CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. Ngày nay với sự phát triển và ứng dụng của quá trình tự động hóa ngày càng rộng rãi và phổ biến thì các sản phẩm làm ra có chất lượng không những đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà giá thành lại rẻ. Do đó, nhóm đã vận dụng sự tự động hóa để tiến hành nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo một máy tôi cao tần có sử dụng hệ thống điều khiển tự động.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI. Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động. Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động sản xuất hiện đại.
Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất. Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC. Thiết kế, chế tạo được một máy tôi cao tần có thể điều khiển tốc độ nhanh, chậm vị trí lên xuống theo ý muốn bằng một màn hình điều khiển với các nút nhấn.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. Dựa vào các thiết kế về máy tôi cao tần ở ngoài và trên mạng để thiết kế một bản vẽ 3D hợp lý, dễ dàng chỉnh sửa các chi tiết khi thấy không hợp lý. Chọn sơ bộ các bộ điều khiển hệ thống cho máy tôi cao tần, sau đó tính toán các khả năng chịu tải trọng, biến dạng vì nhiệt khi tôi để chọn loại vật liệu thích hợp. Khi có kết quả và các thông số cơ bản thì so sánh với các thông số của sản phẩm cần mua để chọn được sản phẩm đạt yêu cầu.
CÁCH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC Việc ứng dụng tự động hóa vào máy tôi cao tần thì nhóm đã chia ra các phần để tìm hiểu: Chọn loại động cơ thích hợp. Chọn thiết bị điều khiển cho động cơ. Thiết kế giao diện để điều khiển động cơ thông qua bộ điều khiển. Thiết kế hệ thống gắn kết phù hợp với khung máy.
Kết quả nghiên cứu là trục vít của máy tôi được kết nối với động cơ bước điều khiển bằng PLC thông qua thiết bị hiển thị HMI. Việc lắp ráp các thiết bị lên khung máy được thiết kế trên máy tính bằng phần mềm Creo để có cái nhìn tổng quan về máy, nếu chỗ nào không hợp lý thì nhóm sẽ trao đổi và thiết kế lại đảm bảo về tính thẩm mỹ và tiết kiệm thời gian.1: Thiết kế ban đầu máy tôi 2 do an CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. CƠ KHÍ HÓA Cơ khí hóa là quá trình thay thế các động tác cơ bắp của con người khi thực hiện các quá trình công nghệ chính hoặc các chuyển động chính bằng máy. Sử dụng cơ khí hóa cho phép nâng cao năng suất lao động, nhưng không thay thế được con người trong các chức năng điều khiển, theo dõi diễn biến của quá trình cũng như thực hiện một loạt các chuyển động phụ trợ khác.1: Dây chuyền sản xuất ô tô 2.
TỰ ĐỘNG HÓA CHU KỲ GIA CÔNG Tự động hóa các chu kỳ gia công là giai đoạn phát triển tiếp theo của nền sản xuất cơ khí hóa. Nó sẽ thực hiện phần công việc mà cơ khí hóa không thể đảm đương được đó là điều khiển và thực hiện tự động các chuyển động phụ. Với các thiết bị vạn năng và bán tự động, các chuyển động phụ (tác động điều khiển) do người thợ thực hiện còn trên các thiết bị tự động hóa và máy tự động thì toàn bộ quá trình làm việc (kể cả các tác động điều khiển) đều được thực hiện tự động nhờ các cơ cấu và hệ thống điều khiển mà không cần có sự tham gia trực tiếp của con người. 3 do an Hình 2.2: Dây chuyền ráp vỏ ô tô tự động 2.
TỰ ĐỘNG HÓA MÁY Với các máy bán tự động, muốn chuyển sang gia công một chi tiết mới, con người phải giúp máy tháo chi tiết và gá đặt một phôi mới. Mức độ cao hơn của tự động hóa máy là trang bị hệ thống cấp phôi cho máy. Hệ thống này tự động tháo chi tiết khi máy gia công xong và thay thế phôi mới, đồng thời khởi động một chu kỳ gia công của chi tiết mới.3: Tay robot cấp phôi tự động 4 do an 2. KHOA HỌC TỰ ĐỘNG HÓA Khoa học tự động hóa là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật.
Nó bao gồm các cơ sở lý thuyết, các nguyên tắc cơ bản được sử dụng khi thiết lập các hệ thống điều khiển và kiểm tra tự động các quá trình khác nhau để đạt được mục đích cuối cùng mà không cần tới sự tham gia trực tiếp của con người. Khoa học tự động hóa được cấu thành từ nhiều môn học khác nhau như lý thuyết điều khiển tự động, lý thuyết mô hình hóa, mô phỏng và phân tích hệ thống, lý thuyết tối ưu, lý thuyết truyền tin, kỹ thuật lập trình… .Tự động hóa các quá trình sản xuất là một hướng phát triển khoa học tự động hóa. Sự phát triển của nó gắn liền với các khoa học liên quan. HỆ THỐNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÓ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH (CAD - CAM) Với sự xuất hiện của máy điều khiển số, sự phát triển cao của công nghệ thông tin và công nghệ máy tính, việc chuẩn bị và điều hành sản xuất trong thời gian gần đây đã có những thay đổi cơ bản.
Khâu chuẩn bị thiết kế đã được tự động hóa nhờ hệ thống thiết kế tự động có sự trợ giúp của máy tính. Nhờ các thiết bị tính toán thiết kế như máy tính, màn hình đồ họa, bút vẽ, máy vẽ, cùng các phần mềm chuyên dùng (Matlab, Catia, CAD) cho phép tạo ra các mô hình sản phẩm trong không gian ba chiều, rất thuận lợi cho việc khảo sát, đánh giá sửa đổi nhanh chóng trực tiếp ngay trên màn hình. Các bản vẽ trong CAD có thể lưu giữ, nhân bản hoặc gọi ra bất kỳ lúc nào. Điều này cho phép tiết kiệm nhiều thời gian, vật liệu và các chi phí khác của giai đoạn thiết kế ban đầu trước khi đưa vào sản xuất.
GIỚI THIỆU VỀ MÁY TÔI CAO TẦN Các ứng dụng quy mô lớn của cảm ứng điện từ đã trở nên rất phổ biến trong ngành công nghiệp sản xuất hiện nay. Nhiều thành phần kim loại được nung nóng trong lò với nhiệt độ cao, có khi tới vài nghìn °C. Một lò nung cảm ứng đơn giản. Một cuộn dây đồng rỗng chứa nước mang một dòng điện AC tần số cao.
Các đối tượng được gia nhiệt là một thanh thẳng đứng được đặt ở trung tâm của cuộn dây. 5 do an Hình 2.4: Cuộn dây cảm ứng Hình 2.5: Máy tôi cao tần 6 do an Máy tôi cao tần sử dụng hệ thống điều khiển tự động như cấp phôi và di chuyển trục tôi hiện nay có khá nhiều nhưng chủ yếu là ở các nhà máy, công ty lớn. Những máy tôi cao tần nhỏ, có thể xách tay thì không có hệ thống tự động tôi, phải sử dụng đồ gá và di chuyển tay. Với cách này sản phầm có thể không đạt yêu cầu phải thử lại nhiều lần.
Nhưng nếu ứng dụng quá trình tự động hóa thì kết quả cũng như hiệu suất sẽ tăng cao.6: Tôi thanh thép bằng tay Hình 2.7: Tôi trục bằng tay 7 do an 2. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ. Động cơ bước có thể được mô tả như là một động cơ điện không dùng bộ chuyển mạch. Cụ thể, các mấu trong động cơ bước là stator và rotor là nam châm vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính.
Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bên ngoài bởi bộ điều khiển, và đặc biệt, các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như là quay đến bất kỳ vị trí nào. Hầu hết các động cơ bước có thể chuyển động ở tần số âm thanh, cho phép chúng quay khá nhanh, và với một bộ điều khiển thích hợp, chúng có thể khởi động và dừng lại dễ dàng ở các vị trí bất kỳ.9: Cấu tạo động cơ bước Hình 2.8: Động cơ bước Động cơ bước được chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (cũng có loại động cơ hỗn hợp nữa, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châm vĩnh cửu). Phân biệt hai loại động cơ này bằng cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng. Động cơ nam châm vĩnh cửu có các nấc khi dùng tay xoay nhẹ rotor của chúng, trong khi động cơ biến từ trở thì dường như xoay tự do.
Cũng có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng Ohm kế. Động cơ biến từ trở thường có 3 mấu, với một dây về chung trong khi đó, động cơ nam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trung tâm. Nút trung tâm được dùng trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực. Động cơ bước phong phú về góc quay.
Các động cơ kém nhất quay 90° mỗi bước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1. Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có 8 do an thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước. Đối với cả động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ biến từ trở, nếu chỉ một mấu của động cơ được kích, rotor (ở không tải) sẽ nhảy đến một góc cố định và sau đó giữ nguyên ở góc đó cho đến khi momen xoắn vượt qua giá trị moment. ĐỘNG CƠ SERVO Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt.
Không giống như động cơ thông thường cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi được điều khiển (bằng xung PPM) với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0o - 180o. Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển .Nếu có bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn.