- Nguyên tắc làm việc của phễu cấp phôi kiểu rung động là dưới tác dụng của lực quán tính của phôi do cơ cấu rung truyền sang sẽ làm cho phôi thực hiện các dịch chuyển cưỡng bức trên cơ cấu rung và thực hiện việc cấp phôi.
- Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu rung động có rất nhiều loại như loại máng phẳng nằm ngang, nằm nghiêng, hoặc loại đường xoắn ốc v.v...Kiểu phễu này có nhiều ưu điểm như kết cấu đơn giản, ít xảy ra hiện tượng tắc hoặc kẹt phôi khi di chuyển. Tốc độ dịch chuyển phôi đều đặn, năng suất cao. Đặc biệt là đối với các phôi có hình dạng phức tạp và khó định hướng, các phôi thô sau khi đúc, rèn, dập hoặc cắt, hàn...còn có các ba via và rìa mép. Có thể cấp được các loại phôi có hình dáng và kích thước rất khác nhau và dễ dàng điều chỉnh được năng suất của phôi nhờ việc điều chỉnh biên độ rung động thông qua việc điều chỉnh dòng điện hay khe hở của lõi từ. Tuy nhiên với các phôi có khối lượng lớn thì phễu cấp phôi kiểu rung động trong quá trình làm việc sẽ gây ra tiếng ồn lớn.
Phễu được đặt trên 3 lò xo lá được xếp nghiêng so với phương thẳng đứng một góc 200 theo cùng 1 hướng. Mục đích của nó là khi nam châm điện từ hút đáy phễu xuống phía dưới theo phương thẳng đứng thì các thanh lò xo lá bị uốn và đồng thời xoay đi một góc và mang phễu quay xung quanh tâm nó một góc. Như vậy chuyển động tuyệt đối của phễu và các cánh xoắn trong phễu là chuyển động đi xuống và xoay quanh tâm phễu. Khi lực nam châm điện từ mất đi, lò xo lại trả phễu về lại trạng thái ban đầu tức là phễu sẽ có chuyển động lên phía trên và xoay
32
ngựơc lại xung quanh tâm nó 1 góc bằng với góc quay khi chuyển động đi xuống. Để có thể tạo khả năng dễ dàng cho vật tiếp vào cánh xoắn và thực hiện các di chuyển, thường người ta chế tạo phễu có đáy hình côn ở giữa cao và xung quanh thấp để phôi dễ dàng trượt trên mặt côn đó để tiếp vào cánh xoắn khi phễu rung động. Quá trình rung động của phễu sẽ làm cho phôi dịch chuyển đi lên theo hướng cánh xoắn. Trên cánh xoắn, người ta còn bố trí một số cơ cấu để định hướng cho phôi hoặc sửa lại các phôi định hướng chưa đúng hoặc gạt các phôi có định hướng sai ra khỏi rãnh xoắn.
Kết cấu của phễu phải đựơc cách ly với hệ thống công tác thông qua các đế cao su hay cơ cấu giảm chấn, do vậy phễu chỉ thực hiện chuyển động rung động với biên độ và tần số đã định một cách ổn định mà không bị ảnh hưởng do nhiễu từ các máy công tác tác động.
Ứng dụng
- Phễu rung được sử dụng cho các ứng dụng dùng để cấp chi tiết, sản phẩm cho các máy lắp ráp, kiểm tra, đóng gói tự động trong ngành công nghiệp lắp ráp điện, điện tử, các sản phẩm y tế thực phẩm và tiêu dùng. Máy có chức năng phân loại, sắp xếp sản phẩm, đếm số lượng và kiểm tra một cách nhanh chóng và chính xác.
33
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1. Yêu cầu thiết bị
- Thiết bị đầu vào là các thiết bị được sử dụng để cung cấp thông tin về sự thay đổi trạng thái từ một thiết bị ngoại vi và truyền tín hiệu cho bộ điều khiển trung tâm PLC.Cụ thể:
+ Tín hiệu cảm biến: Yêu cầu các cảm biến đầu vào phải có độ chính xác và thời gian đáp ứng phù hợp với từng cơ cấu cơ khí cụ thể. Cơ cấu chấp hành vừa phải phù hợp với yêu cầu thiết kế cơ khí vừa đảm bảo yếu tố kinh tế cho hệ thống.
+ Chọn cảm biến: Cảm biến là thiết bị điện được sử dụng để đo đạc các tín hiệu như nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, tốc độ, những hiện tượng thay đổi bên ngoài chuyển thành tín hiệu điện tiêu chuẩn để cung cấp cho các bộ điều khiển phân tích.
- Có các loại cảm biến thường dùng như: Cảm biến nhiệt đô, cảm biến quang,
cảm biến áo suất,…Với mục đích phát hiện nắp vàng và nắp đỏ trên mâm thì em lựa chọn cảm biến quang bởi những ưu điểm như:
+ Không tiếp xúc với vật thể cần phát hiện. + Có thể phát hiện vật từ khoảng cách xa. + Không bị hao mòn, tuổi thọ cao.
+ Có thời gian đáp ứng nhanh.
- Còn đối với việc phát hiện chuyển động của động cơ mâm xoay thì em lựa
chọn cảm biến tiệm cận bởi những ưu điểm sau:
+ Phát hiện vật thể không cần tiếp xúc, không tác động lên vật, khoảng cách xa nhất tới 30mm.
+ Hoạt động ổn định cao với nhiệt độ, chống rung động và chống shock tốt. + Tốc độ đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao so với công tắc giới hạn (limit switch). + Tuổi thọ cao hơn so với các loại cảm biến khác.
34
- Hệ thống bao gồm:
+ Phễu rung cấp nắp vàng: Đưa nắp vàng trong phễu đến vị trí mâm xoay + Phễu rung cấp nắp đỏ: Đưa nắp đỏ trong phễu đến vị trị xi lanh đẩy nắp + Mâm xoay: Đưa nắp đến những vị trí để thực hiện các công đoạn đóng + Cơ cấu đẩy nắp đỏ: Nhiệm vụ đẩy nắp đỏ rơi xuống vị trí nắp vàng
+ Cơ cấu đóng nắp: Khi nắp tới vị trí, xi lanh dập xuống để gắn 2 cơ cấu lại + Cơ cấu siết nắp: Khi nắp tới vị trí, xi lanh đẩy xuống đồng thời động cơ siết 2 cơ cấu nắp chặt lại
3.2 Tính toán và thiết kế cơ cấu cơ khí của hệ thống
- Yêu cầu của hệ thống:
+ Thiết kế đảm bảo an toàn, vận hành thuận tiện + Thiết kế gọn gàng tối ưu được diện tích làm việc + Độ bền cao, kết cấu chắc chắn
+ Nắp chai được vặn chặt + Đạt năng suất theo yêu cầu
+ Giảm tối đa nguy cơ xảy ra sản phẩm lỗi + Tiết kiệm chi phí sản xuất
35
Từ những yêu cầu đặt ra, máy đóng nắp được thiết kế như sau:
Hình 3. 1: Máy đóng nắp chai bản thiết kế
3.2.1. Phễu rung cấp nắp vàng
Phễu rung cấp nắp tự động là hệ thống tự động sắp xếp các nắp đi theo một
hướng nhất định, phôi được cấp vào phễu không ở 1 tư thế nhất định trong quá trình nắp được đưa đi sẽ tự sắp xếp đứng thẳng nhờ các chi tiết cơ khí trên phễu. Những chi tiết sau khi được xếp thẳng sẽ đưa ra theo một đường thẳng đến vị trí mâm xoay.
36
Hình 3. 2: Phễu rung cấp nắp vàng
Hình 3.3: Chi tiết cơ khí bowl nắp vàng - Cấu tạo:
+ Phần phễu, bát rung để chứa linh kiện có cấu tạo xoắn bậc để dẫn linh kiện tới đầu ra thep yêu cầu.
+ Đế rung
37
Khi cấp nguồn cho phần cảm từ của nam châm điện, nó sẽ tạo ra dao động
kéo phễu đi xuống, nhưng nhờ có lò xo lá nên khi hệ thống dao động cốc phễu vừa chuyển động lên xuống, vừa xoay quanh tâm nó một góc rất nhỏ. Phôi đang nằm hỗn độn trong phễu sẽ tản ra xung quanh thành phễu và bắt đầu tiếp cận với đầu mối của cánh xoắn, phôi sẽ chuyển động theo cánh xoắn từ dưới đáy phễu lên trên theo mặt phẳng nghiêng cho tới khi ra khỏi phễu. Khi phôi đã ra khỏi phễu thì sẽ theo máng dẫn vào vị trí gia công.
Để điều chỉnh tốc độ của phễu nhanh chậm sử dụng inverter chỉnh tốc độ
rung.
Hình 3. 4: Cấu tạo bên trong đế rung
3.2.2. Phễu rung cấp nắp đỏ
Cũng như phễu của nắp vàng, phễu rung nắp đỏ cũng dùng chung một đế
rung. Kích thước của bowl rung cũng tương tự nhau, nhưng phần cơ khí gắn trên nắp đỏ và vàng là khác nhau. Phần phễu nắp đỏ gia công khó hơn rất nhiều so với nắp vàng vì cấu tạo nắp đỏ rất khó để dựng thẳng lên khi đi trong phễu.
38
Hình 3. 5: Kích thước bowl phễu rung - Cấu tạo:
+ Bowl rung, bát rung để chứa linh kiện cấu tạo xoắn bậc để dẫn linh kiện tới đầu ra thep yêu cầu.
+ Đế rung
- Nguyên lý hoạt động:
Khi cấp nguồn cho phần cảm từ của nam châm điện, nó sẽ tạo ra dao động kéo phễu đi xuống, nhưng nhờ có lò xo lá nên khi hệ thống dao động cốc phễu vừa chuyển động lên xuống, vừa xoay quanh tâm nó một góc rất nhỏ. Phôi đang nằm hỗn độn trong phễu sẽ tản ra xung quanh thành phễu và bắt đầu tiếp cận với đầu mối của cánh xoắn, phôi sẽ chuyển động theo cánh xoắn từ dưới đáy phễu lên trên theo mặt phẳng nghiêng cho tới khi ra khỏi phễu. Khi phôi đã ra khỏi phễu thì sẽ theo máng dẫn vào vị trí gia công.
39
Hình 3. 6: Chi tiết các phần cơ khí trên phễu
40
3.2.3. Mâm xoay
- Mâm xoay có chức năng mang những nắp chai đến lần lượt những vị trí đẩy nắp, dập nắp và siết nắp.
- Có nhiều phương án để thiết kế mâm xoay, tuy nhiên dựa vào cơ sở bố trí các cơ cấu khác sao cho phù hợp, thì em lựa chọn mâm xoay có 6 lỗ và 1 đế dưới mâm xoay để đỡ sản phẩm khi xoay:
+ Mâm xoay có 2 tầng giúp cố định trên vào dưới nắp, giúp nắp cố định không bị rơi rớt ra ngoài.
+ Đảm bảo số lượng vị trí dừng cho các cơ cấu hoạt động sao cho hiệu quả. + Điều khiển đơn giản, dễ dàng.
+ Kích thước nhỏ gọn, dễ nắp ráp và chế tạo.
41
Hình 3. 9: Kích thước mâm xoay
42
- Nguyên lý hoạt động: Khi có tín hiệu từ cảm biến, mâm xoay sẽ tiến hành
xoay 1/6 vòng ( 60 độ) và dừng tại các vị trí I, II, III, IV, V, VI bao gồm các vị trí:
Hình 3. 11: Vị trí trong mâm xoay + Vị trí I: Vị trí tiếp nhận nắp vàng
+ Vị trí II: Vị trí đẩy nắp đỏ + Vị trí III: Xi lanh dập nắp
+ Vị trí IV: Nắp sau khi được đóng qua, motor siết xuống siết nắp chặt lại + Vị trí V: Khi nắp siết xong đến vị trí V rơi xuống thùng đựng sản phẩm
+ Vị trí VI: Trong trường hợp nắp ở vị trí chưa rơi mà dính vào mâm, ta dùng tay nhấc sản phẩm ra từ vị trí này
Cơ cấu này sử dụng động cơ giảm tốc (step) gắn với hộp số bước để điều
khiển mâm xoay sao cho chính xác, cung cấp một momen xoắn lớn. Sử dụng hộp số bước cho động cơ step giảm tỉ lệ quán tính của động cơ, gia tăng momen xoắn, giảm dư chấn, tăng độ ổn định trong quá trình hoạt động.
+ Giảm tỉ lệ quán tính của động cơ step: Một nguyên nhân của hiện tượng trượt bước trên step motor là lực quán tính. Tỉ số quán tính tải và khả năng chịu quán tính của động cơ quyết định đến việc động cơ cơ thể tải hay điều khiển (đặc biệt là những giai đoạn tăng tốc hay giảm tốc). Nếu quán tính tải trọng đáng kể hơn quán tính động cơ, động cơ sẽ điều khiển tải khó khăn hơn và quá tải, trượt bước.
43
Tỉ lệ quá tính cao cũng là nguyên nhân dẫn đến việc tiêu thụ nhiều điều, động cơ nóng lên và bị hỏng.
+ Gia tăng momen xoắn: Sử dụng hộp số bước với động cơ step để gia tăng momen giúp tải dễ dàng hơn. Khi đó, tải được điều khiển bằng bộ kết hợp động cơ và hộp số bước momen giảm rất nhanh khi tăng tốc độ.
- Để tìm được động cơ phù hợp ta phải biết được công suất cần thiết của động cơ qua công thức sau:
P_ct=P_lv/η (1)
Trong đó:
P_ct: công suất cần thiết của động cơ (kW). P_lv: công suất làm việc của động cơ (kW).
𝜂: tích các hiệu suất thành phần. Từ công thức trên ta suy ra được P_lv:
P_lv=(F_đc.V)/1000 (2)
Trong đó:
P_lv: công suất làm việc của động cơ (kW). F_đc: lực kéo của động cơ (N).
V: vận tốc của động cơ (m/s). Từ công thức (2) ta có phép tính như sau:
P_(lv )= (200.2/6)/1000 = 0.066(kW) = 66(W)
➢ Ta chọn loại động cờ có công suất lớn hơn hoặc bằng 66 W
44
- Thông số kỹ thuật động cơ DKM 9PD 9IDKG 90F
+ Điện áp định mức: 3 pha 220V + Dòng điện định mức: 0.8A + Công suất định mức: 90W + Tần số: 50/60Hz
3.2.4. Cơ cấu đẩy nắp đỏ
Cơ cấu đẩy nắp đỏ tự động có chức năng cấp nắng tự động sau khi nắp vàng được đưa đến vị trí, cơ cấu này đòi hỏi yêu cầu cao về khả năng tự động và độ chính xác. Phải đảm bảo nắp đỏ khi rơi xuống phải khớp với nắp vàng để có thể đóng và siết chắc được.
Hình 3. 13: Cơ cấu đẩy nắp đỏ bản thiết kế
- Cấu tạo:
+ Hai thanh trụ lục giác 90mm
+ Một bát xi lanh đỡ xi lanh đẩy
+ Hai bát giữ nắp đỏ
+ Xi lanh vuông
- Nguyên lý hoạt động:
+ Cơ cấu đẩy nắp phải được lắp đặt đúng vị trí để đảm bảo cho việc đẩy nắp đỏ chính xác khi mâm xoay quay.
+ Khi nắp đỏ từ phễu đưa tới, đến vị trí hai bát giữ nắp sẽ ở trạng thái chờ. Khi nắp vàng được đưa tới vị trí sẵn sàng đón nắp đỏ, xi lanh thay đổi trạng thái, hành
45
trình đẩy ra đem theo nắp đỏ. Khi hành trình xi lanh đưa ra hết, nắp đỏ không được đỡ bởi bát xi lanh thì bắt đầu rơi xuống nắp vàng đang chờ sẵn. Xi lanh sau khi thả nắp đỏ thì quay trở về trạng thái đầu.
Hình 3. 14: Cơ cấu đẩy nắp đỏ sau khi cải tiến cơ khí Xylanh cần mang khối lượng m = 0.2 kg = 0.0001 kg, g = ~ 10 m/𝑠 2 Hành trình cylinder là 20mm F = m.a = m.g = 0.2 x 10 = 2 N Áp suất sử dụng P = 4 bar Lực cần cho xylanh > 2 N P.S ≥ F ⇔ 4. (𝜋.𝐷^2 )/4 ≥ 2 ⇒ D ≥ 7.9 mm
Vậy ta chọn xylanh có đường kính lớn hơn hoặc bằng 7.9
Chọn xi lanh: Xi lanh được sử dụng cho việc đẩy nắp theo chiều ngang nên em lựa chọn xi lanh dạng chữ nhật hành trình 20mm. Xi lanh hình chữ nhật gắn chắc được trên bát xi lanh đường kính ống 10mm 2 trục 6mm phù hợp thiết kế bát giữ nắp đỏ. Nên xi lanh được chọn là Airtac với model TN10X20-S
46
Hình 3. 15: Xi lanh Airtac TN10X20-S - Thông số kỹ thuật:
+ Đường kính trong piston: 10mm + Đường kính cần: 6mm
+ Chiều dài hành trình: 20Cm + Áp suất hoạt động: 0.1-1MPa + Port size: M5x0.8
+ Vận tốc: 30-500mm/s + Loại có từ tính
47
3.2.5. Cơ cấu đóng nắp
Cơ cấu đóng nắp tự động chuyển động tịnh tiến lên xuống bởi xi lanh. Yêu cầu lực đóng nắp không quá mạnh làm hư cơ cấu nắp, đóng vừa đủ để cân bằng nắp trước khi vặn.
Hình 3. 16: Cơ cấu đóng nắp bản thiết kế Xylanh cần mang khối lượng m = 0.5 kg, g = ~ 10 m/𝑠 2 Hành trình cylinder là 60mm F = m.a = m.g = 0.5 x 10 = 5 N Áp suất sử dụng P = 4 bar Lực cần cho xylanh > 5 N P.S ≥ F ⇔ 4.( 𝜋.𝐷^2 )/4 ≥ 5 ⇒ D ≥ 12.6 mm
➢ Vậy ta chọn xylanh có đường kính lớn hơn hoặc bằng 12.6 mm
Chọn xi lanh: Đầu xi lanh gắn với tấm gá động cơ, có chức năng mang động
cơ chuyển động tịnh tiến lên xuống với hành trình 30 mm. Vì vậy yêu cầu xi lanh cứng vững, không bị lệch hướng trong quá trình dịch chuyển, ngoài ra xi lanh phải chống xoay trong khi đóng. Dựa vào yêu cầu trên và hành trình của piston lựa chọn loại xi lanh tròn Airtac MAL 20X30SCA
- Thông số kỹ thuật: + Đường kính: 20 mm