Nghiên cứu khai thác và ứng dụng hệ thống opencim trong đào tạo

Để khai thác có hiệu quả hơn nữa hệthống thiết bị này vào chương trình đào tạo đại học, sau đại học, nghiên cứu khoahọc, chuyển giao công nghệ và ứng dụng vào quá trình sản xuất, thì việ

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất

cả các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn về chấtlượng sản phẩm, độ chính xác gia công và mức độ tự động hoá sản xuất Vì vậycác công nghệ gia công truyền thống trên máy vạn năng hoặc trên các máy riêng lẻ

sẽ không còn đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của sự phát triển các sản phẩm

và cạnh tranh các sản phẩm đó trên thị trường nữa

Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển công nghệ mới, trong đó có công nghệCAD/CAM-CNC và sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính (CIM) Sự kết nối

và tích hợp hệ thống từ các máy riêng lẻ thành một hệ thống dây truyền sản xuấtvới sự trợ giúp của mạng máy tính là nhu cầu và xu thế của sự phát triển các sảnphẩm nói chung và sản phẩm cơ khí nói riêng Công nghệ sản xuất tích hợp có trợgiúp của máy tính CIM đã được nghiên cứu và triển khai ứng dụng vào thực tế sảnxuất ở nhiều nước trên thế giới Tuy nhiên ở nước ta công nghệ này còn khá mới

mẻ trong việc nghiên cứu phục vụ công tác đào tạo, chuyển giao công nghệ vàtừng bước triển khai ứng dụng vào thực tế sản xuất

Xuất phát từ thực tế tại trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp mới được đầu

tư hệ thống sản xuất tích hợp OpenCIM Để khai thác có hiệu quả hơn nữa hệthống thiết bị này vào chương trình đào tạo đại học, sau đại học, nghiên cứu khoahọc, chuyển giao công nghệ và ứng dụng vào quá trình sản xuất, thì việc thực hiện

đề tài ‘Nghiên cứu khai thác và ứng dụng hệ thống OPENCIM trong đào tạo”

là rất cấp bách và có ý nghĩa thực tiễn sâu sắc

2 Mục đích nghiên cứu

 Khai thác có hiệu quả hơn nữa hệ thống OpenCIM tại nhà trường

 Phục vụ chương trình đào tạo, nghiên cứu khoa học, và chuyển giao công

 Ứng dụng hệ thống OpenCIM vào thực tế sản xuất

3 Đối tượng nghiên cứu

 Hệ thống thiết bị OpenCIM tại trường Đại học KTCN

4 Phạm vi nghiên cứu

 Xây dựng chương trình làm việc phục vụ các bài thí nghiệm về CNC và thiết kế OpenCIM

CAD/CAM- Ứng dụng hệ thống vào thực tế sản xuất gia công các sản phẩm mẫu

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đề tài mang tính ứng dụng cao, phục vụ trực tiếp chương trình đào tạo, chuyểngiao công nghệ trong nhà trường, đặc biệt là ứng dụng hệ thống vào thực tế sảnxuất gia công bộ NAVI

6 Giả thuyết khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài này sẽ được ứng dụng trong chương trình đàotạo về hệ thống CIM, có ý nghĩa và hiệu quả kinh tế cao khi sản xuất hàng loạt bộNAVI

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG OPENCIM

1.1 Giới thiệu hệ thống OpenCIM

CIM là hệ thống sản xuất tự động theo dây truyền với sự tích hợp của cácthiết bị: Máy tính, các trung tâm gia công CNC, rôbốt, Kho hàng và cấp phôi tựđộng, các thiết bị điều khiển… Hệ thống được thiết kế, quản lý và điều hành bằngcác phần mềm chuyên dùng

Hình 1.1- Mô hình hệ thống OppenCIM

Hệ thống CIM (Computer Integrated Manufacturing) gồm có nhiều thuậtngữ: CAD, CAM, CAP, CAQ và PP&C

- CAD (Computers Aided Design - Thiết kế có trợ giúp của máy tính) Côngnghệ này cho phép dễ dàng thiết kế được các biên dạng, các bề mặt hoặc các hìnhkhối bất kỳ nhờ máy tính, từ đó có thể thay đổi mẫu mã sản phẩm một cách linhhoạt, thuận lợi cho việc khảo sát, đánh giá kết quả, cạnh tranh về mẫu mã sảnphẩm

- CAP (Computers Aided Planning) Lập kế hoạch sản xuất có trợ giúp củamáy tính) Nhờ máy tính mà các hoạt động cần thiết kế để chế tạo sản phẩm được

sản xuất quan trọng là MRP (Manufacturing Resource Planning) Cách thức Lập kếhoạch sản xuất và CAPP (Computer Aided Process Planning) Lập quy trình có trợgiúp của máy tính CAPP giúp người lập quy trình chọn thứ tự nguyên công tối ưu

để chế tạo sản phẩm

- CAM (computers Aided Manufacturing) Sản xuất có trợ giúp của máytính CAM thực hiện tất cả các công đoạn của quá trình sản xuất như thiết kế quytrình công nghệ gia công, lập chương trình gia công tự động, quản lý và điều hànhquá trình gia công nhờ máy tính

- CAQ (Computers Aided Quality Control) Kiểm tra chất lượng sản phẩm

và quản lý chất lượng trong hệ thống sản xuất

- PP&C (Production Planning and control) Chức năng PP& C là hoạt độngtổ chức của CIM, nó liên quan đến lập kế hoạch sản xuất, lập kế hoạch nhu cầu vật

tư, nhu cầu thời gian và kiểm tra hệ thống sản xuất

1.2 Cấu hình cơ bản của hệ thống

1.2.1 Phần mềm quản lý OpenCIM

Hệ thống CIM mở của intelitek là một hệ thống dựa trên cơ sở của máy PC

có ứng dụng trong môi trường Windows 32-rbit với tất cả các khả năng mà môitrường điều hành window 98 và 2000 cung cấp

Phần mềm CIM mở cho phép chung ta thử nghiệm với tất cả các khía cạnhcủa quản lý CIM với hệ thống hoặc không có phần cứng (phương pháp môphỏng) Phần mềm cho phép chúng ta sử dụng thử và kiểm tra ảnh hưởng của cácthay đổi về sơ đồ phân bố của phân xưởng hoặc thay đổi về các phương pháp điềukhiển CIM trên hành vi xử lý hệ thống Mô phỏng có thể là phương thức logichoặc đồ hoạ Hệ thống OpenCIM có thể phối ghép với hàng loạt máy móc vàrobot khác nhau đang sử dụng các bộ điều khiển thiết bị Các bộ điều khiển thiết

đủ, một cách gần gũi với giải pháp MRP cho người dùng để tạo ra sản phẩm bán

tự động hoàn toàn Mặt khác, hệ thống này sử dụng ứng dụng chung, do vậy ngườidùng đã có những hiểu biết nhất định có thể tạo ra các sửa đổi khác nhau hoặcthay thế một mođun OpenCIM và tạo ra mođun cho riêng mình

1.2.2 Kiến trúc và mạng truyền thông

Hệ thống CIM mở sử dụng một mạng truyền thông theo cấp bậc, đơn giảnhoá và logic mà không cần thiết các đơn vị chuyển mạch hoặc các card nhiều cổng

và các bộ kết nối Hệ thống yêu cầu ít dây dẫn và cáp nối hơn so với nhiều hệthống CIM khác

- LAN: Nối hệ thống điều khiển của người quản lý CIM và các máy điềukhiển của người quản lý trạm Cơ sở của việc liên lạc trong hệ thống CIM làMicrosoft, Novell hoặc một mạng LAN tương thích với Windows LAN có tráchnhiệm gửi đi và nhận tất cả các lệnh và dữ liệu của các quá trình khác nhau giữa

PC của người quản lý và các PC của người quản lý trạm LAN sử dụng giao thứctruyền thông TCP/IP

- RS232: Nối các PC với các thiết bị, các máy móc và các bộ điều khiển.R232 được sử dụng để liên lạc giữa các máy tính của người quản lý trạm và cácphần tử khác thuộc trạm, chẳng hạn như các máy CNC, robot, các thiết bị điềukhiển chất lượng và kiểm tra Các đơn vị PLC và các thiết bị lắp ráp

- I/O: Nối các đầu vào/đầu ra (inputs/outputs) bên ngoài với các bộ điềukhiển của máy móc và robot Việc liên lạc I/O được sử dụng để giám sát và điềukhiển một vài thiết bị trong hệ thống CIM chẳng hạn như các thành phần của mộtdây chuyền nào đó, ví dụ: PLC, bộ nhạy cảm, các trạm nghỉ

1.3 Trạm gia công - Machine Station

Hệ thống CIM có thể tích hợp được nhiều loại máy CNC (cả máy CNCtrong dạy học và trong công nghiệp)

1.3.1 Máy tiện CNC

Hình 1.3.1 - Trung tâm gia công tiện CNC Spectralight 0400

Thông số kỹ thuật máy tiện CNC Spectralight 0400:

- Các đặc tính chuẩn:

Đế máy đúc bằng hợp kim nhôm

Vỏ che toàn máy

Các thanh trượt bằng nhôm

Hệ thống dịch chuyển theo đường thẳng:

+ Khớp ghép dạng đuôi én

+ ụ động+ Chốt khoá truc chính + Tài liệu và hướng dẫn sử dụng

- Các đặc tính an toàn:

Kính an toàn trong suốt dễ quan sát và có công tắc khoá trong

Nút dừng khẩn cấp trên mặt trước bảng điều khiển

Nút dừng khẩn cấp trên bàn phím

Công tắc giới hạn hành trình và dừng trên mỗi trục

Khoá điện trên bộ điều khiển

Tôc độ chạy nhanh: 762 mm/phút

Động cơ bước : 200 bước /vòng

Nguồn cung cấp: 230 VAC(+5%/-10%); 50/60 Hz, 8A

Chế độ lập trình tương đối và tuyệt đối

Lập trình lệnh G code và M code, giao diện với Robot

Lập trình theo hệ mét hoặc hệ inch

Chức năng lệnh: tỷ lệ, xoay, chiếu và chương trình con

- Các chế độ hoạt động:

Chạy theo chu kỳ.

Tạm dừng theo chu kỳ

Tạm dừng chương trình và giữ lượng ăn dao

Điều khiển tốc độ trục chính bằng chương trình hoặc bằng tay

Các phím điều khiển trên máy tính chạy và dịch chuyển ngang

Chế độ hoạt động: chạy từng khối hoặc chạy liên tục

Lựa chọn lệnh nhảy và dừng

- Đầu vào hệ thống:

Tính toán kiểu đầu vào cho dữ liệu dạng số

Vận hành bằng bàn phím hoặc chuột dưới dạng menu

Hỗ trợ lập trình đầy màn hình bằng chuột hoặc bằng bàn phím

- Hệ thống phản hồi:

Thông báo lỗi

Các chức năng trợ giúp trên màn hình

Đưa ra các giá trị trục X, Y, Z ra ngoài tức thời

Chạy thực hoặc mô phỏng chế độ 3 chiều

- Giao diện:

Hộp điều khiển

Card giao diện với máy tính ISA

Phần mềm điều khiển trên đĩa mềm

- Giao diện hệ thống:

Giao diện với máy tính

Giao diện với Robốt qua cổng TTL I/O

Giao diện với đầu ra AC cách ly quang

1.3.2 Máy phay CNC:

Hình 1.3.2 - Trung tâm máy phay CNC Spectralight 0200 Thông số kỹ thuật máy phay CNC spectralight 0200:

- Các đặc tính chuẩn:

Đế máy đúc bằng nhôm

Bao gồm cả khay đựng phoi

Các thanh trượt bằng nhôm

Hệ thống dịch chuyển theo đường thẳng:

+ Khớp ghép dạng đuôi én

+ Các chốt điều chỉnh

Dao cụ / các phụ kiện:

+ Kẹp chuôi dao 3/8"

+ Công tắc giới hạn trên trục Z.

+ Khoá điện trên bộ điều khiển

+ Tốc độ chạy nhanh: 762 mm/phút

+ Động cơ bước : 200 bước/rev

+ Nguồn cung cấp: 230 VAC(+5%/-10%); 50/60Hz, 8A

+ Chế độ lập trình tương đối và tuyệt đối

+ Lập trình lệnh G code và M code, giao diện với Robot

+ Lập trình theo hệ mét hoặc hệ inch

+ Trợ giúp công nghệ số hoá với đầu ra được định dạng

+ Điều khiển tốc độ chạy dao nhanh theo chương trình.

+ Chế độ lượng quá ăn dao

+ Chạy và dừng theo chu kỳ

+ Tạm dừng chương trình và giữ lượng ăn dao

+ Điều khiển tốc độ trục chính bằng chương trình hoặc bằng tay

+ Các phím điều khiển trên máy tính chạy và dịch chuyển ngang

+ Chế độ hoạt động :chạy từng khối hoặc chạy liên tục

+ Lựa chọn lệnh và nhảy dừng

- Đầu vào hệ thống:

+ Tính toán kiểu đầu vào cho dữ liệu dạng số

+ Vận hành bằng bàn phím hoặc chuột dưới dạng menu

+ Hỗ trợ lập trình đầy màn hình bằng chuột hoặc bằng bàn phím

- Hệ thống phản hồi:

+ Thông báo lỗi

+ Các chức năng trợ giúp trên màn hình

+ Đưa ra các giá trị trục X, Y, Z ra ngoài tức thời

+ Chạy thực hoặc mô phỏng chế độ 3 chiều

- Giao diện:

+ Hộp điều khiển

+ Card giao diện với máy tính ISA

+ Phần mềm điều khiển trên đĩa mềm

- Giao diện hệ thống:

+ Giao diện với máy tính

+ Giao diện với Rôbốt qua cổng TTL I/O

+ Giao diện với đầu ra AC cách ly quang

1.4 Hệ thống lưu giữ và lấy hàng tự động ASRS:

Hình 1.4 – Kho hàng ASRS

Hệ thống lưu giữ và lấy hàng tự động ASRS (Automatic Storage andRetrieval Systems) là một phần của hệ thống quản lý tích hợp máy tính, ASRSđược điều khiển hoàn toàn bằng phần mềm CIM mở Hệ thống ASRS phục vụ choviệc minh hoạ và giảng dạy các nguyên lý và phương pháp của các hệ thống lưugiữ tự động, như FIFO (Vào trước ra trước), LIFO (Vào sau ra trước) và hệ thốngkiểm soát kho ngẫu nhiên, để tránh cổ nghẽn, tối ưu hoá giai đoạn sản xuất (vậtliệu, bộ phận chế biến, lắp ráp ) và tương tự

Inteliek cung cấp một loạt các hệ thống kho lưu giữ:

+) ASRS: Đây là hệ thống ASRS hình chữ nhật rất giống như hệ thống lưugiữ công nghiệp tự động Hai giá song song của nó có 72 khay chứa Một robotphục vụ Cartesian chuyên dụng phụ trách hai giá này và dịch chuyển vật liệu vàcác bộ phận khác tới và ra từ dây chuyền CIM

+) ASRS 36: Đây là thống ASRS trên sàn với 36 khay chứa bố trí trong 6hàng được phục vụ bằng một rôbốt Cartesian chuyên dụng Hệ thống này có thể dễdàng mở rộng trong tương lai (thêm 36 khay nữa) cho phép khách hàng mở rộngkhả năng lưu giữ

+) ASRS vòng: Hệ thống ASRS quay chứa 54 khay lưu giữ trong 3 dãy và

có thể bố trí tới 3 máy cấp trên mỗi dãy Hệ thống ASRS này cho phép sử dụnghiệu quả rôbốt phục vụ – trong khi rôbốt bận di chuyển các bộ phận và dữ liệu,vòng sẽ quay sao cho khay lưu trữ cần thiết cho tác vụ tiếp theo sẽ sẵn sàng ngaylúc rôbốt quay lại

+) ASRS đứng: Hệ thống khay đứng với 12 khay chứa, hệ thống ASRS nàyđược phục vụ bằng một rôbốt khớp gắn vào thanh trượt dọc để làm việc trong cácxưởng FMS (xưởng sản xuất linh hoạt) hay CIM

+) MicroASRS – Với một giá dốc có 12 khay lưu trữ, hệ thống này có thểphục vụ bằng một rôbốt cố định Có thể lắp ráp 2 hoặc nhiều hơn các giá cùngnhau để có công suất lưu giữ lớn hơn trong các xưởng lớn

Các hệ thống ASRS là các hệ thống điều khiển bằng PC và rôbốt để có được

sự linh hoạt cao nhất Phần lớn các hệ thống ASRS khác giới hạn bởi các điềukhiển PLC Điều khiển rôbốt cung cấp cho hệ thống ASRS khi vận hành các khảnăng giao tiếp I/O hay RS232 , điều khiển thời gian thực, đa nhiệm, sao lưu bộnhớ và các tham số định nghĩa bởi người dùng

Các rôbốt Cartesian trong hệ thống ASRS lớn có bốn bậc tự do dùng động

cơ DC Các hệ thống ASRS lớn được đóng kín trong khung kính dẻo đảm bảomức an toàn cao nhất trong khi vẫn cho phép sinh viên quan sát các hoạt động củarôbốt Và hệ thống ASRS này cũng có những giá treo nhằm làm dễ dàng cho trongkhi vận hành rôbốt bằng tay

Các hệ thống ASRS cũng có những mẫu vật, khay mang bộ phận và vật liệuqua hệ thống CIM, các tay rôbốt có thể dễ dàng thao tác chúng Các chốt có thểđặt vào các lỗ móc với các thiết lập khác nhau để tạo ra các gá lắp mang vật thểhình dạng và kích thước khác nhau Các mẫu có thể sử dụng lại cho các bộ phậnmới mà không cần người vận hành phải can thiệp

Một máy quét laser đọc dữ liệu mã vạch trên mẫu mang như là vật liệu haythành phẩm ra và vào hệ thống ASRS , cho phép theo dõi và kiểm soát lưu giữtheo thời gian thực.

Phần mềm ASRS cung cấp trạng thái kho trực tuyến và kiểm soát bằng mànhình đồ hoạ Phần mềm này cho phép tích hợp ASRS với cả phần mềm quản lýCIM và MRP, cho phép kiểm soát toàn bộ quá trình quản lý CIM

1.5 Rôbốt:

OpenCIM có thể cung cấp một phạm vi rộng các robot ở ba mức:

- Các robot dạy học

- Các robot đào tạo - công nghiệp

- Các robot công nghiệp

Hình 1.5 - Rôbốt ER4u – và hệ điều khiển

Tất cả các robot riêng rẽ có khả năng độc lập hoàn toàn Hãng có thể cung cấp các khoá học và phạm phi rộng các tài liệu và phu kiện để nghiên cứu sâu các

Các robot trong các trạm gia công có cấu trúc cơ khí kiểu trục thẳng đứng,khung mở Có cánh tay cơ khí, bộ điều khiển USB, cáp truyền thông, phần mềmđiều khiển.

Thông số kỹ thuật cơ bản của Rôbốt:

Bộ Robôt ER 4u bao gồm : Cánh tay cơ khí, bộ điều khiển USB, cáp truyềnthông, phần mềm lập trình điều khiển SCORBASE

Cấu trúc cơ khí kiểu trục thẳng đứng, khung mở

- Số bậc tự do: 5 bậc cộng với tay kẹp

+ Trục 4: cổ tay quay +130 độ

+ Truc 5: cổ tay xoay +/- 570 độ

- Tầm với 610 mm tính cả tay kẹp

- Tay kẹp DC servo với 2 ngón song song

- Độ mở của tay kẹp 0 - 65 mm

- Truyền thông bằng bánh răng, day đai và trục vít

- Trọng lượng: 10.8 kg

* Thông số kỹ thuật cơ bản của bộ điều khiển:

- Số đầu vào/ra: 8 đầu vào số; 4 đầu vào analog; 8 đầu ra số 2 đầu ra analog.

- Bộ vi điều khiển dùng con NEC V853 32 bít

- Điều khiển servo các trục: Thời gian thực; PID; PWM

- Động cơ servo các trục: 8 động cơ

- Bộ nhớ sử dụng: không giới hạn chương trình; 1000 vị trí

- Xác định vị trí tương đối, tuyệt đối, decac

- Điều khiển qũy đạo: tuyến tính theo đường thẳng, đường tròn

- Tốc độ chuyển động xác định: 10 tốc độ

- Tham số điều khiển: 160 tham số người dùng truy cập

- Đặc tính an toàn: Dừng khẩn cấp, bảo vệ ngắn mạch, tự động dừng khi vachạm, quá nhiệt, lỗi hổng truyền thông

1.6 Băng tải và hệ thống dừng lắp ráp:

1.6.1 Băng tải truyền kiểu công nghiệp kích thước 2040 x1400 mm:

Hình 1.6.1 – Băng tải vận chuyển phôi

+ Làm bằng nhuôm hợp kim sơn màu đen

+ Có thể mở rộng lên đến 25 m

+ Số vòng quay của băng tải lớn nhất là 6 vòng

- Đoạn băng tải truyền thẳng dài 1400 mm:

+ Làm bằng nhôm hợp kim sơn màu đen

+ Dài 1400 mm

- Đoạn thẳng băng tải dài 760 mm làm bằng nhuôm hợp kim

- Đoạn băng tải truyền góc vuông 90 độ́:

+ Làm bàng nhuôm sơn hợp kim

+ Góc xoay 90 độ

- Hệ thống đai truyền động (bao gồm cả động cơ):

+ Sử dụng với băng tải kín

- Bộ điều khiển PLC OMRON gồm CPU và 5 trạm 32 đầu vào / 16 đầu ranguồn 220 VAC

+ Bộ điều khiển : Bao gồm cả phần cứng và phần mềm để giám sát vàđiều khiển luồng pallet trene băng tải

+ Sử dụng bộ PLC công nghiệp của OMRON

+ Cấu hình theo hệ thống gồm 32 đầu vào vá 16 đầu ra

+ Nguồn 220 VAC

- Cáp nguồn 220 VAC

- Máng dẫn cáp cho cabin điều khiển: bằng nhựa

1.6.2 Hệ thống băng tải dừng lắp ráp với hệ thống theo dõi tấm nâng và đèn báo trạng thái làm việc:

Trạm băng tải dừng lắp ráp sản phẩm bao gồm trạm đệm cho hệ CIM:

- Trạm dừng băng tải:

+ Dùng để điều khiển dịch chuyển các tấm nâng trên băng tải

+ Cảm biến: 2 cảm biến từ kiểm tra vị trí tấm nâng nằm trong trạm vàtấm nâng đến trạm, 4 cảm biếm từ nhận dạng tấm nâng

+ Pittông khí nén điều khiển dừng các tấm nâng, dùng van điện khí

+ Truyền thông: kết nối I/O nhanh và qua cổng RS232.

+ Kích thước: 474 x 168 mm

- Bộ đệm:

+ Bộ đệm: Có hai vị trí định hình để dữ các tấm hoặc để xếp các tấmnâng trên băng tải

+ Làm bằng thép sơn màu đen

+ Kích thước: 405 x 170 mm

- Tấm khuôn:

+ Dùng để đặt các chi tiết, có thể sử dụng với robot

+ Làm bằng vật liệu nhựa đúc, với ma trận lỗ 13 x 8 cho các vị trí đặtchốt định vị

Kiểm tra các vị trí của tất cảc các pallet và vật liệu

Kiểm tra trạng thái của mỗi sản phẩm và nhận dạng mỗi sản phẩm

Ngăn chặn việc ngắt quãng chu kỳ sản phẩm nếu pallet di chuyển bằng tayhoặc đặt sai vị trí trên băng tải

* Cáp cho cabin điều khiển dài 9 mét

* Đèn hiển thị trạng thái làm việc

+ Bao gồm cả phần cứng và phần mềm hiển thị trạng thái làm việc của hệ

1.6.3 Các ứng dụng kiểm soát chất lượng tự động

- ViewFlex có thể dùng với các cấu hình khác nhau:

+ Như một hệ thống theo dõi độc lập (để giảng dạy và nghiên cứu tiến trìnhxử lý ảnh và kiểm soát chất lượng)

+ Tích hợp với hệ thống ER - Open CIM cho các ứng dụng kiểm soát chấtlượng bằng quan sát

+ Cùng với rôbốt SCORBOT cho các tác vụ của rôbốt cần điều khiển bằngảnh trong các quá trình kiểm soát chất lượng

- ViewFlex cũng có thể được thiết lập để dùng với một hoặc nhiều máyquay Dùng vài máy quay để lấy các ảnh của vật thể đồng thời dưới các điều kiệnkhác nhau (như độ phóng, ánh sáng, góc nhìn) mở rộng đáng kể cơ sở dữ liệu cáccho phép đo từng vật thể được kiểm tra

- Các tính năng cao cấp của ViewFlex cho phép người dùng thực hiện cả haiứng dụng giảng dạy và công nghiệp ViewFlex có một bộ lớn các chức năng đãđược tối ưu và nâng cao để xử lý ảnh, phân tích tròn, đo và so sánh trùng mẫu Hệthống hỗ trợ các ứng dụng như đo chính xác, xác định vết nứt và kiểm tra lắp ráp

- ViewFlex cho phép sinh viên thiết kế và phát triển các ứng dụng quan sátcủa mình dùng môi trường kịch bản tương thích phần mềm VB cho ứng dụng(Visual Basic for Application)

- Phần mềm này cũng có thể tương tác với các ứng dụng của Windows sửdụng OLE/Automation

Hệ thống CIM mở còn cho phép tích hợp các thiết bị kiểm tra và kiểm soátchất lượng công nghệ cao và và công nghiệp trong hệ thống CIM

Hệ thống CIM mở cung cáp cả hai ứng dụng kiểm soát chất lượng tự độngtiêu chẩn và tuỳ biến được như:

+ Máy đo toạ độ

+ Com pa điện tử.

+ Máy đo chiều cao

+ Các thiết bị cảm biến khác nhau

Các thiết bị này có tác dụng khi ta đưa vật thể mẫu vào qua các trạm lưu giữ

và lấy hàng tự động chi tiết đó sẽ được chuyển cho các máy do toạ dộ và các máyquét các máy đó vẽ lại và và đo thông số cần thiết các thông số đó sẽ được máytính sử lý và sẽ được chuyền cho các máy gia công để gia công chi tiết đó như vậychúng ta không nhưng giảm được thời gian để đo và vẽ lại chi tiết gia công màcòn giảm thiểu được nhưng sai số do ta đo không được chính xác Nếu như trướcmột chi tiết ta phải đo và tính toán sau đó vẽ lại bằng tay hoặc bằng máy thì bâygiờ công việc đó được giả quyết một cách dễ dàng và cho ta một độ chính xác rấtcao

1.6.4 Hệ thống lắp ráp tự động

Inteliek cung cấp cả hai ứng dụng sản xuất CIM tiêu chuẩn và tuỳ biến được

mà dây chuyền lắp ráp đòi hỏi với mức độ phức tạp khác nhau

- Inteliek cung cấp một loạt các thiết bị và công cụ được thiết kế chuẩn vàtuỳ biến được cho phép tự động như:

+ Thiết bị định vị bộ phận, như bảng định vị XY hay tuyến tính

+ Thiết bị mang giữ bộ phận như các khay xếp tấm, êtô và gá khí động học.+ Thiết bị cấp bộ phận như máy cấp trọng trường , máy cấp nén khí, máycấp lò so, máy cấp rung và các máy khác

+ Các loại cảm biến và công tắc rung khác nhau

+ Máy thay dụng cụ tự động

+ Máy nắm đa năng và các tay nắm đa năng cho phép thao tác nhiều bộphận khác nhau

1.6.5 Dây chuyền

Dây chuyền có thể dễ dàng thiết lập để tương thích với kích thước phòng thínghiệm của khách hàng và có thể mở rộng hay thay đổi tuỳ theo các yêu cầu phátsinh

+ Dây chuyền có thể có nhiều tới 6 chỗ rẽ (hình L)

+ Chiều rộng có thể hẹp tới 70 cm

+ Tổng chiều dài của dây chuyền có thể biến đổi trong khoảng 10m - 60m

- Không phụ thuộc vào kích thước, dây chuyền dùng một động cơ xoaychiều duy nhất

- Các tấm trên dây chuyền không bị loại bỏ khỏi nó Các tấm này mangkhay, những cái vận chuyển các bộ phận và vật liệu qua toàn bộ hệ thống CIM,các khay này có thể dễ dàng điều khiển bằng tay hoặc rôbốt Phương pháp nàylinh hoạt hơn nhiều so với các phương pháp khác trong đó các khay được dùng đểvận chuyển các bộ phận trên dây chuyền và giữ chúng tại các trạm Các khay này

có đính mã từ ở dưới cho phép theo dõi chúng

- Để ngăn chặn Ỏcổ nghẽnÕ xuất hiện trên dây chuyền, các dây chuyền

các khay tại dây chuyền hoặc trạm Khi khay tới trạm, chúng được chuyển ra khỏidây chuyền và đặt vào ngăn đệm để tiếp tục xử lý.

- Tất cả các trạm dừng của dây chuyền có thể dễ dàng thay đổi vị trí Do đókhông có khó khăn trong việc mở rộng dây chuyền và hoặc thêm các trạm dừngvào bất cứ thời điểm nào trong tương lai

- Mọi trạm dừng liên kết với nhau bằng một cáp duy nhất cho phép dễ dànggiải quyết vấn đề và đặt lại trạm nếu cần thiết

- CIM sử dụng hệ thống theo dõi tấm chuyền – Phần cứng và phần mềm đểxác định và theo dõi chúng trên dây chuyền theo thời gian thực Tính năng nàyngăn chặn việc gián đoạn chu trình sản xuất nếu như tấm bị gỡ khỏi dây chuyềnbằng tay hay đặt vào vị trí khác của dây chuyền

- Các dây chuyền CIM của chúng tôi có cả đơn vị chiếu sáng trạm với haibóng xanh và đỏ xác định trạng thái của từng trạm

- Chúng tôi cũng có thể tích hợp Lifter – Shifter - các đơn nguyên nâng nhấckhí động học để vận chuyển vật liệu và bộ phận từ dây chuyền tới trạm làm việc,các đơn nguyên này không ở trực tiếp dọc theo các dây chuyền

1.6.6 Điều khiển thiết bị

Mỗi thiết bị tại trạm điều khiển bằng một trình điều khiển Open CIM chạytrên máy tính quản lý trạm Trình điều khiển thiết bị truyền thông điệp giữa CIM

và các máy tính quản lý trạm và các máy và điều khiển tại trạm CIM

Các điều khiển thiết bị rất quan trọng do chúng cho phép 3 chế độ của trạmCIM:

- Trực tuyến: điều khiển thiết bị điều khiển trạm làm việc theo yêu cầu củaquản lý sản xuất CIM

- Thủ công: Nếu máy không hoạt động hay không hiện hữu tại trạm, người

- Mô phỏng: điều khiển thiết bị thông báo cho quản lý CIM rằng tác vụ đãđược thực hiện Tiến trình mô phỏng (không đồ họa) loại này không thể thực hiệnđược bằng các biểu đồ thang PLC.

1.6.7 Phương pháp kiểm soát

Trong mọi ứng dụng CIM, một điều phải xem xét là loại hệ thống kiểm soát

sẽ sử dụng để phối hợp các thao tác trong dây chuyền sản xuất CIM Có haiphương pháp chung:

- Phương pháp thứ nhất: dùng các máy tính và phần mềm để xử lý việcphân phối tín hiệu điều khiển tới trạm và lấy dữ liệu từ hệ thống Hệ thống dùngphần mềm rất linh hoạt và dễ dàng lập trình do các tín hiệu điều khiển được phânphối tự động bởi chương trình chạy trên máy tính điều khiển Các chương trìnhnày cũng thường theo hướng thực đơn, giảm thiểu số lượng mã lệnh từ phía lậptrình viên xuống ít nhất Chúng cũng đã khá hoàn thiện trong việc xử lý dữ liệu đểđáp ứng các nhu cầu tự động hoá sản xuất Và quan trọng nhất chúng dễ sử dụng

Chương trình máy tính có thể chạy ở chế độ mô phỏng, cho phép mọi người

dễ tiếp cận với hệ thống CIM thực trong phòng thí nghiệm hoặc với hệ thống ảo.Các môđun định nghĩa các bộ phận MRP, máy móc và lưu giữ cũng như các dữliệu quản lý sản xuất khác trong hệ thống CIM dùng định dạng dữ liệu chuẩn nhưtrong mọi hệ thống CIM công nghiệp chuẩn khác

- Phương pháp thứ hai: dùng trong PLC và các thiết bị thu phát số cổ điển.Khi dùng các thu phát cổ điển, mỗi kiểm soát trạm chịu trách nhiệm trao đổi tínhiệu với các trạm khác trong khi vận hành dây chuyền CIM Phương pháp này làphương pháp chuyển mạch logic sơ khai – PSL và đã được sử dụng trước khi có

sự phát triển của phần mềm và các máy tính mạnh và nhỏ như hiện nay PSL làmmột thách thức đối với lập trình viên và hệ thống khá chuyên biệt một khi đượccài đặt nhất là khi thay đổi sản phẩm

Khi dùng hệ thống kiểm soát PLC, cơ sở dữ liệu của toàn bộ nhà máy làkhông tưởng do các máy chủ kiểm soát PLC phần lớn quản lý từng trạm và bị giớihạn bởi bộ nhớ và chức năng.

Một điều quan trọng cần lưu ý là các hệ thống cũng bao gồm các PLC đểkiểm soát dây chuyền Do đó các hệ thống CIM của Inteliek cho phép sinh viênlàm quen với cả phương pháp kiểm soát dùng PLC và máy tính/phần mềm

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH LÀM VIỆC CHO HỆ THỐNG OPENCIM

2.1 Thí nghiệm về CAD/CAM-CNC/MILL

2.1.1 Mục đích yêu cầu:

- Phục vụ các bài thí nghiệm về CAD/CAM/CNC trong chương trình đào tạocủa nhà trường

- Khai thác các tính năng công nghệ CAD/CAM-CNC trong OPenCIM

- Thiết kế công nghệ và điều khiển gia công Phay CNC

2.1.2 Nội dung thí nghiệm

- Thiết kế công nghệ CAD/CAM cho gia công Phay CNC

- Ứng dụng phần mềm CNC Base for milling thiết lập và điều khiển quá trìnhgia công

- Thiết kế và gia công một biên dạng và bề mặt 3D phức tạp

2.1.3 Các phần mềm thiết kế CAD/CAM tích hợp trong OpenCIM

CAD/CAM (Computer aided design / Computer aided Manufacturing) - Thiết

kế và gia công với sự trợ giúp của máy tính Cùng với sự phát triển của công nghệthông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp vì nó làcông cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm thay đổi mẫu mã hoặc lựa chọnphương án gia công tối ưu một cách nhanh chóng, chính xác và linh hoạt

Hiện nay có rất nhiều phần mềm về thiết kế công nghệ CAD/CAM như:Mastercam, Solid Edge, Catia, Solicam, Delcam, Sufcam, cimatron, Hypercam,Proengineer, SolidWorks, Spectracam… Hầu hết các phần mềm đều được tích hợpvới rất nhiều các hệ điều khiển khác nhau như: Funuc, Heidenhain, Siemens,Maho, Hitachi… Mỗi phần mềm đều có những ưu điểm riêng, tuỳ theo mức độ vàmục đích ứng dụng, điều kiện máy gia công thực tế tại nhà máy sản xuất mà taứng dụng phần mềm nào sao cho có hiệu quả cao nhất

Hệ thống thiết bị Open CIM tại khoa Cơ khí Trường Đại học kỹ thuật côngnghiệp đã được tích hợp theo tiêu chuẩn của hãng các phần mềm CAD/CAM sau:

1 Phần mềm SpectraCAD Engraver:

2 Phần mềm SpectraCAM for Turning

3 Phẩn mềm SPectraCAM Milling

4 Phần mềm thiết kế công nghiệp Mastercam

Các phần mềm có giao diện như hình vẽ

Phần mềm SpectraCAD Engraver Phần mềm SpectraCAM for Turning

Phẩn mềm SPectraCAM Milling Phần mềm thiết kế Mastercam

Hình 2.1.3 – Các phần mềm thiết kế CAD/CAM

Hiện nay các trung tâm gia công lớn phục vụ cho quá trình sản xuất đã được thiết

kế và tích hợp nhiều trục, trung tâm gia công Phay CNC có thể gia công đồng thời

5 trục, trung tâm Tiện tổ hợp có thể lên đến 9 trục Do đó việc nghiên cứu để triểnkhai ứng dụng CAD/CAM vào thực tế thì cần tập chung vào các phần mềm lớn cótích hợp rất mạnh CAD/CAM có khả năng thiết kế và lập quy trình công nghệ giacông được các chi tiết có biên dạng, có bề mặt phức tạp cao và khả nằng thiết kếgia công đồng thời nhiều trục…

Trong các phần mềm trên thì Mastercam là một phần mềm thiết kế côngnghiệp có tích hợp rất mạnh CAD/CAM đang được sử dụng rất phổ biến trên thếgiới, đồng thời hiện nay nó cũng được dùng nhiều trong các nhà máy cơ khí ở ViệtNam vì có nhiều tính năng vượt trội sau:

- Mastercam có khả năng thiết kế được các biên dạng, các bề mặt hay các hìnhkhối có độ phức tạp cao

- Thiết kế quy trình công nghệ (lập trình tự động) cho các trung tâm gia công Phaynhiều trục CNC

- Thiết kế quy trình công nghệ (lập trình tự động) cho các Trung tâm gia côngTiện nhiều trục CNC

- Thiết kế quy trình công nghệ (lập trình tự động) cho các Trung tâm gia công Cắtdây CNC…

- Tính công nghệ rất chi tiết, an toàn, hiệu quả và có độ tin cậy cao khi gia công,giao diện của phần mềm dễ sử dụng, không gian đồ hoạ lớn, đòi hỏi cấu hình tốithiểu của máy tính không cao, giá cả bán trên thị trường được tính theo từngmôdul nên rất phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế ở Việt Nam hiện nay

Hơn nữa nếu dùng Phần mềm Mastercam cho hệ thống OpenCIM thì nó cóthể thay thế được cả 03 phần mềm trên

2.1.4 Thiết kế chương trình gia công

2.1.4.1 Gia công mặt phẳng: Lệnh Tool paths – Face

- Select chain 1: Chon biên dạng bao bề mặt cần phay hoặc chọn khối (Solids) đểchọn bề mặt khối cần phay

- Nhấn Done

- Xuất hiện hội thoại

Toolparameters: Các thông số dao

- Kich chuột phải vào vùng trắng

phía trên, xuất hiện trình đơn động,

chọn get tool from library để chon

loại dao phù hợp hoặc chọn create

new tool để thiết lập dao như hình

vẽ

Xuất hiện bảng thoại dao được chọn

Head # :Số hiệu đầu dao

Dia Offset :Bù đường kính dao

Len Offset :Bù chiều dài dao

Comment : Tạo Chú thích

Feed rate :Tốc độ chạy dao theo

phương X,Y

Plunge rate :Tốc độ di chuyển trục Z khi không gia công

Retract rate :Tốc độ rút dao về

Tool dia : Đường kính dao

Seq.start :Số câu lệnh đầu tiên

Seq.inc :Số gia của số thứ tự câu lệnh

Conner radius : Bán kính đỉnh dao

Spinde speed :Tưới nguội

Tưới dung dịch trơn nguội

Flood: tràn ngập

Mist :Sương mù

Tool :Tưới từ dao

Change NCI : Đổi tệp NCI

Parameters: Các thông số công nghệ

Facing parameter:Các thông số bề mặt gia

Depth :Chiều sâu phay

Z stock to leave :Lượng dư để lại sau gia

công theo phương Z

Depth cuts :Chiều sâu phay theo bước

Max.rough step : Chiều sâu phay thô lớn nhất

#Finish cuts :Số lần phay tinh

Finish Step :Lượng phay tinh

Roll cutter around corneers: Định dạng đường đi dao tại các góc lượn

Cuting method :Kiểu đi dao

Stepover : Khoảng cách giữa các tâm dao

Roughing angle :góc ngiêng đường chạy dao so với phương ngang

Along overlap :Lương cắt quá đã chọn theo chiều dài

Approach :Khoảng cách điểm vào dao với biên dạng đầu của bề mặt

2.1.4.2 Phay biên dạng: Lệnh Contour

Tool path – Contour - Xuất hiện bảng

thông số công nghệ tương như phay

mặt phẳng

- Compensation: Bù bán kính

- Lead in/out: đường ăn dao vào và

ra biên dạng cắt

- Nhập đầy đủ các thông số công

nghệ gia công - Nhấn Done

2.1.4.3 Khoan lỗ: Drill

Tool paths – Drill

- Point Manager: Chọn các

điểm hoặc tâm lỗ cần

khoan, hoặc có thể tuỳ chọn

phương pháp nhập điểm

- Nhấn Esc

- Done - Xuất hiện hội thoại

- Tip comp: Bù mũi khoan

- Cycle: Phương pháp khoan

1st peck: chiều sâu khoan đầu

tiên

- Subsequent peck: Chiều sâu 1 lần ăn dao

- Peck cleanece: Khoảng cách an toàn khi chạy dao nhanh

- Drill/counterbore: Kiểu ăn dao một lần

- Tap: ta rô

- Bore: Doa

2.1.4.4 Phay hốc: Pocket

Tool paths – Pocket

- Pocket seclect chains: Chọn

phương pháp ăn dao

- Stepover percentage: khoảng ăn dao tính theo %

- Spiral inside to outside: Ăn dao từ tâm hốc

- Entry helix: Ăn dao theo đường xoắn ốc

Chọn các thông số phù hợp với biên dạng hốc cần phay - Done

2.1.4.5 Phay các bề mặt phức tạp: Surface

Toolpaths – Surface: Chọn phay thô Rough hoặc phay tinh Finish

Surface Roughinh: chọn phương pháp ăn dao khi phay thô

- Parallel: Dao dịch chuyển song song

- Radial: Theo hướng kính

- Project: Theo phương pháp chiếu

- Flowline: Theo đường sinh

- Contour: Theo biên dạng

- Pocket: Theo dạng hốc

- Plunge: theo phương thẳng đứng

Ví dụ: Thiết kế và gia công bề mặt có hình dạng và kích thước như hình vẽ

H ình 2.1.4.5 - Bản vẽ biên dạng bề mặt 3D

 Nhận xét: Bề mặt được tạo thành từ bản vẽ trên có biên dạng phức tạp, đểxây dựng bản vẽ bề mặt ta dùng công cụ CAD- MastercamDesign với công

cụ Surfaces – Cone như sau:

Bản vẽ trên có thể được thiết kế trực tiếp trên phần mềm Mastercam hoặcconverters từ các phần mềm CAD khác

- Từ Main Manu của Mastercam vào Create – Surfaces - Chọn Coons để thiết

kế bề mặt bằng cách nối các biên dạng cong đã có

Chọn Coons: Xuất hiện hội thoại

Automatic Coons Chaining: Phương

pháp chọn chuỗi tự động hoặc

không

Chọn Yes – Select curves which intersect at the upper – left corner: Chọn 2đường biên tại góc trái (điểm số 1 và 2 )

Select End of One of the curves at the lower-right corner: Chọn một điểm trênđường biên của góc bên phải (điểm số 3)

H ình 2.1.4.6 - Thiết lập bề mặt 3D

Để thiết kế chữ trên mặt cong ta sử dụng phương pháp chiếu Project như sau

- Vẽ chữ trên mặt phẳng

1

2

3

H ình 2.1.4.7 - Bề mặt gia công 3D

 Gia công thô:

Toolpaths – Surface – Rough - Parallel - Unspecified: Chọn bề mặt gia công códạng bất kỳ - Done - Xuất hiện hội thoại như hình vẽ

- Tool parameter: Chọn dao trụ 6 và các thống số công nghệ gia công

- Serface – parameter: Thiết lập các thông số gia công bề mặt:

Stock to leave: Để lại lượng dư để gia công tinh là 0.5

Thiết lập các thông số công nghệ - OK

 Gia công tinh

Finish – Parallel - Chọn bề mặt cần phay tinh – OK

Xuất hiện hội thoại các thông số công nghệ

Sau khi thiết lập các thông số công nghệ như

hội thoại – OK – cho kết quả như hình vẽ

Branch point reached: Định dạng đường bao

khu vực gia công hoặc nhấn OK

H ình 2.1.4.9 - Kết quả mô phỏng sau gia công tinh và cắt chữ trên mặt cong

Sau khi kiểm tra quá trình gia công, nếu đạt

các yêu cầu kỹ thuật đặt ra, xuất ra chương trình gia

công: Post processing

- Active post: Hệ điều của máy gia công

- Change post: Thay đổi hệ điều khiển

- Save NCI hoặc NC file: Ghi file dưới dạng

NCI

- Send to machine: truyền chương trình gia

công sang máy gia công