Máy công cụ điều khiển số CNC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các xí nghiệp công nghiệp ở nước ta. Phát huy hiệu quả sử dụng, bảo dưỡng và vận hành, máy CNC là vấn đề đặc đặc biệt quan tâm của chúng ta. Muốn phát huy hiệu quả tối đa khả năng thiết bị cũng như cải tiên nó cho phù hợp với con người Việt Nam đòi hỏi phải có sự hiểu biết sâu sắc về máy CNC. Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử là nội dung không thể thiếu trong chương trình đào tạo kĩ sư cơ điện tử tại trường đại học bách khoa hà nôi. Đồ án này giúp cho sinh viên có thể hệ thống lại các kiến thức của các môn học như: Chi tiết mỹ, Đồ họa kĩ thuật, cơ học kĩ thuật, nguyên lý máy, sức bền vật liệu, lập trình trong cơ điện tử. Đồng thời giúp chúng em học thêm một số phần mềm thiết kế mô phỏng cần thiết như Solidworks, autocad, matlap. Ngoài ra nó còn giúp chúng em làm quen với công việc thiết kế và làm đồ án tốt nghiệp sau này.
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 1 Những đặc điểm chung hệ thống thay dao tự động 1.1.1 Phân loại cấu cấp phát kẹp chặt dụng cụ tự động 1.1.2 Ổ chứa dao vận chuyển dụng cụ cấp phát tự động 1.1.3 Thay dụng cụ kẹp chặt dụng cụ tự động cấu công tác 11 1.1.4 Một số trang bị ổ tích dụng cụ số nước 17 1.1.5 Hệ thống dụng cụ dùng cho máy CNC 17 1.2 Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động 21 CHƯƠNG II : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG THAY DAO DÙNG CHO MÁY CNC 22 2.1 Xây dựng sơ đồ động hệ thống thay dao tự động………………………….…22 2.1.1 Khái niệm sơ đồ động .22 2.1.2 Sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động .22 2.1.3 Nguyên lý hoạt động thay dao tự động 24 2.2 Phân tích, lựa chọn giải pháp điều khiển 25 2.2.1 Nối dây sử dụng rơle……… ……………………………………… 25 2.2.2 Điều khiển vi xử lý 25 2.2.3 Điều khiển PLC 26 2.3 Thiết kế mạch điều khiển 27 2.3.1 Phân tích lựa chọn điều khiển PLC 27 2.3.2 Sử dụng biến để điều khiển động 28 2.3.3.Phân tích lựa chọn Xi-lanh 30 2.3.4 Phân tích lựa chọn cảm biến 32 2.3.5 Mạch điều khiển……………… …………………………………… 33 GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 2.3.6 Sơ điều khiển động cơ………………………………………….………35 2.3.7 Sơ đồ điều khiển xilanh-khí nén………………………………………36 2.3.8 Bảng phân chia tín hiệu vào, 36 2.4.Xây dựng sơ đồ khối thuật toán điều khiển 38 2.4.1 Sơ đồ trả dao………………………………………………………….38 2.4.2 Sơ đồ lấy dao 39 2.4.3 Sơ đồ kết hợp lấy trả dao 40 2.4.4 Trục đến điểm thay dao 41 2.4.5 Di chuyển đài dao từ A →B ( A vị trí ban đầu, B vị trí thay dao) 42 2.4.6 Trục nhả dao 43 2.4.7 Tìm dao (hốc dao) gần xoay đài dao 43 2.5 Chương trình điều khiển 45 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… 51 GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ LỜI NÓI ĐẦU Hiện khoa học kỹ thuật phát triển nhanh, mang lại lợi ích cho người tất lĩnh vực vật chất tinh thần Để nâng cao đời sống nhân dân hòa nhập với phát triển chung giới, Đảng nhà nước ta đề mục tiêu đưa đất nước lên thành nước cơng nghiệp hóa đại hóa Để thực điều ngành cần quan tâm phát triển ngành khí nói chung điện tử nói riêng đóng vai trò quan trọng việc sản xuất thiết bị cơng cụ ( máy móc, robot…) ngành kinh tế quốc dân Muốn thực việc phát triển ngành khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán kĩ thuật có trình độ chun mơn đáp ứng yêu cầu công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hóa theo dây chuyền sản xuất Máy công cụ điều khiển số CNC ngày sử dụng rộng rãi xí nghiệp cơng nghiệp nước ta Phát huy hiệu sử dụng, bảo dưỡng, vận hành máy CNC vấn đề đặc biệt quan tâm Muốn phát huy hiệu tối đa khả thiết bị cải tiến cho phù hợp với người Việt Nam địi hỏi phải có hiểu biết sâu sắc máy CNC Đồ án thiết kế hệ thống điện tử nội dung khơng thể thiếu chương trình đào tạo kĩ sư Cơ điện tử Đồ án giúp cho sinh viên hệ thống lại kiến thức môn học như: Chi tiết máy, Vẽ kĩ thuật, Cơ học kĩ thuật, Nguyên lý máy, Sức bền vật liệu, lập trình điện tử…Đồng thời giúp chúng em học thêm số phần mềm thiết kế, mơ cần thiết Solidworks, Auto CAD,Matlap…Ngồi giúp chúng em làm quen với công việc thiết kế làm đồ án tốt nghiệp sau Dù cố gắng hoàn thành đồ án với hướng dẫn nhiệt tình cụ thể thầy mơn, theo hiểu biết cịn hạn hẹp cộng với chưa GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ có kinh nghiệm thực tiễn nên chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận góp ý thầy cô để em rút thêm kinh nghiệm bổ sung thêm kiến thức cho Cuối em xin chân thành cảm ơn quan tâm bảo thầy Viện Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy Bùi Văn Hạnh giúp em hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày 26 GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH tháng 12 năm 2014 SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 1 Những đặc điểm chung hệ thống thay dao tự động 1.1.1 Phân loại cấu cấp phát kẹp chặt dụng cụ tự động Thông thường, q trình gia cơng chi tiết thực hiên nhiều dụng cụ khác Do đó, thiết bị tự động hoá, yêu cầu dụng cụ tương ứng lắp điều chỉnh sẵn đài dao chuôi côn chuyên dùng Việc gá đặt dụng cụ vào cấu công tác máy (trục đài gá dao) kẹp chặt lấy dụng cụ bị mịn thực thay tay thay tự động Khi gá đặt tay, trình điều chỉnh lắp đặt dụng cụ phụ chuôi côn, đài dao, bạc trung gian, mâm cặp tiến hành trực tiếp máy Còn thay dụng cụ phương pháp tự động, việc điều chỉnh lắp đặt dụng cụ phụ tiến hành bên máy nhờ dụng cụ chuyên dùng, phương pháp dùng phổ biến máy điều khiển số CNC, bao gồm giai đoạn sau : - Ghép lắp ráp dụng cụ lấy từ kho dụng cụ - Điều chỉnh kích thước dụng cụ thiết bị chuyên dùng - Nhập kho dụng cụ lắp điều chỉnh - Chọn dụng cụ phù hợp, thay kẹp chúng tự động - Tháo kẹp dụng cụ đưa ổ dao - Đưa dụng cụ kho sau gia công xong loạt chi tiết tháo dỡ để mài lại Quá trình chọn dụng cụ phù hợp ổ chứa để gia công chi tiết, gá đặt kẹp chặt dụng cụ tự động tháo dụng cụ khỏi cấu công tác đưa ổ chứa thực nhờ hệ thống cấp phát kẹp chặt tự động Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động bao gồm phận sau: GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ - Ổ chứa dụng cụ, máy tiện NC có từ đến đầu rơvơnve thực chức ổ dụng cụ - Cơ cấu chọn dụng cụ cần thiết từ ổ dụng cụ để chuẩn bị dụng cụ thay - Tay máy để thay dụng cụ (trong trường hợp máy CNC_V30 không cấu này) - Cơ cấu kẹp chuôi côn đài gá dao cấu công tác Những yêu cầu cấu cấu cấp phát dụng cụ tự động (CPDCTĐ) - Ổ chứa phải có dung lượng đủ lớn - Dụng cụ phải giữ ổ với độ tin cậy cao - Thời gian thay dụng cụ - Dụng cụ phải giữ chặt tay máy thay tự động - Chuôi dao đài gá dao phải định vị xác vào vị trí cơng tác - Khoảng cách ổ dụng cụ tới vị trí cơng tác ngắn - Hệ thống CPDCTĐ phải thiết kế bố trí cho khơng chạm vào phôi thay dụng cụ - Hệ thống CPDCTĐ phải có độ tin cậy làm việc cao - Tránh làm bẩn bề mặt lắp ráp chuôi vào đài gá dụng cụ - Sử dụng bảo dưỡng tiện lợi, đáp ứng yêu cầu an toàn 1.1.2 Ổ chứa dao vận chuyển dụng cụ cấp phát tự động Ổ chứa dao dùng để lưu giữ dụng cụ cần thiết cho trình gia công chi tiết định máy cụ thể Khi thay dụng cụ tay, ổ chứa gắn cứng với máy vị trí thuận tiện cho người thao tác Còn thay dụng cụ tự động, người ta sử dụng nhiều loại ổ chứa dụng cụ khác Với loại máy tiện thường, ổ chứa dụng cụ đầu rơvơnve có 4, 6, 16 vị trí gá đặt dụng cụ Có thể có đến đầu rơvơnve máy Trên trung tâm gia công, người ta sử dụng loại ổ chứa dạng đĩa, tang trống băng xích chứa từ 10140 dụng cụ GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ a Chứa vận chuyển dụng cụ đầu rơvônve Đầu rơvơnve đặt thẳng đứng, nằm ngang hay nghiêng Thay dụng cụ thực nhờ quay đâu rơvônve tới vị trí u cầu cố định lại Thời gian thay dụng cụ trung bình khoảng – giây Đầu rơvơnve cấu cơng tác tiếp nhận trực tiếp lực cắt máy Do có độ bền, độ cứng vững độ xác vị trí cao Các dụng cụ để gia cơng mặt ngồi đầu rêvơnve khơng cản trở Hai kiểu đầu rơvônve hay sử dụng máy tiện CNC : Hình1.1 Kết cấu đầu Rơvơnve a_Kiểu đế dao vị trí ; b_Kiểu Trên máy tiện CNC đại ngày hay sử dụng đầu rơvônve gá bàn trượt nghiêng Cấu trúc tổng thể đầu rơvônve dạng thể hình sau : GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Hình1.2 Cấu trúc tổng thể bàn dao nghiêng có đầu rơvơnve Trên máy tiện CNC gia công nhiều loại bề mặt khác mặt tiện khoan lỗ đồng tâm, song song, lỗ không đồng tâm, hướng kính; phay mặt cạnh, rãnh then Để thực công việc trên, đầu rơvônve cần trang bị dụng cụ có chuyển động quay mũi khoan, dao, phay v v Dẫn động quay cho dụng cụ thực nhờ động gá đầu rơvônve Kết cấu đầu rơvônve ổ chứa dụng cụ hãng Okuma (Nhật Bản).Tay máy thực thay dụng cụ đầu rơvơnve Hình1 Sơ đồ thay dao tự động đầu rơvônve hãng Okuma Đầu rơvônve ; Tay máy ; Ổ chứa dụng cụ GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Trên số máy phay CNC trung tâm gia công số lượng dụng cụ không lớn, người ta sử dụng ổ chứa dạng đầu rơvơnve : Hình1 Trung tâm gia cơng với đầu rơvônve a Bàn máy chữ thập ; b Bàn máy treo Các kết cấu cho phép giảm thời gian thay dao.Tuy nhiên, chúng có số nhược điểm vị trí cần trục Độ xác vị trí dụng cụ bị giảm quay hãm đầu rơvơnve.Số vị trí đầu rơvơnve tăng khơng làm phức tạp kết cấu, mà cịn làm giảm chiều dài hành trình l1 đầu hình a hình b : Hình1 Các kiểu đầu rơvônve máy phay CNC trung tâm gia công l1 : chiều dài hành trình đầu rơvơnve Điều kiện gia công cải thiện kết cấu đơn giản sử dụng đầu với trục gá nghiêng (hình c) Lúc có trục nối với GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ trục gá đầu vị trí cơng tác Chuyển động chạy dao thực nhờ dịch chuyển ụ trục tồn đầu rơvơnve Tuy hành trình l1 bị hạn chế Hình d sơ đồ nguyên lý ổ chứa dụng cụ kiểu đầu rơvônve hãng Olivetti (Italy) Kết cấu có ưu điểm hành trình cơng tác l1 khơng bị hạn chế chuyển động chạy dao khơng ụ trục thực mà ống đỡ dụng cụ trục thực Khi ống đỡ dụng cụ hạ xuống, tóm lấy trục gá dụng cụ đẩy chúng tới khoảng cách l1 yêu cầu đầu cố định Tuy nhiên kết cấu có độ cứng vững thấp b Lưu giữ vận chuyển dụng cụ ổ chứa Các phương án cấu trúc ổ chứa dụng cụ : Các ổ chứa tang trống (hình a, b) có sức chứa từ 12 đến 40 dụng cụ thông dụng hay dùng Chúng có kết cấu gọn, dễ gá trụ đứng trục tiếp ụ trục máy Trường hợp cho phép giảm thời gian thay dao,nhưng lại làm tăng trọng lượng khối di động Thơng thường phương án hình a sử dụng với phương án gá bên cạnh, trụ đứng : Phương án hình b thường sủ dụng máy CNC có trục nằm ngang Kết cấu ổ chứa dạng đĩa ( hình c) dùng, số lượng lớn kéo theo kích thước đường kính lớn Các ổ chứa hình (hình d e) cho phép thay dao dễ dàng Các ổ chứa dạng xích tải (hình f) sử dụng số dụng cụ chứa lớn (tới 140 dụng cụ) GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 10 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ I0.6 S2 Cảm biến hành trình phải tang dao I0.7 S3 Cảm biến hành trình trục I0.8 S4 Cảm biến hành trình trục 10 I0.9 S5 Cảm biến phát dao 11 I1.0 stop 12 I1.1 start OUT PUT STT Tín hiệu ký hiệu PLC sơ đồ Ý nghĩa Q0.0 Tang dao quay thuận Q0.1 Tang dao quay nghịch Q0.2 Tang dao tiến/lùi Q0.3 Trục lên Q0.4 Trục xuống GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 37 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 2.4.Xây dựng sơ đồ khối thuật toán điều khiển 2.4.1 Sơ đồ trả dao start Trục đến điểm thay dao Tìm hốc chứa dao Xoay đài dao Đài dao di chuyển vào vị trí thay dao Trục nhả dao Trục di chuyển vị trí ban đầu Đài dao di chuyển vị trí ban đầu End GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 38 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 2.4.2 Sơ đồ lấy dao Start Tìm hốc chứa dao Xoay đài dao Đài dao di chuyển vào vị trí thay dao Trục đến điểm thay dao Trục kẹp dao Đài dao di chuyển vị trí ban đầu Trục di chuyển vị trí ban đầu End GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 39 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 2.4.3 Sơ đồ kết hợp lấy trả dao start Trục có dao N Y Trục đến điểm thay dao Tìm hốc chứa dao cần trả , Xoay đài dao Đài dao di chuyển vào vị trí thay dao Tìm dao gọi Xoay đài dao vào vị trí Đài dao di chuyển vào vị trí thay dao Trục nhả dao Trục di chuyển vị trí ban đầu Tìm dao gọi, xoay đài dao vào vị trí Trục di chuyển xuống vị trí lấy dao Trục kẹp dao Đài dao di chuyển vị trí ban đầu Trục di chuyển vị trí ban đầu End GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 40 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 2.4.4 Trục đến điểm thay dao start Quay động dẫn hướng trục Z Đưa trục xuống điểm thay dao N S3=0 S4 =1 Y Dừng động End GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 41 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 2.4.5 Di chuyển đài dao từ A →B ( A vị trí ban đầu, B vị trí thay dao) start Cấp điện cho cuộn hút xilanh S1=0 N S2=1 Y End GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 42 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 2.4.6 Trục nhả dao start S3=0 ; S4=1 Mở khí nén để nhả dao Dừng End 2.4.7 Tìm dao (hốc dao) gần xoay đài dao Quy ước: - Dao đánh số từ →16 theo chiều kim đồng hồ - Ổ dao hướng với trục mặt phẳng thay dao,tạo với vị trí T thành đường thẳng vị trí ổ dao thứ I ( Tx ) -Con dao (hốc dao cần lấy vị trí ổ dao thứ J ( Ty ) - C: kí hiệu việc quay đài dao ngược chiều kim đồng hồ từ Ty→Tx - D: kí hiệu việc quay đài dao chiều kim đồng hồ từ Ty→Tx GVHD: PGS.TS BÙI VĂN HẠNH SVTH: PHẠM VĂN QUỐC MSSV: 20110624 Page 43 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ start Ổ dao vị trí thay(trả) dao ổ dao thứ I Y Tx = Ty (i=j) N Y |I – J|=8 N Y |I – J|