TỰ ĐỘNG HÓA TRÊN MÁY CẮT NẮN THÉP TRÒN THEO KÍCH THƯỚC ĐỊNH SẴN

™ Trên cơ sở đó tiến hành tính toán, thiết kế - chế tạo máy cắt kẽm tự động bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển ATMEGA 16... 2.2 Tra cứu các linh kiện phục vụ cho thiết kế: 2.2.1 Encoder

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỰ ĐỘNG HÓA TRÊN MÁY CẮT NẮN THÉP TRÒN THEO

KÍCH THƯỚC ĐỊNH SẴN

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN TRỌNG DANH

Niên khóa : 2006 – 2010

Tháng 07 năm 2010

TỰ ĐỘNG HÓA TRÊN MÁY CẮT NẮN THÉP TRÒN THEO KÍCH

Giáo viên hướng dẫn:

Th.S Nguyễn Văn Công Chính K.S Lê Quang Hiền

Tháng 07 năm 2010

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô trong khoa cơ khí công nghệ nói chung, bộ môn điều khiển tự động nói riêng đã tận tình dạy dỗ và giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đề tài

Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ em hoàn thành tốt

đề tài này

Thủ Đức, tháng 07 năm 2010 Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Trọng Danh

TÓM TẮT

Trong khóa luận này đề cập đến MÁY CẮT UỐN KẼM TỰ ĐỘNG Đây là thiết bị

phục vụ cho ngành công nghiệp với trình tự thực hiện và thiết kế như sau:

o Thiết kế hình dạng cơ cấu của máy trên bản vẽ

o Thiết kế quy trình hoạt động của máy, mô phỏng trên máy tính

o Thi công phần cơ khí của máy theo bản vẽ đã thiết kế

o Lập trình và điều khiển AVR kết nối với encoder , xy lanh cắt , xy lanh chốt phôi, công tắc hành trình , led 7 đoạn hiện thị chiều dài cắt

Kết quả :

Đề tài đã hoàn thành mục tiêu đề ra Chương trình điều khiển sử dụng vi điều khiển ATMEGA 16 đã hoạt động và điều khiển phần cơ khí theo mong muốn ban đầu

TH.S NGUYỄN VĂN CÔNG CHÍNH NGUYỄN TRỌNG DANH

MỤC LỤC

 

Trang

Trang tựa i

Cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách các chữ viết tắt v

Danh sách các hình vi

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đề tài 1

1.3 Giới hạn đề tài 2

CHƯƠNG 2: TRA CỨU TÀI LIỆU 3

2.1 Khảo sát một số mày cắt trên thị trường 4

2.2 Tra cứu các linh kiện phục vụ cho thiết kế 5

2.2.1 Encoder 6

2.2.2 Cảm biến quang 7

2.2.3 Các thiết bị khí nén 8

2.2.3.1 Xy lanh loại Compact Cylinder 8

2.2.3.2 Van solenoid 9

2.2.3.3 Ống và các đầu nối khí nén 9

2.2.4 Các thiết bị điện tử 10

2.2.4.1 Opto PC817 10

2.2.4 2 IC LM7805 11

2.2.4.3 Giới thiệu vi điều khiển ATMEGA 16 12

2.2.4.4 MOSFET IRF540 18

2.2.4.4.1 Giới thiệu về chung về Mosfet 18

2.2.4.4.2 Cấu tạo của Mosfet IRF540 19

2.2.4.5 Transistor C1815 19

2.2.4.5.1 Giới thiệu chung về Transistor 19

2.2.4.5.2 Cấu tạo cuả Transistor 19

2.2.4.5 LED 7 đoạn 21

2.2 Cơ sở lý thuyết cơ bản về biến dạng 22

2.3.1 Giới hạn chảy, giới hạn bền 22

2.3.2 Các quá trình biến dạng của kim loại 22

2.3.3 Nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại 23

2.4 Tổng quan về hệ thống sử dụng khí nén và áp thấp 24

2.4.1 Hệ thống điều khiển khí nén 24

CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 26

3.1 Phương pháp 26

3.1.1 Chọn phương pháp thiết kế hệ thống 26

3.1.2 Phương pháp thực hiện phần cơ khí 26

3.1.3 Phương pháp thực hiện phần điện – điện tử 26

3.1.4 Bố trí khảo nghiệm 27

3.2 Phương tiện 27

3.2.1 Các thiết bị dùng để chế tạo mô hình 27

3.2.2 Các thiết bị cơ khí phục vụ cho việc chế tạo mô hình 27

CHƯƠNG 4 : THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 28

4.1 Sơ đồ chung phần cơ khí 28

4.2 Tính toán và thiết kế phần cơ khí 30

4.2.1 Tính toán 30

4.2.1.1 Tính lực và chọn xy lanh để cắt đứt thanh kẽm 30

4.2.1.2 Tính toán lực bền của cánh tay đòn 31

4.2.1.3 Phần tính toán của vi điều khiển 32

4.2.2 Thiết kế phần cơ khí 32

4.2.2.1 Thiết kế khung máy 33

4.2.2.2 Cơ cấu đỡ thân máy 34

4.2.2.3 Bệ đỡ encoder 35

4.2.2.4 Thiết kế cơ cấu dao cắt 35

4.2.2.4.1 Cơ cấu trượt lưỡi cắt 36

4.2.2.4.2 Cơ cấu lưỡi cắt 37

4.2.2.5 Thiết kế cánh tay đòn dao cắt 38

4.2.2.6 Khung thân máy 38

4.2.2.7 Bàn gá encoder, xy lanh chốt, cảm biến quang 38

4.3 Các thông số kỹ thuật chung của hệ thống 38

4.4 Thực hiện phần điều khiển 39

4.4.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy cắt 39

4.4.2 Thiết kế mạch nguồn 5 V và 24V 39

4.4.3 Thiết kế mạch đưa tín hiệu từ cảm biến quang và Encoder vào vi điều khiển 41

4.4.3.1 Đưa tín hiệu cảm biến quang vào vi điều khiển 41

4.4.3.2 Đưa tính hiệu Encoder vào vi điều khiển 41

4.4.4 Thiết kế mạch điều khiển van solenoid của xy lanh cắt và xy lanh giữ phôi 42

4.4.5 Thiết kế mạch xuất tín hiệu điều khiển động cơ 42

4.4.6 Thiết kế mạch điều khiển động cơ 3 pha của cơ cấu duỗi 43

4.4.6.1 Mạch động lực điều khiển thông qua công tắc tơ 43

4.4.6.2 Mạch relay điều khiển công tắc tơ đảo chiều động cơ 3 pha 44

4.5 Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển 45

4.6 Giới thiệu phần mềm Code Vision AVR lập trình vi điều khiển 47

4.7 Kết quả khảo nghiệm 48

4.7.1 Kết quả chế tạo phần cơ khí 49

4.7.2 Bố trí khảo nghiệm 49

4.7.2.1 Khảo nghiệm không tải phần cơ cấu cắt 50

4.7.2.2 Khảo nghiệm chung 54

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 52

5.1 Kết luận 52

5.2 Đề nghị 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC 54

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 − Máy cắt của Chung Yu Machinery Co., Ltd – CIA 101A Hình 2.2 − Máy cắt hiệu Chung Yu Machinery Co., Ltd – CIA 103A Hình 2.3 − Các loại đĩa

Hình 2.4 − Các loại encoder

Hình 2.5 − Sơ đồ hướng dẫn nối dây và thứ tự pha

Hình 2.6 − Trạng thái xung của encoder

Hình 2.7 − Cảm biến quang HOKUYO

Hình 2.8 − Xy lanh khí nén loại Compact Cylinder loại 2 tác động Hình 2.9 − Van solenoid 4/2 (loại tác động 1 chiều có lò xo)

Hình 2.10 − Các loại đầu nối khí nén

Hình 2.11 − Ống khí nén

Hình 2.12 − Cấu tạo bên trong và hình dáng bên ngoài của Opto PC817 Hình 2.13 − IC ổn định điện áp LM7805

Hình 2.14 − Hình ảnh thực tế Atmega16

Hình 2.15 − Sơ đồ cấu trúc chân vi điều khiển

Hình 2.16 − Sơ đồ khối Atmega16

Hình 2.17 − Đơn vị đếm

Hình 2.18− Sơ đồ khối bộ tạo xung clock

Hình 2.19 − Transistor hiệu ứng trường Mosfet IRF540

Hình 2.20 − Transistor C1815 – NPN

Hình 2.21 − Cấu trúc Transistor NPN và PNP

Hình 2.22 − Cấu trúc LED 7 đoạn

Hình 2.23 − Đường Ứng suất - biến dạng điển hình

Hình 2.24 − Cấu trúc một mạch điều khiển với các phần tử tương ứng Hình 4.1 − Sơ đồ chung phần cơ khí máy uốn cắt kẽm

Hình 4.2 − Hình chiếu bằng

Hình 4.10 – Bản vẽ chi tiết bệ đỡ encoder

Hình 4.11 – Hình cơ cấu trượt của lưỡi cắt

Hình 4.12 – Cơ cấu lưỡi cắt

Hình 4.13 – Cánh tay đòn

Hình 4.14 – Bản vẽ chi tiết khung thân máy

Hình 4.15 – Bàn gá xy lanh , Encoder, cảm biến

Hình 4.16 – Sơ đồ điều khiển của máy cắt

Hình 4.17 – Mạch nguồn 5V và 24V cho phần điều khiển

Hình 4.18 – Mạch nguồn 24V cho phần công suất

Hình 4.19 – Sơ đồ kết nối cảm biến quang với vi điều khiển

Hình 4.20 – Sơ đồ kết nối encoder với vi điều khiển

Hình 4.21 – Sơ đồ điều khiển xy lanh giữ phôi

Hình 4 22 – Sơ đồ xuất tín hiệu điều khiển động cơ

Hình 4.23– Mạch động lực điều khiển động 3 pha dùng công tắc tơ Hình 4.24 – Mạch relay điều khiển động cơ 3 pha thông qua công tắc tơ Hình 4.25 – Cơ cấu cắt kẽm sau khi hoàn thành

Hình phụ lục 1 –Cơ cấu cấu lưỡi cắt

Hình phụ lục 2 – Cơ cấu gá đỡ encoder, xy lanh chốt , cảm biến quang Hình 3 & 4 – Phần tủ điều khiển sau khi hoàn thành

Hình phụ lục 5 & 6 – Máy uốn cắt kẽm sau khi hoàn thành

Hình phụ lục 7 – Máy uốn cắt kẽm đang hoạt động

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại máy cắt kẽm tự động được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau Những loại máy cắt kẽm này có thể cắt được nhiều loại kích cỡ kẽm lớn nhỏ với độ dài kích thước chính xác theo yêu cầu và năng suất cao Tuy nhiên, giá thành của chúng rất cao và giao diện sử dụng chưa được Việt hóa

Được sự chấp nhận của Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí – Công Nghệ, trường Đại Học Nông Lâm TPHCM và sự hướng dẫn của thầy: Ths Nguyễn Văn Công Chính và

thầy Lê Quang Hiền, em tiến hành thực hiện : “Tự động hóa trên máy cắt nắn thép tròn theo kích thước định sẵn”

1.2 Mục đích của đề tài

™ Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy cắt kẽm

™ Tìm hiểu bộ điều khiển cắt tự động

™ Trên cơ sở đó tiến hành tính toán, thiết kế - chế tạo máy cắt kẽm tự động bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển ATMEGA 16

1.3 Giới hạn đề tài

™ Máy cắt chỉ cắt được đường kính thanh kẽm = 4mm

™ Với chiều dài thanh kẽm ngắn nhất là 20 mm, dài nhất là 999 mm và vận tốc duỗi kẽm = 3,92 m/ph

\

Chương 2

TRA CỨU TÀI LIỆU

2.1 Khảo sát một số máy duỗi cắt kẽm trên thị trường

- Trên thị trường hiện hày có nhiều mẫu máy của nhiều công ty khác nhau với đa dạng về mẫu mã và có thể cắt được nhiều kích cỡ kẽm lớn nhỏ Sau đây là một vài mẫu máy duỗi cắt kẽm của công ty Chung Yu:

       

Hình 2.1 - Máy cắt của Chung Yu Machinery Co., Ltd – CIA 101A

Hình 2.2 – Máy cắt hiệu Chung Yu Machinery Co., Ltd – CIA 103A

Đường kính dây kẽm 2.5 – 5 (mm)

Kích thước máy 1900 (L) x 900 (W) x 1500 (H)

2.2 Tra cứu các linh kiện phục vụ cho thiết kế:

2.2.1 Encoder

Hình 2.3 - Các loại đĩa

Encoder là thiết bị dùng để xác định vị trí động cơ, số vòng quay của động cơ và tốc

độ động cơ.Thông thường để phân loại Encoder có thể căn cứ vào tín hiệu ra mà chia

Encoder ra làm 2 loại Analog và Digital trong đó:

Loại Digital được sử dụng phổ biến nhất do chúng dễ sử dụng, độ chính xác cao, ít bị

nhiễu.Tín hiệu ra của loại Encoder này là dạng xung vuông hoặc hình sin Encoder được

em sử dụng trong đề tài này là loại E6B2-CWZ6C của hãng OMROM

Hình 2.5 - Sơ đồ hướng dẫn nối dây và thứ tự pha

Hình 2.6 - Trạng thái xung của Encoder

- Loại này có 3 xung là A, B và Z , với Z để xác định số vòng quay còn A , B để xác định chiều quay.Các xung này được tạo ra do ánh sáng hồng ngoại chiếu qua khe hở trên đĩa, 2 xung A và B đặt lệch pha nhau 900 , dựa vào sự lệch pha này mà người ta xác định chiều quay của động cơ

2.2.2 Cảm biến sợi quang

Hình 2.7 – Cảm biến quang HOKUYO

- Trong đề tài này ta sử dụng cảm biến quang của hãng HOKUYO mã số PK7-CR

để phát hiện sự xuất hiện của phôi, từ đó cho phép encoder bắt đầu đếm giá trị xung

- Các thông số kỹ thuật của PK7 – CR:

Màu dây tín hiệu Nâu

2 - Trục pittong bằng Crom cứng được bọc bằng thép carbon hay thép không rỉ

3 - Ren trong trục theo đơn vị inch hay mét

4 - Lỗ trục để lắp đặt xy lanh

5 - Cổng cấp khí nối thằng vào ống đẩy

6 - Nhiều rãnh giúp dễ dàng cho việc lắp đặt

9 Đây là xy lanh khí nén với trục piston nhỏ, chiếm ít diện tích Bên cạnh đó là kết cấu rắn chắc, khối lượng nhẹ Nó có thề tải được trọng lượng lớn và được lắp đặt trực tiếp không cần những thiết bị gá đính kèm nào khác

9 Trong máy cắt kẽm hiện tại sử dụng 2 xy lanh một với đường kính piston 100mm

và 12 mm

2.2.3.2 Van solenoid 4/2

Hình 2.9 – Van solenoid 4/2 (loại tác động 1 chiều có lò xo)

9 Là loại van khí nén được điều khiển bằng tín hiệu điện với kích thước nhỏ, lưu lượng lớn kiểu dáng đẹp hoạt động ổn định và tuổi thọ cao Có nhiều loại với các loại điện áp 24V DC,12V DC, 220V AC, 110V AC

9 Trong đề tài này em sử dụng loại 24V DC

2.2.3.3 Ống và các đầu nối khí nén

Hình 2.10 – Các loại đầu nối khí nén

Hình 2.12 - Cấu tạo bên trong và hình dáng bên ngoài của Opto PC817

Opto là một linh kiện được sử dụng để tạo mạch cách ly về điện Cho phép người thiết kế ngõ ra bằng cách thay đổi năng lượng cấp cho ngõ vào.Tuy nhiên hai phần ngõ vào và ngõ ra được cách ly về điện bằng một điện trở vô cùng lớn.linh kiện này có thể chứa photodiode, transitor, opamp hoặc các linh kiện khác có thể giao tiếp đựợc với mạch điều khiển

Nguyên tắc hoạt động của linh kiện: Khi có dòng điện chạy qua led, led sẽ phát ra sóng hồng ngoại và dưới tác động của sóng hồng ngoại bộ phân thu như photodiode sẽ bị tác động và dẫn điện Như vậy hai mạch ngõ vào và ngõ ra được cách ly với nhau

2.2.4 2 IC LM7805

9 Hoạt động ổn định điện thế đầu ra ở mức 5V DC

9 Nguyên lý hoạt động của LM7805: nếu ta cung cấp hiệu điện thế dương khoảng 5V - 25 VDC vào chân 1 và chân 3 một hiệu điện thế âm, thì giữa chân 2 và chân 1 sẽ có một hiệu điện thế ổn định là 5VDC

Hình 2.13 - IC ổn định điện áp LM7805

o Ghi chú:

Chân 1: Chân cấp điện thế dương (+)

Chân 2: Chân điện thế ổn định ra 5 VDC

Chân 3: Chân cấp điện thế âm (-)

2.2.4.4 Giới thiệu vi điều khiển ATMEGA 16

AVR là họ vi điều khiển 8 bit theo công nghệ mới đã được phát triển bởi Atmel vào năm 1996 AVR là một trong những họ vi điều khiển đầu tiên sử dụng trên chíp bộ nhớ

flash để lưu trữ chương trình, với những tính năng rất mạnh được tích hợp trong chip của

hãng Atmel theo công nghệ RISC, nó mạnh ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bit khác như PIC, Pisoc Do ra đời muộn hơn nên họ vi điều khiển AVR có nhiều tính năng mới đáp ứng tối đa nhu cầu của người sử dụng, so với họ 8051 89xx sẽ có độ ổn định, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và rất tiện lợi

• Các tính năng mới của họ AVR:

ƒ Giao diện SPI đồng bộ

ƒ Cỏc đường dẫn vào/ra (I/O) lập trỡnh được

ƒ Giao tiếp I2C

ƒ Bộ biến đổi ADC 10 bit

ƒ Giao tiếp USART v.v

• Cấu trúc vi điều khiển Atmega 16:

Hình 2.14 - Hình ảnh thực tế Atmega16

• Cấu trúc chân vi điều khiển:

Hình 2.15 - Sơ đồ cấu trúc chân vi điều khiển

Atmelga16 là họ vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC Với khả năng thực hiện

mỗi lệnh trong chu kì xung clock, Atmega16 có thể đạt được tốc độ là 1MIPS trên mỗi MHz (1trieu lệnh/s/MHz) Atmega16 có đầy đủ tính năng của họ AVR

• Tính năng:

- Bộ nhớ 16K(flash) - 512 byte (EEPROM) - 1 K (SRAM)

- Đúng vỏ 40 chân, trong đú có 32 chân vào ra dữ liệu chia làm 4 PORT

A,B,C,D Các chân này đều có chế độ pull_up resistors

ƒ Giao diện I2C

ƒ Cú 8 kênh ADC 10 bit

ƒ 1 bộ so sánh analog

ƒ 4 kênh PWM

ƒ 2 bộ timer/counter 8 bit, 1 bộ timer/counter1 16 bit

ƒ 1 bộ định thời Watchdog

ƒ 1 bộ truyền nhận UART lập trình được

ƒ Có 32 thanh ghi chức năng, 32 đường vào ra chung

Hình 2.16 - Sơ đồ khối Atmega16

+ Vcc và GND là hai chân cấp nguồn cho vi điều khiển hoạt động

+ Reset đây là chân khởi động lại mọi hoạt động của hệ thống

+ Hai chân XTAL1, XTAL2 các chân tạo bộ dao động ngoài cho vi điều khiển, các chân này được nối với thạch anh (hay sử dụng loại 4M), tụ gốm (22pf)

+ Chân VREF thường nối lên 5V (Vcc), nhưng khi sử dụng bộ ADC thì chân này được

sử dụng làm điện thế so sánh, khi đó chân này phải cấp cho nó điện áp cố định, có thể sử dụng diode zener:

Atmega 16 hổ trợ đầy đủ các chương trình và công cụ phát triển hệ thống như: trình dịch C, macro assemblers, chương trình mô phỏng/sửa lỗi, kit thử nghiệm,…

™ Cấu trúc nhân của AVR:

CPU của AVR có chức năng bảo đảm hoạt động chính sác của các chương trình Do

đó nó phải có khả năng truy cập bộ nhớ, thực hiện các quá trình tính toán, điều khiển các thiết bị ngoại vi và quản lý ngắt

AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng bộ nhớ và các bus cho chương trình và dữ liệu Các lệnh được thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung clock Bộ nhớ chương trình được lưu trong bộ nhớ Flash

¾ Sơ đồ cấu trúc của bộ định thời:

Phần chính của bộ định thời 8 bit là một đơn vị đếm song hướng có thể lập trình được Cấu trúc của nó như hình dưới đây:

Hình 2.17 - Đơn vị đếm

Ghi chú :

count: tăng hay giảm TCNT0 1 direction: lựa chọn giữa đếm lên và đếm xuống clear: xóa thanh ghi TCNT0

clkT0: xung clock của bộ định thời TOP: báo hiệu bộ định thời đã tăng đến giá trị lớn nhất BOTTOM: báo hiệu bộ định thời đã giảm đến giá trị nhỏ nhất (0)

¾ Đơn vị so sánh ngõ ra:

Bộ so sánh 8 bit liên tục so sánh giá trị TCNT0 với giá trị trong thanh ghi so sánh ngõ

ra (OCR0) Khi giá trị TCNT0 bằng với OCR0, bộ so sánh sẽ tạo một báo hiệu Báo hiệu này sẽ đặt giá trị cờ so sánh ngõ ra (OCF0) lên 1 vào chu kỳ xung clock tiếp theo Nếu được kích hoạt (OCIE0=1), cờ OCF0 sẽ tạo ra một ngắt so sánh ngõ ra và sẽ tự động được xóa khi ngắt được thực thi Cờ OCF0 cũng có thể được xóa bằng phần mềm

™ USART:

USART bao gồm 3 phần chính: bộ tạo xung clock, bộ truyền và bộ nhận Các thanh ghi điều khiển được sử dụng chung giữa các phần này

¾ Bộ tạo xung clock:

Bộ tạo xung clock tạo ra xung đồng hồ căn bản cho bộ truyền và bộ nhận USART hỗ trợ 4 chế độ hoạt động xung clock: bất đồng bộ, bất đồng bộ tốc độ cao, truyền đồng bộ master và truyền đồng bộ slave

¾ Sơ đồ khối của bộ tạo xung clock như sau:

Hình 2.18- Sơ đồ khối bộ tạo xung clock

Txclk : xung đồng hộ bộ truyền

Rxclk : xung đồng hồ bộ nhận

Xcki : tín hiệu vào từ chân XCK, sử dụng cho hoạt động truyền đồng bộ master

Xcko : tín hiệu xung clock ngõ ra tới chân XCK, sử dụng cho hoạt động truyền đồbộ

slave

Fosc : tần số từ chân XTAL

™ Bộ biến đổi A/D:

Vi điều khiển ATmega16 có một bộ biến đổi ADC tích hợp trong chip với các đặc điểm:

ƒĐộ phân giải 10 bit

ƒSai số tuyến tính: 0.5LSB

ƒĐộ chính xác +/-2LSB

ƒThời gian chuyển đổi: 65-260μs

ƒ8 Kênh đầu vào có thể được lựa chọn

ƒCó hai chế độ chuyển đổi free running và single conversion

ƒCó nguồn báo ngắt khi hoàn thành chuyển đổi

ƒLoại bỏ nhiễu trong chế độ ngủ Tám đầu vào của ADC là tám chân của PORTA và chúng được chọn thông qua một MUX

Để điều khiển hoạt động vào ra dữ liệu của ADC và CPU chúng ta có 3 thanh ghi: ADMUX là thanh ghi điều khiển lựa chọn kênh đầu vào cho ADC, ADCSRA là thanh ghi điều khiển và thanh ghi trạng thái của ADC, ADCH và ADCL là 2 thanh ghi dữ liệu

2.2.4.3 MOSFET IRF540

2.2.4.4.1 Giới thiệu về chung về Mosfet

Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết, Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo

ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợn cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính Trong đề tài này sử sụng Mosfet IRF540 đề đóng ngắt điều khiển van solenoid xylanh cắt, xylanh chốt, cuộn hút relay động cơ,…

Hình 2.19 - Transistor hiệu ứng trường Mosfet IRF540

2.2.4.4.2 Cấu tạo của Mosfet IRF540

• Mosfet IRF540 có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng lớn , còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S ( UGS )

• Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng

từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ

• Chịu được dòng max là nhò hơn 22A với công suất 150W

2.2.4.4 Transistor C1815

2.2.4.5.1 Giới thiệu chung về Transistor

Transistor là một linh kiện bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bị khuếch đại hoặc một khóa điện tử Transistor là khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các transistor được sử dụng trong nhiều ứng dụng tương tự và số, như khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, và tạo dao động.Transistor cũng thường được kết hợp thành mạch tích hợp (IC)

2.2.4.5.2 Cấu tạo cuả Transistor

Cũng giống như điốt, transistor được tạo thành từ hai chất bán dẫn điện Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được một PNP transistor Khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẩn điện âm ta được một NPN transistor

- Mỗi transistor đều có ba cực:

Hình 2.20 – Transistor C1815 – NPN

Transistor ký hiệu là A và B là Transistor thuận PNP còn ký hiệu là C và D là transistor ngược NPN Các transistor A và C thường có công xuất nhỏ và tần số làm việc cao còn các transistor B và D thường có công xuất lớn và tần số làm việc thấp hơn

oNPN transistor và kí hiệu

o PNP transistor và kí hiệu

Hình 2.21 - Cấu trúc Transistor NPN và PNP

2.2.4.5 LED 7 đoạn:

- Có hai loại LED 7 : Anode chung và Cathode chung

- Trong đề tài này em sử dụng LED 7 đoạn Anode chung để hiện thị độ dài cắt

Hình 2.22 - Cấu trúc LED 7 đoạn

2.3 Cơ sở lý thuyết cơ bản về biến dạng

2.3.1 Giới hạn chảy, giới hạn bền

• Giới hạn chảy (Yield strength): Ứng suất vật liệu có thể chịu được mà không xuất hiện biến dạng dư

• Giới hạn bền (Ultimate strength): Là giới hạn vật liệu bắt đầu biến dạng không đều, trên vật liệu xuất hiện cổ thắt, đó là giá trị vật liệu bắt đầu phá hủy

2.3.2 Các quá trình biến dạng của kim loại

1 Độ bền kéo hay Giới hạn bền

kế

- Sau điểm chảy, thép và nhiều kim loại dẻo khác sẽ trải qua 1 giai đoạn gọi là hóa bền biến dạng, nghĩa là kim loại trở nên bền hơn, có độ cứng cao hơn Điểu này được thể hiện ở miền 4 trên hình 2.23

- Khi kim loại hoặc vật liệu bị áp lực kéo đến giới hạn bền kéo, nó sẽ bắt đầu xuất hiện sự co thắt tại vùng mặt cắt do biến dạng dẻo Quá trình thắt không quan sát thấy đối

với vật liệu bị nén Ứng suất đỉnh trên đường cong kỹ thuật ứng suất-biến dạng được gọi

là giới hạn bền kéo Sau quá trình thắt, vật liệu sẽ bị nứt, gãy và năng lượng đàn hồi tích trữ sẽ được thải dưới dạng âm thanh và nhiệt Ứng suất của vật liệu tại thời điểm phá hủy gọi là ứng suất phá hủy

2.3.3 Nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo của kim loại:

a) Ảnh hưởng của thành phần hóa học và tổ chức kim loại

- Những nhân tố ảnh hưởng lớn đối với tính dẻo của kim loại là: mật độ liên kết của các hạt, mật độ kim loại, tính chất đều đặn về thành phần của kim loại, kích thước hạt, tạp chất phân bố đều thì tính dẻo của kim loại càng cao, kim loại dễ biến dạng

b) Ảnh hưởng của nhiệt độ và giới hạn chọn

- Kim loại nung ở nhiệt độ càng cao (trong phạm vi cho phép) thì động năng của nguyên

tử cũng lớn hơn, độ linh động lớn hơn cho nên nó dễ có khả năng dịch chuyển hơn, tính dẻo cũng tăng, sức bền giảm có nghĩa là càng dễ biến dạng

c) Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng

- Tốc độ biến dạng chính là sự biến thiên của mức độ biến dạng ™ trong đơn vị thời gian

t: ϖ = d™ / dt

- Khi tốc độ biến dạng tăng sẽ làm giảm tính dẻo của kim loại nếu:

+ Tốc độ sinh ra biến cứng lớn hơn tốc độ sinh ra biến mềm

+ Do tác dụng của hiệu ứng làm cho kim loại đạt đến nhiệt độ có tính dẻo thấp

- Khi tốc độ biến dạng tăng sẽ làm tăng tính dẻo của kim loại nếu:

+ Do tác dụng của hiệu ứng làm cho kim loại có tốc độ biến mềm lớn hơn tốc độ biến cứng

+ Do tác dụng của hiệu ứng làm cho kim loại đạt đến nhiệt độ mà kim loại có tính dẻo cao

d) Ảnh hưởng của ma sát ngoài

- Ma sát này suất hiện khi vật phẩm trực tiếp tiếp xúc với dụng cụ như : búa , đe , khuôn ,

…

- Ma sát ngoài làm thay đổi lực tác dụng, do đó làm thay đổi ứng suất chính các phần

tử trong vật thể Kết quả là làm cho sự phân bố ứng suất không đều, biến dạng không đều, tạo nên ứng suất dư làm giảm tính dẻo của kim loại

¾ Kết luận: Muốn làm cho chi tiết bị biến dạng hoàn toàn phải tác dụng lực sao ứng suất lên chi tiết đó phải vượt qua giới hạn chảy và nằm trong miền hóa bền biến dạng

- Phần tử xử lý tín hiệu: Có nhiệm vụ xử lý tín hiệu vào theo một quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển Ví dụ: Van đảo chiều, van tiết lưu, van logic AND, OR…

- Cơ cấu chấp hành: Có nhiệm vụ thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, đó là đại lượng ra của mạch điều khiển Ví dụ: Xy lanh, động cơ khí nén

- Các phần tử trong hệ thống khí nén cơ bản tương tự các phần tử thủy lực, nên không nêu chi tiết ra ở đây Tuy nhiên sự khác nhau cơ bản là năng lượng của dòng lưu chất trong hệ thống khí nén sau khi sử dụng sẽ thải ra ngoài môi trường chứ không đưa về bể chứa như hệ thống thủy lực

Trên hình 2.24 mô tả chi tiết một hệ thống điều khiển bằng khí nén

Hình 2.24 - Cấu trúc một mạch điều khiển với các phần tử tương ứng

3.1.2 Phương pháp thực hiện phần cơ khí

- Tham khảo các mô hình máy trên thị trường từ đó thiết kế mô hình máy

- Tính toán lực, phương pháp cắt từ đó rút ra cách bố trí dao cắt

- Thiết kế bàn đế khung máy sao cho phù hợp nhất

- Thiết kế cơ cấu gá cảm biến, encoder, xy lanh chốt , cho phù hợp

- Thành lập bản vẽ chi tiết và lắp đặt

- Chạy thử nghiệm và tinh chỉnh hệ thống

3.1.3 Phương pháp thực hiện phần điện – điện tử

- Thiết kế mạch điều khiển bằng vi điều khiển ATMEGA 16

- Bố trí encoder và cảm biến quang vào đúng vị trí

- Thiết kế mạch điều khiển van Solenoid

- Lắp đặt phần tử điện vào tủ điều khiển

- Viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển

- Hiệu chỉnh chương trình điều khiển

- Hoàn thiện lắp đặt hệ thống máy

- Chạy thử nghiệm và kiểm tra lấy số liệu

3.1.4 Bố trí khảo nghiệm

Hệ thống máy được thiết kế - chế tạo và khảo nghiệm vào sản xuất tại:

- Địa điểm :

• Khoa cơ khí trường đại học Nông Lâm TPHCM

- Thời gian: từ 12/04 đến 15/07 năm 2010

- Máy khoan bàn – khoan tay

- Bàn Taro ren trong

- Eto – Búa tạ

- Thước lá – Thước kẹp

Chương 4

THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 4.1 Sơ đồ chung phần cơ khí máy duỗi cắt kẽm tự động

Hình 4.1 – Sơ đồ chung phần cơ khí máy uốn cắt kẽm

A : Phôi kẽm B, D, E : Cơ cấu chấp hành C : Cơ cấu duỗi F : Cơ cấu cắt

Sơ đồ phần cơ cấu cắt

Hình 4.2 – Hình chiếu bằng

Hình 4.3 – Hình chiếu đứng

Hình 4.4 – Hình chiếu cạnh

1: Encoder 2: Chốt giữ phôi 3: lò xo

4: Xy lanh giữ phôi 5: CB Quang 6: Thanh giữ lò xo 7: Chốt tựa tay đòn 8: Khoen chốt 9: Thanh trượt

10: Chân giữ thanh trượt 11: Khung lắp dao 12: Phôi

13: Bệ đỡ 14: Khung đỡ XL 15: XL cắt

16: Đầu giữ thanh đòn 17: Bệ trượt 18: Chốt giới hạn 19: Đế máy 20: Lỗ cắt 21: Chốt gắn lưỡi dao 22: Vòng giữ chốt 23: Thanh đòn 24: Chốt liên kết