Tự động hóa sản xuất giáo trình dùng cho sinh viên các trường đại học kỹ thuật trần văn địch

1.3 Mối quan hệ kích thước, thời giãn và thông tin trong sản xuất tự động Quá trình sản xuất và qua trỉnh công nghệ được đặc trưng bởi các yếu tố sau : vật liệu, phôi, chỉ tiết, đớn vị

TU DONG HOA SAN XUAT

Tac gia: GS TS Tran Van Dich

Chịu trách nhiệm xuất ban: PGS TS Tô Đăng Hải

Biên tập và sửa chế bản: Nguyễn Thị Diệu thuý

Trình bày và chế bản ¡_ Thụy Anh

LOI NOI DAU

Tự động hoá quá trình sẵn xuất là xu hướng phát triển tất yếu của kỹ thuật Vì vậy, trong cương nh phát triển đất nước của các quốc gia đã có sự quan tâm đặc biệt đến việc chế tạo máy móc, thiết

bị cho phép cơ khí hoá và tự động hoá toàn bộ quá trình sẵn xuất Con đường phát triển của kỹ thuật là con đường dẫn dẩn giải phóng con người khỗi sự tham gia trực tiếp vào quá trình sẵn xuất Tỷ

lệ lao động sống trong sẵn xuất giảm xuống, còn tỷ lệ lao động quá khứ tăng lên Mác và Ăngghen đã viết “ tăng năng suất lao động được thể hiện ở chỗ tỷ lệ lao động sống giảm xuống, còn ?ÿ lệ lao động quá

khứ tăng lên, nhưng tăng lên sao cho tổng khối lượng lao động trong

hàng hoá giảm xuống, có nghĩa là khối lượng lao động sống giảm nhiều hơn lượng tăng của lao động quá khứ”

Tự động hoá là giai đoạn phát triển mới của kỹ thuật và cho đến

ngày nay nó đã đạt được những thành tựu to lớn Hiện nay, nhiều quá

trình sẵn xuất đã được tự động hoá hoàn toàn, con người chỉ có chức

năng điều khiển và giám sát

Tự động hoá sản xuất (hay tự động hoá quá trình sân xuất) là

môn học chính thức trong chương trình đào tạo kỹ sư cơ khí Ö các

trường đại học kỹ thuật, nhằm cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về các cơ cấu tự động, hệ thống thiết bị tự động, hệ thống

Do biên soạn lẫn đầu, chắc chắn cuốn sách còn có những thiếu sót Tác giả xin hoan nghênh và tiếp thu những ý kiến đóng góp của

độc giả

Những ý kiến đóng góp xin gửi về Bộ môn Công nghệ Chế tạo

máy, khoa Cơ khí, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hoặc Ban biên

tập Nhà xuất ban Khoa học và Kỹ thuật, 70 Trần Hưng Đạo, Hà Nội

Tác giả

Chuong 1

Tự động hoá quá trình sản xuất cơ khí

4.1 Những khái niệm cơ bản và nhiệm vụ của tự động hoá quá trình sản xuất,

Cơ khí hoá quá trình sản xuất là ứng dụng năng lượng của máy móc được điều khiển bởi con người nhằm mục đích giảm chỉ phí lao động và cải thiện điều kiện sẵn xuất

Tự động hoá quá trình sản xuất là ứng dụng năng lượng của máy móc để thực hiện và điều khiển sản xuất mà không có sự tham gia trực tiếp của con người

Tự động hoá quá trình sản xuất được chia ra lam hai mức :

1 — Tự động hoá từng phần

Tự động hoá từng phần là tự động hoá từng nguyên công riêng biệt, ví dụ, nguyên công trên các máy có điều khiển tự động các máy CNG

2 ~ Tự động hoá toàn phần

Tự động hơá toàn phần là tự động hoá quá trình gia công, kiểm tra và lắp ráp nhờ các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems)

Máy tự động là một cơ cấu | tác động độc lập hoặc tổ hợp các cổ cấu có khả năng thực hiện tất cả các quá trình như tiếp nhận, truyền tải và sử dụng năng lượng mà không có sự tham gia trực tiếp của con

người

Các thiết bị công nghệ tự động hiện đại được 'dùng để hình thành kích thước, hình đáng và tính chất của chỉ tiết đồng thời cũng có khả năng hình thành thông tin (chương trình gia công, kết quả kiểm tra kích thước của chỉ tiết, v v) Với sự tăng lên của mức độ tự động hoá vai trò của các quả trình thông tin trong sản xuất.cũng fang t theo}

đó cũng chính I là nguyên, nhân tăng mức độ sử dụng máy tính để thiết

kế và điều khiển sẵn xuất 9

Các máy tự động có khả năng làm việc trong hhững điều kiện nặng nhọc, độc hại và nguy hiểm m mà con người khong | thi chịu đứng được -: - y

Ưu điểm của việc ứng dụng các thiết bịtự động trong s sẵn › xuất

- Nâng cao năng suất lao động

~ Giảm chỉ phí vật liệu và năng lượng

-_ Sử dựng toàn bộ thời gian làm việc của thiết bị tự động hoá

_~ Tăng tốc độ thực hiện quá trình sẵn xuất mà không bị giới hạn

bởi khả năng của con người,

- Giải phóng được số lượng lớn công nhân phục vụ sản xuất

Dưới đây ta xét cụ thể các yếu tố này :

Trong một năm thiết bị tự động có thể làm việc 365 ngàyx24 giờ

= 8760 giờ (không tính thời gian dừng để thay dao, điều chỉnh và sửa

chữa máy) Khi làm việc hai ca, thời gian hoạt động của thiết bị là

2550 giờ, chiếm 30% tổng quỹ thời gian của một năm (hình 1.1) Các

ngày lễ, ngày nghỉ cũng chiếm khoảng chừng ấy thời gian Thời gian

còn lại là thời gian không làm việc ở ca ba và thời gian cần để thực

máy tính cho phép giảm

đáng kể khối lượng giấy ae

z1

hoá (sản xuất thông thường)

Về ý nghĩa xã hội, ưu điểm của tự động hoá sản xuất bao gồm :

- Nâng cao mức sống của toàn dân nhờ tăng năng suất lao

động

- Tăng sản phẩm có chất lượng cao mà vẫn giảm được khối

lượng lao động, nguyên vật liệu và năng lượng

- Giải phóng con người khỏi lao động cơ bắp nặng nhọc, đơn

điệu, độc hại và nguy hiểm

- Có khả năng giảm thời gian làm việc nhờ tăng năng suất lao

động

- Nâng cao trách nhiệm của người lao động

Ca ba (ca đêm) không thuận lợi cho công việc, bởi vì ban đêm

là lủe con người muốn và cần ngủ Nếu nhu cầu này không được đáp ứng thì sẽ phát sinh bệnh tật, Nhu cầu làm việc ca ba là cần thiết trong sản xuất dây chuyển liên tục, ví dụ, trong công nghệ luyện kim

Sản xuất ca ba luôn luôn đạt hiệu quả kinh tế nhờ sử dụng có hiệu quả các thiết bị, Nếu tăng độ phức tạp và giá thành của thiết bị và giảm thời gian mòn vô hình của nó thì tổ.chức sản xuất ca bá được xem là phương pháp có tính kinh tế Các may tổ hợp cần phải được hoạt động từ hai ca trở lên, còn hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) cần được hoạt động ba ca để bù lại chỉ phí Như vậy, xuất hiện mâu thuẫn giữa sử dụng thiết bị ở cả ba ca và công việc không thích hợp đối với, con người ở ca đêm Ngoài ra, không phải lúc nào cũng tổ chức sản xuất được ba ca vì lý do không đủ sức lao động Như vậy, lối

ra của tình trạng này chỉ có thể là tổ chức sản xuất ca ba với chế độ

tự động

Sản xuất tự động làm thay đổi đặc tính lao động có liên quan đến điều chỉnh, sửa chữa, lập trình và tổ chức công việc :

1.2 Dac tinh co ban của quá trình sản xuất

Quá trình sản xuất có những đặc tính cơ bản sau đây :

- Ching loại và số lượng sản phẩm

Chủng loại sản phẩm được đặc trưng bởi công dụng, kết cấu và

các đặc tính kỹ thuật,

Số lượng sản phẩm xuất xưởng là tổng số chỉ tiết (sản phẩm)

được chế tạo ra trong một năm theo loạt

Trọng chế tạo máy chất lượng của quá trình sản xuất được đặc

trưng bởi độ chính xác kích thước, độ chính xác vị trí tương quan và độ

chính xác hình dáng hình học

Năng suất của quá trình sản xuất Q là số lượng sản phẩm được

chế tạo ra trong một đơn vị thời gian + Trong sản xuất đây chuyển

năng suất Q được xác định thèo công thức:

.1

Nang suất của quá trình sản xuất phải đạt được giá trị nhất định

để đảm bảo kế hoạch xuất xưởng sản phẩm

Mức độ tự động hoá của quá trình sản xuất được xác định bằng

tỷ số giữa thời gian gia công tự động và toàn bộ thời gian thực hiện

quá trình Tuỷ thuộc vào từng khoảng thời gian, người ta phân biệt các

mức độ tự động hoá như sau:

1 Mức độ chu kỳ của tự déng hoa ˆ

Mức độ chu kỳ K, của tự động hoá là tỷ số giữa thời gian gia

công tự động t; và toàn bộ thời:gian của chụ kỹ to :

2 ~ Mức độ gia công của tự động hoá

“# Mức độ gia công Kg của tự động hoá là tỷ số giữa phần thời gian

từng chiếc © của gia công động tr và toán bộ thời gián từng chiếc t„

(3

3 - Mức độ vận hành củá tỰ động hoa’ = Ge

Mức độ vận hành Ky của tự động hoá là: tý số giữa tổng thời

gian gia công tự động tr trong khoảng thời alan-(cai tháng, :quí hoặc

năm) và thời gian vận.hành tự: “HỆ

Mức độ tự động hoá là đại lượng không thứ nguyên cho phép đánh giá mức độ tự động hoá của một máy riêng lẻ, của hệ thống các máy hoặc của quá trình sản xuất

Tinh linh hoạt của quá trình sẵn xuất hay của thiết bị là khả

năng điều chỉnh được để chuyển đối tượng gia công (từ gia công chỉ

tiết này sang gia công chỉ tiết khác)

Tính linh hoạt L được xác định theo công thức sau đây:

L =|1-—|-100 (-8 "9 4.5 Trong đó:

C — chi phi dé điều chỉnh máy hoặc điều chỉnh hệ thống máy

(USD)

A — chỉ phí khẫu hao máy (USD)

Nếu C = 0 thì tính linh hoạt L = 100%, có nghĩa là sản xuất linh hoạt lý tưởng không đòi hỏi chi phí cho việc điều chỉnh máy Nếu chi phí cho việc điều chỉnh máy bằng chỉ phí khấu hao, có nghĩa là € = A thì tính linh hoạt L = 0

` Hiệu quả của quá trình sản xuất phần ánh mức độ giảm chỉ

phí sản xuất so với mức độ chi phí sản xuất trung bình của xã hội Nâng cao hiệu quả sản xuất đạt được bằng cách giảm chỉ phí xuống mức tối thiểu Hiệu quả sẵn xuất là chỉ tiêu tổng hợp phụ thuộc vào

năng suất, tính linh hoạt và mức độ tự động hoá quá trình sản xuất 1.3 Mối quan hệ kích thước, thời giãn và thông tin trong sản xuất tự động

Quá trình sản xuất và qua trỉnh công nghệ được đặc trưng bởi các yếu tố sau : vật liệu, phôi, chỉ tiết, đớn vị lắp rap, vat liệu phụ, dụng:cụ cắt; đồ:gá;trang bị công nghệ và các chất thải sản xuất Phôi

đi chuyển theo tiến trình: công nghệ và tạo thành: :các dòng lưu thông -

„ Như vay, trong mét qui trình sản xuất, phôi, chi, tiết, dụng cụ,

để gá, V phụ và chất thải xuất được di chuyển theo chu ki,

qua, thiết bí công nghệ, qua cơ cấu vận chuyển, qua các kho chữa

và ổ tich, qua các công đoạn sản 'xuất vã các phan Xưởng (hình 1 2)

Dòng lưu thông của phôi và sẵn phẩm

—| Mhan Gia Kiểm |_| tap |] san

phoi công tra |_ ráp phẩm

Hình 1.2 Dòng lưu thông của phôi, chỉ tiết và thông tin

trong quá trình sản xuất,

Để tổ chức và điều khiển các dòng lưu thông trong sản xuất cần

có thông tin về:

- Phôi và vật liệu

- Thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc quá trình gia công các

phôi trên một máy cụ thể

- Độ chính xác kích thước

- Tuổi bền dụng cụ cắt,

~ Thy ty các bước gia công

- Quỹ đạo chuyển động của dụng cụ ct và nhiều thông số

khác của quá trình sản xuất

Thông tin có thể được thể hi nhiều dạng khác nhau, Ví dụ,

thông tin-về: chỉ -tiết : thông thường "được thể hiện dưới dạng bản-vẽ,

thông tin công nghệ được thể hiện dưới đạng số liệu và sơ đồ Các

bản vẽ, cáo sơ đồ Và các số liệu được dùn: cho công nhân mà không

thể dùng trực tiếp trong sả xuất tự động Đối với các máy tự động

hoặc röbot các thông tin nay can ước he hiện dưới dạng, ví dự như

băng từ hoặc dữ liệu (câu lệnh) điều khiển SỐ l

we “Ngaại hồng tin 8ã được)

tin Về quả trình như kích thước của

khả năng của mây, ‹ dượng phôi trọ

Trong san xuat không tự động hoá (sản xuất thông thường) nhiều thông tin có về rất mờ ảo (không rõ ràng) bởi vì các thông tin này đều do con người tạo nên, cho nên những thông tìn như vậy có thể được bổ Sung 1 nhờ vào kiến thức và kinh nghiệm của con người Ví

dụ, trong sản xuất hàng loạt người ta không lập qui trình công nghệ

cho các chỉ tiết đơn giản, mà công nhân có kinh nghiệm có thể gia

công chỉ tiết trên máy theo bản vẽ Trong, sản xuất tự động có sử dụng máy CNC không chỉ cần mô tả tất cả các thông số gia công, bao gồm chế độ cất, quĩ đạo di chuyển của dao, v v mà còn phải thể hiện thông tin đó dưới dạng chương trình thích ứng với hệ điều

khién CNC

Trong tự động hoá sẵn xuất số lượng thông tin cần thiết cho quá trình sản xuất tăng đột biến, đặc biệt đối với hệ thống sản xuất linh hoạt FMS có khả năng tự động điều chỉnh may khi chuyển đổi đối tượng gia công

Chất lượng của sẵn phẩm cơ khí đạt được có liên quan đến sự hình thành: kích thước và tính chất của vật liệu theo thời gian

Kích thước của phôi theo tiến trình công nghệ được chuyển thành kích thước của chỉ tiết Tại mỗi nguyên công của qui trình công nghệ -kích thước của chỉ tiết được' hình thành nhờ mối quan hệ kích thước của dụng cụ, máy và đổ gá Các kích thước trong một sản phẩm giữa các bề mặt được hình thành sau- khi lắp ráp các chỉ tiết thành phần lại với nhau Gá đặt phôi, dụng cụ và các cơ cấu di chuyển, khác cần phải được thực hiện tại một chỗ xác định của công

đoạn sẵn suất với độ chính xác yêu cẩu để đạt được kết qua, mong

muốn, Tất cả các quá trình này được mô tả bằng quan hệ kích thước

và mỗi quá trình đều xảy ra theo thời gian xác định Thời điểm bắt đầu của nguyên công sau là lúc kết thúc của nguyên công trước, Để hoàn thành nhiệm vụ theo thời hạn cần phải lập kế hoạch và tích hợp thích ứng nhiều quá trình theo thời gian Xác định số lượng máy, dụng cụ

và thiết bị nâng hạ đôi hỏi phấi tính chi phí thời gián và quï thời gian:

Nhu vay, để thực hiện quá trình sản xuất theo chế độ tự động (tự động hoá sản xuất) cần phải liên kết các mối quan hệ kích thước, thời gian: và thông tin thành một hệ thống nhất và xử lý chúng nhờ các thiết bị và chương trình đặc biệt:

Lt

Chuong 2 Các hệ thống điều khiển tự động

2.1 Khái niệm về các hệ thống điều khiển tự động

Các hệ thống điều khiển tự động có khả năng đảm bảo cho

máy làm việc theo một chương trình đã định trước Máy tự động khác

may vạn năng thông thường ở chỗ là nó có khả năng thực hiện một

chu kỳ làm việc lặp đi lặp lại một cách chính xác

Hệ thống điều khiển là toàn bộ những thiết bị đảm bảo cho một

nhồónh đối tượng thực hiện nhiệm:vụ để đạt mục đích Ví dụ; trong sản

xuất thì đối tượng được điều khiển là các may, còn nhiệm vụ là thực

hiện qui trình công nghệ để đạt chất lượng sắn phẩm Hệ thống điều

khiển tự động là hệ dhống mà tất cả các chức năng điều khiển của nó

được thực hiện không có sự:tham gia trực tiếp của con người,

Người ta phân biệt: hệ thống điều khiển các cơ cấu riêng biệt và

hệ thống điều khiển toàn bộ chụ ký làm việc của máy Ngoài, ra, hệ

thống điểu khiến còn được phận biệt theo dấu hiệu thông:tin Dấu

hiệu thông tín bao gồm; nguồn: thông tin và phần tử mang thông tin,

số lượng và cấu trúc của của: dòng thông tin; loại và phương pháp xử

lý thông.tin

Nguồn thông tin cho biết bản chất công việc của hệ thống điểu

khiển một cách rõ nét nhất Nguồn thông tin chủ yếu là chương trình

điều khiển Nó được gọi là thông in đầu vào (thông tin cho trước)

Thông tin cho †rước' được gọi là chương trình, còn ghần tử để thực

hiện chương trình gọi là phan tử mang Chương trình:

- Số lượng và cấu trúc thông tin Anh: hung rat ln dén chất lượng

của hệ thống điều khiển Kênh thông ‡in: được sử dụng càng nhiều thì

chất lượng làm việc ( é théng điều khiển: ‘cang cao

Tất cả các th ông tin (thông: tin đầu vào hoặc thông tin phản hồi

ngược) có thể được thê ,hiện- dưới dạng tương tự: (hiệu điện thế hoặc

dòng điện ) hoặc dưới dạng các xung kế tiếp.nhau -

Dựa vào dạng thông tin người ta phân biệt hệ thống điều khiển

theo ba loại sau đây:

- Hệ thống điều khiển liên tục

~ Hệ thống điều khiển xung

- Hiệ thống điều khiển tổ hợp

Trong hệ thống điều khiển liên tục, thông tin được thể hiện dưới dạng ‹ các giá trị liên tục Ví dụ, các giá trị liên tục như tốc độ dịch chuyển hoặc giá trị dịch chuyển của cơ cấu chấp hành của máy được biểu thị bằng biên độ hoặc lệch pha của hiệu điện thế

Trong hệ thống điều khiển xung, thông tin được biểu thị bằng

các xung nổi tiếp nhau Có ba dạng thông tin xung: thông tin xung theo biên độ; thông tin xung theo bề rộng và thông tin xung theo tần xuất

Hệ thống điều khiển tổ hợp là sự phối hợp.của hai hệ ệ thống điều

khiển trên Ở đây quá trình điều khiển các chu ky don gian được thực hiện trong hệ thống phân tán, còn quá trình điều khiển các chu kỳ khác được thực hiện từ hệ thống điều khiển tập trung Ví dụ, hệ thống điều khiển thông tin tập trung là hệ thống điều khiển tất cả các chu

kỳ của dây chuyền tự động, còn hệ thống điều khiển phân tán là hệ thống kiểm tra các lệnh nối tiếp nhau bằng các đáttric quãng đường Nhìn chung các hệ thống điểu khiển tự động đều có các chức năng sau đây:

1 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 vỉ cho phép

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

3 Đảm bảo dừng máy khi có sự cố xảy ra

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

công

5 Kiểm tra sai số kích thước và sai số hình dáng của chỉ tiết

6 Điều khiển dây chuyền tự động khi cần đ điều chỉnh để chuyển

đối tượng gia công

7 Tính số lượng sản phẩm được sản xuất r ra

8 Báo tín hiệu về qui trình công nghệ, tình trạng máy để cán

bộ, công nhân có biện pháp xử lý

2.2 Phân loại các hệ thống điều khiển tự động

Các hệ thống điều khiển tự sụn được chia ra hai nhóm sau

đây:

- Hệ thống điều khiển chương trình không theo 86

» + Hé théng:diéu khiển chương trình theo số -:

13

2.2.1 Hệ thống điều khiển chương trỉnh không theo số

Các hệ thống điều khiển chương trình không theo số bao gồm:

hệ thống điều khiển hành trình (nhờ cĩ chặn), hệ thống điều khiển

bằng cam và hệ thống điều khiển bằng dưỡng chép hình

2.2.1.1 Hệ thống điều khiển hành trình

Hệ thống điểu khiển hành trình được dùng để tự động hoá

chuyển động thẳng của dụng cụ cắt (hoặc của 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, Các cữ chặn có thể thực hiện chức năng của cơ cấu giới hạn chuyển động (được gọi là cứ chặn cứng)

Hình 2.1 là sơ đỗ hệ thống điều khiển hành trình bằng cữ chặn Khi cd cấu chấp hành 1 đạt tới vị trí xác định thì các cữ chặn 6 tác

động tới các phần tử điều khiển 5 (các van thủy lực, van khí nén hoặc khớp nối cam của cơ cấu dẫn động cơ - điện) hoặc tác động tới các

cơ cấu chuyển đổi thông qua khối điều khiển Các cơ cấu chuyển đổi

có thể là các cơ cấu dẫn động công suất nhỏ, các nam châm điện, các cơ cấu dẫn động xilanh — pittông, "

bộ chuyển đổi hành trình truyền -oác lệnh tới cơ cấu chấp hành của

máy bằng các tín hiệu điện, tín hiệu thuỷ lực hoặc tín hiệu hơi ép

14

Trên các dây chuyển tự động hệ thống điều khiển hành trình (bang cif chan) được dùng để điều khiển hành trình của các máy tổ hợp đứng cạnh nhau, để truyền lệnh từ máy này sang máy khác, để điều khiển các chu kỳ làm việc của các đầu dao, của các bàn máy Ngoài chức năng giới hạn dịch chuyển (dùng cữ chặn cứng) các cữ chặn còn có các chức năng điều khiển các dịc chuyển (dùng bộ chuyển đổi hành trình)

Cần nhớ rằng, các cữ chặn cứng khi làm việc chịu tác dung của lực va: đập với quán tính của cơ cấu chấp hành Do dó, các cữ chặn cứng bị mòn nhanh và bị phá hủy, độ chính xác: điều khiển không đảm bảo Đây cũng chính là nhược điểm chính của hệ thống điều khiển bằng cữ chặn Tuy nhiên, hệ thống điều khiển hành trình bằng

cữ chặn có ưu điểm là kết cấu đơn giản và giá thành không cao Với đặc tính như trên hệ thống điều khiển hành trình bằng cữ chặn được sử dụng để tự động hoá các máy tiện, máy phay, máy rdvonve và các máy khác trong sản xuất hàng loạt lớn

2.2.1.2 Hệ thống điều khiển bằng cam

Hệ thống điều khiển bằng Cam cung cấp thông tin trên prôphin

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)

“Hình22 ‘Cae loại cain

cam phẳng; c - cam địa hd:

ˆ a~ cam dia kin

Suy ARTO MERE ith ETD aD aR TP ihe Deere

: a= cant Rink tr: b- Am ^

43

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

~ Cơ cấu sinh lực

- Cơ cấu điều khiển

Điều khiển chuyển động của cơ cấu chấp hành được thực hiện

bằng thanh đẩy theo qui luật trên prôphin của cam Trong trường hợp

này cam thực hiện chuyển động quay hoặc dịch chuyển tịnh tiến

tương đối so với thanh đẩy nhờ trục phân phối và cơ cấu khác thực

hiện chức năng cung cấp thông tin Cơ cấu tay đòn (nếu có) thực hiện

chức năng khuếch đại và đổi hướng chuyển động Tuy nhiên, do hạn

chế về kích thước nên lượng khuếch đại không đáng kể Vì vậy, cơ

cấu cam cần phải tăng lực cùng với lực cắt Điều này gây ra lực ma

sát lớn ở vùng tiếp xúc :giữa thanh đẩy và cam trong ổ quay của cơ

cấu tay đòn Do đó hệ số có ích của cơ cấu giảm và độ mòn tăng

Hệ thống cam được chia ra các loại: cam hình trụ (hình 2.2a);

cam phẳng chuyển động tịnh tiến (hình 2.2b); cam đĩa (hình 2.2c);

cam mặt đầu (hình 2.2d) Cam có thể là cam hở (hình 2,2b) hoặc cam

Thiết kế cơ cấu cam được thực hiện theo trình tự sau đây:

1 Chọn loại cơ cẩu

2 Chọn qui luật chuyển động

3 Xác định các kích thước cơ bản

4 Vẽ prôphin hoặc tính toán prôphin của cam

5 Tính kích thước của cơ cấu dựa theo các điều kiện bền

Dưới đây chúng ta chỉ nghiên cứu duá trình hình thành prôphin

của cam Prophin của cam:hở được chế tạo đơn giản hơn, những để

giữ thanh đẩy cần có lò xo hoặc đối trọng Do đó, hệ số có ich giảm

và như vậy cam hở nên dùng trong hnững trường hợp có lực di

chuyển không lớn -“ có HP Phu

Cac cam-trén hình 2.2 có hành trình khác nhau; Khi cần hành

trình nhỏ nên dùng carh đĩa; còn khi cần hành trình iớri nên dùng cam

trụ Do có liên kết cứng giữa cam và thanh đẩy cho nên có thể thực

hiện được chuyển động theø qui luật bất kỳ Qui luật chuyển động

được chọn theo yêu cầu của qui trình công nghệ hoặc theo giá trị của

lực quán tính Đổi với các máy công cụ thông thường người ta chọn

chuyển động đều với tốc độ cố định Qui luật chuyển động này đặc

trưng cho cam đĩa với đường cong lôgarit, cam mặt đầu với đường

cong reri Vít Và cani phẳng với đường thẳng nghiêng một góc

Đường cong lôgarit là đường cong duy nhất có góc vuông cố

định, do đó nó đảm bảo chuyển động của thanh đẩy có tốc độ cố

định Tuy nhiên, chế tạo cam với đường cong lôgarit rất khó vì vậy

người ta thường dùng đường cong Acsimet (hình 2.3)

, Hình 2.3 Prôphin của cam `

a-đường cong Acsimet; b-dựng prôphin theo đường cong Acsimet

Prôphin của cam với đường cong Acsimet có thể được gia

công bằng các phương pháp thông thưởng trên các máy phay và các

Kích thước của đường cong Acsimet được tính theo các góc y bằng nhau sẽ tạo ra cấp số cộng Nếu q là hiệu của cấp số thì ta có: r¿ =f;+;f;ạ=rạ+2q; ạ=r.+(n1)qg - - (2.1)

Góc nâng của đường cong Aosimôt : SN

+„ - góc nâng giữa bán kính đầu r; và các bán kính cuối r„

h.- độ nâng toàn phần của đường cong - :

Hình 2.4 lš eo qui luật chuyển động €ũa thanh đẩy

Gui luật chuyển động với tốc độ cố định (hình 2.4a) được sử

dụng ở:cam: phẳng để thực hiện chuyển động

hoặc dịch chuyển cơ cấu cổ trọng lượng nhô.N

của chuyển: động với tốc, độ-pố định (hình: 2.42)

đặc biệt, đó là điểm đầu và điểm cuối Tại các điểm này về ly thuyét

thì gia tốc a tăng lên vô cùng, do đó không thích hợp cho độ ổn định

của cơ cấu Tuy nhiên, trong thực tế, do biến dạng đàn hồi của các cơ

cấu nên các gia tốc này vẫn có các giá trị xác định, nhưng rất nhỏ

Hinh 2.4 Các qui luật chuyển động của thanh đẩy

a-chuyển động với tốc độ cố định; b-chuyển động với gia lốc cố định;

c-chuyển động hình Sin; d-qui luật hình sin; v-tốc độ; a-gia tốc; t-thời gian;

Teohu ky; S:guảng đường „ ¬

trình chạy không và các thạo "¬ P

tác phụ người ta dùng các quí ” “ ans

luật có lực quán tính phân bố

đều trên” toàn "bộ: quãng

đường địch chuyển Qui luật

đó là qui luật gia tốc đều

(hình 2.4b), qui quật, hình sin, ;

động của thanh đẩy

Góc áp lực ảnh hưởng đến giá trị và đặc tính phân bố lực trong

cơ cấu, ảnh hưởng đến kích thước của cam, ảnh hưởng đến tốc độ và gia tốc của thanh đẩy Khi chọn góc áp lực 6, cần giải quyết mâu thuẫn : một mặt, cần có kích thước của cam nhỏ và tốc độ của thanh

đẩy cao (cho hành trình chạy không) nên chọn góc áp lực 6, lớn; mặt khác góc áp lực 9; phải loại trừ được sự kẹt của cơ cấu

Góc äp lực tối ưu @,, cho thanh đẩy không có con lăn được xác định theo công thức sau :

0, = arctg ttle (2.3)

— hệ số ma sát ở vùng tiếp xúc của thanh đẩy va cam

- hệ số ma sát ở cơ cấu dẫn hướng của thanh đẩy

K ~ hệ số ổn định khi làm việc của cơ cấu ; ‘ ,

Góc áp lực cho phép được chọn trong phạm vi từ 20° đến 600

Bà dùng thanh đẩy có con lăn thì lực ma sát ở điểm tiếp xúc giảm C = 3 tần (ở đây": D - đường kính ngoài của con lăn; d- đường kính

lỗ của ‘oon lăn) Trong trường hợp này hiệu suất của cơ cấu tăng, góc

ma sát giảm Ví dụ, kni = 0,5 thì hệ số ma sát trượt ju = 0,1 và góc

ma sát giảm từ 5°43’ xudng 2°52’, : 4 Prôphin của cam được đặc trưng bằng góc nâng của đường cong 6 9 là góc giữa tiếp tuyến với đường cong ở điểm tiếp xúc của

thanh đẩy với cam và đường thẳng vuông góc với bán kính ~'vectơ

của cam Khi-'phương chuyển động đữa thanh: đẩy trừng với bán: kính

— vectg, góc áp | lục: Ợ; bằng góc nâng 9 Trên hình 2.5 trường hợp này thanh “day được biểu diễn bằng đường nét liền Các trường hợp khác

thanh đẩy được biểu: diễn bằng các đường nét đứt (kHi 8, < 6)

Nếu prôphin của cam được xây dựng trong, hệ tọa độ phẳng

vuộng góc thì giá trị của góc rophin đối với các ác Bường, cọng khác

Ð

4h

- Đường cong parabol: 69 =arctg—> -7, Ỳ

- Đường cong hình cosin: 9 = arctg = -sn| se]

gá nhiều cam điều khiển

khác nhau được gọi là

phối 10 có bốn cam điều

khiển: cam đĩa 7, ba

5 Cam 9 điều khiển cơ cấu chạy dao 2 để đẩy phôi 1 và cam 8 điều khiển cơ cấu kẹp chặt Trục phân phối10 nhận chuyển động từ bộ

dan động (có thể là động cơ) qua hộp tốc độ (hoặc qua các cặp truyền động khác như bánh răng, xích, đai)

Hệ thống điều khiển bằng trục phân phối có kết cấu đơn giản,

20

độ cứng vững cao và dam bảo được độ chính xác gia công Nhược

điểm của các hệ thống điều khiển này là quá trình thay thế các cam

rất phức tạp, tính vạn năng của chúng thấp, bởi vì ngoài các cam còn cần phải có thêm các cơ cấu tay đòn (làm cho kết cấu thêm phức

tạp)

Các hệ thống điều khiển bằng trục phân phối được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối Tuy nhiên chúng cũng được sử dụng trong sản xuất hàng loạt khi ứng dụng phương

pháp gia công nhóm

2.2.1.3 Hệ thống điều khiển bằng dưỡng chép hinh

Hệ thống điều khiển bằng dưỡng chép hình được dùng để tự động điểu khiển tốc độ và dịch chuyển của cơ cấu chấp hành của

máy

Trong các hệ điều khiển này

thì thông tin cho trước nhờ dưỡng

hàng loạt vừa Nhược điểm của hệ

thống điều khiển bằng dưỡng chép

hình là cần phải chế tạo chính xác

dưỡng chép hình, rất khó thực hiện

tự động hoá quá trình gá đặt dưỡng

chép hình, quy luật chuyển động

theo prôfin của dưỡng chép hình có

Hệ thống điểu khiển bằng dưỡng chép hình tác động

trực tiếp tới đầu dò, đầu dò được

gắn cứng với cơ cẩu chấp hành

của máy, không qua các cơ cấu

trung gian

Ưu điểm của hệ thống điều

khiển bằng dưỡng chép hình tác

động trực tiếp là kết cấu đơn

giản Nhược điểm của hệ thống

là ở vùng tiếp xúc giữa dưỡng

chép hình và đầu dò xuất hiện

lực trùng với lực cắt có giá trị lớn "a a

Do đó, dưỡng chép hình bị mòn _ Í; đường chép hịng; A- đấu dô; ~ thanh đỡ ngang ; 4 - lò xo;

nhanh, độ chính xác chép hình 6 - hộp trục chính với dao phay;

giảm Để giảm độ mòn của 4 chijết gia công; 7- cơ cấu

dưỡng chép hình người ta phải truyền động

dùng vật liệu có độ bền cao và

như vậy làm cho giá thành của hệ thống tăng Ngoài ra hệ thống điều khiển này còn có một nhược điểm nữa là không có khả năng điều khiển từ xa

Hình 2.8 Hệ thống điều khiển bằng dưỡng chép hình tác động

Dựa theo nguyên lý thực hiện chuyển động tương đối của dưỡng chép hình so với thiết bị chép hình, hệ thống điều khiển này được chia

ra:

- Hệ thống điều khiển địch chuyển bằng tay

- Hệ thống điều khiển dịch chuyển tự động

Hệ thống điều khiển bằng tay có kết cấu đơn giản nhưng công

nhân phải làm việc liên tục, cho nên nhiều khi nó không có tính ưu việt Vì vậy, đa số các hệ thống điều khiển bằng dưỡng chép hình tác động gián tiếp được dùng là những hệ thống tự động, Hình 2.9 là sơ

đồ hệ thống điều khiển dịch chuyển tự động (tác động gián tiếp)

Khi dưỡng chép hình 1 dịch

chuyển (nhờ cơ cấu truyền động

6) prôphin của nó tác động đến

đầu dò 5 của thiết bị chép hình 2,

làm cho đầu dò 5 địch chuyển

tương đối so với phần cố định của

thiết bị chép hình 2

Dattric cảm biến của thiết bị

chép hình chuyển dịch chuyển

này thành tín hiệu điều khiển (tín

hiệu điện, tín hiệu thủy lực hoặc

tín hiệu hơi ép) Tín hiệu điều

khiển được khuếch đại và truyền

tới cơ cấu điều chỉnh 3 cửa cơ

cấu chấp hành 4 Khi có tín hiệu

điều khiển, cơ cấu điều chỉnh 3

bắt đầu dịch chuyển cơ cấu chấp 1 dưỡng chép hình; 2 thiết bị

hành 4 với phần cố định của thiết _ chép hìm; 3 cơ cấu điều chỉnh;

bị chép hình theo phương giảm — 4 €Ø cấu chấp hành; 5, đầu dò; tín hiệu điểu khiển Như vậy, 6 cơ cẩu truyền động

trong hệ thống điều khiển tác động gián tiếp người ta sử dụng cơ cấu

trợ dẫn Nguồn thông tin trong hệ thống điều khiển này là prôphin của dưỡng chép hình (chép hình phẳng hoặc chép hình không gian) Hệ thống điều khiển bằng đưỡng chép hình tác động gián tiếp được chia

2.2.2 Hệ thống điều khiển số

Điều khiển số là hệ thống điều khiển mà mỗi hành trình được

điều khiển theo số Mỗi một thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển

gián đoạn của cơ cấu chấp hành Đại lượng này có tên gọi là “khả năng giải quyết" của hệ thống hay còn gọi là giá trị xung Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với một đại lượng bất kỳ nào ứng với

giá trị các xung Như vậy, khi biết giá trị xung q và đại lượng dịch

23

chuyén L của cơ cấu chấp hành có thể xác định được số lượng xung

N cần thiết tác động để có lượng dịch chuyển L:

Số lượng xung N được ghi trên kênh thông tin được gọi là một chương trình xác định đại lượng thông tín kích thước Các thông tin cần thiết được ghi trên các băng đục lỗ, băng từ, đĩa mềm hoặc bộ nhớ của máy vi tính Số lượng thông tin được ghi trong một hệ thống

mã hoá nhất định

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

1 Tự động hoá các thiết bị sản xuất với khả năng linh hoạt cao,

có nghĩa là khả năng điều chỉnh nhanh các máy hoặc dây chuyển để thay đổi đối tượng gia công

2 Hiệu chỉnh chương trình gia công rất đơn giấn và nhanh chóng khi đối tượng gia công có thay đổi về kết cấu

3 Tổ chức lập trình tập trung (có thể lập trình ở ngoài nhà máy)

và có thể chuyển chương trình gia công từ trung tâm tới các nhà máy bằng điện thoại, fax hoặc bằng thư tín qua bưu điện

4 Các chương trình có thể được lưu trữ để sử dụng lại

5 Có thể lập trình tự động (với sự trợ giúp của máy ví tính) để nâng cao năng suất và độ chính xác gia công

Hệ thống điều khiển được chia ra các loại: hệ thống điều khiển

NC, hệ thống điều khiển CNC, hệ thống điều khiển DNC và hệ thống

thích nghỉ

2.2.2.1 Hệ thống điều khiển NC ( Numerical Control)

Ngày nay các máy công cụ được trang bị hệ thống điều khiển

NC vẫn còn thông dụng Đây là hệ điều khiển đơn giản với số lượng hạn chế các kênh thông tin Trong hệ điều khiển NC các thông số hình học của chỉ tiết gia công và các lệnh điều khiển được chuyển dưới đạng dãy các con số

Hệ thống điều khiển NC làm việc theo nguyên tắc sau đây : sau khi mở máy, các lệnh thứ nhất và thứ hai được đọc Chỉ sau khi quá trình đọc kết thúc, máy mới Bắt đầu thực hiện lệnh thứ nhất Trong thời gian này thông tin của lệnh thứ hai vẫn nằm trong bộ nhớ của hệ thống điều khiển Sau khi hoàn thành việc thực hiện lệnh thứ nhất, máy bắt đầu thực hiện lệnh thứ hai (lấy ra từ bộ nhớ) Trong khi thực hiện lệnh thứ hai hệ điều khiển đọc lệnh thứ ba (được đưa vào chỗ của bộ nhớ mà lệnh thứ hai vừa được giải phóng ra)

24

Nhược điểm chính của hệ thống điều khiển NC là khi gia công

chỉ tiết tiếp theo trong loạt hệ điều khiển lại phải đọc lại tất cả các lệnh từ đầu và như vậy sẽ không tránh khổi những sai sót của bộ tính toán trong hệ điều khiến Do đó, chỉ tiết gia công có thể bị phế phẩm

Hệ điều khiển NC còn có nhược điểm nữa là do cần rất nhiều lệnh chứa trong băng đục lễ hoặc băng từ nên khả năng mà chương trình

bị dừng lại (không chạy) thường xuyên có thể xảy ra Ngoài ra, với

chế độ làm việc như vậy băng đục lỗ hoặc băng tử sẽ nhanh chóng bị bẩn và mòn, gây lỗi chương trình

2.2.2.2 Hệ thống điều khiển CNC (Computer Numerical

Control)

Đặc điểm chính của hệ thống điều khiển CNC là sự tham gia

của máy vi tính Các nhà chế tao may CNC cai dat vào máy tính một

(22)

Hình 2.10 Sơ đồ dịch chuyển khí gia công

a - trên máy tiện; b - trên máy phay; c - qia công lỗ theo loạ độ

25

chương trình điều khiển cho từng loại máy Hệ thống điều khiển CNC

cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các chương trình gia công chỉ tiết và

cả chương trình hoạt động của bản thân nó Trong hệ thống điều

khiển CNC chương trình có thể được nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc

hoặc từng lệnh bằng tay từ bàn điều khiển Các lệnh điều khiển không chỉ được viết cho từng chuyển động riêng lễ mà cho cùng nhiều chuyển động cùng lúc Điều này cho phép giảm số câu lệnh của chương trình và như vậy có thể nâng cao độ tin cậy làm việc của máy

Hệ thống điều khiển CNC có kích thước nhỏ hơn và giá thành thấp hơn so với hệ thống điều khiển NC nhưng lại có những đặc tính mới

mà các hệ thống điều khiển trước đó không có Ví dụ, nhiều hệ thống điều khiển loại này có khả năng hiệu chỉnh những sai số cố định của máy — những nguyên nhân gây ra sai số gia công Hệ thống điều khiển số (NC và CNC) được dùng để điều khiển dịch chuyển liên tục theo toạ độ của cơ cấu chấp hành máy

Hệ thống điều khiển dịch chuyển liên tục được sử dụng trên các

máy tiện, máy phay, máy bào để gia công các bể mặt định hình

(hình2.10a, b) Hệ thống điều khiển địch chuyển theo toạ độ được sử

dụng trên các máy doa, máy phay, máy khoan để gia công các lỗ

Hình 2.11 Nguyên lý của hệ thống điều khiển DNC

Đặc điểm của hệ thống điều khiển DNC là:

— Nhiều máy công cụ CNC được nối kết với một máy tính trung

tâm qua đường dẫn dữ liệu, Mỗi một máy công cụ có hệ điều khiển CNC mà bộ tính toán của nó có nhiệm vụ chọn lọc và phân phối các 26

thông tin (theo mũi tên trên hình 3.11) Hay nói cách khác thì bộ tính

toán là cầu nối giữa các máy công cụ và máy tính trung tâm

2 Máy tính trung tâm có thể nhận những ` thông tin từ các bộ điều khiển CNC (theo mũi tên trên hình 3.11) để hiệu chỉnh chương trình hoặc để đọc những dữ liệu từ máy công cụ

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

đi các máy khác nhau

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

cụ

5 Có khả năng truyền dữ liệu nhanh và có khả năng nổi ghép

vào hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems)

2.2.2.4 Hệ thống điều khiển thích nghỉ

Sử dụng hệ thống điều khiển thích nghi là một trong những

phương pháp hoàn thiện máy công cụ CNC Các máy CNC thông thường có chu kỷ gia công cố định (chu kỳ cứng) đã được xác định ở

phần tử mang chương trình và như vậy cứ mỗi lần gia công chỉ tiết

khác, chu kỳ lại được lặp lại như cũ, không có sự thay đổi nào Chương trình điều khiển như vậy không được hiệu chỉnh khi có các yếu tố công nghệ thay đổi Ví dụ, khi gia công chỉ tiết lượng dư có thể thay đổi dẫn đến thay đổi biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ Khi đó nếu hệ thống điều khiển không hiệu chỉnh lại lực cắt thì kích thước gia công có hể vượt ra ngoài phạm vị dung sai (nghĩa là sinh ra phế phẩm) Trong trường hợp này để tránh phế phẩm phải giảm lượng chạy dao hoặc thêm bước gia công, nghĩa là đã làm giảm năng suất

gia công

Hệ thống điều khiển thích nghỉ là hệ thống điều khiển có tính đến những tác động bên ngoài của hệ thống công nghệ để điều chỉnh chu kỳ gia công (điều chỉnh quá trình gia công) nhằm loại bỏ ảnh hưởng của các yếu tố đó tới độ chính xác gia công

Hình 2.12 là một ví dụ của sơ đồ điều khiển thích nghị

Dao 2 gia công chỉ tiết 1 Các yếu tố công nghệ không ổn định

có thể làm cho lực cắt p, thay đổi (lực cắt hướng kính) Lực cắt p, được đattric 3 ghi lại Tín hiệu của đattric đi qua bộ biến đổi 4 tác động đến cơ cấu chạy dao 4-5-6-7 và làm ổn định lực cắt p„ Nếu lực cất py tang thi lugng chay dao sé giảm Xuống và như vậy lực cắt p, sẽ giảm xuống Ngược lại nếu lực cất py giảm xuống thì lượng chạy dao

27

sẽ tăng lên ổn định lực cắt có nghĩa là giảm được dao động của kích thước gia công (tăng độ chính xác và năng suất gia công)

Cũng tương tự như vậy, hệ thống điều khiển thích nghỉ có thể ổn

định được công suất cắt, mômen cắt hay nhiệt độ cất Tuy nhiên, hệ thống điều khiển thích nghỉ thường được dùng để ổn định kích thước gia công Ở đây, cơ cấu kiểm tra chủ động luôn luôn xác định được kích thước gia công và tác động đến cơ cấu điều khiển để ổn định kích thước của chỉ tiết

„ Hình 2.12 Sơ đồ điều khiển thích nghi

1.chi tiết gia công ; 2.dao ; 3.đattric ; 4.bộ biến đổi; 5,6,7.cd cấu chạy dao

28

Chuong 3

Co cau tiép liéu 3.1 Khái niệm về cơ cấu tiếp liệu

Cơ cấu tiếp liệu cho phép chuyển máy bán tự động thành máy

tự động Kết cấu của cơ cấu tiếp liệu rất khác nhau, chúng phụ thuộc vào dạng phôi, năng suất và cấu trúc của máy

Danh từ "tiếp liệu máy” được hiểu là cấp phôi vào vùng gia

công, định vị và kẹp chặt chúng rồi lại tháo chúng ra sau khí gia công xong Như vậy, cơ cấu tiếp liệu máy là tổ hợp các cơ cấu chấp hành thực hiện nhiều chức năng : cấp phôi tự động vào vùng gia công; xác định nhanh vị trí của phôi; kẹp, chạy phôi và tháo chỉ tiết đã được gia công Các cơ cấu chấp hành nhìn chung chỉ thực hiện một co cấu chức năng, ví dụ, ở cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa (ổ tích) cơ cấu ngắt liệu điều chỉnh số phôi được chuyển từ máng tới bộ phận tiếp liệu rồi

sau đó chuyển phôi vào vùng gia công, thanh đẩy có nhiệm vụ đẩy

phôi, cữ tỳ xác định vị trí của phôi còn cơ cấu kẹp chặt thì kẹp chặt phôi và cơ cấu tháo phôi có nhiệm vụ tháo và đấy chỉ tiết khỏi vùng gia công Toàn bộ các cơ cấu chấp hành nói trên tạo thành cơ cẩu tiếp liệu máy hay còn gọi là cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa

Cơ cấu tiếp liệu đường dây tự động (dây chuyền tự động) được trang bị thêm các hệ thống vận chuyển để chuyển phôi từ máy này

sang máy khác Cơ cấu tiếp liệu máy cần được hiểu là tất cả các

chủng loại kết cấu của cơ cấu cấp — tháo thực hiện việc cấp phát tự động vật liệu gia công (phôi rời từng chiếc, phôi thanh, phôi dây, phôi dạng bột .) Các tên gọi khác của cơ cẩu tiếp liệu chỉ dùng để chỉ chức năng cụ thể Ví dụ, tên gọi “cơ cấu định :hướng dạng phễu" chi tính đặc thù của công việc, còn tên gọi “cơ cấu cấp phôi rung động” chỉ đặc thù định hướng chuyển động của phôi dưới tác động của rung động phẫu chứa

Nguyên lý làm việc và kết cấu của cơ cấu tiếp liệu phụ thuộc

vào dạng phôi gia công, năng suất và loại máy

VỊ trí lắp đặt cơ cấu tiếp liệu phụ thuộc vào vùng làm việc của máy hoặc của đường dây và yêu cầu nhân chủng học đối với điều

kiện làm việc thuận lợi của cơ cấu

Những yêu cầu chủ yếu đối với cơ cấu tiếp liệu phôi rời là:

- Kết cấu đơn giản

- An toàn khi làm việc

29

- Hệ số cấp phôi cao (xác suất cấp được phôi vào vị trí đạt giá trị cao)

- Có khả năng tích được đủ số lượng phôi trong phễu chứa

- Cấp và tháo phôi thuận tiện

- Bảo đảm tác dụng nhanh của hành trình chạy không và hành trình làm việc

3.2 Phôi rời từng chiếc và các hệ thống tiếp liệu

Phôi rời từng chiếc là loại phôi thông dụng nhất trong sản xuất hàng khối

Do hình dáng và tính chất phức tạp của phôi rời từng chiếc cho nên đôi khi không thể tự động hoá tiếp liệu cho máy mà phải cấp phôi bằng tay

Để tự động hoá tiếp liệu cho máy cần phân loại phôi rời từng chiếc Thông thường phân loại phôi rời từng chiếc chỉ được thực hiện theo một dấu hiệu, đó là hình dạng Tuy nhiên, không phải lúc nào hình dạng cũng khái quát được đặc tính của phôi và ảnh hưởng của chúng tới phương pháp tự động hoá tiếp liệu Ngoài hình dạng, các tính chất khác của phôi cũng có ảnh hưởng lớn đến phương pháp tự động hoá tiếp liệu Các tính chất đó là:-kích thước phôi, khối lượng phôi, lượng dư gia công, dung sai, độ nhám bể mặt, độ bền vững, thời gian gia công và cả tính chất cơ lý (độ cứng, độ mềm, lớp cháy bề mặt) Khi phân loại phôi rời từng chiếc cần phải tính đến các tính chất nêu trên của phôi Cách phân loại phôi như vậy cho phép xác định hệ

thống tiếp liệu thích hợp “dang phẫu, dạng ổ chứa, hay tiếp liệu bằng

tay" Ở hệ thống tiếp liệu dang phéu định hướng phôi được thực hiện

tự động còn ở hệ thống tiếp liệu dạng ổ chứa (ổ tích) định hướng và

xếp đặt phôi vào ổ chứa được thực hiện bằng tay

Dựa theo mức độ tự động hoá tiếp liệu người ta phân -phôi rời

- Nhóm thứ hai bao gồm phôi trong sản xuất hàng khối và hàng

loạt (hình 3.2) Các phôi này có thời gian gia công lớn và hình dạng phức tạp do đó chúng không cho phép thực hiện được phương pháp định hướng tự động

Ngoài ra các loại phôi này có kích thước lớn cho nên rất khó tích 30

trữ chúng trong phu chứa để đảm bảo hoạt động liên tục của máy

- Nhóm thứ ba bao gồm các phôi có kích thước rất lớn (hình 3.3)

ví dụ như hộp động cơ đốt trong và các phôi trong sản xuất đơn chiếc Quá trình cấp và tháo những phôi như vậy được thực hiện bằng tay

hoặc nhờ thiết bị cơ khí hoá

Trong thực tế, nhiều khi thiết kế chi tiết để gia công trên các máy tự động và đường dây tự động không tính đến điều kiện tự động hoá vận chuyển và cấp phôi cho nên kết cấu của máy và đường dây

tự động trở nên rất phức tạp Thiết kế kết cấu của bất kỳ máy tự động nào cũng luôn luôn gắn liền với hệ thống tiếp liệu nhằm đảm bảo năng suất cao và giá thành hạ Điều này chỉ có thể giải quyết trên cơ

sở nghiên cứu tổng thể ảnh hưởng của tính chất của phôi rời từng chiếc đến mức độ tự động hoá máy

Hình dạng của phôi rời từng chiếc có ảnh hưởng lớn đến mức

độ tự động hoá tiếp liệu Ví dự, lò xo xoắn ốc có hình dạng không cho phép áp dụng hệ thống tiếp liệu dạng phẫu Các lò xo này khi nằm trong phễu bị xoắn lại với nhau, làm cho quá trình cấp phát theo kiểu phôi rời không thực hiện được, vì vay | đổi với lò xo xoắn ốc nên dùng

hệ thống tiếp liệu (cấp phát) dạng ổ chứa (magazin) có các caset rãnh định vị lò xo Như vậy, ở đây hình dạng của phôi là nguyên nhân hạn chế mức độ tự động hoá tiếp liệu

Kích thước của phôi cũng ảnh hưởng đến mức độ tự động hoá tiếp liệu Nếu phôi có kích thước lớn thì việc lưu trữ trong phêu chứa

có kích thước trung bình sẽ khó khăn, thường xuyên phải điều chỉnh lại, do đó giảm hiệu quả làm việc của hệ thống tiếp liệu và của máy Trong những trường hợp đó mức độ tự động hoá giảm, có nghĩa là nó

bị giới hạn bởi cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa Ngược lại, tự động hoá cấp phôi có kích thước nhỏ cũng phức tạp Các phôi nhỏ không thể di động ổn định trong các máng và trong các cơ cấu định hướng, vì vậy rất khó chuyển phôi từ ổ chứa tới vị trí gia công Để tạo được di chuyển ổn định cần thiết kế thêm cơ cấu ép phôi hoặc dùng lò xo

Lượng dư đường kính và lượng dư chiều dài của phôi ảnh hưởng đến khả năng đi qua trong máng Trong trường hợp phôi có lượng dư lớn sẽ khó được định hướng và kẹp chặt đúng vị trí Mức độ

tự động hoá tiếp liệu cho máy có thể hạn chế cả độ bền vững của phôi Ví dụ, các điện cực của đèn chiếu sáng có đường kính 0,5 mm

và chiều đài 100 mm không đủ bền vững để thực hiện việc cấp phôi bằng cơ cấu cấp phôi dạng phếu, bởi vì phôi rơi vào phễu sẽ bi gay khi dịch chuyển tới cơ cấu tay tóm Vì vậy, cấp phát phôi trong trường hợp này được thực hiện bằng cơ cấu cấp phôi (tiếp liệu) dạng ổ chứa

Khi bề mặt phôi có yêu cầu độ bóng cao thì đôi khi không thể dùng cơ cấu cấp phôi (tiếp liệu) bởi vì trong quá trình cấp phôi từ phẫu chứa cơ cấu tay tóm sẽ làm xây xát bề mặt phôi Trong những trường hợp như vậy phôi nên được định hướng bằng tay hoặc sử dụng cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa.

Hình 3.2 Các loại phôi được định hướng bằng tay

33

Khối lượng phôi được lưu trữ trong máng và trong phêu không chỉ phụ thuộc vào kích thước của phôi mà còn phụ thuộc vào thời gian gia công Ví dụ, nếu thời gian gia công là 4 giây thì năng suất trong 1 phút Q = 60/0,4 = 150 chiếc/phút Nhịp cấp phôi như vậy chỉ có thể thực hiện bằng

cơ cấu cấp phôi

dạng phéu, béi /®@@@œ@@œ®œeœ@œ

vì nhịp thao tác ee) (erases

Hình 3.3 Các loại phôi được định hướng bằng tay

Các ví dụ trên đây cho thấy tính chất của phôi có ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống tiếp liệu (hệ thống cấp phôi)

Các nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình cấp phôi bao gồm:

- Thay đổi hình dạng và kích thước phôi do đó không đảm bảo được định hướng ổn định và sự di chuyển của phôi trong các cơ cấu vận chuyển

- Độ mòn của các cơ cấu : định hướng, tay tôm, máng dẫn và các cơ cấu khác

- Sự hoạt động không đồng bộ giữa cơ cấu cấp phôi và máy, làm cho năng suất cấp phôi không ổn định (không đều)

34

- Khó tự động hoá tách phôi khỏi chỉ tiết gia công

- Làm bẩn chỉ tiết gia công và máng

Vi vay, điều kiện quan trọng để đạt độ ổn định chuyến động của phôi trong cơ cấu cấp phôi là tuần thủ nguyên tắc công nghệ chế tạo phôi và thiết kế kết cấu phôi sao cho dễ dàng huỷ bỏ những phôi kém chất lượng ra khỏi máng và các cơ cấu chấp hành khác

3.3 Cấu trúc của các cơ cấu tiếp liệu

Do kết cấu rất đa dạng của các hệ thống tiếp liệu cho nên cần phải phân loại chúng Phân tích cấu trúc của các hệ thống tiếp liệu cho phép hiểu được quá trình phát triển của tự động hoá đi từ cấp phôi bằng tay cho đến đường dây tự động Phân loại cơ cấu tiếp liệu (hệ thống tiếp liệu) cho phép giảm số lượng các kết cấu điển hình và lựa chọn được các cơ cấu tiếp liệu có năng suất cao

Nhìn chung các hệ thống tiếp liệu hay các cơ cấu cấp phôi (hình 3.4) đều có cấu tạo gồm:

- Các cơ cấu vận chuyển

- Một cơ cấu định hướng phôi dạng phêu

- Cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa

- Các cơ cấu khác được lắp đặt trên máy

Ở giai đoạn phát triển đầu tiên của cơ cấu tiếp liệu dùng cho phôi rời từng, chiếc đã thiết kế các cơ cấu ban tự động: cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa Dùng cơ cấu cấp phôi dạng ố chứa đòi hỏi phải lắp đặt các cơ cấu mới cho máy như kẹp chặt tự động, cơ cấu đẩy và kéo phôi Sơ đồ cấu trúc của máy tự động và cơ cấu cấp phôi dạng ổ

chứa được trình bảy trên hình 3.4 (vị trí III và IV)

Sử dụng cơ cấu cấp phôi dang ‹ ổ chứa cho phép tạo được lượng phôi

sự trữ và nâng cao năng suất của máy Tuy nhiên trong một số trường

hợp khi phôi có thời gian gia công ngắn thì ổ chứa không có khả năng

tạo lượng phôi dự trữ Trong trường hợp như vậy để chất tải (chất

phôi) cho ổ chứa cần luôn luôn có công nhân thực hiện và năng suất của máy có thể bị hạn chế bởi quá trình cấp phôi bằng tay Cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa chỉ có thể mang lại hiệu quả khi phôi có thời gian gia công lớn

Giai đoạn phát triển tiếp theo của cơ cấu tiếp liệu dùng cho phôi rời từng chiếc là thiết lập cơ cấu định hướng dạng phễu để tự động định hướng phôi Cơ cấu định hướng dạng phêu khi liên kết với cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa được gọi là cơ cấu cấp phôi dạng phu

tạ ta

1— Cơ cấu vận chuyển : 1-băng tải, 2-cơ cấu cấp phat

IÔI~ Cơ cấu định hướng dạng phễu : 3-phễu;4-bộ phận định hướng; 5-ổ chữa III ~ Cơ cấu cấp phổi dạng ổ chứa : 6-cơ cấu ngắt tự động; 7-các ngắt dòng;

Trước khi xuất hiện đường dây tự động (dây chuyền tự động) thì

cơ cấu cấp phôi dạng phễu đã là mức tự động hoá cao của hệ thống

tiếp liệu phôi rời từng chiếc cho máy Cơ cấu cấp phôi dạng phêu la“ cẩu trúc trên” của cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa và có cấu tạo gồm : phêu, cơ cấu định hướng và máng chứa

Nếu quan sát quãng đường đi của phôi trong cơ cấu cấp phôi dạng phéu thi sẽ thấy phôi được định hướng trong phễu và được rơi

xuống máng tiếp nhận, sau đó phôi đi qua ổ chứa và các cơ cấu của

máy Cấu trúc của cơ cấu cấp phôi dạng phéu được trình bày trên hinh 3.4 (vi tri Il)

Cơ cấu cấp phôi dạng phễu cho phép:

- Tạo lượng phôi dự trữ lớn

- Đảm bảo cho máy hoạt động liên tục trong thời gian dài

- Nang cao nang suất của máy bởi vì nhịp gia công của máy

không bị giới hạn bởi nhịp cấp phôi bằng tay

- Giảm thời gian phục vụ máy

- Tạo điều kiện phục vụ nhiều máy,

- Tạo khả năng sử dụng đường dây tự động để gia công các

loại phôi nhỏ

Giai đoạn tự động hoá tiếp liệu cho máy tiếp theo là thành lập các cơ cấu vận chuyển và cấp phát, các cơ cấu này là cơ sở để thiết

kế day chuyền tự động (đường dây tự động) Các cơ cấu vận chuyển

điển hình trong các dây chuyển tự động là:

- Cơ cấu khong dinh hướng phôi (vị trí | trên hình 3.4) Khi trang

bị cho nó cơ cấu cấp phat có thể tạo khả năng thiết lập dây chuyền tự động gồm các máy tổ hợp song song

- Cơ cấu định hướng phôi (vị trí !Í trên hình 3.4): từ băng tai phôi có thể được chuyển tới ổ chứa (vị trí VI trên hình 3.4) Cơ cấu cấp phôi dạng ổ chứa trong trường hợp này được thiết kế như các cơ cấu độc lập có dung lượng lớn và được sử dụng ở các dây chuyển tự động, ví dụ, để gia công vòng bi hoặc pittong Dung lượng của ổ tích

có thể đạt 3000 phôi

- Cơ cấu định hướng phôi và trong một số trường hợp phôi được kẹp chặt trên bằng tải ở vị trí gia công (vị trí V trên hình 3.4) Loại cơ

cấu vận chuyển như vậy được sử dụng trên dây chuyển tự động để

gia công các chỉ tiết dạng hộp

Hình 3.4 là ba loại cơ cấu tiếp liệu cho dây chuyển tự động được hình thành từ các cơ cấu cấp phôi điển hình : dùng cho các phôi loại

37

nhỗ (các vị trí I, il, Ill và IV); dùng cho các phôi loại vừa (các vị trí VII,

VI, lil và JV) và dùng cho các phôi lớn (các vị trí V và IV)

Nếu thay đổi thứ tự của tất cả các cơ cấu chấp hành trên đây có thể tạo ra nhiều loại cơ cấu tiếp liệu, nhiều loại máy tự động và nhiều dây chuyền tự động

38

Chuong 4

Cơ cấu định hướng phôi dạng phễu

4.1 Phẫu và phẫu phụ

Cơ cấu định hướng phôi dạng phễu (hình 4.1) là một phần của

cơ cấu cấp phôi dạng phu Trên đường dịch chuyển phôi đi qua các

cơ cấu chấp hành của cơ cấu định hướng phôi dạng phéu: phéu 4, cơ cấu định hướng 3, cơ

cấu gạt phôi thừa 2,

lắp cơ cấu tóm phôi và

cả cơ cấu định hướng,

vì vậy chúng thực hiện

không chỉ chức năng

tích phôi mà còn cả

chức năng chuẩn bị

phôi cho tay tóm, có

nghĩa là thực hiện quá trình định hướng phôi ở bên trong phéu

Hình 4.1 Cơ cấu định hướng phôi dạng phễu

Phu cần chứa đủ số lượng phôi để bảo đảm thời gian làm việc liên tục của máy từ 8 đến 10 phút

Hình dạng phẫu của cơ cấu định hướng phôi rất đa dạng và phần lớn là tích hợp nhiều bề mặt khác nhau Tuy nhiên, phẫu dạng gầu và phễu hình trụ được sử dụng rộng rãi nhất Tuỷ thuộc vào hình dạng, kích thước và khả năng sản xuất sẵn có phễu được chế tạo từ

gang, nhôm n hay thép lá

phễu được dùng cho công nghiệp thực phẩm Thì mặt trong của nó cần

được đánh bóng hoặc chế tạo từ loại thép không gỉ Để tạo sự trượt tốt

cho một số sản phẩm, ví dụ, các loại kẹo người ta thường nung nóng

39

phẫu Các loại phẫu được dùng trong các cơ cấu cấp phdi dang phéu cho máy công cụ thường có kích thước không lớn: 350x400x300 mm Các phếu của cơ cấu định hướng được chia ra hai nhóm chính:

| — Các phễu có chưng không gian để tích và chọn phôi

li - Các phẫu có hai không gian: một không gian để tích phôi (gọi là phễu phụ) và một không gian để chọn phôi (gọi là phẫu)

Ở nhóm phễu thứ nhất (hình 4.2) cơ cấu tay tóm được lắp trực tiếp trong phu tích trữ Cơ cấu tay tóm trong các loại phễu như vậy làm đảo lộn rất mạnh toàn bệ số phôi.Trong một số trường hợp phôi

bị đảo lộn mạnh có thể gây ra xây xước hoặc bị nén bề mặt, đó chính

là nguyên nhân dẫn đến phế phẩm Tích trữ phôi nhiều trong phễu sẽ gây ra áp lực lớn của lớp phôi ở trên đối với lớp phôi ở dưới, do đó làm giảm khả năng xoay của phôi ở đáy phẫu khi đi qua cơ cấu tay tóm,

có nghĩa là gây ảnh hưởng xấu đến quá trình chuẩn bị phôi cho tay tóm

Hình 4.2 Các phễu hình trụ thuộc nhóm Ì

Hình 4.2a là loại phều dùng cho cơ cấu cấp phôi dạng đĩa được dùng rộng rãi nhất Loại phêu này là một hình trụ cắt vát 1, ở phần đáy được lắp đĩa quay 2 với các phần xẻ rãnh định hình (dùng để tóm phôi) Vị trí làm việc của phu thông thường nằm nghiêng một góc so với mặt phẳng đứng Góc nghiêng của phêu được xác định bởi điều kiện cấp và tóm phôi Các phêu hình trụ thông thường được chế tạo từ thép lá, còn phần đáy 3 của phễu được làm bằng gang Để cho phôi không bị rơi ra ngoài người ta đậy phễu bằng nắp 4 (hình 4.2b), Khi nạp phôi vào phêu thì nắp 4 được lật lên phía trên

; Trong trường hợp khi cần tăng cường đưa phôi vào các rãnh

định hình phễu được làm có khả năng chuyển động lắc lư (hìng 4.3)

Để giảm khối lượng của phễu lắc lư người ta chế tạo chúng từ thép lá hoặc từ nhôm

Trong phéu thuộc nhóm li tích trữ phôi được thực hiện ở phẫu 40