ĐÔ án THIẾT kế hệ THỐNG cơ điện tử

Ngày nay, thế giới đang chuyển mình với cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 Công nghiệp 4.0 – Tương lai mọi vật kết nối bằng Internet Internet of Things (IoT) – kỉ nguyên của robot và máy móc thông minh. Để nắm bắt cơ hội và vươn lên mạnh mẽ, trước hết chúng ta cần chuẩn bị một nền tảng đủ vững mạnh, nền tảng ấy chính là cuộc cách mạng 3.0 – nền công nghiệp tự động hóa, nền công nghiệp gắn liền với máy gia công điều khiển số. Ở nước ta, công nghiệp tự dộng hóa đã được hình thành từ khá lâu, nhưng yếu tố chính quyết định đến sản xuất tự động hóa là kỹ thuật điều khiển thì vẫn chưa thực sự được chú trọng và phát triển mạnh mẽ, trong các phân xưởng nhỏ sử dụng chủ yếu vẫn là các máy vạn năng điều khiển bằng tay, chất lượng sản phẩm được đo bởi tay nghề người công nhân. Điều này thực sự chưa đi đúng với sự phát triển chung của thế giới. Một trong những điểm khiến gia công trên máy vạn năng dẫn tới năng suất thấp hơn gia công trên các máy tự động chính là thao tác thay dao, gá dao thủ công bằng tay, công việc này vừa làm tăng thời gian chờ của máy, vừa giảm độ chính xác khi gá đặt dao. Để giải quyết những nhược điểm kể trên, các hệ thống thay dao tự động ra đời và được đưa vào sử dụng trong các hệ thống máy từ máy vạn năng đến các trug tâm gia công. Hệ thống thay dao tự động đã mang lại nhiều ưu điểm ưu việt, có thể kể đến là rút ngắn thời giant hay dao, nâng cao độ chính xác khi gá đặt dao, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm gia công được nâng lên rất nhiều. Qua đo mang lại nhiều lợi nhuận cho người sử dụng nó. Qua đồ án “Thiết kế hệ thống cơ điện tử” này, em đã học được các loại cảm biếncơ cấu chấp hành, nguyên lý hoạt động của hệ thống thay dao tự động cho máy phay đứng CNC một cách cụ thể và sâu sắc. Đồ án này là tiếp nối của đồ án thiết kế cơ khí nên sẽ đi sâu vào phần điều khiển hệ thống máy. Cảm ơn thầy Phạm Đức An đã tận tình chỉ dạy, cho chúng em những kinh nghiệm quý báu để hoàn thành đồ án này. Chúng em xin chúc thầy luôn khoẻ mạnh để đào tạo các lứa sinh viên tiếp theo nên người.

lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An LỜI CẢM ƠN Ngoài hoa phượng nở rực khoảng trời, tiếng ve kêu râm ran, mùa hè lại Mùa chia tay mái trường, mùa lưu luyến, nhung nhớ tuổi học trò…với Bách Khoa mùa thi, mùa tình nguyện mùa học lại Hình mùa hè năm thật lạ, chúng em nghĩ đến hai chữ “sau này” Chúng ta sau này, người ước mơ, người đường, liệu cịn ngồi lại lúc không? Chớp mắt, ngoảnh đầu lại ta qua bốn năm, vừa ngày cô cậu sinh viên năm ngây ngô Bốn năm khoảng thời gian dài Bách Khoa cho chúng em kỉ niệm, nhiệt huyết tuổi trẻ, ước mơ, niềm tin hi vọng Là nơi có thầy yêu thương vỗ về, có bạn bè kề vai sát cánh, nơi bắt đầu thử thách nơi nuôi dưỡng, rèn giũa chúng em ngày trưởng thành Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn trân thành tới thầy cô Viện Cơ khí, Bộ mơn Gia cơng vật liệu dụng cụ công nghiệp trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đặc biệt thầy TS Phạm Đức An Em chúc thầy luôn mạnh khỏe, nhiệt huyết để dạy bảo, dẫn, giúp đỡ hệ sinh viên tiếp theo, nên thợ, nên người Cảm ơn gia đình ln tin tưởng hy vọng, nơi khơng mệt mỏi khó khăn chạm tới, nơi cần trở bình yên, ấm áp nguồn động lực lớn cho chúng Với Bách Khoa khoa vội vã có, luyến tiếc có, người ta nói khơng có nuối tiếc gọi xuân Tuổi trẻ dám làm, dám đương đầu, dám vấp ngã Cảm ơn bạn, người khóc, cười, vượt qua khó khăn, sẵn sàng chia sẻ, yêu thương Thanh xuân có cậu tươi đẹp đến Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực DANH MỤC HÌNH ẢNH SVTH: Nguyễn Thế Cơng Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) |2 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) |3 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An DANH MỤC BẢNG SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) |4 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nội dung viết tắt 10 11 SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) |5 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, giới chuyển với cách mạng công nghiệp lần thứ Công nghiệp 4.0 – Tương lai vật kết nối Internet Internet of Things (IoT) – kỉ nguyên robot máy móc thơng minh Để nắm bắt hội vươn lên mạnh mẽ, trước hết cần chuẩn bị tảng đủ vững mạnh, tảng cách mạng 3.0 – cơng nghiệp tự động hóa, cơng nghiệp gắn liền với máy gia công điều khiển số Ở nước ta, công nghiệp tự dộng hóa hình thành từ lâu, yếu tố định đến sản xuất tự động hóa kỹ thuật điều khiển chưa thực trọng phát triển mạnh mẽ, phân xưởng nhỏ sử dụng chủ yếu máy vạn điều khiển tay, chất lượng sản phẩm đo tay nghề người công nhân Điều thực chưa với phát triển chung giới Một điểm khiến gia công máy vạn dẫn tới suất thấp gia công máy tự động thao tác thay dao, gá dao thủ cơng tay, công việc vừa làm tăng thời gian chờ máy, vừa giảm độ xác gá đặt dao Để giải nhược điểm kể trên, hệ thống thay dao tự động đời đưa vào sử dụng hệ thống máy từ máy vạn đến trug tâm gia công Hệ thống thay dao tự động mang lại nhiều ưu điểm ưu việt, kể đến rút ngắn thời giant hay dao, nâng cao độ xác gá đặt dao, từ nâng cao suất chất lượng sản phẩm gia công nâng lên nhiều Qua đo mang lại nhiều lợi nhuận cho người sử dụng Qua đồ án “Thiết kế hệ thống điện tử” này, em học loại cảm biến/cơ cấu chấp hành, nguyên lý hoạt động hệ thống thay dao tự động cho máy phay đứng CNC cách cụ thể sâu sắc Đồ án tiếp nối đồ án thiết kế khí nên sâu vào phần điều khiển hệ thống máy Cảm ơn thầy Phạm Đức An tận tình dạy, cho chúng em kinh nghiệm quý báu để hoàn thành đồ án Chúng em xin chúc thầy khoẻ mạnh để đào tạo lứa sinh viên nên người SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) |6 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) |7 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ I NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống thay dao tự động II SỐ LIỆU CHO TRƯỚC Loại máy CNC: máy phay đứng Loại hệ thống thay dao tự động: kiểu tang trống (không tay máy) Hệ thống tháo kẹp dao: kiểu vòng bi Nguồn lực cho tháo kẹp dao: khí nén Nguồn lực quay cụm chứa dao: động xoay chiều không đồng pha Nguồn động lực di chuyển cụm chứa dao chạy đến trục chính: xy lanh khí nén Số lượng vị trí chứa dao tang trống: 24 III NỘI DUNG Tìm hiểu hệ thống thay dao tự động kiểu tang trống thường dung cho máy phay đứng CNC Phân tích cấu tạo nguyên lý làm việc cụm cấu Phân tích chu trình làm việc hệ thống thay dao tự động Phân tích thiết bị cảm biến cấu chấp hành cần sử dụng để thực chu trình thay dao tự động Yêu cầu làm rõ: Loại cảm biến/cơ cấu chấp hành, nguyên lý làm việc, vị trí, chức (và lưu ý cần thiết khác) Xây dụng vẽ sơ đồ điện hệ thống thay dao tự động Xây dựng vẽ khí nén hệ thống thay dao tự động SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) |8 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An Phân tích top-down đưa phương án phân chia toán điều khiển logic hệ thống thay dao tự động thành chương trình Lập trình giản đồ hình thang (PLC) để thực chu trình thay dao tự động: 5.1 Tìm hiểu tổng quan hệ thống điều khiển logic PLC 5.2 Đặt tên lập bảng tín hiệu vào/ra logic cho hệ thống thay dao tự động 5.3 Lập trình giản đồ hình thang cho chương trình SVTH: Nguyễn Thế Cơng Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) |9 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG KIỂU TANG TRỐNG THƯỜNG ĐƯỢC DÙNG TRONG CÁC MÁY PHAY ĐỨNG CNC 1.1 Chức nhiệm vụ Đầu tiên, hệ thống thay giao có nhiệm vụ lưu trữ cất giữ số lượng dao định phục vụ cho q trình gia cơng cắt gọt máy CNC Số lượng dao tối đa tích trữ hệ thống phụ thuộc yêu cầu số dao số ngun cơng mà chương trình gia cơng cần gọi đến Sản phẩm phức tạp số lượng dao cần gọi đến lớn, kích thước hệ thống thay dao tự động kéo theo phải lớn để đảm bảo mang số dao cần thiết Hình 1.1Hệ thống thay dao tự động kiểu tang trống Sau đó, hệ thống phải có nhiệm vụ lấy dao cũ từ trục đưa dao gọi vào vị trí thay dao có lệnh thay dao gọi từ chương trình gia cơng 1.2 Ưu, nhược điểm hệ thống thay dao tự động so với thay dao tay 1.2.1 Ưu điểm SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 10 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An  Rút ngắn thời gian thay đổi dụng cụ  Tránh lỗi thao tác  Tránh số rủi ro tai nạn  Có khả tự động hóa cao 1.2.2 Nhược điểm  Vốn đầu tư ban đầu lớn  Tăng chi phí lắp đặt 1.3 Các yêu cầu hệ thống thay dao tự đông  Số ổ chứa dao phải có dung lượng lớn  Dụng cụ phải giữ ổ với độ tin cậy cao  Dụng cụ phải giữ chặt tay máy thay đao tự động  Chuôi dao đài dao phải định vị xác vào vị trí gia cơng  Khoảng cách ổ tích dụng cụ tới vị trí công tác ngắn  Hệ thống cấp phát dụng cụ tự động phải bố trí khơng chạm vào phơi q trình thay dụng cụ  Tránh làm bẩn bề mặt côn – bề mặt ăn khớp với trục  Bảo dưỡng tiện lợi, an tồn  Quản lí thay đổi xác dao theo chương trình  Thay dao nhanh, giảm thời gian chờ khơng 1.4 Hệ thống thay dao kiểu tang trống (không tay máy) Hệ thống thay dao tự động kiểu tang trống hệ thống thay dao hay sử dụng máy phay đứng CNC cỡ nhỏ, với số lượng dao từ 12-40 dao Hệ thống thay dao tự động kiểu tang trống có kết cấu giản: gồm cụm  Cụm gá  Cụm tang chứa dao  Cụm trục SVTH: Nguyễn Thế Cơng Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 11 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An Thông số PLC S7 1200 CPU 1214C DC/DC/DC:  Điện áp hoạt động: 24VDC  14DI, 10DO, 2AI(0-10V), cổng PROFINET, Signal board, khe cắm thẻ nhớ, mở rộng thêm modul IO  Bộ đếm tốc độ cao: pha x 100KHz/3 x 30KHz,2 pha x 80KHz/3 x 20KHz  Bộ đếm người dùng: nhớ làm việc: 50KB, nhớ lưu trữ: 2MB, nhớ Retentive: 2KB Hình 4.2 Module mở rộng AQ SM 1232 Để điều khiển tốc độ động không đồng ba pha, việc sử dụng PLC S7 1200 CPU 1214C DC/DC/DC kết hợp với biến tần ABB ACS 150 ta cần ghép nối thêm module analog mở rộng cho PLC Có hai loại modul analog tướng ứng với hai loại tín hiệu tín hiệu dịng điện (0 ÷ 20mA) tín hiệu điện áp (0 ÷ 10V) Nhược điểm loại tín hiệu điện áp truyền tải xa dịng điện bị mát dây dẫn, dẫn đến tín hiệu điều khiển xác, tín hiệu dịng điện ngược lại, bị hao tổn tín hiệu dịng điện nhiều lần nên tín hiệu điều khiển điện áp Cụ thể, ta cần ghép nối module mở rộng AQ để xuất tín hiệu số - tín hiệu Analog từ PLC xuống biến tần, biến tần biến đổi giá trị số nhận SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 43 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An chuyển đổi thành giá trị tần số Từ đó, ta điều khiển tốc độ động Ta chọn module SM 1232 AQ Thông số module SM 1232 AQ:  Điện áp hoạt động: 24VDC  Ghép nối với PLC cổng Signal board  Xuất tín hiệu AQ với dịng điện 0-10 mA điện áp từ 0-10V 5.2 Bảng tín hiệu vào/ra logic Bảng 4.1 Bảng tín hiệu vào PLC ST T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Địa Tên I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 SOL1 SOL2 SOL3 Bật/Tắt biến tần tang dao Tang dao quay thuận/quay nghịch Bật/Tắt biến tần dẫn động trục Trục lên/đi xuống SVTH: Nguyễn Thế Cơng Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 44 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An 27 28 29 30 31 32 33 34 5.3 Phân tích top-down đưa thuật tốn điều khiển cho hệ thống SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 45 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An 5.3.1 Sơ đồ lấy dao Hình 4.3 Sơ đồ lấy dao 5.3.2 Sơ đồ trả dao SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 46 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An Hình 4.4 Sơ đồ trả dao SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 47 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An 5.3.3 Sơ đồ lấy dao kết hợp trả dao SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 48 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An Hình 4.5 Sơ đồ lấy dao kết hợp trả dao 5.3.4 Các chương trình  Trục đến điểm thay dao Hình 4.6 Sơ đồ trục đến điểm thay dao SVTH: Nguyễn Thế Cơng Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 49 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An  Đài dao di chuyển A → B (A vị trí ban đầu, B vị trí thay dao) Hình 4.7 Sơ đồ đài dao di chuyển A → B (A vị trí ban đầu, B vị trí thay dao) SVTH: Nguyễn Thế Cơng Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 50 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An  Trục nhả dao Hình 4.8 Sơ đồ trục nhả dao  Tìm hốc chứa dao quay đài dao Quy ước:   Dao đnah số từ → 24 theo chiều kim đồng hồ Ổ dao với trục mặt phẳng thay dao, tạo với vị trí T thành đường thẳng vị trí ổ dao thứ I (Tx) SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 51 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ    GVHD: TS Phạm Đức An Con dao (hốc dao cần lấy vị trí dao thứ J (Ty)) CC ký hiệu việc quay đài dao chiều kim đồng hồ Ty → Tx NC ký hiệu việc quay đài dao ngược chiều kim đồng hồ Tx → Ty SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 52 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An Hình 4.9 Sơ đồ tìm hốc chứa dao quay đài dao 5.4 Lập trình PLC SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 53 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 54 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An KẾT LUẬN SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 55 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 56 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An PHỤ LỤC SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) | 57 ... Phạm Đức An ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ I NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống thay dao tự động II SỐ LIỆU CHO TRƯỚC Loại máy CNC: máy phay đứng Loại hệ thống thay dao... lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH PLC CHO HỆ THỐNG 5.1 Tìm hiểu tổng quan hệ thống điều khiển logic PLC Trong hệ thống sản xuất, thiết bị tự động bán tự... lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS Phạm Đức An SVTH: Nguyễn Thế Công Minh Downloaded by ?? Duy (phonghosogdv09@gmail.com) |7 lOMoARcPSD|9699134 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: