Nghiên cứu hệ thống điều khiển số cho máy dập cắt chi tiết giày dép

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN QUANG THÁI NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ CHO MÁY DẬP CẮT CHI TIẾT GIÀY DÉP Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy Mã số ngành: 2.01.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TS Phạm Ngọc Tuấn Cán hướng dẫn khoa học: Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2005 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP.HCM, ngày 17 tháng 01 năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUANG THÁI Nam Họ tên học viên: Phaùi: 10 – 09 - 1975 Quảng Ngãi Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Cơ khí Chế tạo Máy 00403099 Chuyên ngành: MSHV: I TEÂN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ CHO MÁY DẬP CẮT CHI TIẾT GIÀY DÉP II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu, phân tích và lựa chọn phương án thiết kế cho máy điều khiển số - Nghiên cứu yêu cầu điều khiển thiết kế hệ thống điều khiển cho máy - Xaây dựng mô hình thử nghiệm máy điều khiển số dập cắt chi tiết giày, dép 17 – 01 - 2005 III NGAØY GIAO NHIỆM VỤ: 30 – 09 - 2005 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: TS Phạm Ngọc Tuấn V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2005 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH TÓM TẮT LUẬN VĂN Qua khảo sát, nghiên cứu thực tế cho thấy tình hình sử dụng máy điều khiển số dập cắt chi tiết giày dép nước ta hạn chế, hiệu mang lại lớn Luận văn đưa mục tiêu nghiên cứu hệ thống điều khiển số máy dập cắt chi tiết giày dép để đưa vào sử dụng nước thay máy dập cắt thuỷ lực sử dụng phổ biến mà giá thành thấp nhiều so với máy điều khiển số nhập Sau tìm hiểu tổng quan ngành giày dép Việt Nam giới, phương pháp phân tích lựa chọn phương án tốt nhất, thông số kỹ thuật máy đặït để xây dựng nên nguyên lý hoạt động sơ đồ động học máy Từ đó, cấu trúc máy dập cắt điều khiển số phác họa Dựa nguyên lý hoạt động máy, chương trình viết dạng ladder PLC viết để điều khiển máy cách tự động Sau cùng, minh họa cho phần thiết kế máy mô hình nhỏ mô máy dập cắt điều khiển số thực điều khiển tự động PLC OMRON CPM1A Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIÀY DÉP 1.1.1 SƠ LƯC VỀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT GIÀY DÉP TẠI VIỆT NAM Giày dép Việt Nam xuất sang 40 vùng lãnh thổ toàn giới, thị trường chủ yếu nước thuộc liên minh Châu Âu (EU) Anh, Bắc Ailen, Đức, Pháp, ý, Hà Lan nước khác Mỹ, Nhật Bản, Đài Loan tỉ lệ xuất tăng nhanh theo năm từ 11 triệu đôi (năm 1992), 136,7 triệu đôi (năm 1997), 146,59 triệu đôi (năm 1998) 175,35 triệu đôi (năm 1999) đến năm 2000 Việt Nam xuất 200 triệu đôi giày trở thành nhà cung cấp đứng thứ sau Trung Quốc Trong năm 2003 toàn ngành xuất 390 triệu đôi giày, kim ngạch xuất đạt 2,250 tỷ USD Trong 10 tháng đầu năm 2004 xuất đạt 2,15 tỷ USD, tăng 17% so với kỳ năm trước Chỉ tiêu mà ngành giày dép đặt kim ngạch xuất năm 2005 3,1 tỷ USD, đến năm 2010 6,2 tỷ USD Trong yếu ngành giày dép Việt Nam mang nặng tính thủ công, trình độ tự động hoá chưa cao, công ty nước Vì việc nghiên cứu cải tiến đổi công nghệ thay máy móc nhập với giá thành thấp nhiều so với máy móc nhập cần thiết nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao suất giảm tỷ lệ phế phẩm để nâng cao khả cạnh tranh với nước phát triển, đặc biệt Trung Quốc 1.1.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIÀY DÉP Giày chia làm nhiều loại: giày thể thao, giày nam giày nữ nhìn trình công nghệ thiết bị gia công loại giày khác không khác nhiều Đế ngoài, đế mũ giày gia công riêng biệt nhau, tiếp đến đế mũ giày ráp lại với nhau, sau dán đế vào, cuối giày làm đóng gói Một qui trình công nghệ thiết bị sản xuất giày dép điển hình trình bày bảng 1.1 Bảng 1.1 Qui trình công nghệ gia công giày nữ Chi tiết Công việc Thiết bị Lạng da Máy lạng da Bào da Máy bào da Cắt chi tiết mũ giày - Máy dập thủy lực đầu di động - Máy dập thủy lực đầu búa quay - Máy dập thủy lực kiểu Mũ giày bàn Gia cố plastic phần đầu ngón chân Máy gia nhiệt mũ giày May chi tiết để tạo thành mũ Máy may giày Đế Gấp mép mũ giày (chi giày nữ) Máy gấp mép mũ giày Kiểm phẩm Các máy kiểm tra Định hình gót Máy định hình gót Cắt đế miếng lót đế - Máy dập thuỷ lực đầu di động - Máy dập thuỷ lực đầu búa quay - Máy dập thuỷ lực kiểu bàn - Máy dập đế Bôi keo miếng lót đế đế Máy bôi keo tổng hợp Rồi dán lại với Định vị phần lót đế kim loại Máy đục lỗ miếng lót đế Định hình đế cho hộp với Máy định hình đế khuôn giày Xén mép đế định hình Máy xén đế Đóng nhãn đế Máy đóng nhãn nóng Chà nhám bề mặt nhựa eva Máy chà nhám Cắt mặt nghiêng Máy xẻ mặt nghiêng Cắt đế - Máy dập thuỷ lực - Máy dập thuỷ lực đầu búa quay - Máy dập thuỷ lực kiểu Đế bàn Cắt mặt nghiêng phần mũi Máy cắt mặt nghiêng gót Chà nhám bề mặt đế cao su Máy cà đế cao su Dán lớp đế cao su_eva ép cho Máy ép đế hai lớp dính chặt Ráp đế mũ giày p phần mũi gót đế Máy ép mũi gót đế Mài cạnh đế Máy mài trục đứng Bôi keo lên đế mũ giày Máy bôi keo tổng hợp Sấy khô Băng tải sấy kiểu đứng Ráp đế mũ giày vào khuôn Máy lắp chi tiết vào khuôn Gò mũi Máy gò mũi Gò hông Máy gò hông Gò hậu Máy gò hậu Gia nhiệt Thùng sấy điều khiển tự động Bôi keo sấy khô đế - Máy bôi keo tông hợp - Băng tải sấy kiểu đứng Dán đế ép đế - Máy ép đế tổ hợp - Máy ép đế thuỷ lực - Máy ép đế khí nén Ép gót (cho giày nữ) - Máy ép gót Ráp đế - Máy đóng đinh bán tự hoàn động tất - Máy tháo đinh Làm - Máy cà đế - Máy hút bụi - Máy làm keo - Máy làm mặt giày Đóng gói - Băng tải hoàn tất - Máy bế hộp giày Trong qui trình sản xuất giày dép có nhiều công đoạn liên quan đến cắt chi tiết, thường thực loại máy dập cắt, vấn đề cần cắt vật liệu cho hệ số sử dụng vật liệu lớn nhất, nói khác phần vật liệu bỏ nhỏ 1.2 TỔNG QUAN VỀ CẮT VẬT LIỆU VÀ CÁC LOẠI MÁY DẬP 1.2.1 Vật liệu dùng sản xuất giày dép: Thường có hai dạng là: - Dạng với nhiều kích cỡ chế tạo sẵn vật liệu EVA Hình 1.1:Vật liệu có dạng Hình 1.2: Vật liệu có dạng cuộn - Dạng cuộn với khổ cố định, chiều dài xem vô hạn cần phải xác định trình cắt vật liệu vải, simili… · Thực tế sản xuất giày dép Việt nam cho thấy công đoạn cắt vật liệu để tiết kiệm vật liệu vấn đề quan tâm Khâu cắt khâu đóng vai trò quan trọng 1.2.2 Các loại máy dập cắt truyền thống 1.2.2.1 Máy dập kiểu đầu búa quay: Đây loại máy có kết cấu đơn giản có mức độ tự động hoá không cao Công nhân thực chuyển động dập cắt nhờ vào hai nút nhấn điều khiển kết hợp sử dụng loại dao cắt có chiều cao khác Máy đïc dùng để cắt vật liệu khổ nhỏ đặc biệt da 1.2.2.2 Máy dập kiểu bàn: Máy có đầu dập lớn tạo vùng cắt lớn, nên không cần điều chỉnh vị trí đầu dập máy có đầu dập di động Máy có hệ thống mặt bàn di trượt mang thớt vật liệu 10 Hình 1.3: Máy dập kiểu đầu búa quay Hãng Atom (ý) Hình1.4: Máy dập kiểu bàn Hãng Sysco (Đài Loan) 1.2.2.3 Máy dập kiểu đầu di động: Ở máy người công nhân di chuyển đầu dập đến vị trí thích hợp ấn nút điều khiển để đầu dập thực chuyển động dập cắt Đầu dập thiết kế có độ cứng vững Máy có tính linh hoạt suất cao so với máy dập kiểu đầu búa Hình 1.5: Máy dập kiểu đầu di động Hãng Sysco (Đài Loan) 67 - Tương tự ta nhập toàn giá trị đầu vào cho thông số tiêu đề theo : tổng số chi tiết hàng, khoảng cách chi tiết dập, tổng số hàng… 68 CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 4.1 MỤC TIÊU CỦA MÔ HÌNH Để minh hoạ tính máy điều khiển số dập cắt chi tiết giày dép, mô hình cần thực nội dung sau: - Thiết kế hệ thống điều khiển, thể yêu cầu điều khiển luận văn - Chế tạo mô hình thể chuyển động chức giống máy điều khiển số thật 4.2 KẾT CẤU THIẾT KẾ CỦA MÔ HÌNH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO CÁC ĐỐI TƯNG CẦN ĐIỀU KHIỂN Sensor home Rơle kẹp Thanh trượt Xy lanh dập 40 Xy lanh xoay Encorder trục vít Moter trục vít trục vít 80 60 80 F 10 40 40 40 Encorder băng tải Khuôn dập 40 60 40 40 165 Băng tải Moter băng tải 10 Chân đế 30 10 260 10 30 Bản vẽ hình chiếu đứng mô hình - Loại PLC thực mô hình PLC OMRON CM1A, 20 cổng vào - Lựa chọn động DC 24V có gắn Encoder hộp giảm tốc để điều khiển cho băng tải đưa vật liệu vào - Lựa chọn động 24V có gắn Enconder hộp giảm tốc để điều khiển đầu dập di chuyển trục vít 69 - Chọn van khí nén ti thực chuyển động dập chi tiết (thay Cylanh dập thuỷ lực máy điều khiển số thật) - Chọn van khí nén ti thực chuyển động xoay dao 1800 (thay động bước xoay 3600) 4.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÔ HÌNH Nguyên liệu xem tang ép ép xuống sẳn sàng, nhấn nút start, băng tải chuyển động đưa vật liệu tiến vào vùng dập đến sensor nhận biết vận liệu vào vùng dập băng tải tự động dừng Sau kẹp hạ xuống trục vít di chuyển khuôn dập từ vị trí home tiến khoaûng a = 50 mm, b = 25 (khoaûng cách hai lần dập) hết hàng băng tải di chuyển lên đoạn c = 50 mm để dập tiếp hàng Qui trình thực hết vật liệu máy tự động dừng - Chương trình cung cấp cho người dùng thông báo như: + Kích thướt vật liệu là: 1100 x 220 mm + Biên dọc mm, biên ngang 5mm + Số chi tiết dập theo phương ngang (4 chi tiết) + Số chi tiết dập theo phương dọc (16 chi tiết) + Vị trí chi tiết dập + Vị trí dao dập 70 4.4 Ngõ vào Công dụng 0.00 Khởi động Start 0.01 Sensor xác nhận nguyên liệu vào vị trí dập 0.02 Encoder động trục vít 0.03 Tự động Auto 0.04 Điều chỉnh tay cho băng tải 0.05 Điều chỉnh tay cho kẹp 0.06 Điều chỉnh tay cho xy lanh dập 0.07 Điều chỉnh tay cho đầu dập tiến 0.08 Điều chỉnh tay cho đầu dập lùi 0.09 Sensor home cho đầu dập 0.10 Encoder băng tải Ngõ Công dụng 10.00 Băng tải chạy 10.01 Solenoid cho xy lanh kẹp 10.02 Solenoid cho xy lanh dập 10.03 Đầu dập tiến 10.04 Solenoid cho xy lanh xoay 10.05 Đầu dập lùi 71 4.5 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY KẾT NỐI NGÕ VÀO CH0 vol Start Sensor Auto/nanual CPM1A Xác nhập liệu vào vùng dập Encoder trục vit (Cảm biến tiệm cận) Điều khiển băng tải(manual) Điều khiển tay băng kẹp Điều khiển tay xy lanh đập Điều khiển đầu dập tiến Điều khiển đầu dập lùi Sensor home đầu dập Encoder băng tải(Cảm biến tiệm cận) 24 vol 72 4.6 Giới thiệu chức số loại sensor sử dơng hƯ thèng nh­: - Sensor quang ( Sensor 1) dùng để xác nhận vật liệu đà đưa vào tang Ðp - Sensor quang (Sensor 2) dïng ®Ĩ nhËn biết vật liệu đà vào vùng dập - Sensor tiƯm cËn (Sensor 3) dïng ®Ĩ ®Õm Encoder cđa moter trục vít để đưa tín hiệu vào PLC điều khiển trục vít di chuyển đến vị trí cần dập 73 - Sensor tiƯm cËn (Sensor 4) dïng ®Ĩ ®Õm Encoder băng tải để đưa tín hiệu vào PLC điều khiển băng tải di chuyển lên hàng cần dËp 4.7 MỘT SỐ HÌNH ẢNH, KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM Tổng thể mô hình: 74 Hình 4.4 Mặt cạnh (bên trái) của mô hình: Hình 4.5 Mặt cạnh (bên phải) của mô hình: 75 76 4.8 CHƯƠNG TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN CÁC KẾT QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH (Phụ lục 2) 77 KẾT LUẬN Trong hệ thống nội dung sau thực hiện: - Tìm hiểu tổng quan loại máy dập cắt công nghệ sản xuất giày dép - Phân tích đánh giá lựa chọn phương án thiết kế tốt cho máy - Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy - Phân tích lựa chọn loại động truyền động loại cảm biến phù hợp cho máy - Tìm hiểu chức phần mềm FCS - Tìm hiểu điều khiển PLC thiết kế giải thuật điều khiển cho máy, máy thực ta nhập kết xếp từ phần mềm xếp FCS số chi tiết hàng, số hàng, tổng số chi tiết khổ vật liệu - Mô hình thí nghiệm hoạt động thể chức máy điều khiển số Qua trình nghiên cứu đề tài thực mô hình thí nghiệm, số liệu minh chứng Đề tài triển khai thực vào thực tế sản xuất giày dép Việt Nam, nhằm nâng cao suất, tăng khả cạnh tranh với nước phát triển giới Hướng phát triển đề tài: - Hoàn thiện kết cấu máy - Xác định tiện ích cho việc xây dựng phần mềm CAD/CAM 78 PHỤ LỤC Các thông số kỹ thuật máy Lực cắt tối đa 25 Kích thước đầu dập 400 x 400 mm Vùng dập cắt 400 x 1600 mm Vùng đầu dập di chuyển - 1550 mm Góc xoay đầu dập 00 - 3600 Bề rộng băng tải mang sản phẩm 250 mm Tốc độ di chuyển theo phương X, Y 966 mm/sec Sai số theo phương X,Y +/- 0.3 mm Sai số Góc xoay dao +/- 0.330 Tốc độ dập 100 -120mm/s Công suất động bơm kW p suất nén khí - 10 bar Tống công suất tiêu thụ 11 kW Kích thước máy (Rộng x Dài x Cao) 2100 x 2100 x 2200 mm Khối lượng 2,5tấn 79 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Công nghệ kim loại,Tập II, Nhà xuất Đại hoc trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1972 [2] Lê Trung Thực, Công Nghệ CNC, Trường đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, 2001 [3] Lý Thiện Phương, Kỹ Thuật Bảo Trì Giám Sát Tình Trạng, Chuyên đề, Trường ĐH Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh 01/2002 [4] Nguyễn Đức Thành, Đo lường điều khiển máy tính, nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM [5] Ngô Diên Tập, Lập trình Ghép Nối Máy Tính Windows, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002 [6] Nguyển Hải, Phân Tích Dao Động Máy, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2002 [7] Nguyễn Hữu Lộc – Nguyễn Thanh Trung, Hướng dẫn lập trình Autolisp, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2001 [8] Nguyễn Ngọc Cẩn, Kỹ thuật điều khiển tự động Tập 1&2, Trường đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, 1995 [9] Đoàn Thị Minh Trinh – Nguyễn Ngọc Tâm, Công nghệ lập trình gia công điều khiển số, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2002 [10] Phạm Văn Nghệ – Đỗ Văn Phú, Máy búa máy ép thủy lực, Nhà xuất Giáo Dục, 2001 [11] Trần Hữu Quế- Nguyễn Văn Tuấn, Bài Tập Vẽ Kỹ Thuật Cơ Khí tập 2, Nhà xuất Giáo Dục, 2002 [12] Trần Hữu Quế, Vẽ Kỹ Thuật Cơ Khí Tập 1,2, Nhà xuất Giáo Dục, 2000 [13] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí Tập 1&2, Nhà xuất Giáo dục, 2000 81 [14] Trung Tâm Bảo Dưỡng Công Nghiệp, Thủy Lực Đại Cương [15] Lê Hoài Quốc-Chung Tấn Lâm , Bộ Điều Khiển Khả Lập Trình PLC, nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh 2003 [16] www.apmcrop.com (Cty chế tạo máy cho ngành giày Mỹ) [17] www.dorey.com [18] www.mfgup.com (cty chế tạo máy cho ngành giày Pháp) [19] www.relcoinc.com (Cty chế tạo máy cho ngành giày Ý) [20] www.sysco.com [21] www.torielli.com (Cty chế tạo máy cho ngành giày Ý) [22] www.gotcsin.com/parmelsystem.html (Phần mềm CAD/CAM) [23] www.chenfeng.com.tw (Cty chế tạo máy cho ngành giày Pháp) (Cty chế tạo máy cho ngành giày Đài Loan) (Cty chế tạo máy cho ngành giày Đài Loan) [24] www.hudsonmachinery.com(Cty chế tạo máy cho ngành giày Đài Loan) [25] www.crispin.com (Phần mềm CAD/CAM) [26] www.texon.com (Phần mềm CAD/CAM) [27] www.usmc.co.kr (Phần mềm CAD/CAM) [28] www.usmgroup.com (Phần mềm CAD/CAM) [29] www.delcam.com (Phần mềm CAD/CAM) [30] www.rhino3d.com (Phần mềm CAD/CAM nội suy mặt cong tham số) [31] www.mastercam.com (Phần meàm CAD/CAM) ... loại máy dập cắt điều khiển số 1.2.3.1 Tình hình sử dụng máy dập cắt điều khiển số giới Hiện giới người ta nghiên cứu áp dụng công nghệ điều khiển số vào máy dập cắt chi tiết giày dép Một số hãng... kế máy dập cắt - Nghiên cứu yêu cầu điều khiển thiết kế hệ thống điều khiển cho máy - Xây dựng mô hình thử nghiệm máy điều khiển số dập cắt chi tiết giày dép 13 Chương 2: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ... Van điều khiển Ép chi tiết Hình 3.9: Sơ đồ khối hệ thống máy dập cắt điều khiển số Khởi đầu cấu trúc hệ thống điều khiển số xác định số liệu hình dáng số liệu công nghệ chi tiết gia công, hai số