Đề Cương Tự Động Hóa

Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất 17 CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.1.. Tự động hóa sản xuất là một hướng phát triển của sản xuất chế tạo máy mà trong

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG TỰ ĐỘNG HÓA

1.1 Những khái niệm cơ bản 11

1.2 Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất 15

1.3 Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất 17

CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

2.1 Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động 18

2.2 Các hệ thống điều khiển tự động 25

CHƯƠNG III: TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CẤP PHÔI VÀ DỤNG CỤ 30

3.2 Tự động hóa cấp phát và kẹp chặt dụng cụ 35

4.1 Vai trò, chức năng của hệ thống kiểm tra tự động 44

4.3 Các loại Đattric 45 4.4 Các thiết bị kiểm tra tự động 50

CHƯƠNG V: TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ 58

5.1 Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh tĩnh 59

5.2 Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh động 61

5.3 Tự động điều khiển thành phần lực cắt dọc trục 62

5.4 Tự động điều khiển độ mòn dụng cụ cắt 63

5.5 Tự động điều khiển nhiều yếu tố công nghệ 64

6.1 Sự phát triển của dây chuyền tự động 65

6.2 Chủng loại chi tiết trên dây chuyền tự động 66

6.3 Yêu cầu đối với phôi trên dây chuyền tự động 66

6.4 Định vị chi tiết khi gia công trên dây chuyền tự động 67

6.5 Lập QTCN cho dây chuyền tự động 67

6.6 Các loại dây chuyền tự động 68 6.7 Cấu trúc của dây chuyền 70

7.1 Cấu trúc thành phần của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 72

7.2 Các nguyên tắc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 72

7.3 Rôbôt công nghiệp trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 80

7.5 Hệ thống vận chuyển – tích trữ tự động của FMS 91

7.6 Xác định thành phần thiết bị của hệ thống FMS 98

7.9 Kinh nghiệm ứng dụng FMS ở một số nước trên thế giới 106

CHƯƠNG VIII: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA TỰ ĐỘNG HÓA QTSX 107

A Phần 1: Phần lý thuyết

8.1 Sử dụng máy với hệ thống điều khiển linh hoạt 107

8.2 Sản xuất hàng loạt theo dây chuyền 108

8.3 Sản xuất tự động hóa linh hoạt 108

8.4 Môđun sản xuất linh hoạt 109 8.5 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần 109

8.6 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc cao 110

8.8 Ứng dụng rôbôt công nghiệp 110 8.9 Ứng dụng trí tuệ nhân tạo 111

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN

1 Tên học phần: Tự động hóa QTSX 1a – Mã số: 110711

2 Số tín chỉ: 02

3 Trình độ cho sinh viên năm thứ 5

4 Phân bổ thời gian giảng dạy trong học kỳ: (2,1,4)/12

Số tiết thực lên lớp: 3 tiết/tuần x 12 tuần = 36 tiết

- Lý thuyết: 3 tiết/tuần x 8 tuần = 24 tiết chuẩn

- Bài tập, thảo luận: 3 tiết/tuần x 3 tuần = 9 tiết chuẩn

- Kiểm tra giữa kỳ: 3 tiết

- Thí nghiệm, thực hành:

Tổng số: 24 tiết chuẩn + 9 tiết chuẩn + 03 tiết = 36 tiết chuẩn

5 Các học phần học trước: Các môn chuyên ngành: Máy, Công nghệ CTM, Đồ gá, Dụng cụ cắt

6 Học phần thay thế, học phần tương đương: không

8 Mô tả vắn tắt nội dung học phần:

Học phần trình bày nhiệm vụ, ý nghĩa của tự động hoá quá trình sản xuất cơ khí Những tính toán cần thiết về các bộ phận của hệ thống cấp phôi tự động và các quá trình khác như: kiểm tra, điều khiển các yếu tố công nghệ và những công việc cần giải

quyết của dây chuyền tự động

9 Nhiệm vụ của sinh viên

1 Dự lớp ≥ 80 % tổng số thời lượng của học phần

2 Chuẩn bị thảo luận.: SV chuẩn bị ở nhà

3 Khác: Thực hành trên dây chuyền Open CIM tại TTTN Trường ĐH KTCN

[2] - PGS.TS Trần Văn Địch – Sản xuất linh hoạt FMS và tích hoạt CIM – NXB KHKT, 2007

[3] – TS Trương Hữu Trí, TS Võ Thị Ry – Cơ điện tử - Các thành phần cơ bản – NXB KHKT, 2005

[4] – TS Trương Hữu Trí, TS Võ Thị Ry – Cơ điện tử - Hệ thống trong chế tạo máy – NXB KHKT, 2005

[5] – Robert H Bishop - The Mechatronics Handbook – NXB CrcPness, 2002 Bản dịch: Cơ điện tử Tập 1 – Biên dịch: Phạm Anh Tuấn – NXB ĐHQG Hà Nội, 2006 [6] – Mechatronics – Principles, Concepts and Applications – NXB McGraw – Hill, 2005

[7] – Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến – Cảm biến – NXB KHKT, 2000

11 Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên và thang điểm

* Tiêu chuẩn đánh giá

1 Chuyên cần;

2 Thảo luận, bài tập;

3 Kiểm tra giữa học phần;

Hình thức học

1 Chương I: Những khái niệm cơ bản trong tự động

hóa QTSX

1.1 Những khái niệm cơ bản

1.1.1 Cơ khí hóa

1.1.2 Tự động hóa sản xuất

1.1.3 Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất

1.1.4 Tự động hóa sản xuất linh hoạt

1.1.5 Hệ thống sản xuất linh hoạt

1,2,3,4,5,6,7 Giảng

1.1.6 Môđun sản xuất linh hoạt

1.1.7 Rôbôt công nghiệp

1.1.8 Tổ hợp Rôbôt công nghệ

1.1.9 Dây chuyền tự động linh hoạt

1.1.10 Công đoạn tự động hóa linh hoạt

1.1.11 Phân xưởng tự động hóa linh hoạt

1.1.12 Nhà máy tự động hóa linh hoạt

1.2 Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất

1.3 Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất

Chương II: Các thiết bị cơ bản và hệ thống điều

khiển trong tự động hóa QTSX

2.1 Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động

3.1 Tự động hóa quá trình cấp phôi

3.1.1 Tự động hóa cấp phôi rời

3.1.2 Cấp và kẹp phôi thanh trên các máy tự

động

3.2 Tự động hóa cấp phát và kẹp chặt dụng cụ

3.2.1 Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt

dụng cụ tự động

3.2.2 Yêu cầu và đặc tính của dụng cụ trong các

quá trình sản xuất tự động hóa

3.2.3 Điều chỉnh vị trí của dụng cụ cắt trên trục

gá và đế dao

1,2,3,4,5,6 Giảng

3.2.4 Cơ cấu chứa, thay thế và vận chuyển dụng

cụ tự động trên vị trí công tác

luận

4 Chương IV: Tự động hóa quá trình kiển tra

4.1 Vai trò, chức năng của hệ thống kiểm tra tự động

4.2 Phân loại thiết bị kiểm tra

4.3 Các loại Đattric

4.3.1 Đattric tiếp xúc điện:

4.3.2 Đattric cảm ứng

4.3.3 Đattric dung lượng điện

4.3.4 Đattric rung tiếp xúc

4.3.5 Đattric quang điện

4.3.6 Yêu cầu đối với sử dụng và bảo quản

đattric

1,2,3,4,5,6 Giảng

5 4.4 Các thiết bị kiểm tra tự động

4.4.1 Kiểm tra tự động bằng phương pháp trực

tiếp

4.4.2 Kiểm tra tự động đường kính ngoài bằng

phương pháp không tiếp xúc trực tiếp

4.4.3 Kiểm tra tự động đường kính lỗ

4.4.4 Kiểm tra tự động sai số hình dáng và sai số

vị trí tương quan

4.4.5 Máy kiểm tra phân loại tự động

4.4.6 Đồ gá kiểm tra tự động nhiều thông số

4.5 Một số hình thức kiểm tra

4.5.1 Kiểm tra tích cực khi mài

4.5.2 Kiểm tra tích cực khi mài khôn

4.5.3 Thiết bị kiểm tra tích cực khi mài răng

1,2,3,4,5,6 Giảng

6 Chương V:Tự động hoá điều khiển các yếu tố công

nghệ

5.1 Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh tĩnh

5.1.1 Gia công trên máy phay

5.1.2 Gia công trên máy tiện

5.1.3 Ưu nhược điểm của phương pháp điều

khiển kích thước điều chỉnh tĩnh

5.2 Tự động điều khiển kích thước điều chỉnh động

5.3 Tự động điều khiển thành phần lực cắt dọc trục

5.4 Tự động điều khiển độ mòn của dụng cụ cắt

Giảng

5.4.1 Tầm quan trọng, cơ sở của tự động điều

khiển độ mòn dụng cụ cắt

5.4.2 Phương pháp tự động điều khiển độ mòn

của dụng cụ cắt

5.5 Tự động điều khiển nhiều yếu tố công nghệ

Chương VI: Dây chuyền tự động

6.1 Sự phát triển của dây chuyền tự động

6.2 Chủng loại chi tiết trên dây chuyền tự động

6.3 Yêu cầu đối với phôi trên dây chuyền tự động

6.4 Định vị chi tiết khi gia công trên dây chuyền tự

động

6.5 Lập QTCN cho dây chuyền tự động

6.6 Các loại dây chuyền tự động

6.6.1 Dây chuyền gồm các máy tổ hợp

6.6.2 Dây chuyền gồm các máy xoay tròn

6.6.3 Dây chuyền gồm các máy CNC

6.6.4 Dây chuyền tự động điều chỉnh

6.6.5 Độ ổn định của dây chuyền tự động

6.7 Cấu trúc của dây chuyền

luận

9 Chương VII: Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

7.1 Cấu trúc thành phần của hệ thống sản xuất linh

7.4 Hệ thống kiểm tra tự động của FMS

7.4.1 Chức năng của hệ thống kiểm tra tự động

7.4.2 Cấu trúc của hệ thống kiểm tra tự động

7.4.3 Chế độ hoạt động của hệ thống kiểm tra tự

1,2,3,4,5,6 Giảng

7.7 Kho chứa tự động trong hệ thống FMS

7.7.1 Chức năng và thành phần của kho chứa tự

động

7.7.2 Các loại kho chứa tự động

7.7.3 Bố trí kho chứa tự động trong hệ thống

7.8.2 Con người trong hệ thống điều khiển FMS

7.8.3 Thiết kế hệ thống điều khiển FMS

7.9 Kinh nghiệm ứng dụng FMS ở một số nước trên

7.9.7 Hệ thống FMS ở Mỹ

7.9.8 Hệ thống FMS ở Pháp

7.9.9 Hệ thống FMS ở Anh

11 Chương VIII: Hướng phát triển của TĐH QTSX

8.1 Sử dụng máy với hệ thống điều khiển linh hoạt

8.2 Sản xuất hàng loạt theo dây chuyền

8.3 Sản xuất tự động hoá linh hoạt

8.3.1 Môđun sản xuất linh hoạt

8.3.2 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần

8.3.3 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc

cao

8.4 Ứng dụng kỹ thuật CIM

8.5 Ứng dụng Robot công nghiệp

8.6 Ứng dụng trí tuệ nhân tạo

1,2,3,4,5,6 Giảng

luận

CHƯƠNG I : NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG TỰ ĐỘNG HÓA

QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT I.1 Mục tiêu, nhiệm vụ

1 Mục đích:

- Sinh viên sẽ được cung cấp những khái niệm về: Cơ khí hóa, tự động hóa quá trình sản xuất, rô-bốt công nghiệp, dây truyền tự động, các thuật ngữ thường dùng trong lĩnh vực tự động hóa như: CAD, CAM, CIM, FMS, NC, CNC, DNC,

- Được cung cấp thông tin cơ bản về sự phát triển của khoa học tự động hóa và hướng phát triển trong tương lai

- Sinh viên được hiểu rõ những ý nghĩa mà tự động hóa quá trình sản xuất đem lại

2 Nhiệm vụ của sinh viên:

- Hiểu và thuộc các khái niệm: Cơ khí hóa, tự động hóa quá trình sản xuất, mức

độ linh hoạt của hệ thống tự động, dây chuyền sản xuất linh hoạt, rô-bốt công nghiệp

- Hiểu đúng các thuật ngữ thường dùng trong lĩnh vực tự động hóa: CAD, CAM, CIM, FMS, CAD/CAM, CAP, CAQ

- Nắm được các vai trò của tự động hóa quá trình sản xuất

- Tìm được các ví dụ sinh động cho các nội dung trên

I.2 Quy định hình thức học cho mỗi nội dung nhỏ

1.1 Những khái niệm cơ bản Giảng

1.2 Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất Giảng

1.3 Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất Giảng

I.3 Các nội dung cụ thể

A NỘI DUNG LÝ THUYẾT

1.1 Những khái niệm cơ bản

1.1.1 Cơ khí hóa (Mechanicalize)

Để tạo ra sản phẩm, các quá trình sản xuất thực hiện việc biến đổi vật chất, năng lượng và thông tin từ dạng này sang dạng khác Các quá trình này bao gồm 2 dạng sau: các quá trình chính (các chuyển động chính) và các quá trình phụ (các chuyển động phụ)

- Các quá trình chính là các quá trình trực tiếp làm thay đổi tính chất cơ lý hóa, hình dáng hình học ban đầu của phôi liệu để tạo ra sản phẩm yêu cầu

- Các quá trình phụ là các quá trình không làm thay đổi trạng thái của đối tượng, nhưng cần thiết kế cho các quá trình chính thực hiện được

Cơ khí hóa là quá trình thay thế tác động cơ bắp của con người khi thực hiện các quá trình công nghệ chính hoặc chuyển động chính bằng máy

Đặc điểm: nâng cao năng suất lao động, một số trường hợp không thay thế được con người (điều khiển, theo dõi )

Với quá trình sản xuất và công nghệ phức tạp khi mà số lượng các thông số tham gia vào quá trình lớn và có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian thì khả năng hoàn thành nhiệm vụ của người thợ thực hiện nhiệm vụ điều khiển sẽ bị suy giảm

1.1.2 Tự động hóa sản xuất (Manufacturing Automation)

Tự động hóa sản xuất là một hướng phát triển của sản xuất chế tạo máy mà trong

đó con người được giải phóng không chỉ từ lao động cơ bắp mà còn được giải phóng

từ quá trình điều khiển sản xuất Ở đây trách nhiệm của con người là theo dõi quá trình sản xuất Con người thực hiện việc chuẩn bị công nghệ và cấp – tháo phôi theo chu kỳ cho máy (tùy thuộc vào mức độ tự động hóa)

Như vậy, tự động hóa QTSX là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi thiết kế các quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiên tiến Trên cơ sở của các quá trình sản xuất và công nghệ đó, tiến hành lập các hệ thống thiết bị có năng suất cao, tự động thực hiện các quá trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần

sự tham gia của con người

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của các hệ thống tự động

- Hệ thống cảm biến: có chức năng tiếp nhận và biến đổi thông tin các loại, làm

cơ sở cho các quyết định điều khiển

- Hệ thống điều khiển: có chức năng đưa ra các quyết định điều khiển quá trình

và các tác động tương ứng tới cơ cấu điều khiển trên cơ sở các thông tin nhận được từ

bộ, từ đơn giản đến phức tạp

Thực tế hiện nay QTSX thường thực hiện theo phương pháp tự động hóa từng

phần Tự động hóa từng phần là tự động hóa chỉ một số nguyên công riêng biệt của

quá trình, các nguyên công còn lại vẫn thực hiện trên các máy vạn năng và bán tự động thông thường Nó kết hợp lao động cơ khí hóa với tự động hóa và nó được ứng dụng ở

những nơi mà sự tham gia trực tiếp của con người không thể thực hiện được (nguy hiểm đối với con người) hoặc đối với những công việc quá nặng nhọc và đơn điệu

Bảng 1.1: Các giai đoạn phát triển cơ bản của tự động hóa quá trình sản xuất

Cơ khí hóa Thay thế lao động cơ bắp của con

người bằng máy

Động cơ máy tiện, băng tải 1775

CIM, nhà máy tương lai 1985-1990

1.1.3 Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất

Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất là mức độ và khả năng thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau một chách nối tiếp hoặc song song

Mức độ linh hoạt ML của hệ thống được xác định theo công thức sau:

y

d L

L

L

M = (1.1) Trong đó: Ld – là tính linh hoạt đạt được

Ly – là tính linh hoạt yêu cầu

Nếu ML = 1 thì yêu cầu về tính linh hoạt được hoàn toàn thỏa mãn Khi ML > 1 thì hệ thống sản xuất có thừa tính linh hoạt, có nghĩa là đối với các nhiệm vụ cụ thể tính linh hoạt sử dụng không hết Nếu ML < 1 thì không phải tất cả các sản phẩm được chế tạo trong những điều kiện tối ưu hoặc là chỉ có một số sản phẩm được chế tạo Giá thành để tạo ra tính linh hoạt của hệ thống sản xuất phụ thuộc vào hai yếu tố: yếu tố kỹ thuật và yếu tố tổ chức

- Yếu tố kỹ thuật: bao gồm công suất của hệ thống, vùng tốc độ và lượng chạy

dao, số lượng các đầu mang dụng cụ cắt và dụng cụ phụ, các cơ cấu vận chuyển và kho chứa, các thiết bị điều khiển, dung lượng của ổ tích phôi, ổ tích dụng cụ và đồ gá, mức độ tiêu chuẩn hóa của các bề mặt và kích thước của thiết bị công nghệ và kỹ thuật, khả năng lập trình và mức độ thích ứng của các thiết bị điều khiển

- Yếu tố tổ chức: bao gồm chu kỳ (thời gian) chế tạo sản phẩm, chủng loại sản

phẩm, chu kỳ thay đổi sản phẩm, độ ổn định của hệ thống sản xuất

Tính linh hoạt hợp lý sẽ cho phép giảm chi phí chế tạo sản phẩm trong một thời gian dài Tính linh hoạt trong một chừng mực nào đó xác định hình thể của hệ thống sản xuất, xác định công nghệ, tổ chức và điều khiển chức năng của nó, đồng thời tính linh hoạt ảnh hưởng lớn đến chi phí chế tạo sản phẩm

1.1.4 Tự động hóa sản xuất linh hoạt

Tự động hóa sản xuất linh hoạt được dùng trong sản xuất loạt vừa và nhỏ (sản lượng ít, chủng loại nhiều), nó dựa trên công nghệ nhóm và công nghệ điển hình với

sử dụng các máy CNC, các môđun sản xuất linh hoạt, các hệ thống khoa chứa và vận chuyển tự động và các tổ hợp thiết bị với điều khiển bằng máy tính Tự động hóa sản xuất linh hoạt được thể hiện ở việc điều chỉnh nhanh quá trình sản xuất để chế tạo sản phẩm mới trong phạm vi thiết bị kỹ thuật cũng như trong phạm vi điều khiển (trong giới hạn khả năng của thiết bị công nghệ)

1.1.5 Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible manufacturing system - FMS)

Hệ thống sản xuất linh hoạt là tổ hợp bao gồm các máy CNC, các thiết bị tự động, các môđun sản xuất linh hoạt, các thiết bị công nghệ riêng lẻ và các hệ thống đảm bảo chức năng hoạt động với chế độ tự động trong khoảng thời gian đã định, cho phép tự động điều chỉnh để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó

1.1.6 Môđun sản xuất linh hoạt

Môđun sản xuất linh hoạt là một đơn vị thiết bị có điều khiển theo chương trình

để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới hạn nào đó Thiết bị này thực hiện một cách tự động tất cả các chức năng có liên quan đến chế tạo sản phẩm và nó có khả năng hoạt động trong FMS

1.1.7 Rôbôt công nghiệp

Rôbôt công nghiệp là một máy tự động đứng yên hoặc di động, nó gồm một cơ cấu chấp hành dưới dạng tay máy, có một số bậc tự do và một cơ cấu điều khiển để thực hiện các chức năng di chuyển trong quá trình sản xuất Nó có thể sử dụng như một thiết bị độc lập, có khả năng thay đổi nhanh, dễ hiệu chỉnh

Các Rôbốt thường được trang bị các hệ thống điều khiển thích nghi, vòng kín (P,PI, PD, PID – Proprotional Integral Derivative), các hệ thống điều khiển theo chương trình lôgic (PLC – Programmable Logic Controllers), các hệ thống cảm biến thực hiện các chức năng như nghe, nhìn, sờ, ngửi, nói vì vậy chúng được sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực như y tế, dịch vụ, gia công, lắp ráp

Hình 1.2 Rôbôt công nghiệp

1.1.8 Tổ hợp Rôbôt công nghệ

Tổ hợp rôbôt công nghệ là toàn bộ một thiết bị công nghệ, một rôbôt công nghiệp

và các thiết bị khác để thực hiện các chu kỳ lặp lại một cách tự động

1.1.9 Dây chuyền tự động linh hoạt

Dây chuyền tự động linh hoạt là FMS mà trong đó các thiết bị công nghệ được lắp đặt theo trình tự các nguyên công đã được xác định

1.1.10 Công đoạn tự động hóa linh hoạt

Công đoạn tự động hóa linh hoạt là FMS hoạt động theo tiến trình công nghệ mà trong đó có khả năng thay đổi trình tự sử dụng thiết bị công nghệ

1.1.11 Phân xưởng tự động hóa linh hoạt

Phân xưởng tự động hóa linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động hóa linh hoạt, công đoạn tự động hóa linh hoạt và tổ hợp rôbôt công nghệ được nối kết với nhau theo phương án để chế tạo các sản phẩm của một chủng loại xác định

1.1.12 Nhà máy tự động hóa linh hoạt

Nhà máy tự động hóa linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động hóa linh hoạt, tổ hợp rôbôt công nghệ và phân xưởng tự động hóa linh hoạt được nối kết với nhau theo nhiều phương án để chế tạo các sản phẩm của nhiều chủng loại sản phẩm

1.2 Định nghĩa các thuật ngữ máy tính trong sản xuất

1.2.1 CAD (Computers Aided Design – thiết kế có trợ giúp của máy tính)

Nhờ các trang thiết bị tính toán thiết kế như máy tính, phần mềm chuyên dụng (autoCAD, Matlab, Catia ) cho phép tạo ra các mô hình sản phẩm trong không gian 3D, thuận lợi cho việc khảo sát, đánh giá, sửa đổi ngay trên màn hình, lưu giữ, nhân bản Cho phép tiết kiệm thời gian, vật liệu và các chi phí khác của giai đoạn thiết kế

1.2.2 CAP (Computers Aided Planning – lập kế hoạch có trợ giúp của máy tính)

Nhờ máy tính mà các hoạt động cần thiết để chế tạo sản phẩm được thiết lập một cách nhanh chóng, chính xác và tối ưu CAP đảm bảo kế hoạch sản xuất tối ưu của

một nhà máy CAP bao gồm hai công cụ sản xuất quan trọng là MRP (Manufacturing Resource Planning – lập kế hoạch tiềm năng sản xuất) và CAPP (Computers Aided Process Planning – lập quy trình có trợ giúp của máy tính) CAPP giúp người lạp quy trình chọn thứ tự nguyên công tối ưu để chế tạo sản phẩm

1.2.3 CAM (Computers Aided Manufacturing – sản xuất có trợ giúp của máy tính)

Khâu điều hành quá trình chế tạo sản phẩm cũng được tự động hóa nhờ hệ thống điều hành quá trình chế tạo tự động có sự trợ giúp của máy tính CAM cho phép thực hiện việc lập kế hoạch, điều khiển, hiệu chỉnh và kiểm tra nguyên công cùng toàn bộ quá trình gia công chế tạo sản phẩm

1.2.4 CAQ (Computers Aided Quality Control – kiểm tra chất lượng có trợ giúp của máy tính)

CAQ cho phép kiểm tra chất lượng sản phẩm và chất lượng công việc trong toàn

1.2.6 PP & C (Production Planning and Control)

Chức năng PP & C là hoạt động tổ chức của CIM Nó liên quan đến kế hoạch tiềm năng sản xuất, lập kế hoạch nhu cầu vật tư, nhu cầu thời gian và kiểm tra hệ thống sản xuất

1.2.7 CIM (Computer Integrated Manufacturing – sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính)

CIM bao gồm tất cả các hệ thống kỹ thuật: CAD, CAP, CAM, CAQ và PP & C

Ví dụ: Hệ thống Open CIM

- ASRS: kho hàng tự động

- Trạm gia công: CNC Lathe, CNC Mill

- Băng tải (conveyor)

- Máy chủ + phần mềm (Server + software)

Hình 1.3 CIM – 4a station (Intelitek)

1.3 Ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất

- Cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động

- Cho phép cải thiện điều kiện sản xuất

- Cho phép đáp ứng cường độ cao của sản xuất hiện đại

- Cho phép cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất

B NỘI DUNG THẢO LUẬN

C NGÂN HÀNG CÂU HỎI, BÀI TẬP

CHƯƠNG II : CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

TRONG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT II.1 Mục tiêu, nhiệm vụ

2 Nhiệm vụ của sinh viên:

- Hiểu và thuộc các khái niệm về cơ cấu chấp hành, cảm biến, hệ thống điều khiển

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của các cơ cấu chấp hành đã được giới thiệu trong giáo trình

- Nắm được nguyên tắc hoạt động của một số loại cảm biến thông dụng

- Hiểu rõ các hệ thống điều khiển được dùng trong tự động hóa sản xuất

- Phân biệt được vai trò của từng cụm thiết bị: hệ thống điều khiển, cơ cấu chấp hành, cảm biến trong hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất

II.2 Quy định hình thức học cho mỗi nội dung nhỏ

2.1 Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động Giảng

2.2 Các hệ thống điều khiển tự động Thảo luận

II.3 Các nội dung cụ thể

A NỘI DUNG LÝ THUYẾT

2.1 Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động

2.1.1 Cơ cấu chấp hành – Actuators

1 Khái niệm: Cơ cấu chấp hành là một bộ phận máy móc, thiết bị có khả năng thực

hiện một công việc nào đó dưới tác động của tín hiệu điều khiển phát ra từ thiết bị điều khiển

Hình 2.1 Sơ đồ chức năng của cơ cấu chấp hành

Hình 2.2 Cơ cấu chấp hành thủy lực và cơ điện

2 Phân loại:

* Dựa trên nguồn năng lượng chia làm 3 nhóm

- Các cơ cấu chấp hành thủy lực, các cơ cấu chấp hành khí nén, các cơ cấu chấp hành cơ điện

* Theo mức năng lượng sử dụng có thể phân cơ cấu chấp hành theo các dải năng lượng khác nhau:

- Cơ cấu chấp hành năng lượng thấp: nhiệt điện trở, điôt quang LED, màn hình tinh thể lỏng LCD, màn hình Plasma

- Cơ cấu chấp hành năng lượng trung bình: nam châm điện, động cơ điện, xilanh khí nén, xilanh thủy lực, các động cơ thủy khí chuyển động quay, van khí, van thủy lực

- Các thiết bị truyền động: băng tải tự động, vitme bi, bộ cấp liệu rung, cơ cấu phân độ, bộ truyền sóng

- Một số hệ thống thiết bị chuyên dụng: bàn máy, máy NC, rôbốt, thiết bị lắp ráp, máy hàn, thiết bị kiểm tra, hệ thống kho và cấp phát tự động

3 Đặc điểm:

a/ Cơ cấu chấp hành thủy lực:

Ưu điểm: kích thước nhỏ gọn, nhẹ, không gây ồn và công suất lớn

Nhược điểm: giá thành cao

Một số cơ cấu chấp hành thủy lực: bơm, van, xilanh động cơ thủy lực

* Bơm: là trái tim của hệ thống, có chức năng tạo năng lượng thủy lực cho hệ thống

(tạo dòng nhưng không tạo áp) Các loại bơm thủy lực: bơm pitton, bơm cánh quạt,

bơm bánh răng, bơm cánh gạt

* Van: dùng để điều chỉnh công suất tới cơ cấu chấp hành, có chức năng ON/OFF dòng dầu, hướng dòng, điều chỉnh áp suất và vận tốc Các loại van:

+ Van hướng (directional valves): định hướng và phân phối dòng trong hệ thống

- van vị trí cố định (finite position), van vị trí bất kì (infinite position)

+ Van điều áp (pressure valves): van an toàn – giới hạn áp trong hệ thống (limiter/relief valve) ; van giảm áp – giảm áp ra để vào một nhánh của hệ thống; van điều chỉnh tuần tự - áp suất được thiết lập phụ thuộc vào sự điều chỉnh tuần tự

+ Van chỉnh lưu lượng (flow valves): van tiết lưu – điều chỉnh tiết diện dòng đi qua Thường chênh lệch áp tạo ra khi dòng đi qua, nó được kiểm soát bởi bộ bù áp (bình tích áp)

+ Van ON/OFF: chỉ cho dòng chảy theo một chiều không cho chảy ngược lại – van một chiều (nonreturn valves) hoặc van kiểm (check valves)

+ Van tỉ lệ (propotional valves) và van servo (servo valves): dùng để điều khiển liên tục chuyển vị, tốc độ và lực của thành phần kích truyền động thủy lực

* Xilanh – động cơ thủy lực: biến đổi năng lượng của dầu thành cơ năng

- Xilanh thủy lực:

+ Xilanh hành trình đơn:

Fig 2.3 Linear single – rod single acting

+ Xilanh hành trình kép: có hai loại

Loại một đầu trục:

Fig 2.4 Linear single – rod single double acting

- DC motors – động cơ điện một chiều

- AC motors – động cơ điện xoay chiều

+ Synchronous motor

+ Induction motor

+ Brushed DC and AC

- Stepper motor – động cơ bước

- Linear motor – động cơ tuyến tính

- Servo motor – động cơ servo

*/ Các truyền động cơ khí

2.1.2 Cảm biến – Sensor

1 Khái niệm: cảm biến là một thiết bị mà khi có một hiện tượng vật lý tác động vào

(nhiệt độ, dịch chuyển, lực ) sẽ tạo ra tín hiệu đầu ra (điện, cơ học, từ ) tỷ lệ

Thuật ngữ bộ chuyển đổi (transducer) thường được dùng đồng nghĩa với cảm biến

*/ Phân biệt transducer và sensor:

- Sensor: y(t) = F{u(t)}

- Transducer: U1(t) = φU(t) ; y(t) = φ2U1(t)

Như vậy, transducer là thiết bị biến đổi một dạng năng lượng này thành một dạng năng lượng khác và thông thường đầu vào và đầu ra không cùng thứ nguyên

2 Phân loại:

* Theo chức năng: cảm biến tuyến tính, cảm biến quay, cảm biến gia tốc, cảm biến

lực, mômen và áp suất, cảm biến dòng, cảm biến nhiệt, cảm biến vật liệu thông minh ,cảm biến micro và cảm biến nano

* Cảm biến cũng được phân loại thành bị động và chủ động

- Cảm biến bị động: năng lượng cần để cung cấp cho đầu ra được sinh ra từ chính hiện tượng vật lý được cảm nhận (nhiệt kế)

- Cảm biến chủ động: cần nguồn năng lượng bên ngoài (đầu đo biến dạng)

* Ngoài ra, cảm biến cũng được phân loại thành hai dạng tương tự và số (A/D) dựa trên dạng tín hiệu đầu ra

- Cảm biến tương tự: cung cấp tín hiệu liên tục tỷ lệ với tham số cần đo và cần sự biến đổi tương tự thành số (A/D) trước khi chuyển cho bộ điều khiển số

- Cảm biến số: cung cấp đầu ra số có thể trực tiếp ghép nối với bộ điều khiển Các loại cảm biến và đặc tính tham khảo bảng 16.1 – [5]

3 Nguyên lý hoạt động

a/ Cảm biến tuyến tính

Các cảm biến vị trí đưa ra tín hiệu điện tỷ lệ với độ dịch chuyển cần đo

Ví dụ: Cảm biến loại tiếp xúc như đầu đo biến dạng (lá điện trở - tensor điện trở)

Hình 2.8 Đo biến dạng pháp tuyến dùng đầu đo biến dạng

Sự thay đổi điện trở được chuyển đổi thành thay đổi điện áp bằng mạch cầu Watson cảm ứng điện áp Khi chiều dài của các tensor thay đổi một lượng εl = Δl/l thì điện trở của chúng thay đổi một lượng tương ứng εR = ΔR/R

Khi mạch làm việc, cầu điện trở mất cân bằng và tạo ra:

v0 = εR vi (2.2) Trong đó: v0- điện áp ra ; vi - điện áp vào

Ta có:

) / ( 2 4

/

1

1 0

R R

R R v

Fig 2.10 Circular/elliptical/S-shaped mechanical structure

b/ Bộ mã hóa quang - Optical Encoder:

Encoder là cảm biến hay dùng để đo vị trí, vận tốc, gia tốc hay hướng dịch chuyển của rôto, trục, piston của các cơ cấu chấp hành

*/ Encoder gia tăng – Incremental Encoder

Encoder gia tăng là loại cảm biến dùng để đo vị trí góc của trục động cơ, máy công cụ, băng tải

Hình 2.11 Cấu tạo Encoder gia tăng

*/ Encoder tuyệt đối – Absolute Optical Encoder (tham khảo tài liệu [1,2])

c/ Các loại cảm biến khác (tham khảo tài liệu [2])

2.1.3 Các thiết bị điều khiển

Tham khảo tài liệu [1,2,3,4,5])

1 Các hệ điều khiển servo

2 Các hệ điều khiển tương tự (Analog)

- Điều khiển dạng đóng ngắt ON/OFF

- Điều khiển dạng tỉ lệ (tuyến tính) P

- Điều khiển tỉ lệ - tích phân PI

- Điều khiển tỉ lệ - vi phân PD

- Điều khiển tổ hợp PID

3 Các thiết bị điều khiển số (Digital)

4 Các thiết bị điều khiển logic theo chương trình PLC

2.2 Các hệ thống điều khiển tự động

2.2.1 Khái niệm và chức năng

1/ Khái niệm: Hệ thống điều khiển là toàn bộ những thiết bị đảm bảo cho một nhóm

đối tượng thực hiện nhiệm vụ để đạt mục đích Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống mà tất cả các chức năng điều khiển của nó được thực hiện không có sự tham gia trực tiếp của con người

2/ Chức năng:

- Thực hiện các chuyển động hành trình và các chuyển động chạy không của các

cơ cấu chấp hành theo một tuần tự đã định trước với các tốc độ trong phạm vi cho phép

- Đảm bảo hoạt động của các máy theo nhịp và tuần tự xác định

- Đảm bảo dừng máy khi có sự cố xảy ra

- Điều chỉnh quá trình công nghệ để đảm bảo chất lượng gia công

- Kiểm tra sai số kích thước và sai số hình dáng của chi tiết

- Điều khiển dây chuyền tự động khi cần điều chỉnh để thay đổi đối tượng gia công

- Tính toán số lượng sản phẩm được sản xuất ra

- Báo tín hiệu về QTCN, tình trạng máy để cán bộ, công nhân có biện pháp xử lý

2.2.2 Phân loại

Các hệ thống điều khiển tự động được chia thành 2 nhóm sau:

- Hệ thống điều khiển chương trình không theo số

+ Hệ thống điều khiển hành trình

+ Hệ thống điều khiển bằng cam

+ Hệ thống điều khiển bằng dưỡng chép hình

- Hệ thống điều khiển chương trình theo số

+ Hệ thống điều khiển NC

+ Hệ thống điều khiển CNC

+ Hệ thống điều khiển DNC

+ Hệ thống điều khiển thích nghi

1/ Hệ thống điều khiển chương trình không theo số

a/ Hệ thống điều khiển hành trình:

Nó được dùng để tự động hóa chuyển động thẳng của dụng cụ cắt (các cơ cấu khác của máy) với tốc độ cố định Chiều dài quãng đường được xác định bằng cách gá

cữ chặn trên các tang trống, trên các thước hoặc trực tiếp trên máy

Hình 2.12 Sơ đồ hệ thống điều khiển hành trình

1- Cơ cấu chấp hành; 2- bộ dẫn động; 3 và 4 các khối điều khiển; 5 – Các phần tử điều

khiển; 6 – Các cữ chặn; 7 – Chi tiết gia công

Trên các dây chuyền tự động hệ thống điều khiển hành trình được dùng để điều khiển hành trình của các máy tổ hợp đứng cạnh nhau, để truyền lệnh từ máy này sang máy kia, các đầu dao, các bàn máy

Ưu điểm: kết cấu đơn giản, giá thành không cao

Nhược điểm: nhanh mòn và dễ bị phá hủy, độ chính xác thấp

Phạm vi sử dụng: Dùng để tự động hóa các máy tiện, máy phay, máy rơvonve và các máy khác trong sản xuất hàng loạt lớn

b/ Hệ thống điều khiển bằng cam:

Hệ thống điều khiển bằng cam cung cấp thông tin trên profin của cam Cơ sở của

hệ thống này là các cơ cấu cam kết hợp với các cơ cấu tay đòn (hoặc không có tay đòn)

Hệ thống cam thực hiện 2 chức năng đồng thời sau:

- Cơ cấu sinh lực

- Cơ cấu điều khiển

Hình 2.13 a-cam hình trụ; b–cam phẳng ; c–cam đĩa kín; d–cam đĩa hở; e–cam mặt

đầu

c/ Hệ thống điều khiển bằng dưỡng chép hình:

Tham khảo tài liệu [1]

2 Hệ thống điều khiển số

Sử dụng hệ thống điều khiển số cho phép đạt được các mục đích sau:

- Tự động hóa các thiết bị sản xuất với khả năng linh hoạt cao

- Hiệu chỉnh chương trình gia công đơn giản và nhanh chóng khi đối tượng gia công thay đổi về kết cấu

- Tổ chức lập trình trung (trực tiếp hay gián tiếp thông qua cổng truyền thông)

- Các chương trình có thể được lưu trữ và dùng lại

- Có thể lập trình tự động bằng máy tính cho phép nâng cao năng suất và độ chính xác gia công

a/ Hệ thống điều khiển NC (Numerical Control)

Trong hệ điều khiển NC các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều khiển được chuyển dưới dạng dãy các con số

- Nguyên tắc làm việc: mở máy → đọc lệnh 1 và lệnh 2 → kết thúc đọc → máy thực hiện lệnh 1 (lệnh 2 vẫn nằm trong bộ nhớ) → hoàn thành lệnh 1 → thực hiện lệnh

2 (lấy ra từ bộ nhớ) đồng thời đọc lệnh 3 và lưu vào vị trí lệnh 2 trong bộ nhớ

- Nhược điểm: năng suất thấp khi gia công cho cả loạt chi tiết thì phải đọc lại tất

cả các lệnh từ đầu dễ gây ra phế phẩm do không tránh khỏi những sai sót của bộ tính toán trong hệ điều khiển Cần rất nhiều lệnh chứa trong băng đục lỗ hoặc băng từ lên khả năng bị treo (tràn bộ nhớ) thường xuyên xảy ra Ngoài ra băng từ hay băng đục lỗ

sẽ nhanh chóng bị bẩn và mòn gây lỗi chương trình

b/ Hệ thống điều khiển CNC (Computer Numerical Control)

- Đặc điểm chính của hệ thống này là có sự tham gia của máy vi tính Hệ thống điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các chương trình gia công chi tiết và chương trình hoạt động của bản thân nó

- Hệ thống điều khiển CNC cho phép nạp chương trình vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc nhập từng lệnh bằng tay từ bàn điều khiển Các lệnh điều khiển không chỉ được viết cho từng chuyển động riêng lẻ mà còn cho nhiều chuyển động cùng lúc Điều này cho phép giảm số câu lệnh của chương trình → nâng cao độ tin cậy và năng suất

c/ Hệ thống điều khiển DNC (Direct Numerical Control)

Hình 2.14 Nguyên lý của hệ thống điều khiển DNC

- Nhiều máy công cụ CNC được kết nối với một máy tính trung tâm qua đường dẫn dữ liệu Mỗi máy CNC có hệ điều khiển CNC mà bộ tính toán của nó có nhiệm vụ chọn lọc và phân phối các thông tin

- Máy tính trung tâm có thể nhận được những thông tin từ các bộ điều khiển CNC để hiệu chỉnh chương trình hoặc đọc những dữ liệu từ các máy công cụ CNC

- Trong một số trường hợp máy tính đóng vai trò chỉ đạo trong việc lựa chọn những chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân chia cho các máy

- Hệ thống DNC có ngân hàng dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin của chương trình gia công trên tất cả các máy công cụ

- Có khả năng truyền dữ liệu nhanh và có khả năng nối ghép vào hệ thống gia công linh hoạt FMS

3 Hệ thống điều khiển thích nghi

Các máy CNC thông thường có chu kì gia công cố định (cứng) đã được xác định

ở phần tử mang chương trình và như vậy mỗi lần gia công chi tiết khác, chu kì lại được lặp lại như cũ, không có sự thay đổi nào Một chương trình điều khiển như vậy không được hiệu chỉnh khi có các yếu tố công nghệ thay đổi

Hệ thống điều khiển thích ghi là hệ thống điều khiển có tính đến những tác động bên ngoài của hệ thống công nghệ để điều chỉnh chu kì gia công nhằm loại bỏ ảnh hưởng của những yếu tố đó tới độ chính xác gia công

Hình 2.15 Sơ đồ điều khiển thích nghi (1 – Chi tiết gia công; 2 – Dụng cụ cắt;

3 – Đattric; 4 – Bộ biến đổi; 5,6,7 – Cơ cấu chạy dao)

B NỘI DUNG THẢO LUẬN

C NGÂN HÀNG CÂU HỎI, BÀI TẬP

CHƯƠNG III: TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CẤP PHÔI VÀ DỤNG CỤ III.1 Mục tiêu, nhiệm vụ

- Sinh viên sẽ hiểu được vai trò của cơ cấu cấp phôi rời cũng như nắm được một

số nguyên tắc cơ bản của cơ cấu cấp phôi rời

- Giới thiệu về những cơ cấu và hệ thống cấp phát dụng cụ tự động được sử dụng trong hệ thống sản xuất tự động

2 Nhiệm vụ của sinh viên:

- Hiểu được tầm quan trọng của cơ cấu cấp phôi

- Biết được thực tế là lượng phôi rời chiếm tỷ lệ lớn trong sản xuất cơ khí, cho nên nghiên cứu cơ cấu cấp phôi rời là quan trọng

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của các cơ cấu cấp phôi được minh họa tren hình vẽ

- Hiểu được các phương pháp cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động được giới thiệu trong chương này

- Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của một số cơ cấu thay thế dụng cụ tự động được giới thiệu trong giáo trình và trong bài giảng

III.2 Quy định hình thức học cho mỗi nội dung nhỏ

3.2 Tự động hóa cấp phát và kẹp chặt dụng cụ Giảng

III.3 Các nội dung cụ thể

A NỘI DUNG LÝ THUYẾT

3.1 Tự động hóa quá trình cấp phôi

3.1.1 Tự động hóa cấp phôi rời

Cấp, vận chuyển và lưu giữ phôi tự động phải được giải quyết trên cơ sở các quá trình gia công cụ thể, trình độ thiết bị và độ chính xác yêu cầu Quá trình cấp phôi phải được thực hiện nhanh, tin cậy Trong thực tế phôi tồn tại dưới dạng như phôi cuộn, phôi thanh, phôi rời Theo thống kê có tới (70 ÷ 75)% lượng phôi là phôi rời Vì vậy việc nghiên cứu phát triển cơ cấu cấp phôi rời có ý nghĩa rất lớn về kinh tế - kỹ thuật Các cơ cấu cấp phôi rời có một số kiểu chính như kiểu phễu, kiểu ổ chứa và kiểu phễu

- ổ chứa

1 Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu và ổ chứa

a Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu

Hình 3.1 Sơ đồ cơ cấu cấp phôi kiểu phễu điển hình

Hình dáng của phễu phụ thuộc vào hình dáng phôi và phương pháp cặp phôi Thể tích phễu được tính theo công thức sau:

v

ct ph

K t

T V V

.

.

= (3.1) Trong đó:

Một trong các cơ cấu chấp hành của cơ cấu cấp phôi kiểu phễu là bộ móc phôi

Bộ móc phôi thường có dạng móc, vấu, khe hở trên đĩa cấp, túi chứa, ống Số bộ móc phôi và hình dáng của nó phụ thuộc vào năng suất cấp phôi yêu cầu và hình dáng của phôi ban đầu Năng suất của cơ cấu cấp phôi kiểu phễu được tính theo công thức sau:

Q = z.n.q.Km (3.2) Trong đó:

z – số bộ móc phôi

n – số vòng quay hoặc số chuyển động khứ hồi trong một đơn vị thời gian

q – số phôi nằm trên một móc đồng thời

Km – hệ số móc phôi

Đặc tính kĩ thuật của một số loại cơ cấu cấp phôi kiểu phễu tham khảo bảng 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 - [1]

b Cơ cấu cấp phôi kiểu ổ chứa

Cơ cấu cấp phôi kiểu ổ chứa thường thực hiện định hướng và gá đặt sơ bộ chi tiết trước sau đó đưa nó vào vùng gia công

Hình 3.2 Cơ cấu cấp phôi kiểu ổ chứa điển hình

1 - Ống cấp phôi; 2 – Bộ ngắt dòng ; 3 – Cơ cấu cấp phôi ; 4 – Đồ gá dẫn ;

5 – Cơ cấu kẹp chặt ; 6 – Cơ cấu cách ly

Hình 3.3 Một số kiểu cơ cấu cấp phôi dựa trên nguyên lý ứng dụng trọng lực

Các bộ ngắt dòng phôi có tác dụng tách từng phôi hoặc một nhóm phôi ra khỏi dòng phôi Các cơ cấu có chuyển động tịnh tiến khứ hồi và chuyển động lắc sử dụng khi năng suất yêu cầu khoảng 50 ÷ 70 phôi/phút Còn các cơ cấu có chuyển động quay

liên tục cho năng suất cao hơn và ít bị hỏng hóc hơn do quá trình làm việc êm hơn

Hình 3.4 Các bộ ngắt dòng phôi chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay

2 Cơ cấu cấp phôi rung động

Với các phôi rời thì nhóm các cơ cấu cấp phôi rung động rất quan trọng, việc dịch chuyển phôi được thực hiện nhờ lực quán tính và ma sát xuất hiện khi máng dẫn phôi có chuyển động rung Dẫn động của các cơ cấu này có thể là các đầu rung điện

từ, lệch tâm, khí nén hoặc thủy lực Thông dụng nhất là các đầu rung điện từ nó cho phép điều chỉnh vô cấp năng suất cấp phôi

Trong các cơ cấu cấp phôi rung động, chi tiết được định hướng khi dịch chuyển trong máng rung

- Khi cấp phôi dạng đĩa, vòng, tấm vuông hoặc chữ nhật theo phương pháp cấp một lớp máng dẫn được chế tạo nghiêng về phía tâm của phễu một góc β = 3 ÷ 50

, chiều cao gờ m nhỏ hơn chiều cao phôi h (hình 3.5)

Hình 3.5 Các phương pháp định hướng phôi

- Các con lăn có hình dáng khác nhau, các loại ống có d < l được hất vào phễu nhờ các tấm chắn chuyên dùng (hình 3.6)

Hình 3.6 Các phương pháp định hướng phôi

- Các chi tiết có mũ bậc có thể định hướng nhờ các khe thoát (hình 3.7)

Hình 3.7 Các phương pháp định hướng phôi

3.1.2 Cấp và kẹp phôi thanh trên các máy tự động

Để cấp và kẹp phôi thanh trên các máy tự động, người ta sử dụng các chấu kẹp đàn hồi chuyên dùng Trong thực tế tồn tại một số phương pháp cấp phôi thanh sau: 1) Cấp phôi qua lỗ trục chính bằng các chấu kẹp đàn hồi, chấu kẹp đàn hồi chêm

và chấu chêm, cơ cấu đẩy nhờ trọng lực (quả nâng, xilanh thủy khí); con lăn ma sát phía sau trục chính; nhờ trọng lượng bản thân phôi gia công khi đặt nằm nghiên hoặc thẳng đứng

2) Cấp phôi bên ngoài trục chính nhờ tay máy, mâm cặp kéo dài; bàn dao có dịch chuyển dọc

Thông dụng nhất là cơ cấu cấp phôi dạng chấu kẹp đàn hồi (hình 3.8)

Hình 3.8 Cơ cấu cấp phôi nhờ dẫn động thủy lực hoặc khí nén

1– Phôi thanh; 2– Bàn trượt; 3- Ống cấp; 4– Chấu cấp; 5– pittông; 6- cữ chặn

3.2 Tự động hóa cấp phát và kẹp chặt dụng cụ

3.2.1 Phân loại các cơ cấu cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động

Thông thường, quá trình gia công các chi tiết được thực hiện tuần tự bằng nhiều dụng cụ khác nhau Do đó, trên các thiết bị tự động hóa, yêu cầu một bộ dụng cụ tương ứng đã được lắp đặt và điều chỉnh sẵn trong các đài gá dao hoặc chuôi côn chuyên dùng Việc gá đặt dụng cụ cắt vào cơ cấu công tác của máy (trục chính hoặc đài gá dao), kẹp chặt và lấy chúng ra khi bị mòn có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động Khi gá đặt dụng cụ bằng tay, quá trình điều chỉnh và lắp đặt dụng cụ phụ như chuôi côn, đài dao, bạc trung gian, mâm cặp được tiến hành trực tiếp trên máy Còn khi thay dụng cụ bằng phương pháp tự động, việc diều chỉnh và lắp đặt dụng cụ với dụng cụ phụ được tiến hành bên ngoài nhờ các dụng cụ chuyên dùng Phương pháp này được dùng phổ biến trên các máy điều khiển số (CNC), nó bao gồm các giai đoạn chính như trên hình 3.9 với các công việc chính sau đây:

Hình 3.9 Sơ đồ sử dụng dụng cụ cắt bằng phương pháp thay thế tự động

- Ghép bộ và lắp ráp dụng cụ cắt lấy từ kho ra với dụng cụ phụ

- Điều chỉnh kích thước của nó trên cac dụng cụ chuyên dùng

- Nhập kho các bộ dụng cụ đã lắp và điều chỉnh

- Chọn lựa các dụng cụ đã lắp và điều chỉnh trong kho, ghép thành bộ để đưa vào

ổ chứa dụng cụ

- Chọn dụng cụ phù hợp, thay thế và kẹp chặt chúng tự động

- Tháo kẹp dụng cụ và đưa nó về ổ dao

- Đưa dụng dụng cụ về kho sau khi gia công xong cả loạt chi tiết hoặc tháo dỡ để mài lại

Quá trình chọn dụng cụ phù hợp trong ổ chứa để gia công, gá đặt và kẹp chặt tự động, tháo dụng cụ khỏi cơ cấu công tác và đưa về ổ chứa được thực hiện nhờ hệ thống cấp phát và kẹp chặt dụng cụ tự động (CPDCTĐ)

* Hệ thống CPDCTĐ bao gồm các bộ phận cơ bản sau:

- Ổ dụng cụ để chứa dụng cụ: Máy tiện NC thường có 1 đến 3 đầu rơvônve

- Cơ cấu chọn dụng cụ cần thiết từ ổ dụng cụ để chuẩn bị thay thế

- Tay máy để thay thế dụng cụ (có hoặc không)

- Cơ cấu kẹp chuôi côn hoặc đài gá dao trong cơ cấu công tác

* Một số yêu cầu đối với cơ cấu CPDCTĐ:

- Ổ chứa phải có dung lượng đủ lớn

- Dụng cụ phải được giữ trong ổ với độ tin cậy cao

- Thời gian thay thế dụng cụ là ít nhất

- Dụng cụ phải được giữ chặt trong tay máy khi thay thế tự động

- Chuôi dao và đài gá dao phải được định vị chính xác vào vị trí công tác

- Khoảng cách giữa ổ dụng cụ tới vị trí công tác là ngắn nhất

- Hệ thống CPDCTĐ phải được thiết kế và bố trí sao cho nó không chạm vào phôi khi thay thế dụng cụ tự động

- Hệ thống CPDCTĐ phải có độ tin cậy làm việc cao

- Tránh làm bẩn các bề mặt lắp ráp của chuôi và đài gá dụng cụ

- Sử dụng, bảo dưỡng tiện lợi, đáp ứng yêu cầu an toàn

Trên hình 3.10 là sơ đồ phân loại hệ thống thay thế dụng cụ tự động trên các máy CNC và trung tâm gia công

Hình 3.10 Sơ đồ phân loại hệ thống thay thế dụng cụ tự động

Phương pháp lưu giữ dụng cụ trên máy phụ thuộc vào kết cấu của ổ chứa,

phương pháp chọn, thay thế và kẹp chặt chuôi côn hoặc đài gá dao trên vị trí công tác

3.2.2 Yêu cầu và đặc tính của dụng cụ trong các quá trình sản xuất tự động hóa

- Có tuổi bền cao, được điều chỉnh tới kích thước sơ bộ bên ngoài máy

- Lắp đặt và điều chỉnh nhanh khi thay thế chi tiết gia công

- Có độ chính xác cao khi gá vào vị trí công tác

- Có tính vạn năng cao khi gia công các chi tiết khác nhau trên các máy khác nhau

- Kết cấu có tính công nghệ cao

Hình 3.12 Sơ đồ gia công lỗ

Hình 3.13 Kết cấu mũi khoan lỗ ngắn của hãng SANDVIK – THỤY ĐIỂN

* Hệ thống dụng cụ phụ

Dụng cụ cắt được kẹp vào trục chính hoặc trên đài dao nhờ dụng cụ phụ có kết cấu rất đa dạng như thân dao, bạc, mâm cặp, đài gá… Cơ cấu kẹp chặt dụng cụ phụ sẽ quyết định kết cấu và bề mặt chuẩn của nó Kết cấu các bề mặt này đã được thống nhất hóa và sử dụng cho nhiều loại máy

* Yêu cầu đối với dụng cụ phụ:

- Số lượng chủng loại và giá thành phải hợp lý

- Đảm bảo gá đặt chính xác, có dộ cứng vững và khả năng chống rung khi làm việc với cường độ cao

- Có khả năng điều chỉnh dụng cụ cắt nếu cần

- Phục vụ thuận lợi, tác động nhanh, kết cấu đơn giản

- Trọng lượng không được quá lớn

- Các bề mặt lắp ráp phải được chế tạo chính xác (mặt côn, đế dao )

Hình 3.14 Một số dụng cụ phụ - Sandvik Coromant (Thụy Điển)

Hình 3.15 Dụng cụ phụ cho dao tiện

3.2.3 Điều chỉnh vị trí của dụng cụ cắt trên trục gá và đế dao

Khi thay thế dụng cụ tự động, độ chính xác gia công phụ thuộc nhiều vào độ chính xác điều chỉnh kích thước và vị trí ban đầu của dụng cụ so với chi tiết gia công Quá trình điều chỉnh kích thước có thể thực hiện bằng hai phương pháp: bên ngoài máy, bằng các dụng cụ chuyên dùng và trực tiếp trên máy nhờ các đầu dò Phương pháp thứ hai cho độ chính xác cao hơn Các đầu dò có thể đặt trên bàn máy hoặc thanh treo chuyên dùng trên ụ trục chính

3.2.4 Cơ cấu chứa, thay thế và vận chuyển dụng cụ tự động trên vị trí công tác

Trên một số máy phay CNC và trung tâm gia công khi số lượng dụng cụ không quá lớn, người ta sử dụng các ổ chứa dạng đầu rơvônve (dạng tang trống, dạng hình sao, dạng hình côn, dạng xích tải, dạng thẳng…)

Hình 3.16 Ổ chứa dụng cụ hình tang trống

Ngoài ra nó cho phép đơn giản hóa quá trình thay thế, điều chỉnh và sử dụng robot để thay thế tự động dụng cụ Hình 3.17 là sơ đồ thay thế tự động đầu dao 3 đặt trong đầu rơvônve 1 và ổ cấp 4 nhờ robot 2 của hãng Sandvik Coromant

3

4

2

1

Hình 3.17 Sơ đồ thay thế đầu dao tự động bằng robot

Ổ chứa dụng cụ cần đáp ứng một số yêu cầu sau: