I. Giới thiệu về đề tài Thiết kế và chế tạo bộ điều khiển lập trình máy dập CNC 20 tấn tại HCMUTE
Đề tài nghiên cứu tập trung vào thiết kế và chế tạo bộ điều khiển lập trình cho máy dập CNC 20 tấn. HCMUTE, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, là đơn vị chủ trì. Đề tài có ý nghĩa quan trọng trong việc hiện đại hóa giảng dạy và đào tạo ngành cơ khí chế tạo máy tại trường. Việc chế tạo thành công bộ điều khiển này sẽ cung cấp thiết bị thực hành hiện đại cho sinh viên, đáp ứng nhu cầu thực tiễn của ngành công nghiệp. Đề tài cũng góp phần vào sự phát triển của công nghệ chế tạo máy trong nước, giảm sự phụ thuộc vào thiết bị nhập khẩu. Máy dập CNC tự động là trọng tâm nghiên cứu, nhấn mạnh vào khả năng điều khiển chính xác và tự động hóa quá trình dập. Công nghệ tự động hóa được áp dụng rộng rãi, tăng năng suất, giảm chi phí và đảm bảo an toàn lao động. Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một hệ thống hoàn chỉnh, bao gồm cả phần cứng và phần mềm. PLC máy dập hay các giải pháp điều khiển khác cũng được xem xét.
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Nhu cầu về máy dập kim loại ngày càng tăng. Sản xuất hiện đại đòi hỏi tự động hóa cao. Máy dập CNC 20 tấn đáp ứng được yêu cầu về năng suất và độ chính xác. Việc thiếu các thiết bị thực hành hiện đại tại các trường đại học là một vấn đề. Đề tài giúp khắc phục điều này. Nó cũng đóng góp vào việc phát triển ngành cơ khí chế tạo máy tại Việt Nam. Gia công cơ khí chính xác là một yếu tố quan trọng cần được chú trọng. Thiết kế và chế tạo bộ điều khiển lập trình CNC cho máy dập là một thách thức công nghệ. Sự thành công của đề tài này mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và xã hội. An toàn máy dập được đảm bảo nhờ vào hệ thống điều khiển tự động. Sửa chữa máy dập sẽ dễ dàng hơn nhờ vào việc thiết kế hợp lý và tài liệu kỹ thuật đầy đủ.
1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính là chế tạo bộ điều khiển lập trình hoàn chỉnh cho máy dập CNC 20 tấn. Bao gồm thiết kế phần cứng, lập trình phần mềm và tích hợp hệ thống. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: thiết kế bo mạch điều khiển, lựa chọn linh kiện điện tử, lập trình phần mềm điều khiển CNC, tích hợp hệ thống với máy dập thủy lực, và thử nghiệm hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống. Lập trình CNC Fanuc, lập trình CNC Siemens, hay lập trình CNC Mitsubishi đều được cân nhắc tùy thuộc vào khả năng và chi phí. Hệ thống điều khiển máy dập cần đảm bảo hoạt động ổn định, chính xác và an toàn. Điều khiển số máy dập là một trong những mục tiêu quan trọng của đề tài. Máy dập tấm kim loại là đối tượng chính của nghiên cứu. Ứng dụng CNC trong chế tạo máy là một hướng đi hiện đại, đáp ứng yêu cầu của công nghiệp 4.0. Thiết kế cơ khí chính xác được đảm bảo qua các bước mô phỏng và thử nghiệm kỹ lưỡng. Bảo trì máy dập sẽ đơn giản hơn với hệ thống điều khiển hiện đại.
II. Tổng quan về hệ thống dập tự động và các thành phần chính
Phần này trình bày tổng quan về hệ thống dập tự động trong công nghiệp. Nó bao gồm các thành phần chính như máy dập CNC, máy cấp phôi, và máy xả cuộn. Điều khiển số máy dập được thực hiện thông qua bộ điều khiển lập trình CNC. Hệ thống điều khiển máy dập cần đảm bảo độ chính xác cao, tốc độ nhanh, và hoạt động ổn định. Các phương pháp điều khiển tự động được xem xét, bao gồm điều khiển bằng cơ cấu cơ khí, điện khí nén, và PLC. Máy dập tự động có nhiều ưu điểm như tăng năng suất, giảm chi phí lao động, và cải thiện chất lượng sản phẩm. Máy dập CNC tự động mang lại hiệu quả vượt trội so với phương pháp dập thủ công. Cơ cấu điều khiển hành trình dập được thiết kế để đảm bảo độ chính xác và an toàn. Cơ cấu định hướng phôi và cơ cấu lấy sản phẩm cũng được nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình sản xuất.
2.1 Thành phần phần cứng
Đề tài sử dụng vi điều khiển PIC 16F887 làm trung tâm điều khiển. Bàn phím ma trận được dùng để điều khiển thủ công. Màn hình LCD 16x2 hiển thị thông tin. Họ FET IRF540 và IRFP460 dùng trong mạch công suất. Cảm biến quang Fotek SU-07X và Omron EE-SX672 đọc tín hiệu. Relay điện từ và Khối kích AC (Solid State Relay) dùng làm rơ le. Controller Unit ANLY PU-NC điều khiển máy dập. Mạch driver động cơ bước điều khiển hệ thống truyền động. Mạch driver van thủy lực điều khiển hệ thống thủy lực. Mạch giao tiếp máy dập – máy cấp phôi đảm bảo sự phối hợp giữa các module. Thiết kế mạch điện tử được thực hiện cẩn thận để đảm bảo sự ổn định và độ tin cậy của hệ thống. Mạch nguồn xung cung cấp điện năng cho vi điều khiển. Mạch nguồn chỉnh lưu cung cấp điện 12V và 24V cho hệ thống. Hệ thống điện điều khiển trên máy dập, máy cấp phôi và máy xả cuộn được thiết kế riêng biệt nhưng hoạt động thống nhất.
2.2 Phần mềm điều khiển
Phần mềm điều khiển CNC được lập trình để điều khiển toàn bộ quá trình dập. Lưu đồ giải thuật được thiết kế rõ ràng và dễ hiểu. Cấu trúc chương trình được tổ chức hợp lý để dễ dàng bảo trì và nâng cấp. Chương trình hoàn chỉnh được kiểm thử kỹ lưỡng trước khi tích hợp vào hệ thống. Giải thuật điều khiển được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của máy dập. Giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng. Phần mềm giám sát cho phép theo dõi trạng thái hoạt động của máy dập trong thời gian thực. Hệ thống báo lỗi tự động giúp phát hiện và khắc phục sự cố kịp thời. Điều khiển hành trình dập chính xác và linh hoạt. Điều khiển chu kỳ dập cho phép điều chỉnh tốc độ và thời gian dập. Tương thích với các loại máy dập khác nhau là một ưu điểm của phần mềm. Bảo mật dữ liệu được đảm bảo để tránh việc truy cập trái phép.
III. Thử nghiệm và đánh giá hệ thống
Phần này mô tả quá trình thử nghiệm và đánh giá toàn bộ hệ thống. Bao gồm thử nghiệm từng module riêng lẻ và thử nghiệm toàn bộ hệ thống tích hợp. Kết quả đạt được được phân tích và đánh giá. Hiệu suất hoạt động của hệ thống được đo lường và so sánh với các hệ thống tương tự. Độ chính xác, tốc độ, và độ tin cậy của hệ thống được kiểm tra. An toàn máy dập được đảm bảo trong suốt quá trình thử nghiệm. Báo cáo thử nghiệm được trình bày chi tiết và minh bạch. Đánh giá hiệu quả kinh tế của hệ thống được tính toán. Khả năng ứng dụng thực tiễn của hệ thống được thảo luận. Đề xuất cải tiến cho các phiên bản sau được đưa ra. Giá máy dập CNC được tính toán dựa trên chi phí vật liệu, nhân công và thời gian.
3.1 Phương pháp thử nghiệm
Các phương pháp thử nghiệm được sử dụng bao gồm thử nghiệm chức năng, thử nghiệm hiệu suất, và thử nghiệm độ bền. Thử nghiệm chức năng kiểm tra xem tất cả các chức năng của hệ thống hoạt động đúng như thiết kế. Thử nghiệm hiệu suất đo lường các thông số kỹ thuật quan trọng của hệ thống như tốc độ, độ chính xác, và năng suất. Thử nghiệm độ bền đánh giá khả năng hoạt động ổn định của hệ thống trong thời gian dài. Điều kiện thử nghiệm được mô phỏng gần với điều kiện làm việc thực tế. Dữ liệu thử nghiệm được thu thập và xử lý bằng các phần mềm chuyên dụng. Phân tích kết quả thử nghiệm giúp xác định các điểm mạnh và điểm yếu của hệ thống. So sánh với các hệ thống tương tự giúp đánh giá hiệu quả của hệ thống. Đảm bảo an toàn là yếu tố hàng đầu trong suốt quá trình thử nghiệm. Mô phỏng trên máy tính giúp tối ưu thiết kế trước khi chế tạo thực tế.
3.2 Kết luận và đề xuất
Kết luận tổng kết các kết quả đạt được trong đề tài. Đánh giá thành công và những hạn chế của hệ thống. Đề xuất các hướng nghiên cứu trong tương lai. Hiệu quả kinh tế của hệ thống được nhấn mạnh. Khả năng ứng dụng thực tiễn trong sản xuất công nghiệp được thảo luận. Chuyển giao công nghệ và đào tạo nguồn nhân lực được đề cập. Phát triển các phiên bản nâng cấp của hệ thống được đề xuất. Hợp tác nghiên cứu với các đơn vị khác được khuyến khích. Nhận xét về các nhà cung cấp máy dập CNC được đề cập nếu cần thiết. Đề tài đóng góp vào sự phát triển của ngành cơ khí chế tạo máy Việt Nam. Xu hướng máy dập CNC hiện đại được đề cập.
