THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ĐỊNH HÌNH NHANG NỤ
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY ĐỊNH HÌNH NHANG NỤ SVTH :Nguyễn Hữu Sang Lớp : 02 CLC GVHD : TS. Phạm Đăng Phước TÓM TẮT : Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo một máy định hình “Nhang Nụ” . Sử dụng vi điều khiển AT89C51 để điều khiển quá trình hoạt động của máy. Máy thiết kế có thể cho ra những sản phẩm thật. Máy có thể được dùng trong nghiên cứu, học tập của sinh viên ngành Sản xuất tự động và Cơ điện tử. Cũng có thể phát triển đề tài để ứng dụng vào các thiết bị điều khiển tự động khác trong thực tế. ABSTRACT: This article presents the results of reseach on designing, manufacturing and control an automatic squeeze machine used for making “Nhang Nụ”. Machine is controlled by AT89C51 microcontroller. Machine can squeeze real product. It can be used for studying and reseach of students. The result of this reseach can be also applied to other automatic control equipments. GIỚI THIỆU : Việc tạo hình bằng tay cho các sản phẩm “Nhang Nụ” tuy đơn giản nhưng năng suất thấp và chất lượng không đồng đều. Do đó nếu việc tạo hình “Nhang Nụ” được thực hiện bằng máy kết hợp với việc đưa phôi vào, ép định hình và lấy sản phẩm một cách tự động sẽ tăng năng suấ t sản xuất , chất lượng “Nhang Nụ” ổn định, các sản phẩm đồng đều …. Dẫn đến giá thành của một sản phẩm sẽ giảm. Máy định hình “Nhang Nụ” được thiết kế và chế tạo dựa trên ý tưởng trên. Tuy nhiên vì không đủ điều kiện đề chế tạo máy hoàn chỉnh dạng công nghiệp, nên đề tài chỉ chế tạo một máy ở khâu ép. Tất cả các chuyển động c ủa máy đều được điều khiển tự động theo một chu trình chọn trước, đảm bảo quá trình cấp liệu, ép định hình và lấy sản phẩm ra. Đề tài nghiên cứu gồm có hai nội dung chính : Phần thiết kế, chế tạo cơ khí và phần thiết kế điều khiển tự động . I. THIẾT KẾ CƠ KHÍ : Trên cơ sở phân tích một chu trình tạo hình của máy, ta có thể tính toán các thông s ố động học chủ yếu của máy nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật trong quá trình máy làm việc. 1.1 Giới thiệu về chu trình ép của máy: Quá trình thực hiện một chu trình ép như sau : Đầu tiên phôi được định hình sơ bộ dưới dạng hình trụ và được gim trên bàn gá, băng tải đưa bàn gá đã có sẵn phôi trụ vào vị trí chuẩn bị ,động cơ (3) được khởi động làm cánh tay (10) chuyển động đư a bàn gá vào vị trí ép, sau khi bàn gá phôi vào đúng vị trí, động cơ (3) chuyển động theo chiều ngược lại về vị trí sẵn sàng, đồng thời động cơ (1) được khởi động đưa khuôn ép chuyển động xuống thực hiện ép bánh, sau khi đã ép xong động cơ (1) đảo chiều đưa khuôn chuyển động lên trên, sau đó động cơ (1) ngừng quay, động cơ (2) được khởi động làm chuyển động cánh tay (9) thực hiện công việc g ạt phoi thừa ra khỏi khuôn, sau đó động cơ (2) đảo chiểu để rút cánh tay về vị trí ban đầu. §C1 §C2 §C3 3 8 9 10 4 5 6 7 11 2 1 Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy Chú thích : 1. Động cơ ép 2. Bánh răng được gắn với trục động cơ 1 3. Bánh răng được gắn với trục của vítme 4. Đai ốc 5. Vít me 6. Khuôn ép 7. Bàn chứa sản phẩm ( sau khi định hình xong ) 8. Động cơ 2 9. Cánh tay gạt phoi thừa 10. Cánh tay đẩy phôi vào vị trí cần ép định hình 11. Động c ơ 3 1.2 Các thông số động học chủ yếu của máy. 1.2.1 Tính toán thời gian của một chu kỳ ép định hình. Giả sử máy đạt năng suất 28 kg/ giờ Trọng lượng của mỗi “Nhang Nụ” là 29,6 g Máy được thiết kế mỗi lần ép được 9 “Nhang Nụ”. Vậy số lần ép trong một phút sẽ là: 75,1 60*9*6,29 1000*28 = lần / phút Do vậy, thời gian chu kỳ ép là : s2,34 75,1 60 T == 1.2.2 Hành trình và vận tốc của các cơ cấu ép. Đối với cánh tay đẩy phoi thừa : Hành trình đi vào và đi ra chiếm khoảng thời gian T 0 = T 1 = 3 s Vận tốc trung bình s/mm3,88 3 265 T L VV 0 0 10 ==== Đối với cánh tay đưa phôi vào : Hành trình đi vào và đi ra chiếm khoảng thời gian T 2 = T 3 = 7,1 s Vận tốc trung bình s/mm33,37 1,7 265 T L VV 2 2 32 ==== Đối với cơ cấu ép : Hành trình đi xuống và đi lên chiếm khoảng thời gian T 4 = T 5 = 7 s Vận tốc trung bình s/mm4,11 7 80 T L VV 4 4 54 ==== 1.3 Lựa chọn phương án truyền động của máy. Nếu thiết kế một chiếc máy có thể ứng dụng ngay vào trong sản xuất, ta cần chọn các cơ cấu chuyển động tịnh tiến đảm bảo được độ chính xác, lực tác dụng lớn và điều khiển dễ dàng như là : vít me đai ốc (bi), các hệ hệ piston – xi lanh khí nén, thủy lực…Tuy nhiên với mục đích yêu cầu củ a đề tài là chế tạo một máy định hình “Nhang Nụ” có thể làm ra sản phẩm (đề tài vẫn còn mang tính mô hình), đặc biệt là điều kiện tài chính không cho phép, nên ở đây ngoài cơ cấu ép là vítme đai ốc (thường), còn lại hai cơ cấu chuyển động tịnh tiến ta sử dụng phương pháp truyền động bằng cách cho dây xích ăn khớp với đĩa xích trên một bộ trượt. Cơ cấu chuyển động tị nh tiến như thế này chuyển động êm, nhưng không được chính xác và đồng thời do dây xích được gá trên một bộ trượt nên lực truyền động sẽ không lớn lắm, đồng thời không có khả năng tự hãm (việc sử dụng bộ truyền này chỉ là giải pháp tình thế). Để tăng khả năng tự hãm của các cơ cấu (khắc phục lực quán tính ở đầu và cuối hành trình ) ta sử dụng m ột bộ giảm tốc kiểu bánh vít – trục vít ( tỉ số truyền 1/40 ) được gắn trực tiếp trên trục của động cơ điện một chiều và truyền chuyển động cho đĩa xích. Trên cơ sở vận tốc yêu cầu của mỗi khâu tịnh tiến và tỉ số truyền chọn trước của bộ giảm tốc trục vít – bánh vít, số vòng quay của động cơ một chi ều, ta tính toán được đường kính vòng chia của các đĩa xích ăn khớp với các dây xích của các cụm truyền động. Căn cứ các loại động cơ điện một chiều hiện có trên thị trường , có số vòng quay n = 1500 vòng/phút (dùng điện áp 12volts). Bộ truyền trục vít – bánh vít (tỉ số truyền 1/40 )được được gắn liền với động cơ vì thể khi qua bộ truyền trục vít bánh vít này thì số vòng quay còn lại là : n’ = 1500/40 = 37,5 vòng/phút Trên cơ sở phương án động học đã chọn, đề tài đã tính toán các thông số của các động cơ, bộ truyền đảm bảo được các yêu cầu truyền động 1.4 Thiết kế kết cấu của máy. Kết cấu chung của máy như hình 1 Hình 1.4.1: Kết cấu của máy đã thiết kế Hình 1.4.2 Sản phẩm “Nhang Nụ” được ép bằng máy II. THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN. Quá trình thiết kế phần điều khiển gồm các bước chính sau: + Chọn vi điều khiển 89C51. + Cảm biến được dùng là các công tắc hành trình, vì nó thích hợp cho việc chế tạo mô hình và đặc biệt là giá thành rẽ. + Xác lập giản đồ thời gian. + Lập sơ đồ thuật toán. + Thiết kế mạch. + Viết chương trình điều khiển. Việc chọn vi điều khiển AT89C51 để điều khiển thiết bị nhằm giảm giá thành chế tạo. Có thể dùng PLC để điều khiển nhưng giá thành máy sẽ cao (gấp trên 10 lần so với dùng vi điều khiển), không phù hợp với điều kiện tài chính của đề tài. Hơn nữa, dùng vi điều khiển tạo điều kiện cho việc nghiên cứu, học hỏi thêm về điều khiển tự động ngoài các kiến thức đã được học ở trường. Trên cơ sở giản đồ thời gian và sơ đồ thuật toán đi ều khiển đã được xác lập, tiến hành thiết kế mạch. Việc thiết kế vẽ mạch được tiến hành bằng phần mềm ORCAD. Chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ Assembler, sau đó được dịch và nạp vào EPPROM của viđiều khiển 89C51. Hình 2.1 Mạch điều khiển III. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 1. Kết quả đạt được: Về mặt khoa học : • Đề tài đã giải quyết một thiết bị tự động tương đối hoàn chỉnh. • Vận dụng được những kiến thức mà sinh viên đã được học và nghiên cứu mở rộng. Về mặt thực tiễn: • Đề tài có thể dùng làm mô hình học tập cho sinh viên chuyên ngành “Sản xuất tự động hóa” và “Cơ đ iện tử”. • Nếu tiếp tục được hoàn chỉnh thì đề tài có thể được áp dụng trong sản xuất. 2. Hướng phát triển. 1. Hoàn thiện hơn về kết cấu cơ khí để có thể áp dụng trong sản xuất 2. Có thể thêm các bộ phận khác để hoàn chỉnh dây chuyền sản xuất “Nhang Nụ” . Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Trọng Hiệp, Nhà xuất bản giáo dục - 1999 Chi tiết máy (tập 1, 2) 2. Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm, Nhà xuất bản giáo dục - 1999 Thiết kế chi tiết máy 3. Ts.Nguyễn Văn Yến, Nhà xuất bản giao thông vận tải Thiết lập các bản vẽ trong đồ án chi tiết máy 4. Tống Văn Ôn – Hoàng Đức Hải, Nhà xuất bản lao động - xã hội Hà Nội 2002 Họ vi điều khiển 8051 5. Ngô Tấn Thông - Nguyễn Thế Tranh, Nhà xuất bản giao thông vận tải Thiết kế và chế tạo khuôn mẫu với PRO/ENGINEER WILDFIRE 2.0