Thiết kế chế tạo hệ thống cấp phôi tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG Ngành : Kỹ Thuật Cơ Khí Chun Ngành : Kỹ Thuật Cơ Khí Giảng viên hướng dẫn : ThS TRẦN ĐÌNH KHẢI Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Huỳnh Minh Hồng 1711040586 17DCKA1 Thái Thiện Trí 1711040143 17DCKA1 Phan Thanh Duy 1711040114 17DCKA1 TP.Hồ Chí Minh, 25 tháng 08 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG Ngành : Kỹ Thuật Cơ Khí Chuyên Ngành : Kỹ Thuật Cơ Khí Giảng viên hướng dẫn : ThS TRẦN ĐÌNH KHẢI Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Huỳnh Minh Hoàng 1711040586 17DCKA1 Thái Thiện Trí 1711040143 17DCKA1 Phan Thanh Duy 1711040114 17DCKA1 TP.Hồ Chí Minh, 25 tháng 08 năm 2021 BM01/QT05/ĐT-KT 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): Huỳnh Minh Hoàng MSSV: 1711040586 Lớp: 17DCKA1 Điện thoại: 0348417975 Email: minhhoang.huynh14@gmail.com Thái Thiện Trí MSSV: 1711040143 Điện thoại: 0789803412 Email: thientri808@gmail.com Phan Thanh Duy MSSV: 1711040114 Điện thoại: 0333239334 Email: phanduy103@gmail.com Lớp: 17DCKA1 Lớp: 17DCKA1 Ngành: Kỹ thuật khí Chuyên ngành: Cơ khí chế tạo máy Tên đề tài đăng ký: Tên đề tài: ‘’Thiết kế, chế tạo hệ thống cấp 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 LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng chúng em hướng dẫn khoa học thầy ThS Trần Đình Khải Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Chúng em xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 08 năm 2021 Sinh viên thực Huỳnh Minh Hồng Thái Thiện Trí Phan Thanh Duy LỜI CẢM ƠN Trước tiên với tình cảm chân thành nhất, cho phép chúng em bày tỏ lòng biết ơn đến tất cá nhân tổ chức tạo điều kiện hỗ trợ, giúp đỡ chúng em suốt trình học tập nghiên cứu đề tài Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến quý Thầy Cô Viện Kỹ Thuật Hutech – Trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân thành nhất, đặc biệt thầy Ths Trần Đình Khải tận tình hướng dẫn cách khoa học, nhờ đề tài nghiên cứu chúng em hồn thiện tốt đẹp Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp q báu q Thầy Cơ để kiến thức chúng em lĩnh vực hồn thiện hơn, đồng thời có điều kiện bổ sung, nâng cao hiểu biết Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Trang i DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG ……………………………… ……1 1.1 Giới thiệu chung hệ thống tự động hóa………………… … … 1.1.1 Lịch sử phát triển hệ thống tự động hóa dây chuyền sản xuất………………………………………… …………………… 1.1.2 Những đặc điểm hệ thống tự động hóa …… ………….3 1.2 Giới thiệu chung hệ thống cấp phơi tự động………………… …4 1.2.1 Tình hình sử dụng hệ thống cấp phơi nước ta ………… … 1.2.2 Phân loại hệ thống cấp phôi tự động.…………………… …….4 1.2.3 Giới thiệu số hệ thống cấp phôi tự động………… … 1.3 Các phương pháp điều khiển hệ thống……………………… ……12 1.3.1 Điều khiển khí nén………………………………………… ….12 1.4 Cấu trúc tổng thể hệ thống……………………………… ……… 13 1.4.1 Phần điều khiển…………………………………………… ….14 1.4.2 Phần chấp hành…………………………………………… ….14 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ……… ……15 2.1 Hệ thống cấp phôi tự động.…………………………………….… 10 2.2 Mục đích việc tạo hệ thống cấp phôi tự động………… ….10 2.3 Những yêu cầu chủ yếu mơ hình cấp phơi tự động … 10 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1 Chọn phương án kết cấu khí………………………………… 12 3.1.1 Phương án cho chuyển động……………………………… 12 3.1.2 Chọn phương án cho chuyển động………………………… 15 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 4.1 Các bước chế tạo hệ thống cấp phôi tự động………………….… 17 4.2 Sơ đồ động học hệ thống………………………………………… …17 4.2.1 Sơ đồ khối………………………………………………….……17 4.2.2 Xác định quy cách làm việc……………………………….… 17 4.2.3 Xác định giải pháp thiết kế……………………………….……18 4.2.4 Sơ đồ kết cấu dẫn động cụm…………… …………….…19 4.2.5 Tính tốn thiết kế 21 4.3 Liệt kê lựa chọn chi tiết cho mô hình…………………… …23 4.4 Hệ thống khí nén………………………………………………… ….24 4.4.1 Lựa chọn van khí nén……………………………………… ….24 4.4.2 Khớp nối khí nén…………………………………………… 25 4.4.3 Ống khí nén……………………………………………….… …26 4.5 Cảm biến quan ………………………………………………… ….27 4.6 Rơ le trung gian ………………………………………………… …30 4.7 Tổng quan GRAFCET……………………………………….… 32 4.7.1 Cấu tạo nguyên tắc GRAFCET….……….33 4.7.2 Phẩn cấu trúc……………………………………………… ….35 4.7.3 Phản tác động…………………………………… ……….… 36 4.7.4 Hành động tác dụng liên tục……………………………….… 37 4.7.5 Hành động tác dụng lưu trữ………………………………… 37 4.8 Cấu trúc hệ thống khí nén……… …………………………… 37 4.9 Xây dựng điều khiển………………………………………………39 4.10 Sơ lược PLC S7_1500…………………………………………….44 4.11 Tính tốn giá thành vật liệu, thời gian thi công, cách thức gia công cơng dụng chi tiết…………………………………………………………… 50 CHƯƠNG 5: THI CƠNG 5.1 Lắp ráp khung: 5.1.1 Nhơm định hình: - Nhơm định hình loại nhơm trải qua q trình xử lý kim loại, với mục đích tận dụng phát huy tối đa đặc tính vật lý chuyên biệt loại vật liệu này, qua tạo điều kiện thuận lợi cho kỹ sư hai khâu thiết kế sản xuất - Ngồi u cầu lý, Thanh nhơm định hình dùng xây dựng phải thỏa mãn yêu cầu dung sai kích thước mặt cắt ngang (chiều rộng, chiều cao chiều dài) đảm bảo dung sai cho phép góc sản phẩm, bán kính góc sản phẩm, độ thẳng, độ cong bề mặt… - Sản phẩm nhơm định hình sau hồn thành q trình sản xuất kiểm tra chất lượng để đảm bảo chức vật lý khơng bị Từ ưu điểm đặc tính, nhơm định hình sử dụng để ứng dụng vào nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác 58 Hình5.1: Nhơm định hình - Nhơm định hình dùng xây dựng u cầu phải có đủ tính cơng nghệ, độ bền lý, đảm bảo chống ăn mịn tốt, có khả xử lý bề mặt, nhuộm màu, sơn bóng bề mặt, sơn tĩnh điện … Ngoài phải đảm bảo tính lắp ghép, tính chịu lực, tính thẩm mỹ tính kinh tế cao, phù hợp với kiến trúc đại 5.1.2 Ke góc nhơm định hình: - Ke góc nhơm định hình sản phẩm dùng để nối góc hai nhơm định hình lại với nhằm mục đích tạo hình dạng góc cửa cho cửa Cũng giống hình chữ nhật có góc cửa có góc cửa Mối nối góc phải chắn cửa thành hình, khơng nhơm rời rạc 59 Hình5.2: Ke góc nhơm định hình - Ke góc nhơm định hình thường có hình giống chữ L gần giống chữ L làm nhôm Mỗi loại ke góc nhơm khác có đặc điểm cấu tạo khác cách sử dụng lợi ích cho người tiêu dùng khác nhau, tất có chung mục đích giống nối góc hai nhơm lại với 5.1.3 Bu lông, đai ốc trượt : - Bu lông, đai ốc: Đai ốc dùng bu lông để kẹp chặt hai nhiều chi tiết với Hai phận kết hợp với ma sát ren, sức căng vừa bu lông, sức nén chi tiết Trong môi trường rung động xoay trịn sử dụng đai ốc chống xoay, dùng chất dính, chốt an toàn hay biện pháp khác để giữ chặt mối ghép Đai ốc thông dụng đai ốc cạnh với góc nhọn làm trịn Các dạng đai ốc khác dùng trường hợp định đai ốc tai hồng (đai ốc cánh) dùng điều chỉnh ngón tay hay đai ốc liên kết nơi khơng có rãnh vặn đai ốc 60 Con trượt: Phụ kiện nhôm định hình ngày phổ biến đa dạng để đem lại lựa chọn tốt cho khách hàng Con trượt lẫy dùng cho nhơm định hình có tác dụng ecu trượt lẫy lắp ghép vào khung nhôm để cố định vị trí Hình 5.3: Bu lơng, đai ốc trượt 5.2 Lắp đặt hệ thống điện : 5.2.1 Chọn động cho mơ hình thiết kế : Chọn loại động cho truyền động trục Motor DC RS950 24V Cơng suất 400W Hình 5.4: Động điện 61 - Chọn động chiều DC Motor có đặc điểm sau: Động nhỏ gọn, hoạt động nguồn điện 24v an toàn cho người sử dụng, kéo tải trọng lớn, giá thành không cao Đảm bảo cho hệ thống cấp phôi tự động hoạt động cách ổn định 5.2.2 Nguồn 24v : - Chọn nguồn ổ ong thiết bị quen thuộc phổ biến Nguồn xung mạch có công dụng để biến đổi nguồn điện từ xoay chiều sang nguồn điện chiều Bằng chế độ dao động xung tạo mạch điện tử kết hợp với biến áp xung Trên thực tế, có nhiều nguồn tuyến tính cổ điển sử dụng biến áp sắt từ giúp hạ áp, sau dùng chỉnh lưu kết hợp với IC nguồn tuyến tính Nhiệm vụ để tạo cấp điện áp chiều tùy theo mục đích sử dụng Hình 5.5: Bộ nguồn 24v 62 5.2.3 Dây dẫn : - Lựa chọn dây dẫn điện phù hợp với hệ thống dây cadivi có lỗi 10mm gồm ruột đồng tinh chất với lớp vỏ bọc cách điện PVC Dây dẫn có chất lượng bền vững xác phù hợp với hệ thống lắp đặt Hình 5.6: Dây dẫn cadivi 5.3 Lập chương trình điều khiển cho hệ thống cấp phôi : Sơ đồ kết nối PLC, em lập chương trình điều khiển cho PLC S7-1500 sử dụng phần mềm TIA V14 - Bảng symbol chương trình 63 Hình 5.7 : Bảng symbol 5.3.1 Các network chương trình PLC : Network 1: Bắt đầu : Hình 5.8 : Network 64 Network 2: chặn phơi : Hình 5.9: Network Network 3: Đẩy phơi : Hình 5.10 : Network 65 Network : Hạ xylanh : Hình 5.11 : Network 5.4 Lắp đặt hệ thống khí nén : - Cấp nguồn 24v cho mạch điều khiển hoạt động - Khảo sát khu vực cần lắp đặt hệ thống nén khí - Cung cấp vật tư, thiết bị lắp đặt máy nén khí - Tiến hành thi cơng, lắp đặt đường ống dẫn khí khu vực cần thực 5.5 Chạy thử kiểm tra hệ thống : - 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 66 - Bố trí phần tử điều khiển - Đi bắt chặt dây dẫn khí nén - Đảm bảo mạch không bị hở 5.6 Kết đạt được: 5.6.1 Mơ hình hệ thống cấp phơi : Hình 5.12 : Mơ hình hệ thống cấp phơi tự động 67 5.6.2 Kết kiểm tra máy thực tế : *Ưu điểm: - Chi phí chế tạo máy thấp - Sử dụng vật liệu, linh kiện thơng dụng, sẵn có thị trường - Phân loại nhiều loại phôi khác *Nhược điểm: - Kết cấu khí chưa thật vững - Tốc độ hoạt động thấp - Kích thước máy nhỏ 68 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ , VIẾT BÁO CÁO 6.1 Kết quả: - Sau tuần thực hiện, với hướng dẫn bảo nhiệt tình Thầy Trần Đình Khải Thầy Cơ viện kỹ thuật Hutech, nhóm chúng em hồn thành thiết kế, chế tạo hệ thống cấp phơi tự động đảm bảo yêu cầu đặt Nhóm chúng em củng cố, vận dụng kiến thức học áp dụng vào thiết kế chế tạo hệ thống cấp phôi tự động cụ thể, học hỏi thêm nhiều kiến thức liên quan Và điều quan trọng có tự tin bắt tay vào làm việc thực tế, kinh nghiệm quí báu cho thân chuẩn bị trường *Phần kiến thức: -Tìm hiểu hệ thống cấp phơi tự động -Tìm hiểu quy trình tạo chi tiết hệ thống -Tìm hiểu sensor -Tìm hiểu hệ thống điều khiển: xylanh tác động kép, van đảo chiều 5/2 -Vận dụng phần mềm Solidwork, Orcad, Automation Studio mô hệ thống * Phần thiết kế thi cơng: -Xây dựng sơ đồ khối -Viết chương trình điều khiển phần mềm -Thi công hệ thống khí -Thi cơng hệ thống điện -Thi cơng hệ thống khí nén * Phần khí: - Thiết kế chế tạo hệ thống khung - Tính tốn lựa chọn van khí nén - Thiết kế, thi cơng cánh tay gấp - Thiết kế, thi công ống chứa phôi 69 * Phần điện: - Lựa chọn cảm biến - Đấu nối cảm biến, rơ le, PLC * Phần khí nén: - Lựa chọn piston - Lắp ráp hệ thống piston xilanh, dây dẫn khí van đảo chiều 5/2 tác động điện 6.2 Đánh giá: Sau trình nghiên cứu, thiết kế thi cơng, mơ hình hệ thống cấp phơi tự động chế tạo thành cơng Nhìn chung, hệ thống đáp ứng yêu cầu đề tài đặt ra, nhiên hệ thống số nhược điểm, cần phải khắc phục *Những ưu điểm: -Thiết kế nhỏ gọn phù hợp với yêu cầu đề tài - Hệ thống điều khiển hoàn toàn tự động: Việc áp dụng cơng nghệ lập trình PLC đem lại cho mơ hình tính vượt trội điều khiển, tuổi thọ thiết bị nâng cao - Có thể thay đổi, tác động trực tiếp vào chương trình điều khiển mơ hình - Đơn giản thao tác, vận hành, sửa chữa bảo dưỡng - Hệ thống khí nén ổn định - Mơ hình hệ thống hoạt động an tồn - Khả phân loại sản phẩm hệ thống xác *Những nhược điểm: - Tính thẩm mỹ chưa cao - Hệ thống chạy gây tiếng ồn - Giá thành PLC cao 70 6.3 Nguyên nhân biện pháp khắc phục: a) Nguyên nhân: Trong trình hoạt động hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu xuất nhiều lỗi khiến hệ thống làm việc gặp nhiều hạn chế: lỗi động cơ, bố trí phần tử chưa đạt thẩm mỹ cao Các lỗi nhiều nguyên nhân khách quan chủ quan gây nhìn chung số nguyên nhân sau: - Thiết kế khí chưa đạt độ ổn định cao rung lắc - Chưa có hệ thống ổn định q dịng - Cách bố trí phần tử chưa hợp lý b) Biện pháp khắc phục: -Tối ưu hóa hệ thống khí cho hệ thống đảm bảo tạo thành khối liên kết chắn -Hoàn thiện hệ thống lý thuyết để đưa sản phẩm thực tiễn 6.4 Hướng phát triển: Nhóm chúng em muốn phát triển sản phẩm hồn thiện với độ xác cao phục vụ công tác nghiên cứu giảng dạy nhà trường sinh viên Giúp sinh viên có điều kiện tiếp xúc với ngành công nghiệp tự động nhiều Nhóm chúng em mong sản phẩm sở để tới chế tạo máy có độ xác cao hơn, cấp nhiều loại phơi có nhiều hình dạng khác nhau, có khả thương mại thị trường với giá thành rẻ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Anh - Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2,3,4 – NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1970 [2] Đặng Văn Nghìn, Lê Minh Ngọc tác giả - Cơ sở Công nghệ chế tạo máy- Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh xuất bản, 1992 [3] PGS.TS Trần Doãn Sơn – Kỹ thuật chế tạo máy – NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2009 [4] Trần Văn Địch – Thiết kế đồ án công nghệ chết tạo máy – NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1999 [5] Lê Trung Trực, Đặng Văn Nghìn – Hướng dẫn đồ án mơn học Cơng Nghệ Chế Tạo Máy – NXB ĐHQG Tp HCM [6] Lê Quang Huy - Giáo trình kỹ thuật điều khiển thủy lực- khí nén 72