4. Kết quả đạt được
2.3 Thiết bị điện
Module nguồn một chiều.
Hình 2.9 Module nguồn một chiều
Thông số kĩ thuật:
- Mã module: TPAK.A7100
- Dòng điện vào (INPUT) là dòng điện xoay chiều điện áp ổn định từ 100 – 240VAC
- Tần số 50Hz cường độ dòng điện 2A
- Dòng điện ra (OUTPUT) là dòng điện một chiều 24VDC - Dòng điện 4.2A
- Công suất 1000W
Chức năng trong hệ thống: chuyển đổi từ nguồn điện xoay chiều ra điện áp 1 chiều hạ thế từ 220V xuống điện áp 24V và cung cấp cho các thiết bị của hệ thống.
35
36
Module thực hành nút ấn.
Hình 2. 1 Module thực hành nút ấn
Thông số kĩ thuật:
- Mã module: TPAK.A3000
- Tín hiệu vào là dòng điện một chiều 24VDC
- Số nút ấn: 3 nút ấn ở trạng thái thường mở (gồm một nút ấn nhớ và 2 nút ấn không nhớ)
- Có hiện thị đèn LED trên mỗi nút ấn
Chức năng trong hệ thống: đóng ngắt các mạch điều khiển.
37
Module thực hành đèn báo, còi báo.
Hình 2. 2 Module đèn báo còi báo
Thông số kĩ thuật
- Mã module: TPAK.A8000
- Tín hiệu vào: dòng điện một chiều 24VDC - Số đèn báo: 6
- Số còi: 1
Chức năng trong hệ thống: phát tín hiệu cho hệ thống khi hoạt động.
38
Module rơle trung gian.
Hình 2. 3 Module rơle trung gian
Thông số kĩ thuật:
- Mã module: TPAK.A9000 - Số rơle: 3
- Điện áp cuộn dây: 24VDC
- Tiếp điểm: 5A 250VAC
- Thời gian tác động: 20ms max
- Nhiệt độ làm việc: -55°C-70°C
Gồm hai bộ phận chính:
-Cuộn hút (nam châm điện): khi cuộn hút có tín hiệu điện các thanh tiếp điểm từ thường mở thành thường đóng và ngược lại.
-Phần mạch tiếp điểm: dùng để đóng ngắt dòng tín hiệu của các thiết bị tải với dòng nhỏ và được cách ly hoàn toàn với cuộn hút.
39
Nguyên lý hoạt động:
Đây là loại rơle 12V có 8 chân khi chưa được cấp nguồn thì cặp chân số 2-4 và 6-8 ở dạng thường mở. Cặp chân số 2-3 và 6-7 ở dạng thường đóng.
Khi rơle được cấp nguồn thì cặp 2-4 và 6-8 sẽ đóng lại, đồng thời cặp chân số 2-3 và 6-7 chuyển sang thường mở.
Hình 2. 4 Sơ đồ nguyên lý rơle trung gian
Chức năng trong hệ thống: chuyển mạch tín hiệu điều khiển cho các phần tử phía sau.
Module rơle thời gian ON
Hình 2. 5 Module rơle thời gian ON
40
Thông số kĩ thuật:
- Mã module: TPAK.A5000
- Nguồn cung cấp: nguồn điện một chiều 24VDC - Thời gian cài đặt: 0.05 giây – 100 giờ
- Chế độ hoạt động ngõ ra 6/16 loại dải thời gian cài đặt - Tuổi thọ hoạt động: 100,000 lần
- Kích thước: 48×48 mm - Loại đế cắm 8 chân
- Nhiệt độ xung quanh từ -10 đến 55℃
Cấu tạo:
- Bộ định thời gian
- Mạch từ của nam châm điện - Các tiếp điểm
- Vỏ bảo vệ chân tiếp điểm Nguyên lý hoạt động:
Khi rơle được cấp điện thì các tiếp điểm 1 và 3 ở dạng thường đóng, tiếp điểm 1 và 4 ở dạng thường mở các tiếp điểm này được xem là dạng không tính thời gian. Nghĩa là khi có điện điều khiển là các dạng tiếp điểm này lập tức đóng mở.
Các tiếp điểm đóng chậm/mở chậm sẽ hoàn toàn không thay đổi vị trí chúng chỉ thay đổi khi kim chỉ trên mặt đồng hồ của rơle được điều chỉnh.
Ví dụ: ta chỉnh kim mặt rơle là 5 giây có nghĩa là khi cấp nguồn vào các vị trí đóng chậm (5-8)/mở chậm (6-8) thì sau 5 giây các tiếp điểm mở sẽ đóng lại, các tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra. Nghĩa là nó sẽ tính thời gian sau đó mới đóng mở.
41
Hình 2. 6 Sơ đồ nguyên lý rơle thời gian ON
Chức năng trong hệ thống: tạo thời gian trễ cho các phần tử phía sau.
42
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG 3.1 Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống cấp phôi tự động 3.1.1 Chọn phôi
Phôi là trạng thái ban đầu, chưa qua chế tạo đặc biệt để tạo ra các chi tiết hay các vật chuyên dùng. Trong sản xuất phôi rất quan trọng quá trình gia công cơ khí, là vật liệu nguyên liệu chính để tạo ra các sản phẩm nhất định.
Ta lựa chọn loại phôi dạng rời là phôi nhôm đặc, hình vuông có độ dài cạnh là 60mm, chiều cao 35mm, là loại nhôm A6061 chuyên dụng để chế tạo chi tiết máy, các chi tiết gia công trong cơ khí.
Hình 3. 1 Phôi
3.1.2 Lựa chọn cơ cấu phân chia phôi
Cơ cấu chia phôi (xi lanh khí nén) có nhiệm vụ điều tiết phôi theo nhịp gia công của máy. Để bảo đảm tính chính xác và ổn định cho một hệ thống cấp phôi tự động điều khiển bằng điện – khí nén trong đề tài này thì việc lựa chọn cơ cấu phân chia phôi là rất quan trọng cho hệ thống.
Lựa chọn xilanh bằng phần mềm Model Selection System của SMC.
43
SMC Coporation là công ty của Nhật Bản được thành lập vào năm 1959. SMC Corporation chuyên sản xuất, kinh doanh các sản phẩm, công nghệ về điều khiển tự động hóa như toàn bộ các sản phẩm về các hệ thống điều khiển khí nén, thiết bị truyền động điện, các sản phẩm phục vụ cho y tế, khoa học đời sống… Với mạng lưới kinh doanh và phân phối các sản phẩm, văn phòng đại diện của SMC đã có mặt trên 83 quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam.
Các sản phẩm khí nén của SMC đa dạng và có sẵn có thể đáp ứng các nhu cầu và giải pháp về thiết kế các hệ thống điều khiển tự động về khí nén. Nhằm giúp người dùng dễ dàng tính toán và lựa chọn các sản phẩm một cách chính xác và hiệu quả SMC đã cho ra các phần mềm tính toán và lựa chọn sản phẩm, hệ thống khí nén như phần mềm lựa chọn thiết bị truyền động quay, phần phềm lựa chọn hệ thống, phần mềm lựa chọn hệ thống hút chân không…
Phần mềm chọn hệ thống (Model Selection System) của SMC là phần mềm tính toán lựa chọn mô hình hệ thống khí nén bao gồm các phần tử như xi lanh, van điện từ, bộ điều khiển tốc độ, khớp nối, đường ống hoặc bộ giảm thanh,... Phần mềm cho ra các kết quả phù hợp với yêu cầu là các thông số đã đặt ban đầu và các mã sản phẩm của hãng SMC với các thông số và mô hình 3D để tham khảo.
Các bước để tải phần mềm lựa chọn hệ thống (Model Selection System).
Bước 1: Truy cập vào trang chủ của SMC theo đường link:
https://www.smcworld.com
44
Sau khi màn hình hiện thị lên ta chọn Model Selection Software.
Bước 2: Sau khi giao diện mới hiện ra ta chọn để mở cửa sổ mới.
45
Bước 3: Sau khi giao diện mới hiện ra ta chọn Download the program để tải tệp về máy tính.
Sau khi tệp được tải về máy tính ta tiến hành giải nén và cài đặt phần mềm. Trước tiên để lựa chọn một xi lanh khí nén bằng phần mềm Model Selection System ta cần xác định:
46
- Load mass: tải mà xi lanh mang theo khi đẩy hoặc ép một vật, ở đây ta chọn tải có khối lượng là 0.8 kg.
- Thời gian toàn hành trình: 0,5 mm/s.
- Hành trình piston theo phương nằm ngang: 100 mm.. - Áp suất đặt: 0,2 Mpa.
- Tổng khối lượng phôi cần đẩy: 3,2 kg.
Các bước tiến hành thử nghiệm trên phần mềm:
Bước 1: mở phần mềm và lựa chọn Model selection (simple version) chọn New để bắt đầu chạy phần mềm.
Bước 2: Cài đặt và đặt các giá trị cho hệ thống
Sau khi giao diện mới của phần mềm hiện lên, ở cửa sổ INPUT ta chọn Option change để mở khóa.
47
Ở mục Option condition chọn Push (L) là xilanh đi ra ở phía bên trái, Pull (R)
là xilanh đẩy về ở phía bên phải.
Chọn Circuit configuration để cài đặt mạch khí nén.
Của sổ Circuit configuration mới hiện ra ở cửa sổ này mạch khí nén có thể được lựa chọn các loại xi lanh, van điện từ, van tiết lưu…
48
Chọn/nhập giá trị
Chọn xi lanh tác động hai chiều trục, đơn Double acting Single rod.
Để điều chỉnh tốc độ xi lanh bằng cách sử dụng van tiết lưu đầu vào chọn
Meter in.
Van điện từ là van 5/2 cuộn hút đơn ta chọn 2 position single.
Nhấn Ok bên dưới góc phải màn hình để kết thúc.
49
Ta tiến hành chọn và nhập giá trị của xi lanh ở mục INPUT. Chọn/nhập giá trị
Total length (R), Total length (L) là chiều dài của đường ống ở phía bên phải và bên trái kết nối xi lanh và van điện từ được chọn ta đặt giá trị là 0,4 m.
Vị trí lắp của van tiết lưu ở phía bên phải và bên trái ta lựa chọn lắp trên xi lanh On cylinder.
Nếu xi lanh có mục đích là Transfer thì không cần nhập lực cản.
Mục đích của xi lanh là kẹp (Clamp), lực kẹp cần phải được nhập vào. Lực kẹp là lực làm việc ở cuối hành trình, do đó, nó ảnh hưởng đến việc lựa chọn đường kính trong của xi lanh, nhưng nó không ảnh hưởng đến thời gian toàn bộ hành trình.
Nếu mục đích là ép (Press) thì lực cản cần phải được nhập vào. Lực cản là lực tác dụng trên toàn bộ hành trình do đó nó ảnh hưởng đến việc lựa chọn đường kính trong của xi lanh và thời gian toàn hành trình.
Theo yêu cầu tính toán để chọn xi lanh ta chọn là Press. Tại cửa sổ Resistance force ta nhập lực cản của xilanh là 32 N tương đương
50
với tổng khối lượng phôi là 3.2 kg.
Áp suất đặt là 0,2 Mpa. Nhiệt độ môi trường là 30 degC.
Hành trình piston là 100 mm.
Thời gian từ khi cấp điện cho van điện từ đến khi xi lanh đi hết hành trình là 0,5s. Tải của đầu piston là 0,8 kg.
Mounting angle ta đặt 0 deg.
Chọn Selected automatically phần mềm tính toán tự động dựa theo thông số đặt ban đầu.
Optimal size priority: là khả năng kết nối giữa các thành phần, thành phần có kích thước tối ưu (nhỏ nhất) có thể đáp ứng thời gian hành trình cần thiết được chọn theo mức độ ưu tiên.
Connection priority: Một thành phần có thể đáp ứng thời gian hành trình cần thiết được chọn bằng cách ưu tiên khả năng kết nối giữa các thành phần.
Chọn Selection Start để bắt đầu tính toán và cho ra kết quả.
Cửa sổ Cylinder series hiện lên ta chọn một mã xi lanh thích hợp (ta chọn mã CM2-Z là mã xi lanh tròn) rồi chọn vào Next để chuyển sang chọn mã van điện từ
(Solenoid vale series) nhấn Next để chọn mã ống (Piping series) và cuối cùng nhấn
Next bên dưới màn hình để hiện thị kết quả.
51
Sau khi đã hiện kết quả ở cửa sổ OUTPUT chọn Detail để xem chi tiết.
52
Kết quả thu được.
Trong cửa sổ System characteristics kết quả của quá trình mô phỏng trên màn hình này cho ta thấy các lựa chọn được hiển thị và các kết quả tính toán dựa trên số liệu đặt ban đầu.
Hình 3.3 Biểu đồ đường đặc tính của xi lanh
Biểu đồ 1 cho thấy những thay đổi trong vận tốc và gia tốc của piston so với thời gian.
Biểu đồ 2 cho thấy sự thay đổi của áp suất trong xi lanh ở hai phía sự dịch chuyển của piston theo thời gian.
- Full stroke time: thời gian cần thiết để piston xilanh đi đến cuối hành trình sau khi van điện từ được cấp điện là 0,49s.
- Start up time: thời gian cần thiết để piston xylanh bắt đầu chuyển động sau khi van điện từ được cấp điện là 0,14s.
- 90% Force time: thời gian cần thiết để sản lượng xi lanh đạt 90% sản lượng lý thuyết sau khi van điện từ được cấp điện là 0,54s.
- Mean velocity: vận tốc trung bình của xi lanh là: 203 mm/s.
53
- Max velocity: vận tốc lớn nhất của piston xuất hiện trong một hành trình là 334 mm/s.
- Stroke end velocity: vận tốc mà piston đi đến cuối hành trình. Trong trường hợp xi lanh có giảm chấn, nó liên quan đến vận tốc của piston tại lối vào của giảm chấn là 334 mm/s.
- Max acceleration: Gia tốc lớn nhất trong một hành trình là 5.9 m/ s2. - Max pressure: áp suất không khí lớn nhất trong xilanh là 0.2 Mpa. - Air consumption/cycle: chuyển đổi lượng khí cần thiết để chuyển động qua lại xi lanh một lần, điều kiện tiêu chuẩn là 0,181dm3.
- Require air flow: lượng không khí cần cung cấp cho hệ thống trong thời gian quy định là 12.0dm3 / s.
Hình 3.4 Kết quả tính toán của xi lanh
Tại bảng Rusults Model Selection nó cho thấy kết quả của việc lựa chọn mô hình, hiện mã sản phẩm của xylanh, van điện từ, van tiết lưu,…
54
Hình 3.5 Kết quả lựa chọn mô hình và mã sản phẩm
Tại cửa sổ Input values hiển thị các giá trị và điều kiện được nhập ban đầu.
Ta có mã xi lanh CM2L20-100FZ của hãng SMC là loại xi lanh tròn đường kính 20 mm hành trình piston 100mm.
Hình 3.6 Mô hình 3D xi lanh CM2L20-100FZ
55
3.1.3 Thiết kế và chế tạo phễu chứa phôi
Thiết kế bản vẽ, chọn vật liệu phễu chứa phôi.
Trên cơ sơ cac bươc lựa chọn xi lanh và lựa chọn phôi ở trên va cac kiên thưc đã được học để bắt đầu thiêt kê bản vẽ. Sử dụng phần mềm Auto cad để tiến hành thiết kế bản vẽ.
Phễu chứa phôi là chi tiết chứa phôi yêu cầu cơ khí cần chắc chắn, gọn và dễ quan sát phôi, ta dùng loại nhôm tấm A6061 có độ dày 2mm để gia công. Kích thước phễu chứa phôi có kích thước được mô tả như bản vẽ 2D bên dưới.
Nhôm là vật liệu kim loại được sử dụng phổ biến trong sản xuất cơ khí và phần lớn được ưa chuộng chọn làm mô hình bởi nhôm có các ưu điển như khả năng chống ăn mòn, giá thành phải chăng nó có giá thành cao hơn thép, rẻ hơn so với đồng hoặc inox và là sự lựa chọn phù hợp nhất cho các thiết bị chống mài mòn. Khối lượng nhẹ chỉ bằng 1/3 so với thép nên dễ dàng vận chuyển và chế tạo các chi tiết có khối lượng thấp. Nhôm có độ bền cao nhất tính theo khối lượng so với bất kì kim loại nào. Vì vậy ta ưu tiên chọn vật liệu nhôm để chế tạo mô hình.
56
Hình 3. 2 Bản vẽ 2D phễu chứa phôi
57
Hình 3. 3 Bản vẽ 2D thiết bị đẩy phôi gắn đầu piston
58
Hình 3.9 Bản vẽ 2D bàn đỡ mô hình hệ thống cấp phôi
59
Hình 3.10 Mô hình 3D tổng thể
Phôi được cấp vào phễu chứa phôi A và được đẩy đi bằng tác động bởi xi lanh D. Phôi sau khi được đẩy ra sẽ xuống băng tải chuyền và tiếp tục được gia công ở các công đoạn tiếp theo.
60
Hình 3. 11 Mô hình 3D nguyên lý làm việc
Chế tạo mô hình hệ thống cấp phôi tự động
Hình 3. 12 Mô hình hệ thống cấp phôi tự động
61
3.2 Thử nghiệm mô hình hệ thống cấp phôi tự động3.2.1 Lắp ráp sơ đồ mạch khí nén 3.2.1 Lắp ráp sơ đồ mạch khí nén
Yêu cầu đặt thiết kế một thiết bị phân phối phôi cung cấp các phôi nhôm ra trạm gia công tiếp theo. Bằng cách dùng một nút nhấn điều khiển trục piston của xianh 2 tác động