5. Phƣơng phỏp nghiờn cứu
1.2.7 Bộ biến đổi A/D bờn trong
Cỏc vi điều khiển AVR loại AT90S4434-8535/8535 và ATMEGA 103/603 cú một bộ biến đổi tương tự/số ADC với độ phõn giải là 10bit. Ngoài ra, bờn cạnh bộ biến đổi ADC cũn cú bộ dồn kờnh với 8 lối vào, mỗi lối cú thể được dẫn riờng lẻ tới bộ hiển thị ADC. Xem hỡnh 1.17
CHƢƠNG II
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG 2.1 Những khỏi niệm cơ bản về hệ thống sản xuất tự động
2.1.1 Định nghĩa hệ thống sản xuất tự động
Hệ thống sản xuất Tự Động :Là hệ thống sản xuất tự động hoỏ ở mức độ cao đối với sản xuất loạt vừa và hàng loạt lớn trờn cơ sở sử dụng cỏc mỏy CNC, cỏc rụbốt cụng nghiệp để điều khiển cỏc đối tượng lao động, cỏc đồ gỏ và cỏc dụng cụ, cỏc hệ thống vận chuyển – tớch trữ phụi với mục đớch tối ưu hoỏ quỏ trỡnh cụng nghệ và sản xuất.
2.1.2 Cấu trỳc của hệ thống sản xuất tự động
Thành phần của hệ thống sản xuất Tự Động bao gồm: cỏc thiết bị cụng nghệ và cỏc thiết bị kiểm tra được trang bị cỏc tay mỏy tự động và cỏc mỏy tớnh để tớnh toỏn và điều khiển.
- Cỏc thiết bị cụng nghệ và cỏc thiết bị kiểm tra được trang bị cỏc tay mỏy tự động và cỏc mỏy tớnh để tớnh toỏn và điều khiển.
- Cỏc bộ chương trỡnh để điều khiển hệ thống sản xuất Tự Động.
- Cỏc tế bào gia cụng tự động (cỏc modul sản xuất tự động), thụng thường là cỏc mỏy CNC cú mối liờn kết với cỏc mỏy tớnh và hệ thống vận chuyển - tớch trữ phụi (chi tiết) tự động.
Theo cấu trỳc thỡ hệ thống sản xuất Tự Động là một tổ hợp của tế bào gia cụng tự động và tế bào kiểm tra tự động được liờn kết với nhau thành một hệ thống nhất theo vật liệu với sự giỳp đỡ của hệ thống vận chuyển – tớch trữ phụi (chi tiết) tự động và điều khiển nhờ mạng mỏy tớnh.
2.1.3 Quy trỡnh thiết kế hệ thống sản xuất tự động
Quy trỡnh thiết kế hệ thống sản xuất Tự Động được bắt đầu từ việc xỏc định chi tiết được chế tạo trong hệ thống sản xuất Tự Động. Kết quả của cụng việc này (nhận được nhờ mỏy tớnh) được dựng để xỏc định thiết bị cụng nghệ của hệ thống
(cỏc tế bào gia cụng tự động hay cỏc modul sản xuất linh hoạt), cỏc loại kho chứa, cỏc cơ cấu vận chuyển v.v.
Sau đú là thiết lập cỏc cấu trỳc chức năng, cấu chức cụng nghệ và cấu trỳc thụng tin của thống sản xuất tự động, đồng thời thiết lập mạng mỏy tớnh nội bộ. sau giai đoạn này cú thể giải quyết vấn đề thuật toỏn và lập trỡnh hệ thống tự động khỏc trong hệ thống tớch hợp toàn phần. Song song với hệ thống này cần thiết lập cỏc hệ thống cung cấp điện, nước, khớ nộn, thụng tin v.v.
2.2 Cỏc thành phần trong hệ thống sản xuất tự động
Cỏc mỏy Tự Động để gia cụng được trỡnh bày túm tắt trong bảng 2.1. Trong hệ thống sản xuất Tự Động thụng thường cú khoảng 2†24 mỏy. Tuy nhiờn, phần lớn hệ thống sản xuất Tự Động cú 4†10 mỏy với 2†4 kiểu mỏy được chọn theo nguyờn tắc gia cụng nhúm chi tiết. Cần lưu ý rằng, khi số mỏy trong hệ thống sản xuất Tự Động < 3-4 mỏy thỡ khụng nờn sử dụng mỏy tớnh trung tõm để điều khiển và khi số mỏy trong hệ thống sản xuất Tự Động >20 mỏy thỡ quỏ trỡnh điều khiển lại rất phức tạp. Để đảm bảo cho hệ thống sản xuất Tự Động hoạt động liờn tục khi cú một mỏy nào đú bị hỏng hoặc phải sửa chữa theo định kỡ thỡ trong hệ thống sản xuất Tự Động cú thể lắp đặt thờm cỏc mỏy dự phũng.
Nguyờn tắc cỏc mỏy trong sản xuất Tự Động đều phải là cỏc mỏy CNC để đảm bảo quỏ trỡnh điều khiển đồng nhất khi điều chỉnh cụng nghệ linh hoạt.
Hóng (nƣớc)
Model Số mỏy
Loại mỏy Kớch thƣớc chi tiết gia cụng (mm) Số loại chi tiết gia cụng 1 2 3 4 5 6
Nga ACK 6 CNC nhiều nguyờn cụng 750x600x55
Nga AA∏-3- 2 8 CNC 5 tọa độ(4) CNC 6 tọa độ (3) CNC khoan sõu(1) 250x250x25 0 70 Fuji electric (Nhật Bản) M- POPS 5 Mỏy tiện CNC (2) CNC nhiều nguyờn cụng (1) Mỏy mài CNC (2) Φ=26†55 L=260ữ650 5ữ6 Murata Macheniery (Nhật Bản) Junuya ma 6 CNC nhiều trục nằm ngang (3) CNC nhiều trục đứng(2) Chi tiết dạng hộp loại trung bỡnh 4ữ5 1 2 3 4 5 6 Sandstrand (USA) 9 CNC nhiều nguyờn cụng(4) CNC khoan- doa(3) CNC bàn quay đứng(2) 1200x1200x 1200 5ữ10 Kerney and Trener ( USA)
ASEA 6 CNC nhiều nguyờn cụng
Chi tiết dạng hộp loại trung bỡnh 45 Normalair Garrett ( Anh)
2 CNC nhiều nguyờn cụng Như trờn Nhiều
Scharmann (Đức) 4 CNC nhiều nguyờn cụng Cỏc khung mỏy xõy dựng và mỏy làm đường 4 MBB(Đức) CIAM 24 Phay CNC hỡnh cụng (11) CNC nhiều nguyờn cụng Phay CNC nằm ngang Phay CNC thẳng đứng Chiều dài L15m Nhiều
Bảng 2.1.Thành phần cỏc mỏy CNC trong hệ thống FMS.
Một số hệ thống sản xuất tự động của một số hóng trờn thế giới:
Hỡnh 2.1 Hệ thống chế tạo gia cụng trục động cơ điện (Fuji Electric)
Pegard
(Đức) 5 CNC nhiều nguyờn cụng
Chi tiết oto-
mỏy kộo 4 Grafentaden (Phỏp) 3 CNC nhiều nguyờn cụng Chi tiết cú kớch thước trung bỡnh 9 Mandelli
(ITALIA) 4 CNC nhiều nguyờn cụng Như trờn Hạn chế
Olivetti
(ITALIA) - 10 CNC nhiều nguyờn cụng Như trờn 9 Coman
(ITALIA) - 4 CNC nhiều nguyờn cụng Như trờn 3
1: mỏy tớnh. 2:băng tải. 3,5:mỏy tiện. 4,7,11:bộ định vị tự động 6: ổ tớch. 8:mỏy nhiều nguyờn cụng. 9,10:mỏy mài.
Hỡnh 2.2 Hệ thống sản xuất Tự Động của hóng Murata Machinery với ứng dụng xe rựa tự động chạy trực tiếp trờn nền xưởng.
1: sỏu mỏy đầu nguyờn cụng; 2: băng tải; 3: kho chứa tự động. 4: xe rựa tự động
2.3 Hệ thống kiểm tra trong sản xuất 2.3.1 Chức năng hệ thống kiểm tra 2.3.1 Chức năng hệ thống kiểm tra
- Hệ thống kiểm tra tự động của hệ thống sản xuất Tự Động là một khõu rất quan trọng vỡ nú thể hiện khả năng tự động hoỏ cao ( khụng cú sự tham gia của con người). Trong hệ thống sản xuất Tự Động, hệ thống kiểm tra cú cỏc chức năng:
- Nhận và trỡnh thụng tin về cỏc tớnh chất, trạng thỏi kỹ thuật và cỏch bố trớ khụng gian của cỏc đối tượng được kiểm tra, đồng thời kiểm tra trạng thỏi của mụi trường cụng nghệ và điều kiện sản xuất.
- Truyền thụng tin về sự khụng tương thớch với cỏc mụ hỡnh của quỏ trỡnh sản xuất để kịp thời hiệu chỉnh trờn cỏc cấp điều khiển khỏc nhau của hệ thống sản xuất Tự Động.
- Nhận và trỡnh thụng tin về thực hiện chức năng.
- Hệ thống kiểm tra tự động của sản xuất Tự Động phải đảm bảo chất lượng sản phẩm bằng cỏch kiểm tra vật liệu, phụi, dụng cụ,đồ gỏ, chế độ cắt, thử sản phẩm, cỏc thụng số của thiết bị cụng nghệ và sản phẩm trờn tất cả cỏc giai đoạn của quỏ trỡnh chế tạo. Ngoài ra phải đảm bảo hiệu quả cao nhất của sản xuất Tự Động bằng cỏch kiểm tra và chuẩn đoỏn cỏc rụbốt cụng nghệ, cỏc thiết bị gia cụng tự động, kỹ thuật tớnh toỏn và kỹ thuật lập trỡnh.
Dấu hiệu phõn loại Dạng kiểm tra
Mục đớch kiểm tra Chất lượng sản phẩm
Khả năng làm việc của thiết bị
Nhiệm vụ được giải quyết
Tiếp nhận Dự phũng Chuẩn đoỏn
Tỏc động với đối tượng
Tớch cực: trực tiếp và giỏn tiếp
Thụ động: sau mỗi nguyờn cụng, sau vài nguyờn cụng
Thụng số: định lượng, dung sai Chức năng hoạt động
Giải quyết kết cấu Bờn trong (tự kiểm tra) Bờn ngoài
Thực hiện theo thời gian Liờn tục (trong quỏ trỡnh hoạt động) Chu kỳ
Ngoài cỏc dạng kiểm tra trờn, cần phải kiểm tra cỏc điều kiện sản xuất, gắn liền với kỹ thuật an toàn (điều kiện sản xuất thụng thường là cỏc yếu tố tỏc động bờn ngoài như: nhiễm bụi, nhiệt độ và độ ẩm khụng khớ). Kiểm tra đú để đảm bảo an toàn cho người cụng nhõn, giữ cho thiết bị khụng bị hỏng húc và nhằm đạt chất lượng sản phẩm cao nhất.
Khi thiết lập hệ thống kiểm tra trong sản xuất Tự Động, người thiết kế cần phải:
- Xỏc định cỏc nguyờn tắc cơ bản của hệ thống kiểm tra tự động.
- Tối ưu hoỏ chủng loại và đặc tớnh cỏc thụng số cần kiểm tra.chế độ làm việc của cỏc phần tử hệ thống sản xuất Tự Động, khả năng làm việc của cỏc thiết bị, đồ gỏ và dụng cụ.
- Xỏc định thụng tin và hỡnh thức trỡnh và truyền thụng tin trong hệ thống kiểm tra tự động,đồng thời truyền thụng tin từ hệ thống kiểm tra tự động tới hệ thống điều khiển quỏ trỡnh sản xuất.
- Cho thiết bị đo đảm bảo độ chớnh xỏc yờu cầu và độ ổn định của hệ thống sản xuất Tự Động.
- Xỏc định mối liờn hệ chức năng của hệ thống kiểm tra tự động trong hệ thống điều khiển chung của hệ thống sản xuất Tự Động.
Ứng dụng của hệ thống kiểm tra tự động cho phộp phõn bố tối ưu hoỏ quỏ trỡnh kiểm tra phụi, bỏn thành phẩm và thành phẩm, đảm bảo từng bước chuyển kiểm tra chất lượng sản phẩm sang điều khiển chất lượng sản phẩm.
Hiệu quả sử dụng hệ thống kiểm tra tự động cũn cao hơn nhiều khi nú là thành phần của hệ thống sản xuất tớch hợp cú sự trợ giỳp của mỏy tớnh
2.3.2 Nguyờn tắc kiểm tra thụng số kỹ thuật của cỏc phần tử và modul trong hệ thống gia cụng nối tiếp tuần hoàn trong hệ thống gia cụng nối tiếp tuần hoàn
Sự ổn định của hệ thống sản xuất Tự Động được đảm bảo bằng độ ổn định của cỏc phần tử trong hệ thống và bằng kiểm tra thường xuyờn khả năng làm việc của
mỏy, của đồ gỏ, của dụng cụ, của robot, của kho chứa, của cỏc thiết bị điều khiển, của hệ thống đo lường và của cỏc mỏy tớnh...Cú 2 phương phỏp kiểm tra:
- Kiểm tra trực tiếp: Sử dụng khi cỏc thụng số được đo trực tiếp, vớ dụ: độ chớnh xỏc định vị, độ mũn của dụng cụ cắt. Cần phải cú thiết bị kiểm tra chuyờn dụng cho đa số cỏc thụng số.
- Kiểm tra giỏn tiếp: Sử dụng khi trạng thỏi kỹ thuật của đối tượng cú thể được đỏnh giỏ theo chức năng hoạt động của nú, vớ dụ: nếu hệ thống kiểm tra ghi nhận khụng cú sự sai số thỡ điều này cho thấy trạng thỏi của dụng cụ cắt là bỡnh thường.
Cỏc thụng số cần xỏc định khi chuẩn đoỏn để kiểm tra cho cỏc phần tử sau:
a. Tế bào gia cụng tự động
Trờn tế bào gia cụng tự động (mỏy gia cụng), cỏc thụng số cần chuẩn đoỏn là: momen trục truyền động trung tõm, nhiệt độ ở mũi dao cắt, độ mũn của cỏc sống trượt, rung động của mỏy, vỡ chỳng ảnh hưởng đến độ chớnh xỏc gia cụng chi tiết.
b. Tế bào kho chứa
Trước hết cần xỏc định xem cú chi tiết hay khụng khi cỏc đattric điện tiếp xỳc làm việc. Khi cỏc đattric cú cuộn dõy phụ sẽ trả lời tớn hiệu 1 cỏch tự động, nếu khụng thỡ cần phải lắp thờm cơ cấu xử lý tớn hiệu “chuẩn đoỏn”. Cú thể kiểm tra hoạt động của cỏc đattric ở những tế bào kho chứa trống rỗng và kho chứa được chất đầy, nhưng độ tin cậy khi kiểm tra kho chứa được chất đầy là khụng cao.
c. Hệ thống vận chuyển
Nếu hệ thống vận chuyển dựng xe tời được cấp điện trung tõm (cỏc động cơ cảm ứng) thỡ vấn đề chuẩn đoỏn cú liờn quan đến việc đỏnh giỏ khả năng làm việc của bộ vi xử lý (mỏy vi tớnh điều khiển) đồng thời chuẩn đoỏn bộ dẫn tiến (động cơ và điều khiển chuyển hướng).
Nếu xe tời dựng năng lượng phụ thuộc (cỏc bộ acquy) thỡ cần phải kiểm tra dung lượng cũn lại của cỏc pin - acquy, kiểm tra mụi trường khớ trong buồng acquy và đỏnh giỏ tuổi bền của cỏc phần tử trong buồng acquy.
Nếu hệ thống vận chuyển dựng xớch và con lăn thỡ cần kiểm tra tốc độ di chuyển trong phạm vi từ 1 - 10 m/p. Để đảm bảo cho hệ thống vận chuyển làm việc bỡnh thường khụng nờn dựng cỏc vệ tinh vượt quỏ khuụn khổ trọng lượng theo cỏc thụng số đó thiết kế.
Một số hệ thống vận chuyển:
Hỡnh 2.3. Hệ thống vận chuyển-tớch trữ vệ tinh trong CIM của hóng Cincinnati Milacron (Mỹ). 1: Băng tải tớch trữ con lăn; 2: Cơ cấu quay; 3: Vị trớ bàn bổ xung; 4: Cỏc mỏy nhiều nguyờn cụng; 5: Cơ cấu tiếp nhận-cấp phỏt; 6: ổ tớch con lăn phụ
Hỡnh 2.4. Ổ tớch vệ tinh với xe tời di động của hóng Hitachi Seiki(Nhật Bản) 1: Cỏc vệ tinh ; 2: ổ tớch ; 3: Đường ray ; 4: Xe tời di động ; 5: Mỏy nhiều nguyờn
cụng ; 6: Cơ cơ cấu quay ; 7: Bàn quay.
d. Robot
Kiểm tra robot theo cỏc thụng số động học và động lực trờn cơ sở nghiờn cứu thực nghiệm và thống nhất hoỏ cỏc phộp thử. Phương phỏp thử nghiệm cỏc robot thớch nghi cú 1 ý nghĩa quan trọng, bởi vỡ cú nhiều thụng số của robot thớch nghi (vớ dụ như độ ổn định và tuổi thọ) chỉ cú thể được xỏc định khi thử lõu dài hoặc trong quỏ trỡnh vận hành. Cỏc chỉ tiờu động lực học trong quỏ trỡnh vận hành rụbốt cho phộp khụng chỉ đỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật của robot tại thời điểm đú, mà cũn tạo được cơ sở thụng tin để ứng dụng việc chuẩn đoỏn khả năng làm việc của robot.
Cần đỏnh giỏ độ chớnh xỏc định vị về kớch thước thẳng và kớch thước gúc của robot theo cỏc chỉ tiờu tổ hợp, vớ dụ như cỏc hệ số của tớnh tỏc động nhanh của robot. Cỏc chỉ tiờu tổ hợp này được xõy dựng trờn cơ sở cỏc phộp biến đổi đại số với việc ứng dụng cỏc quy luật thực nghiệm. Cỏc thụng số ban đầu để xỏc định cỏc quy luật thực nghiệm cú thể là tốc độ của cỏc cơ cấu đầu vào và đầu ra, cụng suất của
động cơ, sự dịch chuyển của cỏc phần tử và gia tốc của chỳng, ỏp lực lờn cỏc cơ cấu đầu vào và đầu ra, cỏc momen và độ chờnh lệch ỏp suất
2.4 Hƣớng phỏt triển của hệ thống gia cụng nối tiếp tuần hoàn 2.4.1 Sử dụng mỏy với hệ thống điều khiển linh hoạt 2.4.1 Sử dụng mỏy với hệ thống điều khiển linh hoạt
Một trong những hướng tự động hoỏ trong sản xuất hàng loạt vừa là sử dụng mỏy điều khiển theo chương trỡnh số (mỏy CNC). Ưu điểm chớnh của mỏy cú hệ điều khiển linh hoạt là khả năng hiệu chỉnh chương trỡnh ngay tại chỗ làm việc. Trong điều kiện sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa mỏy CNC đảm bảo khả năng thay dao nhanh, nõng cao năng xuất lao động., thay thế một cỏch cú hiệu quả cỏc mỏy điều khiển bằng tay.
Sử dụng mỏy với hệ điều khiển linh hoạt (mỏy CNC) là làm giảm nhẹ sức lao động của cụng nhõn, giải phúng cụng nhõn khỏi cụng việc cú tớnh chất đơn điệu, lập lại nhiều lần, giảm nhẹ quỏ trỡnh điều khiển mỏy, tăng lợi ớch của người cụng nhõn và làm cho người cụng nhõn thớch thỳ hơn với cụng việc.
2.4.2 Sản xuất hàng loạt theo dõy chuyền
Cỏc mỏy CNC làm việc độc lập (mặc dự lức độ tự động hoỏ cao) vẫn khụng thể loại trừ được nhược điểm chớnh của sản xuất và lắp rỏp cơ khớ, đú là tớnh giỏn đoạn. Như vậy, để nõng cao tớnh sử dụng của cỏc mỏy CNC chỉ cú thể đạt được khi cỏc mỏy này làm việc trờn dõy truyền để đảm bảo tớnh liờn tục của quỏ trỡnh sản xuất và thực hiện một phần quỏ trỡnh tự động hoỏ.
Trong điều kiện sản xuất hàng loạt ở giai đoạn đầu để đạt được quỏ trỡnh gia cụng liờn tục nờn tổ chứcc dõy chuyền nhúm. Dõy chuyền nhúm là dõy chuyền để gia cụng nhúm cỏc chi tiết cú chung một tiến trỡnh cụng nghệ. Cỏc mỏy dựng cho dõy chuyền nhúm bao gồm cỏc mỏy CNC và cỏc mỏy chuyờn dựng, mỏy vạn năng