Nguồn: https://nshopvn.com/product/truc-tron-8mm-ty-thanh-truot-tron-ma-crom-400mm/ Hình 3.22: Ảnh mô 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 trò cố định để cho trục giữ có thể trượt lên xuống thông qua nó.
Hình 3.23: Mô phỏng con trượt tròn có đầu chặn
Hình 3.24: Cấu tạo chi tiết con trượt tròn có đầu chặn
Nguồn: 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 tròn có đầu chặn được đúc bằng bạc nguyên khối có bán sẵn ngoài thị trường LMK10UU có các thông số cơ bản như:
- Đường kính trong 10mm - Đường kính ngoài 19mm
- Khối lượng 78g. Vậy tổng khối lượng của 4 con trượt tròn 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 toàn 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 toán 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 thông 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 thông số: - Kích thước nòng: 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 thông 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 thông số: - Kích thước nòng: 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 gồm 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 nhôm 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 nhôm là:
V1 = l.w.h = 2x50x2x4x0,5+40x2x4x0,5 = 560 (cm3)
- Với khối lượng riêng của nhôm là 2,7 g/cm3 nên ta có khối lượng cá thanh nhôm 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 nhôm 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 nhôm.
- 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: Mô 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 toán 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 thông dụng p = 6 (kgf/cm2)
Vậy nên ta chọn xylanh khí nén SC32x50-S có các thông 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 phôi in và có thể thay đổi linh động.
Hình 3.33: Mô hình phần nâng hạ phôi.
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 nhôm, 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 nhôm 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 toán 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 phôi là:
Vthanh gắp phôi = 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 phôi = 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 toán 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. Thông 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 không 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 tròn đồng 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 công 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 + 0,77x10,67 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 tải.
3.3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HÊ ̣THỐNG ĐIỆN 3.3.1 Thiết kế sơ đồ khối hê ̣thống
Sơ đồ khối của toàn bô ̣dây chuyền bao gồm các khối: khối điều khiển trung tâm PLC S7-1200, khối nguồn và các khối khác sẽ taọ nên mô hình hoàn chỉnh cho hê ̣thống.
Đề tài thiết kế sẽ gồm các khối như sau: Khối điều khiển trung tâm PLC S7-1200. Khối nguồn.
Khối nút nhấn. Khối cảm biến. Khối HMI.
Khối điều khiển động cơ. Khối động cơ.
Khối điều khiển van khí.
Khối van khí.
Chức năng từng khối
Khối xử lý trung tâm: Có chức năng điều khiển hoaṭ động của toàn hệ thống. Khối nguồn: Có chức năng cung cấp nguồn cho toàn bô ̣hê ̣thống hoaṭ động. Khối nút nhấn: Có chức năng dừng khẩn cấp.
Khối cảm biến: Có chức năng gửi tín hiệu về xử lý khối trung tâm.
Khối màn hình điều khiển: Có chức năng điều khiển hoaṭ động của hê ̣thống. Khối điều khiển động cơ: Có chức năng điều khiển động cơ.
Khối điều khiển van khí: Có chức năng điều khiển van khí.
Khối động cơ: Có chức năng điều khiển băng tải, điểu khiển bàn nâng, di chuyển tay hút phôi.
Các thông số của các khối chı́nh
KHỐI CẢM BIẾN
KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM
KHỐI NGUỒN KHỐI HMI
KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHỐI ĐIỀU KHIỂN VAN KHÍ KHỐI NÚT NHẤN KHỐI ĐỘNG CƠ KHỐI VAN KHÍ Hình 3.36: Sơ đồ khối của hệ thống
Khối điều khiển trung tâm: PLC S7-1200 1212C có tín hiêụ vào và tı́n hiêụ ra là tín hiệu số.
Khối nguồn: Có tín hiệu vào là nguồn điêṇ 220V và tín hiệu ra là 24V. Khối cảm biến: Cảm biến sẽ có tín hiêụ vào là tín hiêụ số.
Khối HMI: Giao tiếp với PLC qua cổng Ethenet.
3.3.2 Tính toán và thiết kế mạch
a. Thiết kế khối xử lý trung tâm
Hiện nay trên thi ̣ trường có rất nhiều loại PLC khác nhau của các hãng như Siemens, Panasonic, Omron, ABB, Rockwell, …
Sau quá trình tìm hiểu về các hãng, cùng với sự góp ý của giáo viên hướng dẫn nên nhóm thực hiện đã quyết định chọn PLC S7-1200 của hãng Siemens để lâp ̣ trình. Với đặc điểm có cấu hình xử lí nhanh, giá thành vừa phải. Nhóm thực hiện đã chọn được CPU 1214C DC/DC/DC. Sau đây là một vài thông số cơ bản của loại CPU này:
Điện áp hoạt động: 24VDC.
Số lượng ngõ vào số: 14 (24VDC).
Số lượng ngõ vào Analog: 2 (0 – 10 VDC). Số lượng ngõ ra số: 10 (24 VDC).
Bộ nhớ chương trình: 100 KB.
b. Thiết kế khối cảm biến
Trong đề tài này khối cảm biến có chức năng phát hiện vật sau đó gửi tín hiệu dạng số về PLC.
Thông số kỹ thuật của cảm biến tiệm cận SN04 - N:
Cảm biến tiệm cận loại gần - Khoảng cách phát hiện tối đa 5 mm. Loại ngõ ra: NPN - NO.
Điện áp cung cấp: 6 ~ 36 VDC. Dòng ra: 300 mA.
Hình 3.37: Cảm biến tiệm cận SN04 – N
Nguồn: https://dientutuyetnga.com/products/cam-bien-tiem-can-sn-04n-roko-npn-chong- nuoc
Thông số kỹ thuâṭ của cảm biến quang E3F-DS30C4: Loại ngõ ra: NPN.
Khoảng cách phát hiện 10 ~ 30cm. Dòng tiêu thụ 20 ~ 35mA.
Điện áp hoat động: 6 ~ 36 VDC. Nhiệt độ hoạt động -25 ° C ~ 70 ° C.
Nguồn: https://dientu360.com/cam-bien-vat-can-hong-ngoai-e3f-ds30c4
c. Khối điều khiển động cơ