thiết kế, chế tạo hệ thống khoan sản phẩm chính xác theo yêu cầu

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.2 Hình dáng xi lanh tác động kép có đệm giảm chấn 8 + Van điện từ AirTac 4V120-06 (2 coil, 5 cửa, 2 vị trí ) 8 Mô tả: 8 2.2.3 Van tiết lưu một chiều 10 Hình 2.5 Van tiết lưu một chiều 10 Hình 2.23 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu AC/DC tạo nguồn 1 chiều 33 3.1 Thiết kế chế tạo phần cơ khí 41 3.1.1 Dàn khoan 41 3.2.1 Động cơ chạy mũi khoan 43 1 2 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1Giới thiệu chung về hệ thống khoan Hệ thống khoan được sử dụng phổ biến trong các nhà máy để khoan kim loại hay phi kim và các vật liệu đơn giản, vật liệu rời. Hệ thống khoan cũng đang được tự động hóa theo dây chuyền nhất định nhằm nâng cao năng suất và giảm sự nặng nhọc cho người công nhân. Hệ thống này được lập trình điều khiển và giám sát trên PLC hoặc Vi Điều Khiển để đẩy cao công nghệ sản xuất, độ chính xác cao, tăng năng suất làm việc lên gấp nhiều lần so với công nghệ thủ công. Hệ thống điện-khí nén được dùng để đẩy các vật liệu phôi nặng, nhẹ tùy vào các ngành công nghiệp khác nhau. Trong công nghiệp dùng các xi lanh khí nén để kẹp chặt để gia công các loại phôi. Ngoài ra cũng có thể dùng xi lanh để đóng nắp chai tự động, dùng xi lanh làm tay chặn sản phẩm hay đẩy sản phẩm vào thùng… + Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, bền, vốn đầu tư không quá lớn và có thể điều khiển tự động. Làm việc tin cậy và năng suất hơn so với làm thủ công. + Nhược điểm: Do là mô hình phục vụ trong việc học tập nên hệ thống khoan nhỏ, công suất thấp, việc lựa chọn phôi để khoan là phôi gỗ hoặc phôi nhựa. Với nhược điểm này chúng em sẽ cố gắng sửa và nâng cao phát triển hệ thống công suất cao hơn như khoan được các loại kim loại hay phi kim để đề tài được phát triển cao hơn nữa. 1.2 Thực trạng của hệ thống khoan Nước ta hiện nay đang trong quá trình hội nhập và phát triển nhu cầu về tự động hóa trong hệ thống điều khiển là rất cần thiết.Mức độ tự động hóa ở nước ta vẫn ở trình độ thấp chưa phát huy hết thế mạnh của nó. Chính vì thế mà các sản phẩm được làm ra đạt chất lượng chưa cao và kém năng suất,nhìn chung trình độ tự động còn phụ thuộc nhiều vào sức người,chưa thấy được kết quả mà nó đem lại.Đồng thời chúng ta cũng phải tìm hiểu nó một cách đúng đắn.Do đó,ở phần này chúng ta sẽ biết được cách hoạt động không phải một cách khái quát mà là một cách cụ thể. 3 Đề tài hướng tới việc nghiên cứu về vi điều khiển kết hợp với điện-khí nén để điều khiển khoan sản phẩm.Kết quả thực hiện được một phần đáp ứng cho tiềm năng phát triển mở rộng trong tương lai với hệ thống dây truyền khoan. Giúp cho sinh viên làm quen với việc thiết kế chế tạo và sửa chữa các hệ thống trong ngành cơ khí, đo lường và điều khiển tự động hóa.Làm quen với lập trình vi điều khiển,quản lí vận hành thông qua máy tính. 1.3 Ứng dụng của hệ thống trong thực tế hiện nay - Ứng dụng thành công kiến thức về lý thuyết điện-khí nén, lập trình vi điều khiển vào thực hành và hoàn thiện kỹ năng nhạy bén cho sinh viên. - Ứng dụng thực tế trong công nghiệp vào hệ thống cấp phôi và khoan phôi. - Làm mô hình mẫu cho phòng thực hành khí nén và vi điều khiển cho khoa Điện – Điện Tử. 1.4 Ý tưởng thiết kế mô hình Dựa trên nền công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước ngày một phát triển, chính là đưa các trang bị công nghệ cao vào trong quá trình lao động để thay thế sức lao động thủ công của con người. Vì vậy, việc thiết kế chế tạo mô hình khoan phôi và phân loại sản phẩm là rất cần thiết. Vì hệ thống sẽ giúp ta kiểm soát sản phẩm và sản lượng khi đưa ra ở mỗi dây chuyền sản xuất. 1.5 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động để thiết kế, chế tạo hệ thống khoan sản phẩm chính xác nhập từ bàn phím. - Viết chương trình điều khiển hệ thống khoan dùng vi điều khiển. - Thiết kế hệ thống kẹp phôi và đẩy phôi sau khi khoan xong bằng khí nén, ứng dụng để điều khiển chạy hệ thống ngoài thực tế. 1.6 Kết luận, ý kiến về đề tài Đề tài dùng trong học tập dành cho sinh viên các ngành Cơ khí và Điện- Điện Tử. Với đề tài này chúng em cũng gặp khá nhiều trong thực tiễn, tuy chỉ là một khâu trong hệ thống sản xuất tự động. Nhưng cũng đã phần nào cho thấy thực tiễn của nó. Chúng em sẽ nắm bắt được phần nào những kinh nghiệm thực tiễn khi chế tạo và lắp đặt một hệ thống cấp phôi và gia công khoan tự động. Sự cần thiết của những mô hình hệ điều khiển hệ thống sản xuất tự động sẽ giúp chúng em những sinh viên có thể thực hành và sẽ không cảm thấy bỡ ngỡ khi ra trường và được làm trong môi trường tương tự . 4 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG HỆ THỐNG KHOAN 2.1 Hệ điều khiển khí nén ứng dụng trong đề tài. 2.1.1 Các yêu cầu chung về khí nén. + Trong lĩnh vực điều khiển. Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa (chất dẻo), hoặc là được sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện điện tử. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền tự động , trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói bao bì và trong công nghiệp hóa chất . + Các dạng truyền động sử dụng khí nén. - Các dụng cụ thiết bị máy va đập: Các thiết bị máy móc trong lĩnh vực khai thác, như khai thác đá, khai thác than, trong các lĩnh vực xây dựng công trình (xây dựng hầm mỏ, đường hầm). - Truyền động trục quay: Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén giá thành rất cao . Nếu so sánh với giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng một công suất, thì giá thành tiêu thụ của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn gấp 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng lại nhỏ hơn 30% so với động cơ cùng công suất. Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300, máy khoan công suất khoảng 2.5kw, cũng như máy mài có công suất nhỏ nhưng có số vòng quay cao 100.000 v/p thì sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là hợp lý hơn cả. - Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho truyền động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như phanh hãm của ô tô. - Trong các hệ thống đo lường và kiểm tra: Dùng trong các thiết bị đo lường và kiểm tra chất lượng sản phẩm. 2.1.2 Những đặc trưng của khí nén. 5 - Về số lượng: có sẵn ở khắp mọi nơi nên có thể sử dụng với số lượng vô hạn. - Về vận chuyển: khí nén có thể vận chuyển dễ dàng trong các đường ống với một khoảng cách nhất định. Các đường ống dẫn về không cần thiết với khí nén sau khi sử dụng sẽ được thoát ra ngoài môi trường sau khi đã thực hiện xong công tác. - Về lưu trữ: máy nén khí không nhất định phải hoạt động liên tục. Khí nén có thể được lưu trữ trong các bình khí để cung cấp khi cần thiết. - Về nhiệt độ: khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ. - Về phòng chống cháy nổ: không một nguy cơ nào gây cháy bởi khí nén nên không mất chi phí cho việc phòng cháy. Khí nén thường hoạt động với áp suất khoảng 6bar nên việc phòng nổ không quá phức tạp. - Về tính vệ sinh: khí nén được sử dụng trong các thiết bị đều được lọc các bụi bẩn, tạp chất nên thường sạch không có nguy cơ nào về mặt vệ sinh. Tính chất này rất quan trọng trong các ngành công nghiệp đặc biệt như: thực phẩm, vải sợi, lâm sản và thuộc da. - Về cấu tạo thiết bị: đơn giản nên rẻ hơn các thiết bị tự động khác. - Về vận tốc: khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lớn cho phép đạt được tốc độ cao (vận tốc làm việc trong các xilanh thường từ 1-2m/s). - Về tính điều chỉnh: vận tốc và áp lực của thiết bị công tác bằng khí nén được điều chỉnh một cách vô cấp. - Về sự quá tải: các thiết bị và các công cụ được khí nén đảm nhận tải trọng cho đến khi chúng dưng hoàn toàn nên sẽ không xảy ra quá tải. 2.1.3 Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. + Ưu điểm: - Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có thể trích chứa khí nén một cách thuận lợi. Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén. - Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít. - Đường dẫn khí nén ra (thải ra) không cần thiết (ra ngoài không khí). - Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn. - Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo. + Nhược điểm: - Lực truyền tải trọng thấp . 6 - Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện những chuyển động thẳng hoặc qua đều. - Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn. Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với cơ, hoặc với điện, điện tử. Cho nên rất khó xác định một cách chính xác, rõ ràng ưu, nhược điểm của từng hệ thống điều khiển. Tuy nhiên có thể so sánh một số khía cạnh, đặc tính của truyền động bằng khí nén đối với truyền động bằng cơ, bằng điện. 2.1.4 Sơ đồ nguyên lý truyền động điện khí nén Hình 2.1 Hệ thống điện – khí nén 2.2 Lựa chọn phần tử khí nén. Tùy thuộc vào từng yêu cầu của bài toán đặt ra để lựa chọn các phần tử điều khiển hệ thống cho phù hợp. Với yêu cầu đồ án của em là kẹp chi tiết để gia công em sẽ chọn một số phần tử sau: 2.2.1 Xilanh Chọn xi lanh tác động kép có đệm giảm chấn: 7 Hình 2.2 Hình dáng xi lanh tác động kép có đệm giảm chấn. Trong mô hình sử dụng: - 01 xi lanh KSQ 20-200A để đẩy phôi ra khỏi ổ chứa và kẹp chặt phôi - 01 xi lanh KSQ 20-200A để đẩy phôi sau khi đã gia công xong ra khỏi máng dẫn. 2.2.2 Chọn van điện từ. + Van phân phối 5/2 Van 5/2 có 5 cổng làm việc( vào(1), ra (2, 4) và hai cửa xả riêng cho mỗi trạng thái (3,5), có hai trạng thái, cả hai phía. Các van điều khiển bằng khí nén hay điện cả hai phía có đặc điểm như các van đã giới thiệu- là một phần tử nhớ hai trạng thái. Hình 2.3 Cấu tạo và kí hiệu van điện từ 5/2. + Van điện từ AirTac 4V120-06 (2 coil, 5 cửa, 2 vị trí ) Mô tả:  Loại van: 5 cửa 2 vị trí  Port size: 1/8" 8  Áp suất hoạt động :0.15-0.8 MPa.  Kích thước lỗ: 12mm 2  Nhiệt độ cho phép: -5~60 0 C  Chuẩn bảo vệ: IP65  Khối lượng: 175g + Kiểu tác động: Hai đầu điện. - 02 van điện 5/2 mã số : 4V120-06 dùng để điều khiển các xi lanh. Hình 2.4 Van Điện Từ 4V120-06 (2 coil, 2 vị trí, 5 vị trí) với các kích thước 9 2.2.3 Van tiết lưu một chiều. Van tiết lưu được sử dụng với mục đích điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành. Trong thực tế, thường có yêu cầu khác nhau về tốc độ đối với các hành trình của cơ cấu chấp hành nhằm đáp ứng về công nghệ và năng suất. Vì vậy van tiết lưu hai chiều ít được sử dụng độc lập mà thường được sử dụng kèm theo với van một chiều hoặc được chế tạo tích hợp trong cùng một vỏ để có một tiết lưu một chiều Hình 2.5 Van tiết lưu một chiều 10 [...]... sẽ xảy ra khi khi giá trị của TMR1 tràn từ FFFFh rồi về 0000h, lúc này TMR1IF sẽ bật lên Timer1 có 3 chế độ hoạt động : - Chế độ hoạt động định thời đồng bộ : Chế độ được lựa chọn bởi bit TMR1CS Trong chế độ này xung cấp cho Timer1 là Fosc/4, bit T1SYNC không có tác dụng - Chế độ đếm đồng bộ : trong chế độ này, giá trị của timer1 sẽ tăng khi có xung cạnh lênh vào chân T1OSI/RC1 Xung clock ngoại sẽ được... giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ … Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như hình 2.14: 22 Hình 2.14: Sơ đồ chân của LCD Chức năng các chân : 23 Chân Ký hiệu 1 Mô tả Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của... tên cho con vi điều khiển đầu tiên của họ Hãng Micrchip tiếp tục phát triển sản phầm này và cho đến hàng đã tạo ra gần 100 loại sản phẩm khác nhau PIC16F887A là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu hết tất cả các ứng dụng thực tế Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới làm quen với PIC có thể học tập và tạo nền tản về họ vi điều khiển PIC của mình Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A... số lượng tiếp điểm đến 4 cặp thường đóng và thường mở công xuất tiếp điểm 5A, 250VAC, 24V DC, Trong mô hình hệ thống phân loại sản phẩm đã sử dụng Rơle trung gian 4 cặp tiếp điểm MY4N của OMRON 34 Hình 2.25 Rơle trung gian dùng trong mô hình 2.12 Cảm biến quang Hình 2.26 Cảm biến quang * Cấu tạo và ứng dụng: - Cảm biến quang là tổ hợp của các linh kiện quang điện Khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ... của tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp 7 - 14 DB0 DB7 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này : + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7 + Chế độ 4 bit : Dữ liệu được... khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì chúng ta nhất thiết phải đọc được góc quay của motor Một số phương pháp có thể được dùng để xác định góc quay của motor bao gồm tachometer, dùng biến trở xoay, hoặc dùng encoder Trong đó 2 phương pháp đầu tiên là phương pháp analog và dùng optiacal encoder (encoder quang) thuộc nhóm phương pháp digital Hệ thống optical encoder bao gồm một nguồn phát quang (thường... 11ns) và turn off ( 39ns) - Tần số chuyển mạch cực đại là 1Mhz 32 2.10 Thiết bị điện một chiều Hình 2.23 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu AC/DC tạo nguồn 1 chiều Nguyên lý chung của mạch chỉnh lưu điện áp: - Máy biến áp: Có thể là MBA loại cảm ứng, BA tư ngẫu hay BA xung, có tác dụng thay đổi biên độ điện áp xoay chiều cho phù hợp với yêu cầu điện áp 1 chiều đầu ra, ngoài ra còn cố tác dụng cách ly với nguồn,... dụng Diot hay van bán dẫn cố điều khiển, chỉ dẫn dòng điện theo 1 chiều, khi điện áp biến thiên theo chiều ngược lại thì khóa Dựa vào linh kiện là Diot hay van điều khiển mà phân loại mạch chỉnh lưu là có điều khiển hay không điều khiển; dựa vào kết nối mạch phân loại thành chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh lưu cầu; hay dựa theo số pha có chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha -Mạch lọc:... DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD 5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc 6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E + Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi... là phương pháp sử dụng ít tài nguyên nhất (ít tốn thời gian cho encoder) Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là không xác định được chiều quay, mặc khác phương pháp này không ổn định khi vận tốc động cơ có sự thay đổi lớn - Sử dụng ngắt ngoài: đây là phương pháp dễ nhưng chính xác để đọc encoder và cũng là phương pháp được dùng trong đề tài này Ý tưởng của phương pháp rất đơn giản, chúng ta nối kênh . thiết kế, chế tạo hệ thống khoan sản phẩm chính xác nhập từ bàn phím. - Viết chương trình điều khiển hệ thống khoan dùng vi điều khiển. - Thiết kế hệ thống kẹp phôi và đẩy phôi sau khi khoan xong. cần thiết. Vì hệ thống sẽ giúp ta kiểm soát sản phẩm và sản lượng khi đưa ra ở mỗi dây chuyền sản xuất. 1.5 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động để thiết kế, chế. AC/DC tạo nguồn 1 chiều 33 3.1 Thiết kế chế tạo phần cơ khí 41 3.1.1 Dàn khoan 41 3.2.1 Động cơ chạy mũi khoan 43 1 2 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1Giới thiệu chung về hệ thống khoan