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

PHẦN MỞ ĐẦU1 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 chất lượng sản phẩm, độ chính xác gia công và mức độ tự động hoá sản xuất Vì vậy các 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 nghệ CAD/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 xuất với sự trợ giúp của mạng máy tính là nhu cầu và xu thế của sự phát triển các sản phẩm nói chung và sản phẩm cơ khí nói riêng Công nghệ sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính CIM đã được nghiên cứu và triển khai ứng dụng vào thực tế sản xuất 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 và từng 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 hệ thống thiết bị này vào chương trình đào tạo đại học, sau đại học, nghiên cứu khoa học, 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 CAD/CAM-CNC và thiết kế OpenCIM

 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, chuyển giao công nghệ trong nhà trường, đặc biệt là ứng dụng hệ thống vào thực tế sản xuất gia công bộ NAVI.

6 Giả thuyết khoa học

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

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG OPENCIM1.1 Giới thiệu hệ thống OpenCIM

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

Hình 1.1- Mô hình hệ thống OppenCIM

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

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

- CAP (Computers Aided Planning) Lập kế hoạch sản xuất có trợ giúp của máy 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 kế hoạch sản xuất và CAPP (Computer Aided Process Planning) Lập quy trình có trợ giúp 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 máy tính CAM thực hiện tất cả các công đoạn của quá trình sản xuất như thiết kế quy trình công nghệ gia công, lập chương trình gia công tự động, quản lý và điều hành quá 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 động tổ 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 thống1.2.1 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 môi trường điều hành window 98 và 2000 cung cấp

Phần mềm CIM mở cho phép chung ta thử nghiệm với tất cả các khía cạnh của quản lý CIM với hệ thống hoặc không có phần cứng (phương pháp mô phỏng) Phần mềm cho phép chúng ta sử dụng thử và kiểm tra ảnh hưởng của các thay đổi về sơ đồ phân bố của phân xưởng hoặc thay đổi về các phương pháp điều khiển CIM trên hành vi xử lý hệ thống Mô phỏng có thể là phương thức logic hoặc đồ hoạ Hệ thống OpenCIM có thể phối ghép với hàng loạt máy móc và robot 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 người dùng đã có những hiểu biết nhất định có thể tạo ra các sửa đổi khác nhau hoặc thay 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 giản hoá 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 hệ thống CIM khác

- LAN: Nối hệ thống điều khiển của người quản lý CIM và các máy điều khiển của người quản lý trạm Cơ sở của việc liên lạc trong hệ thống CIM là Microsoft, Novell hoặc một mạng LAN tương thích với Windows LAN có trách nhiệm 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 thức truyền 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 các phần tử khác thuộc trạm, chẳng hạn như các máy CNC, robot, các thiết bị điều khiển 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 điều khiển của máy móc và robot Việc liên lạc I/O được sử dụng để giám sát và điều khiển một vài thiết bị trong hệ thống CIM chẳng hạn như các thành phần của một dây 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 CNC trong 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.

+ Kẹp chuôi dao

+ Dao cụ bằng hợp kim thép cacbon

+ 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

Nội suy chạy nhanh, nội suy chạy đường thẳng, nội suy theo đường vòng tròn với điểm tâm hoặc bàn kính đầu vào.

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"

+ Bộ gá.

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 bên trong + Nút dừng khẩn cấp trên mặt trước bảng điều khiển.

+ Nút dừng khẩn cấp trên bàn phím + 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 and Retrieval Systems) là một phần của hệ thống quản lý tích hợp máy tính, ASRS được điều khiển hoàn toàn bằng phần mềm CIM mở Hệ thống ASRS phục vụ cho việc minh hoạ và giảng dạy các nguyên lý và phương pháp của các hệ thống lưu giữ tự động, như FIFO (Vào trước ra trước), LIFO (Vào sau ra trước) và hệ thống kiểm soát kho ngẫu nhiên, để tránh cổ nghẽn, tối ưu hoá giai đoạn sản xuất (vật liệu, 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 lưu giữ công nghiệp tự động Hai giá song song của nó có 72 khay chứa Một robot phục vụ Cartesian chuyên dụng phụ trách hai giá này và dịch chuyển vật liệu và các 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 6 hàng được phục vụ bằng một rôbốt Cartesian chuyên dụng Hệ thống này có thể dễ dàng mở rộng trong tương lai (thêm 36 khay nữa) cho phép khách hàng mở rộng khả 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 dụng hiệu 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 ngay lúc rôbốt quay lại.

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

+) MicroASRS – Với một giá dốc có 12 khay lưu trữ, hệ thống này có thể phục vụ bằng một rôbốt cố định Có thể lắp ráp 2 hoặc nhiều hơn các giá cùng nhau 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 điều khiển PLC Điều khiển rôbốt cung cấp cho hệ thống ASRS khi vận hành các khả năng giao tiếp I/O hay RS232 , điều khiển thời gian thực, đa nhiệm, sao lưu bộ nhớ 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 bảo mức an toàn cao nhất trong khi vẫn cho phép sinh viên quan sát các hoạt động của rôbốt Và hệ thống ASRS này cũng có những giá treo nhằm làm dễ dàng cho trong khi vận hành rôbốt bằng tay

Các hệ thống ASRS cũng có những mẫu vật, khay mang bộ phận và vật liệu qua hệ thống CIM, các tay rôbốt có thể dễ dàng thao tác chúng Các chốt có thể đặt vào các lỗ móc với các thiết lập khác nhau để tạo ra các gá lắp mang vật thể hình dạng và kích thước khác nhau Các mẫu có thể sử dụng lại cho các bộ phận mới 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 hay thành phẩm ra và vào hệ thống ASRS , cho phép theo dõi và kiểm soát lưu giữ theo thời gian thực.

Phần mềm ASRS cung cấp trạng thái kho trực tuyến và kiểm soát bằng màn hình đồ hoạ Phần mềm này cho phép tích hợp ASRS với cả phần mềm quản lý CIM 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 mềm điều khiển.

Thông số kỹ thuật cơ bản của Rôbốt:

Bộ Robôt ER 4u bao gồm : Cánh tay cơ khí, bộ điều khiển USB, cáp truyền thông, 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 va chạm, 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 ra nguồn 220 VAC

+ Bộ điều khiển : Bao gồm cả phần cứng và phần mềm để giám sát và điều 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 đènbáo 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 và tấm 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 tấm nâng 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 đặt chốt định vị.

+ Kích thước 175 x 125 mm

+ Có bao gồm 14 chốt định vị với 5 kích cỡ khác nhau, dùng để định vị các chi tiết khác.

* Hệ thống theo dõi pallet, một ở mỗi trạm làm việc, cho phép nhận dạng trực tuyến mỗi pallet:

Gồm cả phần cứng và phần mềm định dạng theo thời gian thực và giám sát các pallet.

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 tay hoặc 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 trình xử lý ảnh và kiểm soát chất lượng).

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

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

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

- Các tính năng cao cấp của ViewFlex cho phép người dùng thực hiện cả hai ứng dụng giảng dạy và công nghiệp ViewFlex có một bộ lớn các chức năng đã được tối ưu và nâng cao để xử lý ảnh, phân tích tròn, đo và so sánh trùng mẫu Hệ thống 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 sát của 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 sử dụng OLE/Automation.

Hệ thống CIM mở còn cho phép tích hợp các thiết bị kiểm tra và kiểm soát chất 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 động tiêu 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 máy quét các máy đó vẽ lại và và đo thông số cần thiết các thông số đó sẽ được máy tính sử lý và sẽ được chuyền cho các máy gia công để gia công chi tiết đó như vậy chúng ta không nhưng giảm được thời gian để đo và vẽ lại chi tiết gia công mà còn giảm thiểu được nhưng sai số do ta đo không được chính xác Nếu như trước một chi tiết ta phải đo và tính toán sau đó vẽ lại bằng tay hoặc bằng máy thì bây giờ công việc đó được giả quyết một cách dễ dàng và cho ta một độ chính xác rất cao.

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 và tuỳ 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, máy cấp 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 bộ phận khác nhau.

+ Dán tự động và ứng dụng + Mài và làm cạnh tự động + ép khí thuỷ lực.

- Inteliek có thể thiết kế và sản xuất các trạm lắp ráp phù hợp với các lựa chọn cụ thể của khách hàng về hệ thống rôbốt và thiết bị lắp ráp.

- Inteliek có thể thiết lập các ứng dụng lắp ráp với 2 rôbốt trên một trạm (Ví dụ: SCADA và rôbốt đứng)

- Inteliek có thể cung cấp các ứng dụng tổ hợp các thủ tục lắp ráp tại cùng một trạm lắp ráp hoặc tổ hợp và tích hợp các thao tác lắp ráp và kiểm soát chất lượng tại một trạm.

1.6.5 Dây chuyền

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

+ 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 xoay chiều duy nhất

- Các tấm trên dây chuyền không bị loại bỏ khỏi nó Các tấm này mang khay, 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 này linh hoạt hơn nhiều so với các phương pháp khác trong đó các khay được dùng để vận 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 khỏi dây 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 đó không có khó khăn trong việc mở rộng dây chuyền và hoặc thêm các trạm dừng vào bất cứ thời điểm nào trong tương lai.

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

- CIM sử dụng hệ thống theo dõi tấm chuyền – Phần cứng và phần mềm để xác định và theo dõi chúng trên dây chuyền theo thời gian thực Tính năng này ngăn chặn việc gián đoạn chu trình sản xuất nếu như tấm bị gỡ khỏi dây chuyền bằng 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 hai bóng xanh và đỏ xác định trạng thái của từng trạm.

- Chúng tôi cũng có thể tích hợp Lifter – Shifter - các đơn nguyên nâng nhấc khí 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 chạy trên 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 trạm CIM:

- Trực tuyến: điều khiển thiết bị điều khiển trạm làm việc theo yêu cầu của quản 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 đã được thực hiện Tiến trình mô phỏng (không đồ họa) loại này không thể thực hiện được 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 hai phương pháp chung:

- Phương pháp thứ nhất: dùng các máy tính và phần mềm để xử lý việc phân phối tín hiệu điều khiển tới trạm và lấy dữ liệu từ hệ thống Hệ thống dùng phần mềm rất linh hoạt và dễ dàng lập trình do các tín hiệu điều khiển được phân phối tự động bởi chương trình chạy trên máy tính điều khiển Các chương trình này cũng thường theo hướng thực đơn, giảm thiểu số lượng mã lệnh từ phía lập trình viên xuống ít nhất Chúng cũng đã khá hoàn thiện trong việc xử lý dữ liệu để đáp 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 dữ liệu quản lý sản xuất khác trong hệ thống CIM dùng định dạng dữ liệu chuẩn như trong 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 tín hiệu với các trạm khác trong khi vận hành dây chuyền CIM Phương pháp này là phương 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 làm một thách thức đối với lập trình viên và hệ thống khá chuyên biệt một khi được cài đặt nhất là khi thay đổi sản phẩm.

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

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

- 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 trình gia 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 nghệ thông tin, CAD/CAM đã được ứng dụng nhanh chóng trong công nghiệp vì nó là công cụ giúp các nhà thiết kế và chế tạo sản phẩm thay đổi mẫu mã hoặc lựa chọn phương 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 hợp với 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 và mục đích ứng dụng, điều kiện máy gia công thực tế tại nhà máy sản xuất mà ta ứng 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 công nghiệp 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 triển khai ứng dụng CAD/CAM vào thực tế thì cần tập chung vào các phần mềm lớn có tích hợp rất mạnh CAD/CAM có khả năng thiết kế và lập quy trình công nghệ gia công được các chi tiết có biên dạng, có bề mặt phức tạp cao và khả nằng thiết kế gia công đồng thời nhiều trục…

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

- Mastercam có khả năng thiết kế được các biên dạng, các bề mặt hay các hình

- 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 tối thiểu của máy tính không cao, giá cả bán trên thị trường được tính theo từng môdul 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 có thể 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) để chọn 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, để xây 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 hoặc converters 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 2 đường biên tại góc trái (điểm số 1 và 2 )

Select End of One of the curves at the lower-right corner: Chọn một điểm trên đường 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

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 có dạng 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