TÍNH TOÁN và THIẾT kế hệ THỐNG sản XUẤT LINH HOẠT để GIA CÔNG các CHI TIẾT DẠNG TRỤC

Tự động hoá sản xuất linh hoạt được thể hiện ở việc điều chỉnh nhanh quá trìnhsản xuất để chế tạo sản phẩm mới trong phạm vi thiết bị kỹ thuật cũng như trong phạm - Các môđun sản xuất li

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-TẠ ĐÌNH HIẾU

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT

ĐỂ GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT DẠNG TRỤC

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn “Tính toán và thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt để gia công các chitiết dạng trục” đã hoàn thành bởi sự nỗ lực của bản thân tác giả và sự hướng dẫn tậntình của TS Trần Đức Quý và GS.TS Trần Văn Địch

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Mọi kết quả nghiêncứu cũng như ý tưởng của tác giả khác (nếu có) đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể.Tất cả số liệu, kết quả nghiên cứu đều là trung thực và chưa được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2012

Tạ Đình Hiếu

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian tìm hiểu và làm việc khẩn trương cùng với sự giúp đỡ tận tìnhcủa TS Trần Đức Quý và GS.TS Trần Văn Địch tác giả đã hoàn thành luận văn với đềtài: “Tính toán và thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt để gia công các chi tiết dạng trục”

Với tình cảm và lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin chân thành cảm ơn TS TrầnĐức Quý và đặc biệt là GS.TS Trần Văn Địch, người đã trực tiếp giảng dạy và dànhnhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian thực hiệnluận văn

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm cùng các thầy cô giáo trongViện cơ khí, Viện đào tạo sau đại học – trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôirất nhiều về kiến thức chuyên môn, tài liệu nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành luận văn

Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng luận văn vẫn còn nhiều thiếu sót Tác giả rấtmong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của Hội đồng chấm luận văn, các thầy cô giáo vàcác bạn đồng nghiệp để bài luận văn được hoàn thiện hơn

Hà Nội ngày … tháng … năm 2012

Tạ Đình Hiếu

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ 7

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 8

MỞ ĐẦU 9

1 Lý do chọn đề tài 9

2 Giới hạn đề tài 10

3 Mục đích nghiên cứu 10

4 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 10

CHƯƠNG 1 11

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS 11

1.1 Lịch sử phát triển 11

1.2 Những khái niệm cơ bản 11

1.2.1 Tự động hoá sản xuất 11

1.2.2 Tự động hoá từng phần 12

1.2.3 Tự động hoá toàn phần 12

1.2.4 Máy tự động công nghệ 12

1.2.5 Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất 12

1.2.6 Tự động hoá sản xuất linh hoạt 13

1.2.7 Hệ thống sản xuất linh hoạt 13

1.2.8 Môđun sản xuất linh hoạt 13

1.2.9 Rôbôt công nghiệp 13

1.2.10 Tổ hợp rôbôt công nghiệp 14

1.2.11 Dây chuyền tự động linh hoạt 14

1.2.12 Công đoạn tự động hoá linh hoạt 14

1.2.13 Phân xưởng tự động hoá linh hoạt 14

1.2.14 Nhà máy tự động hoá linh hoạt 14

1.3 Cấu trúc của FMS 15

1.4 Sự tích hợp của FMS với các hệ thống tự động hoá 15

1.5 Nguyên tắc thiết lập FMS 15

1.6 Phân loại FMS 16

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 17

CHƯƠNG 2 18

NGUYÊN TẮC HÌNH THÀNH HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS 18

2.1 Từ các máy CNC tới FMS 18

2.1.1 Trang bị ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ cho máy) 18

2.1.2 Trang bị cho máy cơ cấu vệ tinh thay đổi 19

2.1.3 Chế tạo máy nhiều trục chính 20

2.1.4 Gia công đồng thời bằng nhiều dao 20

2.1.5 Điều kiển các máy CNC bằng máy tính 21

2.1.6 Tập hợp các máy CNC thành nhóm và điều khiển chúng bằng máy tính 21

2.1.7.Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS 22

2.2 Thành phần các máy trong FMS 22

2.3 Hiệu quả của việc tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS 23

2.3.1 Tăng thời gian máy (thời gian cơ bản ) của các máy 24

2.3.2 Tăng hệ số sản xuất theo ca 24

2.3.3 Giảm vốn lưu thông nhờ giảm được chu kỳ sản xuất 25

2.3.4 Giảm số công nhân trong sản xuất 26

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 27

CHƯƠNG 3 29

3.1 Rôbôt công nghiệp trong FMS 29

3.1.1 Yêu cầu đối với rôbôt công nghiệp 29

3.1.2 Đặc tính công nghệ của Rôbôt công nghiệp 29

3.1.3 Phạm vi ứng dụng của rôbôt công nhiệp 36

3.2 Hệ thống kiểm tra tự động của FMS 38

3.2.1 Chức năng của hệ thống kiểm tra tự động 38

3.2.2 Cấu trúc của hệ thống kiểm tra tự động 40

3.2.3 Nguyên tắc xây dựng hệ thống kiểm tra tự động 42

3.2.4 Chế độ hoạt động của hệ thống kiểm tra tự động 43

3.2.5 Nguyên tắc kiểm tra trạng thái kỹ thuật của các phần tử và các môđun trong FMS 45

3.2.6 Cơ sở vật chất – kỹ thuật của hệ thống kiểm tra tự động 47

3.3 Hệ thống vận chuyển - tích trữ tự động của FMS 52

3.3.1 Hệ thống vận chuyển –tích trữ chi tiết gia công 52

3.3.2 Hệ thống vận chuyển – tích trữ dụng cụ của FMS 61

3.3.3 Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển – tích trữ 63

3.3.4 Điều khiển hệ thống vận chuyển – tích trữ 65

3.4 Xác định thành phần thiết bị của hệ thống FMS 67

3.4.1 Xác định các thành phần của máy trong FMS 67

3.4.2 Xác định thành phần của thiết bị vận chuyển chi tiết 69

3.4.3 Xác định thành phần của thiết bị vận chuyển dụng cụ 72

3.5 Kho chứa tự động trong hệ thống FMS 73

3.5.1 Chức năng và thành phần của kho chứa tự động 73

3.5.2 Các loại kho chứa tự động 74

3.5.3 Bố trí các kho chứa tự động trong hệ thống FMS 74

3.5.4 Thiết kế các kho chứa tự động của hệ thống FMS 75

3.6 Hệ thống điều khiển FMS 76

3.6.1 Tổ chức điều khiển FMS 76

3.6.2 Đặc tính của các máy tính trong các hệ thống điều khiển FMS 77

3.6.3 Mạng máy tính khu vực của hệ thống FMS 78

3.6.4 Con người trong hệ thống điều khiển 79

3.6.5 Thiết kế hệ thống điều khiển FMS 80

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 82

CHƯƠNG 4 84

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT ĐỂ GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT DẠNG TRỤC 84

4.1 Xác định số máy từng loại và tổng số máy trên hệ thống FMS 85

4.2 Xác định số chi tiết K0 thuộc nhiều chủng loại khác nhau có thể gia công trên hệ thống FMS 86

4.3 Xác định số vị trí cấp phôi nvc và số vị trí tháo phôi nvt 87

4.4 Bản vẽ chi tiết “Trục cốt giữa xe đạp” 88

4.5 Quy trình công nghệ gia công trục cốt giữa xe đạp 89

4.6 Sơ đồ hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 91

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

Kết luận: 94

Kiến nghị: 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

Hình 2.5: sơ đồ hệ thống FMS để gia công một số chủng loại chi tiết.

Hình 2.6: sơ đồ hệ thống FMS để gia công nhiều chủng loại chi tiết.

Bảng 2.1: Đặc tính của độ phức tạp gia công

Bảng 2.2: Các chỉ tiêu Km, Kc, Ktc, Kgv, Ktgt

Bảng 3.1: Phân loại các dạng kiểm tra

Hình 3.1: Ổ tích vệ tinh có kết cấu dạng xích của hãng Hitachi.

Hình 3.2: băng tải tích trữ vệ tinh kiểu con lăn có dạng hình chữ nhật khép kín

Hình 3.3: ổ tích vệ tinh với xe tời di động của hãng Hitachi Seiki

Hình 3.4: Hệ thống vận chuyển – tích trữ vệ tinh của FMS ”tipros”Nhật bản.

Hình 3.5: Hệ thống vận chuyển – tích trữ chi tiết của FMS ACB-20.

Hình 3.6: Giá tích trữ chi tiết với máy xếp đống của FMS ACB-20

Hình 3.7: Hệ thống vận chuyển – tích trữ vệ tinh trong FMS

Hình 3.8: Hệ thống vận chuyển – tích trữ dụng cụ dạng xích của hãng Hitachi

Bảng 3.2 Phạm vi ứng dụng của các loại băng tải

Bảng 3.3: Khối lượng gia công cơ theo nhóm kích thước chi tiết

Hình 3.9: Sơ đồ cấu trúc của giá ổ tích vệ tinh.

Bảng 4.1: Số liệu hoạt động của hệ thống FMS trong 1 tháng

Hình 4.2 bản vẽ chi tiết.

Hình 4.3 Sơ đồ phân bố trên hệ thống FMS

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CAD Computers Aided Design

CAM Computers Aided Manufacturing

CNC Computer Numerical Control

FMS Flexible Manufacturing Systems

CIM Computers Integrated Manufacturing.LAN Local Area Network

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài.

Trong thời đại hiện nay, đổi mới công nghệ là một nhiệm vụ cấp bách của nhiềuquốc gia, đặc biệt là các quốc gia đang phát triển Chính vì thế nhiệm vụ vủa ngành chếtạo máy là hết sức quan trọng, nó nhằm tạo ra những sản phẩm với năng xuất và chấtlượng ngày càng cao nhưng giá thành phải chấp nhận được

Ngày nay do chủng loại hàng hóa và mẫu mã ngày càng đa dạng và thườngxuyên thay đổi nên dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối ít phù hợp Để giải quyếtyêu cầu về chủng loại, chất lượng và sản lượng thì việc nghiên cứu và ứng dụng hệthống sản xuất linh hoạt FMS là vấn đề cấp bách hiện nay ở việt nam để bắt kịp với xuthế của thời đại vì nó đã được ứng dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới như: Mỹ, Anh ,Pháp, Cộng Hòa Liên Bang Đức, Nhật, Liên Bang Nga, Bulgari… và đã thu đượcnhiều thành tựu trong thời gian vừa qua

Đặc điểm của FMS là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị để chế tạo sảnphẩm mới Như vậy nó rất thích hợp không chỉ với sản xuất hàng loạt, hàng khối màcòn cho cả sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ

Hiện nay ở nước ta việc nghiên cứu về FMS và CIM mới chỉ được bắt đầu, tàiliệu để nghiên cứu bằng tiếng việt rất ít Các hệ thống FMS và CIM mô hình mới chỉđược trang bị ở một số trường đại học lớn Trong tương lai hệ thống này sẽ tiếp tụcđược trang bị ở các cơ sở đào tạo trên cả nước, song song với đó là việc trang bị thêmcác tài liệu tham khảo để người nghiên cứu có khả năng tiếp thu nhanh những kiếnthức cần thiết về hệ thống

Chính vì lý do trên, để cập nhật được kiến thức về hệ thống sản xuất linh hoạtFMS đồng thời giúp cho các sinh viên khóa kế tiếp hiểu nhiều hơn về FMS đó chính là

lý do để thực hiện đề tài “Tính toán và thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt để gia côngcác chi tiết dạng trục”

Ngoài ra đề tài còn tạo cơ sở lý thuyết nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy củatrường

2 Giới hạn đề tài.

Do điều kiện tài liệu về lĩnh vực này bằng tiếng việt còn hạn chế nên ngườinghiên cứu chỉ tập trung nghiên cứu lý thuyết chung về sản xuất linh hoạt FMS và tíchhoạt CIM, đồng thời tính toán và thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt để gia công cácchi tiết dạng trục mang tính chất thiết kế công nghệ minh họa cho hệ thống

3 Mục đích nghiên cứu.

Đề tài thực hiện mục đích tạo điều kiện cho sinh viên ngành cơ khí có thêmnguồn tài liệu tham khảo với hệ thống FMS Nghiên cứu các thành phần của hệ thốngsản xuất linh hoạt – giới thiệu hệ thống sản xuất linh hoạt

4 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài.

Lý thuyết và các nguyên tắc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt

* Nội dung của đề tài và các vấn đề cần giải quyết:

- Nghiên cứu nguyên tắc hình thành của hệ thống sản xuất linh hoạt

- Xác định các thành phần của hệ thống sản xuất linh hoạt

- Tính toán và thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt để gia công các chi tiết dạng trục

Đề tài cũng còn là cơ hội cho người nghiên cứu có dịp tiếp xúc và hiểu rõ hơn

về FMS

Về lâu dài còn là tài liệu tham khảo cho các sinh viên ngành cơ khí, là cơ sở choviệc phát triển các đề tài sau này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS

Năm 1970, cơ cấu FMS đầu tiên được sử dụng Tuy nhiên, chỉ sau khi côngnhận kết quả nghiên cứu của hãng “Koman” về 3 trung tâm gia công được sử dụng ởnhà máy “General Motor” để chế tạo bánh răng và trục ôtô và với hàng loạt hệ thốngcủa các hãng Nhật Bản chế tạo thì hệ thống FMS mới được sử dụng rộng rãi

Tháng 10-1982 tại hội nghị quốc tế (tổ chức tại Anh) đề cập đến sản xuất tíchhợp có trợ giúp của máy tính CIM Đến tháng 10-1983, hội nghị quốc tế lần thứ 2 (tổchức tại Luân Đôn) đã có nhiều báo cáo về vấn đề vốn đầu tư cho sản xuất FMS vàCIM Cho đến nay hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và sản xuất tích hợp có sự trợ giúpcủa máy tính CIM đã và đang phát triển ở trình độ cao

1.2 Những khái niệm cơ bản.

1.2.1 Tự động hoá sản xuất.

Là một hướng phát triển của sản xuất chế tạo máy mà trong đó con người đượcgiải phóng không chỉ từ lao động cơ bắp mà còn được giải phóng từ quá trình điềukhiển sản xuất Ở đây trách nhiệm con người là theo dõi quá trình sản xuất

Con người thực hiện việc chuẩn bị công nghệ và cấp – tháo phôi (chi tiết) theo chu kỳcho máy (tùy thuộc vào mức độ tự đông hóa)

1.2.2 Tự động hoá từng phần.

Có nghĩa là tự động hoá từng nguyên công riêng biệt Nó kết hợp lao động cơkhí hoá với tự động hoá và nó được ứng dụng ở nhiều nơi mà sự tham gia trực tiếp củacon người không thể thực hiện được, hoặc công việc nặng nhọc và đơn điệu

1.2.5 Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất.

Là mức độ và khả năng thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau một cáchnối tiếp hoặc song song Mức độ linh hoạt ML của hệ thống được xác định theo công thức:

y

d L

L

L

M 

Ld : tính linh hoạt đạt được

Ly : tính linh hoạt yêu cầu

ML = 1: yêu cầu về tính linh hoạt được thoả mãn

ML > 1: hệ thống có thừa tính linh hoạt

ML < 1: hệ thống thiếu tính linh hoạt

Giá thành để tạo ra hệ thống sản xuất linh hoạt phụ thuộc vào 2 yếu tố: yếu tố kĩthuật và yếu tố tổ chức

* Yếu tố kỹ thuật

1.2.6 Tự động hoá sản xuất linh hoạt.

Được dùng trong sản xuất hàng loạt vừa và nhỏ (nhiều chủng loại chi tiết), dựatrên công nghệ nhóm và công nghệ điển hình Sử dụng các máy CNC, các môđun sảnxuất linh hoạt, các hệ thống kho chứa và vận chuyển tự động, các tổ hợp thiết bị sửdụng máy tính

Tự động hoá sản xuất linh hoạt được thể hiện ở việc điều chỉnh nhanh quá trìnhsản xuất để chế tạo sản phẩm mới trong phạm vi thiết bị kỹ thuật cũng như trong phạm

- Các môđun sản xuất linh hoạt

- Các thiết bị công nghệ riêng lẻ

- Các hệ thống đảm bảo chức năng hoạt động với chế độ tự động trong khoảngthời gian đã định, cho phép tự động điều chỉnh để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trongmột giới hạn nào đó

1.2.8 Môđun sản xuất linh hoạt.

Là một đơn vị thiết bị có điều khiển theo chương trình để chế tạo các sản phẩmbất kỳ trong một giới hạn nào đó Thiết bị này thực hiện một cách tự động tất cả cácchức năng có liên quan đến chế tạo sản phẩm và nó có khả năng hoạt động trong FMS

1.2.9 Rôbôt công nghiệp.

Là một máy tự động đứng yên hoặc di động Bao gồm:

- Một cơ cấu chấp hành dưới dạng tay máy

- Một số bậc tự do

- Một cơ cấu điều khiển để thực hiện các chức năng di chuyển trong quá trìnhsản xuất

1.2.10 Tổ hợp rôbôt công nghiệp.

Là toàn bộ:

- Một thiết bị công nghệ

- Một rôbôt công nghiệp

- Các thiết bị khác để thực hiện chu trình một cách lặp lại tự động

Các tổ hợp rôbôt công nghệ trong FMS phải có khả năng điều chỉnh tự động vàkhả năng thích ứng trong hệ thống

Rôbôt công nghiệp có thể là: rôbôt cấp phôi (chi tiết), rôbôt vận chuyển hoặcrôbôt được dùng như một thiết bị công nghệ (khoan lỗ, tẩy bavia trên chi tiết giacông…) Các thiết bị khác được trang bị cho tổ hợp rôbôt công nghệ thường là các cơcấu tích trữ, cơ cấu định hướng, các cơ cấu vận chuyển và lắp ráp nhỏ…

1.2.11 Dây chuyền tự động linh hoạt.

Là FMS mà trong đó các thiết bị công nghệ được lắp đặt theo trình tự cácnguyên công đã được xác định

1.2.12 Công đoạn tự động hoá linh hoạt.

Là FMS thực hiện theo tiến trình công nghệ mà trong đó có khả năng thay đổitrình tự sử dụng thiết bị công nghệ

1.2.13 Phân xưởng tự động hoá linh hoạt.

Là FMS bao gồm:

- Dây chuyền tự động hoá linh hoạt

- Công đoạn tự động hoá linh hoạt

- Tổ hợp rôbôt công nghệ được nối kết với nhau theo phương án để chế tạo cácsản phẩm của một chủng loại xác định

1.2.14 Nhà máy tự động hoá linh hoạt.

Là FMS bao gồm:

- Dây chuyền tự động hoá linh hoạt

- Phân xưởng tự động hoá linh hoạt được nối kết với nhau theo nhiều phương án

để chế tạo các sản phẩm của nhiều chủng loại sản phẩm

1.3 Cấu trúc của FMS.

Thành phần của FMS bao gồm:

- Các thiết bị công nghệ và các thiết bị kiểm tra được trang bị các tay máy tựđộng và các máy tính để tính toán và điều khiển

- Các bộ chương trình để điều khiển FMS

- Các tế bào gia công tự động (các môđun sản xuất linh hoạt), thông thường làcác máy CNC có mối liên kết với các máy tính và hệ thống vận chuyển – tích trữ phôi (chi tiết) tự động

Theo cấu trúc thì FMS là một tổ hợp của tế bào gia công tự động và tế bào kiểmtra tự động được liên kết với nhau thành một hệ thống nhất theo dòng vật liệu với sựgiúp đỡ của hệ thống vận chuyển – tích trữ phôi (chi tiết) tự động và điều khiển nhờmạng máy tính

1.4 Sự tích hợp của FMS với các hệ thống tự động hoá.

Sự tích hợp của hệ thống thiết kế tự động và hệ thống chuẩn bị công nghệ sảnxuất tự động với FMS là rất cần thiết, bởi vì hệ thống tích hợp cho phép giải phóng conngười khỏi sự tham gia trực tiếp trong quy trình công nghệ và như vậy con người chỉ

có chức năng kiểm tra và giám sát

Tích hợp chỉ có thể tạo ra hiệu quả sử dụng FMS trong sản xuất đơn chiếc vàhàng loạt nhỏ Như vậy, FMS cần phải làm việc trong thành phần hệ thống tích hợptoàn phần

1.5 Nguyên tắc thiết lập FMS.

Thiết lập trong hệ thống FMS đuợc bắt đầu từ việc xác định họ chi tiết được chếtạo trong FMS Kết quả của công việc này được dùng để xác định thiết bị công nghệcủa FMS, các loại kho chứa, các cơ cấu vận chuyển…

Tiếp theo đó là thiết lập các cấu trúc chức năng, cấu trúc công nghệ và cấu trúcthông tin của FMS, đồng thời thiết lập mạng máy tính nội bộ sau giai đoạn này có thể giảiquyết vấn đề thuật toán và lập trình có tính đến tác động qua lại của các hệ thống điềukhiển của FMS với các hệ thống tự động khác trong hệ thống tích hợp toàn phần Songsong với hệ thống này cần thiết lập hệ thống cung cấp điện, nước, khí nén, thông tin… Vấn đề tiêu chuẩn hoá của FMS phải được chú ý ngay từ đầu và phải được đặttrên cơ sở sử dụng rộng rãi nguyên tắc môđun.

1.6 Phân loại FMS.

Có 3 loại chính

* Loại 1 không phụ thuộc vào dòng vật liệu của tế bào gia công tự động Loạinày được cấu tạo từ máy vạn năng với điều khiển theo chương trình số, cho phép liênkết với các máy tính bậc cao để điều khiển FMS loại 1 được sử dụng trong nhữngtrường hợp mà chi tiết có thời gian gia công lớn

* Loại 2 gồm các tế bào gia công tự động vạn năng được điều khiển từ mạngmáy tính và hệ thống vận chuyển – tích trữ phôi tự động linh hoạt Trong FMS loại nàycác chi tiết cùng loại có thể được gia công theo nhiều tiến trình công nghệ khác nhautrên một số tế bào gia công tự động FMS loại 2 được sử dụng trong những trường hợpkhi chi tiết có thời gian gia công không lớn

* Loại 3 là dây chuyền tự động linh hoạt Trong FMS loại này mỗi nguyên côngđược thực hiện chỉ trên 1 máy Hệ thống vận chuyển – tích trữ phôi đảm bảo tiến trìnhcứng cho mỗi chi tiết và thông thường nó được thực hiện dưới dạng băng tải hay máyquay vòng

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS- Flexible Manufacturing Systems) là một hệ thống bao gồm các thiết bị gia công như máy điều khiển số, trung tâm gia công, thiết bị gá lắp, tháo dỡ chi tiết và dụng cụ tự động, hệ thống cơ cấu định hướng chi tiết tự động trong quá trình gia công, cơ cấu kiểm tra tự động, cơ cấu vận chuyển tự động, cơ cấu cấp phát dụng cụ tự động, hệ thống điều khiển v…v được thiết kế theo nguyên tắc môđun và được điều khiển bằng một máy tính hoặc một hệ thống máy tính.

Theo cấu trúc, hệ thống sản xuất linh hoạt có thể chia thành các cấp độ như: máy tự động linh hoạt, môđun sản xuất linh hoạt, dây chuyền tự động linh hoạt, phân xưởng sản xuất linh hoạt và nhà máy sản xuất linh hoạt.

CHƯƠNG 2 NGUYÊN TẮC HÌNH THÀNH HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS 2.1 Từ các máy CNC tới FMS.

Máy CNC là những máy cắt gọt kim loại mang lại hiệu quả cao về cả chất lượng

và số lượng, có khả năng điều chỉnh linh hoạt Hiện nay đang được sử dụng rộng rãitrong các nhà máy cơ khí

Vào những năm 1970-1980 các máy CNC được nhóm thành các hệ thống sản xuấtlinh hoạt để tăng năng suất của các máy CNC Công nghệ điều chỉnh linh hoạt ra đời Conngười được giải phóng sức lao động, tăng thời gian máy có nghĩa là tăng năng suất của máy

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS là hệ thống sản xuất có mức độ tự động hoá cao,được dùng để chế tạo nhiều chủng loại chi tiết với sản lượng nhỏ và vừa Hệ thống baogồm các máy CNC để gia công tự động, hệ thống cấp và tháo phôi, hệ thống vận chuyểnphôi, các máy tính, hệ thống cung cấp chương trình và điều khiển toàn bộ công việc

Công nghệ điều chỉnh linh hoạt trên máy CNC thực hiện theo hướng chính sau:

1 Trang bị cho máy ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ)

2 Trang bị cho máy cơ cấu vệ tinh thay đổi

3 Chế tạo máy nhiều trục chính

4 Gia công đồng thời bằng nhiều dao

5 Điều khiển các máy CNC bằng máy tính

6 Tập hợp các máy CNC thành từng nhóm và điều khiển chúng bằng máy tính

7 Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS

2.1.1 Trang bị ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ cho máy).

- Ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ) với cơ cấu thay dao tự động cho phép giacông nhiều bề mặt của chi tiết trong một hoặc một số lần gá

- Magazin dụng cụ được chế tạo kiểu tang trống (dưới 30 dụng cụ),và chế tạokiểu băng xích (trên 30 dụng cụ).Với công nghệ hiện đại hiện nay magazin dụng cụ có

Hình 2.1: Máy nhiều

nguyên công với Magazin dụng

cụ và cơ cấu vệ tinh thay đổi.

1- Ổ tích dụng cụ

2- Cơ cấu quay

3,4- Cơ cấu vệ tinh

2.1.2 Trang bị cho máy cơ cấu vệ tinh thay đổi

- Cơ cấu vệ tinh thay đổi là cơ cấu cấp phôi tự động và đẩy chi tiết đã gia công ra

vị trí xác định cơ cấu vệ tinh là một

tấm có kết cấu tiêu chuẩn để có thể

gá và kẹp chặt trên bàn máy nhiều

nguyên công (hình 2.1)

- Số cơ cấu vệ tinh thay đổi

theo mức độ hiện đại của máy nhiều

nguyên công

Hình 2.2: Máy nhiều nguyên

công có Magazin với 8 cơ cấu vệ tinh

1- Cơ cấu quay

Hình 2.1

- Ưu điểm: Cho phép thực hiện công nghệ điều chỉnh linh hoạt một cách thuận lợi.

- Nhược điểm: Số đồ gá bằng số cơ cấu vệ tinh làm tăng chi phí, và không đảm

bảo độ chính xác

- Thông thường sử dụng cơ cấu 2-3 vệ tinh là kinh tế nhất

2.1.3 Chế tạo máy nhiều trục chính.

Máy nhiều trục chính dùng

để gia công nhiều chi tiết giống

nhau đồng thời, hoặc nhiều bề mặt

của một chi tiết bằng nhiều dao

nhằm tăng năng suất Thường là các

máy phay chuyên dùng

- Do yêu cầu về thời gian gia

công , độ cững vững của máy, nên

trong thực tế chỉ sử dụng máy 2  4

trục chính

1- Thân máy; 2,10- Bàn máy; 3- Thân vòm; 4- ụ máy; 5- Ụ chính thay đổi ;

6- cánh tay quả lắc; 7- bộ định vị tự động rôbốt; 8- ụ trục chính ;9- bàn phân độ

2.1.4 Gia công đồng thời bằng nhiều dao.

- Nghĩa là chi tiết được gia công đồng thời bằng nhiều dao

- Hình 2.4 là tổ hợp CNC ba trụ đứng được dùng để gia công các chi tiết trên bàn quay

1 từ ba phía bằng 3 dao, và mỗi dao có thể dịch chuyển theo chương trình riêng của mình

- Các máy tổ hợp CNC cho phép tăng hệ số tải trọng lên tới 0,8 ÷ 0,9 (thay vì

0,1÷0,2) từ đó tăng lợi nhuận lên tới 5÷ 6 lần so với các máy tổ hợp truyền thống khác

Hình 2.3

- Tuỳ vào điều kiện sản xuất

mà chọn máy tổ hợp như thế nào (ví

dụ với hàng loạt vừa nên sử dụng

các máy ba trục)

- Gia công đồng thời bằng

nhiều dao mang lại cho máy năng

suất cao, và cho phép thực hiện

công nghệ điều chỉnh linh hoạt

2.1.5 Điều kiển các máy CNC bằng máy tính.

Điều khiển máy CNC bằng máy tính cho phép thực hiện công nghệ điều chỉnhlinh hoạt (nhờ khả năng kết nối máy tính bậc cao, khả năng điều khiển thích nghi vàkhả năng điều khiển di chuyển của các vệ tinh thay đổi) và giảm được kích cỡ của máy,đồng thời nâng cao được năng suất và chất lượng gia công

2.1.6 Tập hợp các máy CNC thành nhóm và điều khiển chúng bằng máy tính.

Điều khiển cả nhóm bằng máy tính cho phép hiệu chỉnh chương trình trực tiếptrên máy và điều chỉnh công việc của máy Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phươngpháp điều khiển nhóm này bằng máy tính thể hiện qua các ưu điểm sau :

2.1.7.Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS.

Hệ thống FMS bao gồm cả hệ thống vận chuyển tự động và điều khiển trung tâmbằng máy tính, nhằm mục đích tự động hoá các nguyên công chính và phụ trong sản xuấthàng loạt nhỏ và vừa Thành lập các hệ thống như vậy được tiến hành theo các hướng sau:2.1.7.1: Dây chuyền tự động điều chỉnh

2.1.7.2: Hệ thống FMS với kho chứa phôi và dụng cụ

2.1.7.3: Hệ thống FMS có kho chứa cơ cấu vệ tinh với phôi

2.1.7.4: Hệ thống FMS có kho chứa cơ cấu vệ tinh với chi tiết và cơ cấu vệ tinh với magazin dụng cụ

2.1.7.5: Hệ thống FMS có kho chứa cơ cấu vệ tinh với phôi và dụng cụ để cấp phát riêng biệt cho máy

2.2 Thành phần các máy trong FMS.

Trong FMS thông thường có khoảng 2  24 máy Tuy nhiên phần lớn FMS có 4

 10 máy với 2  4 kiểu máy được chọn theo nguyên tắc gia công nhóm chi tiết Cầnlưu ý rằng, khi số máy trong FMS < 3 4 máy thì không nên sử dụng máy tính trungtâm để điều khiển và khi số máy > 20 máy thì quá trình điều khiển lại rất phức tạp Đểđảm bảo cho FMS được hoạt động liên tục khi có một máy nào đó bị hỏng hoặc phảisửa chữa theo định kỳ thì trong FMS phải lắp đặt thêm các máy dự phòng

Trong thực tế đôi khi hệ thống FMS được thành lập từ các máy vạn năng thông thường và các máy CNC

Khi chủng loại chi tiết gia công không lớn, hệ thống FMS có thể thành lập theo

Hình 2.5: sơ đồ hệ thống FMS để gia công một số chủng loại chi tiết

Khi số chủng loại chi tiết gia công bằng 10  100 thì hệ thống FMS được thànhlập theo sơ đồ trên hình 2.6

Hình 2.6: sơ đồ hệ thống FMS để gia công nhiều chủng loại chi tiết

Trong đó: A,B,C,D - giống như các thiết bị trên hình 2.5

- Tăng hệ số sản xuất theo ca.

- Giảm vốn lưu thông nhờ giảm được chu kỳ sản xuất

- Giảm số công nhân trong sản xuất

2.3.1 Tăng thời gian máy (thời gian cơ bản ) của các máy.

Thời gian máy (thời gian cơ bản) của các máy phụ thuộc vào mức độ tự độnghoá của hệ thống FMS và độ phức tạp của chi tiết gia công Để tăng thời gian máy cầngiảm thời gian gá và tháo chi tiết Bảng 2.1 cho thấy sự khác nhau giữa chi tiết đơngiản và chi tiết phức tạp

Bảng 2.1: Đặc tính của độ phức tạp gia công Dạng chi tiết

Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS cho phép tăng hệ số tăng thời gian

cơ bản lên tới 50- 70%

2.3.2 Tăng hệ số sản xuất theo ca.

Tăng hệ số sản xuất theo ca khi tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS đạtđược nhờ tăng khả năng phục vụ nhiều máy, đồng thời nhờ vào việc thực hiện các côngviệc chuẩn bị chính ở nguyên công thứ nhất và khả năng làm việc 2,3 ca với số ít côngnhân Nếu sử dụng hệ thống thay dao tự động có thể tăng hệ số sản xuất theo ca lên hailần, còn nếu sử dụng thêm cả hệ thống cấp phôi và vận chuyển tự động thì hệ số sảnxuất theo ca tăng lên ba lần

2.3.3 Giảm vốn lưu thông nhờ giảm được chu kỳ sản xuất.

Bảng 2.2 cho thấy quan hệ giữa giảm chi tiêu: Km (hệ số thời gian máy), Kc (hệ sốsản xuất theo ca), Ktc (hệ số tăng ca), Kgv (hệ số giảm vốn lưu thông) và Ktgt (hệ số tăng giáthành cho phép) của các máy CNC độc lập và máy CNC trong hệ thống FMS

Bảng 2.2: Các chỉ tiêu Km, Kc, Ktc, Kgv, Ktgt

Hệ số

Các máyCNC độclập

Các máy CNC trong FMSCấp phôi

tự động

Thay dao

tự động

Cấp phôi và thaydao tự động

Km gia công chi tiết:

Đơn giản :

Phức tạp:

0,41/0690,39/0,70

0,49/0,740,44/073

0,65/0,720,70/0,74

0,83/0,820,84/0,82

1,8/1,61,7/1,5

2,2/1,42,5/1,5

3,3/2,23,5/2,2Ghi chú: Tử số là trường hợp gia công loạt nhỏ còn mẫu số là trường hợp khi gia côngloạt lớn

Bằng cách tăng hệ số thời gian máy (Km), tăng hệ số sản xuất theo ca (Ktc), vàgiảm hệ số vốn lưu thông (Kgv) có thể đạt giá trị cao của hệ số tăng giá thành cho phép(Ktgt) của hệ thống FMS so với các máy CNC độc lập :

Ktgt =

gv

tc m

K

K

(2.1)Khi gia công loạt nhỏ các chi tiết cho phép tăng giá thành lên 3 lần so với máyCNC độc lập (khi sản xuất 2 ca) và lên tới 4,5 lần (khi sản xuất 3 ca) Khi gia công loạtlớn hiệu quả tập hợp các máy CNC thành FMS giảm gần 2 lần (1,4 2,2 lần trong sảnxuất 2; 3 ca)

Kinh nghiệm thành lập hệ thống FMS cho thấy giá thành của nó tăng 3040%(do phải trang bị cơ cấu vận chuyển tự động và máy tính) so với các máy CNC độc lập.

2.3.4 Giảm số công nhân trong sản xuất.

Giảm số công nhân trong sản xuất là yếu tố kích thích để tập hợp các máy CNCthành hệ thống FMS Tự động hoá toàn phần các khâu vận chuyển và điều khiển cácthiết bị cho phép công nhân có thể phục vụ nhiều máy và tiến tới sản xuất không có sựtham gia của con người ở ca 2 và ca 3

Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS cho phép tăng năng suất lao độnglên 2  3 lần Trong hệ thống FMS số thiết bị giảm, khả năng phục vụ nhiều máy tăng,

do đó có thể giải phóng được nhiều công nhân sản xuất trực tiếp

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS là hệ thống sản xuất có mức độ tự động hoá cao,được dùng để chế tạo nhiều chủng loại chi tiết với sản lượng nhỏ và vừa Hệ thống baogồm các máy CNC để gia công tự động, hệ thống cấp và tháo phôi, hệ thống vận chuyểnphôi, các máy tính, hệ thống cung cấp chương trình và điều khiển toàn bộ công việc.

Công nghệ điều chỉnh linh hoạt trên máy CNC thực hiện theo hướng chính đó là:1/ Trang bị cho máy ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ): Tùy theo từng kiểu, sốdung cụ trong magazin có thể lên tới 200, tuy nhiên kinh ngiệm cho thấy số lượngdung cụ tối ưu là 60100

2/ Trang bị cho máy cơ cấu vệ tinh thay đổi: Số cơ cấu vệ tinh thay đổi tăng theomức độ hiện đại của máy nhiều nguyên công, nhưng thực tế cho thấy số lượng cơcấu vệ tinh thay đổi của máy từ 23 là kinh tế nhất

3/ Chế tạo máy nhiều trục chính: Khi sử dụng máy nhiều trục chính năng xuấtgia công được tăng lên rõ rệt, tuy nhiên vì một số lý do các máy thông thường đượctrang bị 24 trục chính trong điều kiện gia công nhẹ và trung bình

4/ Gia công đồng thời bằng nhiều dao: Gia công đồng thời bằng nhiều dao chophép nâng cao năng xuất của máy và cho phép thực hiện công nghệ điều chỉnh linhgiống như các máy CNC một trục chính

5/ Điều khiển các máy CNC bằng máy tính: Điều khiển máy CNC bằng máytính cho phép thực hiện công nghệ điều chỉnh linh hoạt và giảm được kích cỡ của máy,đồng thời nâng cao được năng suất và chất lượng gia công

6/ Tập hợp các máy CNC thành từng nhóm và điều khiển chúng bằng máy tính: Chophép hiệu chỉnh chương trình trực tiếp trên máy và điều chỉnh công việc của các máy.7/ Tập hợp các máy CNC thành hệ thống FMS: Hiệu quả củanó cho phép :

- Tăng thời gian máy (thời gian cơ bản) của các máy

- Tăng hệ số sản xuất theo ca

- Giảm vốn lưu thông nhờ giảm được chu kỳ sản xuất

- Giảm số công nhân trong sản xuất

Trong FMS thông thường có khoảng 2  24 máy Tuy nhiên phần lớn FMS có 4

 10 máy với 2  4 kiểu máy được chọn theo nguyên tắc gia công nhóm chi tiết Vìkhi số máy trong FMS < 3 4 máy thì không nên sử dụng máy tính trung tâm để điềukhiển và khi số máy > 20 máy thì quá trình điều khiển lại rất phức tạp Để đảm bảo choFMS được hoạt động liên tục khi có một máy nào đó bị hỏng hoặc phải sửa chữa theođịnh kỳ thì trong FMS phải lắp đặt thêm các máy dự phòng

CHƯƠNG 3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS 3.1 Rôbôt công nghiệp trong FMS.

3.1.1 Yêu cầu đối với rôbôt công nghiệp.

Rôbôt công nghiệp là một máy tự động được lập trình nhắc lại có khả năng thaythế con người để thực hiện các chức năng di chuyển đối tượng sản xuất hoặc thiết bịcông nghệ Rôbôt công nghiệp khác thiết bị tự động hoá truyền thông ở tính vạn năng

di chuyển và điều chỉnh nhanh để thực hiện nguyên công mới Rôbôt công nghiệp cókhả năng thay thế nhiều thiết bị khác trong hệ thống FMS, ví dụ như: thiết bị cấp phôi

và tháo chi tiết đã gia công, thiết bị kiểm tra, thiết bị thay dao và dọn sạch phoi đồngthời Rôbôt công nghiệp cũng đảm bảo gá đặt và thay đổi thiết bị kiểm tra một cách tựđộng Do tính chất làm việc trong hệ thống FMS mà các Rôbôt công nghiệp cần đápứng các yêu cầu sau đây:

- Thực hiện công việc một cách tự động trong các nguyên công chính cũng nhưtrong các nguyên công phụ

- Tự động điều chỉnh thay đổi đối tượng sản xuất

- Tiếp xúc nhẹ nhàng và chính xác với thiết bị của FMS

- Có khả năng thực hiện các tác động điều khiển tới các thiết bị công nghệ chínhcủa FMS để thực hiện các nguyên công theo tuần tự đẫ được lập trình

- Đảm bảo độ ổn định làm việc trong FMS (thời gian làm việc ổn định của rôbôtphải lớn hơn 400 giờ)

- Có khả năng trang bị thiết bị kiểm tra tự động chất lượng gia công

3.1.2 Đặc tính công nghệ của Rôbôt công nghiệp

3.1.2.1 Tính di dộng của thân rôbôt.

Tính di động của thân rôbôt biểu thị cấu tạo của rôbôt khi làm việc ở trạng tháitĩnh và trạng thái di dộng

Rôbôt công nghiệp có thân không di động được sử dụng rộng rãi trong các máy

để thực hiện các nguyên công chính, Các rôbôt này được lắp đặt trên nền xưởng ở phíatrước máy mà chúng phục vụ, trên các giá treo, trực tiếp trên các máy gia công, kiểmtra và lắp ráp Các Rôbôt công nghiệp này và các máy phục vụ phối hợp với nhau rấtnhịp nhàng, chính xác nhưng khả năng công nghệ của chúng bị hạn chế bởi phạm vivùng làm việc

Rôbôt di động trong quá trình làm việc di chuyển dọc theo máy trên các thanhray hoặc các giá treo tự động Rôbôt di động cũng có thể di chuyển dọc theo các thanhray treo ở phía trên máy Như vậy rôbôt di động có thể phục vụ nhiều máy nằm dọcđường di chuyển do đó khả năng công nghệ được mở rộng tuy nhiên điều kiện vậnhành có phức tạp hơn

3.1.2.2 Tải trọng của rôbôt.

Một trong những đặc tính công nghệ cơ bản của rôbôt là tóm (cầm), giữ và vậnchuyển vật với khối lượng quy định Đối với rôbôt có nhiều cánh tay máy thì tải trọngđược xác định theo cánh tay có trọng tải lớn nhất

Các rôbôt siêu nhẹ có tải trọng ≤ 1Kg được dùng rộng rãi ở các nguyên côngdập và lắp ráp Loại này chủ yếu là rôbôt chuyên dùng khí nén tác động nhanh với hai,

ba bậc tự do và điều khiển theo chu kỳ

Các rôbôt nhẹ với tải trọng ≤ 10Kg thông thường là các rôbôt có tốc độ tácđộng trung bình và được trang bị nhiều loại truyền động và cơ cấu điều khiển khácnhau Số bậc tự do thường là năm hoặc sáu

Các rôbôt trung bình với tải trọng ≤ 100Kg chủ yếu là các rôbôt chuyên dùng và vạnnăng Các rôbôt này có truyền động là thuỷ lực, truyền động cơ điện và tổ hợp Điều khiểnrôbôt là điều khiển theo vị trí, đôi khi theo contuor tốc độ di chuyển của rôbôt đạt 0.5 ÷ 1m/s

Các rôbôt nặng với tải trọng ≥ 100Kg chủ yếu là các rôbôt chuyên dùng Cácrôbôt này có truyền động là thuỷ lực, truyền động cơ điện Điều khiển rôbôt là điều

3.1.2.3 Số lượng tay máy của rôbôt.

Cùng với tốc độ tác động của rôbôt số lượng cánh tay có ảnh hưởng quyết địnhđến năng suất của rôbôt Các rôbôt một cánh tay được dùng rộng rãi để vận chuyển và

gá đặt chi tiết có, khối lượng lớn ở các nguyên công có thời gian máy lớn Rôbôt loạinày có ưu điiểm là có kết cấu và hệ thống điều khiển đơn giản Nhược điểm là khảnăng công nghệ bị hạn chế

Các rôbôt hai tay máy được dùng để tóm, vận chuyển, cấp phôi, tháo chi tiết cókhối lượng từ 0.1Kg đến 5Kg Ưu điểm loại này là chu kỳ làm việc ngắn, giảm thờigian của quy trình công nghệ, khả năng tập trung nguyên công cao Rôbôt hai cánh tay

có thể được điều khiển độc lập hoặc chung cho các cánh tay

3.1.2.4 Hệ tọa độ của rôbôt.

Khả năng công nghệ của các Rôbôt công nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào hệ toạ

độ không gian mà trong đó các cánh tay của rôbôt di chuyển

Hệ toạ độ đơn giản nhất là hệ toạ độ hình chữ nhật nó cho phép di chuyển taymáy trong không gian hình hộp Kết cấu của rôbôt với hệ toạ độ này rất đơn giản vàthuận tiện cho việc lập trình Tuy nhiên khả năng công nghệ của rôbôt bị hạn chế Hê toạ

độ hình trụ cho phép di chuyển tay máy trong không gian hình trụ Kết cấu của rôbôt với

hệ toạ độ này không phức tạp lắm khả năng công nghệ của rôbôt này tăng nhưng vẫn cònnhững hạn chế Hệ toạ độ cầu cho phép di chuyển tay máy trong không gian hình cầu và

hệ toạ độ vạn năng nhất Kết cấu của rôbôt với hệ toạ độ này rất phức tạp và việc lậptrình còn nhiều khó khăn Nhưng khả năng công nghệ của rôbôt này cao nhất các rôbôthoạt động trong diện tích sản xuất nhỏ và trang bị phục vụ rôbôt rất đơn giản

Ngoài ba dạng hệ toạ độ trên người ta còn sử dụng rôbôt với hệ toạ độ tổ hợp,

ví dụ như hệ toạ độ góc

3.1.2.5 Dạng truyền động của rôbôt.

Cơ cấu truyền động đảm bảo cho tay máy của rôbôt di chuyển theo hướng xácđịnh Các hệ thống truyền động ảnh hưởng rất lớn đến khả năng công nghệ của rôbôt

Hệ truyền động khí nén trên cơ sở các xi lanh khí nén và các tua bin khí được sửdụng rộng rãi trong các rôbôt chuyên dụng và đôi khi trong các rôbôt vạn năng với tải trọngnhỏ hơn 10Kg Hệ truyền động khí nén có ưu điểm là kết cấu đơn giản, an toàn, giá thànhchế tạo và vận hành thấp tuy nhiên khả năng công nghệ bị hạn chế, không điều khiển đượctốc độ khi di chuyển và đòi hỏi cơ cấu giảm chấn phức tạp để tiếp xúc êm với cữ chặn cứng

Hệ truyền động thuỷ lực trên cơ sở các xilanh, động cơ thuỷ lực được sử dụngvới rôbôt có trọng tải trên 5Kg Ưu điểm là nhỏ gọn, tạo ra lực lớn cho phép điều chỉnhlực và tốc độ di chuyển của cơ cầu chấp hành nhược điểm là di chuyển chậm, độ nhớtcủa dầu phụ thuộc vào nhiệt độ, cần trạm nạp riêng và yêu cầu cao để vận hành

Hệ truyền động điện được sử dụng trong các rôbôt vạn năng có tải trọng khácnhau với các điều khiển theo vị trí, cotour, chu kỳ Các rôbôt với hệ truyền động điện

có tính linh hoạt cao hơn, đơn giản, an toàn trong hoạt động Nhược điểm là các đặctính khuôn khổ khối lượng chưa cao vì thiếu các hệ truyền động cơ - điện chuyên dùng

Để mở rộng khả năng công nghệ của rôbôt người ta còn chế tạo các hệ truyềnđộng tổ hợp như hệ truyền động điện - khí, điện - thuỷ lực …

3.1.2.6 Kiểu cấu tạo của rôbôt

Kiểu cấu tạo của Rôbôt công nghiệp phụ thuộc vào điều kiện làm việc của rôbôtnhư: Bụi, bị thừa khí nén, nhiệt độ cao, độ ẩm cao, nguy cơ cháy nổ cao…

Các rôbôt cấu tạo chuẩn được sử dụng trong điều kiện bình thường Khi khả năng

bị phủ bụi cao thì cần sử dụng rôbôt với kiểu chế tạo chống bụi theo tiêu chuẩn Trongcác phân xưởng rèn, dập, đúc được sử dụng các rôbôt kiểu cấu tạo chống nhiệt Trongsản xuất có nguy cơ cháy nổ thì phải sử dụng rôbôt có cấu tạo kiểu chống cháy nổ

3.1.2.7 Độ chính xác định vị của rôbôt

Thông số này của Rô bốt công nghiệp xác định độ chính xác vươn ra của cánhtay rôbôt tới vị trí đã định và độ chính xác lặp lại quỹ đạo đã định Trong nhiều Rô bốtcông nghiệp độ chính xác có thể dao động trong một phạm vi nào đó tuỳ thuộc vào

> 1mm) được dùng để vận chuyển ở các nguyên công sơn, hàn Rôbôt có độ chính xáctrung bình (độ chính xác định vị trong khoảng 0.1 ÷ 1mm) được dùng rộng rãi hơn và

có thể đáp ứng được mọi yêu cầu phục vụ nhiều loại thiết bị công nghệ khác nhau.Rôbôt có độ chính xác cao (với sai số < 0.1mm) được dùng chủ yếu để lắp ráp với hệthống điều khiển theo vị trí

3.1.2.8 Tính vạn năng của rôbôt

Thông số này được xác định bằng mức độ phù hợp giữa Rô bốt công nghiệpđược hoạch định theo điều kiện với quá trình thực hiện công việc

Các Rôbốt công nghiệp chuyên dùng được sử dụng để thực hiện những nguyêncông cùng loại mà trong phạm vi của những nguyên công này có tính linh hoạt cầnthiết Khả năng công nghệ của các Rô bốt công nghiệp chuyên dùng được mở rộng nhờthay đổi kết cấu cấu rôbôt tuỳ thuộc vào yêu cầu sản xuất Các Rôbốt công nghiệp vạnnăng có khả năng thực hiện nhiều nguyên công khác nhau đối với nhiều chủng loại chitiết Các loại rôbôt này có năm bậc tự do trở lên, chúng có khả năng chuyển đổi sangcông việc khác và khả năng được lập trình lại khá nhanh

3.1.2.9 Bậc tự do của rôbôt.

Đặc tính này phản ánh khả năng của rôbôt công nhiệp đối với việc thực hiện cácchuyển động phức tạp trong quá trình hoạt động Bậc tự do của các rôbôt được chia ra:bậc tự do di chuyển và bậc tự do định hướng Bậc tự do di chuyển thực hiện cácchuyển động vận chuyển bằng dịch chuyển của tay máy, còn bậc tự do định hướngthực hiện gá đặt đối tượng vận chuyển vào vị trí yêu cầu

Tính vạn năng của rôbôt công nhiệp được xác định bằng số bậc tự do của nó Sốbậc tự do ít (≤ 3) đặc trưng cho các rôbôt chuyên dùng Số bậc tự do trung bình (≤6)được dùng cho các rôbôt vạn năng và chuyên dùng Số bậc tự do lớn (> 6) được dùngrất ít do nó làm cho kết cấu và việc lập trình phức tạp thêm

Kết quả nghiên cứu cho thấy rôbôt có từ 5 đến 6 bậc tự do cho phép phối hợp tối

ưu các dịch chuyển cần thiết cho các thiết bị công nghiệp

3.1.2.10 Bước di chuyển của cách tay rôbôt.

Bước di chuyển của cánh tay rôbôt (của tay máy) là đại lượng dich chuyển của

nó khi phục vụ thiết bị công nghệ hoặc khi thực hiện các nguyên công chính

Bước di chuyển của cánh tay xác định khả năng chuyển đối tượng vào gia cônghoặc lắp ráp và nó là thông số chính khi chọn rôbôt để phục vụ thiết bị công nghệ hoặc khi

tổ chức chỗ làm việc Các tay máy với bước di chuyển nhỏ (≤ 300 mm) được dùng cho cácrôbôt chuyên dùng cỡ nhỏ, với bước di chuyển trung bình (≤ 1000 mm) được dùng chocác rôbôt có tải trọng và tính vạn năng khác nhau với các tọa độ hình chữ nhật, hình trụ vàđôi khi là hình cầu, còn tay máy với bước di chuyển lớn (>1000mm) được dùng cho cácrôbôt chuyên dùng và vạn năng có tải trọng trung bình và lớn với hệ thống tọa độ hình cầu.Bước di chuyển của tay máy tăng cho phép mở rộng khả năng công nghệ của rôbôt

3.1.2.11 Tính tác động nhanh của rôbôt.

Tính tác động nhanh của rôbôt được hiểu là tốc độ di chuyển trung bình của các đốitượng có khối lượng danh nghĩa khi vận chuyển Tính tác động nhanh được xác định bằngtốc độ di chuyển theo các bậc tự do khác nhau, có nghĩa là tốc độ của các hệ truyền độngtương ứng của các tay máy Tốc độ này phụ thuộc vào khối lượng di chuyển, bước dichuyển, độ phức tạp của quỹ đạo … Tính tác động nhanh được chia thành các nhóm sau:

1) Thấp

Tốc độ di chuyển ≤ 0.5m/s Các rôbôt thuộc nhóm này có tải trọng vừa và lớn

và phục vụ thiết bị với chu kỳ lớn

2) Trung bình

Tốc độ di chuyển ≤ 1m/s Các rôbôt thuộc nhóm này có tải trọng nhỏ và trungbình với các hệ truyền động và mức độ vạn năng hóa khác nhau Các rôbôt được sửdụng rộng rãi trong tự động hóa quá trình sản xuất

3) Cao

Tốc độ di chuyển > 1m/s Các rôbôt thuộc nhóm này vẫn còn được sử dụng rất

3.1.2.12 Dạng điều khiển của rôbôt.

Hệ thống điều khiển theo chu kỳ: Là hệ thống điều khiển đơn giản, rẻ tiền và antoàn khi sử dụng Các hệ thống điều khiển này chủ yếu được dùng trong các rôbôtchuyên dùng Nhược điểm của dạng điều khiển này là tính vạn năng thấp do đó khảnăng công nghệ bị hạn chế Rất khó điều chỉnh rôbôt khi thay đổi chương trình làmviệc giảm tính linh hoạt của rôbôt

Điều khiển theo vị trí: Có thể tạo được từ 10 đến 100 điểm lập trình theo từngbậc tự do Điều khiển theo vị trí cho phép tính vạn năng và khả năng công nghệ cao.Nhược điểm là không điều chỉnh được quỹ đạo giữa các điểm cho và rất khó đạt được

độ đồng đều của quỹ đạo chuyển động

Điều khiển theo contour đảm bảo dịch chuyển của tay máy theo những quỹ đạoliên tục với một tốc độ được lập trình liên tục Hệ thống điều khiển theo contour có tínhvạn năng và khả năng công nghệ cao Nhược điểm của hệ thống điều khiển này là phứctạp và giá thành cao

Ngoài các hệ thống điều khiển trên người ta còn sử dụng hệ điều khiển chươngtrình tổ hợp mà trong đó phương án tối ưu là kết hợp các dạng điều khiển theo chu kỳ,theo vị trí và theo contour

Hệ thống điều khiển thích nghi cho phép xác định vị trí, hình dạng và các đặcđiểm khác của đối tượng thao tác Hệ thống điều khiển thích nghi cho phép tự độngthay đổi chương trình điều khiển tương ứng với các tín hiệu nhận được Rôbôt với hệthống điều khiển thích nghi cho phép loại trừ các đồ gá phức tạp, giảm thời gian điềuchỉnh rôbôt khi chuyển sang nguyên công mới

3.1.2.13 phương pháp lập trình cho rôbôt.

Phương pháp lập trình cho rôbôt được hiểu là viết và nạp chương trình điềukhiển với mục đích là điều khiển cho rôbôt Tùy thuộc vào phương pháp nạp thông tin

và cơ cấu điều khiển của rôbôt người ta phân biệt các phương pháp lập trình sau đây:

Lập trình bằng tay là phương pháp lập trình đơn giản nhất và được sử dụngnhiều nhất, nó được thực hiện bằng sự tham gia trực tiếp của cán bộ phục vụ.

Lập trình tự động là phương pháp lập trình có sự trợ giúp của hệ thống tự độnghóa và được sử dụng cho các rôbôt với hệ thống điều khiển theo vị trí và theo contour

Tự lập trình được ứng dụng trong các rôbôt công nhiệp với các cơ cấu cảm biến(senso) hiện đại và điều khiển thích nghi.Ở đây có 2 phương án lập trình:

- Phương án tự lập trình từng phần, chương trình lớn được tự động thiết lập vớicác yếu tố tác động riêng biệt cho các giai đoạn công việc nhất định Trên cơ sởchương trình lớn nay cơ cấu điều khiển rôbôt hoàn thiện phần còn lại của chương trìnhtrên cơ sở xuất phát từ điều kiện làm việc nhận được từ các senso

- Phương án tự lập trình toàn phần cơ cấu điều khiển rôbôt xác định chươngtrình làm việc trong thời gian thực hiện trên cơ sở đưa ra mục đích và thông tin nhậnđược từ các cơ cấu senso

3.1.2.14 Khối lượng bộ nhớ của cơ cấu điều khiển rôbôt.

Cơ cấu điều khiển rôbôt được đặc trưng bởi khối lượng bộ nhớ, xác định lượngthông tin điều khiển được ghi trong quá trình lập trình Thông tin này được nạp vàodưới dạng các lệnh

Khối lượng bộ nhớ nhỏ (từ 10 đến 100 câu lệnh) được sử dụng cho các rôbôt vớiđiều khiển theo chu kỳ và theo vị trí Khối lượng bộ nhớ trung bình (>100 lệnh) được

sử dụng cho rôbôt điều khiển theo vị trí và theo contour Khối lượng bộ nhớ lớn (>600lệnh) được sử dụng cho rôbôt với điều khiển theo contour và theo thích nghi

3.1.3 Phạm vi ứng dụng của rôbôt công nhiệp.

3.1.3.1 Ứng dụng của rôbôt công nhiệp trong thành phần thiết bị công nghiệp chủ yếu.

Trong hệ thống FMS các rôbôt công nghiệp cho phép thực hiện tự động hóa vàlinh hoạt các thiết bị công nghiệp chủ yếu Các rôbôt thực hiện các nguyên công: tóm(cầm) phôi từ các ổ tích trữ, vận chuyển và gá đặt chúng tại vùng gia công, sau đó lại

tháo các chi tiết đã gia công vận chuyển chúng xếp vào các thùng chứa hoặc các cơ cấutrung gian để thực hiện các nguyên công tiếp theo.

Trong hệ thống FMS người ta ứng dụng nhiều loại rôbôt khác nhau như: rôbôt cốđịnh, rôbôt di động trên nền xưởng, trên giá treo, rôbôt với tải trọng và hệ thống truyềnđộng khác nhau, rôbôt có một hoặc hai cách tay, rôbôt chuyên dùng và rôbôt vạn năng…

3.1.3.2 Ứng dụng của rôbôt công nhiệp trong cung ứng dụng cụ.

Rôbôt công nhiệp được sử dụng trong việc thay thế tự động dụng cụ cắt trong cácmáy CNC Đối với nhóm máy tiện thực hiện thay dao tự động theo cả cụm còn nhómmáy phay, doa, trung tâm gia công thì thực hiện thay dao tự động theo từng chiếc

3.1.3.3 Ứng dụng rôbôt công nhiệp với các thiết bị kiểm tra.

Rôbôt công nhiệp được sử dụng hỗ trợ cho việc kiểm tra đầu vào của phôi vàđầu ra của sản phẩm

- Đối với nhóm máy tiện phôi và chi tiết được kiểm tra ở ngoài vùng gia công.Phôi được rôbôt đưa tới thiết bị kiểm trước khi được đưa vào vùng gia công, sau khigia công xong chi tiết lại được rôbôt đưa tới thiết bị kiểm tra để xác định là thành phẩmhay phế phẩm

- Với nhóm máy phay, doa, trung tâm gia công kiểm tra được thực hiện trongvùng gia công Khi kiểm tra đầu vào vị trí thực của phôi được xác định trước khi giacông và được hiệu chỉnh Dựa vào kết quả kiểm tra trung gian và kiểm tra đầu ra củacác chi tiết gia công rôbôt sẽ thực hiện quá trình điều chỉnh máy

3.1.3.4 Ứng dụng của rôbôt công nhiệp để dọn chất thải sản xuất.

Đối với phoi vụn và các chất thải khác được hệ thống băng tải đưa vào cácthùng chứa Các thùng chứa này được rôbôt đưa tới nơi tập trung phoi sau đó rôbôt đổphoi và chuyển thùng chứa về nơi tập kết

Đối với phoi dây được vận chuyển bằng rôbôt chuyên dùng Phoi được đưa tới

bộ phận bẻ gãy phoi trước khi được chuyển vào thùng chưa để đưa ra ngoài

3.2 Hệ thống kiểm tra tự động của FMS.

3.2.1 Chức năng của hệ thống kiểm tra tự động.

Hệ thống kiểm tra tự động của FMS là một khâu rất quan trọng, bởi vì nó xácđịnh khả năng không có sự tham gia của con người (Khả năng tự động hoá) trongFMS Hệ thống kiểm tra tự động giả quyết những vấn đề sau đây:

- Nhận và trình thông tin về các tính chất, trạng thái kỹ thuật và cách bố tríkhông gian của các đối tượng được kiểm tra, đồng thời cả về trạng thái của môi trườngcông nghệ và điều kiện sản xuất

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

- Truyền thông tin về sự không tương thích với các mô hình của quá trình sảnxuất để kịp thời hiệu chỉnh trên các cấp điều khiển khác nhau của hệ thống FMS

- Nhận và trình thông tin về thực hiện chức năng

Hệ thống kiểm tra tự động cần đảm bảo:

- Khả năng điều chỉnh tự động các thiết bị kiểm tra trong phạm vi một chủngloại của các đối tượng được kiểm tra

- Phối hợp các đặc tính động lực học của hệ thống kiểm tra tự động với các tínhchất 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

Bảng 3.1: Phân loại các dạng kiểm tra

Mục đích kiểm tra Chất lượng sản phẩm.

Khả năng làm việc của thiết bị

Nhiệm vụ được giải quyết

Tiếp nhận

Dự phòng

Chuẩn đoán

Tác động với đối tượng

Tích cực: trực tiếp và gián tiếpThụ động: sau mỗi nguyên công, sau vài nguyên côngThông số: Định lượng, dung sai

Chức năng hoạt độngGiải quyết kết cấu Bên trong ( tự kiểm tra).

kỹ thuật lập trình

Ngoài các dạng kiểm tra sau đây, còn cần phải kiểm tra các điều kiện sản xuất,gắn liền với kỹ thuật an toàn (điều kiện sản xuất thông thường là những yếu tố tác độngbên ngoài như nhiễm bụi, nhiệt độ và độ ẩm không khí, chúng được gọi một cách chínhxác hơn là các thông số của môi trường công nghệ) Ở đây, kiểm tra chủ yếu để đảmbảo an toàn cho người công nhân, giữ cho thiết bị không bị hỏng hóc và nhằm mụcđích đạt chất lượng sản phẩm cao Khi thiết lập hệ thống kiểm tra tự động của FMS,người thiết kế cần phải: