Thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển vị trí động cơ DC dùng cho cơ cấu vit me đai ốc

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Nhơm định hình 30x30 Hình 4.2 Ke góc Hình 4.3 Đai ốc lục giác tán trượt Hình 4.4 Gá bắt đai ốc vit me Hình 4.5 Đai ốc trục vít T8 Hình 4.6 Thanh vit me Hình 4.7 Gối đỡ vit me Kp Hình 4.8 Khớp nối trục mềm Hình 4.9 Bản lắp ghép vit me đai ốc lăn Hình 4.10 Con lăn trượt kín SCS10UU Hình 4.11 Thanh trượt trịn Hình 4.12 Gối đỡ ray trượt trịn Hình 4.13 Lắp ghép trượt trịn Hình 4.14 Tấm Mica Hình 5.1 Phần mềm Autodesk Inventor Professional 2020 Hình 5.4 Mơ hình trục vit me đai ốc Hình 5.6 Đo kích thước bố trí mơ hình vit me đai ốc Hình 5.7 Bản vẽ chi tiết mơ hình vit me đai ốc Hình 5.8 Tấm gá Hình 5.9 Tấm gá Hình 5.10 Tấm gá Hình 5.11 Tấm gá Hình 5.12 Gối đỡ trục Hình 5.13 Gối đỡ trục vit me Hình 5.14 Gá bắt đai ốc vít me Hình 5.15 Tấm kê encoder Hình 5.16 Tấm ke động DC LỜI NÓI ĐẦU Ngày tất nhà máy xí nghiệp cơng nghiệp trang bị hệ thống tự động hoá mức cao Các hệ thống nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao suất lao động , giảm chi phí sản xuất, giải phóng người lao động khỏi vị trí độc hại… Các hệ thống tự động hoá giúp theo dõi, giám sát quy trình cơng nghệ thơng qua số hệ thống đo lường kiểm tra Các hệ thống tự động hoá thực chức điều chỉnh thơng số cơng nghệ nói riêng điều khiển tồn quy trình cơng nghệ tồn xí nghiệp nói chung Hệ thống tự động hố đảm bảo cho quy trình cơng nghệ xảy điều kiện cần thiết đảm bảo nhịp độ sản xuất mong muốn cơng đoạn quy trình cơng nghệ Chất lượng sản phẩm suất lao động phân xưởng, nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc lớn vào chất lượng làm việc hệ thống tự động hoá Tuy nhiên để vận hành hệ thống tự động hóa hay bất ký hệ thống sản xuất khác hệ thống phải có hệ thống điều khiển Với nhu cầu em giao đề tài “Thiết kế chế tạo mơ hình điều khiển vị trí động DC dùng cho cấu vit me - đai ốc” Để hoàn thành đề tài em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Trần Xuân Tiến toàn thể thầy cô giáo bạn trường Đại Học SPKT Hưng Yên giúp đỡ hướng dẫn em tận tình để hồn thành đề tài Sinh viên thực Hoàng Văn Tùng CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trong thời kì hội nhập cơng nghiệp hóa – đại hóa máy móc thiết bị ngày đại phức tạp giải phóng sức lao động người Hiện nay, ngành kỹ thuật ứng dụng vào máy móc thiết bị ngày nâng cao phát triển Điển hình số kể đến máy gia cơng khí cnc Cơ cấu vitme đai ốc phận quan trọng, đóng vai trị khơng thể thiếu loại máy gia công CNC Cơ cấu vitme đai ốc hệ thống truyền động, gia cơng với độ xác cao nhằm tạo khả biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến theo chế vít, bu lơng với ưu điểm bật, đem lại hiệu ứng dụng cao Những ưu điểm mở phạm vi ứng dụng rộng rãi cho cấu vitme đai ốc ngành khí chế tạo máy, loại thiết bị máy móc cần có truyền động thẳng xác Cơ cấu vitme đai ốc có độ xác cao cần hệ thống điều khiển phải đảm bảo tính ổn định, độ xác, chuyển đổi nhịp nhàng cấu chấp hành Thấy tầm quan trọng hệ thống điều khiển xu hướng phát triển ngành khí xác Em chọn đề tài: “Thiết kế chế tạo mơ hình điều khiển vị trí động DC dùng cho cấu vit me - đai ốc” Quá trình học tập lớp rèn luyện trình thực tập xưởng, em học kiến thức khí, điều khiển điện, lập trình, giám sát, vốn kiến thức - hiểu biết định Để nâng cao lực kỹ thuật hệ thống điều khiển giám sát cấu khí việc nghiên cứu đề tài có tính cấp thiết cho nhu cầu thân phục vụ cho công việc sau trường công tác thực tế công ty, nhà máy 1.2 Giới thiệu đề tài Động chuyển động quay ta chuyển thành chuyển động tịnh tiến nhờ cấu vit-me đai ốc Khi vit-me quay đai ốc chuyển động tịnh tiến dọc theo trục vit-me.Trên sở ta điều khiển vị trí đai ốc thơng qua điều khiển góc quay động Việc điều khiển vị trí quan trong gia cơng khí cắt gọt công nghiệp.Ứng dụng việc điều khiển trục máy CN, CNC, máy in, định vị lỗ khoan, truyền động cho bang tải… 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Tìm hiểu cấu vit me – đai ốc - Lựa chọn linh kiện dùng cho cấu vit me đai ốc - Thiết kế mơ hình trục vit me – đai ốc mềm Inventor - Bản vẽ lắp chi tiết linh kiện mơ hình đề 1.4 Giới hạn đề tài - Thiết kế gàng đảm bảo chất lượng mơ hình - Bản cứng phải đảm bảo an toàn chắn vận hành - Kích thước thiết kế phải tương đối - Xử lý bảo quản tốt mơ hình CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu trục vít me đai ốc 2.1.1 Nguyên tắc hoạt động Trục vít me đai ốc lăn thiết bị truyền động khí tương tự vít me đai ốc bi sử dụng lăn yếu tố chuyển tải đai ốc vít thay cho viên bi Các lăn ren thường rãnh phụ thuộc vào loại vít lăn Cung cấp điểm chịu lực nhiều vít me bi khối lượng định, ốc vít lăn nhỏ gọn cho tải trọng định cung cấp hiệu tương tự (75% - 90%) với tốc độ vừa phải, trì hiệu tương đối cao tốc độ cao Vít lăn có ưu điểm ốc vít me bi tiêu chí: khả chịu tải động, độ cứng, tốc độ, gia tốc, tuổi thọ Ba yếu tố vít lăn điển hình hành tinh trục vít, đai ốc lăn hành tinh Các lăn thường quay xung quanh ốc vít họ quay tương tự hành tinh, gọi hành tinh, vệ tinh, lăn Đối với đường kính vít số lượng lăn tương ứng với công suất cao tải trọng tĩnh, không thiết phải đến khả chịu tải cao động Bộ dẫn động trục vít lăn dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, phát minh Illininois Tool Works , Hoa Kỳ Bộ dẫn động trục vít lăn bao gồm: trục vít me nhiều đầu mối với biên dạng lăn hành tinh có rãnh, ăn khớp với trục vít Trục vít lăn thiết bị khí xác để chuyển đổi chuyển động quay chuyển động tuyến tính, ngược lại Do tính phức tạp vít lăn thiết bị truyền động tương đối đắt tiền, phù hợp với độ xác cao, tốc độ cao, tải nặng, tuổi thọ cao Đây sản phẩm tương lai, ứng dụng ngành như: Hàng khơng vũ trụ, máy công cụ, thiết bị đo lường, thiết bị truyền động, vũ khí, ép nhựa… Carl Bruno Strandgren phát triển hiệu số hình thức trục vít lăn trao sáng chế Mỹ cho “Cơ chế trục vít-Threaded” vào năm 1954 William J Roantree nhận sáng chế Hoa Kỳ “Khác biệt lăn” vào năm 1968 2.1.2 Các ưu điểm trục vít lăn ren Trục vít lăn chế để chuyển đổi mô-men xoắn quay thành chuyển động tuyến tính, cách tương tự đai ốc vít me vít me đai ốc bi Tuy nhiên, khơng giống đai ốc vít me đai ốc bi, ốc vít lăn có khả mang vật nặng cho hàng ngàn điều kiện khó khăn Điều làm cho ốc vít lăn lựa chọn lý tưởng cho yêu cầu, nhiệm vụ môi trường liên tục Với số đặc điểm bật sau, trục vít lăn ren ứng dụng rông rãi tương lai không xa - Hiệu suất cao Độ tin cậy, độ an toàn cao Độ xác vị trí cao, làm việc ổn định Tuổi thọ làm việc lâu dài, gây tiếng ồn Có thể dùng cho ren trái ren phải 2.1.3 Phạm vi ứng dụng trục vít lăn ren Vít lăn hành tinh sử dụng ứng dụng quan trọng nhất, đòi hỏi khắt khe xác yêu cầu chuyển động tuyến tính Vít lăn cung cấp thay hoàn hảo cho hệ thống thuỷ lực tải trọng khả chu kỳ Ví dụ ngành cơng nghiệp ứng dụng khác dùng cho vít lăn hành tinh: máy công cụ (máy ép, máy chuốt, mài, cắt), quân (vũ khí định vị, cửa kiểm sốt, xử lý pháo binh…) Vít lăn hành tinh sử dụng phổ biến thiết bị truyền động chế thiết bị truyền động điện tuyến tính Do tính phức tạp nên vít lăn thiết bị truyền động tương đối đắt tiền, phù hợp với độ xác cao, tốc độ cao, tải nặng, tuổi thọ cao sử dụng ứng dụng nặng Hình 2.1 Phạm vi ứng dụng trục vit lăn ren 2.1.4 Tìm hiểu vít-me đai ốc bi a Khái niệm : Cơ cấu vít-me đai ốc dùng chuyển đổi chuyển động quay động thành chuyển động tịnh tiến đai ốc Khi động quay đai ốc chuyển động tịnh tiến dọc theo trục vít-me Vit-me đai ốc thường bao gồm trục tiện ren lắp với ống tiện ren cho ren phải dạng bước ren với Hình bên minh họa ăn khớp trục vít đai ốc.Cơ cấu cấu bulong đai ốc.Khi bulong di chuyển đai ốc chuyển động tịnh tiến Tiếp xúc bulong đai ốc tiếp xúc mặt nên đai ốc di chuyển tương đối khó masat lớn Hình 2.2 Vit me đai ốc thường b Vít-me đai ốc bi : - Để khắc phục tượng ta tiện rãnh trục vít-me có hình trịn thay hình thang tam giác rãnh đặt vào viên bi sắt Mối ghép vít me bi đai ốc đường lắp đầy viên bi thép Khi trục vít xoay, viên bi cuộn trịn mối ren trục vít đai ốc Hình 2.3 Ngun lý vit me bi - Điều nhằm giảm ma sát chúng Bởi viên bi cuối sẻ rơi ngồi, nên đai óc có đường ống dẫn để vét viên bi khỏi rãnh - trục vít đưa chúng trở lại phần đầu đường bi phía cuối đai ốc Lực đẩy đai óc khơng nặng nề nhờ viên bi cuộn tròn, trượt Hầu hết chúng cần tí chổ trống để dầu vào, giả có cố kẹt bi rãnh c Khả làm viêc : - Do thay chuyển động trượt thành chuyển động quay tròn viên bi nên masat giảm đáng kể chuyển động trục vít-me đai ốc - nhẹ nhàng Cũng masat nên trục vít-me bi có tuổi thọ cao vít-me thường đồng thời việc truyền động trở nên xác khử độ rơ vít-me đai ốc 10 Thanh trượt tròn dòng dẫn hướng tiêu chuẩn với thiết kế trịn, bên ngồi mạ lớp chrome giúp chuyển động trơn trượt nhẹ nhàng hơn, giảm tiếng ồn Để liên kết ray trượt với chi tiết máy, bạn cần dùng thêm số sản phẩm khác b Thông số lựa chọn - Đường kính trục : 10 mm - Chiều dài: 450 mm - Vật liệu: Inox 304 c Ưu điểm trượt tròn - Chịu lực tốt - Chuyển động trơn trượt, êm - Ma sát thấp - Giá thành rẻ - Dễ thiết kế, lắp đặt 4.3.8 Gối dỡ ray trượt trịn Hình 4.12 Gối đỡ ray trượt tròn - Gối đỡ trượt tròn 20mm dùng đỡ đầu cho trượt tròn máy CNC, máy in… - Có thể gắn vịng bi có đường kính ngồi 20mm để sử dụng trục xoay - Chiều cao: 30mm - Chiều ngang thân: 20mm - Chiều dài chân đế: 40mm 36 - Chiều rộng: 20mm - Đường kính lỗ bắt ốc chân đế: 6mm - Đường kính lỗ trục: 10mm - Cân nặng: 82g Hình 4.13 Lắp ghép trượt trịn 4.3.9 Tấm Mica Hình 4.14 Tấm Mica Tấm Mica màu trắng xuyên đèn hay gọi mica trắng sữa sản xuất thương hiệu Mica FS (Fusheng) Đài Loan Với việc sở hữu nhiều đặc tính bật loại nhựa mica cao cấp độ dẻo dai, linh hoạt cao, dễ dàng gia cơng chế tác, Vì với màu suốt sản phẩm ưa chuộng sử dụng cho nhiều ứng dụng khác Bảng 4.3 Lựa chọn linh kiện khí Hình ảnh Mơ tả 37 Số lượng Chất liệu: Nhơm Độ xác: g6 Độ cong: Dưới 5μM/100mm Đường kính trục : 10 mm Chiều dài: 450 mm Vật liệu: Inox 304 Đường kính lỗ bắt ốc chân đế: 6mm Đường kính lỗ trục: 10mm Vật liệu : Nhôm -Tấm mica trắng sữa -Loại nhựa mica cao cấp độ dẻo dai -Linh hoạt cao -Dễ dàng gia công chế tác CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MƠ HÌNH 5.1 Phần mềm thiết kế mơ hình Autodesk Inventor Professional 2020 5.1.1 Giới thiệu phần mềm Autodesk Inventor phần mềm xây dựng mơ hình 3D, thiết kế, hình mẫu kiểm tra ý tưởng sản phầm Inventor tạo nguyên mẫu mô chuẩn xác khối lượng, áp lực, độ ma sát, tải trọng, … đối tượng sản phẩm môi trường 3D Các công cụ mô phỏng, phân tích tích hợp Inventor cho phép người dùng thiết kế từ khuôn đúc đến nâng cao thiết kế chi tiết máy, trực quan 38 hóa sản phẩm Inventor cịn tích hợp CAD công cụ giao tiếp thiết kế nhằm nâng cao suất làm việc CAD giảm thiếu phát sinh lỗi, tiết kiệm thời gian Hình 5.1 Phần mềm Autodesk Inventor Professional 2020 5.1.2 Lợi ích sử dụng Inventor Inventor cấp môi trường thiết kế phím tắt tương tự với AutoCAD, hỗ trợ tập tin DWG, cho phép người dùng chuyển từ vẽ 2D hành sang xây dựng mơ hình 3D Inventor sử dụng phổ biến tạo nguyên mẫu kỹ thuật số, mẫu tạo từ vẽ 2D AutoCAD tích hợp liệu 3D, hình thành nên sản phẩm ảo Bằng cách này, kỹ sư thiết kế, mơ sản phẩm mà khơng phải tạo mẫu vật lý Người dùng sử dụng công cụ thiết kế 3D khí Inventor để nghiên cứu đánh giá mơ hình thuận tiện hiệu AutoDesk Inventor cịn đưa cơng cụ tính khác nhằm nâng cao suất làm việc như: Integrated Data Management, Design Automation, Automatic Drawing Updates and Views, Automatic Bill of Materials, … 5.1.3 Ứng dụng Inventor Autodesk Inventor sử dụng để rút ngắn khoảng cách thiết kế, kỹ thuật sản xuất Ví dụ: ngành sản xuất xe đạp leo núi sử dụng Inventor tạo mẫu kỹ thuật số thành phẩm để tối ưu tác động phận lắp ráp, đảm bảo xác dung sai khoảng hở Trong sản xuất thuyền buồm, Inventor sử dụng 39 để xây dựng mơ hình tạo mẫu đột phá, chạy thử nghiệm áp lực nhằm xác định phận cần cắt giảm khối lượng cải thiện hiệu suất Một ứng dụng khác Inventor công nghiệp khai khống, nhằm thực phân tích ứng suất, mơ chuyển động máy tìm va chạm ý muốn lỗi phát sinh Inventor giúp cắt giảm chi phí sản xuất việc tạo nguyên mẫu thử nghiệm ảo, hạn chế lỗi lao động thủ công, tăng chu kỳ sản xuất đưa sản phẩm đến thị trường nhanh Một số ứng dụng bản: - Xây dựng dễ dàng chi tiết, mơ hình 3D - Xuất vẽ nhanh chóng, chuẩn xác - Thiết kế chi tiết, kim loại - Tính tốn thiết kế chi tiết máy - Xây dựng hệ thống đường ống - Phân tích ứng suất, tối ưu hóa sản phẩm - Thiết kế sản phẩm nhựa làm khuôn - Thiết kế khung, dàn 5.2 Mơ hình trục vit me đai ốc Tổng quan mơ hình vit me đai ốc: 40 Hình 5.2 Mơ hình trục vit me đai ốc Bảng 5.1 liệt kê chi tiết mơ hình : Nhơm định hình 30x30 Thanh trục trượt Động DC Encoder Tấm gá động motor 10 Thanh trục vit me Gối đỡ ổ bi trục vit me 11 Mặt chuyển động Gối trục trượt 12 Khớp nối trục Con trượt tròn 13 Gá bắt đai ốc vit me phía Tấm trượt 14 Gá bắt đai ốc vit me phía sau 41 5.4 Bản vẽ kỹ thuật Hình 5.3 Đo kích thước bố trí mơ hình vit me đai ốc 42 Hình 5.4 Bản vẽ chi tiết mơ hình vit me đai ốc Hình 5.5 Tấm gá 43 Hình 5.7 Tấm gá Hình 5.6 Tấm gá 5.8 Tấm gá trục HìnhHình 5.9 Gối đỡ44thanh Hình 5.11 5.10Gá Gốibắt đỡđai trụcốcvitvítme Hình me Hình 5.12 Tấm45 kê encoder CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN CHUNG 6.1 Kết đạt Em hoàn thành đồ tốt nghiệp: “Thiết kế chế tạo mơ hình điều khiển vị trí động DC dùng cho cấu vit me - đai ốc”, em hoàn thành nội dung sau : - Đã chế tạo lắp ráp hoàn chỉnh phần khí chế tạo mơ hình điều khiển vị trí động DC dùng cho cấu vit me - đai ốc Hình 5.13 Tấm ke động DC - Kết cấu gọn nhẹ phù hợp với mơ hình thí nghiệm 46 - Phân tích đặc điểm cấu tạo nguyên lý hoạt động trục vít me đai ốc - Làm rõ kết cấu khí mơ hình - Thiết kế mơ hình trực quan - Sử dụng phần mềm INVENTOR để vẽ mơ hình 3D vẽ lắp chi tiết - Hệ thống thực nhiệm vụ để tài, tận dụng tối đa thiết bị sẵn có - Nâng cao kỹ thực hành, áp dụng lý thuyết vào thực tế 6.2 Kết chưa đạt - Do kiến thức, kinh nghiệm cịn hạn chế thời gian có hạn nên đồ án chúng em số vấn đề chưa giải triệt để: - Các thiết bị khí chưa đạt độ xác - Việc thay thiết bị, sửa chữa gặp nhiều khó khăn - Hệ thống chưa sát với thực tế - Vẫn chưa đáp ứng theo tiêu chuẩn chung, hệ thống khung khí chưa đáp ứng yêu cầu thẩm mĩ cao - Còn nhiều vấn đề lập trình thơng số kĩ thuật thiết bị chưa bắt hết 47 Hình 6.1 Mơ hình hồn thiện 6.3 Hướng phát triển - Từ đề tài em thầy giao cho qua trình làm việc học em nhận thấy đề tài phát triển ứng dụng thực tế tốt Một số hướng phát triển đề tài - Thiết kể thiết hệ thông điều khiển đồng chuyển động trục máy CNC máy in 3D 6.4 Kết luận Sau thời gian tìm tịi, nghiên cứu lựa chọn hướng dẫn tận tình thầy giáo Đến đề tài em hồn thành Trong suốt q trình phân tích, tìm hiểu, tính tốn làm đề tài tốt nghiệp em rút số kinh nghiệm kiến thức thực tế Nó móng cho việc vận dụng vào công việc sau này, giúp em hiểu biết thêm mơn chuyên ngành, cách tra cứu sách có hiệu quả… để phục vụ tốt cho công việc em sau 48 Trong trình thực đề tài cố gắng tìm tịi học hỏi thầy, cô giáo bạn bè trao đổi kỹ năng, hiểu biết hạn chế, đồng thời cịn thiếu kinh nghiệm nên đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo bạn bè đặc biệt thầy giáo TS Trần Xuân Tiến giúp đỡ em hoàn thành đề tài Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO: www.dientuvietnam.com https://vietmachine.com.vn/ http://www.luanvan.co/ https://tailieu.vn/ Nguyễn Trọng Hiệp, Chi Tiết Máy, Nhà xuất Giáo Dục(tái lần thứ 6), 2003 50 ... ? ?Thiết kế chế tạo mơ hình điều khiển vị trí động DC dùng cho cấu vit me - đai ốc? ??, em hoàn thành nội dung sau : - Đã chế tạo lắp ráp hồn chỉnh phần khí chế tạo mơ hình điều khiển vị trí động DC. .. kiện thiết kế cho vit me đai ốc 4.3.1 Giá bắt đai ốc vít me 29 55 Hình 4.4 Gá bắt đai ốc vit me - Giá Bắt Đai Ốc Vít Me T8 Có sẵn lỗ ren ứng với lỗ đai ốc vít me - Được dùng bắt gá đai ốc trục... DC dùng cho cấu vit me - đai ốc Hình 5.13 Tấm ke động DC - Kết cấu gọn nhẹ phù hợp với mơ hình thí nghiệm 46 - Phân tích đặc điểm cấu tạo nguyên lý hoạt động trục vít me đai ốc - Làm rõ kết cấu