TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ CẢI TIẾN CÁNH TAY ROBOT 4 BẬC TỰ DO NGUYỄN VĂN TUẤN tuan nv164392@sis hust edu vn PHẠM ĐĂNG CHIẾN chien pd160430@sis hust edu vn Ngành Kỹ[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ CẢI TIẾN CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO NGUYỄN VĂN TUẤN tuan.nv164392@sis.hust.edu.vn PHẠM ĐĂNG CHIẾN chien.pd160430@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật khí Chun ngành Cơng nghệ chế tạo máy Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trương Hoành Sơn Chữ ký GVHD Giảng viên phản biện: TS Nguyễn Kiên Trung Chữ ký GVPB Bộ môn: Viện: Cơng nghệ chế tạo máy Cơ Khí HÀ NỘI, 07/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MƠN CNCTM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY) Thông tin sinh viên Họ tên SV: Nguyễn Văn Tuấn Lớp: Kỹ thuật khí 01-K61 ĐT: 0904.517.520 Họ tên SV: Phạm Đăng Chiến Lớp: Kỹ thuật khí 03-K61 ĐT: 0343.171.166 Email (đại diện): tuan.nv164392@sis.hust.edu.vn Hệ đào tạo: Chính quy Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy Đồ án tốt nghiệp thực tại: Phòng T110 – Nhà T – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Thời gian làm ĐATN: Từ ngày 01/03/2021 đến 30/06/2021 Đầu đề thiết kế NGHIÊN CỨU VÀ CẢI TIẾN CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO Nội dung thuyết minh tính tốn: Tổng quan tính tốn kết cấu khí cánh tay robot bậc tự Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo phận cải tiến Các vẽ: Bản vẽ chi tiết lồng phôi: A0 Bản vẽ sơ đồ nguyên công: A0 Bản vẽ đồ gá: A0 Bản vẽ lắp: A0 Bản vẽ trường công tác Robot: A0 Hà Nội, ngày 10 tháng 07 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MƠN CNCTM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên SV: Nguyễn Văn Tuấn Lớp: Kỹ thuật khí 01-K61 Họ tên SV: Phạm Đăng Chiến Lớp: Kỹ thuật khí 03-K61 Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy Tên đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu cải tiến cánh tay robot bậc tự NỘI DUNG NHẬN XÉT I Khối lượng đồ án: Phần thuyết minh: 109 trang Phần vẽ: 12 A0 II Ưu điểm đồ án ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… III Nhược điểm đồ án ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… IV Kết luận ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày 10 tháng 07 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MƠN CNCTM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên SV: Nguyễn Văn Tuấn Lớp: Kỹ thuật khí 01-K61 Họ tên SV: Phạm Đăng Chiến Lớp: Kỹ thuật khí 03-K61 Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy Tên đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu cải tiến cánh tay robot bậc tự NỘI DUNG NHẬN XÉT V Khối lượng đồ án: Phần thuyết minh: 109 trang Phần vẽ: 12 A0 VI Ưu điểm đồ án ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… VII Nhược điểm đồ án ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… VIII Kết luận ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày 10 tháng 07 năm 2021 Giảng viên phản biện MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lịch sử hình thành: 1.2 Xu hướng phát triển: 1.3 Nội dung nghiên cứu: 1.4 Phương pháp nghiên cứu đề tài: 1.4.1 Lý thuyết: 1.4.2 Thực nghiệm: 1.5 Phạm vi nghiên cứu đề tài: CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 2.1 Một số định nghĩa robot 2.1.1 Định nghĩa robot công nghiệp (IR – Industrial Robot): 2.1.2 Bậc tự robot (DOF: Degree Of Freedom): 2.1.3 Hệ toạ độ (Coordinate Frame): 2.1.4 Trường công tác robot (Workspace or Range of motion): 2.2 Cấu trúc phân loại robot công nghiệp 2.2.1 Cấu trúc robot công nghiệp: 2.3 Cấu trúc phân loại robot công nghiệp 2.3.1 Cấu trúc robot công nghiệp: 2.3.2 Phân loại robot: 2.4 Động học động lực học robot 10 2.4.1 Động học robot: 10 2.4.2 Động lực học robot: 13 2.5 Thiết kế quỹ đạo robot 14 2.6 Cơ sở điều khiển robot 16 2.6.1 Yêu cầu điều khiển robot: 16 2.6.2 Nguyên tắc điều khiển: 16 2.6.3 Các phương pháp điều khiển robot: 17 CHƯƠNG 3: CẢI TIẾN VÀ MƠ HÌNH HỐ SẢN PHẨM 23 3.1 Mơ hình hố hệ thống khí: 23 3.1.1 Yêu cầu toán thiết kế cải tiến sản phẩm: 23 3.1.2 Trường công tác robot: 23 3.1.3 Tính tốn thiết kế chi tiết: 25 3.1.4 Mơ hình hố cánh tay Robot: 29 3.2 Chế tạo sản phẩm: 31 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH 44 4.1 Chi tiết dạng hộp (Vỏ hộp giảm tốc trục vít bánh vít) 44 4.1.1 Phân tích chức làm việc, tính cơng nghệ kết cấu, xác định dạng sản xuất, phương pháp chế tạo phôi: 44 4.1.2 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết: 48 4.1.3 Tính tra lượng dư gia cơng: 56 4.1.4 Tính chế độ cắt cho nguyên công: 60 4.1.5 Tính thời gian gia cơng cho nguyên công: 66 4.1.6 Tính thiết kế đồ gá: 70 4.2 Chi tiết dạng hộp (Nắp động bước size 57): 76 4.2.1 Phân tích chức làm việc, tính cơng nghệ kết cấu, xác định dạng sản xuất phương pháp gia công: 77 4.2.2 Thiết kế quy trình gia cơng chi tiết: 80 4.2.3 Tính tra lượng dư gia công: 88 4.2.4 Tính tra chế độ cắt cho nguyên công: 91 4.2.5 Tính thời gian gia cơng cho ngun cơng: 94 4.2.6 Tính thiết kế đồ gá: 98 KẾT LUẬN 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.1 Trường cơng tác cánh tay máy 24 Hình 3.3 Sơ đồ tính tốn 25 Hình 3.4 Sơ đồ hệ dẫn động khâu (khâu cánh tay) robot 27 Hình 3.5 Mơ hình cánh tay Robot 29 Hình 3.6 Các khâu tay máy robot bậc tự 30 Hình 3.7 Các trục tay máy Robot bậc tự 31 Hình 3.8 Khâu chân đế 31 Hình 3.9 Sơ đồ lắp ráp Khâu “Khâu chân đế” 34 Hình 3.10 Khâu bả vai 34 Hình 3.11 Sơ đồ lắp ráp Khâu “Khâu bả vai” 38 Hình 3.12 Khâu khuỷu tay 38 Hình 3.13 Khâu cánh tay 41 Hình 3.14 Sơ đồ lắp ráp Khâu “Khâu cánh tay” 43 Hình 3.15 Mơ hình chế tạo 43 Hình 4.1 Tính trọng lượng chi tiết phần mềm SolidWorks 46 Hình 4.2 Sơ đồ bố trí mặt phân khn chi tiết vỏ hộp giảm tốc 47 Hình 4.3 Bản vẽ khn đúc chi tiết vỏ hộp giảm tốc trục vít 48 Hình 4.4 Bản vẽ lồng phôi chi tiết vỏ hộp giảm tốc 48 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên công 50 Hình 4.6 Sơ đồ nguyên công 51 Hình 4.7 Sơ đồ nguyên công 51 Hình 4.8 Sơ đồ ngun cơng 52 Hình 4.9 Sơ đồ ngun cơng 53 Hình 4.10 Sơ đồ nguyên công 53 Hình 4.11 Sơ đồ nguyên công 54 Hình 4.12 Sơ đồ nguyên công 54 Hình 4.13 Sơ đồ ngun cơng 55 Hình 4.14 Sơ đồ ngun cơng 10 55 Hình 4.15 Sơ đồ nguyên công 11 56 Hình 4.16 Sơ đồ kiểm tra độ không đồng tâm lỗ 𝜙24 56 Hình 4.17 Sơ đồ chuỗi kích thước xác định sai số chuẩn kích thước 25+0,1 58 Hình 4.18 Sơ đồ phân tích lực cắt khoan 71 Hình 4.19 Sơ đồ tính lực cắt phay 75 Hình 4.20 Tính trọng lượng chi tiết phần mềm SolidWorks 78 Hình 4.21 Mặt phân khuôn chi tiết nắp động bước 79 Hình 4.22 Bản vẽ lồng phơi chi tiết nắp động bước 80 Hình 4.23 Sơ đồ ngun cơng 82 Hình 4.24 Sơ đồ ngun cơng 83 Hình 4.25 Sơ đồ nguyên công 83 Hình 4.26 Sơ đồ nguyên công 84 Hình 4.27 Sơ đồ ngun cơng 84 Hình 4.28 Sơ đồ ngun cơng 85 Hình 4.29 Sơ đồ ngun cơng 85 Hình 4.30 Sơ đồ nguyên công 86 Hình 4.31 Sơ đồ nguyên công 86 Hình 4.32 Sơ đồ ngun cơng 10 87 Hình 4.33 Sơ đồ ngun cơng 11 87 Hình 4.34 Sơ đồ kiểm tra mặt đầu với lỗ 𝜙22 88 Hình 4.35 Sơ đồ chuỗi kích thước xác định sai số chuẩn kích thước 33.2+0.1 89 Hình 4.36 Sơ đồ phân tích lực cắt khoan 99 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật hộp giảm tốc trục vít 27 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật cánh tay Robot 30 Bảng 3.3 Bảng góc quay Robot 31 Bảng 3.4 Bảng thống kê chi tiết máy khâu cánh tay robot 33 Bảng 3.5 Bảng thống kê chi tiết máy khâu cánh tay robot 37 Bảng 3.6 Bảng thống kê chi tiết máy khâu cánh tay máy 40 Bảng 3.7 Bảng thống kê chi tiết máy khâu cánh tay robot 42 Bảng 4.1 Bảng phương pháp gia công cho bề mặt chi tiết 49 Bảng 4.2 Bảng tính tốn kích thước giới hạn bước NC 59 Bảng 4.3 Bảng tổng hợp tính tốn lượng dư NC “Kht, doa lỗ 𝜙24” 60 Bảng 4.4 Bảng tra lượng dư gia công bề mặt chi tiết vỏ hộp giảm tốc 60 Bảng 4.5 Bảng tổng hợp chế độ cắt cho nguyên công 65 Bảng 4.7 Bảng tra lượng dư gia công bề mặt chi tiết nắp động bước 90 Bảng 4.8 Bảng thông số kỹ thuật cấu mỏ kẹp liên động 100 LỜI CẢM ƠN Sau năm học tập rèn luyện giảng đường đại học Chúng em trải qua môn học đồ án tốt nghiệp học phần cuối chặng đường sinh viên chúng em trước tốt nghiệp Đây hội để chúng em áp dụng kiến thức sản phẩm khí thực tế Trong trình thực đồ án, chúng em nhận hướng dẫn nhiệt tình chu đáo Thầy (Cô) Bộ môn Công nghệ chế tạo máy Đặc biệt Thầy PGS TS Trương Hoành Sơn - Giảng viên trực tiếp hướng dẫn chúng em khoá luận tốt nghiệp Qua chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy PGS TS Trương Hồnh Sơn Thầy (Cơ) Bộ mơn giúp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp TĨM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Ngày nay, thiết bị đa trở nên phổ biến sống sản xuất Với kết hợp mạnh mẽ Cơ khí - Điện tử - Tin học thời gian ngắn gần đây, thiết bị ngày thơng minh, linh hoạt hữu ích sống Với xu đó, Cơ điện tử chuyên ngành phát triển mạnh mẽ giới Việt Nam Với tư cách sinh viên ngành Cơ Khí chế tạo máy, chúng em có kiến thức tổng quát khí - điện tử - tin học, kết hợp lĩnh vực học để thiết kế thiết bị với tính đại, hoạt động bền vững với độ tin cậy cao Với đề tài giao “Nghiên cứu cải tiến cánh tay robot bậc tự do” Với mơ hình khí sẵn có chúng em tiếp tục nghiên cứu cải tiến cánh tay máy với nội dung sau: Thiết kế, tối ưu hố mơ hình khí cánh tay máy (tính chọn động khâu, tính tốn lại trường cơng tác, lựa chọn vật liệu phù hợp, sử dụng hộp giảm tốc trục vít tăng momen xoắn cho khâu 2) Từ lập QTCN gia cơng chi tiết điển hình Tăng độ xác cho khâu (bàn tay máy) cách sử dụng tay song song lực động servo giúp cho cánh tay máy kẹp phơi di chuyển phơi đến vị trí xác định cách xác Nghiên cứu ứng dụng Arduino giao tiếp với máy tính phương pháp điều khiển PID vào mơ hình tay máy thiết kế Các phần cải tiến mơ hình khí cánh tay robot, chúng em chế tạo máy công cụ vạn năng, máy CNC,….Qua rút nhiều kinh nghiệm kiến thức sản xuất thực tế Nhóm sinh viên thực Nguyễn Văn Tuấn Phạm Đăng Chiến 4.2.5 Tính thời gian gia công cho nguyên công: Thời gian gian gia công nguyên công thời gian cần thiết để thực nguyên công Nó xác định theo cơng thức sau: L1 + L2 + L T0 = (phút) S n Trong đó: L chiều dài bề mặt cần gia cơng (mm) L1 chiều dài ăn dao (mm) L2 chiều dài thoát dao (mm) S lượng chạy dao (mm/vịng) n tốc độ quay trục (vịng/phút) Ngun cơng “Phay mặt đáy ”: Ta có: L1 = n √t(D − t) + (0,5 ÷ 3) = √2 (60 − 2) + (0,5 ÷ 3) = 11 (mm) L2 = (2 ÷ 5) (mm) L = 56 (mm) Phay thô : Tthô = (L1 + L2 + L) + + 56 = = 0,12 (phút) S n 1,25.500 Phay tinh: Ttinh = n (L1 + L2 + L) S n Thời gian NC 1: t1 = 0,22 (phút) = + + 56 = 0,1 (phút) 1.750 Nguyên công 2: Khoan lỗ 𝝓5,2 khoan, doa lỗ 𝝓5,2 Khoan lỗ 𝜙5: L1 + L2 + L To = i (phút) S n Ta có: d L1 = cotφ + (0,5 ÷ 2) = cot60° + (0,5 ÷ 2) = 3,5 (mm) 2 L2 = ÷ = (mm) L = 25 (mm) Suy thời gian gia công cho bước khoan lỗ thông suốt 𝜙5,2 là: L1 + L2 + L 3,5 + + To = n = = 0,92 (phút) S n 0,1.450 Doa lỗ 𝜙5,2: L1 + L2 + L To = n (phút) S n Ta có: 94 D−d 5,2 − cotφ + (0,5 ÷ 2) = cot60° + (0,5 ÷ 2) = 2,1 (mm) 2 L2 = ÷ = (mm) L1 = L = (mm) Suy thời gian gia công cho bước doa lỗ 𝜙5,2 là: L1 + L2 + L 2,5 + + To = n = = 0,84 (phút) S n 0,1.250 Thời gian NC 2: t2 = 0,92+0,84 = 1,76 (phút) Nguyên công 3: Khoan lỗ 𝝓10 Khoan lỗ 𝜙10: To = i L1 + L2 + L (phút) S n Ta có: d 10 L1 = cotφ + (0,5 ÷ 2) = cot60° + (0,5 ÷ 2) = 4,9 (mm) 2 L2 = ÷ = (mm) L = (mm) Suy thời gian gia công cho bước khoan lỗ thông suốt 𝜙10 là: L1 + L2 + L 4,9 + + T3 = i = = 0,3 (phút) S n 0,1.450 Nguyên công 4: Tiện mặt đầu A + Tiện thô: Thời gian gia công xác định công thức: To = i L1 + L2 + L (phút) S n Ta có: L1 = t 1,5 + (0,5 ÷ 2) = +(0,5 ÷ 2) = 3,5 (mm) tgϕ tg45° L2 = ÷ = (mm) L = 11 (mm) Suy thời gian gia công cho bước khoan lỗ thông suốt 𝜙10 là: L1 + L2 + L 3,5 + + 11 T0 = i = = 0,4 (phút) S n 0,12.400 + Tiện tinh: Thời gian gia công xác định công thức: To = i L1 + L2 + L (phút) S n Ta có: 95 L1 = t 0,5 + (0,5 ÷ 2) = +(0,5 ÷ 2) = 2,5 (mm) tgϕ tg45° L2 = ÷ = (mm) L = 11 (mm) Suy thời gian gia công cho bước khoan lỗ thông suốt 𝜙10 là: L1 + L2 + L 2,5 + + 11 T0 = i = = 0,23 (phút) S n 0,1.800 Thời gian NC 4: t4 = 0,4+0,23 = 0,63 (phút) Nguyên công 5: Tiện thô bề mặt lỗ + Tiện thô: Thời gian gia công xác định công thức: To = i L1 + L2 + L (phút) S n Ta có: L1 = t + (0,5 ÷ 2) = +(0,5 ÷ 2) = (mm) tgϕ tg45° L2 = ÷ = (mm) L = 16 (mm) Suy thời gian gia công cho bước khoan lỗ thông suốt 𝜙10 là: L1 + L2 + L + + 16 T5 = i = = 0,5 (phút) S n 0,12.400 Nguyên công 6: Vát mép lỗ tiện rãnh + Vát mép: Thời gian gia công xác định công thức: To = i L1 + L2 + L (phút) S n Ta có: L1 = t + (0,5 ÷ 2) = +(0,5 ÷ 2) = (mm) tgϕ tg45° L2 = ÷ = (mm) L = (mm) Suy thời gian gia công cho bước khoan lỗ thông suốt 𝜙10 là: L1 + L2 + L + + T0 = i = = 0,23 (phút) S n 0,12.400 + Tiện rãnh: Thời gian gia công xác định công thức: 96 To = i L1 + L2 + L (phút) S n Ta có: L1 = t + (0,5 ÷ 2) = +(0,5 ÷ 2) = (mm) tgϕ tg45° L2 = ÷ = (mm) L = (mm) Suy thời gian gia công cho bước khoan lỗ thông suốt 𝜙10 là: L1 + L2 + L + + T0 = i = = 0,21 (phút) S n 0,12.400 Thời gian NC 6: t6 = 0,23+0,21 = 0,44 (phút) Nguyên công 7: Tiện tinh bề mặt lỗ + Tiện tinh: Thời gian gia công xác định công thức: To = i L1 + L2 + L (phút) S n Ta có: L1 = t 0,2 + (0,5 ÷ 2) = +(0,5 ÷ 2) = 2,2 (mm) tgϕ tg45° L2 = ÷ = (mm) L = 16 (mm) Suy thời gian gia công cho bước khoan lỗ thông suốt 𝜙10 là: L1 + L2 + L 2,2 + + 16 T7 = i = = 0,29 (phút) S n 0,1.800 Nguyên công 8: Mài bề mặt lỗ Thời gian gia công xác định công thức: To = i L1 + L2 + L (phút) S n Ta có: L1 = t 0,05 + (0,5 ÷ 2) = +(0,5 ÷ 2) = 2,2 (mm) tgϕ tg45° L2 = ÷ = (mm) L = (mm) Suy thời gian gia công cho bước khoan lỗ thông suốt 𝜙10 là: L1 + L2 + L 2,2 + + T7 = i = = 0,3 (phút) S n 0,05.1000 Nguyên công 9: Phay phân độ mặt lỗ 𝝓3,2 97 Ta có: L1 = n √t(D − t) + (0,5 ÷ 3) = √1 (7 − 2) + (0,5 ÷ 3) = 5,2 (mm) L2 = (2 ÷ 5) (mm) L = (mm) Phay thô : (L1 + L2 + L) 5,2 + + = = 0,8 (phút) S n 1,2.500 Nguyên công 10: Phay phân độ mặt lỗ 𝝓3,2 T9 = Ta có: L1 = n √t(D − t) + (0,5 ÷ 3) = √1 (9 − 2) + (0,5 ÷ 3) = 5,6 (mm) L2 = (2 ÷ 5) (mm) L = (mm) Phay thô : (L1 + L2 + L) 5,6 + + = = 0,9 (phút) S n 1,2.500 Nguyên công 11: Phay phân độ mặt lỗ 𝝓3,2 Khoan lỗ 𝜙3,2: L1 + L2 + L To = i (phút) S n Ta có: d 3,2 L1 = cotφ + (0,5 ÷ 2) = cot60° + (0,5 ÷ 2) = 2,9 (mm) 2 L2 = ÷ = (mm) T10 = L = (mm) Suy thời gian gia công cho bước khoan lỗ thông suốt 𝜙5,2 là: L1 + L2 + L 2,9 + + T11 = n = = 1,1 (phút) S n 0,1.450 Nguyên công 12: Kiểm tra độ khơng vng góc mặt A lỗ 𝝓22 4.2.6 Tính thiết kế đồ gá: a) Đồ gá “Khoan lỗ 𝝓10”: Đồ gá thiết kế phải đảm bảo số yêu cầu sau: đảm bảo việc gá đặt chi tiết phải nhanh chóng, đơn giản, tốn sức, sai số chế tạo đồ gá phải đảm bảo cho chi tiết gia công xong phải yêu cầu đặt Như đồ gá thiết kế phải đủ độ cứng vững tránh làm xước bề mặt gia công Lực cắt khoan: 98 Với vận tốc cắt khoan tính phần trên, theo sổ tay cnctm –ta tính lực chiều trục P0 momen xoắn Mx Mx = 10.CM.Dq.Sy.kp P0 = 10.Cp.Dq.Sy.kp Trong đó: Cm, q, y, Cp hệ số tra bảng Tra [Sổ tay công nghệ chế tạo máy 2], ta có : CM = 0,021 q = 2,0 y = 0,8 CP = 42,7 q = 1,0 y = 0,8 Vậy ta tính được: Mx = 10.0,021.202.0,40,8.1 = 40,35 (Nm) P0 = 10.42,7.201.0,40,8.1 = 4103 (N) ⟹ Công suất cắt Ne: Mx n 40,35.475 = = 1,965 (kW) < Nđc = [kW] 9750 9750 Tính lực kẹp khoan: Ne = Hình 4.36 Sơ đồ phân tích lực cắt khoan + Do chi tiết định vị lỗ mặt đầu, nên momen cắt M có xu hướng làm quay chi tiết xung quanh trục Muốn cho chi tiết khơng bị xoay momen ma sát lực hướng trục lực kẹp gây phải thắng momen cắt Phương trình cân lực : W≥ K M f d M- momen cắt 99 d- đường kính dao khoan K- hệ số an toàn, K = K0.K1.K2.K3.K4.K5.K6 Lấy K0 = 1,5 K1 : hệ số tính đến tăng lực cắt nhấp nhô bề mặt phôi thơ, lấy K1 = K2 : hệ số tính đến tăng lực cắt dao mòn,lấy cho điều kiện tiêu chuẩn K2 =1 K3 : hệ số xét đến tính liên tục q trình cắt K3 = K4 : hệ số kể đến nguồn sinh lực kẹp, kẹp chặt tay nên lấy K4 = 1,3 K5 : hệ số kể đến vị trí tay vặn cấu kẹp thuận lợi nên K5 = 1,2 K6 Hệ số kể đến chi tiết bị xoay, lật kẹp chặt K6 = ⇒ K = 1,5.1.1.1.1,3.1,2.1 = 2,34 Lấy K = 2,5 +f- hệ số ma sát bề mặ kẹp (đối với mỏ kẹp nhẵn f=0.25) W≥ K M 2,5.40 = = 2000N f d 2.0,25.0,1 Chọn cấu kẹp cấu sinh lực: Cơ cấu kẹp chặt phải thoả mãn yêu cầu: kẹp phải giữ vị trí phôi, lực kẹp tạo vừa đủ không làm biến dạng phôi Kết cấu nhỏ gọn thao tác thuận lợi an toàn Với yêu cầu ta chọn cấu kẹp đòn kẹp liên động Theo bảng 8-51 [2] ta chọn kích cỡ đai ốc cần thiết là: Loại vít kẹp d(mm) rtb(mm) L(mm) P(N) Q(N) Dùng cờ lê vặn 10 4,5 120 450 3150 Bảng 4.8 Bảng thông số kỹ thuật cấu mỏ kẹp liên động Chọn cấu dẫn hướng cấu khác: Cơ cấu dẫn hướng: Với đồ gá khoan cấu dẫn hướng phận quan trọng, xác định trực tiếp vị trí mũi dụng cụ tăng độ cứng vững dụng cụ cắt q trình gia cơng Cơ cấu dẫn hướng sử dụng phiến dẫn Cơ cấu khác: 100 Thân đồ gá chọn theo kết cấu vẽ lắp, thân đồ gá chế tạo gang Cơ cấu kẹp chặt đồ gá bàn máy bu lông Xác định sai số chế tạo đồ gá: Sai số chế tạo đồ gá cho phép theo yêu cầu nguyên công để quy định điều kiện kỹ thuật chế tạo lắp ráp đồ gá Như ta có sai số gá đặt: + 𝜀 + 𝜀 ≤ [𝜀 ] 𝜀𝑔đ = √𝜀𝑐2 + 𝜀𝑘2 + 𝜀𝑚 𝑔đ 𝑐𝑡 đ𝑐 Trong đó: + 𝜀𝑘 sai số kẹp chặt, phương lực kẹp vng góc với phương kích thước thực nên 𝜀𝑘 = 𝜇𝑚 + 𝜀𝑚 sai số mòn đồ gá bị mòn gây ra, tính theo cơng thức: 𝜀𝑚 = 𝛽√𝑁 Với 𝛽 hệ số phụ thuộc vào kết cấu sơ đồ định vị, chọn 𝛽 = 0,2 N số chi tiết gia công đồ gá, N = 10000 chi tiết Vậy 𝜀𝑚 = 0,2 √10000 = 20 𝜇𝑚 + 𝜀đ𝑐 sai số điều chỉnh, sai số sinh phải lắp ráp điều chỉnh đồ gá phụ thuộc vào khả điều chỉnh dụng cụ điều chỉnh lắp ráp, 𝜀đ𝑐 = 10 𝜇𝑚 + Tính sai số chuẩn kích thước H = 33,2+0.1 (khoảng cách lỗ trục) Kích thước có sai số chuẩn chuẩn định vị khơng trùng với gốc kích thước (hình vẽ) Lập chuỗi kích thước: a + x – x1 – H = ⇒ H = a – (x1 – x) 𝛿𝐷𝐿 𝛿𝐷𝑐 0,02 0,012 𝜀𝑐 (𝐻 ) = − = − = 0,003 𝑚𝑚 = 3𝜇𝑚 2 2 𝜀𝑔đ sai số gá đặt, tính tốn đồ gá ta lấy giá trị sai số gá đặt cho phép 1 [𝜀𝑔đ ] = 𝛿 = 0,1 = 0,033 𝑚𝑚 = 33 𝜇𝑚 3 𝜀𝑐𝑡 sai số chế tạo đồ gá, giá trị sai số chế tạo đồ gá cho phép là: 101 2 + 𝜀 ) = √332 − (32 + 02 + 202 + 102 ) [𝜀𝑐𝑡 ] = √[𝜀𝑔đ ] − (𝜀𝑐2 + 𝜀𝑘2 + 𝜀𝑚 đ𝑐 = 24 𝜇𝑚 f) Yêu cầu kỹ thuật đồ gá: - Bề mặt làm việc phiến tỳ nhiệt luyện đạt HRC = 30 ÷ 35 - Độ khơng vng góc đường tâm bạc dẫn với mặt đáy đồ gá < 24 𝜇𝑚 /100 mm chiều dài - Độ không song song mặt phiến tỳ với mặt đáy đồ gá < 24 𝜇𝑚/100 mm chiều dài b) Đồ gá “Phay mặt lỗ 𝝓𝟑 𝟐”: Chọn tính tốn thông số công nghệ: Chọn máy : chi tiết ta ta chọn gia công máy phay đứng 6H82 Chọn dụng cụ cắt : dao phay ngón Dựa vào chiều rộng cần phay D = mm => Đường kính dao khuyên dùng : Ddao = mm Ta chọn dùng dao phay thép HK, tra bảng 4-92 [1] ta có thông số dao sau: D = mm ;số dao Z=4; L=40, vật liệu: T15K6 Tính tốn chế độ cắt: Chiều sâu cắt t = [mm] Chiều rộng phay B = [mm] Lượng chạy dao Sz : Tra bảng 5.33[2]-trang 29 ta Sz = 0,2 [mm/răng] + Tốc độ cắt dao phay nói chung tính theo cơng thức sau : Cv Dq V = m x y u p kv T t Sz B Z Trong : Tra bảng 5-39 [2]- trang 32 ( với vật liệu gia công gang xám có HB =190, vật liệu dao BK6, phay mặt phẳng dao phay mặt đầu ) ta có số liệu sau : Cv= 68,5, q= 0,45, x= 0,3, y= 0,2, u=0,1 , p=0, m=0,33 ( Tra bảng 5-40) Sổ Tay CNCTM[2] có T = 80 phút tuổi bền dao Các hệ số k tra bảng 5-1 đến 5-4 Với kv = kMV.knv.kuv Hệ số phụ thuộc vào chất lượng vật liệu gia công KMv = kv( 190 nv ) 𝐻𝐵 = với HB = 190 hệ số mũ nv = 0,95 (tra bảng 5.2 [2]) Hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt phôi knv : Tra bảng 5-5[2]) ta có knv = 0,8 Hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt kuv ( Tra bảng 5-6[2]) ta có : kuv = Thay số vào ta có kv =1.0,8.1 = 0,8 102 Vậy tốc độ cắt : 68,5 70,45 V = 0,33 0,15 0,8 = 18,9 [m/ph] 80 0, 20,35 70,2 40,1 Vận tốc vòng quay máy : 1000 v 1000.18,9 n= = = 859,8 [vg/ph] π D 3,14.7 Chọn số vòng quay theo máy nm = 850 [vg/ph] Vậy tốc độ cắt thực tế : π D n 3,14.7.850 Vtt = = = 18,7[m/ph] 1000 1000 Xây dựng sơ đồ tác dụng ngoại lực: Sơ đồ tác dụng ngoại lực hình vẽ sau đây: + Lực cắt hướng kính Py (N); + Lực cắt tiếp tuyến Pz (N); + Lực chạy dao Ps (N) Lực cắt tiếp tuyến Pz xác định theo công thức: y 10 Cp t x Sz B u Z Pz = K MV Dq nw Trong đó: 𝐶𝑝 hệ số ảnh hưởng đến vật liệu gia công Tra Sổ tay CNCTM -2 lấy Cp = 30 x, y, n, q, w hệ số mũ Tra Sổ tay CNCTM-2 lấy: x = 0,86 y = 0,72 u = 1,14 q = 0,86 w=0 t chiều sâu cắt, t = mm B bề rộng phay, B = mm D đường kính dao phay, D = mm n số vòng quay dao, n = 850 (vg/ph) Sz lượng chạy dao Sph 680 SZ = = = 0,2 (mm/răng) Z n 4.850 Z số dao, Z = 103 𝐾𝑀𝑉 hệ số điều chỉnh cho chất lượng cho vật liệu gia công gang Tra Sổ tay CNCTM-2 ta lấy: 𝐾𝑀𝑉 = y 10 Cp t x Sz B u Z 10.30 10,86 0,20,72 71,14 Pz = K MV = = 650 (N) Dq nw 70.86 8500 Lực hướng kính xác định dựa vào mối quan hệ với 𝑃𝑧 trường hợp phay không đối xứng phay thuận: Py = 0,6 ⟹ Py = 0,3 Pz = 0,3.650 = 195 (N) Pz Lực cắt hướng trục xác định dựa vào mối quan hệ với 𝑃𝑧 trường hợp phay không đối xứng phay thuận: Ps = 0,7 ⟹ Ps = 0,7 Pz = 0,7.650 = 455 (N) PZ Lực cắt tổng hợp R: R = √Py2 + PZ2 = √1952 + 6502 = 678,62 (N) Momen xoắn 𝑀𝑥 trục máy là: PZ D 650.7 Mx = = = 22,75 (N) 2.100 2.100 Công suất cắt 𝑁𝑒 : PZ V 650 π 850.7 Ne = = = 0,2 (kW) 1020.60 1020.60.1000 Tính tốn lực kẹp cần thiết: Ta tính tốn lực kẹp vị trí gây nguy hiểm q trình gia cơng, ngoại lực gây nguy hiểm để tìm lực kẹp sau kiểm nghiệm lại ngoại lực khác : Theo sơ đồ ta thấy lực gây nguy hiểm lực cắt Pz Vớí phương tác dụng lực kẹp tác dụng hình vẽ : Lực Pz làm cho chi tiết bật khỏi vị trí, gây lật quanh chốt, tính khả gây nguy hiểm gây lực lật lớn vị trí bắt đầu ăn dao Ta có phương trình chống lật : 𝐾 𝑃𝑍 62 ≤ 𝑊 38 K PZ 62 W≥ 38 Ta tính hệ số an tồn tính lực kẹp K - K =ko k1.k2.k3.k4.k5.k6 - Ko - Hệ số an toàn dùng chung cho tất loại gia công ko =1,5 - K1 -Hệ số kể đến lượng dư không đồng : phôi thô nên ta chọn k1=1,2 - K2 - Hệ số kể đến lượng tăng lực cắt dao bị mòn ta chọn: K2 =1,2 - K3 -Hệ Số kể đến q trình cắt khơng liên tục khơng liên tục ( phay q trình cắt không liên tục ) nên ta chọn K3=1,2 - K4 - Hệ số kể đến việc sinh lực kẹp có ổn định hay khơng Ta chọn k4 =1 (Ta dùng cấu khí để kẹp chặt) 104 K5 -Hệ số kể đến ảnh hưởng vị trí thuận lợi hay không tay quay ta chọn k5 =1 - K6 hệ số kể đến ảnh hưởng lực kẹp làm lật phơi K6 =1 Do ta tính : K= 1,5.1,2.1,2.1,21.1.1 =2,5 - Thay giá trị K= 2,5; Pz=650 (N) Vào công thức ta tính lực kẹp cần thiết W 2284 [N] Xác định sai số chế tạo đồ gá: Sai số chế tạo đồ gá cho phép theo yêu cầu nguyên công để quy định điều kiện kỹ thuật chế tạo lắp ráp đồ gá Như ta có sai số gá đặt: + 𝜀 + 𝜀 ≤ [𝜀 ] 𝜀𝑔đ = √𝜀𝑐2 + 𝜀𝑘2 + 𝜀𝑚 𝑔đ 𝑐𝑡 đ𝑐 Trong đó: + 𝜀𝑘 sai số kẹp chặt, 𝜀𝑘 = 0,04 𝜇𝑚( tra theo bảng 24[1]) + 𝜀𝑚 sai số mòn đồ gá bị mịn gây ra, tính theo công thức: 𝜀𝑚 = 𝛽√𝑁 Với 𝛽 hệ số phụ thuộc vào kết cấu sơ đồ định vị, chọn 𝛽 = 0,2 N số chi tiết gia công đồ gá, N = 10000 chi tiết Vậy 𝜀𝑚 = 0,2 √10000 = 20 𝜇𝑚 + 𝜀đ𝑐 sai số điều chỉnh, sai số sinh phải lắp ráp điều chỉnh đồ gá phụ thuộc vào khả điều chỉnh dụng cụ điều chỉnh lắp ráp, 𝜀đ𝑐 = 10 𝜇𝑚 + Tính sai số chuẩn kích thước H= 7,5±0,1 , kích thước khơng có sai số chuẩn chon chuẩn định vị trùng gốc kích thước, 𝜀𝑐 (𝐻 ) = + 𝜀𝑔đ sai số gá đặt, tính toán đồ gá ta lấy giá trị sai số gá đặt cho phép 1 [𝜀𝑔đ ] = 𝛿 = 0,2 = 0,066 𝑚𝑚 = 66 𝜇𝑚 3 + 𝜀𝑐𝑡 sai số chế tạo đồ gá, giá trị sai số chế tạo đồ gá cho phép là: 2 + 𝜀 ) = √662 − (02 + 402 + 202 + 102 ) [𝜀𝑐𝑡 ] = √[𝜀𝑔đ ] − (𝜀𝑐2 + 𝜀𝑘2 + 𝜀𝑚 đ𝑐 = 47 𝜇𝑚 Yêu cầu kỹ thuật đồ gá: - Bề mặt làm việc phiến tỳ nhiệt luyện đạt HRC = 30 ÷ 35 - Độ không song song mặt phiến tỳ với mặt đáy đồ gá < 47 𝜇𝑚/100 mm chiều dài 105 KẾT LUẬN Sau q trình thực hồn thành đồ án tốt nghiệp hướng dẫn tận tình Thầy Trương Hồnh Sơn Thầy (Cơ) mơn Công nghệ chế tạo máy Chúng em thu hoạch kết quả: + Hiểu quy trình thiết kế chế tạo sản phẩm khí + Có khả thiết kế, gia cơng khí, lắp ráp để cải tiến hồn thiện sản phẩm + Hiểu số phương pháp điều khiển lập trình điều khiển cánh tay robot chế tạo ứng dụng Arduino giao tiếp với máy tính + Cánh tay robot sau cải tiến hoạt động theo mong muốn ban đầu không xảy tượng trượt bước động tải + Cải thiện khả tìm hiểu nghiên cứu + Rèn luyện khả kiên trì khả năng áp dụng kiến thức học suốt chặng đường học tập giảng đường đại học vào thực tế Qua đồ án tốt nghiệp chúng em xin đưa số kiến nghị hướng phát triển sản phẩm sau: + Nâng cao khả kẹp chặt chi tiết thông qua cấu kẹp khí nén,… qua tăng lực kẹp, độ xác có khả di chuyển phơi liệu có hình dạng đa dạng + Có thể thêm bậc tự để tăng thêm linh hoạt khả làm việc cánh tay máy + Nâng cao khả tương tác với người dùng thông qua việc sử dụng phương pháp điều khiển có phản hồi để đáp ứng tốt công nghiệp 4.0 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Mạnh Tiến, Điều khiển robot công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 Bùi Thư Cao, Trần Hữu Toàn, Kỹ thuật robot, Đại học Công nghiệp TPHCM, 2008 PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh, Giáo trình Kỹ thuật robot, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2014 TS Khổng Minh, Giáo trình Robot cơng ngiệp, Tài liệu lưu hành nội bộ, 2016 R.Paul, Robot Manipulators: Mathematics, Programming and Control MIT Press, Cambridge, MA, 1982 J.Craig, Introduction to Robotics: Mechanics and Control Addison Wesley, Reading, MA, 1986 Bruno Siciliano, Lorenzo Sciavico, Luigi Villani, Giuseppe Oriolo, Robotics Modelling, Planning and Control, Springer- Verlag, 2009 GS.TS Trần Văn Địch, “Công ngh ệ chế tạo máy”, NXB Khoa học v kỹ thuật 2001 GS TS Nguyễn Đắc Lộc, “Hướng dẫn thực đồ án công nghệ chế tạo máy”, NXB Khoa học kỹ thuật 2002 107 108