọ ke góc tự động Máy gia công thiết kế với khả tự động cấp liệu, xoay góc lưỡi cưa cắt gọt, tối thiểu lượng phôi thừa Máy hoạt động dựa kết hợp theo...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒNG LÂM GIA MINH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY GIA CƠNG BỌ KE GĨC TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT... chọn đề tài: ? ?Thiết kế, chế tạo máy gia cơng bọ ke góc tự động? ?? làm tên đề tài luận văn cao học Nội dung thực đề tài bao gồm: Ứng dụng tự động hóa vào việc phơi cho chi tiết bọ ke góc; Tối ưu hóa