Thiết kế chế tạo hệ thống cấp phôi lắp ghép tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẤP PHÔI LẮP GHÉP TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS TRẦN ĐÌNH KHẢI Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Văn Quang 1811041176 18DCKA3 Ngô Phương Nam 1811041163 18DCKA3 Nguyễn Trần Việt Ân 1811041105 18DCKA3 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2022 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x DANH MỤC CÁC BẢNG .xi DANH MỤC HÌNH ẢNH xii LỜI MỞ ĐẦU Chương ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài: 1.2 Mục tiêu nghiên cứu: 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu: 1.4 Đối tượng nghiên cứu: 1.5 Phương pháp nghiên cứu: Chương TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu hệ thống dây chuyền sản xuất tự động .5 2.1.1 Dây chuyền sản xuất tự động nước .5 2.1.2 Vai trị tầm quan trọng tự động hóa sản xuất 10 v 2.1.3 Phân loại tự động hóa 11 2.1.4 Lợi ích ứng dụng tự động hóa sản xuất 13 2.2 Dây chuyền lắp ghép tự động 15 2.2.1 Phân loại dây chuyền lắp ghép 16 2.2.2 Ưu điểm dây chuyền lắp ghép sản xuất sản phẩm .16 2.3 Sơ lược hệ thống cấp phôi tự động .17 2.3.1 Hệ thống cấp phôi tự động: 17 2.3.2 Mục đích việc tạo hệ thống cấp phơi lắp ghép tự động: 17 2.3.3 Những yêu cầu chủ yếu mơ hình cấp phơi tự động: 18 Chương 19 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 3.1 Chọn liệt kê chi tiết cho mơ hình: 19 3.2 Chọn phương án kết cấu khí: 21 3.2.1 Phương án cho chuyển động: 21 3.2.2 Chọn phương án cho chuyển động: 26 3.3 Chọn phương án kết cấu hệ thống khí: 26 3.3.1 Lựa chọn van khí nén: 26 3.3.2 Khớp nối khí nén 27 3.3.3 Máy bơm khí nén ống khí nén .28 3.3.4 Cấu trúc hệ thống khí nén 28 3.4 Chọn phương án cho hệ thống cảm biến: 30 3.4.1 Cảm biến quang: .30 3.4.2 Cấu trúc cảm biến quang: 31 vi 3.4.3 Cảm biến sử dụng mơ hình 32 Chương 34 QUY TRÌNH THIẾT KẾ CHẾ TẠO 34 4.1 Các bước chế tạo hệ thống cấp phôi lắp ghép 34 4.2 Thiết kế hệ thống vận hành 34 4.2.1 Xác định qui cách làm việc 34 4.2.2 Xác định giải pháp thiết kế 35 4.2.3 Sơ đồ mạch nối ống khí cho xy lanh 36 4.3 Tính tốn thiết kế hệ thống 37 4.3.1 Thiết kế lõi phôi lắp ghép 37 4.3.2 Tính áp suất đầu vào khí nén .38 4.3.3 Tính tốn xy lanh ty 38 4.3.4 Tính tốn cấu Xy lanh kéo lõi 39 4.3.5 Tính tốn cấu kẹp 40 4.3.6 Tính tốn cấu xoay 41 4.4 Lưu đồ thuật toán hệ thống .42 4.4.1 Lưu đồ thuật toán chung 42 4.4.2 Lưu đồ thuật toán chế độ Manual 43 4.4.3 Lưu đồ thuật toán chế độ Auto 46 4.5 PLC Mitsubishi FX3U .51 4.5.1 Ưu điểm PLC MITSUBISHI .51 4.5.2 Sơ lược PLC Mitsubishi FX3U 64MT/ES 52 4.5.3 Đấu dây ngõ vào PLC 53 vii 4.5.4 Đấu dây ngõ PLC 55 4.5.5 Sơ đồ đấu dây mơ hình cấp phơi lắp ghép 56 4.5.6 Thiết kế giao diện HMI cho toàn hệ thống 58 4.6 Thiết kế cụm vận hành cách lắp đặt 64 4.6.1 Cụm kéo lõi lắp ghép .64 4.6.2 Cụm tay robot gắp lõi 67 4.6.3 Cụm xoay cấp lõi lắp ghép 69 4.6.4 Tính tốn giá thành vật liệu, thời gian thi công, cách thức gia công công dụng chi tiết 71 4.6.5 Thiết kế mơ hình hồn thiện 76 4.6.6 Nguyên lý cấu tạo hệ thống 80 Chương 82 CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ MƠ PHỎNG 82 5.1 Phương tiện chế tạo 82 5.1.1 Dụng cụ cầm tay .82 5.1.2 Máy gia công 84 5.2 Chế tạo máy 85 5.2.1 Khung bàn 85 5.2.2 Khâu gắp phôi 86 5.2.3 Khâu xy lanh xoay 88 5.2.4 Khâu giữ phôi 89 5.2.5 Hoàn thành sản phẩm .91 Chương 94 viii KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .94 6.1 Kết 94 6.2 Giới hạn đề tài hướng giải .95 6.2.1 Giới hạn đề tài 95 6.2.2 Hướng phát triển .96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 98 ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT GIẢI THÍCH CB, Sensor Cảm biến ĐC Động SV Sinh viên PLC Programmable Logic Controller x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Bảng thống kê chi tiết .19 Bảng Bảng giải thích đấu nối ngoại vi vào PLC 56 Bảng Bảng giải thích chi tiết mơ hình 79 Bảng Bảng liệt kê dụng cụ thi công 82 Bảng Bảng liệt kê máy thi công 84 xi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Hình ảnh hệ thống dây chuyền tự động lắp ráp sản xuất xe công ty Ford Motor Hình 2 Hình ảnh hệ thống dây chuyền tự động lắp ráp sản xuất xe công ty TOYOTA .7 Hình Tình hình nước giới tự động hóa trơng cơng nghiệp Hình Hình ảnh hệ thống dây chuyền tự động gắp gạch lên khn Hình Dây chuyền sản xuất tương ớt tự động hóa Hợp tác xã Hoa Lợi giúp đa dạng hóa sản phẩm 10 Hình Cải tiến hệ thống tự động hóa 11 Hình Hệ thống lắp ghép tự động dây chuyền sản xuất 15 Hình Xylanh TN16 21 Hình Xylanh xoay 23 Hình 3 Xylanh tay kẹp SMC MHZ2 24 Hình Xylanh tay kẹp SMC MHZ2 25 Hình Ván khí nén 5/2 SMC 26 Hình Các dạng khớp nối khí nén thường dùng 27 Hình Máy bơm khí nén Ống khí nén thơng dụng 28 Hình Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén 29 Hình Hệ thống điện - khí nén 30 Hình 10 Cấu trúc cảm biến quang 31 Hình 11 Cảm biến quang E3F-DS10C4 32 Hình Sơ đồ layout cấu hoạt động mơ hình .35 xii Hình Sơ đồ mạch khí nén 36 Hình Hình lõi phôi lắp ghép .38 Hình 4 Lưu đồ thuật toán chung 43 Hình Lưu đồ thuật tốn chế độ Manual 45 Hình Lưu đồ thuật tốn chế độ Auto cụm tay gắp robot 46 Hình Lưu đồ thuật tốn chế độ Auto cụm cấp lõi .49 Hình PLC Mitsubishi FX3U 64MT/ES .52 Hình Sơ đồ đầu vào kiểu sink 54 Hình 10 Sơ đồ đầu vào kiểu source 54 Hình 11 Ngõ relay 55 Hình 12 Ngõ transistor 55 Hình 13 Sơ đồ đầu dây mơ hình cấp phôi lắp ghép 56 Hình 14 Ứng dụng HMI 59 Hình 15 Sơ đồ kết nối PLC – HMI .60 Hình 16 Giao diện PLC 61 Hình 17 Giao diện PLC điều khiển tay 62 Hình 18 Trạng thái hoạt động xy lanh 63 Hình 19 Trạng thái hoạt động sensor 63 Hình 20 Cụm kéo lõi lắp ghép 64 Hình 21 Tay kéo lõi lắp ghép 65 Hình 22 Gá đỡ xy lanh kéo lõi 65 Hình 23 Tấm giữ cụm kéo lõi ghép 66 Hình 24 Ống trụ cấp lõi 67 xiii 48 18 30 15 20 10 11 12 158 12 Tay gắp lõi phôi Tổng hợp SL1 11 Ốc vít M3 Kin loại SL2 10 Xy lanh kẹp Tổng hợp SL1 Con tán M4 Kim loại SL8 Ốc vít M4 Kim loại SL8 Xy lanh ty 75mm Tổng hợp SL1 Pas lắp cánh tay robot Nhôm SL1 Lông đền M5 Kim loại SL4 Con tán M5 Kim loại SL4 Ốc vít M5 Kim loại SL4 Pas lắp xy lanh Mica SL1 Xy lanh ty 100mm Tổng hợp SL1 STT TÊN VẬT LIỆU GHI CHÚ A 14-22 213 80 158 100 24 255 28 122 Chi Tiết A Tỷ Lệ 3:1 Người Vẽ N.V Quang 20/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 20/07 CỤM CÁNH TAY ROBOT Trường ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM 1:2 Lớp: 18DCKA3 01.01 01.02.08 24 01.01.02 13 2,5 54 70 30 12 R18 16 10 19 35 01.01.08 01.08 30 18 13 15 13 69 87 25 Yêu cầu kỹ thuật: Đồng kích thước sai lệch giới hạn ±0,15 Làm bavia Làm cạnh sắc Người Vẽ NP Nam 20/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 20/07 CHI TIẾT TỔNG HỢP Trường ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM Lớp: 18DCKA3 1:1 Nhựa Cứng PLA+ 01.01.02 Rz 11 15 20 28 127 48 47 54 65 Yêu cầu kỹ thuật: Đồng kích thước sai lệch giới hạn ±0,15 Làm bavia Làm cạnh sắc Người Vẽ N.V Quang 24/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 24/07 PAS LẮP CÁNH TAY ROBOT Trường ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM Lớp: 18DCKA3 NHÔM 1:1 01.01.06 148 99 10 - 50 255 295 7 Pas cảm biến Nhựa PLA+ Cảm biến Tổng hợp Ống trụ cấp lõi Nhựa PLA+ Tay kéo lõi lắp ghép Nhựa PLA+ Xy lanh đơn Tổng hợp Giá đỡ xy lanh Nhựa PLA+ 1 Tấm giữ cụm kéo lõi ghép Nhựa PLA+ STT TÊN VẬT LIỆU SL Người vẽ N.T.V.Ân 25/07 Cụm Kéo Lõi Phôi Người vẽ Trần Đình Khải 15/07 GHI CHÚ Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM Viện Kỹ Thuật - Lớp 18DCKA3 1:3 01.02 63 20 40 25 25 42 31 52 100 32 22 60 R4 20 20 R4 130 295 Yêu cầu kỹ thuật: Đồng kích thước sai lệch giới hạn ±0,15 Làm bavia Làm cạnh sắc Người Vẽ N.V Quang 20/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 20/07 TẤM GIỮ CỤM KÉO LÕI GHÉP Trường ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM Lớp: 18DCKA3 1:1 01.02.01 Rz 11 20 Ø12 13 15 R11 40 31 108 24 60 Ø6 2lỗ NP Nam 20/07 20/07 1:1 01.02.02 28 24 84 10 7 60 Yêu cầu kỹ thuật: Đồng kích thước sai lệch giới hạn ±0,15 Làm bavia Làm cạnh sắc Người Vẽ N.V Quang 24/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 24/07 TAY KÉO LÕI GHÉP Trường ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM Lớp: 18DCKA3 Nhựa Cứng ESUN PLA+ 1:1 01.02.04 19 20 27 200 50 13 14 45 12 20 13 10 64 10 Yêu cầu kỹ thuật: Đồng kích thước sai lệch giới hạn ±0,15 Làm bavia Làm cạnh sắc Người Vẽ NT Việt Ân 20/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 20/07 Trường ĐH CƠNG NGHỆ TP HCM Lớp: 18DCKA3 ỐNG TRỤ CẤP LÕI Nhựa Cứng ESUN PLA+ 1:2 01.02.05 03 27 25 52 15 01.05 Người Vẽ NT Việt Ân 20/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 20/07 CHI TIẾT TỔNG HỢP Trường ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM Lớp: 18DCKA3 2:1 Nhựa Cứng PLA+ 03 35 76 33 71 93 33 21 Ốc vít M3 Kim loại SL2 Xy lanh xoay Tổng hợp SL1 Bu lông M6 Kim loại SL2 JIG đựng lõi phôi lắp ghép Nhựa PLA + SL1 STT TÊN VẬT LIỆU GHI CHÚ Người Vẽ NT Việt Ân 20/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 20/07 CỤM XY LANH XOAY Trường ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM Lớp: 18DCKA3 2:3 01.04 45 140 20 35 20 32 Yêu cầu kỹ thuật: Đồng kích thước sai lệch giới hạn ±0,15 Làm bavia Làm cạnh sắc Người Vẽ NT Việt Ân 20/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 20/07 JIG ĐỰNG LÕI LẮP GHÉP Trường ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM Lớp: 18DCKA3 1:1 Nhựa Cứng PLA+ 01.04.01 Rz 11 20 92 16 50 25 77 Yêu cầu kỹ thuật: Đồng kích thước sai lệch giới hạn ±0,15 Làm bavia Làm cạnh sắc Người Vẽ NT Việt Ân 20/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 20/07 DẾ DƯỚI XY LANH XOAY Trường ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM Lớp: 18DCKA3 1:1 Nhựa Cứng PLA+ 01.04.02 03 27 25 52 15 01.05 Người Vẽ NT Việt Ân 20/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 20/07 CHI TIẾT TỔNG HỢP Trường ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM Lớp: 18DCKA3 2:1 Nhựa Cứng PLA+ 01.05 Rz 11 290 10 28 92 24 100 170 100 125 41 28 154 Yêu cầu kỹ thuật: Đồng kích thước sai lệch giới hạn ±0,15 Làm bavia Làm cạnh sắc Người Vẽ NP Nam 20/07 Kiểm tra Trần Đình Khải 20/07 Trường ĐH CƠNG NGHỆ TP HCM Lớp: 18DCKA3 TẤM PHÔI TRÊN 1:1 NHÔM 01.07 Rz 11 290 270 13 30 Ø6 4lỗ 16 Ø4 4lỗ 104 104 190 16 30 13 10 NP Nam 20/07 20/07 1:1 01.09 ... hệ thống cấp phôi tự động .17 2.3.1 Hệ thống cấp phôi tự động: 17 2.3.2 Mục đích việc tạo hệ thống cấp phôi lắp ghép tự động: 17 2.3.3 Những yêu cầu chủ yếu mơ hình cấp phơi tự. .. 2.3.2 Mục đích việc tạo hệ thống cấp phôi lắp ghép tự động: Hệ thống cấp phôi lắp ghép tự động ứng dụng rộng rãi cung cấp giải pháp cấp phôi tối ưu cho nhiều loại máy móc, thiết bị tích hợp vào... cách phát vật cản: 0~30cm 33 Chương QUY TRÌNH THIẾT KẾ CHẾ TẠO 4.1 Các bước chế tạo hệ thống cấp phôi lắp ghép Hệ thống cấp phôi lắp ghép thiết kế phải thỏa mãn yêu cầu kĩ thuật xuất,độ tin cậy