Chế tạo thành công máy đưa vào thử nghiệm sản xuất được sản phẩm như mong muốn Từ đó phát triển và tối ưu hóa các thiết kế để đưa vào sản suất thực tế đưa vào sử dùng trong hộ gia đình Tìm hiểu và kết hợp với các loại máy khác để tạo ra được các sản phẩm đa dạng và thực tế hơn nữa
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY UỐN MĨC ÁO TỰ ĐỘNG Người hướng dẫn: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY Sinh viên thực hiện: LÊ BÁ BÌNH NGUYỄN MẠNH HẬU Số thẻ sinh viên : 101120278 101120290 Lớp: 12CDT1 Đà Nẵng, 2017 Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động MỞ ĐẦU Mục đích thực đề tài Sử dụng tất kiến thức biết, học trường kiến thức thân tự tích lũy được, áp dụng vào thực tế thực chế tạo sản phẩm đồ án tốt nghiệp Hơn nữa, nhóm muốn thực sản phẩm thực tế với đời sống xã hội, sản phẩm có ích, phục vụ cho đời sống c on người Nhóm định “Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động” Mục tiêu đề tài Chế tạo thành công máy, đưa vào thử nghiệm, sản xuất sản phẩm mong muốn Từ đó, phát triển tối ưu hóa thiết kế để đưa vào sản suất thực tế, đưa vào sử dùng hộ gia đình Tìm hiểu kết hợp với loại máy khác để tạo sản phẩm đa dạng thực tế Phạm vi đối tượng nghiên cứu − Phạm vi: kiến thức từ thực tế, sách internet − Đối tượng nghiên cứu: + + + + Các sản phẩm tương tự thực tế Phần mềm lập trình điều khiển Các chi tiết khí Phương pháp tính tốn chế tạo chi tiết Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động sản phẩm tương tự thiết kế Sau đó, tham khảo ưu điểm, cải tiến nhược điểm sản phẩm để áp dụng chế tạo sản phẩm tối ưu Cấu trúc đồ án tốt nghiệm Đồ án tốt nghiệp gộp phần: − Mơ hình máy uốn móc áo tự động − Các vẽ thiết kế − Thuyết minh tính tốn Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Tùy Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử hình thành máy uốn Từ xưa người biết sử dụng vật thể tròn xoay đá gỗ để nghiền bột làm bánh, nghiền mía làm đường, ép loại dầu lạc, hướng dương Những yật thể tròn xoay dần thay nhôm, thép, đồng thau từ việc cán tay thay trục cán để dễ dàng tháo lắp máy có gá trục cán, từ máy cán đời, qua thời gian phát triển ngày hồn thiện dần ví dụ ban đầu trục cán dẫn động sức người, sản xuất địi hỏi xuất cao máy ngày to người khơng thể dẫn động trục cán ta lại dẫn động sức trâu, bị, ngựa Vì ngày người ta dùng công xuất động mã lực (sức ngựa) Năm 1771 máy nước đời lúc máy cán nói chung chuyển sang dùng động nước Năm 1864 máy cán trục đời sản phẩm cán, uốn phong phú hon trước có thép tấm, thép hình, đồng tấm, đồng dây Do kỹ thuật ngày phát triển, nhu cầu vật liệu thép phục vụ cho cơng nghiệp đóng tàu, chế tạo xe lửa, ngành công nghiệp nhẹ mà máy cán trục đời vào năm 1870 Sau máy cán trục, 12 trục, 20 trục dựa nguyên lý máy cán máy uốn đời loại máy có máy uốn ống Từ điện đời máy cán dẫn động động điện, đến có máy cán có cơng suất động điện lên đến 7800 (KW) Hình 1.1: Sản phẩm máy uốn Trên thị trường có nhiều loại máy làm móc áo với nhiều chủng loại, kích thước, cấu hoạt động khác nhau, có máy hoạt động theo có cấu Cam, có máy hoạt động theo dây chuyền, có máy hoạt động uốn cấu khí nén, thủy lực, Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Tùy Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động Hình 1.2: Máy uốn móc áo quần có thị trường 1.2 Nhu cầu sử dụng sản phẩm uốn 1.2.1 Đặt vấn đề Trong sống sản phẩm nhơm uốn ứng dụng rộng rãi sinh hoạt lẫn công nghiệp đặc biệt cơng nghiệp sản phẩm ống uốn giữ vai trị quan trọng dùng làm để dẫn nhiên liệu khí lẫn lỏng, có đường ống dẫn nhiên liệu xuyên quốc gia Trong sinh hoạt sản phẩm ống uốn ứng dụng rộng rãi ví dụ làm lan can, bàn ghế, dùng làm đường ống dẫn nước phục vụ sinh hoạt.còn dời sống ngày móc áo nhơm thứ mà ta thường thấy cùa sãn phẩm nhôm uốn 1.2.2 Giới thiệu sản phẩm móc áo quần Hiện móc áo sản phẩm thơng dụng cần thiết đời sống sinh ho ạt người, xuất gia đình, quốc gia Móc áo sử dụng để giữ áo quần vật dụng có dạng mỏng để phơi sau làm nước Móc áo nhiều loại với hình dáng, kích thước, vật liệu, cơng dụng khác nhau, vật liệu ta có móc gỗ, móc nhựa, móc kẽm, móc thép, móc inox, Hình 1.3: Móc áo quần phổ biến thị trường Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Tùy Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động 1.3 Cơ sở lý thuyết trình biến dạng kim loại 1.3.1 Lý thuyết trình biến dạng dẻo kim loại Như biết tác dụng ngoại lực, kim loại biến dạng theo giai đoạn: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo biến dạng phá hủy Tùy theo cấu trúc tinh loại giai đoạn xảy với mức độ khác nhau: khảo sát chế biến dạng đơn tinh thể kim loại sở nghiên cứu biến dạng dẻo kim loại hợp kim Trong đơn tinh thể kim loại, nguyên tử xếp theo trật tự xác định, nguyên tử ln dao động xung quanh vị trí cân P P a) b) P P c) d) Hình 1.4: Sơ đồ biến dạng đơn tinh thể − Biến dạng đàn hồi: tác dụng ngoại lực, mạng tinh thể bị biến dạng Khi ứng suất sinh kim loại chưa vượt giới hạn đàn hồi nguyên tử kim loại dịch chuyển không vượt thông số mạng (b), tác dụng lực, mạng tinh thể trở trạng thái ban đầu − Biến dạng dẻo: ứng suất sinh kim loại vượt giới hạn đàn hồi, kim loại bị biếng dạng dẻo trượt song tinh Theo hình thức trượt, phần đơn tinh thể dịch chuyển song song với phần lại theo mặt phẳng định, mặt phẳng gọi mặt trượt (c) Trên mặt trượt, nguyên tử kim loại dịch chuyển tương khoảng số nguyên lần thông số mạng, sau dịch chuyển nguyên tử kim loại vị trí cân mới, sau tác dụng lực kim loại không trở trạng thái ban đầu Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xn Tùy Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động Theo hình thức song tinh, phần tinh thể vừa trượt vừa quay đến vị trí đối xứng với phần cịn lại qua mặt phẳng gọi mặt song tinh (d) Các nguyên tử kim loại mặt di chuyển khoảng tỉ lệ với khoảng cách đến mặt song tinh Các nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy trượt hình thức chủ yếu gây biến dạng dẻo kim loại, mặt trượt mặt phẳng có mật độ nguyên tử cao Biến dạng dẻo song tinh gây bé, có song tinh trượt xảy thuận lợi Biến dạng dẻo đa tinh thể: kim loại hợp kim tập hơp nhiều đơn tinh thể (hạt tinh thể ), cấu trúc chung chúng gọi cấu trúc đa tinh thể Trong đa tinh thể biến dạng dẻo có dạng : biến dạng nội hạt biến dạng vùng tinh giới hạt Sự biến dạng nội hạt trượt song tinh Đầu tiên trượt xảy hạt có mặt trượt tạo với hướng ứng suất góc xấp xỉ 45°, sau đến hạt khác Như biến dạng dẻo kim loại đa tinh thể xảy không đồng thời không đồng Dưới tác dụng ngoại lực, biên giới hạt tinh thể bị biến dạng, hạt trượt quay tương Do trượt quay hạt, hạt lại xuất mặt trượt thuận lợi giúp cho biến dạng kim loại tiếp tục phát triển 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo biến dạng kim loại a) Ảnh hưởng củathành phần tổ chức kim loại Các kim loại khác có kiểu mạng tinh thể lực liên kết nguyên tử khác chẳng hạn đồng, nhôm dẻo sắt Đối với hợp kim, kiểu mạng thường phức tạp, xô lệch mạng lớn, số nguyên tố tạo hạt cứng tổ chức cản trở biến dạng tính dẻo giảm Thơng thường kim loại hợp kim có cấu trúc nhiều pha tạp chất thường tập trung biên giới hạt làm tăng xô lệch mạng làm giảm tính dẻo kim loại b) Ảnh hưởng nhiệt độ Tính dẻo kim loại phụ thuộc lớn vào nhiệt độ, hầu hết kim loại tăng nhiệt độ tính dẻo tăng Khi nhiệt độ tăng dao động nhiệt nguyên tử tăng, đồng thời xô lệch mạng giảm, khả khuếch tán nguyên tử tang làm cho tổ chức đồng hon Một số kim loại hợp kim nhiệt độ thường tồn pha dẻo, nhiệt độ cao chuyển biến hình thành pha có độ dẻo cao Khi nung thép từ 20 100°c độ dẻo tăng chậm từ 100-^400°c độ dẻo giảm nhanh, độ giòn tang (đối với thép hợp kim độ dẻo giảm đến 6000/240VAC Mỗi đơn vị I/O có địa chỉ, hiển thị trạng thái kênh I/O cung cấp bỡi đèn LED PLC, điều làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng đơn giản Bộ xử lý đọc xác định trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực việc đóng hay ngắt mạch đầu 3.3.3 Các hoạt động xử lý PLC a) Xử lý chương trình Khi chương trình nạp vào nhớ PLC, lệnh vùng địa riêng lẻ nhớ PLC có đếm địa bên vi xử lý, chương trình bên nhớ vi xử lý thực cách lệnh một, từ đầu cuối chương trình Mỗi lần thực chương trình từ đầu đến cuối gọi chu Thời gian thực chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý PLC độ lớn chương trình Một chu bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau: − Đọc trạng thái tất đầu vào: PLC thực lưu trạng thái vật lý ngõ vào Phần chương trình phục vụ cơng việc có sẵn PLC gọi hệ điều hành − Thực chương trình: xử lý đọc xử lý lệnh chương trình Trong ghi đọc xử lý lệnh, vi xử lý đọc tín hiệu đầu vào, thực phép toán logic kết sau xác định trạng thái đầu − Xử lý yêu cầu truyền thông: suốt thời gian CPU xử lý thơng tin chu trình quét PLC xử lý tất thông tin nhận từ cổng truyền thông hay module mở rộng − Thực tự kiểm tra: chu kỳ quét, PLC kiểm tra hoạt động CPU trạng thái modul mở rộng − Xuất tín hiệu ngõ ra: vi xử lý gán trạng thái cho đầu module đầu Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Tùy 46 Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động Hình 3.8: Xử lý chương trình b) Xử lý xuất nhập Gồm hai phương pháp khác dùng cho việc xử lý I/O PLC: − Cập nhật liên tục Trong phương pháp này, CPU phải khoảng thời gian để đọc trạng thái ngõ vào xử lý Khoảng thời gian trên, thường 3ms, nhằm tránh tác động xung nhiễu gay contact ngõ vào Các ngõ kích trực tiếp (nếu có) theo sau tác vụ kiểm tra logic Trạng thái ngõ chốt khối ngõ nên trạng thái chúng trì lần cập nhật − Lưu ảnh trình xuất nhập Hầu hết PLC loại lơn có vài trăm I/O, CPU xử lý lệnh thời điểm Trong suốt trình thực thi, trạng thái ngõ nhập phải xét đến riêng lẻ nhằm dị tìm tác động chương trình Do yêu cầu relay 3ms cho ngõ vào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục, gọi chu kỳ quét hay thời gian quét, trở nên dài tăng theo số ngõ vào Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, ngõ I/O cập nhật tới vùng đặc biệt chương trình Ở đây, vùng RAM đặc biệt dùng đệm lưu trạng thái logic điều khiển đơn vị I/O Từng ngõ vào ngõ cấp phát ô nhớ vùng RAM Trong kưu trạng thái ngõ vào/ra vào RAM CPU quét khối ngõ vào lưu trạng thái chúng vào RAM Quá trình xảy chu kỳ chương trình Khi chương trình thực hiện, trạng thái ngõ vào lưu RAM đọc Các tác vụ thực theo trạng thái kết trạng thái ngõ lưu vào RAM ngõ Sau vào cuối chu kỳ quét, trình cập nhật trạng thái vào/ra chuyển tất tín hiệu ngõ từ RAM vào khối ngõ tương ứng, kích ngõ khối vào Khối ngõ chốt nên chúng trì trạng thái chúng cập nhật chu kỳ quét Tác vụ cập nhật trạng thái vào/ra tự động thực CPU đoạn chương trình lập trình sẵn nhà sản xuất Như vậy, chương trình Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Tùy 47 Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động thực tự động vào cuối chu kỳ quét hành đầu chu kỳ Do đó, trạng thái ngõ vào/ra cập nhật Lưu ý rằng, chương trình cập nhật trạng thái thực thời điểm xác định chu kỳ quét, trạng thái ngõ vào ngõ không thay đổi chu kỳ quét hành Nếu ngõ vào có trạng thái thay đổi sau thực thi chương trình hệ thống, trạng thái khơng nhận biết trình cập nhật xảy Thời gian cập nhật tất ngõ vào phụ thuộc vào tổng số I/O sử dụng, thường vài ms Thời gian thực thi chương trình (chu kỳ quét) phụ thuộc vào độ lớn chương trình điều khiển Thời giant hi hành lean (một bước) 0,08µs đến 0,1µs tùy loại PLC, nên chương trình có độ lớn 1K bước (1000 bước) có chu kỳ quét 0,8 ms đến 1ms Tuy nhiên, chương trình điều khiển thường 1000 bước, khoảng 500 bước trở lại 3.3.4 Ngơn ngữ lập trình Có loại ngơn ngữ dùng để lập trình cho PLC: − Ngơn ngữ lập trình ST ( Structure text ) STL ( Statement List ) − Ngơn ngữ lập trình IL ( Instruction List ) − Ngơn ngữ lập trình FBD ( Function Block Diagrams ) − Ngơn ngữ lập trình SFC ( Sequence Function Charts ) − Ngơn ngữ lập trình LD ( Ladder Diagram ) ➢ Ngơng ngữ lập trình LD ngôn ngữ sử dụng đồ án 3.3.5 Giới thiệu số PLC hãng MITSUBISHI ELECTRIC Do nhu cầu sử dụng ngày cao PLC công nghiệp nên nhà sản xuất nghiên cứu chế tạo nhiều họ PLC đáp ứng cho nhu cầu nhiều nhiệm vụ điều khiển với dạng qui mô khác Các PLC chế tạo chế tạo dực nhiều đặc trưng nguồn cấp điện, dạng điện áp ngõ vào, dạng ngõ ra, xử lý, ngơn ngữ lập trình, tập lệnh khả xử lý số lệnh, khả xử lý tốc độ cao, khả mở rộng với module vào/ra moul chức chuyên dùng, khả nối mạng MELSEC FX có nhiều loại phiên khác tùy thuộc vào nguồn hay cơng nghệ ngõ Ta lựa chọn nguồn cung cấp 100 – 220 V AC, 24 V DC hay 12 – 24 V DC, ngõ relay transistor Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Tùy 48 Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động Bảng 3.2: Một số PLC hãng MITSUBISHI ELECTRIC Series FX1S FX1N FX2N FX2NC FX3U I/O Loại Số Số ngõ ngõ vào Nguồn Loại ngõ 10 FX1S-10M□-□□ 14 FX1S-14M□-□□ 20 FX1S-20M□-□□ 12 30 FX1S-30M□-□□ 16 14 14 FX1N-14M□-□□ 24 FX1N-24M□-□□ 14 10 40 FX1N-40M□-□□ 24 16 60 FX1N-60M□-□□ 36 24 16 FX2N-16M□-□□ 8 32 FX2N-32M□-□□ 16 16 48 FX2N-48M□-□□ 24 24 64 FX2N-64M□-□□ 32 32 80 FX2N-80M□-□□ 40 40 128 FX2N-128M□-□□ 64 64 16 FX2NC-16M□-□□ 8 32 FX2NC-32M□-□□ 16 16 64 FX2NC-64M□-□□ 32 32 96 FX2NC-96M□-□□ 48 48 16 FX3U-16M□-□□ 8 32 FX3U -32M□-□□ 16 16 24 V DC Transistor 48 FX3U -48M□-□□ 24 24 Hay 64 FX3U -64M□-□□ 32 32 100-240VAC relay 80 FX3U -80M□-□□ 40 40 128 FX3U -128M□-□□ 64 64 24VDC Transistor hay 100-240VAC relay 12-24VDC Transistor hay 100-240VAC relay 24VDC Transistor hay 100-240VAC relay 24 VDC Transistor relay Transistor 100-240 VAC relay ➢ Trong đồ án sử dụng FX3U - 48MT - ES Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Tùy 49 Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động Chương 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Giản đồ trạng thái máy: S0 10 11 12 13 14 15 16 17=1 DCN Xylanh A a1 a0 b1 b0 Xylanh B c1 Xylanh C c0 Xylanh D d1 d0 e1 e0 Xylanh E DCX Xylanh F f1 f0 g1 g0 Xylanh G h1 Xylanh H h0 DCNON A+ B+ B- C+ D+ E- DCXON E+ OFF F+ G+ OFF DCN DCX G- F- A- H+ CD- H- DCNON Hình 4.1: Giản đồ trạng thái Trong đó: − ĐCN: Động nắn thẳng thép − Xylanh A: Xylanh − Xylanh B: Xylanh cắt − Xylanh C: Xylanh uốn − Xylanh D: Xylanh kẹp − Xylanh E: Xylanh mang động xoắn − ĐCX: Động xoắn − Xylanh F: Xylanh khn móc treo − Xylanh G: Xylanh uốn móc treo − Xylanh: H: Xylanh đẩy móc − a0, a1, bo, b 1, công tắc hành trình điện − A+, B+, tín hiệu tác động van điện từ 5/2 (van Solenoid) Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Tùy 50 ... Tùy 66 Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Tùy 67 Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động KẾT LUẬN... Xuân Tùy 64 Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Tùy 65 Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động Sinh... h0 ~ Hình 4.6: Sơ đồ kết nối đầu vào/ra PLC Sinh viên thực hiện: Lê Bá Bình_Nguyễn Mạnh Hậu Hướng dẫn: PGS.TS Trần Xuân Tùy 61 Thiết kế chế tạo mơ hình máy uốn móc áo tự động a) Kết nối đầu vào