XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU
Sơ đồ hoạt động của hệ thống
Dựa vào đề bài đặt ra, dây chuyền sẽ có hai chu trình hoạt động là chu trình gia công sản phẩm và chu trình thay phôi Hoạt động của hệ thống sẽ tuân theo sơ đồ khối hình 2.1, hình 2.2, hình 2.3.
STOP hệ thống Đ Có phôi trong S vùng làm việc của máy dập
S Không phát hiện tín hiệu cảnh báo nguy hiểm Đ
Chu trình Chu trình gia công thay phôi sản phẩm
Hình 2.1 Chương trình hoạt động tổng quát của hệ thống
Có phôi trên Tay kẹp, tay con máy nhả cuộn lăn mở ra Đ
Tay kẹp, tay con lăn đóng vào ,
Máy nhả cuộn hoạt động
Có phôi vào S máy nắn phẳng Đ
Máy nắn phẳng hoạt động,
Máng dẫn hướng 1 về vị trí chờ
1 về vị trí dẫn hướng
Có phôi đi vào S cấp phôi tự động Đ
Bộ cấp phôi hoạt động,
Máng dẫn hướng 2 về vị trí chờ
Có phôi đi vào vùng làm việc của máy dập Đ
Kết thúc chu trình thay phôi, bắt đầu gia công sản phẩm
2 về vị trí dẫn hướng
Hình 2.2 Chu trình thay phôi
Chu trình gia công sản phẩm
Có tín hiệu cảnh báo
STOP hệ thống có lỗi hệ thống Đ
Kết thúc chu trình thay phôi
Chu trình thay phôi Đường kính Độ võng phôi Có phôi trên Có phôi trên cuộn phôi máy nắn phẳng bộ cấp phôi
Driver điều khiển tốc độ quay Động cơ máy Động cơ bộ nắn phẳng cấp phôi Động cơ máy nhả cuộn
Có phôi trong vùng làm việc của máy dập Đ Động cơ máy dập
Hình 2.3 Chu trình gia công sản phẩm
Các lỗi trong chu trình gia công sản phẩm bao gồm:
- Dải phôi sai vị trí
- Phoi dính trên chày cắt đột
- Tấm gạt phôi không đè được lên dải phôi
- Có vật thể đi vào vùng làm việc của máy dập
Thiết kế mô hình cơ sở
Xét một mô hình tham chiếu dập phôi tấm liên tục bao gồm máy nhả cuộn, máy nắn phẳng, bộ cấp phôi và máy dập [5] Hoạt động của mô hình tham chiếu như sau: Phôi được nhả ra từ máy xả phôi cuộn, sau đó được đưa vào máy nắn phẳng Phôi sau khi qua máy nắn phẳng sẽ tiếp tục đi vào bộ cấp phôi tự động. Giữa máy nắn phẳng và bộ cấp phôi tự động sẽ có một khoảng để dải phôi võng xuống để duy trì tính nhất quán với chuyển động không liên tục của bộ cấp phôi. Phôi sau đó được đưa vào trong khuôn dập để thực hiện các nguyên công chế tạo sản phẩm Mô hình hoạt động này cần có người giám sát để khi hết phôi sẽ tiến hành thay phôi, đồng thời giám sát các lỗi xảy ra trên hệ thống để có biện pháp xử lý kịp thời.
Hình 2.4 Mô hình tham chiếu
Trước khi thiết kế khuôn dập, cần phân tích chi tiết Dựa trên hình dáng và thống số của chi tiết, phân tích mức độ phức tạp đặc trưng của hình dáng chi tiết, kích thước, độ chính xác của các vị trí hình học của chi tiết, độ chính xác yêu cầu, vật liệu chế tạo, chiều dày… Sau đó Trải phẳng sản phẩm trên mặt, đưa ra các phương án công nghệ Phân tích ưu nhược điểm của từng phương án, từ đó chọn ra phương án tối ưu nhất và xác định số nguyên công cần thiết chế tạo chi tiết bao gồm: cắt đột, dập vuốt, uốn Quy trình công nghệ gia công một chi tiết dạng tấm có thể chi làm 2 nhóm [1]:
-Các nguyên công cắt: dựa trên nguyên tắc phá hủy vật liệu để tách phần này ra khỏi phần kia (cắt chia, cắt đột, cắt chích…).
-Các nguyên công tạo hình: dựa vào quá trình biến dạng dẻo của kim loại (uốn, dập vuốt, tóp…).
Sau khi đã phân tích phương án công nghệ cho sản phẩm, xây dựng quy trình thiết kế khuôn dập dựa trên phương án công nghệ đã phân tích , chia số bước dập và sắp xếp các nguyên công để đảm bảo trọng tâm khuôn nằm trong khoảng dung sai cho phép so với tâm lực dập của máy dập.
- Phân tích hình dáng và thông số kĩ thuật của chi tiết: mức độ phức tạp đặc trưng của hình dáng chi tiết, kích thước, độ chính xác của các vị trí hình học của chi tiết, độ chính xác yêu cầu, vật liệu chế tạo, chiều dày…
- Trải phẳng sản phẩm trên mặt, đưa ra các phương án công nghệ Phân tích ưu nhược điểm của từng phương án, từ đó chọn ra phương án tối ưu nhất và xác định số nguyên công cần thiết chế tạo chi tiết bao gồm: cắt đột, dập vuốt,
- Sắp xếp phôi và thiết kế phần phế liệu cắt từ đó xác định bề rộng tấm phôi tối thiểu.
- Tính toán các thông số công nghệ: khe hở chày cối, lực dập, lực chặn… cho từng nguyên công
- Thiết kế kết cấu chày cối, xác định vị trí lỗ định vị trên khuôn, lựa chọn các chi tiết của khuôn được tiêu chuẩn hóa Xác định dung sai chế tạo của các chi tiết.
Hình 2.5 Sơ đồ quy trình thiết kế khuôn liên tục
Khuôn liên tục thực chất là các khuôn đơn được bố trí trên cùng một đế khuôn [2], ngoài những vấn đề cơ bản của việc thiết kế khuôn đơn khi thiết kế khuôn liên tục người thiết kế cần quan tâm đến những yêu cầu sau:
- Kết cấu khuôn có độ ổn định cao, chày và cối khi di chuyển có độ chính xác cao bằng cách sử dụng các dẫn hướng bi, các chi tiết dẫn hướng đặc biệt…
- Khi thiết kế khuôn liên tục đảm bảo trung tâm áp lực trùng tọa độ trung tâm của khuôn, vì vậy khi khởi tạo các bước dập cần đưa các nguyên công có lực công nghệ lớn vào gần tọa độ trọng tâm của khuôn
- Đảm bảo độ hở đều giữa chày và cối
- Vật liệu làm khuôn là thép có độ cứng và chống mài mòn cao
- Giảm các khối di chuyển và rung động ngang (làm nhẹ đế trên và bộ tháo phôi…)
- Loại trừ khả năng kéo theo phế liệu vào chày cối
- Đảm bảo khả năng bôi trơn của chày, cối và các chi tiết dẫn hướng
- Các thiết bị hỗ trợ cho việc chế tạo chi tiết theo công nghệ dập khuôn dập liên tục bao gồm thiết bị dỡ phôi cuộn, thiết bị nắn phôi, bộ cấp phôi tự động với các bước dịch chuyển phôi có độ chính xác cao.
2.2.2 Tính lực dập, chọn máy dập phù hợp Để tính lực dập cần thiết cho quy trình gia công sản phẩm, ta cần tính lực của các nguyên công Lực dập cần thiết là tổng lực dập của tất cả các nguyên công. a) Công thức tính lực nguyên công cắt
C – chu vu cắt [mm] s – chiều dày cắt
– ứng suất cắt [N/mm 2 ] ൌ tính theo ứng suất bền của vật liệu Ứng suất cắt
Với c là hệ số phụ thuộc loại vật liệu (vật liệu có độ cứng cao lấy c = 0,7, vật liệu có độ cứng thấp lấy c = 0,9). b) Công thức tính lực nguyên công vuốt
Lực dập vuốt lớn nhất trên chi tiết trụ ൌ 1,2
– đường kính chày [mm] s – chiều dày vật liệu [mm]
– ứng suất bền của vật liệu cắt [N/mm 2 ]
– mức độ dập vuốt thực tế
– mức độ dập vuốt lớn nhất
Lực dập vuốt lớn nhất trên chi tiết hình hộp ൌ 2 .
– bán kính góc hình chữ nhật [mm] a – chiều dài đáy hộp khi không tính b – chiều rộng đáy hình hộp khi không tính
– bán kính đáy hình hộp
– ứng suất bền của vật liệu cắt [N/mm 2 ] s – chiều dày vật liệu [mm]
– xác định trên bảng cơ sở số liệu thực nghiệm, phụ thuộc vào mức độ biến dạng và chiều dày tương đối của phôi
Lực chặn khi dập vuốt
F – diện tích mà lực chặn tác dụng lên tại thời điểm bắt đầu dập vuốt [N]
Q– áp lực chặn riêng lên vành chặn [N/mm 2 ] c) Xác định tổng lực dập cần thiết cho toàn bộ các nguyên công n ൌ ⋯ (2.5)
Lực máy dập cầ thiếtൌ ൌ (2.6)
Với là hiệu suất của máy dậ p ~0,7
2.2.3 Xác định thông số hệ cơ cấu cấp phôi liên tục a)
Máy nhả cuộn thường được lựa chọn theo khối lượng G của phôi cuộn [5].
- Với G < 100 kg o không có dẫn động riêng, loại cuốn chỉ
- Với G < 150 kg o có dẫn động riêng, loại cuốn chỉ
- Với G < 500 kg o có dẫn động riêng, đặt cuộn trên con lăn
- Với G > 500 kg o có dẫn động riêng, đặt cuộn trên tang trống
Cần xác định thêm thông số điều khiển động cơ nhả phôi khi chọn máy nhả phôi b) Máy nắn phẳng Đối với vật liệu liên tục (băng, cuộn) để nắn người ta dùng cơ cấu nắn nhiều con lăn đặt so le [5].
Hình 2.6 Sơ đồ bố trí con lăn trên máy nắn phẳng
Có 2 kiểu thiết kế của máy nắn phẳng là các con lăn đặt song song và các con lăn đặt nghiêng.Trong đó, kiểu thiết kế các con lăn đặt song song ứng dụng trong nắn phẳng các sản phẩm tấm có chiều dày lớn hơn hoặc bẳng 4 mm ( t ≥ 4) [6].
Hình 2.7 Các con lăn đặt song song để nắn tấm có chiều dày t ≥ 4 mm
Kiểu thiết kế các con lăn đặt nghiêng được ứng dụng để nắn phẳng các sản phẩm tấm có chiều dày mỏng, ( t ≤ 4) [6].
Hình 2.8 Các con lăn đặt nghiêng để nắn tấm có chiều dày t≤ 4 mm
Số lượng con lăn phụ thuộc chiều dày phôi [5].
Bảng 2.1 Quan hệ giữa chiều dày phôi và số con lăn trên máy nắn
Số con lăn Sp 7÷11 4 ÷ 9 5 ÷ 7 c) Bộ cấp phôi tự động
Nhiệm vụ của cơ cấu cấp phôi là đưa phôi từ vị trí chờ đặt phôi vào vị trí làm việc.Theo vị trí sắp đặt của cơ cấu so với vùng công tác của thiết bị, cấp phôi có thể thực hiện bằng cách đẩy hoặc kéo.
Cơ cấu cấp phôi liên tục thường dùng các loại sau:
- Cơ cấu cấp phôi trục lăn (ma sát), hay dùng trong sản xuất và vạn năng nhất
- Cơ cấu cấp phôi chêm con lăn, hay dùng trong sản xuất
- Cơ cấu cấp phôi kiểu kẹp, ít ứng dụng
- Cơ cấu cấp phôi kiểu móc, ít ứng dụng
Thiết kế các cơ cấu đáp ứng hoạt động mô hình nghiên cứu
2.3.1 Cơ cấu kẹp và giữ cuộn phôi Để phôi được cố định trên trục quay sau khi được thay phôi vào, sử dụng hai tay kẹp với một tay được giữ cố định vị trí và một tay có thể xoay để mở ra một góc để cuộn phôi mới vào và khi có phôi mới nó có thể quay về vị trí giống tay được cố định để định vị cuộn phôi dọc theo trục quay của máy nhả phôi.
Hình 2.9 Cơ cấu kẹp cuộn phôi Để cuộn phôi không bị bung ra các hướng không mong muốn khi trục quay của máy nhả phôi qua, sử dụng một thanh có gắn con lăn ở một đầu và một đầu có thể quay quanh một trục sao cho khi thay cuộn phôi mới, thanh này có thể mở ra một góc để phôi có thể vào dễ dàng Do con lăn luôn phải tì vào mặt của cuộn phôi nên có thể sử dụng động cơ servo để điều khiển góc quay của con lăn, tuy nhiên việc tính toán sẽ tương đối phức tạp khi thanh sẽ không phải quay đều Để đơn giản hóa vấn đề, ta có thể sử dụng một xylanh thủy lực dùng để đẩy thanh lăn ra vị trí mở khi chờ thay phôi mới vào, sử dụng thêm 2 xylanh lò xo hơi, hoặc 2 lò xo 2 bên để kéo đầu xylanh thủy lực đi về phía tâm của cuộn phôi Lực của lò xo kéo cần chọn vừa đủ để không để lại vết biến dạng lớn trên dải phôi.
Hình 2.10 Cơ cấu giữ phôi không bị bung ra khi máy nhả hoạt động
Hình 2.11 Cụm xylanh điều khiển tay con lăn giữ cuộn phôi
2.3.2 Cơ cấu dẫn hướng phôi a) Cơ cấu dẫn hướng phôi đi từ máy nhả phôi vào máy nắn phẳng
Sử dụng một máng cong có chứa các con lăn trong lòng máng, khi thay phôi cần dẫn hướng phôi đi vào được máy nắn, vì thế cần máng cong này có thể quay một góc sao cho phôi khi thoát ra khỏi máng sẽ ở một độ cao có thể tự đi vào máy nắn phẳng.
Hình 2.12 Máng dẫn hướng phôi đi vào máy nắn phẳng Ởtrên máy nắn phẳng, sử dụng một trục lăn để định hướng phôi sao cho có thể vào đúng hướng vào của máy nắn phẳng.
Con lăn sẽ được kẹp trên 2 tấm kim loại và xoay quanh một trục sao cho khi thay phôi mới, 2 tấm này có thể mở ra một góc để dải phôi có thể đi vào vùng của máy nắn phẳng Để quay hai tấm gá con lăn, có thể sử dụng xylanh thủy khí để điều khiển góc quay. b) Cơ cấu dẫn hướng phôi đi từ máy nắn phẳng vào bộ cấp phôi tự động
Sử dụng máng dẫn hướng lòng trong có chứa các con lăn để dẫn phôi từ máy nắn phẳng vào bộ cấp phôi tự động Tùy khoảng cách, chênh lệch độ cao các trục lăn của máy nắn phẳng và bộ cấp phôi tự động và vùng không gian bên trong mà có thể bố trí một hoặc hai máng để dẫn hướng phôi Máng dẫn hướng chính sẽ được bố trí trên máy nắn phẳng Khi thực hiện thay phôi, máng dẫn hướng chính sẽ được mở lên một góc cao phù hợp bằng một xylanh thủy khí, sau đó nếu có máng dẫn hướng phụ thì máng dẫn hướng phụ sẽ được mở lên sau với nguyên lý tương tự Nếu hướng đi tới của dải phôi không vào được vùng làm việc của các con lăn cấp phôi thì có thể sử dụng một cơ cấu trục lăn giống như ở đầu vào của máy nắn phẳng để định hướng dải phôi vào đúng hướng mong muốn.
Hình 2.14 Dẫn hướng phôi từ máy nắn phẳng vào bộ cấp phôi tự động
Thiết kế hệ thống cảm biến
2.4.1 Cảm biến xác định đường kính cuộn phôi
Cảm biến xác định đường kính cuộn phôi có hai ý nghĩa là nhận biết phôi trên máy nhả cuộn và xác định đường kính cuộn phôi.
Việc xác định đường kính cuộn phôi nhằm điều chỉnh tốc độ quay của máy nhả cuộn để đảm bảo được tốc độ cấp phôi vào máy nhả cuộn Có thể sử dụng cảm biến quang điện hoặc cảm biến siêu âm có tín hiệu đầu ra analog để thực hiện vai trò này Trong trường hợp cảm biến đo đường kính cuộn phôi cho ra kết quả biểu thị nhỏ hơn hoặc bằng với đường kính trục quay trên máy nhả cuộn (do trục quay không phải hình trụ liền khối nên sẽ có lúc tín hiệu trả về biểu thị kết quả nhỏ hơn đường kính trục quay) thì bộ điều khiển sẽ ngắt tín hiệu của động cơ máy nhả cuộn để tránh tình trạng máy nhả cuộn làm việc khi không có phôi.
2.4.2 Cảm biến phôi trên máy nắn phẳng Để nhận biết phôi trên máy nắn phẳng, có thể sử dụng cảm biến quang điện hoặc cảm biến siêu âm Cảm biến được đặt cách mặt phôi một khoẳng sao cho khi dải phôi bị hết thì tia sáng hoặc sóng âm phát ra của cảm biến không bị chặn bởi vật nào khác trong phạm vi hoạt động Để đảm bảo được phôi cấp cho hệ thống có đúng chiều dày không thì còn có thể sử dụng các cảm biến đo khoảng cách, chúng cũng là các cảm biến quang điện và cảm biến siêu âm nhưng output không phải là tín hiệu digital mà là tín hiệu analog Việc đo chiều dày phôi sẽ được xác định gián tiếp qua khoảng cách của cảm biến đến mặt phẳng lăn được tạo thành bởi các con lăn dưới của máy nắn phẳng Khi đó chiều dày của dải phôi sẽ là khoảng cách đó trừ đi khoảng cách mà cảm biến đọc được (là khoảng cách từ cảm biến đến mặt trên của dải phôi).
Hình 2.15 Cảm biến đo đường kính cuộn phôi và cảm biến đo chiều dày dải phôi
2.4.3 Cảm biến độ võng dải phôi
Phần võng dải phôi có tác dụng để nhất quán giữa chuyển động không liên tục của bộ cấp phôi và chuyển động liên tục của máy nhả cuộn, máy nắn phẳng.Cảm biến độ võng dải phôi có vai trò nhận biết độ võng dải phôi để phòng tránh trường hợp dải phôi căng hoặc trùng quá giới hạn mong muốn (giới hạn an toàn).Giới hạn dưới của độ võng dải phôi để đảm bảo dải phôi không bị trùng quá có thể dẫn đến dối và biến dạng sau khi đã nắn phẳng Khi cảm biến báo dải phôi ở giới hạn độ võng dưới thì sẽ tạm ngừng hoạt động của máy nhả cuộn và máy nắn phẳng. Đến khi dải phôi đạt giới hạn trên của độ võng thì sẽ cho hoạt động trở lại. Đối với cảm biến dải phôi, sử dụng các loại cảm biến quang điện hoặc siêu âm có tín hiệu output analog để đo độ võng dải phôi Cảm biến siêu âm thích hợp dùng trong trường hợp này hơn vì vùng võng của dải phôi không phẳng nên nếu dụng cảm biến quang điện thì chùm tia sáng sẽ bị phản chiếu sang góc khác.
Hình 2.16 Sử dụng cảm biến siêu âm xác định độ võng dải phôi
Hoặc có thể sử dụng một cặp cảm biến quang điện được đặt vuông góc với hướng đi của dải phôi và cạnh phôi để nhận biết cữ độ võng mong muốn trên và dưới của dải phôi ngoài ra cũng có thể sử dụng cảm biến tiệm cận, cảm biến siêu âm với chức năng tương tự Nếu không gian cho phép thì nên bố trí cảm biến tiệm cận để khắc phục nhược điểm về môi trường của cảm biến quang.
Hình 2.17 Sử dụng 2 cặp cảm biến ánh sáng để xác định vùng võng làm việc của dải phôi
2.4.4 Cảm biến nhận biết phôi trên bộ cấp phôi tự động Đối với cảm biến nhận biết phôi trên bộ cấp phôi tự động, tương tự như cảm biến nhận biết phôi trên máy nắn phẳng, tuy nhiên cảm biến phôi trên bộ cấp phôi tự động không có vai trò đo chiều dày phôi nữa nên không cần sử dụng các loại cảm biến có output dạng tín hiệu analog Chỉ cần sử dụng cảm biến siêu âm hoặc cảm biến quang điện có output digital và cách bố trí là bố trí sao cho khi không có phôi thì không còn vật cản nào khác ở trong vùng nhận biết của cảm biến nữa.
2.4.5 Cảm biến phôi trong vùng làm việc của máy dập
Nguyên lý tương tự như cảm biến nhận biết phôi trên bộ cấp phôi tự động, vì thế có thể chọn loại tương tự và cách bố trí cũng dựa trên nguyên tắc tương tự với cảm biến nhận biết phôi trên bộ cấp phôi tự động.
Hình 2.18 Sử dụng cảm biến quang phát hi ện phôi trên bộ cấp phôi tự động và trong vùng làm việc của máy dập
2.4.6 Cảm biến định vị dải phôi Đối với cảm biến để phát hiện lỗi về vị trí phôi trên khuôn, đề xuất hai phương án sử dụng cảm biến tiệm cận xác định vị trí trực tiếp hoặc dùng cách xác định gián tiếp [11] Phương pháp xác định trực tiếp, các cảm biến tiệm cận gắn vào các gia công sẵn và cách đều nhau được gia công sẵn trên lớp trên cùng của khuôn dưới ( lớp tiếp xúc với dải phôi trong quá trình gia công ) Khi động cơ của bộ cấp phôi đưa phôi đi được một khoảng cách đã định trước ( bước phôi ) và cảm biến xác nhận có lỗ định vị ( trong vùng nhận biết của cảm biến sẽ ghi nhận không có vật cản nào ) thì vẫn cho máy dập hoạt động bình thường Trường hợp cảm biến xác nhận trong vùng hoạt động có vật cản ( lỗ định vị trên dải phôi sai vị trí ) thì sẽ cho dừng máy dập để tiến hành kiểm tra và khắc phục.
Phương pháp thứ hai là sử dụng cảm biến tiệm cận xác định lỗ định vị gián tiếp qua các chốt định vị trên khuôn.
Hình 2.19 Sử dụng cảm biến tiệm cận định vị dải phôi trực tiếp
Phương pháp này sẽ bố trí các lò xo ở đuôi của chốt định vị để nếu trong quá trình gia công, chốt định vị không xuyên được qua dải phôi ( tức là dải phôi nằm sai vị trí ) thì chốt định vị sẽ nén lò xo lại và đi lên cho đến khi cảm biến tiệm cận nhận biết chốt định vị bị đẩy lên thì sẽ phát tín hiệu để dừng khẩn cấp máy dập.
Hình 2.20 Sử dụng cảm biến tiệm cận định vị gián tiếp thông qua chốt định vị
2.4.7 Cảm biến nhận biết phoi thoát ra
Cảm biến này có tác dụng để phát hiện gián tiếp phoi có dính trên chày không Có thể sử dụng cảm biến quang điện hoặc cảm biến tiệm cận từ để phát hiện phoi đi qua [9] Cảm biến tiệm cận thường được sử dụng nhờ ưu điểm về chi phí thấp, kích thước nhỏ gọn và không dễ bị ảnh hưởng bởi dầu, chất làm mát hoặc các loại chất lỏng khác.
Hình 2.21 Cảm biến nhận biết phoi
2.4.8 Cảm biến phát hiện tấm gạt phôi
Trong quá trình dập, dải phôi được ép xuống nhờ tấm gạt phôi và các lò xo đẩy tấm gạt Việc này nhằm cố định vị trí dải phôi trong khi chày-cối thực hiện gia công và tấm gạt cũng ngăn không có dải phôi đi lên cùng khuôn trên Sử dụng một cảm biến tiệm cận đặt ở vùng ngoài dải phôi để phát hiện tấm gạt phôi [11] [14]. Trường hợp đến chu kỳ máy ép đi xuống mà không phát hiện tấm gạt phôi có nghĩa là trên khuôn đang có vấn đề, do đó cảm biến có chức năng phát đi tín hiệu dừng khẩn cấp cho máy dập.
Hình 2.22 Trường hợp có dị vật ngăn không cho tấm gạt phôi đi xuống
2.4.9 Cảm biến nhận biết sản phẩm
Xác nhận có sản phẩm đi ra cũng là một phần của việc xác nhận trong vùng làm việc của khuôn không bị kẹt các vật khác ngoài dải phôi Có thể sử dụng cảm biến quang điện hoặc cảm biến vùng để nhận biết sản phẩm đi ra [15].
Hình 2.23 Sử dụng cảm biến quang điện nhận biết sản phẩm đi ra
Hình 2.24 Sử dụng cảm biến vùng nhận biết sản phẩm đi ra
2.4.10 Cảm biến vùng an toàn của máy dập
Sử dụng cảm biến vùng được đặt sao cho dải hoạt động chùm tia của cảm biến bao phủ toàn bộ phần không gian làm việc của máy dập.
Hình 2.25 Vị trí cảm biến vùng an toàn trên máy dập
2.4.11 Cảm biến hành trình xylanh
Thông thường xylanh thủy lực và thủy khí có trang bị các cảm biến gắn sẵn ởhai hành trình nên sẽ không cần bố trí cảm biến cho xylanh nữa Trường hợp sử dụng các loại xylanh không có cảm biến hành trình thì sẽ sử dụng loại cảm biến được bố trí như sau [9].
Hình 2.26 Cảm biến từ gắn trên xylanh
Thiết kế chương trình điều khiển PLC
2.5.1 Xác định thông số bộ PLC
Các thông số quan trọng của hệ thống:
-Số I/O ( đầu vào/ đầu ra) của hệ thống, từ đó suy ra số I/O của bộ PLC phải lớn hơn hoặc bằng số I/O của hệ thống Khả năng mở rộng số chân I/O.
- Loại I/O ( kiểu số, kiểu tương tự, ), nguồn cấp cho I/O.
-Dung lượng bộ nhớ cần thiết ( bước đầu lựa chọn sơ bộ, sau khi xác định số câu lệnh mới có thể xác định chính xác kích thước bộ nhớ cần thiết )
- Tốc độ xử lý yêu cầu của CPU
2.5.2 Đấu nối PLC với các thiết bị đầu vào, đầu ra
Sau khi chọn được bộ PLC và các thiết bị IO phù hợp , ta cần xác định cách đấu nối để liên kết bộ PLC với các đầu IO.
PLC S7-1200S có 3 loại là AC/DC/Rly, DC/DC/DC, DC/DC/Rly.
Hình 2.27 Sơ đồ PLC AC/DC/Rly a) Đấu nối PLC với Input
Hình 2.28 Sơ đồ đấu nối nút nhấn vào PLC
Cảm biến số thường sử dụng là loại cảm biến 3 dây, có 2 loại là NPN và PNP a) NPN-NO b) NPN-NC c) PNP-NOd) PNP-NC Hình 2.29 Sơ đồ đấu dây cảm biến số BN-24VDC; BK-Signal; BU-0VDC
Cảm biến loại 3 dây sẽ đấu nối với PLC theo 2 kiểu Sinking và Sourcing
Hình 2.30 Đấu nối cảm biến NPN với PLC kiểu sourcing
Cảm biến analog có các loại 2 dây, 3 dây, 4 dây Chúng được đấu nối với PLC như sơ đồ hình 2.32. a) loại 4 dây b) loại 3 dây c) loại 2 dây Hình 2.31 Sơ đồ đấu nối cảm biến analog với PLC b) Đấu nối PLC với output Đối với các đầu ra, sử dụng relay hoặc dòng 24VDC để cấp điện cho các thiết bị điều khiển Đối với thiết bị điều khiển bằng tín hiệu xung thì sử dụng modul mở rộng có output là transistor để cấp tín hiệu ra.
Hình 2.32 Sơ đồ đấu nối PLC với van điện từ
2.5.3 Lập trình chương trình điều khiển trên phần mềm Đối với PLC của từng hãng sẽ có những phần mềm lập trình khác nhau, PLC của mỗi hãng sẽ có những thế mạnh riêng Trong phạm vi luận văn sẽ sử dụng phần mềm TIA-portal để lập trình cho PLC của hãng Siemens Dưới đây là một số câu lệnh cho PLC S7-1200 trong TIA-Portal thường sử dụng để lập trình dây chuyền tự động [16].
Bảng 2.3 Nhóm câu lệnh Logic
Lệnh Ký hiệu Chức năng
Normally Khi đầu vào có trạng thái giá trị là "1", tiếp điểm thường mở đóng lại, trạng thái tín hiệu đầu ra open bằng trạng thái tín hiệu đầu vào.
Normally Khi đầu vào có trạng thái giá trị là "1", tiếp điểm closed thường đóng mở ra.
Assignment Sử dụng để chỉ định bit cho toán hạng đầu ra bằng với kết quả LRO đầu vào.
Nếu đầu vào có giá trị là "1" thì toán hạng được Set ouput chỉ định thành giá trị "1" Nếu đầu vào là "0" thì trạng thái toán hạng không đổi.
Reset ouput Nếu đầu vào có giá trị là "1" thì đặt lại giá trị đầu ra về "0" Nếu đầu vào là "0" thì trạng thái toán hạng không đổi.
Quét cạnh Sử dụng để phát hiện khi tín hiệu đầu vào có sự dương củatoán hạng thay đổi từ "0" lên "1"
Quét cạnh âm Sử dụng để phát hiện khi tín hiệu đầu vào có sự của toán hạng thay đổi từ "1" về "0"
Quét cạnh Tương tự lệnh quét cạnh dương của toán hạng dương của kết tuy nhiên đầu vào là kết quả phép tính logic quả RLO (RLO)
Quét cạnh âm Tương tự lệnh quét cạnh âm của toán hạng tuy của kết quảRLO nhiên đầu vào là kết quả phép tính logic ( RLO )
Bảng 2.4 Nhóm câu lệnh Timer
Lệnh Ký hiệu Chức năng
TP Dùng để tạo xung đặt cho đầu ra Q trong khoảng thời gian được lập trình
TON Dùng để tạo thời gian delay giá trị đặt của đầu ra Q theo thời gian PT đã lập trình TOF Dùng để tạo thời gian delay đặt lại giá trị cho đầu ra Q theo thời gian PT đã lập trình
Sử dụng để tích lũy các giá trị thời gian trong
TONR một khoảng thời gian được đặt bởi tham số
PT, đầu vào R được sử dụng để đặt lại các đầu ra ET và Q
Sơ đồ thời gian mô tả hoạt động của nhóm câu lệnh Timer a) b) c) d) Hình 2.33 Giản đồ thời gian mô tả hoạt động của các lệnh Timer a) TP b) TON c) TOF d) TONR
Bảng 2.5 Nhóm câu lệnh Counter
Lệnh Ký hiệu Chức năng
Tăng giá trị đầu ra CV lên thêm một mỗi khi có
CTU tín hiệu xung dương ở đầu vào CU, đầu ra Q có giá trị 1 chỉ khi CV ≥ PV.
Giảm giá trị đầu ra CV một đơn vị mỗi khi có tín
CTD hiệu xung dương ở đầu vào CD Giá trị CV được đặt khi có tín hiệu "1" từ đầu vào LD Đầu ra Q có giá trị 1 chỉ khi CV ≤ 0
Sơ đồ mô tả hoạt động của nhóm câu lệnh Counter a) b)Hình 2.34 Giản đồ đồ hoạt động của lệnh CTU (a) và CTD (b)
Lệnh Ký hiệu Chức năng
MOVE Gán giá trị ở đầu vào IN sang đầu ra OUT
Bảng 2.7 Nhóm lệnh chuyển đổi
Lệnh Ký hiệu Chức năng
Chuẩn hóa giá trị đầu vào bằng cách ánh xạ nó thành tỷ lệ tuyến tính Các giá trị min, max được NORM_X đặt để giới hạn dải giá trị quy đổi Quy đổi giá trị cảm biến đầu vào đo được sang giá trị làm việc của PLC Được sử dụng để quy đổi giá trị ở đầu vào bằng
Scale_X cách ánh xạ với một tỷ lệ tuyến tính dựa trên dải được giới hạn bới giá trị min và max gán kết quả cho đầu ra OUT
Bảng 2.8 Nhóm lệnh toán học
Lệnh Ký hiệu Chức năng
ADD Gán giá trị đầu ra OUT = IN1 + IN2
SUB Gán giá trị đầu ra OUT = IN1 - IN2
MUL Gán giá trị đầu ra OUT = IN1 x IN2
DIV Gán giá trị đầu ra OUT = IN1 : IN 2
Trong chương này tác giả tập trung nghiên cứu quy trình thiết kế hệ thống cảm biến tự động hóa trong dây chuyền d ập liên tục Đưa ra các cơ sở lý thuyết tính toán và thi ết k ế các thành phần trong dây chuyền dập tấm và nghiên cứu thiế t kế các cơ cấu để phù hợp cho mục đích tự động hóa dây chuyền d ập liên tục Trong chương này cũng đưa ra các giải pháp đề xuấ t cho các vị trí và loại cảm biến có thể dùng trong tự động hóa dây chuyền dập tấm liên tục.
Ngoài ra, tác giả cũng đưa ra lý thuyết để thiết kế chương trình điều khiển PLC trên phần mềm TIA-Portal.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI LIÊN TỤC VÀ DẬP TỰ ĐỘNG CHO LÁ TẢN NHIỆT CPU
Lá tản nhiệt CPU
Trong bộ tản nhiệt khí cho CPU, lá tản nhiệt là thành phần dẫn truyền nhiệt từ ống heatpipe tản ra ngoài không khí, từ đó làm giảm nhiệt độ của chất lỏng trong ống, từ đó làm giảm nhiệt độ CPU.
Hình 3.1 Tác dụng truyền nhiệt của lá tản nhiệt trong bộ tản nhiệt khí cho CPU
Dựa trên 2 phương pháp gia công bộ tản nhiệt khí cho CPU, phương án gia công cho lá tản nhiệt cũng chia thành 2 loại:
Phương án 1: Đế gắn sẵn heatpipe được gắn lên khâu cuối của máy dập, có tác dụng như một chày vuốt.
- Ưu điểm của phương pháp này là do sử dụng chính heatpipe làm chày vuốt ở nguyên công cuối nên lỗ trên lá tản nhiệt sẽ được tiếp xúc với các ống heatpipe do sự biến dạng kim loại trong quá trình gia công.
- Nhược điểm của phương pháp là mỗi sản phẩm được gia công sẽ cần gá lại tấm đế có gắn sẵn heatpipe có thể làm ảnh hưởng đến tính liên tục của dây chuyền, và mỗi lần gá lại “chày” cho nguyên công cuối thì cần chính xác vị trí để không làm ảnh hưởng đến khe hở chày-cối, đồng thời đảm bảo vị trí so với lỗ định vị để hình dạng chi tiết đạt chất lượng tốt nhất.
Hình 3.2 Phương án gắn heatpipe làm cối nguyên công cuối trên khuôn dập liên tục
Hình 3.3 Quá trình dập theo phương án 1
Các lỗ trên để tiếp xúc với ống heatpipe trên lá tản nhiệt sẽ được gia công rộng hơn một khoảng nhỏ, sau đó sẽ có thêm một nguyên công hàn 2 chi tiết với nhau để đảm bảo khả năng truyền nhiệt.
-Ưu điểm của phương pháp này là không cần thay thế “chày” ở nguyên công cuối bằng các ống heatpipe, vì thế không cần căn chỉnh cho mỗi lượt gia công Ít làm ảnh hưởng đến tính liên tục của dây chuyền sản xuất.
-Nhược điểm của phương pháp là cần có thêm một nguyên công hàn 2 chi tiết với nhau.
Hình 3.4 Phương án gia công lá tản nhiệt với lỗ trên lá tản nhiệt không được đóng chặt với heatpipe
Dựa trên phân tích 2 phương án trên và trong phạm vi luận văn không nghiên cứu đến quy trình hậu sử lý sản phẩm sau quá trình dập nên chi tiết chọn để nghiên cứu hệ thống dập tấm liên tục tự động cho luận văn này sẽ được gia công theo phương án 2.
Mô tả hoạt động của hệ thống
Hệ thống cấp phôi liên tục và tự động dập liên tục tấm tản nhiệt CPU sẽ hoạt động theo hai chu trình là chu trình gia công sản phẩm và chu trình thay phôi.
- Chu trình thay phôi thực hiện khi hệ thống cảm biến xác nhận không có phôi trong vùng làm việc của máy dập (vùng làm việc của khuôn dập liên tục):
+Máy nhả cuộn chuyển trạng thái sang trạng thái chờ phôi.
+Khi có phôi được gá vào máy nhả cuộn, máy nhả cuộn làm việc và đưa phôi vào máy nắn phẳng.
+Khi cảm biến trên máy nắn phẳng xác nhận phôi đúng độ dày thì máy nắn phẳng sẽ hoạt động.
+Khi cảm biến trên bộ cấp phôi tự động báo có phôi, cấp tín hiệu hoạt động cho bộ cấp phôi.
+ Khi cảm biến trên máy dập xác nhận có phôi trong vùng làm việc, kết thúc chu trình thay phôi và chuyển sang chu trình gia công sản phẩm.
-Chu trình gia công sản phẩm thực hiện khi hệ thống xác nhận có phôi trong vùng làm việc của khuôn dập liên tục.
+ Tốc độ nhả cuộn phôi phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển từ biến tần và phụ thuộc vào đường kính ngoài cuộn phôi, cảm biến đo đường kính ngoài cuộn phôi và gửi về bộ PLC để tính toán tốc độ quay của động cơ máy nhả cuộn phù hợp Khi cảm biến xác định đường kính ngoài của cuộn phôi nhỏ hơn hoặc bằng đường kính trục quay tức là đã hết phôi.
+ Tín hiệu hoạt động của biến tần và máy nhả cuộn, máy nắn phẳng phụ thuộc vào độ võng dải phôi giữa máy nắn phẳng và bộ cấp phôi tự động Khi phôi trùng quá mức dưới của dải độ võng mong muốn thì máy nhả cuộn và máy nắn phẳng tạm dừng hoạt động, khi dải phôi căng bằng hoặc quá mức trên của dải độ võng mong muốn thì máy nhả cuộn và máy nắn phẳng sẽ hoạt động trở lại.
+ Khi có gá lá tản nhiệt trong hệ thống, máy dập và bộ cấp phôi tự động hoạt động để dập đủ 20 lá tản nhiệt, khi đủ số lượng thì máy dập và bộ cấp phôi tự động sẽ tạm dừng và hệ thống xử lý sản phẩm (trong phạm vi luận văn giả định hệ thống này đáp ứng hoạt động của dây chuyền) tiến hành thay gá lá tản nhiệt mới, sau khi có gá mới thì máy dập và bộ cấp phôi lại hoạt động và tiến hành chu kỳ dập
20 lá tản nhiệt tiếp theo.
+Chu trình gia công sản phẩm hoạt động bình thường nếu hệ thống không báo có các lỗi: dải phôi sai vị trí, có phoi dính trên chày cắt-đột, có vấn đề khiến tấm gạt phôi không đi xuống để đè lên dải phôi đươc, phát hiện có người hoặc vật đi vào vùng làm việc của máy dập.
Thiết kế dây chuyền dập
-Chi tiết dạng tấm mỏng, bề dày S = 0.5mm , được vuốt cạnh, đột lỗ và cắt hình nên ta chọn phương pháp dập tấm.
-Vật liệu chế tạo đồng đỏ ( copper ) với thành phần hóa học Cu chiếm 99,98 % và tính chất vật liệu như bảng 4.1.
Bảng 3.1 Tính chất vật liệu đồng đỏ
Mô duyn đàn hồi E (Gpa) Hệ số Poisson Ứng suất cắt (Mpa)
Hình 3.5 Bản vẽ chi tiết lá tản nhiệt CPU
Dựa trên bản vẽ chi tiết của vật liệu có thể thấy để chế tạo chi tiết cần thực hiện nhiều nguyên công đột lỗ, cắt hình và dập vuốt Vì thế lựa chọn phương án công nghệ sử dụng phôi băng, dập trên khuôn liên tục để đáp ứng về năng suất và giá thành.
Hình 3.6 Thiết kế 3D chi tiết trên NX
Hình 3.7 Layout bước dập trên phần mềm NX
Sau khi layout dải phôi trên phần mềm NX, ta có bề rộng dải phôi cần thiết là 160mm, là loại dải phôi đồng có sẵn trên thị trường.
- Xác định các thông số công nghệ của khuôn
Khe hở chày-cối trong nguyên công cắt đột: Khe hở tại các vị trí nguyên công cắt đột lấy từ 3% đến 6% chiều dày vật liệu, từ đó tính ra khe hở một bên trong nguyên công cắt đột là 6%.0,5 = 0,03mm
Khe hở chày-cối trong nguyên công vuốt: Khi dập vuốt đối với các vị trí thành phẳng thì khe hở giữa chày-cối lấy bằng 1,2s = 0,6mm, các vị trí thành cong thì khe hở giữa chày-cối lấy bằng 1,4s = 0,7mm
Bán kính góc lượn khi dập vuốt: Bán kính góc lượn thường lấy bằng chiều dày vật liệu r = s = 0,5mm
Lực nguyên công cắt-đột: Tính theo công thức (2.1) ta có tổng lực nguyên công cắt đột F 11,8 tấn
Lực nguyên công dập vuốt: Tính theo công thức (2.2) và (2.3) ta có tổng lực nguyên công dập vuốt là 3,47 tấn
Lực chặn khi dập vuốt: 1,8 tấn
-Sau khi xác định thông số công nghệ của khuôn và chọn các linh kiện phù hợp ( trụ-bạc dẫn hướng, lò xo, bu lông, chày đột và chày định vị) trong catalog về thành phần và linh kiện cho khuôn dập của Misumi, tiến hành thiết kế mô hình khuôn dập trên phần mềm NX.
Hình 3.8 Layout các cặp chày cối trên NX
Hình 3.9 Layout các chi tiết trên khuôn trên ( không có tấm đè phôi )
Hình 3.10 Khuôn trên có tấm đè phôi
Hình 3.11 Layout các chi tiết trên khuôn dưới
Dựa trên tính toán lực dập cho khuôn dập ở mục 3.2.2, theo công thức (2.5) tính được lực dập tổng F 11,8 3,47 1,8 17,07 tấn
Theo công thức (2.6) Lực dập tối thiểu của máy dập bằng F , , 24,39 tấn Kết cấu khuôn có chiều cao lớn nhất là 385mm
Từ các yếu tố trên chọn được máy dập mã TP-45FX của hãng AMADA với các thông số như bảng 3.2 [17].
Hình 3.13 Thiết kế 3D máy dập TP-45FX trên NX Bảng 3.2 Thông số máy dập TP-45FX
Số lần dập mỗi phút 55~100
Năng lượng bánh đà kJ 9,6~31,8
Khoảng điều chỉnh dập mm 60
Kích thước bàn trên mm 400x350
Kích thước bàn dưới mm 800x450x115 Động cơ chính kW 3,7x4
3.3.4 Thiết kế hệ cấp phôi liên tục cho máy dập
- Tham khảo máy nhả phôi và nắn phẳng LCC-KR3 của hãng AMADA với các thông số máy như bảng 3.2 [6] Thiết kế thêm các tay kẹp và máng dẫn hướng phôi như hình sau.
Hình 3.14 Máy nhả phôi và máy nắn phẳng Bảng 3.3 Thông số của bộ máy nhả và nắn phẳng phôi
Chiều rộng dải phôi 50-400 mm
Chiều dày dải phôi 0,3-3,2 mm
Khối lượng cuộn phôi tối đa 2000 kg Đường kính ngoài cuộn phôi lớn nhất 1190 mm
Tốc độ cấp lớn nhất 0,27 m/s
Số con lăn trên/ dưới 6/5
Công suất động cơ máy nhả 0,75kW
- Thiết kế bộ cấp phôi tự động dựa trên cơ cấu cấp phôi trục lăn ma sát
Hình 3.15 Bộ cấp phôi tự động
- Hoàn thiện mô hình dây chuyền dập liên tục lá tản nhiệt CPU
Hình 3.16 Hệ thống cơ khí
Thiết kế hệ thống cảm biến
3.4.1 Cảm biến đo đường kính cuộn phôi trên máy nhả cuộn
Sử dụng cảm biến quan điện mã OD2-P250W150I2 của hãng SICK.
Bảng 3.4 Thông số cảm biến nhận biết phôi trên máy nhả cuộn
Cảm biến quang điện OD2-P250W150I2
Kích thước tia sáng 1,8x 3,5mm tại 250 mm
Digital output PNP Analog output 4 - 20 mA Thời gian phản hồi ≥ 1 ms
Do phôi có chiều rộng bé (160mm) nên chọn đường kính cuộn phôi D = 1000mm, đường kính trong của cuộn phôi là 508 mm nên vị trí lắp đặt phù hợp là cách tâm của trục nhả cuộn khoảng 600mm.
3.4.2 Cảm biến xác định chiều dày phôi vào máy nắn phẳng
Do để xác định chính xác chiều dày dải phôi thì khoảng cách dải phôi với tâm các con lăn dưới phải cố định, tức là bề mặt dải phôi khi này sẽ là mặt phẳng.
Sử dụng cảm biến quang điện mã OD2-P85W20I2 có output analog để đo.
Bảng 3.5 Thông số cảm biến xác định độ dày phôi
Cảm biến quang điện OD2-P85W20I2
Kích thước tia sáng 0,8x1,3 mm tại 85 mm
Digital output PNPAnalog output 4 - 20 mAThời gian phản hồi ≥ 1 ms
Hình 3.17 Cảm biến nhận biết phôi trên máy nhả cuộn
Hình 3.18 Cảm biến xác định chiều dày phôi vào máy nắn
Cảm biến OD2-P85W20I2 được đặt cách mặt trên dải phôi một khoảng cách là 85mm.
3.4.3 Cảm biến xác định độ võng dải phôi
Sử dụng cảm biến siêu âm UM18-218167101 của hãng SICK Cảm biến được đặt ởdưới khu vực võng nhất của dải phôi và cách dải phôi từ 250 – 600 mm.
Bảng 3.6 Thông số cảm biến xác định độ võng dải phôi
Cảm biến siêu âm UM18-218167101
Analog output 0-10V Thời gian phản hồi 40 - 80 ms Loại kết nối 4 dây
Hình 3.19 Cảm biến xác định độ võng dải phôi
3.4.4 Cảm biến nhận biết phôi trong bộ cấp phôi tự động
Sử dụng cặp cảm biến quang điện ( một bộ phát một bộ nhận ) của hãng SICK mã WSE2S-2F1330 để nhận biết phôi trong bộ cấp phôi tự động Bố trí ở vị trí đầu vào của dải phôi khi dải phôi đã được định vị song song với các con lăn trong bộ cấp phôi Trục của cặp cảm biến vuông góc với bề mặt dải phôi.
Bảng 3.7 Thông số cảm biến nhận biết phôi trong bộ cấp phôi/ trong vùng làm việc của máy dập
Cảm biến quang điện WSE2S-2F1330 Phạm vi nhận biết 0 – 2,5 m
Kớch thước tia sỏng ỉ 65 mm tại 1500 mm
Thời gian phản hồi < 0,4 ms
3.4.5 Cảm biến nhận biết phôi trong vùng làm việc của máy dập
Sử dụng mã giống cảm biến nhận biết phôi trong bộ cấp phôi tự động, vị trí lắp đặt ở đầu vào vùng làm việc của máy dập sao cho trục giữa cặp cảm biến vuông góc với bề mặt của dải phôi.
Hình 3.20 Cảm biến nhận biết phôi trong bộ cấp phôi tự động/ vùng làm việc của máy dập
3.4.6 Cảm biến định vị dải phôi
Sử dụng cảm biến tiệm cận mã IQ10-06NNOKW2S để nhận biết dải phôi có đúng vị trí hay không, nếu chày định vị không đi lên ( cảm biến không nhận biết có vật trong vùng hoạt động ) thì dải phôi không bị sai vị trí.
Bảng 3.8 Thông số cảm biến nhận định vị dải phôi
Cảm biến tiệm cận IQ10-06NNOKW2S Phạm vi nhận biết 6 mm
Hình 3.21 Cảm biến định vị dải phôi
3.4.7 Cảm biến nhận biết phoi đi qua lỗ thoát phoi
Do các lỗ thoát phoi của khuôn dập cho sản phẩm lá tản nhiệt CPU đã thiết kế có kích thước nhỏ, sử dụng cảm biến tiệm cận mã IQ04-1B5PSKW2S của hãng SICK với kích thước 8x16x4 mm để lắp đặt vào thành của các lỗ thoát phoi.
Cảm biến này có tác dụng nhận biết phoi có dính trên chày không Nếu không có phoi thoát ra khỏi lỗ thoát thì phoi sẽ bị dính ở trên chày.
Bảng 3.9 Thông số cảm biến nhận biết phoi thoát ra
Cảm biến tiệm cận IQ04-1B5PSKW2S Phạm vi nhận biết 1,5 mm
Thời gian phản hồi ≤ 10 ms
Hình 3.22 Cảm biến nhận biết phoi thoát qua lỗ thoát phoi
3.4.8 Cảm biến nhận biết có tấm gạt phôi khi máy dập đi xuống
Sử dụng 3 cảm biến tiệm cận để nhận biết tấm gạt phôi khi máy ở hành trình đi xuống 2 Cảm biến đặt chéo góc trên tấm áo cối để xác nhận có tấm gạt phôi đi xuống mà không bị kênh ( nghiêng ) Một cảm biến gắn trên cữ hành trình của máy dập, có tác dụng xác định máy dập trong hành trình đi xuống và nếu cảm biến trên cữ hành trình báo có mà 2 cảm biến còn lại báo không tức là trong vùng làm việc của máy có vật gì đó cản trở không cho tấm gạt phôi đi xuống Sử dụng cảm biến tiệm cận mã IQ04-1B5PSKW2S giống với cảm biến nhận biết phoi thoát ra.
3.4.9 Cảm biến cữ hành trình khuôn dập
Hình 3.23 Cảm biến cữ hành trình khuôn dập
Sử dụng cảm biến tiệm cận mã IQ04-1B5PSKW2S để nhận biết tấm gạt phôi khi máy ở hành trình đi xuống Cảm biến có ý nghĩa để nhận biết khuôn dập hoàn thành một chu kỳ dập, nếu không có phoi thoát ra qua lỗ thoát phoi thì tức là có phoi dính trên chày cắt- đột.
3.4.10 Cảm biến đếm sản phẩm
Sử dụng một cặp cảm biến quang điện WSE4S-3P1430V để phát hiện có sản phẩm đi qua.
Bảng 3.10 Thông số cảm biến đếm sản phẩm
Cảm biến quang điện WSE4S-3P1430V Phạm vi nhận biết 0 - 5m
Kớch thước tia sỏng ỉ50mm tại 2m
Thời gian phản hồi < 0,5 ms Loại kết nối 3 dây
Hình 3.24 Cảm biến nhận biết tấm gạt phôi trong hành trình đi xuống của máy dập
Hình 3.25 Cảm biến đếm sản phẩm
3.4.11 Cảm biến vùng an toàn
Chiều cao vùng hoạt động của máy dập là 500mm.Sử dụng mã SGS4- S0076P3PS2T00 phát hiện vật thể đi vào vùng hoạt động của máy dập.
Bảng 3.11 Thông số cảm biến vùng an toàn
Cảm biến vùng SGS4-S076P3PS2T00
Khoảng cách các chùm tia 45 mm Chiều cao nhận biết 760 mm
Hình 3.26 Cảm biến vùng an toàn của máy dập
Thiết kế chương trình điều khiển PLC
3.5.1 Xác định thông số của bộ PLC
Theo mục 3.3, xác định được các thông số đầu vào, đầu ra của hệ thống như sau.
Bảng 3.12 Bảng thiết bị đầu vào
Linh kiện Đầu vào Số
Cảm biến đo đường kính cuộn phôi 4-20 mA 1
Cảm biến xác định chiều dày phôi vào máy nắn phẳng 4-20 mA 1
Cảm biến xác định độ võng dải phôi 0-10V 1
Cảm biến nhận biết phôi trong bộ cấp phôi tự động PNP 1
Cảm biến nhận biết phôi trong vùng làm việc của máy PNP 1 dập
Cảm biến định vị dải phôi PNP 2
Cảm biến nhận biết phoi đi qua lỗ thoát PNP 9
Cảm biến nhận biết có tấm gạt phôi khi máy ở hành trình PNP 3 đi xuống
Cảm biến cữ hành trình của máy dập PNP 1
Cảm biến đếm sản phẩm PNP 1
Cảm biến vùng an toàn PNP 1
Cảm biến hành trình xylanh 1 2
Cảm biến hành trình xylanh 2 2
Cảm biến hành trình xylanh 3 2
Cảm biến hành trình xylanh 4 2
Cảm biến nhận biết có gá cho sản phẩm đầu ra PNP 1
Có tổng cộng 33 đầu vào với 3 đầu vào analog và 30 đầu vào digital Với cảm biến nhận biết phoi thoát ra có điện áp hoạt động là 10-30VDC nên có thể đấu nối tiếp 2 cảm biến một cặp để hoạt động với nguồn 24 VDC, tương tự với cảm biến định vị dải phôi và cảm biến nhận biết tấm gạt phôi Vậy số đầu vào sẽ còn là
24 đầu vào digital và 3 đầu vào analog.
Bảng 3.13 Bảng thiết bị đầu ra
Linh kiện đầu ra PLC
Biến tần điều khiển tốc độ động cơ máy nhả cuộn Analog
Van điều khiển Xylanh đóng mở tang quay cuộn phôi Digital
Van điều khiển Xylanh đóng mở tay con lăn giữ phôi Digital Động cơ step đóng mở máng dẫn hướng phôi từ máy nhả vào Digital máy nắn phăng Động cơ step đóng mở tay kẹp phôi Digital Động cơ máy nắn phẳng Digital
Van điều khiển Xylanh điều khiển vị trí trục lăn định hướng Digital phôi vào máy nắn
Van điều khiển Xylanh đóng mở máng dẫn hướng phôi từ Digital máy nắn vào bộ cấp phôi tự động Động cơ bộ cấp phôi tự động Digital Động cơ máy dập Digital
Có tổng cộng 16 đầu ra với mỗi van điều khiển xylanh ta cần 2 đầu ra và điều khiển chiều quay của động cơ bước cần 2 đầu ra, trong đó có 1 đầu ra tín hiệu analog.
- Nguồn cấp cho các linh kiện Input là 24 VDC
-Đối với PLC cần giao tiếp với biến tần ta sẽ chọn dòng CPU 1215C DC/DC/DC mã 6ES7 215-1AG40-0XB0 version V4.2 với 14 đầu vào digital 24 VDC và 10 đầu ra digital 24 VDC, 2 đầu vào analog, 2 đầu ra analog Để đáp ứng số đầu vào ra, ta kết nối thêm với 1 modul mở rộng 6ES7 223-1BL32-0XB0 để cấp thêm 16 chân đầu vào 24 VDC và 16 chân đầu ra 24 VDC Do 2 cảm biến có dạng tín hiệu ra khác nhau nên chọn thêm một modul mở rộng 2AI mã 6ES7-231-5ND32- 0XB0.
-Sau khi đã chọn được PLC và các modul I/O mở rộng, thiết lập được sơ đồ đấu nối cho PLC (hình 3.27) và các modul mở rộng (hình 3.28 và 3.29) và thực hiện khai báo địa chỉ I/O cho PLC trên phầm mềm như bảng 3.14 và tiến hành thiết kế chương trình điều khiển cho hệ thống.
Hình 3.27 Sơ đồ đấu nối PLC 6ES7 215-1AG40-0XB0
Hình 3.28 Sơ đồ đấu nối modul mở rộng 6ES7 223-1BL32-0XB0
Hình 3.29 Sơ đồ đấu nối modul mở rộng 6ES7-231-5ND32-0XB0
3.5.2 Lập trình trên TIA-Portal
Bảng 3.14 Khai báo các địa chỉ I/O trên TIA-Portal
Ký hiệu Data Địa Giải thích chỉ
Start Bool I0.0 Khởi động hệ thống
Stop Bool I0.1 Tạm dừng hệ thống
MD_CHT Bool I0.2 Cữ hành trình dập của máy dập
P_CPTĐ Bool I0.3 Cảm biến nhận biết phôi trong bộ cấp phôi tự động P_MD Bool I0.4 Cảm biến nhận biết phôi trong vùng làm việc của máy dập MD_ĐVP Bool I0.5 Cảm biến định vị dải phôi
MD_TP_1 Bool I0.6 Cảm biến nhận biết có phoi thoát ra 1
MD_TP_2 Bool I0.7 Cảm biến nhận biết có phoi thoát ra 2
MD_TP_3 Bool I1.0 Cảm biến nhận biết có phoi thoát ra 3
MD_TP_4 Bool I1.1 Cảm biến nhận biết có phoi thoát ra 4
MD_TP_5 Bool I1.2 Cảm biến nhận biết có phoi thoát ra 5
MD_TGPĐL Bool I1.3 Cảm biến có tấm gạt phôi chạm vào áo khuôn trên MD_TGP Bool I1.4 Cảm biến nhận biết có tấm gạt phôi
MD_ĐSP Bool I1.5 Cảm biến đếm sản phẩm
MD_SAFE Bool I2.0 Cảm biến vùng an toàn của máy dập
XL_1_MAX Bool I2.1 Cữ hành trình max của xylanh đóng mở các bản kẹp trên máy nhả cuộn XL_1_MIN Bool I2.2 Cữ hành trình min của xylanh đóng mở các bản kẹp trên máy nhả cuộn XL_2_MIN Bool I2.3 Cữ hành trình min của xylanh điều khiển tay con lăn XL_2_MAX Bool I2.4 Cữ hành trình max của xylanh điều khiển tay con lăn
Cữ hành trình min của xylanh điều khiển XL_3_MIN Bool I2.5 trục lăn định hướng dải phôi vào máy nắn phẳng
Cữ hành trình max của xylanh điều khiển XL_3_MAX Bool I2.6 trục lăn định hướng dải phôi vào máy nắn phẳng
Cữ hành trình min của xylanh điều khiển XL_4_MIN Bool I2.7 máng dẫn hướng phôi từ máy nắn phẳng vào bộ cấp phôi tự động XL_4_MAX Bool I3.0 Cữ hành trình max của xylanh điều khiển máng dẫn hướng phôi từ máy nắn phẳng vào bộ cấp phôi tự động MD_GSPM Bool I3.1 Cảm biến có gá sản phẩm
A_ĐDP Int IW70 Cảm biến xác định độ dày phôi
A_ĐVP Int IW72 Cảm biến xác định độ võng dải phôi
A_ĐKCP Int IW74 Cảm biến đo đường kính cuộn phôi
Van điều hướng điều khiển xylanh 1 về cữ V1_1 Bool Q0.0 hành trình min để thu các bản kẹp phôi trên trục quay của máy nhả cuộn V1_2 Bool Q0.1 Van điều hướng điều khiển xylanh 1 ra cữ hành trình max để mở các bản kẹp phôi trên trục quay của máy nhả
Van điều hướng điều khiển xylanh 2 V2_1 Bool Q0.2 ( xylanh điều khiển tay con lăn ) ra cữ hành trình max để sẵn sàng đón phôi mới V2_2 Bool Q0.3 Van điều hướng điều khiển xylanh 2 đi về để con lăn tì vào mặt cuộn phôi DC2_T Bool Q0.4 Động cơ 2 quay máng dẫn hướng lên vị trí dẫn hướng DC2_N Bool Q0.5 Động cơ 2 quay máng dẫn hướng về vị trí chờ DC_T Bool Q0.6 Động cơ 1 quay tay con lăn ra vị trí chờ để phôi mới đi vào DC1_N Bool Q0.7 Động cơ 1 quay tay con lăn về vị trí kẹp cuộn phôi ĐC_MNP Bool Q1.0 Động cơ máy nắn phẳng
V3_1 Bool Q1.1 Van điều hướng điều khiển xylanh 3 ra cữ hành trình max để trục con lăn mở ra để cho dải phôi đi vào máy nắn phẳng
V3_2 Bool Q2.0 Van điều hướng điều khiển xylanh 3 về cữ hành trình min để trục con lăn ép xuống và định hướng dải phôi vào máy nắn phẳng Van điều hướng điều khiển xylanh 4 ra cữ V4_1 Bool Q2.1 hành trình max để đưa máng dẫn hướng từ máy nắn phẳng sang bộ cấp phôi lên vị trí dẫn hướng
Van điều hướng điều khiển xylanh 4 về cữ V4_2 Bool Q2.2 hành trình min để thu máng dẫn hướng từ máy nắn phẳng sang bộ cấp phôi về vị trí chờ ĐC_CPTĐ Bool Q2.3 Động cơ bộ cấp phôi tự động ĐC_MD Bool Q2.4 Động cơ máy dập
BTTĐ_MNC Word QW64 Cấp tín hiệu xung cho biến tần điều khiển động cơ máy nhả cuộn a) Chương trình trên phần mềm TIA-Portal theo ngôn ngữ LAD
Xử lý tín hiệu cảm biến đo đường kính cuộn phôi
Xử lý tín hiệu cảm biến đo độ dày dải phôi
Xử lý tín hiệu cảm biến đo độ võng phôi
Xử lý tín hiệu điều cấp cho biến tần điều khiển tốc độ quay của động cơ máy nhả cuộn
Chương trình gia công sản phẩm b) Mô phỏng trên phần mềm PLCSIM
Nhấn start kh ởi động hệ thống, nếu không có phôi trên máy nhả cuộn và máy dập thì chương trình thay phôi sẽ được khởi động.
Hình 3.30 Khởi động chu trình thay phôi khi không có phôi trong máy dập
Khi có phôi trên máy nhả cuộn và máy dập, đồng nghĩa với chương trình thay phôi đã kết thúc, khởi động chương trình gia công sản phẩm.
Hình 3.31 Khởi động chương trình gia công sản phẩm khi có phôi trong máy dập
Chương trình thay phôi hoạt động như sau.
- Khi chưa có phôi mới được thay vào:
+Van điều hướng điều khiển xylanh 1 về cữ hành trình min để thu các bản kẹp phôi trên trục quay của máy nhả cuộn (V1_1)
+Van điều hướng điều khiển xylanh 2 ( xylanh điều khiển tay con lăn ) ra cữ hành trình max để sẵn sàng đón phôi mới (V2_1)
+Động cơ 1 quay trong 2s để đưa tay con lăn ra vị trí chờ để phôi mới đi vào (DC1_T)
+Van điều hướng điều khiển xylanh 3 ra cữ hành trình max để trục con lăn mở ra để cho dải phôi đi vào máy nắn phẳng (V3_1)
Hình 3.32 Khi chưa có phôi trên máy nhả cuộn
- Khi có phôi trên máy nhả cuộn:
+Van điều hướng điều khiển xylanh 1 ra cữ hành trình max để mở các bản kẹp phôi trên trục quay của máy nhả (V1_2)
+Van điều hướng điều khiển xylanh 2 đi về để con lăn tì vào mặt cuộn phôi (V2_2)
+Động cơ 1 quay tay con lăn về vị trí kẹp cuộn phôi (DC1_N)
Hình 3.33 Khi phôi mới được thay vào
- Khi phôi đã được cố định trên máy nhả cuộn:
+Động cơ 2 quay trong 2s đưa máng dẫn hướng lên vị trí dẫn hướng
+Van điều hướng điều khiển xylanh 3 về cữ hành trình min để trục con lăn ép xuống và định hướng dải phôi vào máy nắn phẳng (V3_2)
+Cấp nguồn cho biến tần hoạt động (M0.3)
+Cấp nguồn cho động cơ máy nhả cuộn hoạt động (DC_MNC)
Hình 3.34 Khi phôi mới đã cố định trên máy nhả cuộn
- Khi phôi đi vào máy nắn phẳng và xác định độ dày phôi đúng quy cách:
Hình 3.35 Phôi đúng độ dày
+Động cơ 2 quay 2s đưa máng dẫn hướng về vị trí chờ (DC2_N)
+Cấp điện cho động cơ máy nắn phẳng (DC_MNP)
+Van điều hướng điều khiển xylanh 4 ra cữ hành trình max để đưa máng dẫn hướng từ máy nắn phẳng sang bộ cấp phôi lên vị trí dẫn hướng (V4_1)
Hình 3.36 Cấp tín hiệu cho máy nắn phẳng và dẫn hướng phôi vào bộ cấp phôi
- Khi phôi đi vào bộ cấp phôi:
+Cấp tín hiệu cho bộ cấp phôi tự động (DC_CPTD)
+Van điều hướng điều khiển xylanh 4 về cữ hành trình min để thu máng dẫn hướng từ máy nắn phẳng sang bộ cấp phôi về vị trí chờ (V4_2)
Hình 3.37 Khi phôi đi vào bộ cấp phôi tự động
-Khi phôi đi vào vùng làm việc của máy dập, chu trình thay phôi kết thúc và tiến hành chu trình gia công sản phẩm.
Chu trình gia công sản phẩm hoạt động như sau:
- Khi có gá sản phẩm ở vị trí chờ gá:
+Động cơ bộ cấp phôi tự động và động cơ máy dập hoạt động
Khi có gá sản phẩm
- Khi đếm đủ 20 sản phẩm:
+Thay gá sản phẩm mới, trong thời gian thay gá sản phẩm mới thì động cơ máy dập và động cơ bộ cấp phôi lại quay về trạng thái tạm dừng.
Hình 3.38 Khi dập đủ số lá tản nhiệt cho một bộ heatsink
- Khi có những sự cố sau thì sẽ tạm dừng hệ thống:
+Phôi sai vị trí (MD_ĐVP)
+Không có phoi thoát ra ở 1 trong 9 vị trí thoát phoi trong khi máy dập chạm cữ hành trình.
+Không phát hiện tấm gạt phôi khi máy dập đi xuống (tấm gạt phôi đi lên chạm vào áo khuôn trên)
+Có vật đi vào vùng làm việc của máy dập
Hình 3.39 Các trường hợp tạm dừng hệ thống dập
Tác giả sử dụng phương pháp thiết kế ảo trên các phầ n mềm chuyên d ụng (NX và TIA-Portal) để thiết kế hệ thống cảm biến trên dây chuyền d ập liên tục và lậ p trình chương trình điều khiển cho hệ thống dập tự động lá tả n nhiệt CPU. Việc sử dụng phần mềm thiết kế giúp việ c lựa chọn cả m biến và vị trí lắp đặt cảm biến trong dây chuyền dễ dàng hơn, rút ngắn thời gian thiết kế và kiểm nghiệm so với phương pháp truyền thống Máy d ập và hệ cơ cấu cấp và định hướng phôi và bộ điều khiển logic PLC được tác giả tính chọn từ các hãng nổi tiếng như AMADA và SEIMENS.