CHƢƠNG 4 QUY TRÌNH THIẾT KẾ SẢN PHẨM
4.5 Thiết kế khung máy
4.5.1 Thiết kế phần đế máy
Đế máy là phần chịu tải trọng toàn bộ của máy, thế nên đế máy được làm từ những vật liệu có độ cứng vững và độ chịu tải lớn vs như Gang, hợp kim từ th p. Chiều cao của phần đế máy phải tính tốn thật kĩ lưỡng để phù hợp với khơng gian làm việc cũng như phải đúng với kích thước của robot cơng nghiệp để tính ứng dụng của máy được đưa ra ngồi thực tế.
Bên cạnh đó, phần đế máy phải kín để có thể tra dầu mỡ bảo quản những chi tiết máy có ở bên trong phần đế. Đế máy phải có l để tiện bơm dầu hoặc bơm mỡ vào bên trong để đảm bảo những chi tiết có bên trong làm việc trơn tru.
50
Hình 4.25: Phần đế máy của Robot Scara
4.5.2 Thiết kế phần cánh tay của Robot Scara
Phần cánh tay ở vị trí giữa phần đế máy và phần trục Z. Để máy làm việc một cách hiệu quả thì phần cánh tay phải chuyển động một cách linh hoạt, các chi tiết cơ khí trong máy phải hoạt động trơn tru.
Bên cạnh đó , phần cánh tay này cũng phải có kích thước chiều dài và chiều cao vừa phải. Không được quá dài làm mất thăng bằng máy khi máy hoạt động.
Vị trí đặt động cơ phải chắc chắn, ổn định, không bị di chuyển khi động cơ hoạt động. Đảm bảo an toàn khi vận hành và làm việc.
51
Hình 4.26: Cánh tay 1
52
4.5.3 Thiết kế phần trục làm việc của Robot Scara
Phần trục của Robot Scara là phần thực hiện chuyển động chính của máy. Trục chính phải đảm bảo sự ổn định khi làm việc.
Người thiết kế phải tính tốn thật kĩ lưỡng chiều cao của phần trục gia công. Không được ngắn quá cũng không được dài quá, tránh được sự hỏng hóc khi chạy thử nghiệm, tránh được sự nguy hiểm khi làm việc.
53
4.5.4 Bàn làm việc của máy
Bàn làm việc của máy có nhiệm vụ cố định máy trong khi làm việc, tránh hiện tượng mất thăng bằng của máy.
Bàn làm việc rất quan trọng, có bàn làm việc thì những thời gian đầu ta mới đánh giá được máy làm việc có ổn định trong quá trình thử nghiệm hay không.
54
4.5.5 Đế động cơ số 1
Ngồi chức năng cố định động cơ, thì đế có vị trí bơm dầu, bơm mỡ vào bên trong vị trí làm việc của các bánh răng. Giúp các bánh răng hoạt độgn mượt mà, trơn tru và hiệu quả.
55
4.5.6 Trục dẫn động
Trục dẫn động có chức năng dẫn động chuyển động quay từ động cơ số 1 lên đến vị trị cánh tay. Trục dẫn động được cố định với bánh răng 106.
56
4.5.7 Đế động cơ số 2
Đế động cơ số 2 có chức năng cố định động cơ số 2.
57
4.5.8 Khớp nói trục Z và thanh răng
Khớp nối trục Z và thanh răng có nhiệm vụ nối thanh răng với trục làm việc của máy. Nếu thanh răng chuyển động thì trục làm việc của máy cũng chuyển động. Đây là một chi tiết rất quan trọng.
58
4.5.9 Khớp nói trục
Khớp nói trục là bộ phận cơ khí để nối và truyền momen xoắn giữa trục bánh răng và động cơ.
Hình 4.34: Khớp nói trục
4.6 Tính tốn, thiết kế bộ truyền động cho Robot
Để giảm chi phí nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Robot thì hệ thống truyền động của Robot cần phải đơn giản, dễ làm và đảm bảo được yêu cầu về hiệu quả.
Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều những mẫu mã bánh răng. Chúng ta có thể đặt gia cơng tại các cơng ty cơ khí hoặc là chúng ta có thể ra ngồi cửa hàng bán đồ kĩ thuật cơ khí là có thể mua được một bánh răng với thơng số và kích thước như mong muốn.
59
Ngoài ra,hệ thống truyền động cịn đảm bảo sự ổn định, lâu dài, có thể hoạt động trong mơi trường khắc nghiệt một thời gian dài.
Vì vậy, chúng tơi quyết định lựa chọn bánh răng th ng để làm chi tiết cho hệ thống truyền động cánh tay máy.
Hệ thống truyền động bánh răng đƣợc thiết kế nhƣ một hộp số giảm tốc giúp tăng độ chính xác của máy và giúp máy có kết cấu ổn định.
60 4.6.1 Hệ thống truyền động phần đế máy Hình 4.36: Hệ thống chuyển động phần đế máy Ndc=3000(v/p) Ntc=3000. . =85,4(v/p)
61
4.6.2 Hệ thống chuyển động phần cánh tay
Hình 4.37: Hệ thống chuyển động phần cánh tay
Ở phần cánh tay dùng động cơ giống như ở phần đế máy ndc=3000(v/p)
Tốc độ quay phần cánh tay trên là: Nct2= =83(v/p)
62
4.6.3 Hệ thống truyền động trục làm việc
Hình 4.38: Hệ thống truyền động trục làm việc Động cơ Servo 200W có số vịng quay tối đa là 3000(v/p) Động cơ Servo 200W có số vịng quay tối đa là 3000(v/p)
63
Hệ truyền động ở trục làm việc là hệ truyền động bánh răng ăn khớp với trục răng. Từ chuyển động quay của động cơ chuyển thành chuyển động tịnh tiến ở trục làm việc. Do vậy tốc độ quay của động cơ được truyền trực tiếp tới hệ thống trục làm việc.
Tốc độ tịnh tiến của trục làm việc phụ thuộc chu vi của bánh răng làm việc. Nếu bánh răng càng lớn thì trục di chuyển càng nhanh và bánh răng càng nhỏ thì trục di chuyển càng chậm. Ở đây, chúng tơi sử dụng trục có 30 bánh răng và Modun nhỏ để đảm bảo sự chuyển động chính xác.
Chu vi của trục bánh răng truyền động tới trục làm việc là Ø16mm. Vậy động cơ bước 200W quay 1 vịng thì trục làm việc chuyển động tịnh tiến 16mm.
4.6 Mơ hình
Từ những yêu cầu cần thiết đặt ra như trên thì chúng ta có một mơ hình máy tổng qt như sau:
64
65
CHƢƠNG 5. THI CƠNG SẢN PHẨM 5.1 Q trình thi cơng 5.1 Q trình thi cơng
66
67
68
69
70
Hình 5.6: Ráp máy
5.2 Mô phỏng trên phần mềm
5.2.1 Mô phỏng in 3D trên phần mềm Cura
Phần mềm Ultimaker Cura giúp phân tích mơ hình 3D trước khi đưa vào máy in. Với cấu hình được tối ưu hóa, được kiểm tra bởi các chuyên gia về máy in và vật liệu in 3D, giúp bạn có thể bắt đầu in ngay lập tức mà không cần bất cứ tùy chỉnh nào khác. Và với tích hợp phần mềm theo tiêu chuẩn, bạn có thể hợp l hóa quy trình làm việc của mình để đạt hiệu quả tối đa.
Cura 3D đang cắt phần mềm cho máy in 3D. Nó lấy một mơ hình 3D và chia nó thành các lớp để tạo một tệp có tên là G-Code, đây là mã mà máy in 3D hiểu được.
Cura chia lớp mơ hình 3D. Nó biên dịch tệp 3D STL, OBJ hoặc 3MF sang định dạng mà máy in có thể hiểu được. Máy in 3D sử dụng sợi nhựa hợp nhất (FFF) in các lớp chồng lên nhau để tạo đối tượng 3D. Cura 3D lấy mơ hình 3D
71
và tìm ra cách các lớp đó được đặt trên bàn in và tạo một bộ hướng dẫn cho máy in tuân theo – lớp trên lớp.
Cura tạo hướng dẫn cho máy in 3D của bạn. Chúng được gọi là G-Code, một tài liệu văn bản kết thúc bằng phần mở rộng tệp .gcode. Mở tệp và bạn thực sự có thể đọc qua khá nhiều mã và hiểu những gì nó nói với máy in để thực hiện cơng việc.
72
Hình 5.8: Sản phẩm xuất ra từ phần mềm Cura
5.2.2 Mô phỏng Cắt CNC trên phần mềm Master Cam
Như các bạn đã biết thì phần mềm Master Cam là một trong những phần mềm thiết kế lâu đời và hiệu quả nhất. Phần mềm Master Cam được rất nhiều người sử dụng dùng để thiết kế , lập trình gia cơng.
Bên cạnh đó phần mềm Master Cam cịn giúp người vận hành máy có thể xuất mã G-code tự động.
Phần mềm Master Cam là phần mềm khong thể thiếu trong thời đại hiện nay.
73
74
5.2.3 Mô phỏng khắc laser
Để mơ phỏng khắc laser hiệu quả thì nhóm chúng tơi quyết định lựa chọn mô phỏng cắt laser trên phần mềm EzCad 2.
Phần mềm EzCad 2 là phần mềm đơn giản, dễ thiết kế và sử dụng nhưng hiệu quả và giá trị mang lại rất cao.
Chúng ta có thể thiết kế trực tiếp trên phần mềm và có thể xuất file một cách nhanh chóng.
Ngồi ra, người thiết kế có thể scan file ảnh để đưa vào khắc laser. Rất nhanh chóng và thuận tiện đối với những biên dạng gia cơng khó, địi hỏi thời gian thiết kế rất lâu.
75
Đoạn G-Code được sử dụng để thử nghiệm khi gia công tạo hình chi tiết thay vì gia cơng CNC. Chương trình có cấu trúc lâp trình đơn giản và hồn tồn giống như chương trình để điều khiển máy CNC cơng nghiệp.
; layer_height = 0.4 ; perimeters = 3 ; top_solid_layers = 3 ; bottom_solid_layers = 3 ; fill_density = 0.4 ; perimeter_speed = 30 ; infill_speed = 60 ; travel_speed = 130 ; nozzle_diameter = 0.5 ; filament_diameter = 3 ; extrusion_multiplier = 1
; perimeters extrusion width = 0.53mm ; infill extrusion width = 0.53mm ; solid infill extrusion width = 0.53mm ; top infill extrusion width = 0.53mm ; first layer extrusion width = 0.70mm G21 ; set units to millimeters
M107
M104 S200 ; set temperature G28 ; home all axes
G1 Z5 F5000 ; lift nozzle
M109 S200 ; wait for temperature to be reached G90 ; use absolute coordinates
76
G92 E0
M82 ; use absolute distances for extrusion G1 F1800.000 E-1.00000 G92 E0 G1 Z0.350 F7800.000 G1 X55.440 Y57.700 G1 F1800.000 E1.00000 ……. G1 X53.410 Y138.040 E9.81087 G1 F1800.000 E11.43979
77
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận 6.1 Kết luận
- Qua quá trình nghiên cứu, thiết kế tác giả đã thực hiện chế tạo thành công máy in 3D vừa có chức năng tạo mẫu nhanh các chi tiết thiết kế CAD trên máy tính. Ngồi chức năng in 3D bằng bộ phận đầu đùn nhựa máy có thiết kế đặc biệt có thể thay đổi đầu đùn nhựa của máy in 3D thành đầu khắc laser có cơng suất nhỏ để khắc hình dạng mong muốn. Như vậy, ngồi chức năng in 3D, khắc laser máy cịn có thể tự động tự động tực hiện quá trình gia cơng phay cơ khí CNC chi tiết khi thay đổi đầu trục gia công với chức năng phù hợp.
- Kết cấu máy dạng robot scara được ứng dụng trong cắt khắc laser nội suy cao và có khả năng nội suy đường th ng, đường cong và đạt độ chính xác cao.
- Kết cấu cơ khí được đảm bảo máy cứng vững đáp ứng được quá trình in 3D, khắc laser kể cả q trình phay CNC cơ khí.
- Khả năng linh hoạt cao, có thể sử dụng máy vi tính hoặc dùng th nhớ để để điều khiển quá trình cắt CNC, khắc laser như máy in 3D.
- Độ chính xác máy cao, máy có thể đạt sai số từ 0.5 ÷ 0.1mm.
- Gọn nhẹ, dễ tháo lắp sử dụng và thay đổi kết cấu khi thực thực hiện một trong 3 chức năng.
- Có tính ứng dụng cao và giá thành cạnh tranh. Giá thành dự tính để đưa vào thương mại trung bình khoảng 20 triệu đồng/máy.
78
Vấn đề còn tồn tại
- Kết cấu máy đưa ra vẫn chưa được khả thi khi gia công khắc CNC trên vật liệu cứng như g cứng, kim loại… do hạn chế kế kết cấu cơ khí cịn yếu và chưa đáp ứng được tính năng cắt gọt phay CNC cần tính tốn và kiểm nhiệm về tính cứng vững của máy để thực hiện chức năng phay CNC tốt hơn.
- Kết cấu máy nhẹ có thể gây sai số lớn trong q trình gia cơng do hiện tượng dao động cưỡng bức khi vận hành máy.
- Công suất động cơ điều khiển các trục X, Y và Z cịn nhỏ nên khó đáp ứng năng suất cao và gia công tốc độ cao.
6.2 Đề xuất – Kiến nghị
- Để tài có tính mở, cịn rất nhiều vấn đề cần tiếp tục được triển khai nghiên cứu. Đặc biệt là vấn đề tích hợp nhiều chức năng trên cùng một máy, nên cần phải cần thời gian để nghiên cứu và thực nghiệm để đưa ra hiệu quả kinh tế khi kết hợp nhiều chức năng như vậy có phù hợp hay khơng, có tận dụng hết khả năng của máy trong thực tế sản xuất.
- Hoàn thiện phần điều khiển. mạch điều khiển công suất lớn tốc độ cao để máy hoạt động thực sự có hiệu quả và có tính ứng dụng cao. Có thể cắt CNC và phay cắt gọt cơ khí trên các vật liệu cứng như nhơm, g …
- Xây dựng phần mềm điều khiển máy trên máy tính... có thể là xây dựng ln cả phần mềm điều khiển trên điện thoại thông minh (Smartphone).
- Xây dựng, hồn thiện mẫu mã kiểu dáng cơng nghiệp cũng như khả năng đáp ứng làm việc của máy tạo ra thế mạnh nổi bật so với các loại máy khác. Hiện nay, việc cải tiến kỹ thuật là thiết yếu để phát triển nền cơng nghiệp trong nước cịn khá non tr .
79
- Vấn đề tồn tại là khá nhiều, tuy nhiên trong giới hạn, khả năng trình độ và thời gian có hạn nên chúng tơi chưa thể hồn thiện những vấn đề trên . Đây là một đề tài mới và có rất nhiều hướng phát triển, và có tính thực tế cao, nếu có điều kiện chúng tơi rất mong có những kiến đóng góp để nhóm được tiếp tục nghiên cứu và phát triển nó ngày càng hồn thiện hơn góp phần sức lực nhỏ vào q trình cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa nền cơng nghiệp nước nhà.
80
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[ 1 ] Phạm Văn Bạch Ngọc, Vũ Thanh Quang, Đ Trần Thắng, Phạm Anh Tuấn, Mô phỏng và thiết kế Hexapod cho gia công cơ khí chính xác, Báo cáo Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 2, 5/2004, Tp. Hồ Chí Minh.
[ 2 ] Trần Nguyễn Duy Phương, Thiết kế và điều khiển Hexapod, Luận án cao học Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, Năm 2000.
[ 3 ] Vũ Minh Hùng, Động lực học robot song song ba bậc tự do, tạp chí Cơ điện tử, Năm 2008.
[ 4 ] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB Đại Học Quốc Gia TP. HCM, 2008.
[ 5 ] Lung Wen Tsai, Robot Analysis - Department of Mechanical Engineering and Institute for Systems Research, University of Maryland - 1999
[ 6 ] Francis C. Moon, Applied Dynamics With Applications to Multibody and Mechatronics Systems, John Willey& Sons, Inc 1998.
[ 7 ] K.S. Fu, R.C. Gonzalez, C.S.G. Lee, Robotics Control, Sensing, Vision, And Intelligene, McGraw-Hill, Inc 1987.
[ 8 ] www.reprap.org [ 9 ] www.hexapod.co [ 10 ] www.parallemic.org
81
Chức năng Thiết kế Hướng dẫn Duyệt Họ và tên Chữ kí Ngày ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢN VẼ TỔNG THỂ MÁY Trần Tuấn Kiệt Trịnh Tuấn Vỹ Phạm Bá Khiển
Phạm Bá Khiển Trường Đại học Công nghệ TPHCM
Viện Kỹ thuật Hutech
SL Khối lượng Tỷ lệ Tờ A0 CÁNH TAY ROBOT 1:2 1 17/8 17/8 803 286 670 371 354,5
Vị trí Kí hiệu Tên gọi Vật liệu Ghi chú Chức năng Thiết kế Hướng dẫn Duyệt Họ và tên Chữ kí Ngày ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢN VẼ PHÂN RÃ Trần Tuấn Kiệt Trịnh Tuấn Vỹ Phạm Bá Khiển
Phạm Bá Khiển Trường Đại học Công nghệ TPHCM
Viện Kỹ thuật Hutech
SL Khối lượng Tỷ lệ Tờ A0 CÁNH TAY ROBOT 1:4 1 17/8 17/8 SL 1 2 4 5 6 7 3 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38