1: Trục chính 2: Đĩa xoay 3: Pulley bị động 4: Pulley chủ động 5: Servo motor
42 Đĩa xoay được dẫn động bởi một servo motor thơng qua một bộ truyền đai có tỷ số truyền u = 0,5. Sau khi thiết kế, ta có được các thơng số để phục vụ q trình tính tốn như sau:
Momen quán tính của đĩa xoay: = 2,19 . . Momen quán tính của trục chính: = 0,13 . .
Momen quán tính của pulley bị động: = 13,9. 10 . . Momen quán tính của pulley chủ động: = 8,6. 10 . . Momen cản của ổ lăn: = 10 . [6]
Momen cần thiết trên trục motor để di chuyển các khay mica là:
= . = 10.0,5 = 5 . (IV.15)
Để thực hiện tác vụ bơi keo, cứ sau 2s thì đĩa xoay sẽ quay một góc π/2 (rad) để chuyển chổi đến các trạm bôi keo, thời gian di chuyển giữa các trạm là 1s, tăng tốc chiếm 1/5 quãng thời gian, giảm tốc chiếm 1/5 quãng thời gian. Như vậy, mỗi chu kì hoạt động của servo kéo dài 1s , trong đó có 0,2s tăng tốc, 0,2s giảm tốc như
Speed (rad/s) Time (s) 1 0 0,2 0,8 π/2
Hình IV.4: Đặc tính vận tốc chuyển động của đĩa quay
Servo motor dẫn động đĩa quay thông qua bộ truyền đai có tỷ số truyền u = 0,5 nên đặc tuyến vận tốc của motor sẽ như Hình IV.5.
43 Speed (rad/s) Time (s) 1 0 0,2 0,8 π
Hình IV.5: Đặc tuyến chuyển động của motor Gia tốc góc của servo là: Gia tốc góc của servo là:
=
0,2= 5 / (IV.16)
Momen quán tính của tải là: = (2 + + ) +
= (2.2,19 + 0,13 + 13,9. 10 )0,5 + 8,6. 10 = 1,13 . . (IV.17) Gọi I0 là momen quán tính của motor. Vậy tổng momen quán tính của hệ là:
= + = + 1,13 . .
(IV.18)
Chọn hệ số an tồn là = 2, ta tính momen cần thiết cho motor:
= . = 2.5 = 10 . (IV.19)
= . = ( + 1,13)5 = 5 + 5,65 . (IV.20) Chọn motor có Rate torque > 10 . , cho phép momen quán tính 1,13 kgf.mm.s2 và có Peak torque > 5 + 5,65 .
44
IV.3. Tính tốn động lực học cho cụm dỡ phơi
1: Motor step 2: Vít me M16 B5 3: Gối dẫn hướng 4: Bộ khay Mica 5: Đế đỡ khay Mica Hình IV.6: Cụm dỡ phơi
Vít me được dẫn bởi một Step motor thông qua một nối trục. Sau khi thiết kế, ta có được các thơng số để phục vụ q trình tính tốn như sau:
Hệ có thể chứa được 15 khay Mica.Tổng khối lượng của 15 khay mica và gối trượt: W = 11,8 kg
Hệ số ma sát của bộ ty trượt dẫn hướng: = 0,02 Hiệu suất của bộ truyền vít me: = 0,8
Momen cản của ổ lăn: = 10 . [6]
Vít me: Bước vít l = 5 mm, đường kính danh nghĩa DN = 16 mm, trọng lượng Ws = 2 kgf.
Theo [6], momen cần thiết trên trục motor để di chuyển các khay mica là:
= ( + + ). (IV.21)
Trong đó:
là tổng tải dọc trục và tải ma sát trên cơ cấu dẫn hướng là tải preload Ta có: = 2 = 12,036.5 2. . 0,8 = 11,97 . (IV.22)
45 Với = + = 11,8 + 0,02.11,8 = 12,036 Preload: = 2.8= 12,036 2.8 = 4,3 (IV.23) Tải preload: = 2 = 0,2.4,3.5 2 = 0,68 . (IV.24) Với Kp = 0,1 – 0,3 [6], chọn Kp = 0,2 Vậy: = ( + + ). = (11,97 + 10 + 0,68). 1 = 22,56 . (IV.25) Chiều cao khay mica 27,5mm, bước vitme 5mm. Vít me quay 5,5 vịng thì khay sẽ tịnh tiến xuống ví trí để khay mới có thể đặt chồng lên. Thời gian cần thiết để thực hiện chuyển động trên, ta chọn bằng 30s. Tốc độ hoạt động của motor là:
=5,5.60
30 = 11 ò / ℎú (IV.26)
Do hoạt động với tốc độ thấp nên có thể bỏ qua lực qn tính. Chọn motor có đặc tính vận tốc – momen như sau: Với n = 11 vòng/phút, motor tạo ra torque T = 2.TM = 2.22,56 = 43,12 kgf.mm.
Chọn hệ số an toàn là = 2, ta tính momen cần thiết cho motor:
= . = 2.10,07 = 20,14 . (IV.27)
= . = ( + 0,017)2,12 = 2,12 + 0,036 . (IV.28) Chọn motor có Rate torque > 20,14 . , cho phép momen qn tính 0,017 kgf.mm.s2 và có Peak torque > 2,12 + 0,036 . .
46
V. NỘI DUNG 5: Thiết kế cơ khí (xem thêm chi tiết trong phụ lục bản vẽ) V.1. Thiết kế cơ khí cụm cấp phơi V.1. Thiết kế cơ khí cụm cấp phơi
V.1.1. Cơ cấu cấp khay
1: Khay chứa phôi 5: Cụm di chuyển khay chứa phôi
2: Cơ cấu tách khay chứa phôi 6: Cơ cấu chứa khay trống
3: Motor – cơ cấu truyền đai quay trục vít 7: Motor truyền động trục vít cụm chứa khay trống
4: Xi lanh nâng khay chứa phơi
Hình V.1: Cụm cấp khay
Kiểm nghiệm chi tiết số 5- Linear bearing LMUW-N20 (nhà cung cấp Misumi) theo tài liệu tham khảo [2]:
Máy hoat động 24h / 1 ngày. Ta kiểm nghiệm độ bền của Linear bearing trong vòng 5 năm, tương đương thời gian làm việc là L0 = 24.365.5 = 43800 (h). Chế độ tải: tĩnh, P = 28N (tương đương tổng khối lượng của khay mica và gối
trượt)
Số stroke trong 1 phút: Mỗi khay chứa 15 chổi, thời gian thao tác đối với mỗi khay là 9s suy ra thời gian thao tác đối với mỗi khay là 9.15 = 135(s). Sau 135s, cụm cấp phơi sẽ thay một khay khác vào, khi đó bộ dẫn hướng mới thực hiện được một stroke. Số stroke thực hiện trong 1 phút là: Nl = 0,44
47 Stroke: ls = 800 mm
Tốc độ: = 2. . = 2.800.0,44 = 720 / ℎú Độ cứng của trục dẫn hướng: HRC60
Với các thông số trên, thời gian sống của Linear bearing được tính theo cơng thức: = . . . . 50 = 1.1.1 1,2 . 2650 28 . 50 = 24,5 . 10 ( ) (V.1) = . 10 2. . . 60= 24,5. 10 . 10 2.800.0,44.60 = 580. 10 (ℎ) > (V.2) trong đó: o = 1, là hệ số độ cứng (trang 18, [2])
o = 1, là hệ số nhiệt độ, ở đây ta cho nhiệt độ của hệ dẫn hướng là ≤ 1000C (trang 18, [2])
o = 1, là hệ số tiếp xúc, (trang 19, [2])
o = 1.2, là hệ số tải trọng, được chọn với chế độ tải tĩnh và vận tốc < 15 m/phút (trang 19, [2])
o Vì Lh > L0 nên Linear bearing được chọn là thỏa yêu cầu đề ra
V.1.2. Cơ cấu đẩy chổi
Kiểm nghiệm chi tiết số 3 – Ray trượt MGW12C (nhà cung cấp Hiwin) theo tài liệu tham khảo [3]:
Máy hoat động 24h / 1 ngày. Ta kiểm nghiệm độ bền của ray trượt trong vòng 5 năm, tương đương L0 = 24.365.5 = 43800 (h).
Chế độ tải: dao động nhẹ, lực tải chủ yếu là trọng lượng của các chi tiết gá trên con trượt của bộ ray trượt. Dựa vào phần mềm Solidworks, lực tải được xác định là P = 5 N
Số stroke trong 1 phút: Cứ 9s thì xi lanh 1 sẽ kéo để đẩy chổi vào cụm bơi keo, do đó Nl = 6,7
48 Stroke: ls = 350 mm
Tốc độ: = 2. . = 2.350.6,7 = 4690 / ℎú Độ cứng của ray: HRC60
1: Xi lanh gạt phôi 3: Ray trượt – con trượt dẫn hướng 2: Xi lanh nâng hạ que gạt phôi 4: Que gạt phơi
Hình V.2: Cơ cấu đẩy phôi
Với các thông số trên, thời gian sống của ray trượt được tính theo cơng thức: = . . . 50 = 1.1 1,5. 3920 5 . 50 = 7 . 10 ( ) (V.3) = . 10 2. . . 60= 7. 10 . 10 2.350.6,7.60= 2,5. 10 (ℎ) > (V.4) trong đó: o = 1, là hệ số độ cứng (trang 5, [3]).
o = 1, là hệ số nhiệt độ, ở đây ta cho nhiệt độ của hệ dẫn hướng là ≤ 1000C (trang 5, [3]).
o = 1.5, là hệ số tải trọng, được chọn với chế độ tải dao động nhẹ và vận tốc ≤ 60 m/phút (trang 5, [3]).
49
o Vì Lh > L0 nên ray trượt được chọn là thỏa yêu cầu đề ra. Một số chi tiết cụm cấp phơi:
Hình V.3: Gối đỡ bạc đạn trục vít me bi Hình V.4: Gối linear bushing
Hình V.5: Địn bẩy Hình V.6: Đầu xi lanh
V.2. Thiết kế cơ khí cụm bơi keo V.2.1. Cụm bơi keo đầu
Kiểm nghiệm chi tiết số 2 – Ray trượt MGN9C (nhà cung cấp Hiwin) theo tài liệu tham khảo [3]:
Máy hoat động 24h / 1 ngày. Ta kiểm nghiệm độ bền của ray trượt trong vòng 5 năm, tương đương L0 = 24.365.5 = 43800 (h)
Chế độ tải: dao động nhẹ, lực tải chủ yếu là trọng lượng của các chi tiết gá trên con trượt của bộ ray trượt. Dựa vào phần mềm Solidworks, lực tải được xác định là P = 6 N
50 Stroke: ls = 55 mm
Tốc độ: = 2. . = 2.55.6,7 = 737 / ℎú Độ cứng của ray: HRC60
1: Ống bơm keo 3: Xi lanh đẩy cụm bôi keo
2: Ray trượt – con trượt dẫn hướng 4: Cơ cấu chỉnh vị trí Hình V.7: Cụm bơi keo đầu
Với các thông số trên, thời gian sống của ray trượt được tính theo cơng thức: = . . . 50 = 1.1 1,5. 1860 6 . 50 = 441 . 10 ( ) (V.5) = . 10 2. . . 60= 441. 10 . 10 2.55.6,7.60 = 9,97. 10 (ℎ) > (V.6) trong đó: o = 1, là hệ số độ cứng (trang 5, [3])
o = 1, là hệ số nhiệt độ, ở đây ta cho nhiệt độ của hệ dẫn hướng là ≤ 1000C (trang 5, [3])
o = 1.5, là hệ số tải trọng, được chọn với chế độ tải dao động nhẹ và vận tốc ≤ 60 m/phút (trang 5, [3])
51
V.2.2. Cụm bôi keo cạnh
1: Ống bơm keo 5: Ray trượt – con trượt dọc chiều bôi keo 2: Cơ cấu chỉnh vị trí 6: Vít me bi – đai ốc
3: Xy lanh đẩy cơ cấu bơi keo 7: Bộ truyền đai răng định thì 4: Ray trượt – con trượt ngang 8: Motor bước truyền động bơi keo
Hình V.8: Cụm bơi keo cạnh
Kiểm nghiệm chi tiết số 5 – Ray trượt MGN12C (nhà cung cấp Hiwin) theo tài liệu tham khảo [3]:
Máy hoat động 24h / 1 ngày. Ta kiểm nghiệm độ bền của ray trượt trong vòng 5 năm, tương đương L0 = 24.365.5 = 43800 (h).
Chế độ tải: tĩnh, lực tải chủ yếu là trọng lượng của các chi tiết gá trên con trượt của bộ ray trượt. Dựa vào phần mềm Solidworks, lực tải tác động lên một con trượt là P = 15 N
Số stroke trong 1 phút: Nl = 6,7 Stroke: ls = 30 mm
Tốc độ: = 2. . = 2.30.6,7 = 402 / ℎú Độ cứng của ray: HRC60
52 Với các thông số trên, thời gian sống của ray trượt được tính theo cơng thức:
= . . . 50 = 1.1 1 . 2840 15 . 50 = 6,7 . 10 ( ) (V.7) = . 10 2. . . 60= 6,7. 10 . 10 2.30.6,7.60 = 278. 10 (ℎ) (V.8) trong đó: o = 1, là hệ số độ cứng (trang 5, [3])
o = 1, là hệ số nhiệt độ, ở đây ta cho nhiệt độ của hệ dẫn hướng là ≤ 1000C (trang 5, [3])
o = 1, là hệ số tải trọng, được chọn với chế độ tải tĩnh và vận tốc ≤ 15 m/phút (trang 5, [3])
o Vì Lh > L0 nên bộ ray trượt được chọn là thỏa yêu cầu đề ra.
Kiểm nghiệm chi tiết số 6 – Vít me bi 8-2.5B1 Rolled ball screw (nhà cung cấp Hiwin) theo tài liệu tham khảo [3]:
Thơng số vít me:
Đường kính danh nghĩa: 8 mm Bước vít: 2,5 mm
Hệ số tải tĩnh: C0 = 317 kgf Hệ số tải động: C = 218 kgf Tốc độ: n = 300 vòng/phút
Hệ số ma sát của dẫn hướng: = 0,02 [3] Khối lượng tải: M = 6 kg
Máy hoat động 24h / 1 ngày. Ta kiểm nghiệm độ bền của ray trượt trong vòng 5 năm, tương đương L0 = 24.365.5 = 43800 (h).
Theo kết cấu của hệ, vít me khơng chịu lực hướng trục mà chỉ chịu lực ma sát của dẫn hướng và tải preload (trang 20, [3]).
Lực ma sát: = . . = 0,02 . 6.9,81 = 1,18 Preload: =
. = ,
53 Tổng tải tác động lên vít me: = + = 1,18 + 0,42 = 1,6
= . . 60 = 43800.300.60 = 788,4. 10 (V.9) = 10 / = 1,6. 788,4. 10 10 / = 14,78 < (V.10) Vì < nên vít me đã chọn là hợp lí.
V.2.3. Đĩa xoay định vị cụm bơi keo
Kiểm định ổ bi đỡ đĩa xoay B6004ZZ (nhà cung cấp Misumi) theo tài liệu [4]. Thông số của ổ bi đỡ đã chọn:
Khả năng tải tĩnh: C0 = 5,05 kN Khả năng tải động: C = 9,4 kN
Vận tốc đang hoạt động: n = 6,7 vòng/phút
Máy hoat động 24h / 1 ngày. Ta kiểm nghiệm độ bền của ổ bi đỡ trong vòng 5 năm, tương đương L0 = 24.365.5 = 43800 (h).
54 1: Xy lanh định vị đĩa xoay 6: Cơ cấu định vị phôi dưới đĩa xoay
2: Lỗ định vị trên đĩa xoay 7: Ray trượt định vị phôi trên đĩa xoay 3: Sensor báo vị trí đĩa xoay 8: Cơ cấu kẹp – định vị phôi trên đĩa xoay 4: Động cơ truyền động đĩa xoay 9: Phôi
5: Xy lanh nâng hạ cơ cấu mở ngàm định vị phơi
Hình V.9: Đĩa xoay định vị bơi keo
Tải trọng hướng tâm tác động lên ổ bao gồm trọng lượng của đĩa xoay và lực do căng đai gây ra:
= + = 50 + 93,6 = 143,6
(V.11) Từ phần mềm Solidwork, ta xác định được trọng lượng của đĩa xoay là: = 50 N
Lực tác dụng lên trục do căng đai (trang 72, [4]): = = = 23,4
0,026 = 93,6 (V.12)
trong đó:
o Ft là lực vịng trên bánh đai (N)
o p là công suất motor (W)
o v là vận tốc dài tại bánh đai (m/s)
o Các hệ số , và V chọn bằng 1 Do khơng có lực dọc trục nên X = 1 và Y = 0 Tải trọng quy ước:
= [1. ( + ) + 0.0]. 1.1. = 143,6 + 93,6 = 237,2
(V.13) Thời gian làm việc tính bằng triệu vịng quay:
=60 10 =
60.43800.18,75
10 = 49,275 ệ ò (V.14)
55 = √ = 237,2 49,275 = 869,6 < (V.15) Vì < nên ổ đã chọn là hợp lí.
Một số chi tiết cụm bơi keo:
Hình V.10: Gối bắt xi lanh đẩy ống bơm keo ống bơm keo
Hình V.11: Gối định vị đĩa xoay
Hình V.12: Bát gắn ống bơm keo Hình V.13: Bát đỡ cụm bơi keo
V.3. Thiết kế cơ khí cụm sấy
Một số chi tiết cụm sấy:
56 1: Cụm đèn sấy khôi keo 4: Cơ cấu chứa phôi
2: Bánh xíc 5: Motor truyền động xích tải
3: Phơi 6: Cụm quạt làm nguội và khơi keo
Hình V.16: Cụm sấy
Cụm sấy dùng bộ truyền xích có móc để mang chổi, chổi rất nhẹ đồng thời xích chuyển động với vận tốc rất thấp nên khơng cần kiểm bền.
V.4. Thiết kế cơ khí khung bàn, bao che, kết nối tổng thể
1 2 3 1: Khung sắt 2: Chén cố định máy 3: Tủ điện Hình V.17: Khung bàn
57 Hình V.18: Lắp ráp hồn chỉnh
58
NỘI DUNG 6: Xây dựng lưu đồ điều khiển Chương trình (xem chi tiết trong phụ
lục chương trình)
VI.1. Xây dựng lưu đồ điều khiển cụm cấp phôi
59
VI.2. Xây dựng lưu đồ điều khiển cụm bôi keo
60
VI.3. Xây dựng lưu đồ điều khiển cụm sấy
61
VI.4. Xây dựng lưu đồ điều khiển tổng thể, kết nối các cụm chức năng
Hình 0.4: Lưu đồ tổng thể kết nối các cụm chức năng
VII. NỘI DUNG 7: Lập trình điều khiển VII.1. Lập trình điều khiển cụm cấp phơi VII.1. Lập trình điều khiển cụm cấp phơi
Xem phụ lục đính kèm
VII.2. Lập trình điều khiển cụm bơi keo
62
VII.3. Lập trình điều khiển cụm sấy
Xem phụ lục đính kèm
VII.4. Lập trình màn hình giao diện điều khiển. VII.4.1. Màn hình khởi động VII.4.1. Màn hình khởi động
Hiển thị mỗi khi nguồn điện được bật, có chức năng cảnh báo người dùng kiểm tra không gian hoạt động của máy xem có vấn đề bất thường khơng. Nếu khơng, nhấn OK để bắt đầu thao tác máy.
Hình 0.1: Màn hình đầu tiên khi khởi động máy
VII.4.2. Màn hình chính
Hình 0.2: Giao diện màn hình chính Màn hình chính là cửa sổ dẫn đến các trang chức năng: AUTO: Chạy tự động
63 STEP: Chạy từng bước
SETTING: Cài đặt thơng số
INPUTS: Hiển thị tín hiệu ngõ vào OUTPUTS: Hiển thị tín hiệu ngõ ra
VII.4.3. Màn hình chạy tự động
Hình 0.3: Màn hình chạy tự động Các thơng số trên màn hình chạy tự động:
READY: Đèn báo máy đã sẵn sàng để chạy tự động