THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT DÂY TUBE TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TAI NGHE ĐIỆN THOẠI

Trong dây chuyền sản xuất ra sản phẩm của nhà máy thì khâu cắt dây Tube là không thể thiếu,là một khâu chuyển tiếp trong toàn dây chuyền sản xuất.Vì thế,năng suất của khâu này ảnh hưởng rất lớn đến năng suất của toàn dây chuyền nhà máy. Trước khi người ta cắt dây bằng phương pháp thủ công, với các nhược điểm chính sau: • Sai số lớn dẫn đến độ dài dây có độ chính xác không cao • Cần nhiều nhân công( tối thiểu là 3 người)→Chi phí tăng • Thời gian cắt dài →Giảm tiến độ sản xuất của toàn dây chuyền  Năng suất không cao. Để khắc phục những nhược điểm đó nhằm tăng năng suất lao động và nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất của công ty → Đó cũng là tính cấp thiết, ứng dụng thực tế của máy cắt dây Tube.

Đ Ạ I H Ọ C Đ À N Ẵ N G

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

P.F.I.E.V

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT DÂY TUBE

TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TAI NGHE ĐIỆN THOẠI

GVHD : PGS.TS Trần Xuân Tùy CBHD : Ks Nguyễn Công Minh GVD : Ths Nguyễn Đắc Lực SVTH : Trần Văn Tâm

Trần Văn Tùng Lớp : 10CLC1

Chuyên Ngành : Sản Xuất Tự Động

TÓM TẮT

Trong luận văn này nhóm tiến hành nghiên cứu kỹ về Máy cắt dây Tube từ nguyên lý hoạt động, các cơ cấu thường dùng trong thực tế, cho đến gia công, lắp ráp các phần tử cơ khí

Đồng thời, nhóm cũng xây dựng hệ thống điều khiển của máy dựa trên Plc Delta 14SS2 kết hợp với mạch hiển thị dùng vi điều khiển PIC 16F88 Hơn nữa, nhóm cũng tích cực trong việc cải tiến máy ở khâu xếp dây sau khi cắt nhằm nâng cao năng suất làm việc của máy

Luận văn đã hoàn thành đúng thời hạn, đảm bảo mục tiêu đặt ra với việc thực hiện được những công việc sau:

- Tìm hiểu chung về máy cắt dây Tube

- Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động và các cơ cấu tương tự

- Thiết kế phần cơ khí và các kết cấu của máy

- Tính toán điều kiện bền, các lực tác động lên máy

- Xây dựng hệ thống điều khiển với thuật toán và chương trình cụ thể

- Tích cực nghiên cứu phương pháp cải tiến để nâng cao hiệu quả của máy trong sản xuất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Trong chương này trình bày những hiểu biết chung về công ty Foster Đà Nẵng và tổng quan máy cắt tube ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tai nghe điện thoại tại công ty.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong dây chuyền sản xuất ra sản phẩm của nhà máy thì khâu cắt dây Tube

là không thể thiếu,là một khâu chuyển tiếp trong toàn dây chuyền sản xuất.Vì thế,năng suất của khâu này ảnh hưởng rất lớn đến năng suất của toàn dây chuyền nhà máy Trước khi người ta cắt dây bằng phương pháp thủ công, với các nhược điểm chính sau:

• Sai số lớn dẫn đến độ dài dây có độ chính xác không cao

• Cần nhiều nhân công( tối thiểu là 3 người)→Chi phí tăng

• Thời gian cắt dài →Giảm tiến độ sản xuất của toàn dây chuyền

 Năng suất không cao

Để khắc phục những nhược điểm đó nhằm tăng năng suất lao động và nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất của công ty

→ Đó cũng là tính cấp thiết, ứng dụng thực tế của máy cắt dây Tube

1.2 Giới thiệu về công ty thực tập:

1.2.1 Giới thiệu về tập đoàn:

Foster Electric, một trong những tập đoàn hàng đầu chuyền sản xuất các thiết bị điện tử, hệ thống loa, tai nghe, micro speaker, loa thiết bị âm thanh, loa xe hơi

 Các sản phẩm chính:

Tai nghe di động , ống nghe đài, thiết bị nghe chuyên nghiệp…

1.2.2 Giới thiệu về công ty Điện tử Foster Đà Nẵng:

Công ty có trụ sở tại KCN Hòa Cầm, Thành phố Đà Nẵng, được thành lập vào tháng 06/2008 với 100% vốn đầu tư của Tập đoàn Foster và đi vào hoạt động tháng 01/2009 Công ty chuyên sản suất các loại tai nghe điện thoại(Headphones) với số lượng nhân viên là 9045 ngưởi (số liệu tháng 12/2014)

1.3 Giới thiệu về khâu cắt dây Tube và máy cắt Tube:

Trong dây chuyền sản xuất ra sản phẩm của nhà máy thì khâu cắt dây Tube

là không thể thiếu,là một khâu chuyển tiếp trong toàn dây chuyền sản xuất.Vì

thế,năng suất của khâu này ảnh hưởng rất lớn đến năng suất của toàn dây chuyền nhà máy

1.4 Định nghĩa về dây Tube và máy cắt dây Tube:

1.4.1 Dây Tube dùng để sản xuất tai nghe:

Dây Tube là một loại dây điện đặc dụng được dùng trong việc sản xuất tai nghe điện thoại Phôi được công ty nhập khẩu từ các nhà cung ứng nước ngoài với số lượng lớn, dưới dạng cuộn tròn với hai mặt hang chính là:

• Cuộn dây có tổng chiều dài 3000 m

• Cuộn dây có tổng chiều dài 2000 m

Dây Tube có dạng màu trắng, bao gồm hai phần:

• Vỏ nhựa bọc phía ngoài với đường kính ngoài khoảng 3 mm và đường kính trong khoảng 1÷ 1.5 mm, với độ dày khoảng 2 mm Vỏ nhựa này cách điện rất tốt, mềm, dẻo và có các đặc tính cơ học vượt trội như: chống xước, chống thấm nước…

• Lõi đồng phía trong có đường kính khoảng 1 mm, tương đối cứng, là thành phần được tuốc bỏ ở các khâu tiếp theo

1.4.2 Máy cắt dây Tube:

Máy cắt dây Tube được thiết kế chủ yếu để sản xuất hàng A10 giành cho hãng Aple của nhà máy, được thiết kế nguyên vẹn theo tiêu chuẩn của hãng Aple

Phần lớn các chi tiết của máy được chuyển giao trực tiếp từ tập đoàn Aple cho nhà máy, các chi tiết còn lại được gia công tại xưởng cơ khí, ngoại trừ các chi tiết đặc dụng thì đặt mua theo đơn hàng như: xi lanh, lưỡi dao, plc, van…

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY

Trong chương này trình bày những vấn đề chung, thành phần và nguyên lý hoạt động của của máy cắt Tube, cũng như xây dựng phương án thiết kế, lựa chọn vật liệu cho phù hợp

2.1 Nguyên lý hoạt động của máy cắt Tube:

 Các thành phần chính:

1 Cuộn dây Tube cần để cắt

2 Động cơ bước

3 Bộ truyền đai răng

4 Van điều khiển 5-2

5 Hai bánh rulô

6 Lưỡi dao cắt

7 Xi lanh

8 Bộ nguồn

9 Plc Delta

10 Driver

2.1.1 Nguyên lý hoạt động:

Ý tưởng ban đầu:

Dùng động cơ bước điều khiển số vòng quay của rulô, số vòng quay đó sẽ tương ứng với chiều dài của dây theo yêu cầu, cuối cùng ta tiến hành cắt dây để được sản phẩm thỏa mãn yêu cầu ban đầu

Nguyên lý hoàn thiện:

Thông qua chương trình của hệ điều khiển ta điều khiển số vòng quay của động cơ bước với một chu kỳ đếm nhất định ,tương ứng với mỗi lần quay của động

cơ thì hai bánh rulô sẽ kéo một đoạn dây tương ứng,lưỡi dao được gắn trên piston của xi lanh được điều khiển bởi van 5-2 có liên kết với Plc sẽ thực hiện việc cắt dây.Quá trình cứ lặp lại cho đến hết một chu kỳ cắt theo cài đặt, ta sẽ được số đoạn dây với chiều dài như yêu cầu(sai số cho phép ±3 mm)

2.2 Phương án thiết kế:

2.2.1 Thiết kế phần cơ khí:

Sau đây chúng ta sẽ thiết kế và chọn vật liệu cho từng chi tiết chính của máy:

 Hai bánh rulô:

• Bánh lớn có đường kính 65 mm, dài 75 mm

• Trục bánh lớn có đường kính 20 mm

• Bánh nhỏ đường kính 50 mm, dài 75 mm

• Trục bánh nhỏ có đường kính 15 mm

Để đảm bảo tính đàn hồi, tăng tính ma sát của hai bánh với nhau và đối với sợi dây Vì thế, ta chọn vật liệu cao su để chế tạo hai bánh rulô là phù hợp

 Lưỡi dao cắt:

Ta có thể chọn lưỡi cắt đủ sắc, đủ cứng, có trọng lượng nhất định và có đường dao hợp lý để có thế cắt đứt dây một cách nhanh chóng và chính xác

→Lưỡi dao cắt được gia công ở chế độ đặc biệt với vật liệu(CD80)

 Hai lò xo:

Từ đó, ta chọn lò xo có đô cứng khoảng 10 N/mm là đạt yêu cầu

2.2.2 Thiết kế phần điện:

 Động cơ :

Nhóm chọn động cơ là động cơ bước loại 86BYGH250B với các thông số:

• Chiều dài 115 mm

• Momen giữ 5.2 N.m

• Loại 4 dây

• Dòng 6A

• Momen hãm 18.5 N.cm

• Cân nặng 2.2 kg

 PLC Delta DVP-SS2:

Vì PLC chủ yếu để điều khiển van 5-2 thông qua cổng Y5, rồi kết nối với Driver và nối với cổng RS485 để giao tiếp với mạch hiển thị, nên cũng không cần dùng locại PLC lớn có nhiều cổng Từ đó, nhóm chọn loại PLC Delta 14 cổng với những đặc điểm sau:

• Có số cổng đủ để lập trình điều khiển các cơ cấu của máy

• Kích thước nhỏ, gọn có thể tiết kiệm không gian trong tủ điện

• Cách đấu dây đơn giản, từ đó dễ lắp ráp, vận hành, sửa chữa

• Tính chính xác và ổn định cao

• Giá thành hợp lý, khoảng 1÷1.5 triệu VNĐ/cái

• Ngôn ngữ Ladder dễ lập trình, sử dụng và sửa chữa

 Cổng kết nối RS-485:

Vì trong PLC Delta DVP-SS2 tích hợp sẵn cổng giao tiếp RS-485 nên nhóm cho cổng giao tiếp này để giao tiếp giữa PLC với màn hình LCD

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU CƠ BẢN 3.1.Tính lực kéo dây và lực cắt dây

3.1.1 Lực kéo dây

Giả sử lực của lò lò xo tác dụng lên trục của bánh xe trên là F

Mô men xoắn trên trục bánh rulo là M(cũng là mô men trên trục động cơ)

Theo sơ đồ thì ta có:

F1

F

Bánh rulo trên

F

Fms

Bánh rulo dưới

Lực ma sát giữa bánh rulo trên và dây Tube : Fms1 = 2 x (Fx μ)/r1

Lực ma sát giữa bánh rulo dưới và dây Tube : Fms2 = 2 x (Fx μ)/r2

1 1

.

2.

ms ms ms

r r

µ  + 



+



=

(với r1,r2 là bán kính của bánh rulo nhỏ và bánh rulo lớn)

Từ thực nghiệm ta tính được gần đúng độ cứng của lò xo cần dùng là 10N/mm

Do đó việc điều chỉnh lò xo cho ta có được độ lớn của lực cần thiêt F

3.1.2 Tính toán lực cắt dây.

Gọi Fcắt = P S với : P ≈ 0.5Kg/cm2 = 0.5x105 N/m2 :là áp suất đầu vào của xy lanh : S = 50cm2 =50x10-4 m2:là diện tích piston

Thay số vào ta có Fcắt = 0.5x105 x50x10-4= 250N

(Bỏ qua trọng lượng của dao và trục nối.)

Với lực cắt này thì có thể đảm bảo đạt yêu cầu, vì dây cần cắt là dây nhựa có lõi đồng( đường kính lõi <0.2mm)

3.2 Thiết kế trục

3.2.1 Chọn vật liệu

Do trục Rulo chịu tải trọng nhỏ và yêu cầu làm việc trong môi trường công nghiệp nên chọn vật liệu chế tạo trục là thép C45( dựa trên vật liệu có sẵn )

Thép C45 thường hóa với các thông số (bảng 3-8/40/TkCTM) :

σb = 600 N/mm2

σch = 300 N/mm2

HB = 200

3.2.2 Tính sức bền trục

a Tính sơ bộ trục

Đường kính trục được xác định theo momen xoắn như sau:

3 T

0.2[τ]

≥

Trong đó: T- momen xoắn, Nmm

[τ]- ứng suất cho phép, Mpa, với vật liệu là thép C45 thì có thể lấy [τ]= 20-35 Mpa

Vì tỉ số truyền u=1 nên có thể lấy momen xoắn trên 2 trục bằng nhau(bỏ qua hao tổn): T1=T2=8.5N.m

• Đường kính sơ bộ trục I

3 1

8.5

0.2x(20 35) mm

≥

• Đường kính sơ bộ trục II

3 2

8.5

0.2x(20 35) mm

≥

Như vậy với đường kính trục Rulo là d1 = 20mm, d2=15mm thì thõa mãn điều kiện cho phép

• d1 = 20 mm

• d2=15 mm

Để chuẩn bị cho bước tính gần đúng, trong ba trị số d1, d2 ở trên ta có thể lấy trị

số d2 = 15 mm để chọn loại ổ bi đỡ cỡ trung bình tra bảng 14P/339/TkCTM ta có được chiều rộng của ổ B =13mm

b Tính gần đúng trục

Ta tính toán chuyển vị, góc xoắn, lực tác dụng lên trục, momen uốn và ứng suất của các trục theo phần mềm RDM ta được các kết quả sau( các biểu đồ được thể hiện trong phần Phụ lục)

3.3 Thiết kế bộ truyền đai răng.

Đai răng là loại đai dẹt được chế tạo thành vòng kín, có răng ở mặt trong Khi vào tiếp xúc với bánh đai, các răng của đai sẽ ăn khớp với các răng trên bánh đai Do truyên lực bằng ăn khớp, truyền động đai răng có những ưu điểm : Không có trượt,

tỉ số truyền lớn (u ≤ 12, đôi khi u < 20), hiệu suất cao, không cần lực căng ban đẩu lớn, lực tác dụng lên trục và lên ổ nhỏ Đai răng được chế tạo từ cao su trộn với nhựa nairit hoặc được đúc từ cao su poliuretan (CKY-7) Lớp chịu tải chủ yếu là dây thép, sợi thủy tinh hoặc sợi poliamit

Chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc của truyền động đai răng là độ bển của răng đai Nó phụ thuộc trước hết vào độ bền của cao su và độ bám của cao su vào cốt, đổng thời phụ thuộc vào các đặc trưng hình học của răng đai và bánh đai

3.3.1 Xác định Modun và chiều rộng đai.

Theo điều kiện vật liệu có sẵn, ta có buly có số răng Z = 20, thiêt kế bộ truyền có tỷ

số truyền u =1

Đai răng có chiều dài Lđ= 201mm và có số răng là Zđ= 35 Suy ngược lại từ bảng thông sô chiều dài đai có được modun m=2

Chiều rộng đai b

.

d

b = ϕ m

Vậy ta chọn đai răng có bề rộng : b=12.5mm

Số răng Z1 của bánh đai nhỏ được chọn là 20 răng, phù hợp với bảng thông số răng

Từ đó số răng bánh đai lớn là Z2 = uZ1= 1x20=20 răng

Khoảng cách trục a.

Khoảng cách trục a được chọn thỏa điều kiện sau: amim ≤ ≤ a amax

0.5 (z z ) 2 m

a 2 (z z )

mim

m

Thay số vào ta được: 44 ≤ ≤ a 160(mm)

Số răng đai Zđ :

2

1 2 (z2 z )1

2

d

a z

Mà z1=z2 = 20 răng, p = 6.28(bảng 9)

1

47

d

z z p

; : thõa điều kiện

Đường kính vòng chia của các bánh đai:

d1 = mz1 = 2x20=40mm; d2 = mz2 = 2x20=40mm

Đường kính ngoài của bánh đai:

1

2

1

2

2 2 20 2 0.6 38.8

2 2 20 2 0.6 38.8

a

a

δ δ

Trong đó:

δ - khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình của lớp chịu tải, xem bảng 3.4.1

Số răng đổng thời ăn khớp trên bánh đai nhỏ:

0 1 1/ 360 20 180 / 360 10

Trong đó:

α1- góc ôm trên bánh đai nhỏ

1 180 [m(z -z )/a]57.32 1 180

Vơí giá trị Z0=10 răng và α1= 1800 thì thõa mãn được các điều kiện về ăn khớp giữa bánh đai và dây đai

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Nội dung chương này trình bày:

- Giới thiệu về Plc Delta DVP-14SS2, …

- Xây dựng thuật toán và chương trình bằng ngôn ngữ Ladder của Plc Delta.

4.1 Plc Delta DVP-14SS2:

DVP-14SS2 là dòng PLC Delta giá rẻ, độ ổn định cao, đang được sử dụng rộng rãi

trên thị trường hiện nay

4.2 Chương trình điều khiển dùng Plc Delta

 Ý tưởng ban đầu:

Khi ta nhấn Start ( X7 ), chương trình Plc sẽ phát xung để điều khiển động

cơ với tần số, số xung, khoảng gia tốc và đầu ra như yêu cầu, cụ thể ở đây ta lập trình cho driver 2000 xung thì động cơ quay được 1 vòng

Đồng thời, ta cũng kích hoạt bộ đếm Counter ( C50 ) để so sánh với giá trị trong một vùng nhớ được gửi xuống ở mạch hiển thị thông qua cổng giao tiếp RS485 ở trên

Khi giá trị của bộ đếm lớn hơn giá trị vùng nhớ đó thì máy sẽ dừng hoạt động và bộ đếm trở lại trạng thái ban đầu

Ngoài ra chúng ta còn dùng tiếp điểm ( S0 ) kết hợp với các bộ đếm thời gian Timer tạo ra thời gian dừng của động cơ khoảng 3 giây sau mỗi lần kéo dây để lưỡi dao thực hiện cắt dây trong mỗi chu kỳ cắt

Sau đó, ta nhấn Mode ( X0) tương ứng với nút ( BIT ) trên mạch hiển thị để kích hoạt bộ đếm Counter ( C0 ) Với bộ đếm ( C0 ) có 4 giá trị chạy từ 0 đến 3 tươn ứng:

• C0 = 0: Vào giao diện “Main Mode”

• C0 = 1: Cài đặt tần số

• C0 = 2: Cài đặt số xung

• C0 = 3: Chu kỳ cài đặt

Cuối cùng, máy sẽ hoạt động dựa trên những thông số mà người công nhân đã cài đặt, khi chạy hết một chu kỳ cài đặt ( dữ liệu trên mạch hiển thị gửi xuống ) thì máy dừng lại

Khi đó máy ở trạng thái chờ để công nhân nhấn nút Start ( X7 ) thì máy hoạt động theo chu kỳ tiếp theo

 Lưu đồ thuật toán(Bản vẽ 05)

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

1 Kết quả đạt được

- Máy hoạt động ổn định và sản xuất ra sản phẩm công nghiệp(dây Tube)

- Tìm hiểu nguyên lý máy, thiết kế kết cấu máy, cũng như gia công và lắp ráp các chi tiết của máy

- Xây dựng hệ thống điều khiển, chương trình Plc và giao tiếp thông qua cổng truyền thông RS485

- Thiết kế bộ phận cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất của máy

2 Hướng phát triển

 Xây dựng hệ thống giám sát cho toàn line 10 máy và kết nối các dữ liệu của

10 máy về một máy chủ nhằm:

• Tự động giám sát, thu thập dữ liệu của từng máy, cũng như tổng các số máy hoạt động trong ngày

• Kết nối dữ liệu các máy với nhau, từ đó ta dễ dàng biết được tình hình hoạt động của từng máy, cũng như của cả 10 máy, nhằm nâng cao năng suất làm việc của máy và công nhân

• Thuận tiện trong việc phát hiện và khắc phục nhanh chóng

sự cố trong khi sản xuất

• Dễ dàng trong việc quản lý sản lượng sản phẩm theo ca từ

đó giúp người quản lý hoạch định kế hoạch kinh doanh trong tương lai

 Tiếp tục cải tiến máy:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Văn Lẫm – Nguyễn Trọng Hiệp, Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất bản giáo dục, năm 1993

2 Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Nhà xuất bản Giáo dục, năm 1999

3 TS.Nguyễn Văn Yến, Thiết lập các bản vẽ trong đồ án chi tiết máy, Nhà xuất bản, Tháng 02 năm 2005

4 Tài liệu từ File : Help trong phần mềm WPLSoft 2.34 của Plc Delta

5 Tài liệu từ các website

http://www.hethongdieukhientudong.com/

http://www.aictac-vietnam.blogsport.com/

http://www.dientuvietnam.net/

http://picvietnam.com/

http://alldatasheet.com/

PHỤ LỤC

Chương trình PLC

Các biểu đồ chuyển vị, momen của trục tính theo RDM

Phụ lục được đính kèm theo