Nghiên cứu thiết kế máy dập CNC cắt vật liệu giày dép

1 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HUỲNH MINH PHÚ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY DẬP CNC CẮT VẬT LIỆU GIÀY DÉP Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét : ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét : ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …….năm 2009 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp.HCM, ngày 02 tháng 02 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : HUỲNH MINH PHÚ Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 08/09/1984 Nơi sinh : Bến Tre Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy MSHV : 00407224 I- TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu thiết kế máy dập CNC cắt vật liệu giày dép II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Trình bày tổng quan loại máy dập cắt vật liệu giày dép - Phân tích lựa chọn mẫu máy dập CNC phù hợp với thực tiễn sản xuất Việt Nam - Phân tích lựa chọn sơ đồ nguyên lý, sơ đồ động cho máy dập CNC - Thiết kế số phận hệ thống khí - Thiết kế hệ thống điều khiển - Nghiên cứu tích hợp máy dập CNC với phần mềm xếp tối ưu III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 02 tháng 02 năm 2009 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 30 tháng 06 năm 2009 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên môn thông qua Ngày 30 tháng 06 năm 2009 TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Lời xin chân thành cám ơn Thầy PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn tận tình quan tâm, giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt luận văn Xin chân thành cám ơn Thầy Cơ Phịng đào tạo sau đại học, Thầy Cô Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm nghiên cứu khoa học tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn Xin chân thành cám ơn Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, bạn bè, đồng nghiệp, anh chị em Trung tâm CENINTEC, bạn sinh viên, ba mẹ, vợ anh chị em gia đình tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ, động viên, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn tiến độ đạt yêu cầu mục tiêu đề Tp.HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2009 Học viên Huỳnh Minh Phú TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Cắt vật liệu công đoạn quan trọng ngành sản xuất giày dép Vấn đề đặt để cắt với suất cao hệ số sử dụng vật liệu lớn hay phần vật liệu bỏ nhỏ Để thực điều này, công việc nghiên cứu nhu cầu thực tiễn sản xuất, kết hợp với việc tham khảo máy dập cắt vật liệu điều khiển CNC nước Từ đó, tiến hành thiết kế máy dập cắt vật liệu điều khiển CNC phù hợp với nhu cầu thực tế sản xuất, nâng cao hiệu kinh tế trình sản xuất giày dép Để đạt mục tiêu đề ra, nội dung sau thực luận văn: - Tổng quan loại máy dập cắt vật liệu giày dép - Phân tích lựa chọn mẫu máy dập CNC phù hợp với thực tiễn sản xuất Việt Nam - Phân tích lựa chọn sơ đồ nguyên lý, sơ đồ động cho máy dập CNC - Thiết kế số phận hệ thống khí - Thiết kế hệ thống điều khiển - Nghiên cứu tích hợp máy dập CNC với phần mềm xếp tối ưu Kết luận văn thiết kế máy dập điều khiển số CNC có khả tích hợp với phần mềm xếp tối ưu để cắt vật liệu giày dép với phần bỏ nhỏ SUMMARY Cutting material is one of the most important operations in the footwear manufacturing The problem is how to cut with the highest performance and highest coefficient of material or the waste part is the least In order to this purpose, the research was begun from effective demand, and reference with some foreign footwear CNC cutting press machines Hence, design footwear CNC cutting press machine which appropriate effective demand to improve economical effect in the footwear process To obtain the formulated objectives, following contents has been carried out in the dissertation: - Comprehensive study about the all kinds of footwear cutting press machines - Analyse and choose the suitable the sample CNC cutting press machine for Vietnamese effective demand - Analyse and choose the principle diagram and the kinematic diagram for the CNC cutting press machine - Design some main assembly of mechanical system - Design control system - Research intergrating CNC cutting press machine with nesting softwear The result of this thesis completed designing CNC cutting press machine which can intergarte with nesting softwear to cut footwear material with the least waste MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU: .9 Tình hình sản xuất giày dép giới Việt Nam .9 Lý chọn đề tài 11 Mục tiêu luận văn 11 Nội dung luận văn 12 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu .12 Phương pháp nghiên cứu .12 Ý nghĩa khoa học luận văn 12 Ý nghĩa thực tiễn luận văn .13 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI MÁY DẬP CẮT VẬT LIỆU GIÀY DÉP .14 1.1 Qui trình cơng nghệ sản xuất giày dép 14 1.2 Tổng quan loại máy dập cắt sử dụng ngành sản xuất giày dép giới 18 1.3 Tình hình nghiên cứu chế tạo máy dập cắt CNC cho ngành giày dép Việt Nam 27 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN MẪU MÁY DẬP CNC PHÙ HỢP VỚI THỰC TIỄN SẢN XUẤT Ở VIỆT NAM 31 2.1 Phân tích mẫu máy hãng có tiếng giới .31 2.2 Xác định đặc điểm máy 37 2.3 Xác định thông số kỹ thuật máy 38 2.4 Kết luận 40 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, SƠ ĐỒ ĐỘNG CHO MÁY DẬP CNC .41 3.1 Phân tích lựa chọn sơ đồ nguyên lý cho máy dập CNC 41 3.2 Bảng đánh giá ưu điểm nhược điểm phương án .49 3.3 Thiết kế sơ đồ động máy dập CNC 52 3.4 Kết luận .55 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG CƠ KHÍ 56 4.1 Sơ đồ cấu trúc máy 56 4.2 Sơ đồ tải trọng 57 4.3 Ứng dụng phần mềm Inventor Ansys để hỗ trợ trình thiết kế số phận máy 58 4.4 Ứng dụng phương pháp thiết kế truyền thống để tính tốn thiết kế truyền động 84 4.5 Kết luận .88 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN CHO MÁY DẬP CNC 89 5.1 Thiết kế hệ thống thủy lực 89 5.2 Thiết kế hệ thống khí nén 98 5.3 Kết luận .101 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 102 6.1 Các yêu cầu điều khiển .102 6.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy dập CNC 108 6.3 Sơ đồ mạch động lực .109 6.4 Thiết kế mạch điều khiển 112 6.5 Kết luận 113 CHƯƠNG 7: NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP MÁY DẬP CNC VỚI BỘ PHẦN MỀM SẮP XẾP TỐI ƯU 114 7.1 Các thành phần hệ thống CAD/CAM cắt vật liệu giày dép 114 7.2 Mô hoạt động phần mềm nhân ni xếp 115 7.3 Nạp chương trình cho máy dập CNC 125 7.4 Kết luận 126 KẾT LUẬN 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 PHỤ LỤC 130 PHẦN MỞ ĐẦU Tình hình sản xuất giày dép giới Việt Nam 1.1 Tình hình sản xuất giày dép giới Trong năm qua ngành công nghiệp sản xuất giày dép giới có bước phát triển nhanh chóng mạnh mẽ Tại nước phát triển, công nghệ CAD/CAM CNC ứng dụng rộng rãi ngành giày dép Đây yếu tố quan trọng giúp tăng nhanh lực thiết kế, gia công, rút ngắn chu kỳ sản phẩm giảm chi phí sản xuất cho doanh nghiệp Hiện nay, có số mơ hình kết hợp phần mềm CAD/CAM với máy dập cắt CNC triển khai nước Phần mềm CAD/CAM cung cấp từ hãng Lectra (Pháp), Torielli (Ý), GGT (Mỹ), Investronica (Tây Ban Nha), Delcam (Anh), v.v… nói chung đa dạng Tùy theo nhà cung cấp, phần mềm CAD có chức hỗ trợ thiết bị số hóa lấy mẫu rập, thiết kế sản phẩm 3D, thiết kế chi tiết 2D, thiết kế phom giày, nhân ni, xếp sơ đồ cắt, … Phần mềm CAM hỗ trợ việc gia công phom giày máy CNC chuyên dùng, gia công khuôn đế giày máy phay CNC cắt chi tiết máy dập cắt CNC Máy dập cắt CNC cho ngành giày dép thường cung cấp hãng Ý (Atom, Crispin), Đức (Desma, Mohrbach), Đài Loan (Sysco, Yessing, Chang Hong), Trung Quốc (Huaying, Yancheng), v.v… thường độc lập với nhà cung cấp phần mềm CAD/CAM Kinh nghiệm nước cho thấy việc sử dụng máy dập cắt CNC kết hợp với phần mềm xếp giúp doanh nghiệp tiết kiệm từ đến 20% vật liệu, suất cắt tăng gấp 10 lần Khi dùng máy dập cắt CNC cần số chức phần mềm CAD/CAM hỗ trợ thiết bị số hóa lấy mẫu rập, nhân ni, xếp sơ đồ cắt hỗ trợ cắt chi tiết máy dập cắt CNC 1.2 Tình hình sản xuất giày dép Việt Nam 10 Ngành giày dép Việt Nam ngành xuất đứng hàng thứ ba sau dầu khí dệt may, đạt mức 4,8 tỉ USD năm 2008, có mức tăng trưởng trung bình hàng năm 16% Mục tiêu tới năm 2010 ngành ngành giày dép Việt Nam sản xuất 720 triệu đôi giày dép loại; 80,7 triệu cặp túi xách 80 triệu m2 da thuộc thành phẩm, nâng tổng kim ngạch xuất ngành lên tới 6,5 tỷ USD Hình thể tăng trưởng kim ngạch xuất giày dép giai đoạn 1995-2008 Hình 1: Biểu đồ kim ngạch xuất giày dép Việt Nam giai đoạn 1995-2008 Trên thị trường giới, ngành giày dép Việt Nam đứng thứ số nước vùng lãnh thổ xuất lớn giới, sau Trung Quốc, Hồng Kông Ý Tuy nhiên, ngành giày dép đứng trước số trở ngại phủ nhà sản xuất quan tâm, có vấn đề nguyên vật liệu Nguyên vật liệu sản xuất ngành hầu hết nhập từ nước chiếm tỉ lệ khoảng 70% giá thành sản xuất nên giải vấn đề sử dụng hiệu nguyên vật liệu cần thiết Hiện nay, số công ty nước trang bị phần mềm CAD để thiết kế sản phẩm giày dép, ví dụ Công ty giày An Lạc Tuy nhiên việc trang bị hệ thống 139 Kích thước 700x2400x2200 mm Trọng lượng 5500 kg 700x2 700x2400x2200 400x2 700x2400x2200mm mm 200m m 8500 5700 kg 7000 kg kg * Máy hãng Atom Hình P5: Máy dập cắt CNC kiểu S 530 BP hãng Atom Đây hệ thống linh hoạt cho việc cắt cuộn và giải pháp cắt tự động lý tưởng cho nguyên liệu thiên nhiên Thanh kẹp “kẹp giữ” đảm bảo cung cấp phơi cố định phơi xác thời gian diển trình cắt Những khoảng hai chi tiết hạn chế tối đa nhờ vào việa trang bị hệ thống phần mềm giác sơ đồ hãng ATOM Hệ thống cung cấp phôi băng tải làm nylong để 140 đảm bảo băng tải có tuổi thọ cao q trình hoạt động Hệ thống cung cấp phơi liệu tay tự động Tốc độ dập đạt 90 lần dập phút Thông số kỹ thuật Lực dập lớn Kích thước đầu dập Vùng dập Bề rộng cắt Bề rộng băng tải Phạm vi di chuyển đầu dập Phạm vi di chuyển kẹp Góc xoay dao Tốc độ di chuyển đầu dập (Trục X) Tốc độ di chuyển phôi (Trục Y) Tốc độ xoay dao (Trục Z) Sai số trục x, Y Sai số xoay dao Khoảng cách cao từ bàn máy đến đầu dập Tốc độ dập: di chuyển đến gần, dập, trở (mm/sec) Công suất động trục vít, băng tải Cơng suất động bơm (kW) Ap lự khí nén Cơng suất máy (kW) Kích thước (Rộng/dài/Cao) (mm) Trọng lượng (kg) S 530BP 28 ton 500x500 mm 1500 mm 1550 mm 1600 mm - 1500 mm - 600 mm 0° - 360° cont 966 mm/sec 666 mm/sec 720° /sec +/- 0.3 mm +/- 0.33 ° 175 mm 420-54 -353 mm/sec Nm Brushless kW - 5,5 HP - 10 bar - 200 lt/min 10 kW 3120x5220x2390 mm 4850 kg 141 Hình P5: Máy dập cắt CNC kiểu S 530 BP hãng Atom Đặc điểm: Hệ máy tự động cắt lấy sản phẩm nhờ hệ thống sản phẩm, lói sản phẩm khỏi dao dập đưa sản phẩm Đây giải pháp rẽ để dập chi tiết dạng tấm, với trình tự động dập cắt sau sản phẩm lên băng tải nằm bên máy đưa Máy cắt PVC nhờ vào kẹp cố định mà khơng cần phải đóng đinh kẹp lên bàn máy để cố định phôi q trình dập Khả tự điểu chỉnh xác điểm dừng đầu dập mà hạn chế mịn thớt dập Dao trang bị cho máy ó thể làm thép thép Việc trang bị phần mềm giác sơ đồ tự động hảng atom cho phép đạt hiệu dập cao Tốc độ hoạt động máy đạt 50 lần dập phút Thông số kỹ thuật: Thông số kỹ thuật Lực dập lớn Kích thước đầu dập Kích thước bàn dập Phạm vi di chuyển đầu dập S 530T/OL 28 ton 500x500 mm 1600x1600 mm - 1550 mm 142 Phạm vi di chuyển đầu dập vượt - 1700 mm giới hạn Chiều dài bàn máy 0-1600 mm Phạm vi góc quay đầu dập – 3600 Bề rộng bàn máy vượt giới 250 mm hạn Tốc độ di chuyển đầu dập(trục X) 400 mm/sec Tốc độ di chuyển bàn máy (Trụ Y) 300 mm/sec Tốc độ quay dao (Trục Z) 720 /sec Sai số trục X,Y +/- 0.3 mm Sai số quay dao +/- 0.33 Khoảng cách cao từ bàn máy 175 mm đến đầu dập Tốc độ dập: di chuyển đến gần, 420-54 -353 mm/sec dập, trở (mm/sec) Công suất động trục vít, băng 7,5 Nm Brushless tải Cơng suất động bơm (kW) kW - 5,5 HP - 10 bar - 200 Áp lực khí nén lt/min Cơng suất máy (kW) 10 kW 3200x6200x2450 Kích thước (Rộng/dài/Cao) (mm) mm Trọng lượng (kg) 4950 kg 143 PHỤ LỤC TÍNH TỐN THIẾT KẾ MỘT SỐ BỘ TRUYỀN ĐỘNG Chọn động truyền động cho hệ thống 1.1 Động cho trục vít băng tải Dựa yêu cầu kỹ thuật đưa ra, ta chọn động để truyền động cho trục vít băng tải động servo Vì máy dập cắt hoạt động dựa mẫu xếp tối ưu mà phần mềm đưa ra, cần có phối hợp chuyển động bàn máy đầu dập thật xác để đầu dập di chuyển đến toạ độ mà phần mềm đưa Vì có động servo đáp ứng yêu cầu nêu Mặc dù giá thành cao lợi ích mà mang lại lớn Thông số động servo: Số hiệu động hãng Siemens TF05 TF09 TF13 TF20 TF30 TF44 Công suất (W) 450 850 1300 1800 2900 4400 Mômen xoắn cực đại (Nm) 8,61 14,7 24,5 34,4 55,9 77,5 27,4 38,3 Số vòng quay lớn (vòng/phút) Khối lượng (kg) 3000 8,2 11,6 15,8 17,2 1.1.1 Động xoay dao Ngồi chuyển động trục vít băng tải chuyển động xoay dao quan trọng vì: mẫu xếp có góc quay định đặc trưng cho nên mẫu xếp tối ưu khơng thể vị trí góc mẫu mà góc quay mẫu thay đổi để đạt khả xếp tối ưu Vì việc chọn lựa động để thực xác góc quay cho dao cắt quan trọng, ta sử dụng động servo để điều khiển góc xoay dao động xác động thường Tính tốn thiết kế truyền động xoay dao Bộ xoay dao gồm: - Bộ truyền đai 144 - Hộp giảm tốc đồng trục (nhằm cho cấu gọn, đỡ cồng kềnh) - Động servo Bánh đai xoay dao mang bàn dao quay với vận tốc lớn nhất: ⋅ nxoay = vòng/s = 120 vòng/phút Tỉ số truyền truyền đai: ⋅ u đ = 144 / 32 = 4,5 Tỉ số truyền hộp giảm tốc: ⋅ u gt = nđc 3000 = = 11 n xoay u đai 60.4,5 Tính tốn truyền đai Số vịng quay bánh dẫn: nbd = 120.3 = 180 vịng/phút Ỵ Vận tốc bánh dẫn: vbd = π d bd nbd 60000 = π 100.120 60000 = 0,628 m/s Lực mà bánh dẫn cần tác động lên bánh xoay dao: F = 30kg = 300N Ỵ Cơng suất trục bánh dẫn: Pbd = 300.0,628 F v = = 0,2 kW 1000.η ol η br 1000.0,99 3.0,97 + Xác định modun chiều rộng đai: Modun xác định theo công thức: m = 35 Với P1 n1 P1 - công suất bánh đai chủ động (kW) n1 -là số vòng quay bánh đai chủ động 145 P1 = P.η t η gt = 200 x0,99 x0,95 = 188 W n1 = nv = 3000vịng/phút Ỵ m = 35.3 P1 0.188 = 35.3 = 1,39 n1 3000 Chọn theo tiêu chuẩn m = 1,5 Chiều rộng đai b: b =ψ bm Trong ψb -là hệ số chiều rộng đai = 14 => b=14x1,5=21 mm Theo (bảng 4.28 tài liệu [14]) chọn b = 25 mm * Xác định thông số truyền: +Số răng: Chọn z1 = 32 => z2 = 4,5.32 = 144 Khoảng cách trục a chọn theo điều kiện: a b= 4,5x5 = 22,5 mm Theo (bảng 4.28 tài liệu [14]) chọn b = 25 mm * Xác định thông số truyền: +Số răng: Chọn z1 = => z2 = 2,2.20 = 44 Khoảng cách trục a chọn theo điều kiện: a