Đồ án môn học: Hệ thống gia công CNC và lắp ráp sản phẩm tự động (ĐH SPKT TP.HCM)

Đồ án môn học hệ thống gia công CNC: Tìm hiểu quy trình thiết kế, chế tạo, và lắp ráp sản phẩm. Tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên kỹ thuật.

• Tác giả: Đinh Trọng Phước
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Đình Nhơn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện - Điện Tử
• Đề tài: Hệ Thống Gia Công CNC Và Lắp Ráp Sản Phẩm
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG
• 1.1. Giới thiệu tổng quan
• 1.2. Vai trò của tự động hóa trong nền sản xuất hiện đại
• 1.3. Phạm vi ứng dụng của đề tài
• 1.4. Ứng dụng đề tài trong thực tế
• 1.5. Mô tả hệ thống
• 1.6. Hình ảnh chi tiết các phần có trong hệ thống xây dựng trên phần mềm mô phỏng Factory I/O
• 1.7. Mô tả hoạt động của hệ thống
• 2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG
• 2.1. Các bước vận hành hệ thống
• 2.2. Phần vận hành thủ công
• 2.3. Phần vận hành tự động
• 2.4. Giới thiệu các cơ cấu cơ khí của hệ thống
• 2.5. Thiết kế sơ đồ khối chức năng
• 2.6. Chọn thiết bị cho các khối
• 2.7. Sơ đồ nối dây thiết bị
• 2.7.1. Mạch động lực
• 2.7.2. Mạch khí nén
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ẢO
• 3.1. Thi công hệ thống
• 3.1.1. Lý luận quy đổi thiết bị thực sang thiết bị ảo trong Factory I/O
• 3.1.2. Quy đổi thiết bị thực sang thiết bị ảo trong Factory I/O
• 3.1.3. Vẽ hệ thống ảo trên Factory I/O
• 3.2. Điều khiển hệ thống ảo bằng PLC
• 3.2.1. Cấu hình phần cứng
• 3.3. Lập trình mô phỏng PLC
• 3.4. Giao tiếp Factory I/O và PLCSIM
• 3.5. Vận hành hệ thống
• 4. KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN
• 4.1. Kết quả đạt được
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hướng dẫn toàn diện Đồ án CNC Gia công Lắp ráp tự động

Đồ án CNC về gia công và lắp ráp sản phẩm tự động là một chủ đề trọng tâm trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy và tự động hóa sản xuất. Đề tài này không chỉ phản ánh xu hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa mà còn là bài toán thực tiễn giúp doanh nghiệp tăng năng suất, giảm chi phí và nâng cao độ chính xác. Hệ thống này là sự kết hợp giữa công nghệ điều khiển số (CNC), robot học và hệ thống điều khiển logic. Mục tiêu chính là xây dựng một dây chuyền hoạt động liền mạch, từ khâu cấp phôi, gia công cơ khí chính xác trên máy CNC, cho đến khâu lắp ráp hoàn thiện sản phẩm bằng cánh tay robot và các cơ cấu chấp hành khác. Việc thực hiện thành công một đồ án như vậy đòi hỏi kiến thức tổng hợp về thiết kế cơ khí, lập trình điều khiển, và khả năng tích hợp hệ thống. Tài liệu "Hệ thống gia công CNC và lắp ráp sản phẩm" của trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM cung cấp một nền tảng vững chắc, mô tả chi tiết từ việc lựa chọn thiết bị đến lập trình mô phỏng, là nguồn tham khảo quý giá cho sinh viên và kỹ sư.

1.1. Vai trò cốt lõi của tự động hóa sản xuất hiện đại

Trong bối cảnh cạnh tranh toàn cầu, tự động hóa sản xuất là chìa khóa then chốt giúp doanh nghiệp tồn tại và phát triển. Việc ứng dụng máy móc thay thế sức người giúp loại bỏ các yếu tố rủi ro như sai sót, mệt mỏi và tai nạn lao động. Một hệ thống tự động có khả năng hoạt động liên tục 24/7 với hiệu suất ổn định, đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng đều. Đặc biệt, các dây chuyền gia công và lắp ráp tự động giúp tăng tốc độ sản xuất, đáp ứng các đơn hàng lớn trong thời gian ngắn, qua đó giảm chi phí nhân công và tối ưu hóa lợi nhuận. Hơn nữa, tự động hóa còn cho phép thực hiện các quy trình phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao mà con người khó có thể đạt được.

1.2. Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống gia công CNC

Hệ thống hoạt động theo một chu trình khép kín được điều khiển bởi hệ thống điều khiển tự động, thường là PLC. Quy trình bắt đầu tại khối cấp phôi, nơi nguyên vật liệu được đưa lên băng tải. Cảm biến phát hiện phôi và truyền tín hiệu để robot công nghiệp gắp phôi đặt vào máy phay CNC hoặc máy tiện CNC. Máy CNC thực hiện gia công chi tiết theo chương trình G-code đã được lập trình sẵn. Sau khi gia công xong, robot gắp bán thành phẩm chuyển sang dây chuyền lắp ráp. Tại đây, các cơ cấu khác như xilanh khí nén, tay kẹp sẽ tiến hành lắp ráp các bộ phận để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh. Cuối cùng, sản phẩm được kiểm tra và đếm số lượng trước khi ra khỏi dây chuyền.

II. Phân tích thách thức trong Đồ án gia công lắp ráp tự động

Việc triển khai một Đồ án CNC: Gia công & Lắp ráp sản phẩm tự động không chỉ mang lại lợi ích mà còn đi kèm với nhiều thách thức kỹ thuật. Thách thức lớn nhất nằm ở việc tích hợp liền mạch các thành phần khác nhau về công nghệ và nhà sản xuất. Một hệ thống bao gồm máy CNC, robot, PLC, cảm biến, và cơ cấu khí nén, mỗi thiết bị lại có giao thức và ngôn ngữ lập trình riêng. Việc đảm bảo chúng giao tiếp và hoạt động đồng bộ đòi hỏi kiến thức sâu rộng về tích hợp hệ thống. Ngoài ra, việc thiết kế cơ khí cho đồ gá (jig fixture), tay kẹp robot phải đảm bảo độ chính xác và ổn định để không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Lập trình logic điều khiển cũng là một bài toán phức tạp, cần dự đoán và xử lý mọi tình huống có thể xảy ra, từ lỗi cảm biến đến kẹt phôi, nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và liên tục. Chi phí đầu tư ban đầu cho các thiết bị như robot công nghiệp và máy CNC cũng là một rào cản đáng kể.

2.1. Nhược điểm của quy trình gia công lắp ráp thủ công

So với hệ thống tự động, quy trình thủ công tồn tại nhiều nhược điểm cố hữu. Thứ nhất, năng suất phụ thuộc hoàn toàn vào sức khỏe và kỹ năng của người lao động, dẫn đến hiệu suất không ổn định. Thứ hai, chi phí nhân công là một khoản chi thường xuyên và có xu hướng tăng. Thứ ba, độ chính xác và tính đồng nhất của sản phẩm không cao, dễ phát sinh lỗi do yếu tố con người. Cuối cùng, môi trường làm việc trong các xưởng gia công cơ khí chính xác thường tiềm ẩn nguy cơ tai nạn lao động và ảnh hưởng sức khỏe do tiếp xúc với hóa chất, phoi kim loại (Nguồn: Đồ án môn học 'Hệ thống gia công CNC và lắp ráp sản phẩm', ĐH SPKT TP.HCM, 2023).

2.2. Thách thức khi tích hợp robot công nghiệp và băng tải

Tích hợp robot công nghiệp và băng tải là một công đoạn phức tạp. Vấn đề cốt lõi là đồng bộ hóa tốc độ và vị trí. Robot cần gắp và đặt phôi chính xác lên băng tải đang di chuyển hoặc phải ra lệnh cho băng tải dừng đúng vị trí. Điều này đòi hỏi hệ thống cảm biến công nghiệp phải hoạt động chính xác và bộ điều khiển PLC phải xử lý tín hiệu đủ nhanh. Lập trình quỹ đạo chuyển động của robot để tránh va chạm với các thiết bị xung quanh cũng là một thách thức, đặc biệt trong không gian làm việc hẹp. Việc hiệu chỉnh tọa độ giữa robot và băng tải cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ chính xác lặp lại.

III. Phương pháp thiết kế phần cứng hệ thống gia công và lắp ráp

Thiết kế phần cứng là nền tảng quyết định sự ổn định và hiệu quả của toàn bộ hệ thống gia công, lắp ráp tự động. Quá trình này bắt đầu bằng việc phân tích yêu cầu của sản phẩm đầu ra để xác định quy trình công nghệ phù hợp. Dựa trên quy trình, các thiết bị chính như máy phay CNC, máy tiện CNC, và robot công nghiệp (ví dụ: ABB IRB 2400) được lựa chọn. Việc lựa chọn phải dựa trên các thông số kỹ thuật quan trọng như tầm với, tải trọng của robot, và vùng làm việc của máy CNC. Tiếp theo, hệ thống điều khiển trung tâm, thường là một bộ PLC (ví dụ: Siemens S7-300), được chọn để quản lý tất cả các hoạt động. Các cơ cấu phụ trợ như băng tải, hệ thống xilanh khí nén, van điện từ và các loại cảm biến công nghiệp cũng được tính toán và thiết kế để phù hợp với chu trình hoạt động. Cuối cùng, tất cả các thành phần được thể hiện chi tiết qua bản vẽ kỹ thuật và sơ đồ nối dây, tạo thành một bộ hồ sơ thiết kế hoàn chỉnh.

3.1. Lựa chọn thiết bị PLC S7 300 cảm biến công nghiệp

Lựa chọn thiết bị là bước quan trọng. PLC Siemens S7-300 được ưu tiên nhờ sự ổn định, khả năng xử lý mạnh mẽ và phổ biến trong công nghiệp. Các cảm biến công nghiệp, như cảm biến tiệm cận LJ12A3-4-Z/BY PNP, được sử dụng để phát hiện vị trí phôi, giới hạn hành trình và đảm bảo an toàn. Việc lựa chọn cảm biến phải phù hợp với vật liệu của đối tượng và môi trường làm việc (bụi, dầu mỡ). Tất cả các thiết bị phải tương thích với nhau về điện áp và tín hiệu điều khiển để đảm bảo tích hợp dễ dàng.

3.2. Thiết kế cơ cấu cơ khí Đồ gá jig fixture và tay kẹp

Cơ cấu cơ khí đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo độ chính xác. Đồ gá (jig fixture) được thiết kế trên các phần mềm CAD/CAM/CNC như SolidWorks để định vị và kẹp chặt phôi trong quá trình gia công. Thiết kế đồ gá phải vững chắc, dễ dàng tháo lắp và không cản trở đường chạy dao của máy CNC. Tương tự, tay kẹp của robot phải được thiết kế để gắp phôi chắc chắn mà không làm hỏng bề mặt, đồng thời phải phù hợp với hình dạng và trọng lượng của cả phôi và thành phẩm.

3.3. Xây dựng bản vẽ kỹ thuật và sơ đồ mạch động lực

Toàn bộ hệ thống cơ khí và điện phải được tài liệu hóa bằng các bản vẽ kỹ thuật chi tiết. Bản vẽ lắp tổng thể cho thấy vị trí của tất cả các thiết bị, trong khi bản vẽ chi tiết mô tả kích thước và vật liệu của từng bộ phận. Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển là tài liệu không thể thiếu cho việc lắp đặt và bảo trì. Sơ đồ này mô tả cách kết nối PLC với các thiết bị như contactor, biến tần, động cơ, và cảm biến, đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và đúng chức năng.

IV. Bí quyết lập trình PLC mô phỏng 3D hệ thống CNC tự động

Lập trình và mô phỏng là giai đoạn hiện thực hóa ý tưởng thiết kế, cho phép kiểm tra và tối ưu hóa hệ thống trước khi chế tạo. Quá trình này giúp tiết kiệm chi phí, giảm thiểu rủi ro và rút ngắn thời gian triển khai. Công cụ cốt lõi trong giai đoạn này là các phần mềm chuyên dụng như TIA Portal để lập trình PLC và Factory I/O cho mô phỏng 3D. Phương pháp tiếp cận hiệu quả là chia nhỏ hệ thống thành các module chức năng (cấp phôi, gia công, lắp ráp) và lập trình riêng cho từng module. Sau đó, các module này được tích hợp và đồng bộ hóa trong chương trình chính (Main OB). Việc sử dụng các khối chức năng (FC) giúp chương trình trở nên cấu trúc, dễ đọc và dễ gỡ lỗi. Thuyết minh đồ án cần ghi rõ các giải thuật điều khiển và lưu đồ chương trình để người khác có thể hiểu và phát triển tiếp.

4.1. Hướng dẫn quy đổi thiết bị ảo trên phần mềm Factory I O

Factory I/O cung cấp một thư viện phong phú các thiết bị công nghiệp ảo. Để mô phỏng, cần thực hiện quy đổi từ thiết bị thực tế đã chọn sang thiết bị ảo tương ứng. Ví dụ, một cánh tay robot thực tế được thay thế bằng đối tượng 'Pick & Place' hoặc 'Machining Center', cảm biến tiệm cận thực được thay bằng 'Diffuse Sensor'. Quá trình này được mô tả chi tiết trong Bảng 3.1 của tài liệu tham khảo. Việc quy đổi chính xác giúp mô hình ảo phản ánh trung thực nhất hoạt động của hệ thống thực tế.

4.2. Kỹ thuật lập trình PLC điều khiển chu trình tự động

Việc lập trình PLC trong TIA Portal thường sử dụng ngôn ngữ Ladder Logic (LAD) do tính trực quan. Chương trình được cấu trúc thành các network, mỗi network thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Ví dụ, một network điều khiển khởi động/dừng băng tải, một network khác xử lý tín hiệu từ cảm biến để kích hoạt robot. Các kỹ thuật lập trình nâng cao như sử dụng biến nhớ (M flag), bộ đếm (counter), và bộ định thời (timer) là cần thiết để quản lý các chu trình phức tạp, điều khiển tuần tự và xử lý lỗi. Chương trình phải đảm bảo logic hoạt động an toàn, ví dụ, không cho phép robot di chuyển khi cửa máy CNC chưa đóng.

4.3. Giao tiếp giữa Factory I O và PLCSIM để mô phỏng 3D

PLCSIM là công cụ giả lập một PLC ảo của Siemens. Để mô phỏng 3D, cần thiết lập kết nối giữa Factory I/O và PLCSIM. Trong Factory I/O, mục 'Drivers' được cấu hình để kết nối với 'Siemens S7-PLCSIM'. Sau khi chương trình được biên dịch và tải xuống PLC ảo trong TIA Portal, Factory I/O sẽ đọc/ghi các tag (biến I/O) từ PLC ảo. Khi nhấn nút Start ảo trong Factory I/O, tín hiệu sẽ được gửi đến PLCSIM, PLC ảo xử lý logic và gửi tín hiệu điều khiển ngược lại để làm cho băng tải, robot ảo hoạt động. Quá trình này cho phép kiểm tra toàn bộ logic điều khiển một cách trực quan.

V. Top ứng dụng thực tiễn của hệ thống gia công lắp ráp CNC

Hệ thống gia công và lắp ráp tự động bằng CNC và robot không chỉ là một đề tài báo cáo đồ án tốt nghiệp mà còn có vô số ứng dụng thực tiễn, đóng góp trực tiếp vào sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp. Những hệ thống này là xương sống của các nhà máy sản xuất hiện đại, nơi yêu cầu cao về sản lượng, chất lượng và độ phức tạp của sản phẩm. Từ việc sản xuất các linh kiện ô tô, xe máy với dung sai cực nhỏ, cho đến lắp ráp các bo mạch trong ngành công nghiệp điện tử, vai trò của tự động hóa là không thể thay thế. Việc ứng dụng CAD/CAM/CNC cho phép các doanh nghiệp nhanh chóng thay đổi mẫu mã sản phẩm, đáp ứng linh hoạt các yêu cầu của thị trường. Hơn nữa, các hệ thống này còn được áp dụng trong ngành sản xuất hàng tiêu dùng, chế biến thực phẩm và dược phẩm, nơi các yêu cầu về vệ sinh và độ chính xác được đặt lên hàng đầu. Khả năng hoạt động bền bỉ và chính xác giúp doanh nghiệp nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

5.1. Tối ưu hóa dây chuyền gia công cơ khí chính xác

Trong lĩnh vực gia công cơ khí chính xác, hệ thống tự động giúp tối ưu hóa toàn bộ dây chuyền. Robot được sử dụng để tự động cấp phôi và tháo sản phẩm khỏi máy CNC, cho phép một công nhân có thể vận hành nhiều máy cùng lúc. Điều này không chỉ giảm chi phí lao động mà còn tăng thời gian hoạt động hiệu quả của máy (machine uptime). Các phần mềm như Mastercam được dùng để lập trình đường chạy dao tối ưu, giảm thời gian chu kỳ và tăng tuổi thọ dụng cụ cắt. Việc tích hợp các hệ thống đo lường tự động ngay trên dây chuyền còn giúp phát hiện sai sót kịp thời, đảm bảo 100% sản phẩm đầu ra đạt tiêu chuẩn chất lượng.

5.2. Ứng dụng cánh tay robot trong lắp ráp linh kiện điện tử

Ngành công nghiệp điện tử đòi hỏi sự tỉ mỉ và độ chính xác cực cao. Cánh tay robot là giải pháp lý tưởng cho các công đoạn lắp ráp vi mạch, gắn chip, và lắp ráp vỏ thiết bị. Robot có thể thực hiện các thao tác lặp đi lặp lại hàng triệu lần mà không có sai sót, điều mà con người không thể làm được. Chúng có thể làm việc với các linh kiện siêu nhỏ và thực hiện các quy trình phức tạp như hàn, tra keo, hoặc bắt vít với lực được kiểm soát chính xác. Việc sử dụng robot trong lắp ráp điện tử giúp tăng đáng kể sản lượng, cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm tỷ lệ phế phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu tổng quan 1.1 Vai trò của tự động hóa trong nền sản xuất hiện đại Trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay, với tốc độ phát triển của công nghệ và các thiết bị hiện đại, đồng thời do yêu cầu của thị trường, các doanh nghiệp buộc phải có các biện pháp tăng năng suất làm việc và giảm chi phí, giảm nhân lực, vì vậy việc tối ưu trong các quy trình sản xuất, gia công CNC, lắp ráp sản phẩm tự động là điều rất cần thiết, giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí, phát triển nhanh và bền vững. Một trong các biện pháp tốt nhất để tối ưu hoá sản xuất là tự động hóa các quá trình, sử dụng máy móc, robot,. để thực hiện các công đoạn một cách tự động hoá, hạn chế việc sử dụng sức người.

Từ đó giảm thiểu chi phí và rủi ro về người, đẩy mạnh tốc độ sản xuất, tăng độ chính xác cho các công đoạn. Hiện nay, ở nước ta có rất nhiều hình thức về việc tự gia công CNC và lắp ráp sản phẩm nhưng yếu tố then chốt vẫn là con người, đa số sử dụng sức người để làm điều này. Vì thế có nhiều nhược điểm như sau: - Sử dụng nhân công tốn nhiều chi phí và sức người, hiệu xuất chưa cao, dễ bị gian đoạn khi con người thiếu sức khoẻ. - Gia công bằng thủ công chưa có độ chính xác cao, dễ gây độc hại cho người lao động.

- Nguy cơ xảy ra tai nạn lao động cao hơn.2 Phạm vi ứng dụng của đề tài Hệ thống gia công CNC và lắp ráp sản phẩm được ứng dụng trong nhiều ngành và nhiều lĩnh vực. Nó có thể đáp ứng cho các doanh nghiệp sản xuất, xí nghiệp công nghiệp, công ty về thương mại điện tử, lĩnh vực Logistic… đòi hỏi quy mô lớn, làm việc chính xác, liên tục và lâu dài. ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 1 1.3 Ứng dụng đề tài trong thực tế Hình 1.1: Nhà máy gia công kim loại Hình 1.2: Hệ thống lắp ráp sản phẩm 1.2 Mô tả hệ thống Hệ thống gồm các khối độc lập hoạt động kết nối với nhau như là: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 - Khối điều khiển: Sử dụng PLC S7-300 để điều khiển toàn hệ thống, vị trí điều khiển đặt tại tủ điều khiển và sử dụng các nút nhấn để kích hoạt. - Khối cấp phôi: Cấp phôi cho khối gia công.

- Khối gia công CNC: Sử dụng cánh tay robot để gắp các nguyên liệu vào hệ thống gia công và gắp chúng ra sau khi đã hoàn thành. - Khối lắp ráp sản phẩm: Sử dụng các xilanh tay kẹp để kẹp sản phẩm, sau đó sử dụng cánh tay robot lắp ráp để được sản phẩm hoàn chỉnh.3: Hình ảnh tổng quan hệ thống xây dựng trên Factory IO 1.1 Hình ảnh chi tiết các phần có trong hệ thống xây dựng trên phần mềm mô phỏng Factory I/O ❖ Khối điều khiển: Tủ điện với các nút nhấn START, STOP, RESET và hiển thị số lượng sản phẩm đã lắp ráp ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 3 Hình 1.4: Khối tủ điều khiển trên Factory I/O ❖ Khối cấp phôi: Đưa phôi vào khối gia công CNC.5: Khối cấp phôi trên Factory I/O ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 4 ❖ Khối gia công CNC: Sử dụng cánh tay robot để gắp phôi đưa vào máy CNC để gia công, sau đó robot gắp sản phẩm đưa qua bang tải để đến khâu lắp ráp sản phẩm.6: Khối gia công CNC trên Factory I/O ❖ Khối lắp ráp sản phẩm: Lắp ráp phần than vào đế từ khâu gia công CNC đưa qua để tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh.7: Khối lắp ráp sản phẩm trên Factory I/O ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 5 1.3 Mô tả hoạt động của hệ thống Hệ thống hoạt động dựa trên sự điều khiển của PLC với các tín hiệu đầu vào là các cảm biến, nút nhấn. Các ngõ ra PLC sẽ điều khiển các cơ cấu chấp hành. Mục tiêu của hệ thống là tiến hành cấp phôi cho khối gia công CNC.

Quá trình gia công sẽ được tự động hoá với robot. Sau khi gia công xong thì sản phẩm sẽ được đưa đến băng chuyền lắp ráp, tại đây các xi lanh sẽ hút và đóng nắp cho sản phẩm. Sau đó băng chuyền chạy và cảm biến đếm sản phẩm tác động để đếm đúng số lượng sản phẩm đã lắp ráp. Toàn bộ hoạt động của hệ thống là tự động và chỉ có sự can thiệp của con người khi có sự cố.8: Hình ảnh mô tả hoạt động hệ thống ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 6 Chương 2.

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 2.1 Các bước vận hành hệ thống 2.1 Phần vận hành thủ công Để khởi động hệ thống, ta nhấn nút start, lúc này nguyên liệu sẽ được đưa lên băng chuyền. Khi cảm biến nhận diện được có nguyên liệu, sẽ kích hoạt robot gắp nguyên liệu đưa vào máy CNC. Để dừng hệ thống khi có sự cố ta sử dụng nút nhấn Stop. Ngoài ra còn có nút reset để xoá số lượng sản phẩm đã lắp ráp.2 Phần vận hành tự động Giai đoạn gia công CNC: Cánh tay robot gắp nguyên liệu đưa vào máy gia công CNC.

Sau khi quá trình gia công hoàn tất, robot tiếp tục gắp thành phẩm đưa đến băng chuyền tiếp theo để lắp ráp sản phẩm. Khi thành phẩm đi qua cảm biến tiệm cận, cảm biến tác động và cho nguyên liệu tiếp theo đi vào khâu gia công CNC để lặp lại quá trình một cách tự động. Giai đoạn lắp ráp sản phẩm: Sản phẩm đã được gia công di chuyển trên băng chuyền đi đến khâu lắp ráp. Khi đến vị trí cảm biến tiệm cận phát hiện sẽ cho dừng băng tải, tay kẹp thành phẩm đế để giữ cố định.

Sau đó, các xilanh khí nén của tay gắp sẽ được kích hoạt để gắp nắp lắp vào đế nắp (thành phẩm sau khi được gia công ở khâu gia công CNC). Sau khi lắp ráp xong, băng chuyền tiếp tục chạy đưa sản phẩm đã được lắp ráp đến khâu tiếp theo. Lúc này sản phẩm đi qua cảm biến đếm, cảm biến tác động để đếm số lượng sản phẩm đã lắp ráp và hiển thị lên màn hình. ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 7 Hình 2.1: Khối gia công CNC vận hành tự động Hình 2.2: Khối lắp ráp sản phẩm vận hành tự động ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 8 2.2 Giới thiệu các cơ cấu cơ khí của hệ thống Hình 2.3: Cơ cấu cơ khí băng tải Hình 2.4: Cơ cấu cơ khí tổ máy gia công ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 9 Hình 2.5: Cơ cấu cơ khí khối Pick and Place lắp ráp sản phẩm 2.3 Thiết kế sơ đồ khối chức năng Với ngõ vào là các tín hiệu từ nút nhấn điều khiển và các cảm biến tiệm cận, nguyên liệu sẽ được đưa đến từng khối theo chu trình nhất định.

Từ đó ta được sơ đồ khối sau: Hình 2.6: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống 2.4 Chọn thiết bị cho các khối ❖ Khối điều khiển và PLC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 10 Các thiết bị được chọn: + Nút nhấn Start/Stop/Reset Hình 2.7: Hình ảnh nút nhấn: start, stop, reset Dùng để khởi động hoặc dừng hệ thống và reset số lượng sản phẩm đã lắp ráp. Được lắp đặt ở tủ điện. Sơ đồ nối chân: Hình 2.8: Sơ đồ tiếp điểm thường đóng, mở của các nút nhấn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 11 + PLC S7-300 Hình 2.9: PLC S7-300 CPU 314C-2DP Model 6ES7 314-6CG03-0AB0 Nhà sản xuất: Siemens (PLC S7-300 CPU 314C-2DP) Thông số: Tích hợp đầu vào/ra: 24DI/16DO Đầu vào tương tự tích hợp sẵn: 4AI, 1 Pt100 Đầu ra tương tự tích hợp sẵn: 2AO Bộ đếm tốc độ cao: 4x60 KHz Power supply: 20.8VDC ❖ Khối cảm biến Hình 2.10: Cảm biến tiệm cận LJ12A3-4-Z/BY PNP ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 12 Tên thương hiệu: Cảm biến tiệm cận LJ12A3-4-Z/BY PNP Thông số: Điện áp hoạt động: 6 ~ 36Vdc Dòng đầu ra: 300mA Phát hiện vật cản, khoảng cách tối đa: 1cm Đường kính cảm biến: 12mm Các dây nối Nâu - VCC / Xanh dương - GND / Đen - DATA ❖ Khối truyền tải + CB Hình 2.11: Aptomat LS MCB 3 pha Nhà sản xuất: LS Industrial Systems, dòng sản phẩm: NF 125 – 5W Thông số: Dòng định mức:100A Dòng cắt ngắn mạch: 7kA Chức năng: dùng để kiểm soát, bảo vệ quá tải và ngắn mạch.12: Contactor MC 18A Nhà sản xuất: LS Industrial Systems ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 13 Thông số: LS 3 pha Điện áp hoạt động 380V Dòng định mức 18A.5kW Tiếp điểm phụ 2a2b. Tiêu chuẩn: IEC 60947 +Biến tần: Hình 2.13: Biến tần Sinamics V20 Nhà sản xuất: Siemens Dòng sản phẩm: 6SL3210-5BB21-5BV1 1.5kW 1 Pha 220V Thông số: Công suất: 1.5kW Điện áp ngõ vào: 1 Pha 220V Trọng lượng: 1.4kg Kích thước: 140x225x180mm Cấp bảo vệ : IP00 và IP20 ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 14 Hình 2.14: Sơ đồ nối dây biến tần V20 ❖ Khối gia công + Cánh tay robot Hình 2.15: Cánh tay robot công nghiệp ABB IRB 2400 Thông số kỹ thuật: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 15 Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của robot công nghiệp ABB IRB 2400 Thông số kỹ thuật IRB 2400 Số trục 6 Bảo vệ Tiêu chuẩn IP67, IP54 Lặp đặt Trên giá, lắp ngược lên trần, phiên bản IRB 2400/10 còn được trang bị khả năng lắp đặt trên tường Bộ điều khiển Tủ điều khiển IRC5 phiên bản đơn Bảng điều khiển IRC5 PMC Hiệu điện thế 200-600 V, 50-60 Hz Tiêu thụ năng lượng 0.67 kW Kích thước 723 x 600 mm Trọng lượng 380 kg Chiều cao 1564 mm ❖ Khối lắp ráp + Xilanh khí nén dọc: Hình 2.16: Xilanh khí nén dọc Pesto Nhà sản xuất: Pesto Thông số: Kép dạng trục Đường kính nòng: 100mm Hành trình piston: 500mm Áp suất hoạt động: 0,6 to 12 bar ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 16 Nhiệt độ hoạt động: -20-80 độ C + Xilanh khí nén ngang: Hình 2.17: Xilanh khí nén ngang Pesto Nhà sản xuất: Pesto Thông số: Kép dạng trượt Hành trình: 500mm Nhiệt đô hoạt động 10~60°C Tốc độ piston: 50-500m/s Lực giữ nam châm: 2256N + Van điện từ 5/2 Hình 2.18: Van điện từ 5/2 ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 17 Thông số: Van điện từ SMC 5/2 SY3120- 5LZD-M5 1 coil.

Solenoid valve 5/2 tác động điện từ đầu 14, đầu 12 tác động bằng lò xo, 5 cửa và 2 vị trí làm việc.7Mpa Điện áp 24VDC. ❖ Khối chuyền sản phẩm + Băng tải Hình 2.19: Băng tải dây đai và con lăn Nhà sản xuất: Mikyo Thông số: Sức chịu: <100kg Kích thước: 200x80x120cm + Động cơ: Hình 2.20: Động cơ ABB Nhà sản xuất: ABB ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 18 Thông số: Công suất: 0.37 - 500 Kw Số vòng quay: 3000, 1500, 1000, 750 v/p Số cực: 2, 4, 6, 8 Vật liệu: gang/ nhôm Điện áp: 380V/220V ∆/Y 2.5 Sơ đồ nối dây thiết bị 2.1 Mạch động lực Hình 2.21: Mạch động lực hệ thống 2.2 Mạch khí nén Hình 2.22: Mạch khí nén của khối lắp ráp ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 19 Chương 3.