Nghiên cứu, ứng dụng thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Nam ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ TUYỂN NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP CHUYÊN NGÀNH : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ NGÀNH : 2.01.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2003 HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 Trang LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Nam CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN THANH NAM Cán chấm nhận xét 1: PGS TS TRẦN DOÃN SƠN Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN HỮU LỘC Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày 02 tháng 12 năm 2003 HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 Trang LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Nam Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ TUYỂN Ngày tháng năm sinh: 01/04/1960 Chuyên ngành: Cơ khí chế tạo máy Khóa: 12 (năm trúng tuyển: 2001) VII- TÊN ĐỀ TÀI: Phái: Nam Nơi sinh : Hà nội NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : • • • • Nghiên cứu lý thuyết, xây dựng phần mềm thư viện lựa chọn phương pháp lắp ráp Thiết lập qui tắc hướng dẫn thiết kế sản phẩm đảm bảo khả lắp ráp Thành lập bước thực việc phân tích thiết kế xây dựng phần mềm thư viện phân tích thiết kế cho phương pháp lắp ráp Ứng dụng thiết kế sản phẩm khí đảm bảo khả lắp ráp III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/03/2003 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/09/2003 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN THANH NAM VI- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: PGS TS TRẦN DOÃN SƠN VII- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: TS NGUYỄN HỮU LỘC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS NGUYỄN THANH NAM CÁN BỘ NHẬN XÉT PGS TS TRẦN DOÃN SƠN CÁN BỘ NHẬN XÉT TS NGUYỄN HỮU LỘC Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG QKKH-SĐH HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 Ngày 27 tháng 11 năm 2003 CHỦ NHIỆM NGÀNH Trang LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Nam LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành nhờ giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn, thầy cô giảng viên Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, quan công tác tôi, bạn bè lớp gia đình Xin chân thành cảm ơn đến tất tập thể cá nhân giúp thời gian vừa qua: • Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh • Khoa Cơ khí trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh • Phòng Quản lý Khoa học Sau Đại học Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh • Trường Cao đẳng Công nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh • TS Nguyễn Thanh Nam tận tình hướng dẫn truyền đạt cho kiến thức, kinh nghiệm suốt trình thực đề tài • Các thầy cô giảng viên trường Đại học Bách Khoa trang bị kiến thức cho năm học vừa qua • Ban Giám hiệu, thầy cô, đồng nghiệp trường Cao đẳng Công nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện, động viên giúp đỡ nhiều suốt thời gian học thời gian thực đề tài • Các bạn học viên lớp cao học Cơ khí chế tạo máy khóa 12 nhiệt tình giúp đỡ, động viên suốt khóa học Vì thời gian thực đề tài không nhiều, kiến thức thân hạn chế, đề tài mẻ, tài liệu tham khảo nên chắn không tránh khỏi thiếu xót Kính mong q thầy cô, bạn bè đồng nghiệp bảo, đóng góp ý kiến để nhận thức thiếu xót cố gắng sửa chữa, hoàn thiện Một lần xin chân thành cảm ơn tất tập thể cá nhân hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện tốt giúp hoàn thành luận văn Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 09 năm 2003 HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 Trang LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Nam TÓM TẮT Một công đoạn quan trọng quy trình sản xuất trình lắp ráp chi tiết, cụm chi tiết với để tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh Nếu trình gia công khí giai đoạn chủ yếu trình sản xuất, trình lắp ráp giai đoạn cuối qui trình sản xuất Sau trình lắp ráp, sản phẩm đạt chất lượng yêu cầu vận hành ổn định, qui trình sản xuất có ý nghóa, sản phẩm có tác dụng thiết thực cho kinh tế quốc dân Thiết kế đảm bảo khả lắp ráp nhằm đánh giá tính thuậän tiện việc lắp ráp sản phẩm Do tất sản phẩm lắp ráp từ nhiều chi tiết việc lắp ráp tốn thời gian, người ta khuyến khích chế tạo sản phẩm dễ lắp ráp tốt Vì vậy, kỹ thuật “Thiết kế sản phẩm đảm bảo khả lắp ráp“ nghiên cứu luận văn có liên quan đến việc giảm bớt giá thành sản phẩm nâng cao suất lắp ráp thông qua đơn giản hóa mô hình thiết kế Cách tốt để đạt điều đó, trước tiên giảm bớt số chi tiết riêng lẻ số lọai chi tiết lắp ráp lại, đồng thời đảm bảo chi tiết lại phải dễ dàng chế tạo lắp ráp Khả giảm chi phí nâng cao suất lắp ráp định nhiều giai đoạn thiết kế vậy, thiết kế cần nhận thức chất tự nhiên trình lắp ráp Khi gặp phải điều kiện ràng buộc, đòi hỏi phải chế tạo chi tiết riêng lẻ phải cân nhắc không nên thiết kế gộp chung lại thành chi tiết, chi phí lắp ráp thấp Khi thiết kế nhớ rằng, kết hợp hai chi tiết thành loại hoạt động việc lắp ráp Sau thời gian nghiên cứu hoàn thành đề tài, luận văn đạt số kết sau: Xây dựng phần mềm thư viện lựa chọn phương pháp lắp ráp Thiết lập qui tắc chung hướng dẫn thiết kế sản phẩm đảm bảo khả lắp ráp Xây dựng trình tự bước thực việc phân tích thiết kế xây dựng phần mềm thư viện phân tích thiết kế phương pháp lắp ráp Ứng dụng thiết kế sản phẩm điển hình đảm bảo khả lắp ráp phân tích tính hiệu HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 Trang LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: PGS TS Nguyeãn Thanh Nam ABSTRACT One of the most impotant stage of production processing is assembly process parts and group of parts together to form fully products If the process of mechanical manufacture is the main stage of the production processing, the assembly process is the last stage of them The production processing just has sence and the products have practical effect to the national economy, only when the products achieved required quality and equipments operated stable after assembly process Design for assembly is estimated advantageousness a product in assembly Because almost all products are assembled from many parts and the assembly wastes a lot of time, it is encouraged manufacturing product that assembly is as easier as possible is better Thus, “Product Design for Assembly” technique described in this subject is concerned with reducing the cost of a product through simplification of its design The best way to achieve this cost reduction is first to reduce the number of individual parts that must be assembled and then to ensure that the remaining parts are easy to manufacture and assemble Assembly cost is largely detemined at the design stage The designer should be aware of the nature of assembly processes and should always have sound reasons for requiring separate parts, and hence higher assembly costs, rather than combining several parts into one manufactured item The designer should always keep in mind that each combination of two parts into one will eliminate at least one operation in assembly After a time searching and finishing the subject, this thesis was achieved following results: Building the library software for choice assembly methods Establishing the common rules for leading product design for assembly Summarising the order of practising steps for analysing a design and building the library software for analysing design to assembly methods Applying the optimal product design for assembly and analysing its effect HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 Trang LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Nam MỤC LỤC Trang Nhiệm vụ luận văn Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Mục lục Chương TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP 1.1 Giới thiệu tổng quan 1.2 Lịch sử phát triển trình lắp ráp 1.3 Thiết kế sản phẩm đảm bảo khả lắp ráp 1.3.1 Giới thiệu 1.3.2 Mục đích nghiên cứu 1.4 Mục tiêu luận văn 1.5 Phạm vi, giới hạn luận vaên 10 10 14 14 15 16 16 Chương LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP LẮP RÁP 2.1 Mục đích 2.2 Các phương pháp lắp ráp 2.2.1 Lắp ráp tay 2.2.2 Phương pháp lắp ráp tự động 2.2.3 Phương pháp lắp ráp robot Trạm lắp ráp robot cánh tay Trạm lắp ráp robot hai cánh tay Hệ thống lắp ráp robot nhiều trạm 2.2.4 Phương pháp lắp ráp bán tự động 2.3 Lựa chọn phương pháp lắp ráp 2.3.1 Các yêu cầu lựa chọn phương pháp lắp ráp 2.3.2 Lựa chọn phương pháp lắp ráp biểu đồ Lựa chọn phương pháp lắp ráp theo biểu đồ 2−1 Lựa chọn phương pháp lắp ráp theo biểu đồ 2−2 Điều kiện cho việc ứng dụng hệ thống lắp ráp 2.4 Xây dựng phần mềm thư viện lựa chọn phương pháp lắp ráp 2.4.1 Cơ sở lý thuyết 12 18 18 19 19 20 20 21 21 22 23 23 24 25 25 25 15 27 27 HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 Trang LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Nam 2.4.2 Sơ đồ cấu trúc chương trình 2.4.3 Giao diện chương trình 2.4.4 Ví dụ ứng dụng Chương NHỮNG QUI TẮC THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP 3.1 Giới thiệu 3.2 Những qui tắc thiết kế sản phẩm đảm bảo khả lắp ráp 3.2.1 Thiết kế giảm bớt số chi tiết loại chi tiết 3.2.2 Thiết kế sản phẩm có chi tiết sở để lắp đặt chi tiết khác 3.2.3 Thiết kế loại bỏ bớt điều chỉnh 3.2.4 Thiết kế công việc gắn chi tiết theo đường lắp ráp liên tục, xuất phát từ hướng 3.2.5 Thiết kế chi tiết tự đặt vào vị trí 3.2.6 Thiết kế khoảng không gian tầm nhìn rõ ràng lắp ráp 3.2.7 Thiết kế tránh tính chất làm cản trở khả lấy chi tiết 3.2.8 Thiết kế đảm bảo dễ dàng xử lý chi tiết có kích thước lớn, sắc cạnh 3.2.9 Thiết kế loại bỏ việc phải định hướng lại trình lắp ráp 3.2.10 Thiết kế chi tiết cài đặt sai 3.2.11 Thiết kế chi tiết có tính chất đối xứng hai đầu 3.2.12 Thiết kế chi tiết đối xứng quanh trục lắp 3.2.13 Thiết kế chi tiết không đối xứng quanh trục lắp hay bất đối xứng cách rõ ràng 3.3 Qui trình áp dụng quy tắc thiết kế sản phẩm đảm bảo khả lắp ráp Chương PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP 4.1 Phân tích hiệu thiết kế 4.1.1 Xác định thời gian xử lý tay 4.1.2 Xác định thời gian lắp ráp tay 4.1.3 Phương pháp phân tích thiết kế HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 28 28 29 17 17 18 31 31 32 34 34 35 37 38 41 42 42 43 43 44 45 46 29 29 48 48 57 Trang LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Nam 4.1.4 Phương pháp phân tích thiết kế lại 4.2 Ứng dụng phân tích thiết kế 4.2.1 Xét thiết kế xilanh – pittông khí nén 4.2.2 Nhận xét 4.3 Xây dựng phần mềm thư viện phân tích thiết kế để lắp ráp 4.3.1 Cơ sở lý thuyết 4.3.2 Cấu trúc chương trình 4.3.3 Giao diện cập nhật liệu Giao diện giao diện cập nhật liệu Xác định mã xử lý tay chi tiết Xác định mã lắp đặt tay chi tiết Giao diện phân tích lắp ráp tay Giao diện thư viện Bảng kê kết phân tích Chương ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP 5.1 Giới thiệu 5.2 Phân tích thiết kế 5.3 Kết phân tích 5.4 Kết phân tích phần mềm 5.5 Hiệu phân tích thiết kế lại KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Phụ lục Tài liệu tham khảo HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 57 61 62 62 67 67 67 71 71 71 74 76 80 80 82 83 84 89 90 92 95 98 114 Trang LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Nam Chương TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Kể từ đầu kỷ XIX, nhu cầu hàng hóa gia tăng với số lượng ngày lớn, đặc biệt công nghiệp vũ khí quốc phòng đặt yêu cầu phải nghiên cứu phát triển qui trình sản xuất Kết phát triển quy trình sản xuất nâng cao chất lượng sản phẩm, đặc biệt hạ thấp giá thành sản phẩm, yếu tố mà khách hàng quan tâm Một công đoạn quan trọng quy trình sản xuất trình lắp ráp chi tiết, cụm chi tiết với để tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh Lịch sử phát triển phương pháp lắp ráp có liên quan mật thiết với lịch sử phát triển quy trình sản xuất Có thể nói, người đưa quy trình sản xuất đồng thời người tìm công nghệ lắp ráp đại Ý tưởng quan điểm họ mang lại cải tiến đáng kể phương pháp lắp ráp quy trình sản xuất hàng loạt với khối lượng lớn Trong lónh vực chế tạo máy, trình chế tạo chi tiết cải tiến với việcï đưa vào hệ thống sản xuất tự động, công nghệ lắp ráp ráp phát triển theo có khoảng cách đáng kể Thực tế quốc gia có công nghiệp phát triển cho thấy, nguồn lao động dành cho trình lắp ráp thay đổi từ 20% sản xuất máy nông nghiệp tới 60% chế tạo thiết bị điện thọai telegraph Do vậy, giá thành lắp ráp chiếm gần 50% tổng chi phí sản xuất Trong vài thập niên qua, với cố gắng làm giảm giá thành lắp ráp việc sử dụng hệ thống lắp ráp tự động với tốc độ cao gần sử dụng robot lắp ráp Tuy nhiên, thành công có giới hạn nên việc lắp ráp thủ công tay giữ vai trò quan trọng 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA QUÁ TRÌNH LẮP RÁP Trước đây, việc chế tạo, lắp ráp kiểm tra thực người công HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 Trang 10 LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Nam Or ((110 < SL < 150) And (Na = 40)) Or ((150