(Luận văn thạc sĩ hcmute) tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống cấp phôi tự động sử dụng phễu rung và tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện nc takamaz

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN KIM THIÊN TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PHỄU RUNG VÀ TAY MÁY CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG CHO LOẠI MÁY TIỆN NC TAKAMAZ S K C 0 9 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2012 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trần Kim Thiên Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 24/11/1981 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Đồng Nai Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Số 82/7, Tân Phú 2,Tân Bình, Dĩ An, Bình Dƣơng Điện thoại nhà riêng: 0972872262 E-mail:thien09ch@gmail.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09/2000 đến12/ 2005 Nơi học : Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hố Chí Minh Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy Mơn thi tốt nghiệp: Pro/Engineer, PLC, Khí Nén Ngày & nơi thi tốt nghiệp: 12/2005, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2005-2007 Công ty Nissey Viet Nam , khu chế xuất Tân Thuận, Quận Nhân viên, I Luan van Phịng thiết kế 2007-2012 Cơng ty Maruei Viet Nam, khu cơng nghiệp Việt Nam Singapore, Bình Dƣơng Quản lý, Phịng kỹ thuật nhà máy LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 10 năm 2012 (Ký tên ghi rõ họ tên) II Luan van LỜI CẢM ƠN  Sau hai năm theo học chƣơng trình đào tạo sau đại học trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, em đúc kết đƣợc kiến thức bổ ích cho chun mơn Với đề tài nghiên cứu dƣới hình thức luận văn thạc sĩ, em vận dụng kiến thức mà đƣợc trang bị để tiến hành giải tốn thực tiễn Vì đề tài luận văn nghiên cứu giải vấn đề thực tiễn nhà máy gia cơng khí sở nghiên cứu thực tiễn lý thuyết cấp phôi tự động sử dụng phƣơng pháp rung động kết hợp tay máy chuyên dùng, nên bắt đầu nghiên cứu em gặp nhiều bỡ ngỡ khó khăn Nhƣng với tận tình thầy hƣớng dẫn TS Lê Hiếu Giang, với hỗ trợ từ phía gia đình, bạn bè đồng nghiệp, luận văn em đạt đƣợc kết nhƣ mong muốn Đến đây, cho phép em gửi lời tri ân sâu sắc đến: - Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thầy TS Lê Hiếu Giang – Khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Q thầy khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Phịng Đào tạo - Sau Đại học phòng khoa trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp anh, chị lớp cao học Công Nghệ Chế Tạo Máy, khóa 2009- 2011 Một lần em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ, động viên quý báu tất ngƣời Xin trân trọng cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, tháng10 năm 2012 III Luan van Học viên thực luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ  Hiện nay, hệ thống sản xuất cơng nghiệp nói chung trình sản xuất lĩnh vực gia cơng cắt gọt khí nói riêng phát triển theo hƣớng tự động hóa ngày cao Vì q trình cấp phơi u cầu cần thiết cần phải đƣợc nghiên cứu giải hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao suất lao động, sử dụng khai thác máy móc, thiết bị cách có hiệu nhất, nâng cao chất lƣợng sản phẩm giảm giá thành sản phẩm Trong lĩnh vực gia công cắt gọt chi tiết dạng rời, gia công máy tiện chiếm số lƣợng lớn Các chi tiết dạng có khối lựơng gia cơng khơng nhiều nên thời gian cấp phơi có tỷ lệ cao Vì vậy, tính tốn thiết kế hệ thống cấp phơi loại cách hoàn chỉnh tăng suất đáng kể Để cấp phôi dạng rời gia công cắt gọt có nhiều cách khác Nhƣng cấp phơi phƣơng pháp rung động phƣơng pháp cho xuất cao, đơn giản phổ biến Vì vậy, tác giả chọn thực đề tài “Tính tốn, thiết kế mô hệ thống cấp phôi tự động sử dụng phễu rung tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC Takamaz” Qua trình tìm hiểu thực tế q trình gia cơng cắt gọt máy NC Takamaz công ty Maruei Viet Nam Precision, khu công nghiệp Viet Nam Singapore Tác giả phân tích, tính tốn đặc điểm q trình cấp phơi Qua đƣa phƣơng án cải tiến vấn đề cấp phôi cho máy tiện NC nhà máy theo hƣớng tự động Với mục tiêu yêu cầu đặt ban đầu cho hệ thống cấp phôi tự động này: IV Luan van  Mỗi công nhân vận hành máy NC nhƣ → công nhân vận hành máy NC sau áp dụng hệ thống cấp phôi tự động  Phế phẩm lỗi thao tác sai từ 0.04% → giảm xuống 0%  Thời gian cấp phôi giảm 50% so với phƣơng pháp cấp phôi Trên sở thực tiễn đó, tác giả tính tốn thiết kế hệ thống cấp phôi tự động sử dụng phễu rung kết hợp với băng tải robot có bậc tự cấp phôi cho máy tiện NC Sau tính tốn, thiết kế tác giả sử dụng phần mềm Solidworks mô nguyên lý hoạt động hệ thống cấp phôi tự động để thấy đƣợc vai trị cấu tồn hệ thống Kết sở để chế tạo hệ thống cấp phôi tự động áp dụng vào thực tế sản xuất nhà máy V Luan van ABSTRACT -Nowadays, the industrial manufacturing system in general and the manufacturing process in the field of mechanical machining in particular are developing in the direction of increasing automation So the feeders is one of the necessary requirements need to be studied and solved in automated production systems aimed at improving labor productivity, use and exploitation of machinery, equipment be a most effective way, improve product quality and reduce production costs In the field of mechanical machining, workpieces in bulk processing on a lathe have very large number The details of this type have not much volume processing So time for the feeders a very rate Therefore, to calculate and design feeders system is a complete way to increase productivity significantly To feeders bulk of cutting process in different ways But feeders by the vibration method is a method for high productivity, simplicity and popularity Therefore, this thesis will study "Calculate, design and simulate the automatic feeders system using vibrating hopper and robot automatic feeders for type lathes NC Takamaz" VI Luan van Through the fact-finding process processing cutting machine NC Takamaz in Maruei Viet Nam Precision company, in Viet Nam Singapore industrial park The researcher has analyzed, calculated the characteristics of the feeders processing current Thereby, the researcher give improved method feeders for NC lathes of the plant in the direction automatically With the objectives and requirements of the initial set of automated feeders system:  Each NC machine need one worker as current → four NC machine need one worker after applying automatic feeders system  Waste product caused by wrong operation from 0.04% → will be reduced to 0%  Time feeders down 50% compared to the current method feeders On practical basis, the researcher calculated and designed the automatic feeder system use vibrating hopper associated with conveyor and robot has degrees of freedom To feeders bulk an NC lathe machining After calculated and designed, the researcher used SolidWorks software to simulate principle of operation of this automatic feeders to see the role of each structure in the entire the system This result is the basis for our manufacturing system the automatic feeders system applied to actual production of the plant VII Luan van MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.3 MỤC TIÊU, KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 1.3.1 Mục tiêu 1.3.2 Khách thể 1.3.3 Đối tƣợng nghiên cứu 1.4 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chƣơng 2: PHÂN TÍCH PHƢƠNG ÁN CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU VIII Luan van 2.1 PHÔI RỜI 2.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP PHÔI RỜI 2.3 ĐỊNH HƢỚNG PHÔI RỜI 2.4 ĐƢA RA PHƢƠNG ÁN 10 2.4.1 Phễu cấp phôi kiểu giá nâng 10 2.4.2 Phễu cấp phôi định hƣớng khe rãnh: .11 2.4.3 Phễu cấp phôi định hƣớng ống quay: 12 2.4.4 Phễu cấp phôi kiểu ống hai nửa: 13 2.4.5 Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay 14 2.4.6 Phễu cấp phôi rung động: 15 2.4.7 Lựa chọn phƣơng án: 17 2.5 GIỚI THIỆU PHỄU RUNG CĨ MÁNG XOẮN VÍT 17 2.5.1 Phân loại phễu tròn: 18 2.5.1.1 Phân loại theo hình dáng: .18 2.5.2.1 Phân loại theo phƣơng pháp chế tạo: 19 2.6 NGUYÊN LÝ VẬN CHUYỂN PHƠI TRÊN MÁNG XOẮN VÍT .19 Chƣơng 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 24 3.1 THỰC TRẠNG Ở CÔNG TY MARUEI VIET NAM PRECISION 24 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 24 3.2.1 Đặc điểm cấp phôi cho máy NC 25 3.2.2 Yêu cầu hệ thông cấp phôi tự đông .25 3.2.3 Sơ đồ hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động 26 3.2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động 27 3.2.5 Mô tả nguyên lý hoạt động hệ thống cấp phôi 27 Chƣơng 4: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ PHỄU RUNG 28 4.1 TÍNH TOÁN PHỄU 28 4.1.1 Chọn vật liệu chế tạo phễu 28 4.1.2 Các thơng số hình học phễu 28 4.2 KÍCH THUỚC ĐẾ .33 IX Luan van Chương 5: Tính tốn, thiết kế robot Chương trình điều kiển PLC 73 Luan van Chương 5: Tính tốn, thiết kế robot 74 Luan van Chương 5: Tính tốn, thiết kế robot 75 Luan van Chương 6: Tính tốn, thiết kế băng tải Chương TÍNH TỐN,THIẾT KẾ BĂNG TẢI 6.1 GIỚI THIỆU CHUNG Băng tải thường sử dụng để di chuyển loại vật liệu đơn vật liệu rời theo phương ngang phương nghiêng Trong dây chuyền sản xuất, thiết bị sử dụng rộng rãi phương tiện để vận chuyển cấu kiện nhẹ, xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, loại xỉ lị trạm thủy điện dùng để vận chuyển nhiên liệu Trên kho, bãi dùng để vận chuyển loại hàng bao kiện, vật liệu hạt, số sản phẩm khác; số ngành cơng nghiệp nhẹ, cơng nghiệp thực phẩm, hố chất dùng để vận chuyển sản phẩm hồn thành chưa hồn thành cơng đoạn, phân xưởng, đồng thời dùng để loại bỏ sản phẩm khơng sử dụng Băng tải có ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, bền, có khả vận chuyển rời đơn theo hướng nằm ngang, nằm nghiêng kết hợp nằm ngang nghiêng Vốn đầu tư khơng lớn tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc không ồn ảo, suất cao tiêu hao lượng so với máy vận chuyển khác không lớn Tuy phạm vi sử dụng băng tải bị hạn chế chúng có độ dốc cho phép khơng cao (160-200, tuỳ theo tính chất vận chuyển) khơng theo đường cong Hình 6.1: Cấu tạo chung băng tải 76 Luan van Chương 6: Tính tốn, thiết kế băng tải Trong đó: Bộ phận kéo yếu tố làm việc trực tiếp mang vật Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho phận kéo Bộ phận căng, tạo giữ lực căng cần thiết cho phận kéo Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ…) làm phần trượt cho phận kéo yếu tố làm việc Bộ phận đổi hướng cho phận kéo Các thông số chủ yếu băng tải chủ yếu là: - Năng suất - Vận tốc di chuyển - Chiều dài chiều cao vận chuyển 6.2 PHÂN LOẠI BĂNG TẢI Trong sản xuất láp ráp chi tiết, băng tải phân loại dựa vào tải trọng vận chuyển phạm vi làm việc Băng tải đai: - Tải trọng : ≤ 50 kg - Dùng vận chuyển chi tiết phôi liệu gia công dây chuyền lắp ráp Băng tải lá: - Tải trọng: 25÷125 kg - Dùng vận chuyển chi tiết phôi liệu gia công dây chuyền lắp ráp Băng tải đẩy: - Tải trọng: 50÷250 kg - Dùng để vận chuyển chi tiết lớn phận khoảng cách ≥50 m Băng tải lăn: 77 Luan van Chương 6: Tính tốn, thiết kế băng tải - Tải trọng: 30÷500 kg - Dùng để vận chuyển chi tiết lớn phận khoảng cách ≥50 m 6.3 CHỌN LOẠI BĂNG TẢI Khi thiết kế hệ thống vận chuyển phôi nguyên liệu cho hệ thống ta chọn băng tải đai phù hợp : - Khi vận chuyển có độ ổn định cao - Kết cấu đơn giản - Dễ chế tạo - Gia thành thấp Thông số kỹ thuật băng tải: - Chiều dài băng tải: 800 (mm) - Chiều rộng băng tải: 50 (mm) - Vận tốc băng tải: 0.2 (m/s) Hình 6.2: Băng tải đai 6.4 CHỌN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG Trong băng tải sử dụng phận dẫn động sau: - Động điện - Hộp giảm tốc Động điện lựa chọn làm phận dẫn động cho băng tải động điện pha : - Chỉ cần cung cấp phôi cho robot - Băng tải chạy liên tục, có cấu chặn - Khơng địi hỏi độ xác cao, tải trọng băng tải nhẹ - Dễ điều khiển, giá thành rẻ 78 Luan van Chương 6: Tính tốn, thiết kế băng tải  Chọn motor - Mã motor: 4IK25GN-SW2 - Nhà sản xuất: Oriental motor - Loại: 3pha- 220V-60Hz - Công suất: 25W - Số vòng quay: 1750 v/ph  Chọn hộp giảm tốc - Mã :4GN 12.5SA - Tỉ số truyền:12,5:1 - Số vòng quay đầu ra: 140 v/ph 6.5 THIẾT KẾ BĂNG TẢI Hình 6.3: Mơ hình băng tải hệ thống cấp phôi 79 Luan van Chương 6: Tính tốn, thiết kế băng tải 6.6 MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KIỂN BĂNG TẢI Sơ đồ mạch điện: Các thiết bị sử dụng mạch:  Nút nhấn ON,OFF  Rơ le nhiệt F0  Áptomat F2  Khởi động từ KM  Motor pha Ghi chú: tiếp điểm thường đóng K4 tiếp điểm rơle K4 sử dụng mạch điện điều kiển phễu rung Tiếp điểm thường đóng mở cảm biến S3 nhìn thấy phôi băng tải Nghĩa băng tải chạy cảm biến S3 không thấy phôi S3 thấy phơi tiếp điểm K4 mở băng tải dừng 80 Luan van Chương 7: Mô chuyển động hệ thống cấp phơi Chương MƠ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CẤP PHÔI 7.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 7.1.1 Giới thiệu phần mềm Phần mềm Solidworks biết đến rộng rãi tính phổ biến nay, phần mềm chuyên thiết kế 3D, đáp ứng hầu hết nhu cầu thiết kế khí Ưu điểm phần mềm dễ sữ dụng dễ chỉnh sửa lại thiết kế cần thay đổi Phần mềm solidworks có ba tùy chọn cho người sữ dụng tùy vào mục đích thiết kế  Phần Part: dùng thiết kế mơ hình 3D  Phần Drawing: dùng để tạo vẽ kỹ thuật 2D  Phần Assembly: dùng để tạo mô hình lắp ráp cụm chi tiết, cụm máy Trong phần lắp ráp chia chức khác nhau:  Lắp ráp tĩnh cụm chi tiết máy  Lắp ráp động 7.1.2 Giới thiệu tính mơ solidworks Phần mềm solidworks có số chức mô sau:  Mô chuyển động công cụ Simulation  Mô trình tháo lắp cụm chi tiết máy cơng cụ Exploded  Mơ q trình láp ráp chi tiết công cụ Animator 81 Luan van Chương 7: Mô chuyển động hệ thống cấp phôi 7.2 MƠ PHỎNG HỆ THỐNG CẤP PHƠI TỰ ĐỘNG 7.2.1 Trình tự bước thực Thiết kế mơ hình 3D chi tiết hệ thống cấp phôi môi trường part Xuất chi tiết 3D vào môi trường assembly, sữ dụng công cụ lắp ráp Simulation gắn ràng buộc lên chi tiết theo yêu cầu 7.2.2 Kết q trình mơ Dùng cơng cụ replay simulation, thực q trình mơ từ vị trí ban đầu đến vị trí cuối Ghi lại q trình mơ chuyển động hệ thống cấp phôi tự động thành file liệu có dạng mặc định (* Avi) he-thong.avi 7.3 SƠ ĐỒ KHỐI ĐIẾU KIỂN HỆ THỐNG 82 Luan van Chương 7: Mô chuyển động hệ thống cấp phôi 83 Luan van Chương 8: Kết luận- Đề nghị Chương KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 8.1 TÓM TẮT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế mơ hệ thống cấp phôi tự động sử dụng phễu rung tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC TAKAMAZ “, thực thời gian khoảng tháng Trong khoảng thời gian đó, thân em tham khảo tài liệu hướng dẫn vào giúp tận tình thầy hướng dẫn Đến em hoàn thành đề tài với mục tiêu đề Sản phẩm cuối đề tài là: Nghiên cứu tổng quan tính tốn thiết kế cấu máy Lựa chọn phương án tối ưu từ phương án đề thông qua thực tế trình sản xuất nhà máy Vận dụng kiến thức vào việc tính tốn thiết kế hệ thống cho đảm bảo tính cơng nghệ, tính kinh tế tính thẩm mỹ hệ thống Sử dụng phần mềm mô phỏng, mô chuyển động thực tế tồn hệ thống, qua thấy vai trò chức cụm kết cấu toàn hệ thống Kết nghiên cứu đề tài có khả áp dụng công ty Maruei Viet Nam Presicion Trên sở đó, kết đề tài sử dụng để áp dụng vào thực tế cho nhà máy sữ dụng máy NC gia công cắt gọt bán tự động muốn cải tiến theo hướng tự động hóa hồn tồn nhằm nâng cao suất q trình sản xuất 84 Luan van Chương 8: Kết luận- Đề nghị 8.2 ĐỀ NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Những kết tính tốn lý thuyết mà đề tài đạt xem giải pháp cần áp dụng rộng rãi vào thực tiễn Bên cạnh đó, hạn chế mặt kịến thức, kinh nghiệm nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp, bảo quý báu quý thầy cô Hướng phát triển đề tài : có thời gian điều kiện nghiên cứu dựa kết đạt đề tài cần hoàn thiện thêm nội dung  Dựa vào kết nghiên cứu tiến hành chế tạo hệ thống đưa vào sản xuất thực tế  Nghiên cứu thiết kế gắn thêm thiết bị điều chỉnh tần số rung cho phễu rung cấp phôi 85 Luan van Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO  [1] Trần Văn Địch, Tự Động Hóa Sản Xuất, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] Hồ Viết Bình, Tự Động Hóa Q Trình Sản Xuất, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật [3] Nguyễn Thiện Phúc, Robot Công Nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [4] Nguyễn Tiến Dũng, Cơ Sở Nguyên Cứu & Sáng Tạo Robot, Nhà xuất thông kê [5] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ Thống Điều Khiển Bằng Khí Nén, Nhà xuất Giáo dục [6] Nguyễn Ngọc Cẩn, Giáo Trình Trang Bị Điện Trên Máy Cắt Kim Loại, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia [7] Nguyễn Hoài Sơn, Dao Động Trong Kỹ Thuật, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật [8]Lê Thanh Phong, Giáo Trình Sức Bền Vật Liệu, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật [9] Nguyễn Tiến Dũng, Thực Hành Thiết Kế Solidworks 2005, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [10] Nguyễn Việt Hùng, Solidworks Trong Thiết Kế Chiều, Nhà xuất Xây Dựng 86 Luan van Luan van