De cuong FMS (tin chi)

giáo trình fms và cim dành cho khối kỹ thuật cơ khí chế tạo máy. giáo trình fms và cim dành cho khối kỹ thuật cơ khí chế tạo máy. giáo trình fms và cim dành cho khối kỹ thuật cơ khí chế tạo máy. giáo trình fms và cim dành cho khối kỹ thuật cơ khí chế tạo máy. giáo trình fms và cim dành cho khối kỹ thuật cơ khí chế tạo máy. giáo trình fms và cim dành cho khối kỹ thuật cơ khí chế tạo máy.

GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG CHƯƠNG I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS VÀ SẢN XUẤT TÍCH HỢP CĨ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH CIM 1.1 Những khái niệm 1.2.1 Tự động hoá sản xuất Là hướng phát triển sản xuất chế tạo máy mà người giải phóng khơng từ lao động bắp mà giải phóng từ q trình điều khiển sản xuất Ở trách nhiệm người theo dõi q trình sản xuất 1.2.2 Tự động hố phần Có nghĩa tự động hố ngun cơng riêng biệt Nó kết hợp lao động khí hố với tự động hố ứng dụng nhiều nơi mà tham gia trực tiếp người thực được, công việc nặng nhọc đơn điệu 1.2.3 Tự động hố tồn phần Các công đoạn sản xuất, phân xưởng sản xuất nhà máy sản xuất hoạt động khối thống Tính ưu việt thể điều kiện sản xuất phát triển trình độ cao sở phương pháp công nghệ tiên tiến phương pháp điều khiển có trợ giúp máy tính 1.2.4 Máy tự động cơng nghệ Là máy mà chu trình hoạt động thực khơng có tham gia người VD: máy tự động dùng để thiết lập sơ đồ tổng thể trả lương cho người lao động 1.2.5 Tính linh hoạt hệ thống sản xuất Là mức độ khả thích ứng với chế tạo nhiều loại sản phẩm khác cách nối tiếp song song Mức độ linh hoạt ML hệ thống xác định theo cơng thức: Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên -1- GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM ML  TRẦN VĂN THẮNG Ld Ly Ld : tính linh hoạt đạt Ly : tính linh hoạt yêu cầu ML = 1: yêu cầu tính linh hoạt thoả mãn ML > 1: hệ thống có thừa tính linh hoạt ML < 1: hệ thống thiếu tính linh hoạt Giá thành để tạo hệ thống sản xuất linh hoạt phụ thuộc vào yếu tố: yếu tố kĩ thuật yếu tố tổ chức * Yếu tố kĩ thuật * Yếu tố tổ chức 1.2.6 Tự động hoá sản xuất linh hoạt Được dùng sản xuất hàng loạt vừa nhỏ ( nhiều chủng loại chi tiết ), dựa cơng nghệ nhóm cơng nghệ điển hình Sử dụng máy CNC, mơđun sản xuất linh hoạt, hệ thống kho chứa vận chuyển tự động, tổ hợp thiết bị sử dụng máy tính Tự động hố sản xuất linh hoạt thể việc điều chỉnh nhanh trình sản xuất để chế tạo sản phẩm phạm vi thiết bị kĩ thuật phạm vi điều khiển 1.2.7 Hệ thống sản xuất linh hoạt Là tổ hợp bao gồm: - Các máy CNC - Các thiết bị tự động - Các môđun sản xuất linh hoạt - Các thiết bị công nghệ riêng lẻ - Các hệ thống đảm bảo chức hoạt động với chế độ tự động khoảng thời gian định, cho phép tự động điều chỉnh để chế tạo sản phẩm giới hạn 1.2.8 Mơđun sản xuất linh hoạt Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên -2- GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG Là đơn vị thiết bị có điều khiển theo chương trình để chế tạo sản phẩm giới hạn Thiết bị thực cách tự động tất chức có liên quan đến chế tạo sản phẩm có khả hoạt động FMS 1.2.9 Rôbôt công nghiệp Là máy tự động đứng yên di động Bao gồm: - Một cấu chấp hành dạng tay máy - Một số bậc tự - Một cấu điều khiển để thực chức di chuyển trình sản xuất 1.2.10 Tổ hợp rơbơt cơng nghệ Là tồn bộ: - Một thiết bị công nghệ - Một rôbôt công nghiệp - Các thiết bị khác để thực chu trình cách lặp lại tự động Các tổ hợp rơbơt cơng nghệ FMS phải có khả điều chỉnh tự động khả thích ứng hệ thống Rơbơt cơng nghiệp : rơbơt cấp phôi (chi tiết), rôbôt vận chuyển rôbôt dùng thiết bị công nghệ (khoan lỗ, tẩy bavia chi tiết gia công…) Các thiết bị khác trang bị cho tổ hợp rôbôt công nghệ thường cấu tích trữ, cấu định hướng, cấu vận chuyển lắp ráp nhỏ… 1.2.11 Dây chuyền tự động linh hoạt Là FMS mà thiết bị cơng nghệ lắp đặt theo trình tự nguyên công xác định 1.2.12 Công đoạn tự động hoá linh hoạt Là FMS thực theo tiến trình cơng nghệ mà có khả thay đổi trình tự sử dụng thiết bị cơng nghệ 1.2.13 Phân xưởng tự động hoá linh hoạt Là FMS bao gồm: Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên -3- GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG - Dây chuyền tự động hoá linh hoạt - Cơng đoạn tự động hố linh hoạt - Tổ hợp rôbôt công nghệ nối kết với theo phương án để chế tạo sản phẩm chủng loại xác định 1.2.14 Nhà máy tự động hoá linh hoạt Là FMS bao gồm: - Dây chuyền tự động hố linh hoạt - Tổ hợp rơbơt cơng nghệ - Phân xưởng tự động hoá linh hoạt nối kết với theo nhiều phương án để chế tạo sản phẩm nhiều chủng loại sản phẩm 1.2 Cấu trúc FMS Thành phần FMS bao gồm: - Các thiết bị công nghệ thiết bị kiểm tra trang bị tay máy tự động máy tính để tính tốn điều khiển - Các chương trình để điều khiển FMS - Các tế bào gia công tự động (các môđun sản xuất linh hoạt), thơng thường máy CNC có mối liên kết với máy tính hệ thống vận chuyển – tích trữ phơi (chi tiết ) tự động 1.3 Sự tích hợp FMS với hệ thống tự động hố Sự tích hợp hệ thống thiết kế tự động hệ thống chuẩn bị công nghệ sản xuất tự động với FMS cần thiết, hệ thống tích hợp cho phép giải phóng người khỏi tham gia trực tiếp quy trình cơng nghệ người có chức kiểm tra giám sát Tích hợp tạo hiêu sử dụng FMS sản xuất đơn hàng loạt nhỏ Như vậy, FMS cần phải làm việc thành phần hệ thống tích hợp tồn phần 1.4 Ngun tắc thiết lập FMS Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên -4- GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG Thiết lập hệ thống FMS đuợc việc xác định họ chi tiết chế tạo FMS Kết công việc dùng để xác định thiết bị công nghệ FMS, loại kho chứa, cấu vận chuyển… Tiếp theo thiết lập cấu trúc chức năng, cấu trúc công nghệ cấu trúc thông tin FMS, đồng thời thiết lập mạng máy tính nội sau giai đoạn giải vấn đề thuật tốn lập trình có tính đến tác động qua lại hệ thống điều khiển FMS với hệ thống tự động khác hệ thống tích hợp tồn phần Song song với hệ thống cần thiết lập hệ thống cung cấp điện, nước, khí nén, thơng tin… Vấn đề tiêu chuẩn hoá FMS phải ý từ đầu phẩi đặt sở sử dụng rơng rãi ngun tắc mơđun: ví dụ, chọn mẫu tiêu chuẩn kho chứa tự đọng, mẫu tự động cấu vận chuyển tự động, thiết bị công nghệ tiêu chuẩn rơbốt 1.5 Phân loại FMS Có loại * Loại khơng phụ thuộc vào dòng vật liệu tế bào gia công tự động Loại cấu tạo từ máy vạn với điều khiển theo chương trình số, cho phép liên kết với máy tính bậc cao để điều khiển FMS loại sử dụng trường hợp mà chi tiết có thời gian gia công lớn * Loại gồm tế bào gia công tự động vạn điều khiển từ mạng máy tính hệ thống vận chuyển – tích trữ phơi tự động linh hoạt Trong FMS loại chi tiết loại gia cong theo nhiều tiến trình cơng nghệ khác số tế bào gia công tự động FMS loại sử dụng trường hợp chi tiết có thời gian gia cơng khơng lớn * Loại dây chuyền tự động linh hoạt Trong FMS loại nguyên công thực máy Hệ thống vận chuyển – tích trữ phơi đảm bảo tiến trình ứng cho chi tiết thơng thường thực hiệndưới dạng băng tải hay máy quay vòng 1.6 Ý nghĩa FMS CIM Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên -5- GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG Thiết lập hệ thống FMS hay CIM vấn đề khơng đơn giản, lại có ý nghĩa lớn với sản xuất Để phát triển nhanh hệ thống này, nước tư cộng tác chặt chẽ với Năm 1985 theo kế hoạch Bộ công nghiệp Ngoại thương Nhật Bản 20% sản phẩm công nghiệp phải chế tạo tổ hợp sản xuất linh hoạt Ở Mỹ dự án ICAM vào hoạt đọng từ năm 2000, lãnh đạo “ lực lượng lao động” dạng tay máy rôbốt để chế tạo lắp ráp thân máy Ứng dụng FMS cho phép tăng khả hoàn vốn máy, giảm thời gian phụ, giảm thời gian sản xuất 1.7 Vai trò máy tính sản xuất Máy tính có ảnh hưởng lớn tất hoạt động củamột nhà máy Thơng thường máy tính làm thay đổi cấu trúc tổ chức quản lí phòng ban tồn nhà máy Từ máy tính có khả thực hiệnnhững cơng việc lặp lại cách có hiệu ngiều chức quản lí thay đổi triệt để Hệ thống CIM tạo lợi nhuận vững cho người sử dụng hệ thống thông thương khác : - Giảm 15-30% giá thành thiết kế - Giảm 30-60% thời gian chế tạo chi tiết - Tăng suất lao động lên tới 40-70% - Nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm 20-50% phế phẩm - Hoàn thiện phương pháp thiết kế sản phẩm 1.9 Định nghĩa thuật ngữ máy tính sản xuất CAD (Computer aided deisign) thiết kế có trợ giúp máy tính CAP ( Computer aided planning) lập kế hoạch có trợ giúp máy tính CAM (Computer aided manufacturing) sản xuất có trợ giúp máy tính CAQ (Computer aided quality control) kiểm tra chất lượng có trợ giúp máy tính CAD/CAM Thiết kế/sản xuất có trợ giúp máy tính Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên -6- GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG PP&C (Production planning and control ) hoạt động tổ chức CIM CIM (Computer intergrated manufacturing) sản xuất tích hợp có trợ giúp máy tính Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên -7- GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG CHƯƠNG II CÁC NGUYÊN TẮC HÌNH THÀNH HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS 2.1 Từ máy CNC tới FMS Máy CNC máy cắt gọt kim loại mang lại hiệu cao chất lượng số lượng, có khả điều chỉnh linh hoạtt Hiện sử dụng rộng rãi nhà máy khí Vào năm 1970-1980 máy CNC nhóm thành hệ thống sản xuất linh hoạt để tăng suất máy CNC Công nghệ điều chỉnh linh hoạt đời Con người giải phóng sức lao động, tăng thời gian máy có nghĩa tăng suất máy Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS hệ thống sản xuất có mức độ tự động hố cao, dùng để chế tạo nhiều chủng loại chi tiết với sản lượng nhỏ vừa Hệ thống bao gồm máy CNC để gia công tự động, hệ thống cấp tháo phôi, hệ thống vận chuyển phôi, máy tính ,hệ thống cung cấp chương trình điều khiển tồn cơng việc Cơng nghệ điều chỉnh linh hoạt máy CNC thực theo hướng sau: Trang bị cho máy ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ) Trang bị cho máy cấu vệ tinh thay đổi Chế tạo máy nhiều trục Gia cơng đồng thời nhiều dao Điều khiển máy CNC máy tính Tập hợp máy CNC thành nhóm điều khiển chúng máy tính Tập hợp máy CNC thành hệ thống FMS 2.1.1 Trang bị ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ cho máy) Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên -8- GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG - Ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ) với cấu thay dao tự động cho phép gia công nhiều bề mặt chi tiêt lần gá - Magazin dụng cụ chế tạo kiểu tang trống (dưới 30 dụng cụ),và chế tạo kiểu băng xích (trên 30 dụng cụ).Với công nghệ đại magazin dụng cụ có số lượng dụng cụ tăng lên nhiều (có thể lên đến 80 chí 215 dụng cụ) 2.1.2 Trang bị cho máy cấu vệ tinh thay đổi - Cơ cấu vệ tinh thay đổi cấu cấp phôi tự động đẩy chi tiết gia cơng vị trí xác định cấu vệ tinh có kết cấu tiêu chuẩn để gá kẹp chặt bàn máy nhiều ngun cơng (hình 2.1) - Số cấu vệ tinh thay đổi theo mức độ đại máy nhiều ngun cơng Ví dụ hình 2.2 có cấu vệ tinh - Ưu điểm: Cho phép thực công nghệ điều chỉnh linh hoạt cách thuận lợi - Nhược điểm: Số đồ gá số cấu vệ tinh làm tăng chi phí, khơng đảm bảo độ xác Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên -9- GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG - Thông thường sử dụng cấu 2-3 vệ tinh kinh tế 2.1.3 Chế tạo máy nhiều trục - Máy nhiều trục dùng để gia công nhiều chi tiết giống đồng thời, nhiều bề mặt chi tiết nhiều dao nhằm tăng suất Thường máy phay chuyên dùng - Do yêu cầu thời gian gia công , độ cững vững máy ,nên thực tế sử dụng máy 2-4 trục Hình 2.3 Máy CNC điều chỉnh nhiều ngun cơng có nhiều ụ trục thay 1- Thân máy ; 2,10- Bàn máy ;3- Thân vòm ;4- ụ máy 5- Ụ thay đổi ;6- cánh tay lắc; 7- định vị tự động rơbốt ; 8- ụ trục ;9-bàn phân độ 2.1.4 Gia công đồng thời nhiều dao - Nghĩa chi tiết gia công đồng thời nhiều dao - Hình 2.3 máy CNC điều chỉnh nhiều ngun cơng với ụ trục thay đổi - Hình 2.4 tổ hợp CNC ba trụ đứng dùng để gia công chi tiết bàn quay từ ba phía dao, dao dịch chuyển theo chương trình riêng Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 10 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THNG Trong đó, giá trị sau từ khoá STEP biểu thị khoảng tăng số sau lần lặp, mặc định Lệnh GOTO có chức tơng tự câu lệnh rẽ nhánh BRANCH, chuyển điều khiển chơng trình tới nhãn định trớc Khai báo : GOTO tên nhãn Lệnh kẹp chi tiết hàm kẹp robot GRASP Khai báo : GRASP Câu lệnh thờng ®i kÌm víi lƯnh nh¶ chi tiÕt RELEASE Khai báo : RELEASE Lệnh GRWIDTH : Mở hàm kẹp robot với độ rộng định Khai báo : GRWIDTH ®é réng LƯnh INP : cho phÐp kiĨm tra trạng thái tín hiệu vào định Lệnh đợc sử dụng kết hợp câu lệnh If-Then để tạo nên câu lệnh chờ điều kiện vào Khai báo : INP (input) Ví dụ : IF INP(2) = THEN CALL LoadPallet Lệnh IF-ELSE : Đợc sử dụng để điều khiển rẽ nhánh chơng trình Khai báo : IF biểu thức THEN //Các câu lệnh [ELSE [IF ] //Các câu lệnh] ENDIF Lệnh LABEL : Đánh dấu vị trí nhãn chơng trình dùng cho câu lệnh rẽ nhánh Khai báo : LABEL tên nhãn Hoặc Tên nhãn : Lệnh LMOVE : Di chuyển robot từ điểm đến điểm theo đờng thẳng Khai báo : LMOVE điểm Khoa c khớ - Trng Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 98 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG Robot sÏ thùc hiÖn viÖc di chuyển từ điểm đến điểm đợc cho sau lệnh LMOVE theo đờng thẳng Lệnh LTMOVE : Di chuyển robot từ điểm đến điểm theo đờng thẳng tiếp tục chơng trình mà không đợi robot di chuyển xong Khai báo : LTMOVE điểm Lệnh PMOVE: Di chuyển robot từ điểm đến điểm yêu cầu theo quỹ đạo ngắn Khai báo : PMOVE ®iĨm LƯnh TMOVE: Di chun robot tõ ®iĨm đến điểm yêu cầu theo quỹ đạo ngắn tiếp tục thực chơng trình mà không đợi robot kết thúc dịch chuyển Khai báo : TMOVE điểm Lệnh MEASURE : cho phép trả khoảng cách hai hàm kẹp robot Khai báo : MEASURE () Lệnh thờng đợc sử dụng dới dạng dist = MEASURE () sau so sánh dist với giá trị yêu cầu để xem xem robot có kẹp đợc chi tiết hay không Lệnh lặp REPEAT : cho phép lặp lại đoạn chơng trình điều kiện kiểm tra Khai báo : REPEAT //Các câu lệnh UNTIL biểu thức Lệnh SUB - RETURN : Bắt đầu kết thúc chơng trình con, chuyển điều khiển chơng trình chơng trình Khai báo : SUB tên chơng trình // //Các câu lệnh thực chơng trình // RETURN Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 99 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VN THNG Lệnh SPEED : Đặt tốc độ di chuyển cho robot Khai báo : SPEED giá trị tốc độ yêu cầu Lệnh WAITI : dừng chơng trình đợi tín hiệu vào thay đổi đến trạng thái đặt trớc (On Off) Khai báo : WAITI input number, giá trị Trong input number số hiệu đầu vào tín hiệu đợi, giá trị (ứng với tín hiệu đầu vào On) (ứng với tín hiệu đầu vào Off) Lệnh WRITEO : Điều khiển bật tín hiệu định lên trạng thái On Off tiếp tục thực dòng lệnh Tín hiệu đợc xuất trì trạng thái đầu gặp câu lệnh WRITEO chơng trình Lệnh WHILE : Thực vòng lặp với đoạn chơng trình cho ®Õn ®iỊu kiƯn sai Khai b¸o : WHILE biĨu thức // //Các câu lệnh // WEND Các lệnh XMOVE, YMOVE, ZMOVE : di chuyển theo trục tơng ứng khoảng định Khai báo : XMOVE khoảng cách C¸c lƯnh XTLMOVE, YTLMOVE, ZTLMOVE : di chun theo c¸c trục hệ toạ độ dụng cụ tơng ứng khoảng định Khai báo : XTLMOVE khoảng cách 10.2.1.3 Các bước để lập trình chương trình robot Các bước lập trình sau cho ta phơng pháp thống hợp lý để lập chơng trình ứng dụng robot đặc biệt chơng trình phức tạp Sáu bước để lập trình chơng trình sau không giúp ta viết chơng trình dễ dàng mà cung cấp cho ngời khác hình ảnh cụ thể ứng dụng Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 100 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG 1) Vẽ sơ đồ chung biểu diễn vị trí robot, thiết bị vào nh kiểu tín hiệu vào robot, vị trí phôi chi tiết 2) Lập trình tự chung thao tác dới dạng tóm tắt chung bước để robot thực hiện, nhiển bước không cần mô tả chi tiết bước cụ thể robot làm 3) Liệt kê danh sách tín hiệu vào ra, danh sách cần có tên, chức kiểu tín hiệu vào cần thiết cho ứng dụng lập nh địa I/O thiết bị Đây bước cho ta mô tả chung cần thiết để lắp đặt tế bào gia công 4) Lập tiến trình cụ thể thao tác, tiến trình liệt kê bước tất hoạt động giao tiếp đợc tiến hành để robot thực nhiệm vụ yêu cầu Đây chi tiết hoá trình tự chung thao tác 5) Liệt kê danh sách điểm, điểm cần để hoàn thành trình tự cụ thể thao tác, chức điểm cần đợc mô tả Danh sách cho phép ta dạy điểm nhanh chóng tham khảo chúng sau này, cần kiểm tra chơng trình sửa đổi 6) Viết chơng trình, bước cuối sau có tất sờn công việc lập Thờng chơng trình đợc lập cách viết câu lệnh cho bước trình tự cụ thĨ cđa c¸c thao t¸c b­íc Néi dung cđa trình tự cụ thể thao tác trở thành thich để giải thích câu lệnh chơng trình Khoa c khớ - Trng i hc Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 101 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG ch­¬ng xi HỆ THỐNG LẮP RÁP TỰ NG TRONG CIM 11.1 Khái niệm hệ thống lắp ráp tự động 11.1.1 Khái niệm chung Thông thờng sản phẩm khí nhiều chi tiết hợp thành Những chi tiết máy đợc gia công đạt chất lợng phân xởng khí đợc lắp thành phận hay thiết bị hoàn chỉnh Nếu trình gia công khí giai đoạn chủ yếu trình sản xuất, trình lắp ráp giai đoạn cuối trình sản xuất Vì sau trình lắp ráp, sản phẩm đạt đợc chất lợng yêu cầu vận hành ổn định trình sản xuất có ý nghĩa, sản phẩm khí có tác dụng thiết thực cho kinh tế quốc dân Quá trình lắp ráp trình lao động kỹ thuật phức tạp Mức độ phức tạp nh khối lợng lắp ráp có liên quan chặt chẽ tới trình công nghệ gia công trình thiết kế sản xuất Gia công chi tiết máy có độ xác cao lắp ráp chúng nhanh, giảm đợc thời gian sửa chữa, điều chỉnh Công nghệ lắp ráp phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nghiệm thu thiết kế sản phẩm đề ra, phải đạt yêu cầu mối ghép, chuỗi kiểm tra lắp ráp, đạt xác truyền động Vì vậy, có thiết kế hợp lý kết cấu hình thành chuỗi kiểm tra giảm đợc khối lợng lao động lắp ráp Mối quan hệ khối lợng gia công lắp ráp nh sau: Trong dạng sản xuất hàng khối lao động lắp ráp chiếm từ 10 - 15% khối lợng lao động, sản xuất hàng loạt chiếm từ 20 - 35% sản xuất đơn chiếm 30 45% Hệ thống lắp ráp tự động sử dụng rôbốt công nghiệp, hệ thống băng tải, đồ gá vệ tinh, đợc điều khiển hệ thống máy tính Do dộ xác cao, suất cao, giá thành sản phẩm hạ, chất lợng sản phẩm tốt lắp ráp thủ công 1.Nguyên công lắp ráp Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 102 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG Nguyên công lắp ráp phần trình lắp đợc hoàn thành phận hay toàn sản phẩm, chỗ làm việc định, nhóm thiết bị (rôbốt, cấu kẹp, định vị, đồ gá, băng tải, ) thực cách liên tục Ví dụ: lắp bánh răng, bánh đà lên trục hay lắp ráp máy bay, 2.Bước lắp ráp Bước lắp ráp phần nguyên công, đợc quy định không thay đổi vị trí dụng cụ lắp Ví dụ: lắp bánh đai lên đầu trục gồm bước là, cạo sửa lắp then lên trục, lắp bánh đai, lắp vít hãm 3.Sơ đồ lắp ráp Trong sản phẩm thờng có nhiều phận, phận có nhiều cụm, cụm chia thành nhiều nhóm Mỗi nhóm gồm nhiều chi tiết hợp thành Mỗi nhóm chia nhỏ đợc coi đơn vị lắp Vậy đơn vị lắp nhóm hay cụm phận sản phẩm Trong đơn vị lắp, ta tỡm chi tiết mà trỡnh lắp ráp chi tiết khác( nhãm, cơm, thËm chÝ bé phËn m¸y) sÏ lắp lên Chi tiết gọi chi tiết sở Sơ đồ lắp chi tiết sở, lắp chi tiết khác lên chi tiết sở theo thứ tự xác định Nh vậy, có nhửừng chi tiết đợc lắp thành nhóm, cụm, sau lắp nhóm, cụm nhửừng chi tiết độc lập khác lên chi tiết sở tạo thành sản phẩm lắp hoàn chỉnh ct ct ct ct ct Nhãm ct Nhãm ct ct ct ct ct Nhãm ct ct Nhãm ct ct Nhãm ct ct Cơm ct ct Nhãm Nhãm S¶n phÈm S¶n phÈm Khi lập sơ đồ lắp cần ý vấn đề sau: Các đơn vị lắp không nên chênh lệch nha lớn số lợng chi tiết lắp, trọng lợng kích thớc chúng Nh định mức lao động đơn vị lắp Khoa c khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 103 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG gÇn b»ng nhau, tạo điều kiện nâng cao suất tính đồng lắp ráp dây chuyền Chọn đơn vị lắp cho lắp ráp thuận tiện Số chi tiết lắp trực tiếp lên chi tiết sở tốt Thiết kế quy trình lắp ráp hợp lý tránh đợc việc tháo ra, lắp vào nhiều lần trình lắp ráp Bộ phận cần kiểm tra lắp ráp nên tách thành đơn vị lắp ráp riêng để kiểm tra dễ dàng, thuận tiện.Quy trình công nghệ lắp ráp Nghiên cứu vẽ lắp chung sản phẩm, kiểm tra tính công nghệ lắp ráp Nếu cần phải giải chuỗi kích thớc lắp ráp, sửa đổi kết cấu để đạt tính công nghệ lắp cao Chọn phơng pháp lắp ráp sản phẩm Lập sơ đồ lắp ráp Chọn hình thức tổ chức lắp ráp, lập quy trình công nghệ lắp Xác định nội dung công việc cho nguyên công bước lắp ráp Xác định điều kiện kỹ thuật cho mối lắp, phận hay cụm lắp Xác định tiêu kỹ thuật, thời gian cho nguyên công Tính toán, so sánh phơng án lắp mặt kinh tế 11.1.2 Cấu trúc hệ thống lắp ráp tự động Hệ thống lắp ráp tự động sở sử dụng mạng máy tính công nghiệp điều khiển, rôbốt công nghiệp, hệ thống băng tải, đồ gá, mỏ vít xoắn tự động, dụng cụ đo kiểm, thiết bị dầu ép, khí ép, để nâng cao suất chất lợng lắp ráp, giảm nhẹ lao động thủ công a Rôbốt: Có nhiệm vụ cấp chi tiết(sản phẩm) từ kho chứa đến hệ thống băng tải Băng tải vận chuyển chi tiết đến vị trí trớc trạm lắp ghép xác định Sau rôbốt tiếp tục gắp chi tiết (sản phẩm) tới trạm để thực nguyên công lắp ráp cần thiết Sau thực xong nguyên công lắp ráp, chi tiết lại đợc rôbốt gắp băng tải để vận chuyển kho chứa thành phẩm Chất lợng lắp ráp phụ thuộc vào độ xác rôbốt, độ xác đồ gá trạm lắp ráp độ xác chi tiết Ngoài rôbốt có nhiệm vụ gắp mỏ vít xoắn tự động để thực việc vặn vít c¸c mèi Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 104 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG ghÐp ren, vÝt, Còng cã thĨ má vít tự động đợc thiết kế nh tay rôbốt để linh hoạt cho việc lắp ghép chi tiết có kết cấu phức tạp b Hệ thống băng tải: Có nhiệm vụ vận chuyển chi tiết(sản phẩm) mà rôbốt cấp trớc trạm lắp ráp chờ sẵn Hệ thống băng tải vận chuyển liên tục chi tiết cần lắp ráp tới vị trí yêu cầu, tăng suất công việc c Đồ gá trạm lắp ráp: Đảm bảo cho việc định vị kẹp chặt chi tiết trình rôbốt thực nguyên công lắp ráp Có thể sử dụng đồ gá vệ tinh cách lắp ráp dây chuyền Đối với cách lắp ráp cố định đồ gá đợc gắn cứng trạm lắp ráp Độ xác đồ gá yếu tố định chất lợng suất công việc d Các dụng cụ đo kiểm: Có nhiệm vụ xác định kích thớc lắp ghép, độ xác mối ghép, khe hở lắp ráp Đây thông tin cho việc nâng cao chất lợng lắp ráp tự động e Mạng máy tính công nghiệp điều khiển: Có nhiệm vụ xử lý thông tin chất lợng lắp ghép, điều khiển trình lắp ráp thông qua việc điều khiển hoạt động hệ thống băng tải, rôbốt, dụng cụ kiểm tra tự động Tại trạm lắp ghép có máy tính điều khiển hoạt động trạm thông qua phần mềm điều khiển tơng thích Bộ điều khiển đợc sử dụng PLC, vi xử lý 11.2 Thiết kế hệ thống lắp ráp tự động hệ thống MiniCIM 11.2.1 Yêu cầu kỹ thuật sản phẩm lắp ráp Khoa c khớ - Trng i hc Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 105 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRN VN THNG Hệ thống lắp ráp tự động đợc thiết kế dựa sở yêu cầu kỹ thuật sản phẩm lắp ráp Sản phẩm lắp ráp hộp giảm tốc cấp với tỷ số truyền u = Hộp giảm tốc gồm có thân hộp, nắp hộp, bánh răng, ốc vít để bắt chặt thân hộp lắp hộp lại với Trên thân nắp hộp giảm tốc gia công lỗ lắp bánh ốc vít (lỗ ren M5) Yêu cầu độ song song trục bánh sau lắp đạt 0,5/100 mm Sai số khoảng cách trục bánh 22- 0,2 mm 11.2.2 Cấu trúc hệ thống lắp ráp tự động MiniCIM Hệ thống băng tải Pallet Hệ thống băng tải đợc sử dụng băng tải xích lăn, có hàng băng tải chạy song song Trên hàng băng tải có đặt cố định vị trí dừng trạm là, vị trí dừng trạm phay CNC đợc kết hợp với trạm lắp ráp tự động Các chi tiết cần lắp ráp đợc đặt pallet vận chuyển băng tải cách liên tục đến vị trí trạm lắp ráp tơng ứng Vì sản phẩm dạng hộp trụ nên đợc định vị pallet mặt phẳng chốt ( hạn chế bậc tự do, tự định tâm Khoa c khớ - Trng i hc S Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 106 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VN THNG Hình 11.2 Pallet với chốt trụ để định tâm chi tiết nắp thân hộp giảm tốc Hình 11.3 Pallet chứa nắp hộp giảm tốc Rôbốt : R«bèt kÕt cÊu bËc tù rÊt linh hoạt di chuyển chi tiết lắp ráp Rôbốt có nhiệm vụ gắp nắp thân hộp giảm tốc từ Pallet (khi Pallet đợc dừng trớc trạm lắp ráp) đến trạm định vị tìm vị trí lỗ bánh nắp thân hộp giảm tốc Sau rôbốt gắp nắp thân hộp giảm tốc đến đồ gá cố định để định vị cứng lắp bánh vào Cuối rôbốt gắp bánh vào thân hộp giảm tốc, gắp vít xỏ vào lỗ ren nắp, gắp tôvit xoắn vít lại Khoa c khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 107 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM • TRẦN VĂN THẮNG HƯ thống điều khiển băng tải rôbốt: Hệ thống gồm điều khiển PLC, máy tính chủ, điều khiển rôbốt, đọc mã vạch Pallet PLC điều khiển băng tải chuyển động, điều khiển vị trí dừng Pallet tới trạm định vị( cho qua hay giữ lại) Rôbốt đợc lập trình ngôn ngữ MCL để thực thao tác lắp ráp sản phẩm cách xác Thông qua mạng Ethernet sử dụng cổng Hub mà máy tính chủ điều khiển trình hoạt động lắp ráp cách liên tục, xác linh hoạt Gi¸ cÊp chi tiÕt: Gi¸ cÊp chi tiÕt cã c¸c hàng để chứa nắp, thân, bánh Dung lợng chứa giá không lớn, nhng đủ cho trình sản xuất theo đơn hàng định sẵn Giá cấp tôvít, ốc vít tự động (kiểu trọng lực): Tôvít động mà đầu có gắn mỏ vít xoắn để vặn vít Động có công suất nhỏ, tốc độ quay chậm để phù hợp cho vặn xoắn ốc vít Điều khiển động PLC với tín hiệu, tín hiệu ON để bật động cơ, tín hiệu OFF để tắt động Giá cấp vít tự động rãnh nghiêng 300, có đặt vít M5 Khi vít đợc lấy với tác dụng trọng lực vít lại tự động trợt theo rãnh nghiêng xuống, lúc có vít vị trí sẵn sàng chờ để gắp Khoa c khớ - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 108 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRN VN THNG Trạm định vị: (gồm đồ gá, trạm xoay tìm lỗ) Đồ gá đợc dùng để hạn chế bậc tự do, gồm có: mặt phẳng hạn chế bậc tự do, chốt trụ chốt trám hạn chế bậc lại Tại vị trí đồ gá thân hộp giảm tốc đợc định vị để lắp bánh răng, nắp hộp ốc vít vào Trạm xoay tìm lỗ thể hình vẽ Nó gồm có: động quay mà đầu động có lắp bánh cao su vát côn đầu để truyền momen quay cho chi tiết (thân nắp hộp giảm tốc), bánh côn thép có tác dụng nh khối V để định vị chi tiết quay, chốt bật có lò xo để xác định lỗ lắp bánh chi tiết (nắp thân hộp giảm tốc), dới chốt có đặt công tắc hành trình để bật, tắt động Khoa c khớ - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 109 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRN VN THNG Hình 11.6 Trạm xoay tìm lỗ cho nắp hộp Phơng pháp lắp ráp Sử dụng phơng pháp lắp lẫn hoàn toàn tức là, lấy chi tiết đem lắp vào vị trí sản phẩm lắp mà không phaỷi sửa chửừa, điều chỉnh ủaỷm baỷo theo yêu cầu kỹ thuật thiết kế cặp bánh raờng nắp, thân hộp giaỷm tốc lắp vừa với mà không cần phaỷi chỉnh sửa, điều chỉnh mà ủaỷm baỷo yêu cầu thiết kế sản phẩm hộp Thân hộp br lớn br nhỏ giaỷm tốc Sơ đồ lắp ráp Nhóm Nắp hộp chi tiết sở thân hộp giaỷm tốc, chi tiết khác nh cặp bánh raờng, nắp hộp, ốc vít M5 đợc lắp lên chi Cụm ốc vít tiết sở Sản phẩm Quy trình lắp ráp Khoa c khớ - Trng i học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 110 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRN VN THNG Trên sở sơ đồ lắp ta lập đợc quy trỡnh lắp nh sau: u tiên rôbốt gắp thân hộp giaỷm tốc từ Pallet đặt lên trạm xoay tỡm lỗ Tiếp theo gắp thân tới đồ gá để định vị cứng Tiếp theo rôbốt gắp bánh raờng từ Pallet tới lắp vào thân hộp giaỷm tốc đợc định vị đồ gá Tiếp theo gắp nắp hộp lắp vào cụm gồm thân cặp bánh Tiếp theo gắp ốc vít từ giá cấp ốc vít tự động đặt vào lỗ ren nắp hộp giảm tốc Sau gắp tôvít xoắn để vặn ốc vít cứng với thân hộp giảm tốc Cuối rôbốt gắp sản phẩm hoàn thành vào thùng chứa kết thúc trình lắp ráp sản phẩm Lập trình cho điều khiển tự động lắp ráp MiniCIM Trong trình lắp ráp sản phẩm hộp giảm tốc hệ thống MiniCIM, hệ thống băng tải có nhiệm vụ vận chuyển chi tiết cần lắp ráp đến trạm lắp ráp đợc điều khiển PLC chơng trình router phần mềm quản lý CIM; robot có chức thực tất khâu trình lắp ráp, đợc hoạt động theo chơng trình lập ngôn ngữ MCL; trạm định vị đợc điều khiển chơng trình robot cho phép định vị xác vị trí thành phần lắp ráp Các chơng trình lập trình với MCL PLC nh giới thiệu ngôn ngữ Lập trình MCL điều khiển rôbốt Theo quy trình lắp ráp hộp giảm tốc chơng trình MCL điều khiển rôbốt gồm: Gắp thân hộp giảm tốc vào trạm định vị đa lên trạm lắp ráp Khoa c khớ - Trng i học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 111 - GIÁO TRÌNH: HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRN VN THNG Tài liệu tham khảo [1] PGS.TS Trần Văn Địch Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS sản xuất tích hợp CIM Nhà xuất KHKT, Hà nội, 2001 PGS.TS Trần Văn Địch Công nghệ máy CNC Nhà xuất KHKT, Hà nội, 2000 Nguyễn Thiện Phúc Robot công nghiệp Nhà xuất GD, Hµ néi, 2001 Mastering Programmable Controllers Learning Activity Packet 1–8, Allen – Bradley SLC500, 1997 Amatrol, Inc MiniCIM- Computer Integrated Manufacturing System Operation Guide, Amatrol Version 1.0, April 2002 6.Automated Material Handling Learning Activity Packet 1–8, Allen – Bradley SLC500, 1997 Amatrol, Inc MCLII Language Reference Guide Copyright 1995 by Amatrol, Inc Phần mềm lập trình PLC RSLogic 500 Phòng thí nghiệm CIM C8/201 Phần mềm lập trình cho máy CNC MicroMill2000 MicroLathe2000 Phòng thÝ nghiƯm CIM C8/201 Khoa khí - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - 112 - ... aided deisign) thiết kế có trợ giúp máy tính CAP ( Computer aided planning) lập kế hoạch có trợ giúp máy tính CAM (Computer aided manufacturing) sản xuất có trợ giúp máy tính CAQ (Computer aided... THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS & CIM TRẦN VĂN THẮNG Thiết lập hệ thống FMS đuợc việc xác định họ chi tiết chế tạo FMS Kết công việc dùng để xác định thiết bị công nghệ FMS, loại kho chứa, cấu vận... phẩm 1.2 Cấu trúc FMS Thành phần FMS bao gồm: - Các thiết bị công nghệ thiết bị kiểm tra trang bị tay máy tự động máy tính để tính tốn điều khiển - Các chương trình để điều khiển FMS - Các tế bào