nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống minicim

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Trường Phi Phạm Ngọc Hiếu Kiều Quý Cảnh Trần Ngọc hùng Nguyễn Anh Dũng Trần Hoàng Mạnh Nguyễn Duy Hiệp Võ Hoài Nam Hoàng Anh Thông Khóa : 47 Khoa : Cơ khí Ngành : Cơ điện tử I. ĐỀ TÀI : Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống MiniCIM II. NỘI DUNG Chương I. Tổng quan về hệ thống CIM. Chương II. Cấu trúc hệ thống CIM. Chương III. Thiết kế máy CNC. Chương IV. Thiết kế robot. Chương V. Thiết kế hệ thống băng tải. Chương VI. Xây dựng hệ điều khiển cho hệ thống CIM. Phụ lục bản vẽ. Phụ lục chương trình điêu khiển III. Tập thể cán bộ hướng dẫn: GS.TS. Trần Văn Địch TS. Nguyễn Huy Ninh IV. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế đồ án .……………………………………… V. Ngày hoàn thành đồ án …………………………………………………… Ngày …….tháng……năm 2006 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử 3 - K47 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Trường Phi Phạm Ngọc Hiếu Kiều Quý Cảnh Trần Ngọc Hùng Nguyễn Anh Dũng Trần Hoàng Mạnh Nguyễn Duy Hiệp Võ Hoài Nam Hoàng Anh Thông Khóa : 47 Khoa : Cơ khí Ngành : Cơ điện tử Tập thể cán bộ hướng dẫn: GS.TS. Trần Văn Địch TS. Nguyễn Huy Ninh 1. Nội dung thiết kế đồ án tốt nghiệp. NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ THỐNG MINICIM Chương I. Tổng quan về hệ thống CIM. Chương II. Cấu trúc hệ thống CIM. Chương III. Thiết kế máy CNC. Chương IV. Thiết kế robot. Chương V. Thiết kế hệ thống băng tải. Chương VI. Xây dựng hệ điều khiển cho hệ thống CIM. Phụ lục các bản vẽ. Phụ lục chương trình điều khiển. 2 Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử 3 - K47 2. Nhận xét. a) Nhận xét của cán bộ hướng dẫn: 3 Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử 3 - K47 b) Nhận xét của cán bộ duyệt. 4 Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử 3 - K47 LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrade Manufacturing) là hệ thống sản xuất tiên tiến nhất hiện nay và đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Khái niệm về CIM tiến sĩ Joseph Harrington đưa ra vào những năm 1973. Mặc dù khái niệm của ông về CIM chưa được hoàn chỉnh, ngày nay danh từ CIM đã trở nên rất quen thuộc trong cách nói về sản xuất. CIM đã trở thành chiến lược nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hoặc các bộ vi xử lý tự động. So với các hệ thống sản xuất truyền thống, CIM có nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn. Hệ thống CIM không những làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, hạ giá thành của sản phẩm mà còn có khả năng linh hoạt cao, đáp ứng được những thay đổi nhanh chóng của thị trường. Trong nội dung đồ án tốt nghiệp của sinh viên ngành cơ điện tử, với sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn GS.TS. Trần Văn Địch, TS. Nguyễn Huy Ninh bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống MiniCIM” phù hợp với khả năng cũng như thời gian thực hiện. Để thực hiện đề tài, trước hết chúng em đã nghiên cứu, khảo sát về các hệ thống CIM đã và dang được ứng dụng, sau đó lựa chọn hệ thống phù hợp để thiết kế và chế tạo. Quá trình thiết kế, chế tạo cơ khí và quá trình thiết kế hệ thống điều khiển được tiến hành đồng thời. Đồ án được chia làm 6 chương, mỗi chương được tách ra các phần nhỏ hơn, đồng thời có kèm theo phụ lục về các bản vẽ và phụ lục về chương trình điều khiển. Chương I. Tổng quan về hệ thống CIM. Chương II. Cấu trúc hệ thống CIM. Chương III. Thiết kế máy CNC. Chương IV. Thiết kế robot. Chương V. Thiết kế hệ thống băng tải. Chương VI. Xây dựng hệ điều khiển cho hệ thống CIM. Phụ lục bản vẽ. Phụ lục chương trình điêu khiển Sau thời gian thực hiện, đề tài đã hoàn thành kết quả bước đầu đã đạt được những thành công nhất định. 5 Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử 3 - K47 Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Chế tạo máy đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài. Đặc biệt là các thầy GS.TS. Trần Văn Địch, TS. Nguyễn Huy Ninh đã tâm huyết hướng dẫn chúng em. Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các cán bộ phòng thí nghiệm FMS & CIM, xưởng cơ khí bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, khoa Cơ khí, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài. Nhóm SV thực hiện đồ án Nguyễn Trường Phi Kiều Quý Cảnh Nguyễn Anh Dũng Phạm Ngọc Hiếu Nguyễn Duy Hiệp Trần Ngọc Hùng Trần Hoàng Mạnh Võ Hoài Nam Hoàng Anh Thông 6 Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử 3 - K47 MỤC LỤC CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CIM 14 I. Các khái niệm cơ bản về CIM 14 1.1. Định nghĩa CIM 14 1.2. Các thành phần cơ bản của CIM 14 II. Sự phát triển của CIM 19 2.1. Sự phát triển của CIM trên thế giới 19 2.1.1. Lịch sử phát triển của CIM 19 2.1.2. Hướng phát triển của CIM 20 2.2. Sự phát triển của các hệ thống CIM ở Việt Nam 25 III. Ứng dụng và hiệu quả của CIM 25 3.1. Ứng dụng của CIM 25 3.2. Hiệu quả của CIM 26 CHƯƠNG II. CẤU TRÚC HỆ THỐNG CIM 27 I. Máy CNC 28 II. Robot 30 2.1. Ứng dụng robot công nghiệp trong hệ thống CIM 31 2.2. Các yêu cầu đối với các robot hoạt động trong hệ thống CIM 31 III. Hệ thống vận chuyển tích trữ 33 3.1. Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển - tích trữ 33 3.2. Hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết gia công của CIM 34 3.2.1. Chức năng của hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết gia công 34 3.2.2. Phân loại hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết 35 3.3. Hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ của CIM 37 3.3.1.Chức năng của hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ 37 3.3.2. Một số loại hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ 37 3.4. Điều khiển hệ thống vận chuyển - tích trữ 38 4.1. Thành phần của kho chứa tự động 40 4.2. Các loại kho chứa tự động 40 4.2.1. Dạng giá cần cẩu 40 4.2.2. Dạng cần cẩu cầu 41 4.2.3.Dạng giá trọng lực 42 4.3. Bố trí các kho chứa tự động trong hệ thống CIM 42 V. Hệ thống điều khiển 45 5.1. Bộ điều khiển logic khả lập trình PLC trong các hệ thống CIM 45 5.2. Phần mềm tích hợp 48 VI. Hệ thống kiểm tra 51 6.1. Các dạng kiểm tra 51 6.2. Cấu trúc của hệ thống kiểm tra tự động 52 6.2.1. Mức cao 52 6.2.2. Mức trung bình 52 7 Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử 3 - K47 6.2.3. Mức thấp 53 6.3. Chế độ hoạt động của hệ thống kiểm tra tự động 53 6.4. Kiểm tra trạng thái kỹ thuật của các phần tử và môđun trong CIM 54 6.5. Các thiết bị kiểm tra trong CIM 55 6.5.1. Các loại đattric 55 6.5.2. Các máy đo kiểm tự động 57 VII. Hệ thống lắp ráp tự động 59 7.1. Cấu trúc của hệ thống lắp ráp tự động 59 7.2. Các hình thức tổ chức lắp ráp tự động 60 7.2.1. Lắp ráp cố định 60 7.2.2. Lắp ráp di động 60 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY CNC 61 A - TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 61 I. Lịch sử phát triển 61 1.1 Lịch sử 61 1.2. Một số máy NC 63 II. Thế nào là máy CNC.Các khái niệm cơ bản 64 2.1. Khái niệm 64 2.2. Trục máy CNC 65 2.3. Nguyên tắc xác định hệ trục tọa độ của máy CNC 65 III. Hệ thống điều khiển máy CNC trong công nghiệp 66 3.1. Phần cứng hệ điều khiển máy CNC 67 3.1.1Bộ xử lý trung tâm (CPU) 67 3.1.2.Bô nhớ 68 3.1.3 Hệ thống truyền dẫn ( BUS) 68 3.1.4.Truyền dẫn Servo 69 3.2. Phần mềm 70 3.2.1. Phần mềm điều khiển 70 3.2.2. Phần mềm ghép nối 70 3.2.3. Postprocessor 70 3.2.4. Phần mềm ứng dụng 70 IV.Nguyên tắc lập trình gia công trên máy CNC và các phương phấp nhập dữ liệu 70 4.1. Lập trình gia công 70 4.2. Các phương pháp nhập dữ liệu 73 V. Khác biệt giữa NC và CNC 75 VI.Một số máy CNC trong công nghiệp 76 6.1. Máy khoan 76 6.2. Máy tiện 77 6.3. Máy phay 79 6.4. Máy hàn điểm 82 6.5. Máy cắt dùng tia lửa điện 82 VII. Sơ lược về ngôn ngữ lập trình G-code 83 8 Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử 3 - K47 7.1. Các lệnh cơ bản dùng trên nền máy khoan/phay 83 7.2. Chu trình gia công một số chi tiết 84 7.3. Chu trình gia công hốc tròn 85 7.4. Chu trình gia công hốc chữ nhật 87 7.5. Một số quy định cơ bản 88 VIII. Phương pháp điều khiển máy CNC trong công nghiệp 92 8.1. Các điểm gốc, điểm chuẩn 92 8.1.1. Điểm gốc của máy M 92 8.1.2. Điểm chuẩn của máy R 92 8.1.3. Điểm gốc của phôi W điểm gốc chương trình P và điểm gá đặt C 93 8.1.4. Điểm gốc của dụng cụ 94 8.2. Các hệ thống điều khiển máy CNC 96 8.3. Các chỉ tiêu gia công của máy CNC 100 8.3.1. Thông số hình học 100 8.3.2.Thông số gia công 101 8.3.3. Năng suất gia công 101 8.3.4. Độ chính xác của máy CNC 102 8.3.5. Độ tin cậy của máy CNC 103 8.3.6. Tính vạn năng của máy CNC 104 B - CÁC PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY CNC 106 I. Lựa chọn phương án di chuyển của các trục tọa độ 106 1.1. Phương án phôi cố định 106 1.2. Phương án phôi di chuyển trên trục Y , dụng cụ gia công di chuyển theo 2 trục X và Z 107 1.3. Phôi di chuyển theo 2 trục X và Y, dụng cụ gia công di chuyển theo trục Z. 108 1.4. So sánh 3 phương án 109 II. Lựa chọn cơ cấu truyền động 110 2.1. Vít me đai ốc thường 110 2.2. Vit me đai ốc bi 111 2.3. Phương án dùng đai 113 III. Lựa chọn loại khoan 114 IV. Lựa chọn cơ cấu dẫn hướng các trục : 117 V. Kết luận 119 C - KẾT CẤU CƠ KHÍ CHÍNH CỦA MÁY CNC VÀ QUY TRÌNH GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH 120 I. Kết cấu chung của máy CNC 120 1.1. Phần cố định 122 1.2. Phần di chuyển dọc theo trục Z 122 1.3. Phần di chuyển dọc theo trục X 123 1.4. Phần di chuyển dọc theo trục Y 124 II.Các chi tiết chính trong máy CNC 124 2.2. Chi tiết dẫn hướng trung gian 125 9 Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử 3 - K47 2.3. Chi tiết sống trượt mang cá trục Z 126 2.4. Chi tiết rãnh trượt mang cá trục Z 127 2.5. Chi tiết bàn máy 127 2.6. Chi tiết Etô kẹp phôi 128 III.Quy trình công nghệ gia công các chi tiết điển hình : 128 3.1 Thiết kế quy trình công nghệ gia công gá động cơ 128 3.1.1. Xác định đường lối công nghệ 128 3.1.2. Lập qui trình công nghệ 128 3.1.3. Thiết kế nguyên công 129 3.2 Thiết kế quy trình công nghệ gia công sống trượt 136 3.2.1. Xác định đường lối công nghệ 136 3.2.2. Lập qui trình công nghệ 136 3.3.3. Thiết kế nguyên công 137 D - NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC 143 I. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển 143 1.1. Khối nguồn 143 1.2. Khối máy tính 143 1.3. Khối Vi điều khiển 144 1.4. Khối cách ly quang 144 1.5. Khối mạch công suất và Role đóng điện động cơ khoan 144 1.6. Khối cơ cấu chấp hành 144 II.Các phương pháp điều khiển gia công (các phương pháp nội suy ): 145 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ROBOT CHO HỆ THỐNG 149 A - KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ROBOT 149 I. Khái niệm về Robot 149 1.1. Robot và Robotics 149 1.2. Robot công nghiệp 151 1.3. Bậc tự do của Robot ( DOF: Degrees of Freedom ) 152 1.4. Hệ toạ độ ( coordinate frames ) 152 1.5. Trường công tác của robot ( Workspace or range of motion ) 153 1.6. Kêt cấu chung của Robot công nghiệp 154 II. Phân loại Robot 156 2.1. Phân loại theo kết cấu 156 2.2. Phân loại theo kiểu điều khiển 156 2.3. Phân loại theo hệ thống truyền động 156 2.4. Phân loại robot theo ứng dụng 157 III. Vai trò của robot trong hệ thống MiniCIM 157 3.1. Yêu cầu đối với robot công nghiệp 157 3.2. Đặc tính công nghệ của robot công nghiệp 157 B - TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ROBOT 163 I. Các thông số kỹ thuật của Robot 163 II. Động học cho robot 164 2.1. Các phép biến đổi thuần nhất 164 10 [...]... - K47 III Hệ thống vận chuyển tích trữ Hệ thống vận chuyển tích trữ có nhiệm vụ vận chuyển phôi, chi tiết, dụng cụ, phoi trong hệ thống, tích trữ các bán thành phẩm trong quá trình di chuyển giữa các nguyên công trong quy trình công nghệ 3.1 Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển - tích trữ Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển - tích trữ chia làm 2 nhóm: nhóm thiết bị chính, nhóm thiết vị phụ... hợp và điều khiển qua phần mềm tích hợp Một hệ thống CIM cơ bản bao gồm các máy CNC, robot, hệ thống vận chuyển tích trữ, kho chứa, hệ thống kiểm tra và hệ thống điều khiển Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống CIM 27 Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử 3 - K47 I Máy CNC Máy CNC là một trong những bộ phận cơ bản nhất không thể thiếu trong một hệ thống CIM Chúng ta đã biết trước thế hệ máy CNC đã có máy công cụ thông thường... tranh mạnh của nhiều công ty trên phạm vi toàn cầu thì yêu cầu ứng dụng một hệ thống CIM cho sản xuất là rất cần thiết Trong hệ thống CIM chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau cho phép khép kín chu trình chế tạo sản phẩm và tạo ra sản phẩm một cách nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả Với hệ thống CIM, nó có khả năng cung cấp sự trợ giúp máy tính cho tất cả các chức... đất nước thì việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các hệ thống FMS & CIM đã và đang được quan tâm đặc biệt Hiện nay CIM còn là một khái niệm khá mới mẻ đối với các nhà máy tại Việt Nam Hầu như không thấy sự ứng dụng của các hệ thống CIM trong sản xuất mà chỉ có một số rất ít các hệ thống Mini CIM được sử dụng trong đào tạo tại một số trường đại học về kỹ thuật Tiêu biểu là hệ thống MiniCIM của trường... gian thiết kế sản phẩm mới - Giảm chi phí cho việc tiếp nhận chi tiết mới - Giảm thời gian thiết kế dụng cụ cắt - Tăng khả năng khai thác hệ thống CIM - Giảm thời gian lập quy trình công nghệ - Giảm số lượng dụng cụ cắt bị hỏng Tế bào gia công: CM (Cellular Manufacturing) là thiết bị sản xuất thường dùng để chế tạo các chủng loại chi tiết khác nhau Công nghệ nhóm trong quy trình sản xuất đã tạo ra CM Hệ. .. tích hợp mối quan hệ giữa khách hàng và nhà sản xuất, các dữ liệu quản lý trong các hệ thống CIM Chỉ tiêu “công cụ và công nghệ tiên tiến cho việc ứng dụng CIM” được nghiên cứu về robot, tự động hóa và sản xuất trí tuệ Chỉ tiêu “mô hình hệ thống sản xuất” được nghiên cứu về tích hợp các mô hình thông tin với các mô hình chức năng của CIM, mô hình mô phỏng tích hợp của CIM và các hệ thống thiết kế của CIM... Cảm biến hỗ cảm 229 III Hệ điều khiển của robot .232 3.1 Hệ thống điều khiển khí nén .232 3.1.1 Ưu, nhược điểm của khí nén 232 3.1.2 Máy nén khí - Thiết bị phân phối khí nén: 232 3.1.3 Các phần tử trong hệ thống điều khiển 233 3.1.1 Van điều khiển dòng khí 241 3.1.4 Hệ thống khí nén trong robot .242 3.2 Hệ thống điều khiển điện 242... Chỉ tiêu “Ứng dụng trí tuệ nhân tạo bao gồm các hướng nghiên cứu về ứng dụng các mạng notron trong tự động hóa sản xuất, hệ thống hoạch định trí tuệ và các mô hình thích nghi của CIM Các hướng nghiên cứu để phát triển CIM: Trong phạm vi nghiên cứu về hợp lý hóa CIM và chiến lược quản lý CIM, sự phát triển của hệ thống thông tin quản lý đã thúc đẩy việc ứng dụng hệ thống trợ giúp ra quyết định DSS... của nhân viên văn phòng Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính CAD: - Nâng cao năng suất và giảm thời gian thiết kế sản phẩm - Giảm thời gian thiết kế dụng cụ và đồ gá được 12 ÷ 25% - Nâng cao chất lượng thiết kế, do đó nâng cao được chất lượng sản phẩm - Tạo ra được tài liệu có chất lượng cao - Loại trừ được các công việc lặp lại - Tiết kiệm thời gian và giảm giá thành khi chế tạo sản phẩm mới - Tiêu... thỏa mãn nhu cầu của khách hàng, chu kỳ chế tạo sản phẩm ngắn, yêu cầu sáng tạo sản phẩm và trả lời nhanh Vòng thứ hai mô tả các hệ thống toàn cầu, đó là các nhà máy ảo, các hệ thống sản xuất toàn cầu và những hoạch định sản xuất mang tính chiến lược Vòng thứ ba giải thích cách thức thực hiện, đó là sự liên kết toàn cầu về sản xuất, sự liên kết của các công nghệ tiên tiến, sự chuyên môn hóa và phân . đã nghiên cứu, khảo sát về các hệ thống CIM đã và dang được ứng dụng, sau đó lựa chọn hệ thống phù hợp để thiết kế và chế tạo. Quá trình thiết kế, chế tạo cơ khí và quá trình thiết kế hệ thống. ĐỀ TÀI : Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống MiniCIM II. NỘI DUNG Chương I. Tổng quan về hệ thống CIM. Chương II. Cấu trúc hệ thống CIM. Chương III. Thiết kế máy CNC. Chương IV. Thiết kế robot. Chương. dung thiết kế đồ án tốt nghiệp. NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO HỆ THỐNG MINICIM Chương I. Tổng quan về hệ thống CIM. Chương II. Cấu trúc hệ thống CIM. Chương III. Thiết kế máy CNC. Chương IV. Thiết