Bài giảng Tự động hóa quá trình sản xuất

Mục lục Lời nói đầu Lời nói đầu Chơng Những vấn đề tự động hoá Những vấn đề tự động hoá 1.1 Những khái niệm định nghĩa 1.1 Những khái niệm định nghĩa 1.2 Điều kiện kinh tế-kỹ thuật CKH TĐH 10 1.2 Điều kiện kinh tế-kỹ thuật CKH TĐH 10 1.3 Các giai đoạn phát triển TĐH 12 1.3 Các giai đoạn phát triển TĐH 12 1.4 Các nhiệm vụ tự động hóa trình sản xuất 19 1.4 Các nhiệm vụ tự động hóa trình sản xuất 19 1.4.1 Năng suất hệ thống TĐH 19 1.4.2 Các nhiệm vụ TĐH .24 1.5 Các nguyên tắc ứng dụng TĐH trình sản xuất 25 1.5 Các nguyên tắc ứng dụng TĐH trình sản xuất 25 1.5.1 Nguyên tắc có mục đích kết cụ thể 26 1.5.2 Nguyên tắc toàn diện 26 1.5.3 Nguyên tắc có nhu cầu 27 1.5.4 Nguyên tắc hợp điều kiện .27 1.6 Công nghệ sở tự động hoá .27 1.6 Công nghệ sở tự động hoá .27 1.6.1 Đặc điểm trình công nghệ sản xuất tự động hoá 27 1.6.2 Phơng hớng phát triển công nghệ đại 38 1.6.3 Mối quan hệ công nghệ tự động hoá 40 1.6.4 Các nguyên tắc thiết kế trình công nghệ tự động hoá .44 Chơng .47 Các thiết bị hệ thống tự động 47 Các thiết bị hệ thống tự động 47 2.1 Cảm biến 48 2.1 Cảm biến 48 2.1.1 Khái niệm phân loại cảm biến 48 2.1.2 Các đặc trng 51 2.1.3 Công tắc, nút bấm 55 2.1.4 Cảm biến quang dẫn .57 2.1.5 Cảm biến hồng ngoại 62 2.1.6 Sợi quang 62 2.1.7 Cảm biến laze 62 2.2 Cụm phân tích 63 2.2 Cụm phân tích 63 2.2.1 Máy tính 63 2.2.2 Bộ đếm 64 2.2.3 Bộ thời gian 65 2.2.4 Thiết bị đọc mã vạch .65 2.2.5 Bộ mã hoá quang học (Optical encoders) .66 2.3 Thiết bị chấp hành 71 2.3 Thiết bị chấp hành 71 2.3.1 Xi lanh thuỷ lực, khí nén 71 2.3.2 Cuộn hút (solenoids) .74 2.3.3 Rơ-le .74 2.4 Thiết bị dẫn động 75 2.4 Thiết bị dẫn động 75 2.4.1 Động 75 2.4.2 Động bớc 77 2.4.3 Động servo chiều 80 Chơng .83 Tự động hoá cấp phôi rời 83 Tự động hoá cấp phôi rời 83 3.1 Chức phân loại 83 3.1 Chức phân loại 83 3.2 Thiết bị cấp phôi dạng ổ 83 3.2 Thiết bị cấp phôi dạng ổ 83 3.2.1 Phân loại 83 3.2.2 Một số cấu thiết bị cấp phôi dạng ổ 87 3.2.3 Máng dẫn 91 3.3 Thiết bị cấp phôi dạng phễu 98 3.3 Thiết bị cấp phôi dạng phễu 98 3.3.1 Nguyên lý kết cấu chung thiết bị cấp phôi dạng phễu 98 3.3.2 Phễu 102 3.3.3 Cơ cấu định hớng 103 3.4 Thiết bị cấp phôi rung động 108 3.4 Thiết bị cấp phôi rung động 108 3.5 ứng dụng rôbôt công nhiệp 114 3.5 ứng dụng rôbôt công nhiệp 114 3.5.1 Sơ lợc trình phát triển robot công nghiệp 114 3.5.2 Cấu trúc robot công nghiệp 115 3.5.3 Kết cấu tay máy 115 3.5.4 Hệ tọa độ 117 3.5.5 Trờng công tác robot 118 3.5.6 Phân loại robot công nghiệp 119 3.5.7 ứng dụng robot công nghiệp sản xuất 120 Chơng 123 Tự động hoá kiểm tra phân loại 123 Tự động hoá kiểm tra phân loại 123 4.1 Đat-tric 124 4.1 Đat-tric 124 4.1.1 Đat-tric tiếp xúc điện 124 4.1.2 Đat-tric cảm ứng 126 4.1.3 Đat-tric rung tiếp xúc 126 4.1.4 Đat-tric điện dung 127 4.1.5 Đat-tric quang điện .127 4.1.6 Yêu cầu sử dụng bảo quản đat-tric .127 4.2 Phân loại thiết bị kiểm tra .127 4.2 Phân loại thiết bị kiểm tra .127 4.3 Các thiết bị kiểm tra tự động 130 4.3 Các thiết bị kiểm tra tự động 130 4.3.1 Kiểm tra tự động phơng pháp trực tiếp 130 4.3.2 Kiểm tra tự động phơng pháp không tiếp xúc trực tiếp 132 4.3.3 Kiểm tra tự động đờng kính lỗ 133 4.3.4 Kiểm tra tự động sai số hình dáng sai số vị trí tơng quan 137 4.3.5 Kiểm tra tự động nhiều thông số 138 4.3.6 Kiểm tra tích cực mài tròn 139 4.3.7 Kiểm tra tích cực mài tròn .145 4.3.8 Kiểm tra tích cực mài phẳng 150 4.3.9 Thiết bị kiểm tra tích cực mài khôn 152 4.4 Thiết bị kiểm tra phân loại tự động .153 4.4 Thiết bị kiểm tra phân loại tự động .153 Chơng 158 Tự động hoá lắp ráp 158 Tự động hoá lắp ráp 158 5.1 Các vấn đề chung 158 5.1 Các vấn đề chung 158 5.1.1 Khái niệm chung 158 5.1.2 Các nhiệm vụ TĐH trình lắp ráp 159 5.1.3 Hoàn thiện chuẩn bị công nghệ trình lắp ráp tự động .161 5.1.4 Một số phơng hớng phát triển TĐH lắp ráp 161 5.2 Tính công nghệ kết cấu lắp ráp tự động 162 5.2 Tính công nghệ kết cấu lắp ráp tự động 162 5.2.1 Các yêu cầu chung tính công nghệ lắp ráp tự động 162 5.2.2 Các tiêu đánh giá tính công nghệ lắp ráp .172 5.3 Định vị liên kết chi tiết lắp ráp tự động 173 5.3 Định vị liên kết chi tiết lắp ráp tự động 173 5.3.1 Định vị cứng lắp ráp tự động 173 5.3.2 Tự định vị hay định vị tự tìm kiếm 178 5.3.4 Điều khiển xác định chế độ lắp ráp tự động .191 Tài liệu tham khảo 191 Tài liệu tham khảo 191 Lời nói đầu Các thành tựu đạt đợc nửa đầu kỷ 20 lĩnh vực tự động hoá (TĐH) cho phép chế tạo loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp đờng dây tự động liên kết cứng mềm dùng sản xuất hàng loạt lớn hàng khối Cũng khoảng thời gian này, phát triển mạnh mẽ điều khiển học, môn khoa học quy luật chung trình điều khiển truyền tin hệ thống có tổ chức góp phần đẩy mạnh phát triển ứng dụng TĐH trình sản xuất vào công nghiệp Trong năm nửa sau kỷ 20, nớc có công nghiệp phát triển tiến hành rộng rãi tự động hóa sản xuất loạt nhỏ Điều phản ánh xu chung kinh tế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ hàng khối-thay đổi hay sản xuất linh hoạt Nhờ thành tựu to lớn công nghệ thông tin lĩnh vực khoa học khác, ngành công nghệ chế tạo máy giới có thay đổi sâu sắc Sự xuất loạt công nghệ mũi nhọn nh kỹ thuật linh hoạt (flexible engineering), hệ thống điều hành sản xuất qua hình (Visual Manufacturing Systems), kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) công nghệ nanô cho phép thực TĐH toàn phần không sản xuất hàng khối mà sản xuất loạt nhỏ đơn Chính thay đổi nhanh sản xuất liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất loạt thiết bị hệ thống TĐH hoàn toàn nh loại máy điểu khiển số, trung tâm gia công, hệ thống điều khiển theo chơng trình logic PLC (Programmable Logic Control), hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems), hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrated Manufacturing) cho phép chuyển đổi nhanh sản phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất nhất, rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh sản xuất đại Những thành công ban đầu trình liên kết số công nghệ đại khảng 10, 15 năm vừa qua khẳng đỉnh xu phát triển sản xuất trí tuệ kỷ 21 sở thiết bị thông minh Để tiếp cận ứng dụng dạng sản xuất tiên tiến này, từ hôm nay, phải bắt đầu nghiên cứu, học hỏi chuẩn bị sở vật chất nh đội ngũ cán kỹ thuật cho Việc bổ sung, cải tiến nội dung chơng trình đào tạo trờng đại học trung tâm nghiên cứu theo hớng phát triển sản xuất trí tuệ cần thiết TĐH trình sản xuất phận, hớng phát triển khoa học TĐH Sự phát triển gắn liền với phát triển nhiều ngành khoa học khác Do để nghiên cứu đầy đủ toàn diện môn học TĐH trình sản xuất, học viên cần phải đợc trang bị kiến thức liên ngành từ môn học khác nh Lý thuyết điều khiển tự động, Nguyên lý máy, Công nghệ chế tạo máy, Máy công cụ TĐH , Phần tử tự động, Truyền động điện Tác giả cảm ơn đồng chí Lê Xuân Hùng có nhiều đóng góp việc xây dựng hình vẽ minh hoạ, đồng chí giáo viên môn Chế tạo máy, khoa Cơ khí có ý kiến quí báu bố cục nội dung tài liệu Trong trình biên soạn, cố gắng bám sát chơng trình giảng dạy, đa vào tài liệu nội dung mới, cập nhật từ sống sản xuất đào tạo, song thiếu sót Mọi ý kiến đóng góp đợc hoan ngênh xin gửi cho tác giả theo địa chỉ: Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Học viện KTQS, 100 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà nội Điện thoại: 069515368 Các tác giả Chơng Những vấn đề tự động hoá 1.1 Những khái niệm định nghĩa Cơ khí hoá (CKH) sử dụng lợng phi sinh vật để thực toàn phần trình sản xuất trừ việc điều khiển Nhiệm vụ điều khiển ngời thực Nh CKH trình thay lao động bắp ngời thực trình sản xuất Tự động hoá (TĐH) trình sản xuất giai phát đoạn triển sản xuất CKH, nghĩa TĐH sử dụng lợng phi sinh vật để thực điều khiển toàn thành phần trình sản xuất Tóm lại tự động hóa ứng dụng hệ thống khí, điện, điện tử, máy tính, để thực điều khiển trình mà không cần can thiệp trực tiếp ngời Nhiệm vụ ngời kiểm tra hoạt động máy móc, khắc phục hỏng hóc sai lệch, lập trình điều chỉnh máy để gia công sản phẩm khác Ngời công nhân tham gia vào trình gia công chi tiết lắp ráp, có thời gian để phục vụ nhiều máy Xuất loại công nhân trình độ cao: thợ điều chỉnh Để TĐH trình sản xuất cần phải có ứng dụng cấu thiết bị tự động phù hợp Điều nghĩa TĐH trình sản xuất trình ứng dụng thành phần, cấu sơ đồ tự động riêng biệt vào trình công nghệ có sẵn máy móc có đợc thiết kế TĐH trình sản xuất gắn liền với trình hoàn thiện đổi công nghệ Đó toán thiết kế-công nghệ tổng hợp, có nhiệm vụ tạo kỹ thuật hoàn toàn dựa sở trình công nghệ gia công cơ, kiểm tra, lắp ráp tiên tiến (kể phơng pháp công nghệ thiết bị gia công mới) Trong trình sản xuất TĐH, thiết bị cấu tự động có ảnh hởng ngợc trở lại thân trình công nghệ nguyên công riêng biệt, làm thay đổi nội dung số chức điều khiển ban đầu Tóm lại TĐH trình sản xuất đợc hiểu nh tổng hợp biện pháp đợc sử dụng thiết kế trình sản xuất công nghệ mới, tiên tiến Trên sở trình sản xuất công nghệ tiến hành thiết lập hệ thống thiết bị có suất cao, tự động thực thành phần trình sản xuất mà không cần tới tham gia ngời Trong hệ thống chuẩn bị công nghệ thống nhất, hệ thống TĐH đợc đánh giá theo tiêu sau: hình thức, cấp mức TĐH Hình thức TĐH đợc phân biệt theo TĐH (riêng) phần TĐH toàn phần; TĐH đơn phức; TĐH sơ cấp thứ cấp CKH TĐH phần TĐH trình công nghệ hệ thống, phần chi phí lợng ngời đợc thay lợng phi sinh vật trừ việc điều khiển giới hoá bao gồm việc điều khiển TĐH CKH TĐH toàn phần khí hoá TĐH trình công nghệ tất chi phí lợng ngời đợc thay lợng phi sinh vật trừ việc điều khiển CKH bao gồm việc điều khiển TĐH CKH TĐH đơn liên quan đến phần toàn thành phần trình công nghệ hệ thống trình công nghệ Ví dụ nguyên công tiện, việc cấp phôi vào lấy phôi đợc TĐH TĐH đơn Trong nguyên công gia công chi tiết có nguyên công TĐH CKH TĐH phức CKH TĐH phần toàn phần từ hai thành phần trở lên trình công nghệ Trừ việc điều khiển CKH bao gồm việc điều khiển TĐH Trong trờng hợp tất thành phần QTCN không loại trừ thành phần đợc CKH TĐH gọi CKH TĐH phức toàn phần Thí dụ nguyên công gia công chi tiết điều đợc TĐH Nếu nh ta có TĐH phức phần CKH TĐH thờng đợc tiến hành theo số bớc Vì vậy, ngời ta phân biệt CKH TĐH sơ thứ cấp CKH TĐH sơ cấp CKH TĐH QTCN sử dụng lợng ngời CKH TĐH thứ cấp CKH TĐH QTCN hệ thống QTCN sử dụng lợng ngời máy móc (phi sinh vật) CKH sử dụng lợng phi sinh vật TĐH Thí dụ thay thiết bị kiểm tra tự động máy hệ thống kiểm tra tự động hoàn hảo hơn, xác hơn, tin cậy hơn, thời gian sử dụng nhiều Tiến khoa học kỹ thuật không dựa CKH TĐH sơ cấp mà dựa sở TĐH thứ cấp, nơi mà ý tởng nhà khoa học đợc vật chất hoá tổng hợp đợc kinh nghiệm làm việc hệ thống đợc CKH TĐH Cấp ứng dụng CKH TĐH đợc ký hiệu từ đến 10: - Cấp - CKH TĐH nguyên công đơn giản - Cấp - CKH TĐH QTCN hoàn chỉnh - Cấp - CKH TĐH hệ thống QTCN đợc thực phân xởng sản xuất - Cấp - CKH TĐH đợc thực phạm vi xởng sản xuất (hay hệ thống số công đoạn sản xuất) - Cấp - CKH TĐH đợc thực phạm vi nhóm xởng đồng công nghệ - Cấp - CKH TĐH hệ thống QTCN đợc thực phạm vi xí nghiệp - Cấp - CKH TĐH hệ thống QTCN phạm vi công ty sản xuất liện hiệp nghiên cứu khoa học (trong hệ thống xí nghiệp riêng biệt) - Cấp - CKH TĐH hệ thống QTCN phạm vi vùng kinh tế địa lý - Cấp - CKH TĐH đợc thực phạm vi ngành công nghiệp - Cấp 10 - CKH TĐH đợc thực phạm vi toàn công nghiệp quốc gia Mức CKH TĐH đặc trng cho mức độ ảnh hởng CKH TĐH đến tình trạng QTCN Có mức CKH TĐH: thấp, nhỏ, vừa, lớn, nâng cao, cao toàn Về định lợng ngời ta sử dụng hệ số mức CKH TĐH Hệ số tính theo công thức sau: K= TM T = M TM + TT Tch Trong đó: TM - Thời gian thực máy TT - Thời gian thực tay Tch - Thời gian Thành phần thời gian máy TM bao gồm thời gian thực hành trình công tác hành trình chạy không, thời gian không trùng với thời gian công tác Để tăng hệ số mức CKH phải rút nắn thời gian thực tay để thay, gá đặt, điều chỉnh dụng cụ, giảm thời gian sửa chữa điều chỉnh cấu máy, thời gian cấp phôi, thu dọn phoi, nộp chi tiết hoàn chỉng vào kho, loại trừ phế phẩm điều chỉnh sai, thời gian chuẩn bị, bàn giao máy cuối ca Trong bảng 1.1 giá trị hệ số mức CKH TĐH Mô hình thông tin CKH TĐH Để dễ sử dụng số liệu cho tình trạng CKH TĐH ngời ta dùng mô hình thông tin dạng ký hiệu gồm thành phần theo trật tự sau: Cấp Hình thức Mức Thí dụ: 3TĐH2 có nghĩa TĐH cấp mức Bảng 1.1 Số mức Tên gọi Giá trị K Không Thấp 0,01 0,25 Nhỏ 0,26 0,45 Trung 0,46 0,60 Lớn 0,61 0,75 Nâng cao 0,76 0,90 Cao 0,91 0,98 Toàn 0,99 1.2 Điều kiện kinh tế-kỹ thuật CKH TĐH CKH TĐH phơng tiện quan trọng để tăng hiệu sản xuất đảm bảo chất lợng sản phẩm ổn định, tăng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm Ba yếu tố ba yếu tố đặc trng cho điều kiện đợc gọi điều kiện kinh tế - kỹ thuật CKH TĐH Dù triển khai ứng dụng đâu, CKH TĐH phải bảo đảm đợc ba điều kiện Ngoài CKH TĐH góp phần cải thiện điều kiện làm việc độc hại, nặng nhọc ngời công nhân, tăng an toàn lao động Ta phân tích ba điều kiện cụ thể nh sau: Bảo đảm chất lợng sản phẩm Chất lợng phạm trù rộng bao hàm nhiều yếu tố đặc trng cho tính chất sản phẩm Thí dụ đẹp, bền, xác, gọn nhẹ, dễ sử dụng, tiêu hao lợng CKH TĐH phải bảo đảm tính chất sản phẩm cách ổn định, tức có độ tin cậy cao Những yêu cầu đặt toán lớn cần phải giải tiến hành CKH TĐH Đó 10 là: - Phải nghiên cứu rộng khắp, đầy đủ nhu cầu thị trờng, thị hiếu ngời tiêu dùng nh nhiệm vụ, kế hoạch sản xuất - Nghiên cứu áp dụng công nghệ tiên tiến - Nghiên cứu thiết kế sản phẩm trang thiết bị công nghệ có tính công nghệ cao - Chế tạo sử dụng thiết bị có độ xác cao, độ cứng vững lớn, cho phép làm việc với độ tin cậy cao thời gian dài - Nghiên cứu chế độ khai thác, sử dụng, bảo quản sửa chữa trang thiết bị cách tối u - Phải đào tạo cán có lòng yêu nghề, có trình độ, có kỹ thuật để nắm bắt ứng dụng thành tựu CKH TĐH Bảo đảm suất lao động Năng suất lao động phạm trù rộng mà nhiều ngời nghe nói đến lầm tởng suất lao động sống Thật suất lao động số sản phẩm làm đơn vị thời gian lao động Thời gian lao động phải đợc hiểu theo nghĩa rộng: không đơn thời gian lao động ngời công nhân trực tiếp đứng máy để chế tạo sản phẩm, mà phần thời gian dùng vào việc chế tạo vật t, máy móc, thiết bị, đồ gá, dụng cụ, lợng, thời gian thiết kế, nghiên cứu, chế thử mà ngời ta gọi lao động khứ hay lao động vật hoá Muốn tăng suất lao động, cần phải giảm tổng thời gian bỏ để chế tạo sản phẩm (bao gồm lao động lao động khứ) Theo Mác :"Tăng suất lao động nghĩa tăng thành phần lao động khứ giảm thành phần lao động nhng tổng số lao động sản phẩm phải giảm xuống tức giảm số lợng lao động nhiều tăng số lợng lao động khứ" Đó phơng hớng chung, phơng pháp để tăng suất lao động CKH TĐH trình sản suất biện pháp tốt để giải vấn đề suất Tất nhiên để CKH TĐH phải đầu t nhiều vốn, nhiều phơng tiện , chi phí tăng, nghĩa thành phần lao động khứ tăng Mặt khác, qui trình công nghệ tốt, thành phần lao động giảm đến mức tối đa tăng không ngừng suất lao động Nhng phải TĐH nh để giảm không ngừng thành phần lao động Nếu TĐH đơn nhằm tăng số máy mà công nhân phục vụ đến lúc mức giảm thành phần lao động bị hạn chế bù lại mức tăng thành phần lao động khứ Hạ giá thành sản phẩm Giá thành sản phẩm tổng chi phí tiền cho công lao động hoạt động sản xuất, kinh doanh tính đơn vị sản phẩm Tuy nhiên giá thành phải đợc hiểu theo nghĩa rộng gồm nhiều yếu tố hợp thành: vật t, công thợ, tiền khấu hao máy móc, đồ gá, tiền dụng cụ cắt, dụng cụ đo kiểm, điện nớc, khí tiền vận tải, khấu hao nhà xởng, sân bãi , chi phí phụ khác Để giảm giá thành phải tìm cách giảm chi phí thành phần Một thành phần đáng ý vật t, công thợ, khấu hao máy móc, nhà xởng, chi phí lý Chi phí vật t giảm xuống cách sử dụng vật t rẻ tiền hơn, thí dụ thay thép chất dẻo, thép gang Nghiên cứu sản phẩm có 11 kết cấu hợp lý (đơn giản, chọn hệ số an toàn hợp lý tính toán, giảm số khâu thành phần xích truyền động ) Công thợ giảm cách tăng mức độ TĐH, đặc biệt nguy hiểm, chi phí cho công thợ cao, tăng suất thiết bị, tăng cờng độ lao động, tổ chức lao động hợp lý, sản phẩm có tính công nghệ cao, có nhiều phần tử kết cấu đợc tiêu chuẩn hoá thống hoá, dễ chế tạo, lắp ráp Tiền khấu hao nhà cửa, công trình giảm cách giảm diện tích sử dụng, bố trí máy móc, kho bãi hợp lý chí không cần kho bãi Chi phí điện giảm cách áp dụng qui trình công nghệ hợp lý, tăng hệ số sử dụng có ích thiết bị, sử dụng thiết bị công nghệ cao tiêu tốn lợng, hay nghiên cứu loại lợng khác rẻ tiền Những chi phí khác thuộc chi phí gián tiếp nh chi phí quản lý, chi phí cho phòng ban (tài vụ, vật t, thiết kế, công nghệ, kế toán ) giảm cách sử dụng thiết bị văn phòng, thiết bị liên lạc, cho phép tăng suất lao động, giảm số lợng nhân viên văn phòng, thí dụ dùng máy tính cá nhân, máy chữ, máy phô tô copy, máy in, máy vẽ, làm việc hệ thống mạng, liên lạc điện thoại có dây không dây, điều khiển qua hệ thống quan sát (camera) hình Nói chung giảm giá thành sản phẩm điều kiện quan trọng mà CKH TĐH cần phải đảm bảo Không làm đợc điều CKH TĐH thất bại Về giá thành cần phải phân biệt giá thành sản phẩm với giá thành công nghệ Giá thành công nghệ khác giá thành sản phẩm chỗ mục chi phí xởng kể đến phần liên quan trực tiếp đến QTCN: chi phí cho lợng, sửa chữa khấu hao thiết bị, đồ gá, dụng cụ, vật liệu lau chùi, nớc trơn nguội Tuỳ theo dạng sản xuất, CKH TĐH đợc thực theo cách khác Trong sản xuất hàng khối loạt lớn, công nghệ tiên tiến cho phép ứng dụng TĐH phức dạng đờng dây, xởng nhà máy tự động Trong sản xuất hàng loạt với QTCN điển hình QTCN nhóm, TĐH đợc dùng đờng dây tự động, máy tự động điều chỉnh đợc, máy với thiết bị điều chỉnh cho phép sử dụng thiết bị để gia công loạt chi tiết khác sau thay số phần tử riêng biệt điều chỉnh lại Trong sản xuất loạt nhỏ nên sử dụng thiết bị cho phép điều chỉnh nhanh Thí dụ, máy điều khiển theo chơng trình số hay máy CNC 1.3 Các giai đoạn phát triển TĐH Trong điều kiện sản xuất loạt lớn hàng khối, TĐH giai đoạn đầu bảo đảm hiệu kinh tế nhờ nâng cao chất lợng sản phẩm, suất cao, giảm số lợng công nhân phục vụ diện tích phân xởng Phân tích lịch sử xu hớng phát triển tự động hoá trình sản xuất giai đoạn phát triển Trên giai đoạn cần phải giải nhiều nhiệm vụ kỹ thuật phức tạp khác nhau: - Tự động hoá nguyên công tạo máy tự động bán tự động - Tự động hoá trình công nghệ, tạo dây chuyển sản xuất tự động 12 (hình 5- 6c) quay (hình 5-6d) Trên hình 5-7 cấu lắp ráp tự động đợc thiết kế theo nguyên tắc tự định vị Hình 5- Đầu lắp ráp hoạt động theo nguyên tắc tự định vị Mặt tỳ; 2, Chi tiết lắp ráp; Đồ gá tự lựa; Tấm chắn; Lò xo Quá trình định vị đồ gá thực qua hai giai đoạn Đầu tiên chi tiết lắp ráp đợc định vị sơ cách đẩy sát vào mặt tỳ (hình 5-7a) Sau đo lực lắp ráp P dịch chuyển chi tiết theo phơng pháp lắp ráp với chi tiết 161 cụm lắp ráp Nếu chi tiết gặp cản trở trình định vị sơ cha xác có sai số O, chi tiết đợc định vị lần cuối nhờ mặt côn định vị Tại điểm tiếp xúc K chi tiết xuất lực P O làm cho chi tiết dịch chuyển theo phơng cần thiết để thực lắp ráp đợc Đồ gá tự lựa đợc lắp đặt trạng thái cân trung tâm so với cửa sổ chắn nhờ lò xo bố trí hớng tâm (hình 5-7b) Khi gá đặt sơ chi tiết lên vị trí lắp ráp máy tự động, bề mặt lắp ghép phải nằm trờng tìm kiếm A, nghĩa vùng di chuyển đồ gá tự lựa Giá trị tối thiểu trờng tìm kiếm Amin đợc biểu diễn hình - 7c Có thể thay đổi giá trị trờng tìm kiếm cách điều chỉnh lại cấu Giá trị trờng tìm kiếm A đợc xác định theo công thức sau: ; với A > c+O H O = (5.10) Trong đó: - sai số định hớng tổng cộng O chi tiết cố định (mm); - độ xác định hớng sơ c chi tiết cố định (mm); - sai số chế tạo chi tiết cố H định (mm); Thời gian định vị đợc xác định theo công thức: (5.11) A t = đây: an n - số dao động phút; a - biên độ dao động đợc chọn A3 nửa khe hở yêu cầu (hình 57c) mối lắp (nếu chi tiết đợc vát mép, định lợng tăng) Nếu khe hở mối lắp bé, để thực lắp ráp tự động, yêu cầu độ xác trình định vị cao, thiết bị lắp ráp phải đợc chế tạo xác Lắp ráp tự động khó khăn thực mối lắp mà số bề mặt lắp ghép mặt chuẩn ổn định tin cậy Hiện tợng thờng xảy với chi tiết có hình dáng không cân xứng, ngắn cha qua gia công Công nghiệp chế tạo dụng cụ thờng gặp trờng hợp Lắp ráp theo phơng pháp tự định vị có nhợc điểm trình tìm kiếm làm trùng tâm chi tiết lắp ghép hoàn toàn mang tính ngẫu nhiên, độ tin cậy không cao 162 163 Hình 5- Sơ đồ thiết bị lắp ráp với đờng tâm nghiêng Sơ đồ thiết bị lắp ráp tự định vị (hay tự định hớng) với đờng tâm nghiêng thể hình 5-8 Các giai đoạn lắp tự định hớng lắp bạc vào trục đợc mô tả hình 5-8a Ban đầu chi tiết đợc định hớng cho đờng tâm chúng tạo góc tơng đối lớn Bạc ép dịch chuyển tơng đối so với chốt hớng vuông góc với mặt phẳng hình vẽ theo mặt đầu Nhờ chuyển động ngang mặt phẳng hình vẽ đầu trục chui vào lỗ giai đoạn đầu trình tự định vị, chi tiết tiếp xúc với theo cạnh bề mặt lắp mối ghép điểm, thí dụ điểm A1, sai số định hớng hớng vuông góc với mặt phẳng hình vẽ Dới tác dụng lực hình thành điểm tiếp xúc chi tiết, bạc dịch chuyển theo hớng ngang làm giảm sai số định hớng Tại thời điểm sai số định hớng bị loại trừ, nghĩa chi tiết tiếp xúc thêm điểm A2, bắt đầu giai đoạn hai trình tự định hớng Bạc bị ép trục ép tạo nên áp lực theo hớng mũi tên Trục tiếp tục chuyển động làm chi tiết tiếp xúc thêm điểm A3 (giai đoạn III), điểm A1, A2 tiến sát để cuối trùng điểm A4 phía bên điểm A3 Khi bạc chui vào trục dới tác dụng lực ép (giai đoạn IV) Trên hình 5-8c sơ đồ thiết bị để lắp ráp chi tiết theo nguyên lý Trục lắp mâm quay Cốc đợc đa đến trục ép nhờ thiết bị cấp phôi rung động Trục ép lắp đầu lắp ráp Đầu quay xung quanh đờng tâm (vuông góc với hình vẽ) Nhờ lực ép lò xo đầu lắp ráp tỳ lên chốt Lò xo đẩy trục ép xuống dới Khi trục quay mâm 8, đầu mút chui vào lỗ cốc kéo cốc trục ép quay theo Lúc lò xo bị kéo doãng ra, lò xo nén lại Khi quay trục 7, cốc luôn tỳ gờ lỗ lên đầu trục chúng đồng tâm với Dời tác dụng lò xo cốc chui vào lỗ, cong đầu lắp ráp trở vị trí ban đầu nhờ lò xo 5.3.3 Các phơng pháp cấu định vị có điều khiển lắp ráp Sử dụng định vị cứng làm cho trình lắp ráp khó khăn, độ tin cậy trình định vị thấp Phơng pháp tự định vị đợc nghiên cứu phát triển mạnh mẽ Tuy nhiên đờng tâm chi tiết vùng tìm kiếm có vị trí ngẫu nhiên, nên chuyển động tìm kiếm tuân theo quy luật xác suất Do vậy, điều kiện lắp ráp không ổn định dẫn tới độ tin cậy trình lắp ráp thấp Tuy nhiên, thực số điều kiện phối hợp định, lắp ráp mà không cần trình tìm kiếm kể Chúng ta nghiên cứu điều kiện Sau đợc lấy khỏi cấu cấp phôi tự động, chi tiết đợc đa vào cấu định vị kẹp chặt Vị trí chi tiết không gian thông thờng bị dịch chuyển mặt phẳng XOY nh hình 5-9 Coi trục cấu kẹp e =e O =1rO 12 12O= tay máy bạc cấu 164 định vị cố định có vị trí nh hình 5-9 Giả sử đờng tâm chúng song song với nhau, hình chiếu đờng tâm trục XOY điểm O1 có vị trí tơng đối so với gốc toạ độ O theo bán kính vectơ , vị trí hình chiếu O đờng tâm bạc mặt phẳng đợc biểu thị vectơ Độ lệch tâm O O2 bán kính vectơ Để định vị chi tiết xác cần bảo đảm điều kiện , nghĩa tâm O1 O2 phải trùng 165 Hình - Định vị có điều khiển lắp ráp 166 Trong thực tế, vị trí O1 e O2 đợc xác định thông qua độ lớn vectơ góc tạo với trục OY phụ thuộc vào nhiều yếu tố xác định xác đợc Nếu tiến hành dịch chuyển điểm O1 tới O2 theo đờng ngắn O1O2 ta loại bỏ đợc trình tìm kiến Quá trình dịch chuyển hai chi tiết thực đồng thời Để thực đợc chuyển động này, thiết bị phải có giải pháp thiết kế tơng ứng Ngoài ra, phải có thêm cấu kiểm tra cấu chấp hành Cơ cấu kiểm tra xác định giá trị dịch chuyển tạo lệnh cần thiết để loại bỏ độ không đồng tâm tác động cấu chấp hành Nh vậy, thành phần cấu định vị phải có chuyển đổi truyền trung gian, ví dụ, hệ khuếch đại rơle để bảo đảm cho chi tiết có vị trí yêu cầu trớc lắp rắp Định vị có điều khiển thực theo ba phơng án Trong phơng án thứ nhất, cấu kiểm tra tìm giá trị tuyệt đối e góc (hình 5-9) lệnh cho cấu chấp hành thực dịch chuyển theo phơng cấu phản hồi xác định sai lệch đợc loại bỏ Lúc này, cấu chấp hành nhận đợc lệnh dừng lại thực cố định cho tiết Kết cấu thiết bị theo phơng án thứ thờng phức tạp cần nhớ hai đại lợng e đồng thời Phơng án thứ hai khó thực với lần thực mối lắp loại, cấu chấp hành lại phải thực chuyển động quay theo đờng có bán kính khác Vì thế, thực tế kỹ thuật, phơng án thứ ba đợc sử dụng rộng rãi Tuỳ thuộc vào nguyên tắc điều khiển cấu chấp hành, cấu định vị có điều khiển đợc chia làm hai loại: điều khiển theo sai lệch điều khiển theo kích thích Khi điều khiển theo sai lệch, cấu chấp hành tự động dừng lại sai lệch đợc lại bỏ, điều khiển theo kích thích, lực tổng hợp tác động lên chi tiết di động không sai lệch bị loại bỏ Cơ cấu định vị có điều khiển theo phơng án thứ ba với hệ thống điều khiển theo sai lệch đợc trình bày hình 5-10 167 Hình 5- Sơ đồ cấu định vị điều khiển theo sai lệch Động cơ; Bộ khuyếch đại; Bộ so sánh; Đế gá; Bạc cần lắp; Trục; Đầu lắp; CB1, CB2 Bộ cảm biến Chuyển động từ động 1, qua truyền trục vít lò xo làm cho đầu lắp ráp dịch chuyển theo mũi tên L Trục đợc gá đầu 7; bạc cần lắp đợc gá đồ gá Động qua khuyếch đại so sánh đợc nối với cảm biến CB1 CB2 Các cảm biến đợc chế tạo theo nhiều kiểu (cảm ứng, quang điện ) Do đờng tâm bạc trục không trùng nhau, cảm biến CB1 CB2 hình thành nên tín hiệu khác Các tín hiệu đợc so sánh so sánh 3, sai lệch chúng đợc khuếch đại dùng để điều khiển động làm dịch chuyển đầu lắp ráp theo phơng giảm sai lệch Dịch chuyển theo phơng T đợc thực tơng tự Khi tâm bạc trùng với tâm trục, tín hiệu sai lệch từ cảm ứng không, động tự động dừng lại, trục đợc lắp với bạc nhờ lực F Trong ví dụ này, trình định vị thực theo phơng Tồn nhiều phơng pháp lắp ráp mà trình làm trùng tâm chi tiết lắp ghép đợc thực nhờ chuyển động có chủ định theo quỹ đạo ngắn O1O2 (hình 5-11a) Hình chiếu đờng tâm trục O1 hệ toạ độ hai chiều đợc đặc trng đoạn l tạo với trục x góc 168 Hình - Định vị theo nguyên lý khí động học 169 Hình 5-11b sơ đồ lắp ráp dựa nguyên lý khí động học Đây sơ đồ lắp ráp dựa vào nguyên lý định vị có điều khiển theo kích thích Nếu đa dòng khí nén với áp lực định qua lỗ từ dới lên tạo lực R có tác dụng định tâm trục với lỗ theo phơng O1O2 Lực tính đợc theo công thức: (5.12) v2 Với: - diện tích mặt cắt RS L= =SL.LH ngang trục, H - chiều dài dây cung (mm); L - chiều dài đờng sinh trục 170 171 Hình - Cơ cấu định vị có điều khiển theo lực kích thích Thanh đẩy; Trục; 3, 19 Đờng dẫn áp; 4, 7, 20 Đầu áp; 5, 15 Chốt cố định; Van tiết lu đầu; 7, Đai ốc; Cam; 10 Thanh trợt; 11 Phiến gá; 12 Thanh treo; 13 Chi tiết gá; 14, 21 Lò xo; 16 Tấm đỡ; 17 Chi tiết cần lắp ráp; 18 Khối V; 22 Má kẹp Trong trờng hợp chung, trình định vị cần thực theo nhiều phơng với phơng thức tơng tự Xét cấu định vị có điều khiển theo lực kích thích (hình 5-12) dùng để lắp trục với lỗ chi tiết có hình khối V số 17 Đầu lắp ráp gồm khối V số 18 má kẹp 22 Má kẹp 22 đợc kẹp chặt vào khối V số 18 nhờ lò xo 21 Đầu lắp đợc đa vào vị trí lắp ráp nhờ dẫn động riêng (không biểu diễn hình 5-12) Trong đầu lắp ráp trục 2, phía có đẩy Phía dới, đỡ 16 chi tiết cần lắp ráp 17 có lỗ lắp với trục Chi tiết 17 đợc định vị cố định nhờ cấu lắp phiến gá 11 Cơ cấu đợc hình thành từ hai chốt cố định 15 tạo với góc 120 o chốt di động lắp trợt 10 Hai chốt cố định đợc gá cố định thân treo 12 Khi phiến gá 11 chuyển động lên phía theo phơng G, trợt 10 dới tác động lò xo 14 trợt khỏi cam gá chi tiết 13 Lúc chốt 15 thực định vị chi tiết 17 theo lỗ lắp ráp Nếu tâm lỗ bạc trục không trùng nhau, cấu định vị có chủ đích bắt đầu làm ciệc Cơ cấu làm việc nhờ hệ thống điều khiển khí nén, gồm đầu áp Van tiết lu đầu áp trục 2, van tiết lu (cửa khí) đầu áp chi tiết số đợc gắn cứng với trợt 10 gá đai 172 Hình 5- Sơ đồ hệ thống khí nén điều khiển theo lực kích thích Hệ thống khí nén liên kết với đầu áp nhờ đờng dẫn 3, đợc dùng để định vị trục, hệ thống khí nén liên kết với đầu áp đo đờng kính D lỗ bạc Hệ thống khí nén liên kết với đầu áp 20 đờng dẫn 19 dùng để xác định đờng kính d trục Giá trị d D đợc so sánh với Do vậy, đánh giá đợc giá trị khe hở mối lắp Khe hở S u1, xác định vị trí đờng sinh bên phải trục Còn khe hở S u2 xác định đờng kính D lỗ vị trí đờng sinh bên phải Bằng cách đo S u3 xác định đợc giá trị đờng kính trục d So sánh Su2 Su3 ta biết đợc tơng quan đờng kính D d Còn so sánh Su1 Su2 ta biết đợc vị trí tơng quan đờng tâm trục bạc trớc lắp ráp Đầu lắp ráp có khối V dịch chuyển tơng đối so với cấu cấp phôi tự động (không vẽ hình) màng đàn hồi M nh hình 5-13 Hệ thống khí nén đợc điều chỉnh cho trục bạc có kích thớc danh nghĩa dDN DDN khe hở Su3 Su2 (hình 5-13) Ngoài ra, đờng sinh bên phải trục bạc nằm đờng thẳng, khe hở Su1 Su2 Trong điều kiện buồng khí với màng đàn hồi M với trục nằm trạng thái cân Khi S u3 > Su2 trục cha 173 đạt đợc vị trí cân màng đàn hồi Còn S u1 < Su2 trục nằm đè lên phần mặt đầu chi tiết 17 (hình 5-12) Trong hai trờng hợp, buồng đàn hồi dịch chuyển đầu lắp ráp có trục vị trí cần Thanh đẩy (hình 5-12) đẩy trục vào lỗ chi tiết 17 Sau lắp trục, đầu lắp ráp với khối V số 18 đ ợc hồi vị bên phải, mỏ kẹp 22 mở ra, phiến gá 11 hạ xuống làm cho trục xuống hết chiều dài lắp yêu cầu cụm lắp đợc đẩy 5.3.4 Điều khiển xác định chế độ lắp ráp tự động Trong trình lắp ráp sản phẩm, cấu lắp ráp có tác động lực, nhiệt lý hoá lên bề mặt lắp ghép Các thành phần lực tác động lực lắp ráp Fc, lực kẹp Fk lực quán tính Fq Các lực tác động lên chi tiết tham gia vào trình lắp ráp, lên bề mặt lắp ghép chúng lên toàn sản phẩm Xác định quy luật phân bố lực hệ thống công nghệ khó Để thực trình lắp ráp, đảm bảo chất lợng, thời gian giá thành nhỏ nhất, độ an toàn cao cần giải số vấn đề sau: - Xác định đối tợng tiếp nhận tác động lực lắp ráp sản phẩm - Xác định giá trị tới hạn lực tác động lên cấu tiếp nhận tác động lực - Xác định giá trị tối thiểu cần thiết lực để thực trình lắp - So sánh lực tới hạn với lực tối thiểu để định chế độ lắp ráp điều khiển hợp lý - Xác định điều kiện điều khiển tác động công nghệ - Xác định phơng pháp chọn cấu điều khiển tác động công nghệ Các vấn đề nội dung lý thuyết thiết kế hệ thống lắp ráp tự động kể hệ thống ngời máy công nghiệp sử dụng trình sản xuất khí Tuy nội dung không nằm khuôn khổ giáo trình Những quan tâm tham khảo [1], [2], [6] Tài liệu tham khảo Trần Văn Địch, Trần Xuân Việt - Tự động hoá trình sản xuất - Nhà xuất KH KT - 2001 Trần Văn Địch - Tự động hoá sản xuất - Nhà xuất KH KT - 2007 Nguyễn Văn Hùng - Máy tự động đờng dây tự động - Nhà xuất KH KT - 1978 Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến - Giáo trình cảm biến - Nhà xuất KH KT - 2006 Nguyễn Phơng - Giáo trình máy công cụ tự động hoá - Đại học Bách khoa Hà nội - 1991 - - - 1976 M. - - 1976 . - 174 - - 1973 - ( 5) - - 1973 10 - - - 2004 11 Hugh Jack - Intergration and automation of manufacturing systems - 2001 12 C Ray Asfahl - Robot and manufacturing automation - John Wiley & Sons, Inc - 1992 175 [...]... trình sản xuất, tạo ra các phân xởng và nhà máy tự động Tự động hoá tổng hợp cần phải đợc hiểu là quá trình tự động hoá bao quát toàn bộ hệ thống sản xuất một loại sản phẩm ví dụ nh ô tô Khi tất cả các giai đoạn sản xuất bắt đầu từ nguyên vật liệu và kết thúc giai đoạn lắp ráp và thử nghiệm đều đợc tự động hoá Tự động hoá tổng hợp liên quan đến quá trình tích tụ kỹ thuật cao trong tất cả các khâu của quá. .. thuật Về cấu trúc tổ chức thì hệ thống sản xuất linh hoạt có thể chia ra các bậc sau: - Môđun sản xuất linh hoạt - Dây chuyền tự động linh hoạt và đờng dây tự động hoá linh hoạt - Xởng tự động hoá linh hoạt - Nhà máy tự động hoá linh hoạt Theo mức độ tự động hoá thì các hệ thống sản xuất linh hoạt đợc chia thành các mức: 15 - Tổ hợp sản xuất linh hoạt - Sản xuất tự động hoá linh hoạt Nếu không yêu cầu... cao Cạnh tranh bắt buộc các nhà sản xuất phải cải tiến công nghệ, áp dụng TĐH các quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm tốt hơn với giá rẻ hơn Có nhiều ví dụ về các nhà sản xuất không có khả năng hoặc không muốn cải tiến công nghệ và áp dụng tự động hoá sản xuất nên dẫn tới thất bại trong thơng trờng 1.5 Các nguyên tắc ứng dụng TĐH quá trình sản xuất TĐH quá trình sản xuất là một vấn đề khoa học kỹ... các khâu của quá trình sản xuất Những nhiệm vụ của giai đoạn này chủ yếu là tự động hoá 14 Hệ thống điều khiển Tính số lợng Quản lý dự trữ phôi Bảo hiểm Định lợng Máng dẫn Băng chuyền Hệ thống vận chuyển Băng tải ĐD tự động i ĐD tự động 4 Đờng dây tự động ĐD tự động 3 ĐD tự động 2 ĐD tự động 1 việc vận chuyển phôi giữa các đờng dây và các phân xởng, thu dọn và xử lý phoi, điều hành sản xuất (hình 1-3)... mức độ tự động hoá thì thờng sử dụng thuật ngữ tổng quát là hệ thống sản xuất linh hoạt Mô đun sản xuất linh hoạt bao gồm một đơn vị thiết bị công nghệ, đợc trang bị một hệ thống điều khiển chơng trình số và các phơng tiện tự động hoá quá trình công nghệ, hoạt động độc lập, tự thực hiện chu trình gia công nhiều lần và có khả năng nối ghép với hệ thống ở bậc cao hơn Trờng hợp đơn lẻ của môđun sản xuất. .. giai đoạn hai của tự động hoá cũng cần phải giải quyết nhiệm vụ tạo ra các phơng tiện kiểm tra tự động, trong đó có cả phơng tiện kiểm tra chủ động và có hiệu chỉnh quá trình làm việc của máy (hình 1-2) Hình 1- Sơ đồ cấu trúc đờng dây tự động Đờng dây tự động Tuỳ thuộc vào chủng loại máy đợc sử dụng trên dây chuyền tự động mà ta có: dây chuyền tự động từ các máy tổ hợp, dây chuyền tự động từ các máy... phù hợp với điều kiện cụ thể 1.6 Công nghệ là cơ sở của tự động hoá 1.6.1 Đặc điểm của quá trình công nghệ trong sản xuất tự động hoá Cơ sở để thiết kế các thiết bị TĐH là quá trình công nghệ Nhiệm vụ của quá trình công nghệ là chế tạo sản phẩm với chất lợng, số lợng xác định trớc Khi xây dựng QTCN gia công trên các hệ thống tự động, toàn bộ quá trình gia công đợc phân chia ra các thành phần riêng biệt... trong sản xuất loạt lớn và hàng khối khi chi phí đầu t ban đầu lớn đợc bù đắp bằng năng suất cao TĐH cứng kém linh hoạt, không thể hoặc khó đáp ứng sự thay đổi sản phẩm 2 Tự động hóa theo chơng trình (Programmable Automation) Tự động hóa theo chơng trình đợc thực hiện trên các thiết bị có khả năng thay đổi trình tự công tác theo chơng trình đã đợc lập sẵn Mỗi sản phẩm mới yêu cầu lập lại chơng trình. .. kích thích sự phát triển của TĐH Cải thiện điều kiện sản xuất Các quá trình sản xuất sử dụng quá nhiều lao động sống rất dễ mất ổn định về giờ giấc, về chất lợng gia công và năng suất lao động, gây khó khăn cho việc điều hành và quản lý sản xuất Các quá trình sản xuất TĐH cho phép loại bỏ các nhợc điểm trên Đồng thời, TĐH đã thay đổi hẳn tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân,... điều kiện sản xuất tự động hoá nơi con ngời không tham gia trực tiếp vào quá trình công nghệ, toàn bộ khối lợng những tác động công nghệ đợc phân chia ra không phụ thuộc vào con ngời cũng nh chỗ làm việc Nguyên công trong điều kiện sản xuất tự động hoá đó là một phần của quá trình công nghệ đợc thực hiện bằng một cơ cấu mục đích bảo đảm các tác động cần thiết giữa dụng cụ và phôi trong quá trình gia