Bài giảng FMS CIM CHƯƠNG 2, ĐHBK HN

Slice bài giảng môn học Công nghệ sản xuất linh hoạt FMS và công nghệ sản xuất tích hợp CIM, dùng cho hệ cao đẳng và Đại Học, chuyên ngành công nghệ chế tạo máy và cơ điện tử.Bài giảng cung cấp bộ khung kiến thức cơ bản về công nghệ FMS và CIm để sinh viên và người đọc nắm được các kiến thức cần thiết để phục vụ quá trình nghiên cứu và học tập cơ bản cũng như nghiên cứu sâu về các hệ thống này.

Bộ môn Công Nghệ CTM Viện Cơ khí

ĐHBK Hà Nội

TS NGUYỄN TRƯỜNG PHI

2.1 Hướng phát triển linh hoạt của CNC 2.2 Hệ thống vận chuyển và tích trữ tự động 2.3 Kho chứa tự động

2.4 Hệ thống kiểm tra tự động 2.5 Hệ thống lắp ráp tự động 2.6 Tính toán thành phần thiết bị trong FMS

2.1.1 Hệ dụng cụ và cung ứng dụng cụ

2.1.2 Hệ thống cấp tháo phôi tự động

2.1.3 Chế tạo máy nhiều trục chính

2.1.4 Gia công đồng thời bằng nhiều dao

2.1.5 Tổ hợp các máy CNC thành FMS

2.1.6 Hệ thống FMS có kho chứa cơ cấu vệ tinh

! Đặc điểm hệ dụng cụ

! Độ tin cậy của hệ dụng cụ

! Yêu cầu của hệ dụng cụ

! Các thành phần cơ bản

!  Đặc điểm hệ dụng cụ

cótác động của lực cắt nhằm thu nhận các lực cắt và đông thời

thực hiện những chuyển động giữa lưỡi cắt của dụng cụ và chi

tiết gia công

cấu

!  Độ tin cậy của hệ dụng cụ

cắt)

!   Chọn thông số cắt đảm bảo không gẫy, vỡ dao

!   Khối lượng phoi ứng với tuổi bền dụng cụ

dao)

!   Hiệu chỉnh (bù) khi có sai lệch về kích thước thực của dụng cụ và kích thước yêu cầu

!   Đảm bảo chính xác vị trí của lưỡi cắt

! Yêu cầu của hệ dụng cụ

"  Độ cứng vững cao

"  Năng suất bóc phoi cao

bên ngoài máy

" Ổ tích dụng cụ: Lưu trữ các dụng cụ cần thiết trong quá trình gia công

! Tiếp nhận dụng cụ

cấu thay đổi dụng cụ tự động

lực an toàn

!  Dùng các phần tử tiếp nhận dụng cụ có kết cấu thống

nhất để giảm chi phí

! Tiếp nhận dụng cụ

! Tiếp nhận dụng cụ ! Dụng cụ

Dao phay mặt đầu

Dao phay đĩa Dao phay mặt bậc

Dao phay ngón

!  Dụng cụ răng chắp !  Dụng cụ răng chắp

!  Dụng cụ răng chắp !  Dụng cụ răng chắp

!  Dụng cụ trên máy tiện và khả năng gia công

Tiện rãnh ngoài Tiện rãnh trong

Tiện cắt đứt

8

!  Ổ tích dụng cụ

!  Các loại đầu rêvonve

!  Phân loại ổ tích dao

!   Cơ cấu thay dao tự động

!   Cơ cấu thay dao tự động

" Kết cấu ổ

" Vị trí của trục chính và ổ tích dao thuận lợi cho việc thay dao trực tiếp

" Các chuyển động thay dao đơn giản, không cần kết cấu tay tóm

!  Cơ cấu thay dụng cụ tự động : !  Cấp phôi và đẩy phôi tự động vào và ra khỏi vị trí gia công

xác định

!  Cho phép làm trùng thời gian phụ (thời gian tháo chi tiết gia công và gá đặt phôi trong đồ gá) với thời gian máy khi gia công trên phôi

!  Là một kết cấu tiêu chuẩn để có thể gá và kẹp chặt trên bàn máy

!  Sử dụng cơ cấu cấp tháo phôi tự động giúp cho việc điều chỉnh linh hoạt vàthuận lợi

!  Khi gia công các chi tiết giống nhau cần phải có số đồ gá bằng

số cơ cấu cấp tháo phôi

!  Các máy với cơ cấu cấp tháo phôi có kết cấu chiếm diện tích hơn so với các máy thông thường

!  Một số dạng cơ cấu cấp tháo phôi tự động

Two types of transfer mechanisms:

(a)straight rails (b) circular or rotary patterns

!  Một số dạng cơ cấu cấp tháo phôi tự động

(a)Schematic illustration of the top view of a horizontal-spindle machining center showing the pallet pool, set-up station for a pallet, pallet carrier, and an active pallet in operation (shown directly below the spindle of the machine)

(b)Schematicillustration of two machining centers with a common pallet pool

Various other pallet arrangements are possible in such systems Source:

Courtesy of Hitachi Seiki Co., Ltd

!  Sử dụng để gia công đồng thời nhiều chi tiết giống

nhau hoặc nhiều bề mặt của một chi tiết bằng nhiều

dao

!  Yêu cầu máy có độ cứng vững cao , tăng kích thước

cơ cấu máy, khối lượng vật liệu để chế tạo các cơ cấu

đó (lực tác động tới các cơ cấu máy tăng lên)

tăng lên

!  Thường 2-4 trục chính trong điều kiện gia công nhẹ

!  Chi tiết được gia công trong cùng một thời gian bằng nhiều dao

!  Hiệu quả sử dụng sẽ được tăng lên

!  Mỗi dao thực hiện việc gia công theo một chương trình riêng

!  Dịch chuyển của các trục chính và bàn quay được điều khiển chung bằng một cơ cấu điều khiển số

!  Các dụng cụ của ụ trục chính được di chuyển theo một chương trình và máy có khả năng chuyên môn hoá hẹp cùng với nhiều

công việc điều chỉnh chưa được tự động hoá !

!  Sản xuất chi tiết loạt vừa và lớn

!  Hệ thống FMS tập hợp các máy CNC , các hệ thống vận

nhằm mục đích tự động hoá các nguyên công chính và

!  Hiệu quả

" 

Hệ thống băng chuyền gồm bộ khung điều chỉnh được, các khung này

được lắp ghép dễ dàng và nhanh chóng Hệ thống băng chuyền có thể

lắp ghép với nhiều trạm điều khiển khác nhau Băng vận chuyển dạng

vòng có diện tích tuỳ theo yêu cầu cụ thể cho hệ thống linh hoạt

•  Phôi được lưu trữ ở các tầng khác nhau Thông qua hệ thống tay gắp 3 trục vận chuyển phôi tới các trạm tiếp theo để xử lí

•  Sau quá trình xử lí phôi được gắp trở lại vào trong kho lưu trữ Các phôi được phân loại theo các đặc tính khác nhau

•  Vị trí lưu trữ phôi được điều khiển bởi các cảm biến

•  Chi tiết hình khối trụ

được xắp xếp chồng lên

nhau trong 3 ống chứa và

được đẩy ra từ phía dưới

ống chứa đặt trên đường

băng

•  Hệ thống cánh tay gắp sẽ

lấy chi tiết đặt lên thoi đẩy

để chuyển tới các trạm

gia công tiếp theo

•  Phôi được cung cấp từ 3 băng chuyền đến vị trí robot Cánh tay robot lắp ráp 3 phôi lại với nhau

•  Sản phẩm cuối cùng được Robot vận chuyển đến trạm xử lí tiếp theo

! Hệ thống FMS có kho chứa cơ cấu vệ

tinh với phôi

"  Nâng cao năng suất máy

"  Giảm thời gian phụ

"  Tự động hoá dòng di chuyển

!  Tăng tính linh hoạt và tập trung các máy trên một công đoạn

!  Xe rùa tự động được trang bị để vận chuyển các vệ tinh & chi tiết gia công

& được điều khiển bằng bộ điều khiển số

! 

!  Chức năng của hệ thống

sung vào ổ tích có dung lượng nhỏ đặt cạnh máy

trữ giữa các nguyên công trên các vệ tinh hoặc trong thùng chứa và theo lệnh của máy tính vận chuyển chúng tới vị trí tiếp nhận để tiếp tục gia công

chi tiết và chuyển các vệ tinh tự do về vị trí cấp phôi hoặc về

ổ tích trữ

! Phương án tổ hợp (gồm băng tải và giá tích trữ với máy xếp

đống được trên giá hoặc các xe tời di chuyển trên đường ray) Băng tải tích trữ (magazin) 1 của các vệ tinh có kết cấu dạng xích với hình ôvan khép kín được di

cơ cấu vận chuyển 3 mà vệ tinh 4 từ trí 7 để tự động thay đổi các vệ tinh trên máy nhiều nguyên

Cơ cấu con thoi di chuyển vệ tinh từ vị trí A sang bàn 6 của máy (vị trí B) và sau khi gia công xong, chi tiết gia công sang vị trí C Từ vị trí C vệ tinh được chuyển

về vị trí A khi bàn 6 nằm ở vùng cắt (vị trí D)

Di chuyển các vệ tinh 1 từ các vị trí của ổ tích 2 tới cơ cấu quay 6 để tự động thay

đổi các vệ tinh trên máy nhiều nguyên công 5 và ngược lại được thực hiện bằng xe

tời di động với truyền động bằng xích hoặc dây cáp Xe tời được trang bị cơ cấu

tiếp nhận và cấp phát các vệ tinh và được di chuyển trên đường ray 3 Trong ổ tích

có vị trí với bàn quay 7 được dùng để gá và thao chi tiết gia công và để nối kết với

!  Đặc điểm nổi bật của các máy CNC nhiều nguyên công là có các magazin dụng cụ (ổ tích dụng cụ) để sắp đặt dụng cụ và các cơ cấu để tự động thay đổi dụng cụ theo một trình tự đã định từ magazin tơi trục chính của máy và ngược lại

!   Nhiệm vụ của hệ dụng cụ và quản lý dụng cụ

với dụng cụ phụ

đổi dụng cụ kịp thời

!   Chức năng của hệ thống

FMS

chuyển đổi đối tượng gia công và lưu trữ chúng ở các ổ tích

5, cơ cấu này được lắp đặt trên trục đứng của máy 3 trụ đứng của máy 3 có các sống trượt để

di chuyển đầu trục chính Khi một chi tiết khác trên vệ tinh 4 được chuyển tới máy thì magazin dụng cụ (vị trí C) quay trở về vị trí tự do (vị trí B) của ổ tích, còn ổ tích (vị trí A) magazin dụng cụ khác được chuyển đến cơ cấu tiếp nhận 5

để gia công chi tiết vừa được

Để thay đổi magazin dụng cụ, trụ đứng của máy

di chuyển theo toạ độ X cho tới khi trục của cơ cấu tiếp nhận 5 trùng với trục của một trong các magazin dụng cụ nằm trong ổ tích 1 Quá trình thay đổi magazin dụng cụ được thực hiện một

!  Băng tải: Được sử dụng trong một phạm vị vận chuyển hẹp,

chi tiết vận chuyển dạng khối hay đơn lẻ Tuỳ vào yêu cầu sử

dụng, trọng tải, loại vật liệu, khoảng cách tải mà có nhiều loại

băng tải khác nhau

!  Băng tải đai

các trạm sản xuất

!  Băng tải xích

◦ Có thể dùng một hay nhiều dây xích

◦  Kết cấu đơn giản, rẻ tiền

!  Băng tải con lăn

!  Các đặc điểm của bố NN (bố Nilon)

!  1 Cường lực chịu tải lớn: Bố NN có thể chịu tải gấp 5 lần so với sợi

Cotton

2 Chịu lực va đập lớn: Sợi Nylon là loại sợi tổng hợp chiự lực va đập rất

tốt nên các tác động ngoại lực hầu như không ảnh hưởng tới chất lượng bố

chịu lực và tính ưu việt mềm dẻo cũng là 1 ửu điểm vượt trội của băng tải

loại này

3 Chịu axit, chịu nước và một số loại hóa chất khác

4 Chống được lão hóa do gâp khúc uốn lượn nhiều trong sử dụng& thích

ứng với các rulô có đường kinh nhỏ tốt hơn các lợi bố chịu lực khác

5 Tăng cường sự bám dính giữa sợi và cao su đồng thời giảm thiểu việc

tách tầng giữa các lớp bố

6 Rất bền nếu phải hoạt động trong môi trường nhiệt độ thấp

7 Độ dai cực lớn, nhẹ và làm tăng lên sức kéo của Môtơ dẫn đến giảm tiêu

thụ điện

!  Băng xoắn vít

!  Xe rùa tự động - Xe vận chuyển được dẫn hướng

tự động (AGVs)

◦  AGV hoạt động một cách tự động, không yêu cầu người vận hành Giảm

được chi phí nhân công

◦  Hạn chế làm việc trong những điều kiện môi trường không an toàn và

nặng nhọc

◦  AGV phù hợp cho khối lượng vận từ nhỏ đến trung bình và khoảng cách

vận chuyển từ trung bình đến dài

!  Optical – Tracks contrasting color

!  Wire – Embedded in floor

!  Inertial – Gyro with magnets in floor

!  Laser – Triangulation from reflective targets

!  • Standard Charging (battery swap)

!  • In-Vehicle (opportunity)

!  Charging - Inductive Charging

!  Most industrial-use AGVs travel at a speed between

100 and 300 feet per minute

Mechanical Protection Group

!  Có hai hệ thống AGV

◦ Đường vận chuyển cố định: Đường dẫn được gắn cố định

trên nền xưởng

◦ Đường vận chuyển tự do: Không có đường dẫn vì thế dễ

dàng cho việc thay đổi hướng (trong phần mềm điều khiển)

nhưng cần có dự đoán về vị trí phải tuyệt đối chính xác

chuyển, các máy xếp đống, các robot vận chuyển

!   Điều khiển truyền động: của các hệ thống vận chuyển

!   Định vị chính xác: cơ cấu vận chuyển tại chỗ làm việc

!   Dừng cơ cấu vận chuyển: khi có tín hiệu báo hỏng hóc

!   Cấp và tháo các ổ tích trữ: xử lý và truyền tín hiệu để kiểm tra và

chuẩn đoán

! Các mức xử lý thông tin

!  Mức 2 (Mức hệ thống): Điều khiển luồng hàng sản

xuất (bằng hệ điều khiển FMS)

◦  Hành trình chuyển động của các cơ cấu vận

chuyển, kiểm tra và chuẩn đoán các sai số

◦  Tính toán chuyển động của hàng hoá

!  Thực hiện sự tác động qua lại của FMS với các hệ thống xí nghiệp công nghiệp bên ngoài

!   Dòng vật liệu được nhập vào và chuyển đi để thực hiện

chức năng một cách có hiệu quả

!  Tiếp nhận, lưu giữ và chuyển vào sản xuất các vật liệu

và các thiết bị phụ trợ khác

!  Tích trữ các sản phẩm, chi tiết phế phẩm và chất thải

sản xuất nhằm đảm bảo hiệu quả hoạt động của FMS

!  Kho chứa tự động dạng giá cần cẩu

!  Gồm 1 máy cần cẩu để nâng hạ hàng hoá từ các giá

chứa tới các ổ tích và ngược lại -> linh hoạt.

-> sử dụng phổ biến trong các hệ thống CIM FMS

!  Ưu điểm: Kho chứa chiếm ít diện tích, có năng suất

cao dễ thích nghi với tự động hoá

!  Với 1 máy cần cẩu dạng cầu có thể di chuyển ngang,

dọc, lên xuống và có thể quay quanh 1

trục nên rất linh hoạt khi xếp dỡ hàng hoá

!  Dạng kho chứa cần cẩu cầu khắc phục được nhược điểm của

dạng giá cần cẩu đó là dung lượng lớn hơn nhiều Dạng cần

cẩu cầu có đến 3 giá, 4 giá hoặc 6 giá chứa hàng trong khi

dạng giá cần cẩu chỉ có 1 hoặc 2 giá chứa là cùng Nhưng do

có nhiều giá chứa nên diện tích mặt bằng lớn, và năng suất

của máy cần cẩu cầu không cao nên chỉ sử dụng cho sản xuất

hàng loạt nhỏ

!  Ưu điểm: Dung lượng lớn hơn

!  Nhược điểm: Nhiều giá nên tốn mặt bằng

!  Trong sản xuất đơn chiếc hoặc loạt nhỏ

!  Kho chứa tự động giá trọng lực

!   Lợi dụng trọng lực để cấp và thoát phôi từ đầu cao

này sang đầu thấp kia

!  Tại 2 đầu của giá nghiêng có các bộ trượt tự động để

tiếp nhận phôi

hoạt không cao.

!  Kho chứa tự động giá trọng lực

!   Ưu điểm: Sử dụng hiệu quả diện tích và thể tích không gian sản

xuất vì không cần khoảng cách giữa các giá

!   Nhược điểm: Tính linh hoạt không cao

!  Kho chứa tự động dạng giá nâng: Dùng cho các chi tiết

và các sản phẩm nhỏ thời gian lưu trữ ngắn và lượng dự trữ ít

!  Yếu tố phụ thuộc

◦ Dạng sản xuất

◦ Sản lượng hàng năm

◦ Dạng vận chuyển trong và ngoài phân xưởng

◦ Đặc tính về phần xây dựng của xưởng sản xuất

◦ Các loại kho chứa tự động

!  Cách bố trí

◦ Nên bố trí tại các vị trí gần các thiết bị công nghệ (máy gia công)

phẩm hoàn thiện

định của hệ thống vận chuyển, tăng năng suất

!  Mặt bằng kho chứa tự động có dạng giá cần cẩu !  Mặt bằng kho chứa tự động có dạng cần cẩu cầu

!  Chọn vị trí để lắp đặt kho chứa

!   Xác định dung lượng của kho chứa

!  So sánh các phương án và chọn phương án kho chứa hợp lý

!  Tính toán các thông số của kho chứa

!  Thiết kế các thiết bị không tiêu chuẩn, hệ thống điều khiển, thiết kế phần xây dựng của kho chứa

!  Thiết kế bản vẽ lắp

!   Viết thuyết minh

Out In

Tool

changer

Tool changer

Indexing tables

!  Nhận và trình thông tin về các tính chất, trạng thái kỹ thuật và cách bố trí không gian của các đối tượng được kiểm tra, trạng thái của môi trường công nghệ và điều kiện sản xuất

!  So sánh giá trị thực tế với giá trị danh nghĩa của các thông số

!  Truyền thông tin về sự không tương thích với các mô hình của quá trình sản xuất để kịp thời hiệu chỉnh trên các cấp điều khiển

!  Nhận và trình thông tin về thực hiện chức năng

!  Khả năng điều chỉnh tự động các thiết bị kiểm tra trong

phạm vi một chủng loại của các đối tượng được kiểm

tra

!  Phối hợp các đặc tính động lực học của hệ thống kiểm

tra tự động với các tính chất động lực học của các đối

tượng cần được kiểm tra

!  Độ tin cậy của kiểm tra, kể cả kiểm tra việc chuyển đổi

và truyền thông tin

!  Độ ổn định của các thiết bị kiểm tra

!  Vật liệu, phôi, dụng cụ, đồ gá,

!   Chế độ cắt thử sản phẩm

!  Thông số của các thiết bị công nghệ trong QT chế tạo

!   Các robot công nghiêp, các thiết bị gia công tự động

!  Kỹ thuật tính toán, lập trình

!  Kỹ thuật an toàn (môi trường…)

!  Vật liệu, phôi, dụng cụ, đồ gá,

!   Chế độ cắt, thử sản phẩm

!  Thông số của các thiết bị công nghệ trong QT chế tạo

!   Các robot công nghiêp, các thiết bị gia công tự động

!  Kỹ thuật tính toán, lập trình

!  Kỹ thuật an toàn (môi trường…)

!  Cơ cấu gá đặt và tháo chi tiết

!  Cơ cấu kẹp chặt

!  Cơ cấu vận chuyển

!   Cơ cấu hãm

!  Cơ cấu định vị chi tiết trên vị trí kiểm tra

!   Cơ cấu đo (đattric)

!   Cơ cấu chấp hành

! Mức cao

!  Kiểm tra tổng hợp tất cả các tế bào tự động để phối hợp

hoạt động, để điều chỉnh và sửa chữa, để truyền tải thông

tin tới trạm điều khiển

!  Đối tượng

!  Tất cả các tế bào tự động điển hình (tế bào gia công,

tế bào vận chuyển, tế bào kho chứa, tế bào thử

nghiệm…)

!  Chỗ làm việc của công nhân

! Mức cao

!  Nhiệm vụ

◦ Tiếp nhận, xử lý và tổng hợp thông tin từ mức thấp hơn

◦  Kiểm tra khối lượng và chất lượng sản phẩm, cung ứng vật chất-kỹ thuật

◦  Kiểm tra các nguyên công được thực hiện trên các tế bào tự động

◦ Tự kiểm tra và kiểm tra hoạt động của mức thấp hơn

•  Thiết bị: Tổ hợp máy tính điều khiển trên cơ sở các máy tính nhỏ