ĐỀ tài NCKH thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển máy uốn ống ba trục CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY UỐN ỐNG BA TRỤC CNC MÃ SỐ: SV2020-82 SKC007342 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY UỐN ỐNG BA TRỤC CNC SV2020 – 82 Chủ nhiệm đề tài: Hoàng Văn Thiện Lương TP Hồ Chí Minh, 10/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY UỐN ỐNG BA TRỤC CNC SV2020 – 82 Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơ khí Chế tạo máy SV thực hiện: Hoàng Văn Thiện Lương Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa:16143CL4 Năm thứ: /Số năm đào tạo: Ngành học: Cơ khí Chế tạo máy Người hướng dẫn: ThS Lê Bá Tân TP Hồ Chí Minh, 10/2020 TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN Tên đề tài: Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển máy uốn ống ba trục CNC Mã số đề tài: SV2020 - 82 Họ tên chủ nhiệm: Hoàng Văn Thiện Lương Họ tên GVHD: Lê Bá Tân Đơn vị công tác: Đại học SPKT tp.HCM Giải trình chỉnh sửa báo cáo tổng kết đề tài: TT (1) Sửa tên đề tài cho phù hợp Chỉnh sửa thuyết minh Ghi chú: (2): Liệt kê tóm tắt ý kiến đóng góp Hội đồng (3): Ghi rõ nội dung chỉnh sửa ghi rõ trang chỉnh sửa (4): Giải trình nội dung khơng chỉnh sửa ý kiến khác với ý kiến Hội đồng (nếu có) Giảng viên hướng dẫn (Ký họ tên) Tp HCM, ngày tháng Chủ nhiệm đề tài năm (Ký họ tên) LỜI CẢM ƠN Trước tiên với tình cảm sâu sắc chân thành nhất, cho phép chúng em bày tỏ lòng biết ơn đến tất cá nhân tổ chức tạo điều kiện hỗ trợ, giúp đỡ chúng em suốt trình học tập nghiên cứu đề tài Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập trường đến nay, chúng em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cô bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến thầy Lê Bá Tân truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Nhờ có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy cô nên đề tài nghiên cứu chúng em hoàn thiện tốt đẹp Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy– người trực tiếp giúp đỡ, quan tâm, hướng dẫn em hoàn thành tốt báo cáo thời gian qua Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực Hoàng Văn Thiện Lương Nguyễn Thanh Hồng Nguyễn Bá Phát TĨM TẮT ĐỒ ÁN “Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển máy uốn ống ba trục CNC.” Nền công nghiệp Việt Nam trình hình thành phát triển, để đưa đất nước trở thành quốc gia có cơng nghiệp đại, cần vận dụng khối óc, sáng tạo khoa học kỹ thuật vào công nghiệp nước ta Song song với q trình phát triển đó, địi hỏi phải có sở hạ tầng đầy đủ để đáp ứng cho nhu cầu phát triển công nghiệp Nhầm để đáp ứng lại nhu cầu tăng trưởng nóng ngành xây dựng cơng nghiệp dân dụng, địi hỏi phải có phương thức xây dựng, thi cơng nhanh gọn, xác hiệu làm việc cao Máy uốn thép, uốn ống công cụ cần thiết cho sống ngày nay, nhằm phục vụ cho cơng trình, nhà vật dụng gia đình hầu hết sử dụng thiết bị này… Bên cạnh thiết bị máy móc dồi có để phục vụ sản xuất chưa đủ để đáp ứng cho nhu cầu nhỏ lẻ cơng ty, xí nghiệp Nhóm nghiên cứu chế tạo máy uốn ống nhằm đáp ứng nhu cầu Hiện giới, thép sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp xây dựng trang trí nội thất với nhiều chủng loại thép khác có đường kính đa dạng, nhận thấy tầm quan trọng sắt thép việc chế tạo máy duỗi, cắt phù hợp, tăng nâng suất với nhu cầu cần thiết Trên giới máy duỗi, cắt đa dạng nhỏ từ tay, đến máy lớn sử dụng động cơ, thủy lực, đến NC hay CNC duỗi, cắt, uốn với nhiều bán kính khác với độ xác suất cao Sinh viên thực Hoàng Văn Thiện Lương Nguyễn Thanh Hoàng Nguyễn Bá Phát MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ĐỒ ÁN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỒ 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỒ ÁN 1.3 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1.3.1 Phương pháp thu thập d 1.3.2 Xử lý kiện: 1.3.3 Trình bày đồ án: 1.4 TÍNH MỚI VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀ 1.5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.5.1 Kết nghiên cứu: 1.5.2 Giới hạn đề tài: CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LẬP TRÌNH 3.1 TỔNG QUAN CÁC CƠ CẤU CỦA MÁY: 3.2 CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG 3.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 3.4.1 Sơ đồ hệ thống điện: 3.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.4.1 Thuật toán 3.5 HỆ THỐNG HIỂN THỊ CHƯƠNG : GIA CÔNG THỬ NGHIỆM CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT 5.1 5.1.1 Kết quả: Đạt được: 5.2 Đề xuất phương án khắc phục đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ HÌNH 2.1 Đồ thị tổng quan phương pháp uốn HÌNH 2.2 Giá trị nhỏ cắc thông số uốn HÌNH 2.3 Uốn dạng xoay kéo HÌNH 2.4 Cơ cấu uốn kéo HÌNH 2.5 Mẫu thiết kế khối uốn HÌNH 2.6 Khối kẹp 10 HÌNH 2.7 Các công cụ phụ 11 HÌNH 2.8 Trục đỡ 12 HÌNH 2.9 Thơng số chọn trục đỡ 13 HÌNH 2.10 Bộ trợ lực khối đẩy 15 HÌNH 2.11 Các dạng lỗi thường gặp uốn ống trịn 16 HÌNH 2.12 Phương pháp uốn nén Error! Bookmark not defined HÌNH 2.13 Phương pháp uốn ống khối uốn xoay Error! Bookmark not defined HÌNH 2.14 Uốn dùng búa đập Error! Bookmark not defined HÌNH 2.15 Uốn dập Error! Bookmark not defined HÌNH 2.16 Búa khối đỡ Error! Bookmark not defined HÌNH 2.17 Các mặt đỡ khoảng cách đoạn uốn Error! Bookmark not defined HÌNH 2.18 Phần ngồi phơi bao bọc đủ Error! Bookmark not defined HÌNH 2.19 Phần ngồi phơi bao bọc khơng đủ Error! Bookmark not defined HÌNH 2.20 Các khó khăn uốn ống Error! Bookmark not defined HÌNH 2.21 Uốn ống vịng Error! Bookmark not defined HÌNH 3.1 Mơ hình tồn máy 29 HÌNH 3.2 Bộ kéo phôi 30 HÌNH 3.3 Bộ uốn phơi 30 HÌNH 3.4 Động step 86BYG250H + driver DMA860H 31 HÌNH 3.5 Động step 57HSZ2N + driver HBS57 32 HÌNH 3.6 Điều khiển bước 33 HÌNH 3.7 Điều khiển nửa bước 33 HÌNH 3.8 Điều khiển vi bước 34 HÌNH 3.9 Nguồn 48VDC MW s800-48 34 HÌNH 3.10 Nguồn 24VDC MW s250-24 34 HÌNH 3.11 PLC MITSUBISHI FX3U-64MT ES/A 35 HÌNH 3.12 Màn hình cảm ứng Weinview TK6071IP 36 HÌNH 3.13 Attomat AT06-2/32 37 HÌNH 3.14 Cảm biến quang chữ U EE-SX671 37 HÌNH 3.15 Cơng tắc hành trình V-156-1C25 38 HÌNH 3.16 Relay Omron MY4N-GS 39 HÌNH 3.17 Nút nhấn dừng khẩn cấp LA38-11ZS 39 HÌNH 3.18 Nút nhấn LA38-11BN 40 HÌNH 3.19 sơ đồ đấu nối driver, động hình 41 HÌNH 3.20 sơ đồ mạch điều khiển PLC 42 HÌNH 3.21 đồ thị tính tốn góc uốn chuyển động rulo 43 HÌNH 3.22 Cửa sổ Program Linkage Order Setting 61 HÌNH 3.23 Màn hình khởi động 62 HÌNH 3.24 Màn hình điều khiển 63 HÌNH 3.25 Màn hình nhập liệu 65 HÌNH 3.26 Màn hình điều khiển thủ cơng 66 HÌNH 3.27 Hệ thống nút nhấn 67 HÌNH 4.1 Kết chạy thử nghiệm lần (105; 45; 0) 70 HÌNH 4.2 Kết chạy với α=0,75 70 HÌNH 4.3 Kết thử nghiệm lần (105; 180; 0) 71 HÌNH 4.4 Hiện tượng đùn phôi 71 HÌNH 4.5 Thử nghiệm sau khắc phục 72 HÌNH 4.6 Sản phẩm thử nghiệm lần 74 HÌNH 4.7 Bản vẽ ghi đông xe máy 75 HÌNH 4.8 Sản phẩm uốn 76 10 HÌNH 3-25 Màn hình nhập liệu Chú thích: 10: value input area Nhận xét: Máy trang bị hình cảm ứng với thao tác nhập số liệu đơn giản hóa, người sử dụng dễ dàng sử dụng máy cách nhanh chóng thuận tiện, tiết kiệm thời gian công sức so với loại máy nhập máy tính hay bàn phím 65 11 12 HÌNH 3-26 Màn hình điều khiển thủ cơng Chú thích: 11: switch to M1 12: switch to M2 Nhận xét: Trong hình điều khiển thủ cơng, hình ảnh máy hệ thống tọa độ thể cách trực quan, tránh tình trạng sai sót nhập liệu, đồng thời thao tác nhập thơng số kiểm tra đơn giản hóa, giúp người sử dụng nhanh chóng thao tác khoảng thời gian ngắn mà không gặp vấn đề 66 13 14 15 17 16 HÌNH 3-27 Hệ thống nút nhấn Chú thích: 13: HMI touch screen 14: switch: middle: mode Left: mode Right: mode 15: emercency stop 67 16: Mode 1: stop Mode 2: handle - jog 17: Mode 1: start Mode 2: handle - jog Mode 3: ZRN Nhận xét: Máy trang bị nút dừng khẩn cấp, ngắt hoạt động vần hành máy, tránh đc tình trạng máy bị hư hỏng sai sót tính tốn thiết kế Thiết kế núm vặn với chế độ riêng biệt giúp người dùng dễ dàng thao tác, đồng thời giảm thiểu số lượng nút nhấn để thuận tiện việc ghi nhớ thao tác 68 CHƯƠNG : GIA CÔNG THỬ NGHIỆM Để đánh giá ổn định máy ta cần tiến hành gia công uốn phơi nhiều hình dạng khác nhau, từ ta đánh giá cách khách quan khả hoạt động máy Để kiểm tra độ xác máy ta thực gia cơng phơi inox ∅ 9,6 mm dài 1m Từ kiểm tra kích thước cung trịn vừa gia cơng để kiểm tra độ xác máy Mục đích dùng phôi inox ống inox vật liệu phổ biến, dễ dàng tìm mua inox hợp kim có tính tương đối phù hợp với cơng nghệ uốn Máy chạy thử nghiệm phơi inxox có mac inox 304 Mác inox Thử nghiệm lần 1: -Thử nghiệm máy với h=30 (theo kích thước vẽ khí) -Các thơng số uốn: TT -Ở cặp thông số (R; β; A)= (60; 90; 0), uốn có tượng bị bóp méo phần phơi miết với rulo uốn => Lần thử không thành cơng -Khắc phục: giới hạn bán kính uốn nhỏ so với bạc uốn nên tăng giá trị R giảm β lần thử tiếp theo, A góc quay )x nên khơng ảnh hưởng -Ở cặp thông số thứ (105; 90; 0), tượng bóp méo xảy => Nguyên nhân gây bóp méo ống khơng phải thay đổi giá tri R -Ở cặp thông số thứ (105; 45; 0), tượng bóp méo xảy => Ngun nhân gây bóp méo ống khơng phải thay đổi giá tri R 69 HÌNH 4-1 Kết chạy thử nghiệm lần (105; 45; 0) -Tìm hiểu nguyên nhân: Sau giám sát trình uốn thông qua phần mềm GX Works 2, nhận thấy thời gian động M2 dừng ngắn so với M1 kể từ bắt đầu rulo chạm vào bề mặt phôi Nghĩa tốc độ M1 nhanh so với tốc độ phôi đẩy tới Suy = , vấn đề đăt đây: tìm tỉ số α Do khơng có đủ kiện suy α nhóm định tìm nghiệm α * phương pháp thử với α={ni+1 = ni + 0,05 / < ni < 1; ni ϵ R; i ϵ N } Đặt v1 = 40000 số, thay giá trị α vào ta tìm vM2 Sau q trình thử thơng số (105; 45; 0) với nghiệm α, nhận thấy α = 0.75 cho bán kính uốn gần HÌNH 4-2 Kết chạy với α=0,75 Vậy ta có tốc độ thực tế động cơ: v1=40000; v2=30000 70 Thử nghiệm lần 2: -Tiếp tục thử nghiệm với thông số uốn sau: TT -Kết quả: Khơng cịn tượng bóp méo ống R (mm) HÌNH 4-3 Kết thử nghiệm lần (105; 180; 0) Tuy nhiên, bắt đầu uốn, trình rulo bắt đầu chạm vào phơi có tượng bị đùn phơi, dẫn đến sai lệch bán kính phần đầu phơi HÌNH 4-4 Hiện tượng đùn phơi 71 -Ngun nhân: Do góc bạc uốn có bán kính nhỏ Vật liệu nhựa nên sau thời gian hoạt động bị hao mịn dẫn đến bề mặt phía bạc không đảm bảo độ nhám theo thiết kế -Giải pháp: Thay bạc uốn chất liệu chống mài mịn cao thay đổi góc phơi Thay đổi khoảng h=30 thành h=45 HÌNH 4-5 Thử nghiệm sau khắc phục Thử nghiệm lần 3: -Tiếp tục thử nghiệm với thông số uốn sau hiệu chỉnh: TT R (mm) 10 11 12 72 73 HÌNH 4-6 Sản phẩm thử nghiệm lần -Kết quả: bán kính góc uốn thực tế khơng q sai lệch (3-8%) Ống sau uốn không bị biến dạng bề mặt Tạo hình sản phẩm: -Nhóm chọn sản phẩm ghi-đơng xe máy có vẽ thiết kế sau: 74 HÌNH 4-7 Bản vẽ ghi đơng xe máy Để tạo sản phẩm chọn, ta lập bảng thông số uốn sau: TT R (mm) 75 HÌNH 4-8 Sản phẩm uốn 76 CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT 1.1 Kết quả: 1.1.1 Đạt được: Sản phẩm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo kết đề tài gồm: Máy uốn kim loại trục bán tự động điều khiển PLC hỗ trợ phần mềm Solidwork Ansys Máy gia cơng uốn với kích thước nhỏ với độ thẩm mỹ cao Phần giải thuật lập trình làm việc tốt khơng có trục trặc cho sản phẩm có độ xác cao (92% - 98%) Máy chạy ổn định, giảm thiểu tiếng ồn Kích thước máy nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển 1.1.2 Chưa đạt - Chưa uốn phơi có kích thước lớn từ 10 trở lên thiết kế hạn chế - Việc lập trình thủ cơng - Phơi đưa vào phải phơi nắn thẳng - Chưa có hệ thống cắt phôi tự động 5.2 Đề xuất phương án khắc phục đề tài - Thiết kế thêm phần chi tiết bổ trợ cho loại ống kích thước khác Chế tác phận nắn thẳng trước đưa vào gia công Cải tiến thêm nhiều chế độ uốn phần điều khiển 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ThS Nguyễn Văn Thành - ThS Nguyễn Trường Giang - Nhà Xuất Bản Lao 10 11 12 13 14 15 Động Xã Hội - Giáo Trình Cơng Nghệ Uốn NC Nhà Xuất Bản Xây Dựng - Giáo Trình Kỹ Thuật Cốt Thép Biết Hàn Theo Phương Pháp Mô Đun Đinh Bá Trụ - Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự - Cơ Sở Lý Thuyết Biến Dạng Dẻo Kim Loại Đào Minh Ngừng - Nguyễn Trọng Giáng - Nhà Xuất Bản Giáo Dục - Lý Thuyết Cán Nguyễn Ngọc Đào - Phan Minh Thanh - Cơ Sở Công Nghệ Chế Tạo Máy Đỗ Hữu Nhơn - Đỗ Thành Dũng - Phan Văn Hạ - Nhà Xuất Bản Khoa Học Giáo Dục - Công Nghệ Cán Kim Loại Đỗ Hữu Nhơn - Phan Văn Hạ - Công Nghệ Cán Kim Loại Và Hợp Kim Thông Dụng Đặng Việt Cương - Lê Quang Minh - Lý Thuyết Dẻo Ứng Dụng Ngô Diên Tập - Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2002 - Đo Lường Và Điều Khiển Bằng Máy Tính https://plcmitsubishi.com - Sổ tay lập trình - tài liệu hướng dẫn & ứng dụng điều khiển lập trình fx3u/fx3uc Nguyễn Đức Thành, 2009, NXB ĐHQG - Giáo trình PLC Tăng Văn Mùi – Nguyễn Tiến Dũng – Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kĩ Thuật – Điều Khiển Logic Lập Trình PLC TS Lê Ngọc Bích – KS Phạm Quang Huy – Nhà Xuất Bản Thanh Niên Điều Khiển Lập Trình Và Tạo Giao Diện HMI Với WINCC FLEXIBLE An engineer’s guide, E.A Parr, Newnes, 2003 - Programmable controllers Naijian Ma, “Mathematical Model for Prediction of Depth of cut in the Course of AWJ Machining ”, 1993 78 ... THUẬT BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN Tên đề tài: Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển máy uốn ống ba trục CNC Mã số đề tài: SV2020 - 82 Họ tên chủ nhiệm: Hoàng Văn... tiêu đề tài: 'Tính tốn lập trình hệ thống điều khiển Hồn thiện mạch điều khiển Tính sáng tạo: Uốn ống phương pháp không tâm Kết nghiên cứu: Mạch điều khiển máy uốn ống CNC 03 trục Báo cáo tổng kết... ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY UỐN ỐNG BA TRỤC CNC SV2020 – 82 Chủ nhiệm đề tài: