Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp cắt, nhấn góc và đột lỗ tự động trong sản xuất ô tô

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN XUÂN KHẢI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍCH HỢP CẮT, NHẤN GĨC VÀ ĐỘT LỖ TRONG SẢN XUẤT Ơ TƠ Chun ngành: Kỹ thuật khí Mã số : 8.52.01.03 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY Phản biện 1: PGS.TS LÊ CUNG Phản biện 2: PGD.TS THÁI THẾ HÙNG Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật họp trường đại học bách khoa vào ngày….tháng….năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm học liệu, Đại Học Đà Nẵng trường Đại Học Bách Khoa Thư viện khoa khí, trường đại học bách khoa ĐHĐN MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài Với phát triển khoa học công nghệ xu ứng dụng công nghệ 4.0 này, trước nhu cầu cấp bách phải thay đổi để bước hòa nhập vào xu cơng nghiệp hóa đại hóa cơng nghiêp Cùng với xu trên, năm 2018, THACO đẩy mạnh vai trò lao động sáng tạo, sáng kiến cải tiến công việc thực biện pháp nâng cấp công nghệ hợp lý hóa sản xuất để nâng cao chất lượng, tăng suất lao động, giảm giá thành nhằm tăng tính cạnh tranh cho sản phẩm mang thương hiệu Thaco Trước nhà máy thép, đa số sản phẩm xưởng thép gia công thủ công, thực qua nhiều công đoạn khác nhau, tốn nhiều thời gian yêu cầu nhiều nhân cơng thực Q trình thực qua công đoạn sau: + Công đoạn 1: Cắt phôi dây chuyền xã cuộn cắt + Cơng đoạn 2: Cắt phơi theo kích thước máy cắt thủy lực + Cơng đoạn 3: Cắt góc máy cắt góc + Cơng đoạn 4: Cắt rãnh U máy cắt góc + Cơng đoạn 5: Chuyển sang nhà máy khí gia cơng đột lỗ tròn ô van Thực tế đặt yêu cầu cấp bách cho nhà máy phải cải tiến chế tạo máy tích hợp cơng đoạn nhằm giảm số nhân công thực hiện, rút ngắn thời gian sản xuất, góp phần tăng suất giảm giá thành sản phẩm Trong trình thiết kế chế tạo máy tích hợp có nhiều cơng đoạn tính tốn thiết kế, chế tạo kết cấu khí, hệ thống điều khiển thủy lực, hệ thống điều khiển PLC chế tạo lắp đặt máy Đề tài thực phần nội dung là: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp cắt, nhấn góc đột lỗ sản xuất tô” II Mục tiêu nghiên cứu  Thiết kế hệ thống điều khiển công đoạn cắt, nhấn góc đột lỗ sản xuất tơ máy tích hợp chương trình điều khiển PLC  Hoàn thiện tài liệu kỹ thuật cho máy thiết kế, chế tạo sở sản xuất III Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu - Dây chuyền sản xuất phôi thép phục vụ sản xuất - Kết cấu khí máy tích hợp - Sơ đồ thủy lực điều khiển cụm máy * Phạm vi nghiên cứu - Hệ thống điều khiển PLC, phần mềm lập trình GXMitsubishi - Truyền thông PLC, module chức IV Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thực tế Xưởng cắt thép – Công ty Gia công thép – Khu Phức hợp Ơ Tơ Chu Lai – Trường Hải - Thu thập, phân tích tài liệu thông tin thiết bị, máy gia công liên quan đến đề tài - Phân tích, nghiên cứu, kết cấu khí, thủy lực máy tích hợp để thiết kế hệ thống điều khiển cho V Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Hoàn thành tài liệu kỷ thuật thiết kế máy gia cơng khí - Về mặt thực tiễn: Thực tự động hóa q trình gia công sản phẩm thép dùng sản xuất chi tiết, nâng cao tính cơng nghệ sản xuất đồng thời giảm thời gian gia công sản phẩm, nâng cao suất lao động, đảm bảo an toàn lao động giảm giá thành sản phẩm Cơng ty Gia cơng thép – Khu Phức hợp Ơ Tô Chu Lai – Trường Hải VI Cấu trúc luận văn: MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài  Mục tiêu  Đối tượng nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Nghiên cứu máy gia công thép tấm, thiết bị chuyên dụng hệ thống thủy lực, lý thuyết chương trình điều khiển PLC CHƯƠNG 2:NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CỦA MÁY TÍCH HỢP Nghiên cứu kết cấu khí máy tích hợp đặt nhà , sơ đồ thủy lực điều khiển cụm máy CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC MITSHUBISHI Lựa chọn trang thiết bị điện để lập trình, thiết kế tủ điện điều khiển chương trình điều khiển xe PLC Mitshubishi KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các sản phẩm gia công thép nhà máy gia công thép Thaco Hiện nhà máy gia công thép công ty TNHH Một thành viên Tổ hơp khí Chu Lai Trường Hải gia công số sản phẩm thép sau: OLLIN5 00B MB1 Ốp trụ sau 913 121 2.5 OLLIN 700B MB1 Ốp trụ 1122 trước 121 2.5 Chi tiết hữu 1773 54 73 58 50 02-Ø11 16 02-Ø33 29 71 15 48 115 Qui cách (mm) Tên chi tiết Dài Rộng Dày OLLIN3 Ốp 45A/450 trụ 1112 120 2.5 A-MB1 sau OLLIN5 Ốp 00B trụ 913 121 2.5 MB1 trước Thanh ngang FR 125 mảng 1773 115 2.5 MB1 trước bên Tên xe Tên xe OLLIN 700B MB1 Tên chi tiết Qui cách (mm) Dài Rộng Dày Ốp trụ 1122 sau 121 Chi tiết hữu 2.5 1.2 Các máy gia công thép nhà máy Hình ảnh Thơng số Nước sản xuất Trọng tải (ton) Kích thước tổng thể (mm) Cơng suất động Dạng cử chặn tôn Số chân kẹp phôi Hầu (mm) Chiều dài cắt Hình 1.1: Máy cắt thép (max) (mm) Chiều dày cắt (max) (mm) Giá trị Japan 14 3650x2270x 2150 30 kW NC 12 530 3000 12 Hình ảnh Hình 1.2 Máy cắt góc Hình ảnh Giá trị Nước sản xuất Japan Trọng tải (tấn) 2.4 Kích thước tổng thể 360x (mm) 540 Công suất động 3.7 Số chân kẹp phôi Hầu (mm) 500 Thông số Chiều dài cắt (max) (mm) 220 Chiều dày cắt (max) (mm) Thông số Nước sản xuất Lực dập (ton) Hành trình đập (mm) Tần số dập (s.p.m) Độ mỡ khuôn (mm) Khoảng điều chỉnh bàn (mm) Giá trị Japan 2.4 360x540 3.7 500 Kích thước bàn 220 gá (mm) Hình 1.4 Máy đột lỗ Kích thước bàn gá (mm) Cơng suất Hình ảnh Hình 1.5 Máy đột lỗ ovan Thơng số Cơng suất ép (ton) Chiều dài đột (mm) Tần số dập (s.p.m) Tối đa kích thước Độ mỡ khn (mm) Khoảng điều chỉnh bàn (mm) Giá trị 17 32 350 250 55 Kích thước bàn 350x30 gá (mm) Kích thước bàn 900x40 gá (mm) 0x86 Cơng suất 5HP 1.2 Cơ sở lý thuyết hệ thống truyền động thủy lực 1.2.1 Lịch sử phát triển khả nẵng ứng dụng hệ thống truyền động thủy lực 1.2.2 Khái niệm thủy lực Sơ đồ chuyển đổi thủy lực 1.2.3 Những ưu điểm nhược điểm hệ thống truyền động thủy lực 1.2.4 Các cấu biến đổi lượng 1.2.4.1 Bơm động dầu: Bơm dầu động dầu hai thiết bị có chức khác Bơm dầu thiết bị tạo lượng, c ̣n động dầu thiết bị tiêu thụ lượng Tuy nhiên kết cấu phương pháp tính tốn bơm dầu động dầu loại giống 1.2.4.2 Xylanh truyền động  Nhiệm vụ: Xylanh thủy lực cấu chấp hành dùng để biến đổi dầu thành năng, thực chuyển động thẳng  Phân loại: Xylanh thủy lực chia làm hai loại: xylanh lực xylanh quay (xylanh moment) - Trong xylanh lực chuyển động tương đối pittông với xylanh chuyển động tịnh tiến - Trong xylanh quay chuyển động tương đối pittông với zylanh chuyển động quay với góc quay thường nhỏ 3600 Ngồi xylanh truyền động phân theo cấu tạo - Xylanh đơn - Xylanh kép 10 lý Một điều khiển lập trình liên tục “lặp” chương trình “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình 1.3.2 Cấu trúc PLC 1.3.3 Nguyên lý hoạt động PLC 1.3.3.1 Đơn vị xử lý trung tâm 1.3.3.2 Hệ thống bus 1.3.3.3 Bộ nhớ 1.3.3.4 Các ngõ vào I/O 1.3.3.5 Vòng qt chương trình 1.3.4 Phân lọai PLC 1.3.4.1 Theo hãng sản xuất 1.3.4.2 Theo version 1.3.4.3 Theo số lượng đầu vào/ra 1.3.5 Ứng dụng, ưu nhược điểm PLC 1.3.5.1 Ứng dụng PLC 1.3.5.2 Đánh giá ưu nhược điểm PLC 1.3.6 Thiết bị điều khiển : PLC Mitsubishi: 11 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY TÍCH HỢP 2.1 Tổng quan máy tích hợp: 2.1.1 Cấu tạo thông số máy Cấu tạo gồm cụm chính: Cụm xã cuộn, cụm cán phẳng, cụm đột lỗ tròn lỗ van, cụm cắt rãnh vng, cụm cắt hồn thiện, cụm băng tải thành phẩm xếp phôi thống điều khiển PLC Kích thước máy: 9668 x 2690 x 2690 (mm) Khối lượng: 1800 kg 2.1.2 Nguyên lý hoạt động máy: Nguyên lý hoạt động sau: Công nhân tiến hành nhập thông số liệu cần cắt, bấm nút điều khiển dây chuyền hoạt động, phôi cấp vào dây chuyền thông qua cụm xã cuộn cụm cán phẳng, di chuyển qua cụm đột lỗ tròn, đột lỗ van, cắt rãnh vng cắt rãnh hồn thiện Phơi sau cắt hồn thiện di chuyển qua cụm băng tải chuyển qua cụm xếp phôi thành phẩm, gia công đủ số lượng phôi yêu cầu, công nhân điều khiển đưa bàn nâng ngồi, quy trình gia cơng tiếp tục thực 2.1.3 Sơ đồ tổng thể Hình 3D tổng thể máy tích hợp 1: Cụm dẫn hướng 01 2: Cụm cắt lỗ 3: Cụm cắt rãnh 4: Cụm cắt hồn thiện 5: Cụm băng tải phơi 6: Cụm xếp thành phẩm 12 2.2 Giới thiệu cấu tạo phận máy tích hợp 2.2.1 Cụm dẫn hướng phơi đầu vào Hình khối cụm dẫn hướng máy tích hợp 2.2.2 Cụm độ lỗ tròn lỗ van 2.2.2.1 Thiết kế hình dạng cụm Hình khối cụm đột lỗ tròn lỗ van 2.2.3.2 Tính tốn thiết kế cụm: 2.2.3 Cụm cắt rãnh vuông 2.2.3.1 Thiết kế hình dạng cụm Hình khơi cụm cắt rãnh vng 13 2.2.3.2 Tính tốn thiết kế cụm: 2.2.4 Cụm dẫn hướng phôi đầu Cụm dẫn hướng đầu phơi máy tích hợp 2.2.5 Cụm cắt hồn thiện 2.2.5.1 Thiết kế hình dạng cụm Cụm cắt hồn thiện 2.2.5.2 Tính tốn thiết kế cụm 2.2.6 Cụm băng tải phôi Cụm băng tải phôi 14 2.2.7 Cụm xếp phôi thành phẩm Cụm xếp phôi thành phẩm 2.2.8 Hệ thống thủy lực máy tích hợp Sơ đồ tổng thể hệ thống thủy lực máy tích hợp 15 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC MITSHUBISHI 3.1 Giới thiệu phần mềm lập trình: 3.1.1 Phần mềm GX Developer : Màn hình GX-Developer 3.1.2 Phần mềm lập trình mô Dopsofft HMI Delta: Giao diện phần mềm 3.2 Lập trình HMI: 16 Màn hình Màn hình chế độ đột lỗ tròn, đột lỗ van cắt rãnh Màn hình chế độ cụm máy tích hợp 3.3 Sơ đồ điện hệ thống điều khiển 3.3.1 Ngõ INPUT PLC 3.3.1.2 Mạch điều khiển INPUT Tín hiệu đầu vào - Từ X10 → X15 tín hiệu điều khiển tay nút nhấn hình khởi động - X16,X17 tín hiệu cho cảm biến giới hạn trái giới hạn phải phôi vào cụm đột lỗ tròn Tương tự cho cụm đột lỗ ô van X20, X21, cụm cắt rãnh X22, X23, cụm dẫn hướng đầu vào X24, X25, X26, X27, cụm dẫn hướng đầu X30,X31 - Từ X32→X37, X40→X47,X50→X57, X60→X67 tín hiệu đầu vào điều khiển xylanh cụm đột lỗ tròn, lỗ ovan, cắt rãnh - Từ X70→X77 tín hiệu đầu vào cảnh báo tải động servo cụm 17 - Từ X100→X123 tín hiệu đầu vào cảu cụm băng tải xếp phôi Mạch INPUT 18 3.3.1.2 Danh sách địa INPUT PLC 3.3.2 Ngõ OUTPUT 3.3.2.1 Mạch điều khiển OUTPUT Mạch OUTPUT 3.3.3 Mạch điều khiển chương trình PLC máy tích hợp 19 Mạch điều khiển chương trình 3.3.4 Mạch điều khiển động sevor Mạch điều khiển động servo Hệ thống sử dụng điều khiển động Servo MR-JE300A Mitsubishi có chức bảo vệ pha, q dòng hay q tải Nhưng cấu hình phần cứng điều khiển cho phép điều khiển động sevor đồng thời, khí yêu cầu cần 20 điều khiển động sevor ta phải dùng them môđun đầu tra trung gian Mitsubishi FX2N-10PG điều khiển vị trí Mạch điều khiển trung gian động servo 3.4 Vận hành sử dụng chương trình 3.4.1 Chức thiết bị tủ điều khiển: Màn hình điều khiển Nút nhấn start auto Hộp điều khiển Nút nhấn stop auto Nút nhấn phôi chạy lui 21 Nút nhấn phôi chạy tới Công tắc chuyển chế độ auto/manual Nút nhấn dừng khẩn cấp Còi báo lỗi Cơng tắc bật tắt nguồn điều khiển 3.4.2 Chế độ Manual - Để máy hoạt động chế độ Manual: Bật công tắc Manual/Auto sang chế độ Manual - Chức năng: Điều khiển độc lập cấu máy Chế độ điều khiển tay Bật tắt bơm dầu Điều khiển chày 1=> chày 12, Cụm cắt rãnh, cắt đứt theo chế độ nhấp nhát 22 Điều khiển cụm cắt rãnh, cụm cắt đứt lên xuống theo chế độ lựa chọn Điều khiển chày cụm đột lỗ tròn lên xuống theo chế độ lựa chọn Điều chày cụm đột ovan lên xuống theo chế độ lựa chọn Các bước điều chỉnh độ rộng cụm dẫn hướng theo chiều rộng phôi - Nhập chiều rộng phơi vào “Kích thước cài đặt” - Nhấn nút “START” 23 3.4.3 Nhập vẽ chi tiết vào máy - Nhập tọa độ lỗ rãnh so với tọa độ gốc hình vẽ (tọa độ tuyệt đối) - Đối với lỗ nhập tọa độ X, tọa độ Y, chọn chày - Phải chọn chày phù hợp với kích thước vẽ - Đối với rãnh nhập tọa độ X, độ sâu độ rộng rãnh - Nhập tọa độ lỗ rãnh theo thứ tự từ trái sang phải - Đối với rãnh phía bên chọn cụm rãnh 2, rãnh phía bên chọn cụm rãnh 3.4.4 Chế độ AUTO  Các bước vận hành máy chế độ auto: - Bước 1: Bật công tắc AUTO/MANUAL sang chế độ Manual - Bước 2: Nhập vẽ vào máy - Bước 3: Nhập độ chiều dài, độ rộng, số lượng chi tiết vài máy 24 Bước 4: Bật bơm dầu Bước 5: Reset liệu cũ: Reset trục X, liệu Bước 6: Bật công tắc AUTO/MANUAL sang chế độ AUTO Bước 7: Nhấn nút START để chạy máy  Trong trình chạy AUTO mún dừng máy nhấn nút STOP, chạy lại nhấn nút START  Nhấn nút E.STOP xảy va chạm cấu cố nguy hiểm KẾT LUẬN CHUNG  Kết đề tài : Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp đáp ứng chức hoạt động máy đề Viết chương trình điều khiển cho máy tích hợp gia cơng đột lỗ, cắt rãnh, nhấn góc tích hợp Máy thiết kế, chế tạo thực hiện: - Điều khiển trình gia cơng đột lỗ, cắt rãnh tích hợp máy - Có thể gia cơng xác lỗ rãnh theo vẽ cách nhập thông số vào hệ thống điều khiển Bản thiết kế kết nối với máy tích hợp cắt, nhấn góc đột lỗ sản xuất ơtơ đưa vào tham gia vào hoạt động nhà máy thép Thaco, máy hoạt động ổn định đáp ứng nhu cầu sử dụng kế hoạch sản xuất công ty  Hướng phát triển: - Nghiên cứu nhập vẽ 2D vào hệ thống máy tự động thực theo vẽ - Nhóm nghiên cứu tích lũy kinh nghiệm để nghiên cứu thiết kế máy khác phục vụ cho sản xuất - ... Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp cắt, nhấn góc đột lỗ sản xuất ô tô II Mục tiêu nghiên cứu  Thiết kế hệ thống điều khiển công đoạn cắt, nhấn góc đột lỗ sản xuất tơ máy tích. .. Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp đáp ứng chức hoạt động máy đề Viết chương trình điều khiển cho máy tích hợp gia cơng đột lỗ, cắt rãnh, nhấn góc tích hợp Máy thiết kế, chế tạo... - Điều khiển trình gia cơng đột lỗ, cắt rãnh tích hợp máy - Có thể gia cơng xác lỗ rãnh theo vẽ cách nhập thông số vào hệ thống điều khiển Bản thiết kế kết nối với máy tích hợp cắt, nhấn góc đột