Cơ cấu in có nhiệm vụ in hình đã được tạo sẵn lên phôi in thông qua 2 xylan
h gạt mực và bàn in. 2 xylanh gạt mực này cũng có khả năng chạy qua lại thơng qua bộ truyền đai để lưỡi dao in có thể quét lên bàn in. Cơ cấu in cịn có thể nâng lên hạ xuống thông qua xylanh nâng hạ để không làm ảnh hưởng đến hoạt động của băng tải chuyển phôi đang làm việc phía dưới.
Có thể chia cơ cấu in ra làm 4 thành phần chính, đó là hệ thống dao in, hệ thống nâng hạ hệ thống di chuyển qua lại, và khung bàn in. Cấu tạo cũng như kích thước chi tiết của tửng phần sẽ được liệt kê dưới đây.
a. Khung bàn in
Khung in bao gồm các lưới in được đan với nhau tạo thành cá lỗ nhỏ gọi là các điểm ơ vng, sau đó người ta dùng keo để bít các lỗ khơng cần thiết chỉ để lại các lỗ theo tấm phim đã lên hình họa tiết cần in sẵn để tạo hình muốn in. Từ những khe hở tạo hình đó, thơng qua hệ thống dao in đẩy mực in tràn xuống những khe hở này, qua đó tạo ra hình dạng mong muốn ở trên phơi.
Về kích thước của khung in này, có phải đảm bảo ít nhất phải bằng hoặc lớn hơn kích thước của phôi. Vậy nên chiều rộng của khung bàn in sẽ lấy 300mm, còn chiều dài lấy 400mm, bằng chiều rộng của băng tải, toàn bộ khung bàn in sẽ được làm bằng gỗ.
- Từ đó ta tính được thể tích của khung bàn in là: Hình 3.17: Khung bàn in
V = l.w.h = 2x30x2x2+ 2x36x2x2= 528 (cm3)
- Với khối lượng riêng của gỗ là 1,12 g/cm3 nên ta có khối lượng khung bàn in là:
Mkhung bàn in = 528x1,12 = 591,36(g)
b. Hệ thống dao in
Thành phần đầu tiên của hệ thống dao in là lưỡi dao in, có vai trị quét với mực in trên bàn in để tạo thành hình ảnh mong muốn ở trên phơi.
Do kích thước của miếng gạt mực khá nhỏ, vậy nên dao in nhơm khơng có kích thước tiêu chuẩn, vậy nên đờ án này phải tạo ra miếng này bằng cao su. Kích thước của miếng gạt này phải nhỏ hơn chiều rộng của toàn bộ nội dung in 300mm, vậy nên chọn 200mm là chiều dài của miếng gạt mực, chiều dày miếng gạt là 5mm, chiều cao 40mm
- Từ đó ta tính được thể tích của miếng gạt là: V = l.w.h = 20x0.5x4= 40 (cm3)
- Với khối lượng riêng của cao su là 1,1 g/cm3 nên ta có được khối lượng miếng gạt mực là:
Mmiếng gạt mực = 40x1,1 = 44 (g)
c. Thanh kẹp dao
Hình 3.19: Mơ phỏng miếng gạt mực
Miếng gạt mực sẽ được cố định lại bằng vít vào thanh U bằng nhơm - Từ đó ta tính được thể tích của tấm kẹp là:
V = l.w.h = 20x2x3 = 120(cm3)
- Với khối lượng riêng của gỗ là 1,12g/cm3 nên ta có khối lượng tấm kẹp là:
Mtấm kẹp = 120x1,12 = 134,4(g)
d. Trục giữ dao in
Trục giữ dao in có nhiệm vụ giữ thăng bằng cho dao in trong quá trình làm việc của xylanh trượt lên xuống tác động lên dao in và được làm bằng nhôm đặc. Số lượng 4 cái.
- Từ đó ta tính được thể tích của trục giữ là: V = π.R2.h = π.0,82.10 = 20,1 (cm3)
- Với khối lượng riêng của inox là 7,93g/cm3 nên ta có khối lượng trục giữ là:
Mtrục giữ = 7,93x20,1 = 159,4 (g)
e. Con trượt trịn có đầu chặn
Hình 3.21: Ảnh thực tế trục giữ dao
Ng̀n: https://nshopvn.com/product/truc-tron-8mm-ty-thanh-truot-tron-ma-crom-400mm/ Hình 3.22: Ảnh mơ phỏng trục giữ dao in
Vì khi xylanh di chuyển lên xuống thì trục giữ cũng phải đi theo, vậy nên chúng ta sẽ sử dụng 4 bạc trượt đóng vai trị cố định để cho trục giữ có thể trượt lên xuống thơng qua nó.
Hình 3.23: Mơ phỏng con trượt trịn có đầu chặn
Hình 3.24: Cấu tạo chi tiết con trượt trịn có đầu chặn
Ng̀n: https://ngophangroup.com/vi/tin-tuc/co-khi/tat-tan-tat-thong-tin-ve-con-truot-tron- chan-dau-lmk-ngo-phan-384.html
Ở đây sử dụng 4 con trượt trịn có đầu chặn được đúc bằng bạc ngun khối có bán sẵn ngồi thị trường LMK10UU có các thơng số cơ bản như:
- Đường kính trong 10mm - Đường kính ngồi 19mm
- Khối lượng 78g. Vậy tổng khối lượng của 4 con trượt trịn có đầu chặn là 312g.
f. Khung đỡ xylanh dao in
Xylanh cùng với bạc trượt là những bộ phận cần chuyển động để kéo theo chuyển động của dao in, vậy nên chúng cần có 1 bộ phận cố định để chúng di chuyển. Bộ phận cố định đó chính là khung đỡ hệ thống dao in.
Thể tích tồn bộ khung đỡ xy lanh:
V = l.w.h = 14x20x1 + 12x22x1 + 2x(4x22 + 3x4 + 12x3x0,5)- 2xπx12x1- 4xπ.12x1 - 2xπx1,52x1 - 8xπx0,52x1= 749,01 (cm3)
Với khối lượng riêng của gỗ là 1,12 g/cm3 nên ta có khối lượng bộ khung đỡ xy lanh:
Mbộ khung đõe xy lanh = 749,01x1,12 = 838,9 (g)
g. Miếng cố định xylanh dao in và 2 trục giữ
Thể tích miếng cố định xylanh dao in và 2 trục giữ:
Hình 3.25: Khung đỡ xylanh dao in
V = l.w.h = 13x2,5x1 = 32,5 (cm3)
Với khối lượng riêng của gỗ là 1,12 g/cm3 nên ta có khối lượng miếng cố định xylanh dao in và 2 trục giữ:
Mbộ khung đõe xy lanh = 32,5x1,12 = 36,4 (g)
Miếng cố định này được tạo ra nhằm cố định hệ thống dao in vào hệ thống di chuyển ngang, qua đó hệ thống dao in có thể thực hiện được chuyển động quét dao in ngang.
h. Tính tốn xylanh dao in
Xylanh dao in sẽ có nhiệm vụ kéo dao gạt mực, thanh gá dao gạt mực lên xuống, vậy nên tổng khối lượng làm việc của xylanh này là:
M = 44 + 134,4 + 159,4x2 + 78x2 + 36,4 = 689,6 (g) = 0,69(kg) - Suy ra lực nâng cần thiết là:
F = 0,69x10 = 6,9 (N)
Máy nén khí áp suất thơng dụng p = 6 (kgf/cm2) - Tính toán đường kính lựa chọn xylanh:
D = √4F
p×π = √4×6,9
6π = 1,2 (cm) = 12(mm)
Vậy ta lựa chọn xylanh CQ2B25x20DZ có các thơng số: - Kích thước nịng: 25mm
- Hành trình: 20mm
- Kiểu tác động: hai tác động, 1 trục - Áp suất phá hủy: 1MPa
- Áp suất hoạt động tối đa: 0,7MPa - Áp suất hoạt động tối thiểu: 0,06MPa - Tốc độ piston: 50~750mm/s
- Số lượng 2 cái
𝐴đẩ𝑦 = 4,9𝑐𝑚2 𝐴𝑘é𝑜 = 4,12𝑐𝑚2
𝐹đẩ𝑦 = 4,9 ∗ 6 = 29,4(𝑘𝑔) 𝐹𝑘é𝑜 = 4,12 ∗ 6 = 24,72(𝑘𝑔)
i. Xy lanh di chuyển qua lại của dao in
Hình 3.27: Xy lanh di chuyển qua lại của dao in
Bộ phận này bao gồm bộ dẫn hướng có nhiệm vụ có định quỹ đạo di chuyển của hệ thống dao in là đường ngang.
Khối lượng phần di chuyển qua lại:
M = 44x2 + 134,4x2 + 159,4x4 + 78x4 + 838,9 + 36,4x2 = 2219,1 (g) = 2,2 (kg) - Suy ra lực nâng cần thiết là:
F = 2,2x10 = 22(N)
Máy nén khí áp suất thơng dụng p = 6 (kgf/cm2) - Tính toán đường kính lựa chọn xylanh:
D = √4F
p×π = √4×22
6π = 2,16 (cm) = 21,6(mm)
Vậy ta lựa chọn xylanh MAL25x250-CA có các thơng số: - Kích thước nịng: 25mm
- Hành trình: 250mm
- Kiểu tác động: hai tác động, 1 trục - Áp suất phá hủy: 1MPa
- Áp suất hoạt động tối đa: 0,7MPa - Áp suất hoạt động tối thiểu: 0,06MPa - Tốc độ piston: 50~750mm/s
- Số lượng 1 cái
- Lực đẩy/kéo: 𝐹đẩ𝑦/𝑘é𝑜 = 𝐴 ∗ 𝑃
𝐴đẩ𝑦 = 4,9𝑐𝑚2 𝐴𝑘é𝑜 = 4,12𝑐𝑚2
𝐹đẩ𝑦 = 4,9 ∗ 6 = 29,4(𝑘𝑔) 𝐹𝑘é𝑜 = 4,12 ∗ 6 = 24,72(𝑘𝑔)
j. Hệ thống nâng hạ cơ cấu in
Hệ thống này giúp cho cả hệ thống dao in và hệ thống di chuyển qua lại có thể nâng lên hạ xuống băng tải để thực hiện in lên trên phôi ở đây. Hệ thống này bao gờm khung chính của cơ cấu in, tấm giữ khung chính, bộ dẫn hướng và xylanh nâng hạ.
Khung chính của cơ cấu in
Khung được làm bằng các thanh nhơm định hình, có nhiệm vụ kết nối hệ thống dao in và hệ thống di chuyển qua lại, giúp chúng hoạt động một cách có liên kết với nhau.
- Từ đó ta tính được thể tích của các khung nhơm là:
V1 = l.w.h = 2x50x2x4x0,5+40x2x4x0,5 = 560 (cm3)
- Với khối lượng riêng của nhơm là 2,7 g/cm3 nên ta có khối lượng cá thanh nhơm cơ cấu cấp phôi:
M1 = 560x2,7 = 1512 (g) = 1,5kg - Thể tích của khung gỗ là:
V2 = l.w.h = 37x5x1 + 2x10x1 + 2x8x1 + 37x5x1 + 6x6x1 + 2x8x1= 458 (cm3) - Với khối lượng riêng của gỗ là 1,12g/cm3 nên ta có khối lượng cá thanh nhơm cơ cấu cấp phôi:
M2 = 458x1,12 = 513 (g) = 0,51kg
Suy ra tổng khổi lượng khung là: M = 1,5 + 0,51 =2,01 kg Bộ dẫn hướng
Nhiệm vụ của bộ phận này là dẫn hướng chuyển động của hệ thống dao in. Bộ dẫn hướng gồm 2 thanh trượt, 4 cục đỡ và 4 cục trượt được làm bằng nhơm.
- Khi đó ta tính được thể tích của thanh trượt dựa vào kích thước như hình trên V = π.R2.h = π.0,52x50 = 39,3(cm3)
- Với khối lượng riêng của nhôm là 2,7 g/cm3 nên ta có khối lượng của 2 thanh trượt:
Mthanh trượt = 2x39,3x2,7 = 212,22 (g)
Hình 3.30: Mơ phỏng bộ dẫn hướng
4 gối đỡ của bộ dẫn hướng cũng được làm bằng nhôm nguyên khối. Ta có khối lượng của 4 gối đỡ: Mgối đỡ = 4x24 = 96g
- 6 con trượt của bộ dẫn hướng cũng được làm bằng nhôm nguyên khối. - Khối lượng của 4 con trượt: Mcon trượt = 6x92 = 552 (g)
- Như vậy tổng khối lượng của bộ dẫn hướng sẽ là:
M = Mgối đỡ + Mcon trượt + Mthanh trượt = 96+ 552+ 212,22 = 860,22(g)
k. Tính tốn xylanh nâng hạ
Xylanh dao in sẽ có nhiệm vụ kéo đẩy hệ thống dao in, 1 khung mang cơ cấu in và khung in lên xuống, vậy nên tổng khối lượng làm việc của xylanh này là:
M = 0,59 + 2,2 + 2,01 + 0,86 = 5,66 (kg) - Suy ra lực nâng cần thiết là:
F = 5,66x10 = 56,6(N)
Máy nén khí áp suất thơng dụng p = 6 (kgf/cm2)
Vậy nên ta chọn xylanh khí nén SC32x50-S có các thơng số như sau: - Đường kính 32mm
- Hành trình 50mm
- Áp suất vận hành: 0.1~0.9Mpa (1~9kgf/cm2)
- Áp suất tối đa : 1.35Mpa (1.35kgf/cm2) Lực đẩy/kéo: 𝐹đẩ𝑦/𝑘é𝑜 = 𝐴 ∗ 𝑃
𝐴đẩ𝑦 = 4,9𝑐𝑚2 𝐴𝑘é𝑜 = 4,12𝑐𝑚2
𝐹đẩ𝑦 = 8,04 ∗ 6 = 48,24(𝑘𝑔) 𝐹𝑘é𝑜 = 6,9 ∗ 6 = 41,4(𝑘𝑔)
3.2.4 Thiết kế cơ khı́ phần nâng phôi
Phần khung sắt sẽ sử dụng sắt hộp. Các kích thước sẽ đươc ̣ thiết kế tính dựa trên yêu cầu kích thước của phơi in và có thể thay đổi linh động.
Hình 3.33: Mơ hình phần nâng hạ phơi.
a. Pulley truyền động và dây curoa
Dẫn động bằng pulley truyền động và dây curoa, pulley truyền động và dây curoa được lực từ động cơ Step qua đó cung cấp chuyển động qua lại cho hệ thống cấp phôi.
Trong đồ án này, sử dụng 2 pulley giống nhau có d = 15mm, 20 răng gắn vào trục động cơ và dây curoa cao su chu vi 2000 mm rộng 10 mm.
Đầu tiên là pulley truyền động được làm bằng nhơm, có kích thước d = 15mm, dày 10mm.
- Khi đó ta tính được thể tích pulley:
V = π.R2.h = π.0,752.1- π.0,52.1 = 1 (cm3)
- Với khối lượng riêng của nhơm là 2,7 g/cm3 nên ta có khối lượng của cảm biến:
Mpulley = 1x2,7 = 2,7 (g)
- Đi chung với pulley là dây đai bằng cao su có kích thước 2000x10x2mm. Từ đó ta có thể tích của dây đai cao su là:
V = l.w.h = 200x1x0,2 = 40(cm3)
- Với khối lượng riêng của cao su là 1,1 g/cm3 nên ta có được khối lượng:
Mdây đai = 40.1,1 = 44(g)
- Như vậy 1 bộ pulley và dây đai sẽ có khối lượng: M = Mpulley+ Mdây đai = 2x2,7+ 44= 49,4 (g)
b. Tính tốn cơ cấu vít me
- Thể tích tấm đỡ bộ vít me:
Vtamdovitme = l.w.h = 20x5x1= 100(cm3)
- Khối lượng riêng của gỗ là 1,12(g/cm3) nên khối lượng tấm đỡ bộ vít me là:
Mtamdovitme = 1,12x100 = 112g = 0.112(kg)
- Khối lượng bộ vít me là: MVitme = 1,5kg Thể tích thanh ngang gắp phơi là:
Vthanh gắp phơi = l.w.h = 30x2x2= 120(cm3)
- Khối lượng riêng của gỗ là 1,12(g/cm3) nên khối lượng tấm đỡ bộ vít me là:
Mthanh gắp phơi = 1,12x120 = 134,4g = 0.134(kg)
- Như vậy hệ thống di chuyển qua lại sẽ có tổng khối lượng là: M= 49,4 + 112 + 1500 + 134,4 = 1795,8 (g) = 1,795(kg)
Tính tốn lựa chọn động cơ cho hệ thống di chuyển qua lại của cơ cấu gắp phôi
- Động cơ truyền động là thành phần dẫn động chính của hệ thống. Thơng qua việc tính toán vận tốc, moment xoắn, công suất dựa trên yêu cầu về năng suất đã đề ra ta có thể chọn được động cơ truyền động thích hợp.
- Do chiều cao nâng hạ khơng có yếu tố ràng buộc cụ thể nên chọn khoảng cách di chuyển qua lại của hệ thống cấp phôi là 400mm.
- Thời gian di chuyển qua lại của hệ thống gắp phôi là 5s. - - Do đó, vận tốc di chuyển qua lại của hệ thống gắp phôi là:
- vqua lại =L
t =0,4
5 = 0,08 (m/s) = 4800 (mm/phút)
- Đường kính pully là dpully = 15mm và độ dày dây đai là 10mm. - - Vậy chu vi pully là:
- C = dpully.π = 15.3,14 = 47,1 (mm)
- Do truyền qua pulley cùng kích thước nên tỉ số truyền sẽ được giữ nguyên là 1:1 nên vận tốc cần thiết của dây curoa cũng là vận tốc cần thiết của động cơ.
- vdc =vcr
C =4800
47,1 = 101,91 (vòng/phút)
- Khối lượng của những bộ phận mà động cơ phải kéo là tổng khối lượng của các bộ phận của hệ thống dao in nặng 1,795kg như đã tính ở phần trước.
- Dây đai quay coi như vành trịn đờng chất có moment quán tính khối lượng đối với tâm của dây đai là I0 = m.R2(trong đó R là bán kính tâm quay của dây đai), nhưng do động cơ đặt ở một đầu pully nên ta phải dùng cơng thức chuyển trục song song để tính, khi đó moment quán tính của cả hệ sẽ được tính bằng:
- I = I0+ m.d2 (Trong đó d là khoảng cách từ tâm của dây đai đến vị trí đặt động cơ) - Từ chiều dài dây đai 1000mm ta xác định được R = 1000
2 = 500mm và d = 500- 7,5 = 425mm.
- Khi đó moment quán tính của hệ là: - I = I0+ m.d2 = 1,795x0,52+ 1,795x0,4252 = 0,77 (kg.m2)
- Moment cản khi khởi động
- Hệ số ma sát trượt giữa con trượt và thanh trượt là: μ = 0,07 - Fmst = (10x0,07)x1,795 = 1,26 (N)
- Lực ma sát lăn rất nhỏ so với lực ma sát trượt. Ta cho hệ số ma sát lăn bằng 1/10 hệ số ma sát trượt:
- Fmsl = 1,26
10 = 0,126 (N)
- Moment cản được tao ra do ma sát lăn và ma sát trượt là:
- Mc = Mms = FmstxR + FmslxR = (1,26x7,5) + (0,126.7,5) = 10,4 (N.mm) = 0,01 (N.m) - Moment cần để quay cả hệ là: - M = Mc + I𝑑𝜔 𝑑𝑡 = 0,01 + 0,77x 10,67 5 = 1,65 (N.m)
- Chọn động cơ phải thỏa mãn điều kiện M > 1,65 N. m, ta chọn động cơ Step 57 có M = 1.8N.m
3.2.5 Thiết kế cơ khı́ phần tủ điêṇ
Tủ điện có kích thước 350x500x350mm và được lắp đặt phía bên dưới của khung băng