Thiết kế chế tạo cụm bàn trượt cấp lấy phôi 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 CỤM BÀN TRƯỢT CẤP LẤY PHÔI TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS TRẦN ĐÌNH KHẢI Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Đỗ Vũ Tùng 1711030096 17DCTA1 Đỗ Trọng Khánh 1711030160 17DCTA1 Nguyễn Nhân Phú 1711030026 17DCTA1 Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO CỤM BÀN TRƯỢT CẤP LẤY PHÔI TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS TRẦN ĐÌNH KHẢI Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Đỗ Vũ Tùng 1711030096 17DCTA1 Đỗ Trọng Khánh 1711030160 17DCTA1 Nguyễn Nhân Phú 1711030026 17DCTA1 Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm BM01/QT05/ĐTKT VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hệ: CQ (CQ, LT, B2, VLVH) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số nhóm 3): Đỗ Trọng Khánh MSSV:1711030160 Lớp:17DCTA1 Điện thoại: 0826961782 Email: dokhanh2704@gmail.com Nguyễn Nhân Phú MSSV:1711030026 Lớp:17DCTA1 Điện thoại: 0763751693 Email: nguyenphu123pk@gmail.com Đỗ Vũ Tùng MSSV:1711030096 Lớp:17DCTA1 Điệnthoại: 0372594558 Email:tungdv2412@gmail.com Ngành: Kỹ thuật cơ-điện tử Chuyên ngành: Cơ-điện tử Tên đề tài đăng ký: Tên đề tài: ‘Thiết kế chế tạo cụm bàn trượt cấp lấy phôi tự động” Sinh viên hiểu rõ yêu cầu đề tài cam kết thực đề tài theo tiến độ hoàn thành thời hạn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) MÃ ĐỀ TÀI: 137 VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên: Đỗ Trọng Khánh MSSV: 1711030160 Lớp: 17DCTA1 Điện thoại: 0826961782 Email: dokhanh2704@gmail.com Ngành: Kỹ thuật cơ-điện tử Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo cụm bàn trượt cấp lấy phôi tự động” Nhiệm vụ thực đề tài: - Tính tốn thiết kế bàn trượt tay kẹp phôi - Chế tạo lắp ráp bàn trượt tay kẹp phôi TP HCM, ngày 18 tháng năm 2021 Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) MÃ ĐỀ TÀI: 137 VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên: Nguyễn Nhân Phú MSSV:1711030026 Lớp:17DCTA1 Điện thoại: 0763751693 Email: nguyenphu123pk@gmail.com Ngành: Kỹ thuật cơ-điện tử Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo cụm bàn trượt cấp lấy phôi tự động” Nhiệm vụ thực đề tài: - Tính tốn thiết kế cấu gắp phôi - Chế tạo lắp ráp cấu gắp phôi TP HCM, ngày 18 tháng năm 2021 Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) MÃ ĐỀ TÀI: 137 VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên: Đỗ Vũ Tùng MSSV: 1711030096 Lớp:17DCTA1 Điện thoại: 0372594558 Email: tungdv2412@gmail.com Ngành: Kỹ thuật cơ-điện tử Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo cụm bàn trượt cấp lấy phôi tự động” Nhiệm vụ thực đề tài: - Tính tốn thiết hệ thống điện điều khiển cấu tay kẹp phôi - Chế tạo lắp ráp hệ thống điện điều khiển cấu tay kẹp phôi TP HCM, ngày 18 tháng năm 2021 Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan hệ thống sản xuất tự động 1.1.1 Khái niệm hệ thống sản xuất tự động 1.1.2 Vai trò hệ thống sản xuất tự dộng trình sản xuất 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Nhiệm vụ, mục đích giới hạn nghiên cứu 1.3.1 Nhiệm vụ 1.3.2 Mục đích 1.3.3 Giới hạn nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.4.1.Tính đơn giản 1.4.2 Tính thẩm mỹ 1.4.3 Tính thuận tiện 1.4.4 Tính tự động 1.5 Tầm quan trọng khả ứng dụng đề tài 1.6.Giới thiệu số hình thức cấp phơi 1.6.1 Cấp phôi cánh tay rô bốt 1.6.2.Cấp phôi tự động phễu rung 1.7 Khái niệm hoạt động MPS i 1.7.1 Giới thiệu hệ thống MPS Festo CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 10 2.1 Máy, phận chi tiết máy 10 2.1.1: Những yêu cầu chủ yếu máy chi tiết máy 10 2.1.2 Các bước chế tạo máy 11 2.1.3 Các bước thiết kế chi tiết máy 11 2.1.4 Một số đặc điểm tính tốn thiết kế chi tiết máy 11 2.1.5 Tính cơng nghệ kết cấu 12 2.2 Phân tích phương án thiết kế 12 2.2.1 Tay gắp sử dụng giác hút 13 2.2.2 Tay gắp sử dụng xi lanh kẹp 13 CHƯƠNG III : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MƠ HÌNH 14 3.1 Phân tích mơ hình 14 3.2 Liệt kê lựa chọn chi tiết cho mơ hình 14 3.2.1 Lựa chọn chi tiết mô hình 15 3.3 Xây dựng thiết kế gia công 19 3.3.1 Băng dẫn hướng 19 3.3.2 Trục vit me, đai ốc 19 3.4 Các loại động bàn trượt 20 3.4.1 Động chiều: 20 3.4.2 Động xoay chiều: 20 3.4.3 Động bước: 20 3.4.4 Động servo: 21 3.5 Kết cấu truyền vitme đai ốc bi 21 ii 3.5.1 Kết cấu chung: 21 3.5.2 Các dạng profil ren vitme đai ốc: 22 CHƯƠNG IV QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN 23 4.1 Tính tốn xi lanh kẹp phơi 23 4.2 Tính tốn xy lanh đẩy phôi: 25 4.3 Tính tốn xy lanh nâng mặt bàn: 28 4.4 Tính tốn Vitme 31 4.5 Chọn động 32 4.6 Động bước 33 4.7 Động Servo 38 4.8 DC Servo motor 39 4.9 Động điện xoay chiều 40 CHƯƠNG V THI CÔNG VÀ CHỌN SẢN PHẨM 42 5.1 Chọn động cho mơ hình thiết kế 42 5.1.1 Chọn loại động cho truyền động trục 42 5.1.2 Chọn loại động cho chuyển động chạy dao 42 5.2 Thiết kế điện khí nén cánh tay gắp 43 5.2.1 Sơ đồ khí nén 43 5.2.2 Lựa chọn phần tử khí nén 44 5.2.3 Thơng số kỹ thuật phần tử khí nén 46 5.2.4 Lựa chọn phần tử điện 51 5.3 Xây dựng chương trình điều khiển 63 5.3.1Thiết kế hệ thống điều khiển 63 5.3.2 Yêu cầu công nghệ 63 iii 5.3.3 Xây dựng giản đồ Grafcet 63 5.4.2 Thông số kĩ thuật PLC S7-1200(1214-AC\DC\RL) 71 5.4.3 Phần mềm lập trình điểu khiển PLC : TIA PORTAL V14 74 5.7.1 Hướng dẫn vận hành 80 CHƯƠNG VI : KẾT LUẬN 82 6.1 Kết đạt 82 6.1.1 Về mặt lý thuyết 82 6.1.2 Về mặt thực hành 83 6.2 Những kết chưa đạt 84 6.3 Đánh giá kết tồn 84 6.4 Định hướng phát triển 85 6.5 Kết luận 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 iv 72 73 5.4.3 Phần mềm lập trình điểu khiển PLC : TIA PORTAL V14 TIA Portal – phần mềm sở tích hợp tất phần mềm lập trình cho hệ thống tự động hóa truyền động điện Phần mềm lập trình giúp người sử dụng phát triển, tích hợp hệ thống tự động hóa cách nhanh chóng, giảm thiểu thời gian việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ phần mềm riêng rẽ Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho người lẫn người nhiều kinh nghiệm lập trình tự động hóa Là phần mềm sở cho phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp thiết bị dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa tồn diện (TIA) Siemens Ví dụ phầm mềm Simatic Step V14 để lập trình điều khiển Simatic, Simatic WinCC V11 để cấu hình hình HMI chạy Scada máy tính Để thiết kế TIA portal, Siemens nghiên cứu nhiều phần mềm ứng dụng điển hình tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu khách hàng toàn giới Là phần mềm sở để tích hợp phần mềm lập trình Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho phần mềm chia sở liệu, tạo nên thống giao diện tính tồn vẹn cho ứng dụng Ví dụ, tất thiết bị mạng truyền thơng cấu hình cửa sổ Hướng ứng dụng, khái niệm thư viện, quản lý liệu, lưu trữ dự án, 74 chẩn đốn lỗi, tính online đặc điểm có ích cho người sử dụng sử dụng chung sở liệu TIA Portal Tất khiển PLC, hình HMI, truyền động Siemens lập trình, cấu hình TIA portal Việc giúp giảm thời gian, công sức việc thiết lập truyền thông thiết bị Phần mềm Simatic Step V14, tích hợp TIA Portal, để lập trình cho S71200, S7-300, S7-400 hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC Simatic Step V11 chia thành module khác nhau, tùy theo nhu cầu người sử dụng Simatic Step V14 hỗ trợ tính chuyển đổi chương trình PLC, HMI sử dụng sang chương trình TIA Portal 5.5 Sơ đồ kết nối hệ thống a Sơ đồ kết nối điện b Sơ đồ kết nối plc 75 c Sơ đồ cầu đấu TERMINAL STRIP Q0.0 RL2 O Q0.1 RL3 O Q0.2 Brow RL4 O Q0.3 Brow RL5 O Q0.4 STOP O I0.7 BN- RESET O I0.6 BN- START O I0.5 BN- CBQ1 O I0.1 BN- CBQ2 O I1.0 Blue CT2 O I0.1 CT3 O I0.2 CT4 O I0.3 CT5 O I0.4 BN- 0V Port identification O 24V Component ident Terminal-No RL1 Port identification Connector-strap Target Component ident Target 5.6 Lập chương trình điều khiển cho trạm lắp ráp Từ giản đồ Grafcet, sơ đồ kết nối PLLC, em lập chương trình điều khiển cho PLC S7 1200 sử dụng phần mềm TIA V14 - Bảng symbol chương trình 76 Hình 26 Bảng symbol - Các network chương trình PLC Network 1: Bắt đầu Network 2: chặn phôi 77 Network 3: Đẩy phôi Network : Hạ xylanh 78 Network 5: Bật giác hút Network 6: Quay xylanh 79 5.7 Hướng dẫn vận hành, lắp đặt 5.7.1 Hướng dẫn vận hành a Chuẩn bị mạch điều khiển khí nén Quan sát tổng thể hệ thống: - Các dây dẫn khí nén chắn - Điều chỉnh van giới hạn áp suất với tải lớn để áp suất hệ thống đạt 4bar - Cung cấp nguồn cho mạch điều khiển đạt 24V - Cung cấp nguồn khí đạt bar - Điều chỉnh cảm biến trạng thái hoạt động bình thường Khi đưa vật đến gần cảm biến phát tín hiệu qua đèn led sáng b Chuẩn bị mạch điện điều khiển: - Kết nối phần tử điều khiển PLC Rơ le - Đi dây tất dây dẫn điện/ Đầu cốt (cả máng dây) - Lắp đặt chắn cảm biến 80 c Kiểm tra mạch điều khiển khí nén (Quan sát) - Kết nối phần tử điều khiển phần tử hiển thị bảng điều khiển - Đi dây tất dây dẫn điện/Đầu cốt(cả máng dây) - Bố trí van điều chỉnh van giới hạn áp suất - Bố trí phần tử điều khiển - Đi bắt chặt dây dẫn khí nén - Bắt chặt phần tử - Đánh số tất phần tử - Đảm bảo mạch không bị hở Nhận xét : Hoạt động mạch Đúng chức điều khiển Không chức mạch điều khiển hoạt -Xy lanh ra, theo động trơn chu, đúng chu trình yêu cầu đưa -Cảm biến nhận biết vật hoạt động ổn định 81 CHƯƠNG VI : KẾT LUẬN 6.1 Kết đạt 6.1.1 Về mặt lý thuyết Sau nghiên cứu đề tài “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM BÀN TRƯỢT CẤP LẤY PHÔI TỰ ĐỘNG” Em hoàn thành nội dung sau: Chương I: Giới thiệu khái quát đề tài - Đặt vấn đề: Mơ hình cho nhìn thực tế hệ thống tự đơng hóa q trình sản xuất, lợi ích mang lại ta ứng dụng hệ thống tự động vào sản xuất Tự động hóa q trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất Các trình sản xuất sử dụng nhiều lao động sống dễ ổn định giấc, chất lượng gia công suất lao động, gây khó khăn cho việc điều hành quản lý sản xuất Các trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ nhược điểm Đồng thời tự động hóa thay đổi tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc công nhân, khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp lặp lại nhàm chán, khắc phục dần khác lao động trí óc lao động chân tay - Giải pháp nghiên cứu: Nghiên cứu phân tích đặc điểm linh kiện xylanh, van khí cảm biến Thiết kế giải pháp điều khiển PLC cho trạm cấp phơi Nhằm mục đích để có mơ hình trạm cung cấp phơi tự động hồn chỉnh mặt khí phần điều khiển Tính tốn thiết kế mơ hình cho mơ hình vừa thẩm mỹ, an tồn hoạt động ổn định - Ưu điểm, nhược điểm trạm cung cấp phơi khí nén: Trạm nhiều ưu điểm thực hành nơi không giới hạn số lượng Dễ dàng vận chuyển đường ống khí nén Mơi trường làm việc Khơng bị ảnh hưởng nhiệt độ bên ngồi rủi ro hoạt động Xong bên cạnh cịn nhược điểm nhỏ hiệu chỉnh tốc độ dịch chuyển piston chất lượng thấp hoạt động phát số tiếng ồn - Khả ứng dụng vào thực tế: Vì mơ hình gần gũi với sinh viên nên tốt cho việc đưa ứng dụng vào giảng thực hành trình học tập xưởng điện trường 82 Chương II: Phân tích u cầu cơng nghệ Phân tích u cầu cơng nghệ hệ thống, toán mà hệ thống đề yêu cầu người thiết kế cần phải đảm bảo yếu tố để từ tính tốn lựa chọn phần tử khí nén, điện Đối với việc lựa chọn phần tử khí nén ta cần sơ đồ khí nén, qua xác định số lượng phần tử khí nén cần dùng cho hệ thống Việc lựa chọn xi lanh ta cần xác định hành trình mà hệ thống yêu cầu, tính tốn lượng khí tiêu thụ tải trọng mà xi lanh chịu được, tính tốn lực đẩy, lực kéo có đáp ứng với yêu cầu hệ thống không tránh trường hợp hỏng hóc khơng cần thiết q trình vận hành Còn phần tử điện ta cần ưu tiên đến việc công suất tiêu thụ để từ lựa chọn phù hợp phần tử điện cách hợp lý Từ sơ đồ mạch điện tac thể tính tốn cơng suất tồn hệ thống từ lựa chọn nguồn ni cho hệ thống tránh trường hợp hao phí, thiếu hụt q trình vận hành, chọn PLC với toán hệ thống đủ số lượng đầu vào, hoạt động ổn định hiệu Cuối để bắt đầu tiến hành lắp đặt hệ thống ta cần có vẽ lắp vẽ chi tiết để từ bóc tách chi tiết cần dùng để lắp đặt hệ thống Chương III: Thiết kế điện khí nén xây dựng chương trình điều khiển Ở chương này, để điều khiển hệ thống có phương án nào, ưu nhược điểm phương án Có phương án cho trạm lắp ráp dây chuyền sản xuất MPS 205 điều khiển dùng điện khí nén PLC, để tối ưu vận hành cách ổn định lâu dài, dễ dàng cho việc lắp đặt, bảo trì ta chọn PLC Để điều khiển hệ thống PLC ta cần hiểu rõ loại PLC dùng loại để dễ cho việc đấu nối viết chương trình Đối với chương trình PLC ta cần hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống qua giản đồ Grafcet giản đồ trạng thái từ dễ dàng cho việc viết chương trình Sau hồn tất việc lắp đặt, điều mà ta cần ý đến quy định an toàn vận hành, lắp đặt Điều quan trọng, khơng chấp hành cách nghiêm túc gây nguy hiểm đến người sử dụng Sau thực tốt quy định an toàn, có hướng dẫn vận hành, lắp đặt, hướng dẫn bảo trì, kiểm tra để người sử dụng hiểu sử dụng cách an toàn hiểu 6.1.2 Về mặt thực hành -Thiết kế lắp đặt hệ thống mô hình cấu gắp phơi 83 Hình Mơ hình cấu gắp phơi - Đưa phương hướng thiết kế lắp ráp panel điều khiển dùng PLC - Hệ thống thực nhiệm vụ để tài, tận dụng tối đa thiết bị sẵn có - Đưa phương pháp lập trình điều khiển dùng PLC - Hình thành kỹ xây dựng hệ thống điều khiển tự động công nghiệp - Nâng cao kỹ thực hành, áp dụng lý thuyết vào thực tế - Hình thành kỹ kiểm tra sửa lỗi hệ thống gặp trục trặc 6.2 Những kết chưa đạt Do kiến thức, kinh nghiệm hạn chế nên đồ án số vấn đề chưa giải triệt để - Các thiết bị khí chưa đạt độ xác - Việc thay thiết bị ,sửa chữa cịn gặp nhiều khó khăn 6.3 Đánh giá kết tồn - Sử dụng phần mềm AUTOCAD, INVENTOR, FLUIDSIM, TIA V13 để thiết kế mạch điện mơ hình lắp đặt - Hệ thống thực nhiệm vụ đề tài đáp ứng toán thực hành giảng dạy - Sử dụng thiết bị cơng nghiệp máy cắt, máy khoan…… - Hình thành kỹ lắp đặt sửa chữa hệ thống điều khiển tự động 84 Trong q trình hồn thiện đề tài, kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế Em kính mong giúp đỡ, cảm thơng, đóng góp ý kiến từ thầy cô 6.4 Định hướng phát triển Từ đề tài em thầy giao cho qua trình làm việc học em nhận thấy đề tài phát triển ứng dụng thực tế tốt Một số hướng phát triển: - Phôi sau lắp ráp tiếp tục đưa vào dây chuyền băng tải: +) Phôi bị loại băng tải đưa hộp phân loại +) Phôi đạt yêu cầu cho khay đựng phơi hồn chỉnh 6.5 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu kỹ thuật khí nén, kỹ thuật điều khiển dùng PLC em nhận thấy khả ứng dụng PLC vào điều khiển hệ thống tự động để nâng cao suất hiệu lớn Được hướng dẫn tận tình thầy TRẦN ĐÌNH KHẢI cộng thêm giúp đỡ thầy cô môn CƠ ĐIỆN TỬ thầy giáo xưởng thực tập điện đến em hoàn thành đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM BÀN TRƯỢT CẤP LẤY PHƠI TỰ ĐỘNG” Trong q trình hồn thiện đề tài, kiến thức kinh nghiệm hạn chế Em kính mong giúp đỡ, cảm thơng, đóng góp ý kiến từ thầy Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn thầy TRẦN ĐÌNH KHẢI giúp đỡ thầy Bộ môn Cơ Điện Tử thầy giáo xưởng thực tập Cơ Điện tạo điều kiện để em hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn! 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Dung sai lắp ghép Kỹ thuật đo lường PGS.TS Ninh Đức Tốn [2] Giáo trình khí nén – Nguyễn Xuân Phương [3] Công nghệ chế tạo máy [4] Giáo trình kỹ thuật điều khiển thủy lực- khí nén ThS:Lê Quang Huy [5] Vẽ kỹ thật khí Trần Hữu Quế [6] Điều khiển lập trình PLC ThS : Hồng Quốc Tn [7] Cơng nghệ khí nén TS Hồ Đắc Thọ [8] Danh mục website tham khảo: http://catalogdatasheet.com http://ccsinfo.com/forum http://dientuvietnam.net http://diendandientu.com http://codientu.org 86