Hƣớng phỏt triển của hệ thống gia cụng nối tiếp tuần hoàn

5. Phƣơng phỏp nghiờn cứu

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

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 để thực hiện một số nguyờn cụng riờng biệt.

Sau khi gia cụng xong một chủng loại chi tiết cần tiến hành điều chỉnh mỏy, thay đổi chương trỡnh, điều chỉnh đồ gỏ gia cụng nhúm và thay dao để gia cụng chủng loại chi tiết khỏc. Như vậy, trờn cỏc chỗ làm việc khỏc nhau của dõy chuyền

cú thể cựng lỳc gia cụng được cỏc chi tiết khỏc loại nhưng cú chung một nhúm cụng nghệ (tiến trỡnh cụng nghệ).

2.4.3 Sản xuất tự động húa linh hoạt

Hệ thống sản xuất linh hoạt là toàn bộ những thiết bị cú khả năng điều chỉnh tự động để chuyển đối tượng gia cụng. Hệ thống sản xuất linh hoạt cấp1 là cỏc modul sản xuất mềm. Hệ thống sản xuất linh hoạt cấp 2 là hệ thống sản xuất tự động hoỏ linh hoạt.

Hệ thống sản xuất tự động hoỏ linh hoạt là hệ thống tự động hoỏ phỏt triển đựơc điều khiển bằng mỏy tớnh. Hệ thống này bao gồm cỏc mỏy gia cụng được liờn kết với nhau bằng hệ thống vận chuyển phụi tự động, tỏch phụi tự động, thay dao tự động, kiểm tra tự động, đồng thời bao hàm cả quỏ trỡnh thiết kế sản phẩm tự động, chuẩn bị cụng nghệ tự động và điều khiển tự động. Đặc điểm chớnh của hệ thống là tớnh linh hoạt rất cao, nú cho phộp:

1.Trong điều kiện sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa ở bất kỡ thời điểm nào cú thể dừng việc gia cụng chi tiết trờn dõy chuyền để điều chỉnh dõy chuyền cho việc gia cụng chi tiết khỏc.

2.Trờn cỏc mỏy khỏc nhau cú thể gia cụng cỏc chi tiết cú hỡnh dạnh khỏc nhau với số lượng tuỳ ý.

3.Cú thể thay thế cỏc mỏy bị hỏng bằng cỏc mỏy của hệ thống linh hoạt mà khụng làm dõy chuyền ngừng trệ.

4.Cú thể di chuyển cỏc chi tiết gia cụng theo những quĩ đạo tuỳ ý. Như vậy ,hệ thống sản xuất mềm cú thể giảm được số lượng mỏy và tăng hệ số sử dụng mỏy.

2.4.4 Modul sản xuất linh hoạt

Modul sản xuất linh hoạt là đơn vị mỏy được trang bị cơ cấu điều khiển tự động và cỏc cơ cấu gia cụng tự động. Nhỡn chung cỏc cơ cấu tự động hoỏ của modul sản xuất linh hoạt là: cỏc ổ chứa, cỏc đồ gỏ vệ tinh, cỏc cơ cấu cấp phụi, thỏo phụi, thay đổi dao, thải phụi tự động, kiểm tra tự động...

Trong trường hợp đặc biệt thỡ modul sản xuất linh hoạt cú thể là một trung tõm gia cụng cú robot hỗ trợ. Modul sản xuất linh hoạt cho phộp thay đổi đối tượng gia cụng trong phạm vi khả năng cụng nghệ của thiết bị.

2.4.5 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần

Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần là hệ thống sản xuất linh hoạt gồm nhiều modul sản xuất linh hoạt được kết nối với nhau bằng hệ thống điều khiển tự động. Trong hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần tất cả cỏc cụng việc từ cấp phụi, gia cụng, đến vận chuyển, thay dao và kiểm tra chi tiết đều được tự động hoỏ

2.4.6 Hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc cao

Hệ thống sản xuất linh hoạt hoàn toàn bậc cao bao gồm từ hai hay nhiều hơn hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần, được kết hợp với nhau thành hệ thống tự động hoỏ linh hoạt. Hệ thống sản xuất này cho phộp điều chỉnh cụnng nghệ rất nhanh khi cần chuyển đối tượng gia cụng. Sử dụng hệ thống sản xuất linh hoạt toàn phần bậc cao đũi hỏi giải quyết nhiều vấn đề phức tạp, như tăng độ ổn định của thiết bị, thiết kế và chế tạo cỏc hệ thống điều khiển thớch hợp

2.4.7 Ứng dụng kỹ thuật CIM

Với cỏc dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối cần tiến hành hoàn thiện cỏc quỏ trỡnh cụng nghệ trờn cơ sở sử dụng cỏc thiết bị, dõy chuyền tự động cú năng suất cao, độ ổn định tốt, ứng dụng hiệu quả kỹ thuật nối kết hai quỏ trỡnh thiết kế và chế tạo thành một khối thống nhất (CIM).

2.4.8 Ứng dụng trớ tuệ nhõn tạo

Nghiờn cứu, phỏt triển và ứng dụng trớ tuệ nhõn tạo (AI – Artifical Intellegent) trờn cơ sở kỹ thuật liờn kết nơron nhõn tạo và logic ảo trong cỏc quỏ trỡnh sản xuất phức tạp cú nhiều thụng số ảnh hưởng, trong thiết kế chế tạo cỏc thế hệ robot thụng minh

CHƢƠNG III

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIA CễNG TỰ ĐỘNG KIỂU NỐI TIẾP TUẦN HOÀN

3.1 Kết cấu bàn gia cụng 6 vị trớ

Hệ thống gia cụng tự động kiểu nối tiếp tuàn hoàn cú cấu tạo gồm sỏu vị trớ mỗi vị trớ được thực hiện cỏc chức năng nối tiếp nhau để thực hiện gia cụng một chi tiết cụ thể. Sơ đồ tổng quỏt của hệ thống như sau:

Hệ thống gia cụng gồm một bàn cố định, một bàn quay và một bàn đỡ dưới cú kết cấu như sau:

2 1 3 2 3 4 5 6 1 Hỡnh 3.1 Kết cấu hệ thống gia cụng 6 vị trớ

1: Bàn cố định; 2: Bàn Quay; 3 Cơ cấu mantit nội tiếp

3.1.1 Bàn cố định.

Tấm thộp 252mm,dày 6mm là bàn cố định. Nú được dựng để định vị vị trớ của 3 xi lanh kẹp chặt và cỏc mỏy phay.

3.1.2 Bàn quay.

Tấm thộp 400, dày 16mm là bàn quay quanh một trục. Mặt trờn của bàn xoay dựng để gỏ đặt chi tiết gia cụng thụng qua 6 khối V. Khi gia cụng, chi tiết được định vị 5 bậc tự do. Tại cỏc vị trớ gia cụng chi tiết được kẹp chặt bởi cỏc xi lanh khớ nộn.

Chi tiết này, quay phõn độ 6 vị trớ xung quanh trục cố định được gắn vào bàn đỡ dưới. Bàn quay được lắp với trục thụng qua một ổ bi đỡ và hai ổ bi chặn bố trớ như như sau:

Hỡnh 3.2 Kết cấu bàn quay

Khi thực hiện quay phõn độ, tại mỗi vị trớ dừng bàn quay được định vị bằng và được kẹp chặt bằng hai xi lanh khớ nộn bố trớ đối xứng nhau qua tõm.

Mặt dưới của bàn quay được xẻ 12 rónh với kớch thước LxBxT là 48x12x10 để lắp với đầu mantit

Chuyển động quay phõn độ của bàn quay được thực hiện nhờ cơ cấu mantit nội tiếp

3.1.3 Cơ cấu mantit nội tiếp

Đõy là một cơ cấu cú truyền động đặc biệt. Cơ cấu này dựng để biến chuyển động quay liờn tục của khõu dẫn thành chuyển động giỏn đoạn lỳc quay, lỳc dừng cú chu kỳ của khõu bị dẫn.

- Cấu tạo :

Hỡnh 3.3 Kết cấu mantit nội tiếp

Cơ cấu man nội tiếp gồm đĩa trũn 1 cú lắp chốt A và đĩa hỡnh sao 2 cú 12 rónh hướng tõm đặt đối xứng qua tõm 02 .Khi đĩa 1 quay sẽ cú lỳc chốt A lọt vào rónh của đĩa 2 và gạt đĩa này quay quanh trục 02.Khi chốt A ra khỏi rónh, đĩa 2 sẽ dừng lại .Vỡ tại vị trớ đú vận tốc của đĩa 2 bằng 0.

3.2 Phõn tớch thiết kế chế tạo mỏy gia cụng cho hệ thống 3.2.1 Phõn tớch, tớnh toỏn chi tiết gia cụng 3.2.1 Phõn tớch, tớnh toỏn chi tiết gia cụng

3.2.1.1. Phõn tớch chi tiết gia cụng

ỉ32 25 5 15 5 ỉ8 ỉ32 ỉ8

Vật liệu chi tiết: Gang xỏm GX15-32. Với sản lượng là 24 chi tiết/ giờ thỡ đõy là phương phỏp sản xuất hàng loạt lớn trờn quy trỡnh cụng nghệ sản xuất tớch hợp (do trong quỏ trinh tớnh toỏn cụng suất của hệ thống sản xuất tớch hợp FMS ở nước ta chưa cú) do vậy chỉ làm mụ hỡnh cho phũng thớ nghiệm, do vậy trong quỏ trỡnh tớnh toỏn, chọn mỏy, cụng suất tra và tớnh toỏn cho mỏy truyền thống và thực hiện làm mụ hỡnh cho hệ thống sản gia cụng tự động để gia cụng chi tiết này.

3.2.1.2 Phõn tớch chức năng làm việc của chi tiết Phõn tớch

Chi tiết nối trục chữ thập thường cú chức năng truyền mụ men xoắn từ động cơ tới trục dẫn động động của nhiều loại mỏy.

Chi tiết cú mặt làm việc là hai bề mặt rónh và hai bề mặt trụ, bề mặt mặt trụ và rónh được gia cụng chớnh xỏc, đảm bảo được thụng số kỹ thuật .

Thụng số kỹ thuật

- Đường kớnh lỗ D8 với độ chớnh xỏc cấp12

- Độ khụng vuụng gúc giữa đường tõm lỗ 8 và mặt đầu: 1mm/100mm. - Độ khụng song song giữa cỏc mặt đầu lỗ 32: 0.05mm/100mm.

- Độ cứng chi tiết: 180HB - 220HB - Nhỏm mặt đầu: Rz20.

- Nhỏm mặt cũn lại: Rz20

3.2.1.3 Tớnh cụng nghệ trong chi tiết

Tớnh cụng nghệ trong chi tiết cú ý nghĩa rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới độ chớnh xỏc, năng suất gia cụng:

- Độ cứng vững của chi tiết.

- Chiều dài cỏc lỗ cơ bản nờn bằng nhau và cỏc mặt đầu của nú chỳ ý nằm trờn một mặt phẳng để tiện gỏ đặt.

- Kết cấu nờn đối xứng qua một mặt phẳng nào đấy.

- Hỡnh dạng phải thuận lợi cho việc chọn chuẩn thụ và tinh thống nhất. - Kết cấu phải thuận lợi gia cụng nhiều chi tiết cựng một lỳc .

* Túm lại chi tiết này đó đỏp ứng đầy đủ tớnh cụng nghệ cần thiết để gia cụng.

3.2.2 Quy trỡnh cụng nghệ gia cụng chi tiết 3.2.2.1 Đƣờng lối cụng nghệ 3.2.2.1 Đƣờng lối cụng nghệ

Chi tiết gia cụng sản xuất hàng loạt và kết cấu của chi tiết cú khả năng gỏ dao trờn mỏy và độ cứng vững của chi tiết đủ để gia cụng. Dựng phương ỏn gia cụng một vị trớ, một dao và gia cụng tuần tự .

3.2.2.2 Lập thứ tự nguyờn cụng

Từ cỏc nguyờn tắc cơ bản khi lập quy trỡnh cụng nghệ để gia cụng một chi tiết đặc điểm kết cấu, đặc điểm làm việc và độ chớnh xỏc của chi tiết ta cú phương ỏn sau:

Phƣơng ỏn 1:

Nguyờn cụng 1: Phay rónh thứ nhất B=5,t=5 trờn bề mặt trụ . Nguyờn cụng 2: Khoan lỗ 8.

Nguyờn cụng 3: Phay rónh thứ hai B=5,t=5 trờn bề mặt trụ cũn lại .

Phƣơng ỏn 2:

Nguyờn cụng 1: Khoan lỗ 8.

Nguyờn cụng 2: Phay rónh thứ nhất B=5,t=5 trờn bề mặt trụ . Nguyờn cụng 3: Phay rónh thứ hai B=5,t=5 trờn bề mặt trụ cũn lại.

So sỏnh :

Phương ỏn 1(pa1) và phương ỏn 2(pa2) cựng cú số nguyờn cụng nhưng trọng hệ thống sản xuất tớch hợp FMS như mụ hỡnh chung đó làm thỡ phương ỏn 1 là tối ưu nhất vỡ 2 mỏy phay đặt trờn bàn cố định lực cộng xuống bàn là dều nhau.cũn phương ỏn 2 thỡ hai mỏy phay đặt nờn bàn cố định lực tỳ lờn bàn cố định lệch về

một phớa do dẫn đến sự khụng chớnh xỏc khi gia cụng. do vậy la chọn phương ỏn một là hợp lý. Ở đõy ta chọn thiết kế nguyờn cụng cho phương ỏn 1

a. Nguyờn cụng một: Phay rónh thứ nhất B=5, t=5 trờn bề mặt trụ 32.

Chi tiết định vị trờn một mặt phẳng hạn chế ba bậc tự do và khối V hạn chế hai bậc tự do .

Hỡnh 3.5 Định vị chi tiết

Chi tiết được kẹp chặt như hỡnh vẽ, ta tiến hành gia cụng rónh.

b. Nguyờn cụng 2: Khoan lỗ 8.

Chi tiết định vị trờn một mặt phẳng hạn chế ba bậc tự do và khối V hạn chế hai bậc tự do .

Chi tiết được kẹp chặt như hỡnh vẽ, ta tiến hành khoan lỗ

c. Nguyờn cụng ba : Phay rónh thứ hai B=5, t=5 trờn bề mặt trụ 32.

Chi tiết định vị trờn một mặt phẳng hạn chế ba bậc tự do và khối V hạn chế hai bậc tự do .

3.2.2.3 Xỏc định lƣợng dƣ gia cụng cỏc nguyờn cụng

a. Nguyờn cụng 1: Phay rónh thứ nhất B=5,t=5 trờn bề mặt trụ 32 .

Chi tiết đỳc đặc đạt cấp chớnh xỏc là cấp II và phay là phay rónh cú B=5,t=5 do dú:

Lượng dư bề mặt của rónh là 5,0 (mm) Lượng dư gia cụng thụ sau khi đỳc: 3,8mm. Lượng dư gia cụng bỏn tinh sau thụ: 1,04mm. Lượng dư gia cụng tinh sau bỏn tinh: 0,16mm.

b. Nguyờn cụng 2: Khoan : 8. Lượng dư đỳc 2(mm).

c. Nguyờn cụng 3: Phay rónh thứ hai B=5,t=5 trờn bề mặt trụ 32 cũn lại. Lượng dư bề mặt của rónh là 5,0 (mm)

Lượng dư gia cụng thụ sau khi đỳc:3,8mm. Lượng dư gia cụng bỏn tinh sau thụ: 1,04mm.

Lượng dư gia cụng tinh sau bỏn tinh: 0,16mm. 3.2.3.5. Tớnh chế độ cắt cho cỏc nguyờn cụng

a. Nguyên công 1: Phay rãnh B=5,t=5 trên bề mặt trụ

32.

Tra chế độ cắt:

Bƣớc 1: gia cụng thụ. Chiều sõu cắt: t = 3.8mm.

Lượng chạy dao răng: Sz = 0,13mm/răng.

 Lượng chạy dao vũng: Sv = 160,13 = 2.08mm/vũng. Tốc độ cắt tra được(bảng 5-165[6]): Vb = 39m/phỳt. Tốc độ tớnh toỏn:

Vt = Vb.k1.k2.k3.k4.k5 Trong đú:

k1: Hệ số điều chỉnh phụ thuộc độ cứng gang, k1=1,0. k2: Hệ số điều chỉnh phụ thuộc mỏc hợp kim, k2 = 0,8.

k3: Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào trạng thỏi bề mặt gia cụng , k3 = 0,8.

k4: Hệ số điều chỉnh phụ thuộc chiều rộng phay, k4 = 1,13.

k5: Hệ số điều chỉnh phụ thuộc gúc nghiờng chớnh, k5 = 0,95.

 Vt = 39.1,0.0,8.0,8.1,13.0,95 = 26,8m/phỳt. Tốc độ trục chính: n = 1000Vt/.D = 1000.26,8/3,14.63 = 135,5 vòng/phút. Chọn tốc độ máy: n= 141 vòng/phút.  Tốc độ cắt thực tế: Vt = .D. n/1000 = 3,14.63.141/1000 = 27,9( m/phút). L-ợng chạy dao phút:

Sp = 27,9.2,08 =58,1 mm/phút.

Bƣớc 2: gia cụng bỏn tinh. Chiều sõu cắt: t = 1,04 mm.

Lượng chạy dao răng: Sz = 0,1 mm/răng.

 Lượng chạy dao vũng: Sv = 160,1 = 1.6 mm/vũng. Tốc độ cắt tra được(bảng 5-165[STCNCTM Tập]): Vb = 44 m/phỳt. Tốc độ tớnh toỏn: Vt = Vb.k1.k2.k3.k4.k5 Trong đú: k1=1,0; k2 = 0,8; k3 = 1,0; k4 = 1,13; k5 = 0,95.  Vt = 44.1,0.0,8.1,0.1,13.0,95 = 42,3 m/phỳt. Tốc độ trục chớnh: n = 1000Vt/.D = 1000.42,3/3,14.63 = 213,8 vũng/phỳt. Chọn tốc độ mỏy: n= 198 vũng/phỳt.  Tốc độ cắt thực tế: Vt = .D. n/1000 = 3,14.63.198/1000 = 39,2 m/phỳt. Lượng chạy dao phỳt:

Sp = 39,2.1,6 =62,7 mm/phỳt.

Bƣớc 3: gia cụng tinh. Chiều sõu cắt: t = 0,16mm.

Lượng chạy dao răng: Sz = 0,07mm/vũng.

 Lượng chạy dao vũng: Sv = 160,07 = 1.12 mm/vũng.

Tốc độ cắt tra được(bảng 5-165[STCNCTM Tập 2]): Vb = 49,5m/phỳt. Tốc độ tớnh toỏn: Vt = Vb.k1.k2.k3.k4.k5 Trong đú: k1=1,0; k2 = 0,8; k3 = 1,0; k4 = 1,13; k5 = 0,95.  Vt = 49,5.1,0.0,8.1,0.1,13.0,95 = 41,25 m/phỳt.

Tốc độ trục chớnh:

n = 1000Vt/.D = 1000.41,25/3,14.63 = 208,5 vũng/phỳt. Chọn tốc độ mỏy: n= 198 vũng/phỳt.

 Tốc độ cắt thực tế:

Vt = .D. n/1000 = 3,14.63.208,5/1000 = 41,3 m/phỳt. Lượng chạy dao phỳt: