Luận văn “Thiết Kế, Chế Tạo Thiết Bị Tự Động khoan Tâm Chi Tiết Hình Trụ Trơn” pdf

- 1 -  ĐỀ TÀI “ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG KIỂM TRA KÍCH THƯỚC CHI TIẾT HÌNH TRỤ TRƠN “ Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : - 2 - - 3 - - 4 - MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngày nay trong sản xuất nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm là rất quan trọng, vì vậy việc sử dụng các thiết bị tự động trong sản xuất là rất cần thiết. Việc nghiên cứu chế tạo các hệ thống tự động ở Việt Nam còn đang là lĩnh vực cần được phát triển. Chính phủ đã và đang có nhiều sự quan tâm giúp đỡ các nhà khoa học Việt Nam nghiên cứu tiếp cận vấn đề này. Việc nghiên cứu đã được đặt ra ở các trung tâm nghiên cứu, các trường đại học, hiệp hội tự động hoá . . . Với những yêu cầu phát triển của nền công nghiệp Việt Nam, để có thể tiến hành thành công sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện đại hoá, xây dựng đất nước giàu mạnh chúng ta không thể không áp dụng các hệ thống tự động trong các lĩnh vực sản xuất nhằm đáp ứng yêu cầu của sự phát triển kinh tế xã hội. Trên cơ sở kế thừa những thành tựu về khoa học công nghệ, chúng ta cần đẩy mạnh nghiên cứu các vấn đề về cơ khí hoá và tự động hoá sản xuất, đặc biệt cần quan tâm việc đào tạo các lĩnh vực kỹ thuật mới trong các trường kỹ thuật. Trong lĩnh vực cơ khí. Năng suất,chất lượng và giá thành sản phẩm luôn là yếu tố hàng đầu cần phải đảm bảo trong quá trình sản xuất. Việc kiểm tra sản phẩm hiện nay thường thực hiện bằng tay và quan sát bằng mắt nên năng suất thấp, có thể thiếu chính xác vì các yếu tố chủ quan, vì vậy cần tự động hoá khâu kiểm tra sản phẩm trong quá trình sản xuất. Việc nghiên cứu chế tạo các thiết bị tự động kiểm tra kích thước chi tiết là việc còn mới mẽ trong điều kiện ở nước ta. Vì vậy tôi mạnh dạn lựa chọn hướng nghiên cứu của đề tài là “ Thiết Kế, Chế Tạo Thiết Bị Tự Động khoan Tâm Chi Tiết Hình Trụ Trơn ”. - 5 - 2. MỤC ĐÍCH CỦA NGHIÊN CỨU: Mục đích của đề tài : “ Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động kiểm tra kích thước chi tiết hình trụ trơn ” dùng trong nghiên cứu và phục vụ giảng dạy học tập tại khoa Cơ khí, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: a/ Nghiên cứu lý thuyết về cơ sở kỹ thuật đo và kiểm tra tự động trong chế tạo máy. b/ Xây dựng mô hình, nguyên lý và thiết kế cơ khí các bộ phận của thiết bị. c/ Tính toán thiết kế phần điều khiển. d/ Chế tạo lắp ráp và vận hành. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, lập trình điều khiển bằng máy tính. 5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ KHOA HỌC: - Đề tài góp phần vào sự phát triển trong lĩnh vực sản xuất tự động, đặc biệt là lĩnh vực kiểm tra tự động đối với nước ta hiện nay. - Thúc đẩy việc nghiên cứu các thiết bị tự động trong nhà trường. Bước đầu tạo ra những mô hình tự động, dùng cho sinh viên thực hành và nghiên cứu khoa học. - Tạo khả năng ứng dụng, kết nối giữa môđun cơ khí và môđun điều khiển. - Tính toán, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh thiết bị tự động kiểm tra và phân loại kích thước chi tiết hình trụ trơn thành 3 loại ( phế phẩm, thành phẩm và sản phẩm không đạt yêu cầu có thể sửa lại được). 6. CHỌN TÊN ĐỀ TÀI: Với những lý do và mục đích của nghiên cứu tôi chọn tên đề tài: - 6 - “ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG KIỂM TRA KÍCH THƯỚC CHI TIẾT HÌNH TRỤ TRƠN “. 7. CẤU TRÚC LUẬN VĂN: Luận văn bao gồm 5 chương: Chương 1 - Tổng quan về các hệ thống tự động phục vụ sản xuất. Chương 2 - Tự động hóa qúa trình cấp phôi và kiểm tra. Chương 3 - Một số vấn đề lý thuyết sai số, phương pháp đo kích thước thẳng và cách chọn phương án đo trong kiểm tra tự động. Chương 4 - Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động kiểm tra kích thước chi tiết hình trụ trơn. Chương 5 - Thiết kế môđun điều khiển tự động. - 7 - CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG PHỤC VỤ SẢN XUẤT 1.1. Qúa trình phát triển và ứng dụng trong thực tế: Đã từ xa xưa, con người luôn mơ ước về các loại máy có khả năng thay thế cho mình trong quá trình sản xuất và các công việc thường ngày khác. Mặc dù tự động hóa các quá trình sản xuất là một đặc trưng của khoa học kỹ thuật hiện đại của thế kỷ 20, nhưng những cơ cấu tự động, làm việc không cần có sự trợ giúp của con người đã tồn tại từ trước công nguyên như ở Ai Cập cổ và Hy Lạp các máy tự động thực hiện các màn múa rối, thời trung cổ người ta đã dùng các máy tự động cơ khí thực hiện chức năng gác cổng v.v. . Chiếc máy tự động đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp được chế tạo vào năm 1765 do một thợ cơ khí có tên Pônzunôp người Nga. Nhờ nó mà mức nước trong nồi hơi được giữ cố định không phụ thuộc vào lượng tiêu hao hơi nước. Để đo mức nước trong nồi Pônzunôp dùng một cái phao, khi mức nước thay đổi phao sẽ tác động lên cửa van, thực hiện điều chỉnh lượng nước vào nồi. Nguyên tắc điều chỉnh này được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau. Năm 1712 ông Nartôp thợ cơ khí người Nga đã chế tạo được máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình. Việc chép hình theo mẫu được thực hiện tự động, chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng - thanh răng thực hiện. Cho đến năm 1798 ông Henrynandsley người Anh mới thay thế chuyển động này bằng chuyển động của vitme - đai ốc . Năm 1873 Spender đã chế tạo máy tiện tự động có ổ cấp phôi và trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng. Năm 1808 Joseph M.Jacquard đã dùng các lỗ đục trên những tấm - 8 - thẻ kim loại mỏng, sắp xếp chúng trên máy dệt theo nhiều cách khác nhau để điều khiển máy dệt thực hiện tự động các mẫu hàng phức tạp. Sự có mặt hoặc vắng mặt một lỗ xác định việc một mũi kim có hoạt động hay không. Phương pháp này là tiền thân của vật mang tin di động. Năm 1834 Babbage đã hoàn thiện máy tính cơ khí vi sai có khả năng tính toán với độ chính xác tới sáu con số thập phân ông thực nghiệm với nhiều bản thiết kế nhằm thực hiện ý tưởng của ông là mở rộng tầm vóc và độ phức hợp của chiếc máy. Từ thời đó ông đã thiết kế được một chiếc máy không những có thể thực hiện những phép tính số học, mà còn có thể hoàn thành những chức năng như những máy tính hiện đại như: lưu trữ, xử lý, nhớ, nhập và xuất dự liệu. Năm 1887 Đ.G.Xtôleoôp đã chế tạo được phần tử cảm quang đầu tiên, một trong những phần tử hiện đại quan trọng nhất của kỹ thuật tự động hóa. Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hóa đã cho phép chế tạo trong những thập kỷ đầu của thế kỷ 20 các loại máy tự động nhiều trục, máy tổ hợp và các đường dây tự động liên kết cứng và mềm dùng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Cũng trong khoảng thời gian này, sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học, một môn khoa học về các quy luật chung của các quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống có tổ chức đã góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hóa các quá trình sản xuất vào công nghiệp. Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều khiển logic khả lập trình dựa trên sự phát triển của tin học cụ thể là sự phát triển của máy tính. Trong những năm gần đây các nước có nền công nghiệp phát triển tiến hành rộng rãi tự động hóa trong sản xuất loạt nhỏ. Điều này phản ánh xu thế chung của nền kinh tế thế giới từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ và hàng khối thay đổi. Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các lĩnh vực khoa học khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế - 9 - giới trong những năm cuối thế kỷ 20 đã có sự thay đổi sâu sắc. Sự xuất hiện một loạt công nghệ mũi nhọn như kỹ thuật linh hoạt ( Agile engineering), hệ thống điều hành sản xuất qua màn hình ( Visual Manufacturing System), kỹ thuật tạo mẫu nhanh ( Rapid Prototyping) và công nghệ Nano đã cho phép thực hiện tự động hóa hoàn toàn không chỉ trong sản xuất hàng khối mà cả trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc. Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy làm xuất hiện một loạt các thiết bị và hệ thống tự động hóa hoàn toàn mới như các loại máy điều khiển số, các trung tâm gia công các hệ thống điều khiển theo chương trình logic PLC , các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS , các hệ thống sản xuất tích hợp CIM cho phép chuyển đổi nhanh sản phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất ít nhất, rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh của sản xuất hiện đại. Trong thế kỷ 21 trên cơ sở liên kết một số công nghệ hiện đại đã khẳng định nền sản xuất trí tuệ. Để có thể tiếp cận và ứng dụng dạng sản xuất tiến tiến này, chúng ta phải bắt đầu nghiên cứu, học hỏi và chuẩn bị cơ sở vật chất theo hướng phát triển sản xuất trí tuệ là cần thiết. 1.2. Hệ thống sản xuất công nghiệp và tự động hóa: 1.2.1. Mục tiêu của tự động hóa sản xuất: Mục tiêu của một hệ thống tự động hóa sản xuất công nghiệp là mang lại một giá trị tăng thêm cho nguyên liệu, cho bán thành phẩm hoặc cho một tổ hợp thành phẩm tạo ra những sản phẩm có giá trị cao hơn. Nền sản xuất công nghiệp được tự động hóa ngày càng nhiều như: - Tự động hóa những thao tác trước kia hoàn toàn thủ công ví dụ như lắp ráp, kiểm tra, đo lường v.v - 10 - - Tự động hóa ở mức cao hơn, đầy đủ hơn các thao tác trước đây đã được tự động hóa từng phần ít hoặc nhiều như: chuyển máy bán tự động sang tự động hoàn toàn, chuyển máy tự động cứng sang máy tự động linh hoạt. Sự chuyển đổi từ sản phẩm này sang sản phẩm khác được thực hiện một cách nhanh chóng vá thuận lợi không phải thay thế phần cứng của máy. Có thể nói việc tự động hóa nhằm vào mục tiêu đa dạng sau: - Tìm kiếm những giá thành sản xuất thấp hơn bằng cách: giảm số lượng công nhân, giảm tiêu hao vật tư, năng lượng v.v - Loại bỏ cho con người những công việc nặng nhọc, nguy hiểm độc hại và cải thiện điều kiện làm việc. - Chất lượng sản phẩm tốt hơn bằng cách đưa vào dây chuyền sản xuất những thao tác mà chỉ có tự động hóa mới thực hiện được trên bình diện công nghiệp. - Chất lượng sản phẩm đồng đều hơn, ổn định hơn do loại bỏ yếu tố con người như: ngẫu nhiên, đãng trí, tình trạng sức khỏe v.v - Thực hiện những thao tác mà con người không thể làm được dù bằng thủ công hay trí óc như: chế tạo hay lắp ráp những bộ phận cực nhỏ, những thao tác cực nhanh, phối hợp phức tạp các động tác v.v 1.2.2. Hệ thống sản xuất công nghiệp: Để một hệ thống sản xuất hoạt động cần phải cung cấp cho nó nguồn nguyên liệu chính, phôi, bán thành phẩm cùng các nguyên liệu phụ cần thiết. Đồng thời phải cung cấp nguồn năng lượng ( Điện, khí nén, chất đốt . . .) cùng với nước sạch, chất bôi trơn v.v ngoài ra hệ thống sản xuất còn thải ra các phế liệu, các chất cặn bã, nước bẩn v.v Như vậy một hệ thống sản xuất công nghiệp thông thường gồm các bộ phận sau: [...]... lao động 2.2.1 Các phương pháp kiểm tra tự động kích thước ngồi: a/ Kiểm tra tự động bằng phương pháp trực tiếp: Kiểm tra tự động đường kính d và chi u dài l của chi tiết bằng các thiết bị khác nhau được mơ tả hình 2-5 như sau: 1,2 .Chi tiết kiểm tra 3.Calíp 4.Thanh di chuyển 5,6.Cơng tắc 7.Calíp hình chêm 8.Calíp phẳng 9.Khối V 10.Thanh kiểm tra 11.Tay đòn lắc lư 12.Kéo kiểm tra 13 .Chi tiết kiểm tra Hình. .. Tương tự như vậy hình 2- 5.b là - 21 - ngun lý kiểm tra kích thước bằng calíp hình chém Hình 2- 5.c sơ đồ kiểm tra đường kính hoặc chi u dài của chi tiết nhờ calíp phẳng Hình 2- 5.d là sơ đồ kiểm tra kích thước của chi tiết hình trụ khi định vị trên khối V Sơ đồ kiểm tra chi tiết bằng tay đòn 11 chuyển động lắc lư được trình bày trên hình 2-5.e, hình 2- 5.g là sơ đồ kiểm tra kích thước của chi tiết. .. dẫn động: Để đáp ứng nhu cầu đa dạng của các máy tự động ta có thể sử dụng các loại dẫn động khác nhau Mỗi loại dẫn động có tiền dẫn động tương ứng, các tiền dẫn động liên kết với các dẫn động điện là các cơng tắc, nút bấm, bộ điều tốc, cùng các thiết bị bảo hiểm cần thiết - Dẫn động điện: gồm các loại động cơ điện một chi u và xoay chi u có vận tốc khơng đổi hoặc thay đổi được, các van điện điều tiết. .. rơi xuống bộ tiếp nhận 7 Hình 2-7 Sơ đồ cơ cấu kiểm tra đường kính các sản phẩm hình trụ b/ Cơ cấu kiểm tra và phân loại tự động bi đũa: Sơ đồ mơ ta như hình 2-8 Ngun lý hoạt động: Các chi tiết cần kiểm tra 2 từ thùng chứa 1 quay rơi vào cơ cấu vận chuyển 3, sau đó rơi vào máng 4 Thanh cắt liệu 5 tách từng chi tiết cần đo - 24 - nhờ lực tác động của chính các chi tiết chi tiết này được chuyển tới... tiếp xúc kiểu một tiếp điểm , lực đo tác động vào chi tiết lần lượt theo hai chi u khác nhau đễ tạo ra các chuyển vị cho chi tiết gây ra sai số - 32 - đo Do đó trong kiểu đo này u cầu lực đo nhỏ, chi tiết cần định vị và kẹp chặt tốt 3.2 Chọn phương án đo trong kiểm tra tự động: 3.2.1 Chọn phương pháp đo: Với mỗi thơng số, mỗi chi tiết cụ thể, trong kiểm tra tự động có thể có nhiều cách đo và có thể có... tự động: 1.3.1 Cấu trúc hệ thống tự động: Mỗi hệ thống tự động bao gồm hai khối: khối chấp hành và khối điều khiển Khối chấp hành Nguồn khối điều khiển Dẫn động Tiền dẫn động Các quy trình Cảm biến Bộ xử lý Đối thoại với người Người Truyền tin Các bộ phận điều khiển khác Hình 1-1 Sơ đồ khối mơ tả cấu trúc của hệ thống tự động 1 Khối chấp hành: gồm có bộ phận động cơ dẫn động, các bộ phận làm việc chế. .. bề mặt chi tiết cần kiểm tra 16 được đo bằng cách so sánh các sóng phát ra với sóng chuẩn; 2.2.2 Giới thiệu một số sơ đồ ngun lý kiểm tra tự động: a/ Cơ cấu kiểm tra đường kính của các sản phẩm hình trụ: Sơ đồ mơ tả như hình 2-7 Ngun lý hoạt động: Trục vít 10 (gắn trên động cơ 9) làm quay bánh vít 11, bánh vít này nối cùng với puly 12 ( quay quanh trục bất động A) Puly 8 quay quanh trục bất động B... lò xo lá 12 Kiểm tra kích thước của chi tiết được thực hiện bằng thiết bị quang điện 15, thiết bị này được liên kết với cán đo 13 bằng hệ thống tay đòn 14 Từ vị trí kiểm tra chi tiết được đẩy vào một trong những rãnh của đĩa 8 và do đĩa 8 quay nên chi tiết được đưa tới thùng chứa 10, ở phía trên thùng chứa có thanh nam châm điện Hình 2-8 Sơ đồ kiểm tra phân loại tự động bi đũa - 25 - CHƯƠNG 3 MỘT SỐ... Khối này gồm có: - Thiết bị gia cơng: bàn dao, trục chính, mỏ hàn v.v - Thiết bị dẫn động: động cơ điện, xylanh thủy lực v.v - 12 - 2 Khối điều khiển: chuẩn bị các lệnh từ các thơng tin nhận được và phát các lệnh đó cho khối chấp hành, rồi lại từ khối này nhận các tín hiệu trở về để điều phối hiệu chỉnh các hoạt động của nó Ta có thể mơ tả cấu trúc khối của hệ thống tự động như hình 1-1 1.3.2 Các... phần vào thuận lợi cho q trình tự động hóa Trong giới hạn ta đề cập đến q trình cấp phơi rời Các phơi rời được phân loại theo số lượng các đường trục và bề mặt đối xứng cùng hình dáng hình học và độ lớn của chúng Các chi tiết có thể thuộc nhóm tròn xoay, nhóm có bề mặt cong hoặc đa diện Mỗi nhóm chi tiết đều có các ngun tắc hình thành cơ cấu cấp phơi và vận chuyển tự động 2.1.1 Một số cơ cấu cấp phơi . “ Thiết Kế, Chế Tạo Thiết Bị Tự Động khoan Tâm Chi Tiết Hình Trụ Trơn ”. - 5 - 2. MỤC ĐÍCH CỦA NGHIÊN CỨU: Mục đích của đề tài : “ Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động kiểm tra kích thước chi tiết. tài: - 6 - “ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG KIỂM TRA KÍCH THƯỚC CHI TIẾT HÌNH TRỤ TRƠN “. 7. CẤU TRÚC LUẬN VĂN: Luận văn bao gồm 5 chương: Chương 1 - Tổng quan về các hệ thống tự động phục vụ. 4 - Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động kiểm tra kích thước chi tiết hình trụ trơn. Chương 5 - Thiết kế môđun điều khiển tự động. - 7 - CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG PHỤC VỤ SẢN