Nghiên cứu thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt để gia công một số loại chi tiết điển hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI X W NGƠ TÁ PHƯỚC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT ĐỂ GIA CƠNG MỘT SỐ LOẠI CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH CHUN NGÀNH : CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mà SỐ: CTM09 - 104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Đinh Văn Chiến GS.TS Trần Văn Địch HÀ NỘI - 2011 Lời cam đoan Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Ngơ Tá Phước LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm viện khí quan tâm tạo điều kiện thuận lợi cho em thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Bùi Khơi, Thầy Nguyễn Đắc Trung, thầy Phạm Văn Hùng, thầy Nguyễn Trọng Bình, thầy Trần Thế Lục, Nguyễn Phương Mai tồn thể thầy viện khí dẫn góp ý giúp đỡ em nhiều thời qua Và đặc em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Địch, thầy Đinh Văn Chiến tận tình giúp đỡ em thời gian qua để hồn thành luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Học viên thực Ngơ Tá Phước MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục chữ viêt tắc …………………………………………… …6 LỜI NĨI ĐẦU .7 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Giới hạn đề tài 10 1.3 Mục đích nghiên cứu 10 1.4 Cơ sở khoa học thực tiển đề tài 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẢN SUẤT LINH HOẠT FMS 11 2.1 lịch sử phát triển 11 2.2 Những khái niệm 11 2.2.1 tự động hóa sản xuất 11 2.2.2 tự động hóa phần 11 2.2.3 máy tự động cơng nghệ 12 2.2.4 tính linh hoạt hệ thống sản xuất 12 2.2.5 tự động hóa sản xuất linh hoạt 13 2.2.6 hệ thống sản xuất linh hoạt 14 2.2.7 mơđun sản xuất linh hoạt 14 2.2.8 rơbot cơng nghiệp 14 2.2.9 tổ hợp rơbot cơng nghệ 15 2.2.10 dây chuyền tự động linh hoạt 15 2.2.11 Cơng đoạn tự động hóa linh hoạt 16 2.2.12 Phân xưởng tự động hóa linh hoạt 16 2.2.13 Nhà máy tự động hóa linh hoạt 16 2.3 Cấu trúc FMS 16 2.4 Sự tích hợp FMS với hệ thống tự động hóa 16 2.5 Ngun tắc thiết lập FMS 16 2.6 Phân loại FMS 17 CHƯƠNG CÁC NGUN TẮC HÌNH THÀNH HỆ THỐNG LINH HOẠT FMS 18 3.1 Cơng nghệ điều chỉnh linh hoạt máy CNC 18 3.1.1 Trang bị ổ tích dụng cụ 18 3.1.2 Trang bị cho máy cấu vệ tinh thay đổi 18 3.1.3 Chế tạo máy nhiều trục 18 3.1.4 Gia cơng đồng thời nhiêu dao 19 3.1.5 Điều khiển CNC máy tính 19 3.1.6 Tập hợp máy CNC thành nhóm điều khiển chúng máy tính 19 3.1.7 Tập hợp máy CNC thành hệ thống FMS 20 3.2 Thành phần máy FMS 20 3.3 Hiệu tập hợp máy CNC thành hệ thống FMS 20 3.3.1 Tăng thời gian máy 20 3.3.2 Tăng hệ số sản xuất theo ca 20 3.3.3 Giảm vốn lưu thơng nhờ giảm chu kỳ sản xuất 21 3.3.4 Giảm số cơng nhân sản xuất 21 CHƯƠNG CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT .22 4.1 Rơbốt cơng nghiệp FMS 22 4.1.1 u cầu rơbốt cơng nghiệp 22 4.1.2 Đặc tính cơng nghệ rơbốt cơng nghiệp 23 4.1.3 Phạm vi ứng dụng rơbốt cơng nghiệp 30 4.2 Hệ thống kiểm tra tự động FMS 31 4.2.1 Chức hệ thống kiểm tra tự động 31 4.2.2 Cấu trúc hệ thống kiểm tra tự động 32 4.2.3 Ngun tắc xây dựng hệ thống kiểm tra tự động 33 4.2.4 Chế độ hoạt động hệ thống kiểm tra tự động 34 4.2.5 Ngun tắc kiểm tra trạng thái kĩ thuật phần tử mơđun FMS 35 4.3 Hệ thống vận chuyển-tích trữ tự động FMS 37 4.3.1 Hệ thống vận chuyển tích trữ chi tiết gia cơng 37 4.3.2 Hệ thống vận chuyển tích trữ dung cụ FMS 44 4.3.3 Thiết bị kĩ thuật hệ thống vận chuyển tích trữ 46 4.3.4 Điều khiển hệ thống vận chuyển - tích trữ 49 4.4 Xác định thành phần thiết bị hệ thống FMS 50 4.4.1 Xác định thành phần máy FMS 50 4.4.2 Xác định thành phần thiết bị vận chuyển chi tiết 52 4.4.3 Xác định thành phần thiết bị vận chuyển dụng cụ 59 4.5 Kho chứa tự động hệ thống FMS 65 4.5.1 Chức thành phần kho chứa tự động 65 4.5.2 Các loại kho chứa tự động 65 4.5.3 Bố trí kho chứa tự động hệ thống FMS 67 4.5.4 Thiết kế kho chứa tự động hệ thống FMS 70 4.6 Hệ thống điều khiển FMS 72 4.6.1 Tổ chức điều khiển FMS 72 4.6.2 Đặc tính máy tính hệ thống điều khiển FMS 77 4.6.3 Mạng máy tính khu vực hệ thống FMS 78 4.6.4 Con người hệ thống điều khiển 80 4.6.5 Thiết kế hệ thống điều khiển FMS 81 CHƯƠNG 5: THIÊT KẾ HỆ THỐNG LINH HOẠT ĐỂ GIA CƠNG MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH .84 5.1 Xác định số máy loại tổng số máy hệ thống FMS 85 5.2 Xác định số chi tiết K0 thuộc nhiều chủng loại khác gia cơng hệ thống FMS 86 5.3 Xác định số vị trí cấp phơi nvc số vị trí tháo phơi nvt 87 5.4 Bảng vẽ chi tiết trục cốt xe đạp điển hình 88 5.5 Quy trình cơng nghệ gia cơng trục cốt xe đạp 88 5.6 Sơ đồ hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 90 Kết Luận Và Kiến Nghị 92 I Kết Luận 92 II Kiến nghị: 93 TÀI LIỆU KHAM KHẢO 94 PHỤ LỤC: Đĩa CD số hình ảnh hệ thống FMS 94 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNC: Compute Numerical control CAD: Computer Aided Design CAM: computers Aided Manufacturing FMS: Flexible Manufacturing Systems CIM: Computer integrated Manufacturing LỜI NĨI ĐẦU Trong sản xuất đại việc thành lập hệ thống sản xuất linh hoạt đóng vai trò quan trọng Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) cho phép tự động hố mức độ cao sản xuất hàng loạt nhỏ hàng loạt vừa sở sử dụng máy CNC, rơbơt cơng nghiệp để điều khiển đối tượng lao động, đối tượng lao động, đồ gá dụng cụ, hệ thống vận chuyển - tích trữ phơi với mục đích tối ưu hố q trình cơng nghệ q trình sản xuất Đặc điểm FMS khả điều chỉnh nhanh thiết bị để chế tạo sản phẩm Như vậy, thích hợp khơng cho sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn mà cho sản xuất hàng loạt vừa hàng loạt nhỏ, chí sản xuất đơn Tuy nhiên phân tích FMS điều kiện sản xuất đơn (ví dụ, sản xuất thử nghiệm) cho thấy khơng ăn khớp suất FMS phương pháp chuẩn bị sản xuất băng tay (ít hiệu quả) Cũng việc sử dụng khơng đồng hệ thống tự động hóa mà q trình chuẩn bị sản xuất bị kéo dài(cần có lao động tay để mã hố thơng tin đầu vào) Sự nối kết hệ thống tự động riêng lẻ thành hệ thống với trợ giúp mạng máy tính nội cho phép tăng nâng suất lao động nhà máy thiết kế, nhà cơng nghệ nhà tổ chức sản xuất nâng cao suất chất lượng sản phảm Các hệ thống sản xuất gọi hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính (CIM) : CIM bao gồm : thiết kế trợ giúp máy tính (CAP); lập qui trình có trợ giúp máy tính (CAP); lập kế hoạch sản xuất kiểm tra (PP C) : kiểm tra chất lượng có trợ giúp máy tính (CAQ); sản xuất có trợ giúp máy tính (CAM) Hiện nước ta nghiên cứu FMS CIM bắt đầu.Tài liệu lĩnh vực tiếng Việt chưa có Các hệ thống FMS CIM mơ hình trang bị số trường đạii học Trong tương lai hệ thống tiếp tục đầu tư nhiều sở đạo tạo khác nước Như biết ngành cơng nghệ chế tạo máy ngành cơng nghiệp chủ yếu sản xuất cơng cụ quan trọng, sở vật chất cho tiến khoa học kỹ thuật Mức độ phát triển, khối lượng nhịp độ, cấu ngành chế tạo máy ảnh hưởng đến tiêu sản xuất xã hội Đảng nhà nước ta khẳng định ngành khí chế tạo máy ngành cơng nghiệp mũi nhọn q trình cơng nghiệp hố đại hố đất nước Nâng cao hiệu sản xuất đường để phát triển kinh tế đất nước năm tới tương lai Vấn đề quan trọng ứng dụng vào sản xuất cơng nghệ sản xuất tiên tiến, máy móc dụng cụ có suất cao, đồng thời có hình thức điều khiển đại Máy CNC điều khiển theo chương trình số đời thành tựu tiến khoa học giới Nó ngày ứng dụng rộng rãi sản xuất có khả điều chỉnh linh hoạt qui trình cơng nghệ gia cơng Đồng thời để nâng cao suất máy CNC người ta nhóm máy thành hệ thống sản xuất linh hoạt (Fexible Manufacturing Systems) gọi tắt FMS Đây hệ thống có mức dộ tự động hóa cao cho phép chế tạo nhiều chủng loại chi tiết với sản lượng loạt nhỏ loạt vừa sở sử dụng máy CNC, rơbốt cơng nghiệp để điều khiển đối tượng lao động, đồ gá dụng cụ, hệ thống vận chuyển-tích trữ phơi với mục đích tối ưu hóa q trình cơng nghệ q trình sản xuất thơng qua mạng máy tính, hệ thống cung cấp chương trình để điều khiển tồn cơng nghiệp Hà Nội , ngày… tháng… năm 2010 CHƯƠNG : MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Trong thời đại ngày nay, đổi cơng nghệ nhiệm vụ cấp bách nhiều quốc gia, đặc biệt quốc gia phát triển Chính nhiệm vụ ngành chế tạo máy đặc biệt quan trọng Nó phải nhằm tạo sản phẩm có suất chất lượng ngày cao giá thành phải chấp nhận Ngày chủng loại hàng hóa mẫu mã tương đối đa dạng, thay đổi thường xun nên dạng sản xuất hàng loạt lớn hàng khối phù hợp, để giải u cầu chủng loại, chất lương sản lượng việc nghiên cứu hệ thống sản xuất linh hoạt FMS vấn đề cấp bách Việt Nam để bắt nhịp với xu thời đại ứng dụng số quốc gia giới như: Cộng Hòa Liên Bang Nga, Bungari, Cộng Hòa Séc, Balan, Nhật Bản, Cộng Hòa Liên Bang Đức, Hoa Kỳ, Pháp, Anh…và thu nhiều thành tựu to lớn thời gian qua Đặc điểm FMS khả điều chỉnh nhanh thiết bị để chế tạo sản phẩm Như vậy, thích hợp khơng cho sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn mà cho sản xuất hàng loạt vừa hàng loạt nhỏ, chí sản xuất đơn Hiện nước ta nghiên cứu FMS CIM bắt đầu.Tài liệu lĩnh vực tiếng Việt Các hệ thống FMS CIM mơ hình trang bị số trường đại học Trong tương lai hệ thống tiếp tục đầu tư nhiều sở đạo tạo khác nước Song song với thiết bị đại việc khơng cần có giáo trình để giảng dạy mà có them nguồn tài liệu tham khảo thêm Vì để cập nhật đựơc kiến thức hệ thống sản xuất linh hoạt FMS đồng thời giúp cho sinh viên khóa kế hiểu nhiều FMS lý để thực đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt để gia cơng số chi tiết điển hình ” KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I.Kết Luận Chất lượng hiệu q trình sản xuất phụ thuộc vào niều vào trình độ kỹ cơng nghệ chế tạo máy.một cơng nghệ chế tạo máy tiên tiến đảm bảo nghành kinh tế loại thiết bị có năg xuất cao với chất lượng hồn hảo.cơng nghệ thiết bị đại dần tay cơng nghệ lạc hậu củ kỹ Các thiết bị tiên tiến với hệ thống điều khiển bàng khí nén, dầu ép,điện -điện tử,vi tính ứng dụng rộng rãi cơng nghệ nói chung khí nói riêng…tự động hố q trình sản xuất tự động hố q trình cơng nghệ u cầu thiết qá trình chuyển tiếp từ cách mạng khoa học- kỹ thuật sang cách mạng khoa học cơng nghệ.tự đơng hố cho phép sử dụng tối đa tiềm sẵn có đáp ứng u cầu ngày cao trang thiết bị gia cơng khí Việc ứng dụng thành tụu lý thuyết điều khiển tối ưu,cơng nghệ thơng tin ,cơng nghệ máy tính lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác,cho phép thiết lập loạt vật liệu,các q trình cơng nghệ trang thết bị hệ thống sản xuất tự động.các loại robot cơng nghiệp, hệ thống sản xuất linh hoạt,các hệ thống sản xuất tích hợp, hệ thống trí tuệ nhân tạo liên kết chúng thành hệ thống để giải qut tốn kinh tế kỹ thuật thay đổi sản xuất tạo điều kiện cho cho hình thành phương thức sản xuất hồn tồn tươg lai:sản xuất trí tuệ, đề Tài”nghiên cứu thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt đẻ gia cơng số chi tiết điển hình”được đời tinh thần Đó sản phẩm q trình khơng ngừng nghiên cứu, tìm tòi người thực đề tài.tuy nhiên với trình độ hiểu biết hạn chế cộng với khoảng thời gian thực đề tài ngắn ngủi nên sai sót điều khơng thể tránh khỏi.nhưng nhờ giúp đỡ tận tình q thầy viện khí, tận tình bảo,giúp đỡ em thời gian thực đề tài Sau tháng nghiên cứu thực đề tài hướng dẫn tận tình thầy Trần Văn Địch nhiều đóng góp q báu thầy viện khí đề tài hồn thành với nội dung sau: 92 − Đề tài giúp đỡ cho người thiết kế rỏ hệ thống FMS, − vận dụng kiến thức học áp dụng vào thiết kế chế tạo cụ thể hệ thống sản xuất linh hoạt FMS − Bước đầu làm quen tính tốn thiết kế người thiết kế thêm tự tin hăng say làm việc nghiên cứu thiết kế,tìm hiểm lĩnh vực chunh nghành,làm cho người thiết kế thêm u nghề động lực thành cơng tươg lai II.kiến nghị: Với Đề Tài”nghiên cứu thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt đẻ gia cơng số chi tiết điển hình” việc tìm hiểu tài liệu FMS gặp nhiều khó khăn,do thời gian kinh phí có hạn,hơn thống có giá rị kinh tế cao nên chưa đuợc sử dụng rộng rải,do việc tìm hiểu,tham quan thực tế cụ thể hệ thống FMS gặp nhiều khó khăn xuất phát từ khó người nghiên cứu thiết kế hệ thống có lời đề nghị sau: Lãnh đạo nhà trường nói chung khoa khí nói riêng tạo điều kiện cho học viên tham quan các nhà máy xí nghiệp sản xuất thực tế hệ thống FMS Vì lần áp dụng lý thuyết để thết kế hệ thống FMS có tính chất phức tạp cơng việc nên đề tài khơng tránh khỏi chổ chưa thoả đáng.vì kính mong q thầy bạn học viên đóng góp ý kiến để đề tài hồn thiện hơn.người nghiên cứu thiết kế thêm tự tin hăng say cơng việc nghiên cứu thiết kế,tìm hiểu vấn đề thuộc lĩnh vực chun nghành,làm cho người thiết kế thêm u nghề động lực thành cơng tương lai.một lần em xin chân thành cám ơn q thầy giúp đỡ em suốt thời gian qua 93 TÀI LIỆU KHAM KHẢO [1].Hệ Thống Sản Xuất Linh Hoạt FMS &Sản Xuất Tích Hợp CIM Tac giả GS.TS Trần Văn Địch,Nhà Xuất Khoa Học Và Kỹ Thuật(hanoi 2001) [2].Tự Động Hố Q Trình Sản Xuất Tác giả: GS.TS.Trần Văn Địch, NXB khoa Học Và Kỹ Thuật ,Hanoi [3].Cơng Nghệ Chế Tạo Máy Tác giả: GS.TS.Trần Văn Địch, NXB khoa Học Và Kỹ Thuật ,Hanoi [8].Andrew C.Staugaard,JR.Robotics And AI.Prentice Hall [9] Shimon John Wiley &Son Handbook of industrial Robotics.Inc [10].Hong Chao Zang ,Leo Alting(1994)computerizeed manufacturing processplanning systems.CHAPMAM& HALL.London [11].Kun Woo Lee (1999)priciples of cad/cam/cae system addison wesley longman.Inc [12].Mikell p.groover(1992),automation,production,system and computer intgrated manufacturing ,prentice hall internationl.Inc [13.Luận văn thạc sĩ kỹ thuật”Thiết Kế Cơng Nghệ Cơ Khí Có Trợ Giúp Máy Tính ứngDụngCơng NghệNhóm” Vương Sĩ Kong-ĐHBKHN PHỤ LỤC:Một số hình ảnh hệ thống FMS & đĩa CD 94 DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG Hình 5.1 Dây chuyền tự động hãng Bard Barner HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT CHI TIẾT DẠNG HỘP CỦA HÃNG CINCINNATRI TRUNG TÂM GIA CÔNG Hình 5.2 Trung tâm Tiện -Phay Cộng hòa Liên bang Đức TRUNG TÂM GIA CÔNG Hình 5.3 T.T Gia công trục TRUNG TÂM GIA CÔNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG LINH HOẠT Hình 5.4 Hệ thống FMS hãng Jamazaki để gia công chi tiết dạng hộp C ù å d ï ï 2C ù ù i â HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG LINH HOẠT Hình 5.5 Sơ đồ hệ thống FMS để gia cơng nhiều chủng loại chi tiết dạng hộp 1-Kho chứa tĩnh; 2-Bộ định vị tự động; 3-Máy CNC năm tọa độ; 4-Máy CNC sáu tọa độ; 5-Máy CNC khoan lỗ sâu; 6-Máy điều chỉnh dụng cụ; 7,12-Máy xếp đống; 8-Cơ cấu xếp tải; 9-Vị trí kiểm tra; 10-Vị trí tháo dỡ; 11-Vị trí cung cấp phơi; 13-Băng chuyền tích trữ cấu vệ tinh Tổ chức dòng lưu thông chi tiết tự động Hình 5.6 Lưu thơng chi tiết M2 M1 kiểu “nối ghép thay thế” Mi … … Mn-1 Mn M-trạm cơng nghệ R-Robot cấp phơi P-Bàn kẹp vệ tinh L3 R P L1 L1-Đường vận chuyển phơi L2 out L2- Đường vận chuyển SP L3- Đường vận chuyển RB Tổ chức dòng lưu thông chi tiết tự động Hình 5.7 Lưu thơng chi tiết kiểu “nối ghép bổ sung” a - Hướng trao đổi phơi M1 qua ổ tích lũy trung tâm b- Hướng trao đổi phơi … Mi … Mn-1 Mn a L3 trực tiếp từ máy qua máy kế bên M2 b R P L1 L2 out Tổ chức dòng lưu thông chi tiết tự động M1 L3 M2 Mi Mn-1 Mn R L1 L2 Hình 5.8 Lưu thơng chi tiết kiểu “nối ghép tổ hợp” out Tổ chức dòng lưu thông chi tiết tự động M1 M2 P P L3 L3 L4 Mi Mn-1 P L3 Mn P P L3 L3 R P L1 L2 Hình 5.9 Lưu thơng chi tiết với ngun tắc nối ghép mở rộng L3 - ổ tích lũy trung gian out Tổ chức lưu thông cấp dao tự động a) b) Hình 5.10 Ổ tích dao (a) cấu thay dao (b) Hình 5.11 Hệ thống tích trữ dao kiểu xích ... nên người nghiên cứu tập trung nghiên cứu thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt để gia công số chi tiết điển hình mang tính chất thiết kế công nghệ cho hệ thống 1.3 Mục đích nghiên cứu Đề tài... thống sản xuất linh hoạt Nội dung đề tài vấn đề cần giải • Nghiên cứu nguyên tắc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt • Xác định thành phần hệ thống sản xuất linh hoạt • Thiết kế hệ thống sản xuất. .. KẾ HỆ THỐNG LINH HOẠT ĐỂ GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH .84 5.1 Xác định số máy loại tổng số máy hệ thống FMS 85 5.2 Xác định số chi tiết K0 thuộc nhiều chủng loại khác gia công