Tốc độ đầu ra (v/p) 30 Tốc độ đầu ra max (v/p) 70
Công suất (W) 1400
Tỉ số truyền 80
Momen xoắn cho phép (N.m) 1666 Momen xoắn max (N.m) 3332
Khối lượng (Kg) 9,5
2.4.2. Thiết kế kết cấu cơ khí
Kết cấu cơ khí bao gồm chi tiết:
+ Mâm cặp: Lựa chọn mâm cặp 3 chấu đảm bảo độ đồng tâm cao
Hình 2- 11. Mâm cặp
Chọn loại mâm cặp VSC- 8A có các kích thước như bảng sau: Bảng 2-7. Bảng thơng số một số mâm cặp MÃ SẢN PHẨM KÍCH THƯỚC D D1 D2 d3 L L1 h LỖ REN TRỌNG LƯỢNG MÃ SỐ VSC-3A 80mm(3") 66 55 16 66 50 3.5 3-M6 2 5002-020
24
Các tính năng chính của mâm cặp:
• Mâm cặp 3 chấu có 2 loại chấu kẹp: Chấu kẹp mềm & chấu kẹp cứng, có thể thay chấu.
• Sử dụng khi gia cơng với tốc độ trục chính cao, và độ bền gấp 3 lần mâm cặp thường.
• Khoảng kẹp phơi chặt và độ chính xác kẹp đạt 0.03mm (0.012inch).
• Được chế tạo từ thép tinh luyện, thích hợp cho các loại máy CNC tốc độ cao.
• Sử dụng vịng khóa hàm để cố định chấu kẹp. • Các mâm cặp kiểu VSK có miền kẹp rộng hơn
• Các chấu kẹp cứng sử dụng cho kẹp phôi lớn; các chấu kẹp mềm dùng cho kẹp phơi nhẹvà cần độ chính xác.
• Các chấu kẹp có thể sử dụng các mặt kẹp phía trong và phía ngồi như nhau.
• Các kiểu VSC có tính cơng nghệ và tuổi bền cao, thích hợp cho sản xuất hàng loạt
+ Bệ đỡ đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật như đỡ được mâm cặp, động cơ và hộp giảm tốc. Bệ đỡ được thiết kế để đảm bảo thuận tiện trong việc lắp ráp với mâm cặp, động cơ, hộp giảm tốc vào vị trí làm việc. Bệ đỡ được chế tạo từ thép các bon thấp CT3 để giảm chi phí và dễ gia cơng.
Bệ đỡ gồm: VSC-4A 100mm(4") 84 72 22 74.5 55 3.5 3-M8 3.3 5002-021 VSC-5A 130mm(5") 115 100 33 78 55 3.5 3-M8 5.8 5002-022 VSC-6A 160mm(6") 142 130 40 95 65 5 3-M8 9 5002-023 VSC-7A 190mm(7 1/2") 172 155 55 105 75 5 3-M10 15.1 5002-024 VSC-8A 200mm(8") 180 165 70 109 75 5 3-M10 15.6 5002-025
25
- Phần đế, để liên kết bệ đỡ với thân đồ gá, được chế tạo từ thép tấm có kích thước 250x150x10 mm. Trên đế có khoan 04 lỗ Ø14 để cố định với thân bàn và có thể thay đổi vị trí khác theo yêu cầu.
- Tấm vách cũng được chế tạo từ thép các bon thấp, có kích thước 200x 150 x 100 x 8 mm được liên kết với đếbằng mối hàn. Ở đây thực hiện phương pháp hàn nóng chảy trong mơi trường khí bảo vệ CO2. Hai tấm vách được hàn với phần đế sao cho đảm bảo cả về kỹ thuật và mỹ thuật.
Hình 2-12. Tấm vách
+ Tấm mặt: Có kích thước: 180x 100x 8mm để liên kết bệ đỡ với tấm gá động cơ.
26
+ Tấm gá mâm cặp yêu cầu là giữ cho mâm cặp quay ổn định cùng với tốc độ quay của hộp giảm tốc, do đó được thiết kế là tấm trịn và có trục ở chính tâm tấm để liên kết giữa trục hộp giảm tốc với mâm cặp. Trên tâm có khoan 03 lỗ Ø 12 để bắt chặt mâm cặp vào nó.
Hình 2-14. Tấm gá mâm cặp
+ Tấm gá động cơ và hộp giảm tốcdùng để gá chặt động cơ và hộp giảm tốc lên bệ đỡ. Được thiết kế dạng chữ L và hàn liên kết với hai tấm vách. Trên các tấm có khoan các lỗ Ø8.5 và taro ren M10 để bắt động cơ với tấm như hình dưới.
Hình 2-15. Tấm gá động cơ và hộp giảm tốc
2.5. Thiết kế cơ cấu nâng hạ đầu hàn
27
Giả thiết cần chọnxylanh khí nén với các thơngsố sau: Hành trình xylanh Lxl=150mm
Thời gian dẫn động T= 0.5s
Tải trọng đặt lên xylanh là F=5,0 Kg
Áp suất khí nén của các máy nén khí thơng dụng là: P = 6 bar = 6,1183 kG/cm2
Khi đó ta tính được các thơng số kỹ thuật của xylanh là: Chọn đường kính xylanh D = sqrt ((F*4)/(p*pi))
= sprt ((5*4)/(6.1183*3.14))= 1,042 cm - Chọn đường kính Dxl = 20 mm
- Hành trình xy lanh Lxl = 150 mm
Hình 2- 16. Một số loại xylanh
Để thuận tiện cho việc gá lắp đầu hàn lên xylanh ta chọn loại xylanh có bàn trượt. Ở đây chọn loại xylanh bàn trượt MSC:MXH20-60-M9BW.
28
Hình 2-17. Xylanh bàn trượt
Chi tiết kỹ thuật dịng xy lanh bàn trượt SMC Kích thước (mm): 6 | 10 | 16 | 20
Kích thướt bộ phận dẫn hướng: 5 | 7 | 9 | 12 Lưu chất: khí nén
Tác động: dạng 2 tác động Kích thướt cổng cấp: M5 x 0.8
Áp suất hoạt động tối thiểu: 0.15 MPa, 0.06 MPa, 0,05 MPa Áp suất hoạt động tối đa: 0.7 MPa
Áp suất phá hủy: 1.05 MPa
Nhiệt độ lưu chất và môi trường: khơng có cảm biến -10 đến 70°C và có cảm biến - 10 đến 60°C (khơng đóng băng)
2.5.2. Thiết kế kết cấu cơ khí
Kết cấu cơ khí cơ cấu nâng hạ mỏ hàn cần đảm bảo đủ độ cứng vững để khi gá lắp xylanh lên không bị thay đổi vị trí làm việc (Vị trí làm việc của mỏ hàn là cách vật hàn một khoảng cách nhất định được thiết lập, đồng thời ln có độ đồng tâm cao so với trục của mâm cặp dọc theo đồ gá), đồng thời thuận tiện cho việc gá đặt mỏ hàn lên đồ gá.
29
Hình 2-18. Cơ cấu nâng hạ mỏ hàn
Cơ cấu nâng hạ mỏ hàn được thiết kế bao gồm các bộ phận:
Trục 1 là trục nằm ngang liên kết trực tiếp từ cơ cấu tịnh tiến đầu hàn đến ống lồng (được gắn với xylanh nâng hạ đầu hàn và mỏ hàn). Trục nằm ngang được chế tạo từ thép CT3 dạng hộp, có kích thước 50x 50x 2 mm.
Trục 2 là trục thẳng đứng được gắn với xylanh khí nén, trục thẳng đứng được chế tạo từ thép Ø30 vật liệu là thép CT3 dạng trịn có kích thước 500x 30x 3 mm. Trục đứng có thể điều chỉnh lên xuống được và hãm lại nhờ 02 vít hãm tại ống lồng.
Ống lồng: được chế tạo từ thép CT3 trịn có đường kính Ø40 dày 5 mm, có chiều dài là 60 mm. Ống lồng được hàn liên kết với trục nằm ngang sao cho phương của nó thẳng đứng. Trên ống lồng có 2 lỗ khoan và ta rơ ren để bắt bulong M10 điều chỉnh khoảng cách của trục 2 so với vật hàn.
Cơ cấu định vị và điều chỉnh mỏ hàn: Được gắn trên đầu của xylanh thông qua bu lơng đai ốc. Cơ cấu này có thể điều chỉnh tinh vị trí của mỏ hàn so với vật
30
hàn thơng qua vít trí. Mỏ hàn cũng được gắn trên xy lanh giống như trục thẳng đứng, nhưng từ cơ cấu này ta có thể điều chỉnh được góc độ mỏ hàn tùy theo yêu cầu.
31
KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Trong nội dung chương 2 tác giả đã nghiên cứu, tính tốn, thiết kế được các kết cấu cơ khí các bộ phận của đồ gá hàn một trục quay:
Khảo sát, nghiên cứu phương án thiết kế kết cấu của đồ gá hàn một trục quay. Tính tốn chọn được vật liệu chế tạo đồ gá và kích thước của thân đồ gá hàn.
Khảo sát, nghiên cứu, tính tốn chọn được động cơ quay phơi và động cơ quay trục vít me để di chuyển tịnh tiến mỏ hàn. Về động cơ tác giả chọn động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha để giảm chi phí giá thành chế tạo đồ gá và dùng hộp giảm tốc theo tiêu chuẩn.
Cơ cấu chuyển động quay phôi được thiết kế bao gồm bệ đợ bằng thép tấm hàn liên kết với nhau và mâm cặp 3 chấu có độ đồng tâm cao. Khi ta đưa phơi hàn có dạng trịn kẹp vào mâm cặp thì 3 chấu của mâm cặp sẽ tự định vị, định tâm và kẹp chặt chi tiết trong quá trình hàn.
Cơ cấu tịnh tiến đầu hàn được thiết kế là trục vít me đai ốc sẽ quay ổn định, từ đó làm cho cơ cấu tịnh tiến đầu hàn chạy ổn định. Trên hai đầu trục vít me có gối đỡ và dùng ổ đỡ để quay được nhẹ nhàng. Trục vít me và trục dẫn hướng được thiết kế nằm trong khố chữ U để hạn chế bụi bẩn bám vào trục vít me. Tồn bộ cơ cấu tịnh tiến đầu hàn được thiết kế lên phía trên của cơ cấu quay phơi.
Cơ cấu nâng hạ mỏ hàn được thiết kế bao gồm các trục nằm ngang và trục thẳng đứng. Trục nằm ngang có thể làm cho mỏ hàn đi ra xa hay ở gần trục vít me, đồng thời trục thẳng đứng được thiết kế từ dạng ống trịn và có thể di chuyển lên xuống và định vị tại vị trí bất kỳ nhờ các vít hãm. Mỏ hàn từ động đi xuống vị trí hàn nhờ xylanh khí nén.
32
Chương III.THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
3.1. Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống điều khiển
Đồ gá hàn một trục quay được thiết kế bao gồm: Bộ phận quay phôi hàn, bộ phận tịnh tiến đầu hàn, bộ phận nâng hạ đầu hàn, do đó hệ thống điều khiển đồ gá hàn một trục quay được thiết kế cũng bao gồm:
1. Hệ thống điều khiển chuyển động quay phôi hàn 2. Hệ Thống điều khiển chuyển động tịnh tiến đầu hàn 3. Hệ thống điều khiên cơ cấu nâng hạđầu hàn
Có 2 chế độ làm việc: Bằng tay và tự động. Ở chế độ bằng tay có thể điều khiển riêng rẽ chuyển động tịnh tiến của đầu hàn và chuyển động quay của trục, chuyển động nâng/ hạ đầu hàn. Có thể điều chỉnh tốc độ của 2 chuyển động, có lệnh bật/tắt hồ quang. Nhận biết điểm đầu, điểm cuối chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay bằng cảm biến từ và encoder. Do vậy hệ thống điều khiển đồ gá hàn được sử dụng các thiết bị: Bộ điều khiển khả lập trình PLC, Cảm biến, Biến tần, Encoder, Rơ le và các thiết bị phụ trợ khác.
33
3.1.1 Lý do sử dụng bộ điều khiển khả lập trình PLC
- Sơ đồđộng học đồ gá một trục quay: bao gồm các bộ phận: 1. Thân đồ gá
2. Động cơ quay phôi
3. Động cơ tịnh tiến đầu hàn 4. Hệ thống nâng hạđầu hàn 5. Encoder
6. Cảm biến từ
Hình 3-2. Sơ đồ động học đồ gá hàn một trục quay
34
- Chọn bộđiều khiển trung tâm (PLC)
Trong cơng nghiệp u cầu tự động hóa ngày càng tăng, địi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng được nhu cầu đó. Để giải quyết được nhiệm vụ điều khiển người ta có thể thực hiện bằng Rơle, khởi động từ hoặc thực hiện bằng chương trình nhớ như: PLC hay vi điều khiển. Vì hệ điều khiển bằng rơle thì khối lượng cơng tắc tơ và tiếp điểm là khá lớn nên rất cồng kềnh và phức tạp. Vậy nên, ta chọn hệ thống điều khiển bằng chương trình nhớ vì chương trình nhớ khắc phục được những nhược điểm của hệ thống điều khiển bằng Rơle và nó có những ưu điểm hơn hẳn so với hệ điều khiển Rơle:
+ Hệđơn giản, dễ vận hành, độ nhạy cao + Kích thước và khối lượng nhỏ
+ Đóng mở an tồn và tin cậy, khơng phát sinh hồ quang + Chịu được tần sốđóng ngắt lớn
+ Tuổi thọ cao
Vì điều khiển hiện nay cũng được sử dụng rất rộng rãi. Nhưng do vì điều khiển có những nhược điểm như: chạy thiếu tính ổn định, tuổi thọ thường thấp nên ít được sử dụng vào hệ thống điều khiển trong công nghiệp
Hiện nay trong công nghiệp người ta thường sử dụng PLC cho tự động hóa vì PLC có những ưu điểm sau:
+ Thời gian lắp đặt ngắn
+ Dễdàng thay đổi thiết kế mà không gây tổn thất
PC Điều khiển PLC Cảm biến từ Biến tần Động cơ Encoder
35
+ Dễdàng thay đổi thiết kế bằng phần mềm + Ứng dụng điều khiển phạm vi rộng
+ Dễ dàng bảo trì bảo hành nhờ khẳnăng tín hiệu hóa và lưu trữ mã lỗi + Độ tin cậy cao
+ Chuẩn hóa được phần cứng
+ Thích ứng với mơi trường khắc nhiệt + Thích ứng với sản xuất linh hoạt + Kích thước nhỏ
+ Tuổi thọ cao
Vì vậy, trong đề tài tác giả chọn bộ điều khiển khả lập trình PLC cho hệ thống điều khiển đồ gá một trục quay. Ởđây sử dụng PLC CPM2A của Omron làm bộđiều khiển trung tâm cho hệ thống.
- Chọn động cơ
Động cơ được các hãng sản xuất đồ gá quay một trục trên thế giới sử dụng toàn bộlà động cơ servo. Vì động cơ servo có những ưu điểm như: Nếu tải đặt vào
động cơ tăng, bộ điều khiển sẽ tăng dòng tới cuộn dây động cơ giúp tiếp tục quay.
Tránh hiện tượng trượt bước như trong động cơ bước, phương pháp điều khiển là
vịng kín (có encoder) có thể hoạt động ở tốc độcao. Nhưng giá thành của động cơ
servo lại rất cao, mạch điều khiển phức tạp thông thường người sử dụng phải đi mua
mạch từ các nhà sản xuất. Vì vậy, nếu dùng động cơ servo để chế tạo đồ gá quay hai
trục thì giá một chiếc đồ gá sẽ rất cao.
Vậy nên, chúng ta sẽ chọn phương án sử dụng động cơ không đồng bộ 3
pha/220V để chế tạo đồ gá, vì động cơ khơng đồng bộ 3 pha có giá thành rẻ hơn
động cơ servo rất nhiều, có thểđiều khiển chính xác góc quay nhờ cảm biết từ hoặc
encoder, mạch điều khiển đơn giản người sử dụng có thể chế tạo được. Với phương
án này giá thành chế tạo một chiếc đồ gá sẽ giảm đi rất nhiều sẽ phù hợp với thị
trường Việt Nam hiện nay hơn.
36
Ta sử dụng biến tần làm khối chấp hành. Biến tần sẽ nhận tín hiệu từ PLC và
điều khiển chuyển động của các động cơ. Ởđây, ta sử dụng 2 biết tần điều khiển 2
động cơ. Chọn biến tần 3G3JV làm biến tần điều khiển đồ gá hàn.
3.1.2 Cấu tạo và chức năng các thiết bị trong hệ thống điều khiển
3.1.2.1 Bộ điều khiển lập trình PLC CPM2A
Hình 3-3. Hình ảnh PLC CPM2A
Các thành phần chính
+ Đầu đấu dây:
- Dây nguồn điện cung cấp cho PLC - Đầu nối đất tín hiệu
- Đầu nối đất bảo vệ - Đầu nối tín hiệu đầu vào
+ Đầu nối nguồn cấp DC ra từ PLC điện áp ra chuẩn là điện một chiều 24V với dòng định mức 0.3A cung cấp cho các đầu vào số DC
+ Đầu nối thiết bị ngoài
+ Đèn LED hiển thị trạng thái PLC
37
Đèn Trạng thái Chức năng POWER(màu
xanh)
Bật PLC đang được cấp điện bình thường
Tắt PLC khơng được cấp điện bình thường(khơng có điện hoặc điện yếu)
RUN(màu xanh) Bật PLC đang hoạt động ở chế độ chạy RUN hay MONITOR Tắt PLC đang ở chếđộ Program ERROR/ALARM (Đỏ) Sáng PLC đang gặp lỗi nhiêm trọng(PLC ngừng chạy) Nhấp nháy PLC gặp một lỗi nghiêm trọng(PLC tiếp tục chạy ở chếđộ RUN) Tắt PLC hoạt động bình thường khơng có lỗi COMM (Da cam) Sáng Dữ liệu đang được chuyển qua cổngPeriphal
Port
Tắt Khơng có trao đổi dữ liệu giữa PLC và thiết bị ngoài qua cổng Periphal Port
+ Input LED
• Các đèn hiển thị trạng thái đầu vào
• Đèn trong nhóm này sẽsáng khi đầu vào tương ứng lên On
• Khi gặp sự cốthì đèn LED sẽ tắt
• Khi có các lỗi bộ nhớ các LED sẽ giữ trạng thái trước đó - OUTPUT LED
- Các đèn hiển thị trạng thái đầu ra . Các đèn LED này sáng khi các đầu ra tương ứng được bật .
- Analog setting controls
- Các cổng dùng để nối PLC với thiết bị ngoại vi - Đầu nối với các module vào ra mở rộng
38
- Công tắc chuyển dùng đặt cho cấu hình truyền tin
- Trong giao tiếp ta dùng host link tức là dùng máy tính để điều khiển