Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong xu thế phát triển công nghiệp hóa và hiện đại hóa sản xuất, việc ứng dụng các hệ thống tự động hóa nhằm thay thế sức lao động thủ công là yêu cầu tất yếu để nâng cao năng suất, chuẩn hóa chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa chi phí vận hành doanh nghiệp. Tại các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài tại Việt Nam, dù đã trang bị nhiều thiết bị ngoại nhập hiện đại nhưng tại nhiều công đoạn hoàn thiện vẫn sử dụng lượng lớn lao động chân tay chia nhỏ theo từng thao tác. Thực trạng này khiến công tác quản lý sản xuất gặp khó khăn, năng suất phụ thuộc trực tiếp vào sức khỏe, tay nghề công nhân và làm giảm giá trị thặng dư của doanh nghiệp.
Công ty TNHH Công Nghiệp Plus Việt Nam (được thành lập vào tháng 05 năm 1995 tại Khu công nghiệp Biên Hòa II, tỉnh Đồng Nai) là doanh nghiệp chuyên sản xuất các mặt hàng văn phòng phẩm công nghệ Nhật Bản. Tại bộ phận Clear File của công ty, sản phẩm Tab Folder (bìa phân trang hồ sơ) là một trong những mặt hàng chủ lực được đưa vào sản xuất từ đầu năm 2009 với số lượng đơn đặt hàng tăng liên tục qua các năm. Tuy nhiên, công đoạn gấp nếp và ép phẳng sản phẩm hoàn toàn do công nhân thực hiện bằng tay, sau đó dùng một tấm thép nặng 5 kg đè ép cơ học. Do vật liệu Tab Folder là nhựa dẻo có tính đàn hồi cao và bề mặt bóng, phương pháp thủ công này bộc lộ nhiều nhược điểm nghiêm trọng: thời gian xử lý kéo dài (7 giây/sản phẩm), chất lượng nếp gấp không đồng đều, sản phẩm dễ bị trầy xước và cong vênh trong quá trình vận chuyển, dẫn đến việc khách hàng thường xuyên phàn nàn về chất lượng cũng như tiến độ giao hàng.
Nhằm giải quyết bất cập trên, đề tài "Thiết kế và thi công máy gấp và ép Tab Folder" được thực hiện với các mục tiêu và nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:
- Tự động hóa hai công đoạn gấp và ép sản phẩm Tab Folder trong dây chuyền sản xuất của xưởng Clear File.
- Giảm thời gian gia công từ 7 giây xuống còn 0,5 giây cho mỗi sản phẩm.
- Kiểm soát tỷ lệ sản phẩm lỗi cho phép ở ngưỡng không quá 1/1000.
- Cắt giảm số lượng nhân công trực tiếp tại khâu gấp và ép từ 2 nhân công/ca xuống còn 1 máy và 1 nhân công vận hành/ca.
- Cải thiện độ ổn định bề mặt, chống trầy xước và cong vênh sản phẩm, góp phần nâng cao năng suất lao động và mang lại lợi nhuận trực tiếp cho doanh nghiệp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:
- Đối tượng nghiên cứu: Nguyên lý cơ cấu cơ khí gấp uốn, cơ cấu ép phẳng liên tục và hệ thống điều khiển tự động ứng dụng cho chi tiết màng nhựa Tab Folder mỏng có kích thước 300 x 472 x 0,5 mm.
- Phạm vi nghiên cứu: Khâu gấp và ép sản phẩm Tab Folder tại bộ phận Clear File thuộc Công ty TNHH Công Nghiệp Plus Việt Nam (cơ sở tại Khu công nghiệp Biên Hòa II và chuyển giao vận hành tại Khu công nghiệp Nhơn Trạch).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết cơ học truyền động, lý thuyết điều khiển tự động trong công nghiệp và phương pháp thiết kế chế tạo máy thực nghiệm.
Về cơ sở lý thuyết cơ khí:
- Tác giả áp dụng các công thức tính toán động lực học hệ dẫn động cơ khí theo giáo trình của PGS.TS Trịnh Chất và TS. Lê Văn Uyển để xác định công suất trục công tác ($P_t$), hiệu suất truyền động đai/xích ($\eta = 0,8$), từ đó tính chọn công suất danh định trên trục động cơ điện ($P_{ct} = P_t / \eta$).
- Phương pháp phân tích lực tác dụng lên băng tải bao gồm: trọng lực cụm con lăn (roller), lực căng của dây đai (belt), lực ma sát lăn giữa bề mặt đai và roller, và lực co dãn đàn hồi của đai với hệ số co dãn của vật liệu cao su $k = 0,7$. Trọng lượng và thể tích các cụm chi tiết cơ khí được tính toán trích xuất từ mô hình thiết kế 3D bằng công cụ Evaluate (Mass Properties) trên phần mềm SolidWorks 2010.
Về cơ sở lý thuyết điều khiển và thiết bị điện công nghiệp:
- Lý thuyết điều khiển vô cấp tốc độ động cơ xoay chiều bằng biến tần bán dẫn: nghiên cứu nguyên lý chỉnh lưu cầu diode - tụ điện biến đổi điện áp lưới xoay chiều thành một chiều trung gian, sau đó nghịch lưu thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng có tần số và điện áp thay đổi thông qua hệ khóa công suất IGBT điều chế độ rộng xung (PWM) sóng sin. Tác giả khảo sát các dòng biến tần họ X của hãng Omron (3G3JX, 3G3MX, 3G3RX) với dải tần số điều khiển 0,1 - 400 Hz, tần số sóng mang từ 2 - 15 kHz, tích hợp các chức năng bảo vệ ngắn mạch, quá dòng, quá áp, thấp áp và quá nhiệt.
- Động cơ điện xoay chiều một pha: khảo sát nguyên lý tương tác từ trường giữa dây quấn stator và rotor lồng sóc, đánh giá các đặc tính làm việc trực tiếp từ lưới điện và khả năng điều chỉnh vận tốc.
- Thiết bị hiển thị và đếm xung số Autonics CT6Y: tích hợp chức năng counter và timer, nguồn cấp dải rộng 100~240VAC hoặc 24~60VDC, tốc độ đếm cực đại 10 kHz, tiếp điểm ngõ ra rơle 240VAC-3A, hỗ trợ ngõ vào logic NPN/PNP cùng khả năng lưu nhớ trạng thái khi mất điện nguồn.
- Cảm biến quang học: nghiên cứu nguyên lý thu phát ánh sáng hồng ngoại mã hóa theo tần số của cảm biến sợi quang Autonics F3R3X nhằm xác định vị trí chi tiết, phân định trạng thái sản phẩm đạt chuẩn (OK) hoặc lỗi (NG).
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
- Thu thập dữ liệu thực tế tại dây chuyền sản xuất: quan sát trực tiếp chuyển động tay của công nhân, đo đạc kích thước phôi, lực ép cần thiết và thời gian chu kỳ thao tác thủ công.
- Phương pháp so sánh và phân tích lựa chọn phương án: lập ma trận so sánh ưu - nhược điểm giữa cơ cấu mâm xoay và cơ cấu băng tải đai; so sánh 3 phương án cơ cấu gấp cơ khí (dùng cam cơ khí, dùng xy lanh khí nén, dùng cơ cấu dẫn hướng khe hở); so sánh 3 phương án điều khiển (vi xử lý, PLC, biến tần).
- Xây dựng mô hình thử nghiệm (mô hình test), chế tạo mẫu chi tiết cơ khí, lắp ráp hệ thống và tiến hành hiệu chỉnh thực nghiệm trên dây chuyền sản xuất thực tế tại nhà máy.
Thiết kế và triển khai
Hệ thống máy gấp và ép Tab Folder tự động được thiết kế thành một chuỗi liên hoàn gồm 10 cụm cơ cấu cơ khí chính kết hợp hệ thống dẫn động và tủ điều khiển tự động.
Các cụm cơ cấu cơ khí chính của hệ thống bao gồm:
- Cụm cơ cấu đỡ Tab: Sử dụng gối đỡ bằng thép CT45 và thanh chữ V làm bằng vật liệu Inox mài bóng bề mặt để chống trầy xước phôi nhựa; trang bị cụm vít me tinh chỉnh góc nghiêng và khoảng cách đỡ nhằm tránh hiện tượng màng nhựa bị võng khi cấp liệu.
- Cụm cơ cấu băng tải (Belt): Băng tải đai nhựa PVC có chiều dài 1200 mm, khung thép tấm gia cường và thanh giằng đỡ, gối đỡ roller loại PBT30 và cụm tăng đơ chỉnh độ căng đai. Bộ truyền động sử dụng xích và đĩa xích mã SP40B12-N-14 (đĩa dẫn $Z_1 = 12$ răng, đĩa bị dẫn $Z_2 = 36$ răng, bước xích $t = 12,7$ mm, tỷ số truyền $i = 3$). Nguồn động lực trang bị động cơ liền hộp giảm tốc bánh răng hai cấp Sumitomo CHH4-6105 YB-59 có công suất $P_{dc} = 4\text{ Hp}$, tốc độ $n_{dc} = 1450\text{ vg/ph}$.
- Cụm cơ cấu dẫn Tab: Sử dụng hai tấm dẫn hướng bằng Inox dày 5 mm gia công gờ dẫn dài 10 mm, có tác dụng căn thẳng mép và định vị đường tâm phôi Tab khi di chuyển từ vùng cấp phôi sang vùng gấp.
- Cụm cơ cấu chỉnh khe hở lấy Tab: Đảm bảo tách từng tấm Tab dày 0,5 mm từ chồng phôi cấp liệu. Cụm sử dụng dao chặn bằng Inox kết hợp thanh trượt công nghiệp Hiwin hành trình 15 mm và lò xo nén của hãng Misumi để vi chỉnh khe hở chính xác.
- Cụm cơ cấu ép đè Tab: Thân cơ cấu chế tạo bằng thép CT45, bánh tì lăn chế tạo từ cao su Silicon mềm nhằm tạo lực ma sát bám dính bề mặt, ngăn ngừa phôi bị trượt lệch hướng trên mặt belt mà không làm xước màng bóng.
- Cụm cơ cấu gấp Tab: Bao gồm thanh dẫn hướng bằng Inox uốn nghiêng góc 45 độ, dao gấp bằng thép CT45 mạ Niken bề mặt, cụm bạc đạn SKF 16606 bọc Silicon ép sát mép cấn định sẵn và lò xo Misumi tinh chỉnh lực gấp.
- Cụm cơ cấu chỉnh đường gấp: Cho phép nới lỏng bu-lông để tịnh tiến cơ cấu ép vào đúng 1 trong 3 đường cấn sẵn của sản phẩm Tab (ứng với tai trên, tai giữa, tai dưới).
- Cụm cơ cấu ép Tab hoàn chỉnh: Trang bị hệ thống 3 trục roller bằng thép CT45 bọc lớp đệm Silicon dày 10 mm, tạo lực đè miết bề mặt đường gập sát phẳng với mặt belt, triệt tiêu độ phồng đàn hồi tự nhiên của nhựa.
- Cụm chỉnh lực ép của Roller: Hộp ép bằng thép CT45 gắn 2 lò xo Misumi có khả năng chịu lực ép danh định đến 50 N, cho phép điều chỉnh bước ren bu-lông để thay đổi áp lực tì đè lên mép gấp.
- Cụm cơ cấu chứa và xếp Tab thành phẩm: Chế tạo bằng khung thép hộp vuông 40 mạ tĩnh điện, bọc tôn Inox xung quanh, tích hợp cảm biến quang F3R3X giám sát độ cao chồng phôi để cảnh báo công nhân lấy thành phẩm. Khung máy có khớp siết liên kết bằng 2 bu-lông thép CT45 giúp triệt tiêu độ rơ và hạn chế rung động phát sinh tiếng ồn.
Thiết kế hệ thống điều khiển:
Nhóm tác giả lựa chọn giải pháp điều khiển tốc độ đồng bộ thông qua biến tần Omron họ X thay vì bộ điều khiển lập trình PLC nhằm tối ưu hóa chi phí đầu tư cho doanh nghiệp trong khi vẫn đáp ứng đầy đủ yêu cầu công nghệ. Biến tần tiếp nhận tín hiệu từ các nút nhấn Start/Stop, công tắc chuyển chế độ, chân điều khiển đa chức năng (S1~S5) và ngõ ra cảnh báo sự cố rơle (MA-MB-MC). Tín hiệu đếm số lượng và cảnh báo đầy khay thành phẩm được xử lý độc lập thông qua bộ hiển thị số Autonics CT6Y kết nối cảm biến quang F3R3X. Toàn bộ thiết bị đóng cắt, nguồn phụ trợ 24VDC, rơle trung gian và biến tần được bố trí gọn gàng trong tủ điện công nghiệp đạt chuẩn an toàn cơ điện.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Phần Mở Đầu
Chương 1 trình bày bối cảnh chung về tình hình công nghiệp hóa sản xuất và thực trạng sử dụng nhiều lao động thủ công tại các khu công nghiệp Việt Nam. Tác giả phân tích cụ thể các khó khăn về quản lý nhân sự, năng suất bấp bênh và rủi ro chất lượng tại Công ty TNHH Plus Việt Nam. Từ đó, chương nêu bật lý do hình thành đề tài, xác định phạm vi nghiên cứu, phương pháp tiếp cận thiết kế cơ điện tử, khả năng ứng dụng thực tế tại bộ phận Clear File, ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật và hiệu quả sơ bộ đạt được (cắt giảm nhân công, tiết kiệm chi phí khoảng 84.000.000 VND/năm).
Chương 2: Công Ty TNHH Công Nghiệp Plus Việt Nam
Chương 2 cung cấp hồ sơ năng lực và cơ cấu tổ chức sản xuất của Công ty TNHH Công Nghiệp Plus Việt Nam tại Số 03, đường 1A, Khu công nghiệp Biên Hòa II, tỉnh Đồng Nai (thành lập 05/1995; diện tích tổng thể 29.100 m2; diện tích xây dựng 16.500 m2; tổng vốn đầu tư 6.680.000 USD; vốn pháp định 2.300.000 USD; quy mô 2.000 lao động).
Chương khảo sát chi tiết 8 bộ phận sản xuất: Ép nhựa, Lắp ráp, Tape Slitter, Extruder, Clear File, Flate File, In và CPP Film; cùng danh mục sản phẩm văn phòng phẩm đa dạng (băng xóa, file hồ sơ, bấm lỗ, bấm kim, kéo, kẹp từ, mở bao thư, lót đầu ngón tay). Phần trọng tâm của chương mô tả chi tiết sản phẩm Tab Folder sản xuất tại xưởng Clear File: quy cách 300 x 472 x 0,5 mm, làm từ nhựa dẻo cao cấp thân thiện môi trường, các cạnh bo tròn, tâm có 3 đường cấn nếp, mặt sau in nhũ chữ "STAPLES®", gồm 4 màu (vàng, đỏ, xanh lá, xanh dương) và 3 dạng tai phân trang (tai trên, tai giữa, tai dưới).
Chương 3: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương 3 tổng hợp toàn bộ nền tảng lý thuyết và thông số thiết bị sử dụng trong hệ thống. Tác giả phân tích ưu - nhược điểm và nguyên lý nghịch lưu PWM qua hệ van bán dẫn IGBT của biến tần Omron; lập bảng so sánh thông số các dòng 3G3JX, 3G3MX, 3G3RX (công suất, cấp điện áp, phương pháp điều khiển V/f hoặc vector, tần số sóng mang 2 - 15 kHz); phân loại các nhóm thông số cài đặt biến tần (D, F, A, C, H) và liệt kê chi tiết chức năng các chân đấu nối mạch động lực và mạch điều khiển.
Chương cũng trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều một pha; các đặc tính kỹ thuật, sơ đồ chân và lưu đồ thiết lập thông số bộ đếm - hiển thị Autonics CT6Y (chế độ counter/timer, ngõ vào NPN/PNP, ghi nhớ bộ nhớ khi mất nguồn); cấu tạo nút nhấn cơ khí và cảm biến sợi quang Autonics F3R3X phân định tín hiệu OK/NG.
Chương 4: Thiết Kế Thi Công
Chương 4 là chương trọng tâm của đồ án, trình bày quy trình từ phân tích yêu cầu, tính toán kỹ thuật đến chế tạo cơ khí và lắp ráp điện. Tác giả khảo sát thao tác gấp và ép thủ công bằng tấm thép nặng 5 kg; đề xuất và so sánh 3 phương án gấp nếp (chọn phương án 3: dẫn hướng khe hở uốn tạo hình) và 2 phương án cấp phôi/vận chuyển (chọn băng tải belt PVC thay vì mâm xoay 4 vị trí).
Phần tính toán động học và động lực học trình bày chi tiết công thức xác định lực kéo băng tải ($F = 3P + F_{ms} + F_{codan}$), công suất làm việc trên trục tang ($P_{lv} \approx 0,4\text{ kW}$), công suất trục động cơ ($P_{ct} = 0,5\text{ kW}$), từ đó chọn động cơ giảm tốc Sumitomo CHH4-6105 YB-59 công suất $4\text{ Hp}$ kết hợp bộ truyền xích bước $t = 12,7$ mm, tỷ số truyền bằng 3. Tiếp đó, chương mô tả chi tiết bản vẽ 3D và cấu tạo gia công thực tế của 10 cụm cơ cấu máy; thuyết minh sơ đồ mạch điện điều khiển ngõ vào/ngõ ra biến tần, bố trí bảng điều khiển và tủ điện công nghiệp. Cuối chương là bảng hạch toán hiệu quả vận hành của máy trong thực tế sản xuất.
Kết Luận Và Kiến Nghị
Phần tổng kết khẳng định việc chế tạo thành công máy gấp và ép Tab Folder, thiết bị đã được nghiệm thu và đưa vào vận hành tại phân xưởng của công ty Plus ở Khu công nghiệp Nhơn Trạch. Tác giả tổng kết các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đạt được, nêu các tồn tại do giới hạn thời gian thực hiện đề tài và vạch ra 4 hướng phát triển dài hạn nhằm hoàn thiện dây chuyền sản xuất tự động hoàn toàn.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã hoàn thành toàn bộ chu trình từ nghiên cứu lý thuyết, tính toán thiết kế 3D, gia công cơ khí chi tiết, đấu nối tủ điện điều khiển đến lắp ráp và bàn giao máy hoạt động trực tiếp tại nhà máy của Công ty TNHH Plus Việt Nam cơ sở Khu công nghiệp Nhơn Trạch.
Bảng so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa phương pháp thủ công và máy tự động:
| Chỉ tiêu đánh giá |
Phương pháp thủ công (trước cải tiến) |
Máy gấp và ép tự động (sau cải tiến) |
| Thời gian chu kỳ gia công |
7,0 giây / sản phẩm |
0,5 giây / sản phẩm (nhanh hơn 14 lần) |
| Phương thức ép phẳng nếp gấp |
Dùng tấm thép đặc nặng 5 kg đè thủ công |
3 trục Roller bọc Silicon dày 10 mm ép liên tục |
| Lực ép duy trì |
Không kiểm soát được đồng đều |
Lò xo Misumi duy trì ổn định tới 50 N |
| Nhân lực trực tiếp |
2 công nhân / 1 ca sản xuất |
1 công nhân / 1 ca (đứng tiếp liệu và đóng gói) |
| Tổng số lao động cắt giảm |
0 |
Cắt giảm 2 công nhân/ca (thay thế 4 công nhân/ngày) |
| Hiệu quả kinh tế trực tiếp |
- |
Tiết kiệm chi phí khoảng 84.000.000 VND / 1 năm |
| Tỷ lệ sản phẩm khuyết tật |
Thường xuyên phát sinh lỗi trầy, cong vênh |
Kiểm soát tỷ lệ lỗi đạt yêu cầu dưới 1/1000 |
| Mức độ ảnh hưởng bề mặt phôi |
Dễ bám bụi, xước bề mặt do tấm thép |
Chống xước nhờ bọc đệm Silicon và chi tiết Inox mài bóng |
Đóng góp kỹ thuật và ứng dụng thực tiễn của đề tài:
- Xây dựng thành công giải pháp uốn tạo nếp góc 45 độ liên tục kết hợp khe hở dẫn hướng cơ khí cho vật liệu màng nhựa mỏng (0,5 mm) có tính đàn hồi cao, thay thế cho chuyển động dập ngắt quãng truyền thống.
- Thiết kế hệ thống con lăn bọc đệm Silicon đàn hồi và các bề mặt tiếp xúc bằng Inox đánh bóng, giải quyết triệt để vấn đề biến dạng nếp gấp, tránh gây xước bề mặt in nhũ STAPLES® của sản phẩm văn phòng phẩm chất lượng cao.
- Đề xuất cấu hình điều khiển tinh gọn và hiệu quả kinh tế cao: sử dụng biến tần Omron kết hợp bộ đếm Autonics CT6Y để điều chỉnh tốc độ vô cấp và kiểm soát số lượng sản phẩm, loại bỏ sự cần thiết của các bộ điều khiển PLC đắt tiền trong các ứng dụng máy đơn lẻ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đề tài (theo thừa nhận của nhóm tác giả trong văn bản):
- Thời gian từ khi đề xuất ý tưởng đến khi thiết kế, thi công và bàn giao máy diễn ra trong thời gian ngắn, do đó các giải pháp cơ khí và phần điện vẫn còn những điểm chưa được tối ưu hóa hoàn toàn.
- Máy vận hành theo phương án khe hở dẫn hướng cơ khí nên khi chạy ở tốc độ cao vẫn phát sinh tiếng ồn nhất định.
- Cơ cấu cấp phôi chưa tự động hóa hoàn toàn; công nhân vẫn phải đưa từng tệp phôi vào cụm đỡ và điều chỉnh góc nghiêng thủ công.
- Máy mới chỉ đáp ứng cố định cho một quy cách kích thước Tab Folder chuẩn (300 x 472 x 0,5 mm), chưa có cơ cấu tự động điều chỉnh linh hoạt khi thay đổi kích thước phôi lớn hơn hoặc nhỏ hơn.
Hướng phát triển nghiên cứu tiếp theo:
- Nghiên cứu cơ cấu tự động liên kết máy gấp Tab Folder trực tiếp với công đoạn cấp liệu đầu vào của máy in lụa.
- Tích hợp đầu ra của máy với hệ thống xếp tai, cơ cấu phân loại tự động và dây chuyền đóng gói bao bì hoàn chỉnh.
- Sử dụng nguồn ngân sách tiết kiệm được từ máy để chế tạo thêm các hệ thống máy mới, gia tăng tốc độ và năng lực sản xuất của nhà máy.
- Cải tiến và mở rộng cơ cấu cơ khí để máy có khả năng gấp được nhiều chủng loại sản phẩm bìa phân trang Tab và Holder có kích thước, độ dày khác nhau khi công ty mở rộng xuất khẩu sang các thị trường Nga, Mỹ.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cao đối với sinh viên, học viên chuyên ngành Cơ khí chế tạo máy, Cơ điện tử và Kỹ thuật Tự động hóa công nghiệp đang thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp về thiết kế máy chuyên dụng. Đồng thời, tài liệu cung cấp dữ liệu tham khảo hữu ích cho các kỹ sư Kaizen, kỹ sư cơ điện tại các doanh nghiệp gia công nhựa mỏng, bao bì định hình và văn phòng phẩm.
Các nội dung đáng tham khảo chuyên sâu bao gồm:
- Quy trình tính toán động lực học dẫn động băng tải đai theo tải trọng thực tế, cách tính lực kéo, lực ma sát lăn và công suất động cơ giảm tốc sử dụng các công thức kinh điển kết hợp công cụ phân tích phần tử hình học trên phần mềm SolidWorks.
- Giải pháp thiết kế chi tiết các cơ cấu cơ khí đặc thù xử lý màng nhựa dẻo mỏng dễ xước (kỹ thuật bọc cao su Silicon trên trục thép CT45, dao gấp mạ Niken, dẫn hướng thanh trượt công nghiệp Hiwin kết hợp lò xo nén Misumi).
- Sơ đồ mạch đấu nối và phương pháp cài đặt tham số cho biến tần công nghiệp họ X của Omron kết hợp bộ điều khiển đếm CT6Y của Autonics trong các bài toán tự động hóa máy công cụ vừa và nhỏ.
Câu hỏi thường gặp
1. Sản phẩm Tab Folder có các đặc tính kỹ thuật và yêu cầu gia công đặc biệt nào khiến phương pháp thủ công không đáp ứng được?
Sản phẩm Tab Folder sản xuất tại xưởng Clear File có kích thước 300 x 472 x 0,5 mm, làm bằng nhựa dẻo cao cấp thân thiện môi trường, các cạnh bo tròn, tâm có 3 đường cấn sẵn và mặt sau in nhũ chữ "STAPLES®". Do đặc tính màng nhựa mỏng, rất dễ bị trầy xước, dễ bắt bụi và có độ đàn hồi lớn dẫn đến hiện tượng cong vênh. Khi công nhân gấp tay liên tục rồi đè bằng tấm thép nặng 5 kg, thao tác diễn ra chậm (7 giây/sản phẩm), lực ép không đều làm nếp gấp dễ bung và bề mặt bị xước, khiến khách hàng thường xuyên phàn nàn.
2. Tại sao nhóm nghiên cứu lại lựa chọn cơ cấu băng tải (Belt) thay vì cơ cấu mâm xoay 4 vị trí?
Trong thực tế sản xuất tại công ty Plus, cơ cấu mâm xoay bốn vị trí tuy có ưu điểm chắc chắn, ổn định và giá thành thấp nhưng cấu tạo rất phức tạp, việc hiệu chỉnh khó khăn và tốc độ vận hành chậm (mất khoảng 7 giây để hoàn thành 1 sản phẩm). Trong khi đó, cơ cấu băng tải đai (Belt PVC) có ưu điểm vận hành êm ái, kết cấu đơn giản, dễ bảo quản, truyền động tốt giữa các trục xa nhau và đặc biệt thích nghi với vận tốc cao, rút ngắn thời gian xử lý xuống còn 0,5 giây/sản phẩm.
3. Cơ cấu chỉnh khe hở lấy Tab hoạt động dựa trên nguyên lý nào để chỉ cho phép duy nhất một tấm phôi đi qua?
Đây là cơ cấu quan trọng nhất của cụm cung cấp Tab nhằm tách rời từng tấm phôi có bề dày 0,5 mm. Cơ cấu sử dụng một dao chặn làm bằng Inox không gỉ kết hợp với cụm thanh trượt dẫn hướng công nghiệp hành trình 15 mm của hãng Hiwin và hệ thống lò xo ép Misumi. Độ chính xác của thanh trượt công nghiệp cho phép điều chỉnh khe hở giữa lưỡi dao Inox và bề mặt belt đúng bằng 0,5 mm, ngăn chặn hiện tượng hai tấm phôi bị hút dính hoặc đè chồng lên nhau khi đi vào vùng gấp.
4. Vì sao nhóm tác giả quyết định chọn phương án điều khiển bằng biến tần thay vì sử dụng vi xử lý hoặc PLC?
Phương án vi xử lý tuy có giá thành rẻ nhưng mạch điện tử có tuổi thọ không cao, khó thay thế và sửa chữa trong môi trường công nghiệp. Phương án PLC có độ bền cao, tính thẩm mỹ tốt và dễ sửa đổi chương trình nhưng chi phí đầu tư thiết bị tương đối cao. Nhóm tác giả chọn biến tần Omron vì thiết bị này có độ bền công nghiệp cao, khả năng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ linh hoạt cho 2 băng tải, dễ thao tác cài đặt và mang lại giải pháp tối ưu nhất về mặt chi phí đầu tư cho doanh nghiệp.
5. Hiệu quả kinh tế và năng suất thực tế mà máy gấp Tab Folder mang lại cho Công ty TNHH Plus Việt Nam là bao nhiêu?
Máy giúp rút ngắn thời gian gấp một sản phẩm từ 7 giây xuống còn 0,5 giây (nhanh hơn 14 lần so với thao tác tay), kiểm soát tỷ lệ lỗi sản phẩm dưới mức 1/1000. Về mặt nhân sự, máy giúp giảm 2 công nhân trực tiếp trong 1 ca làm việc (tương đương thay thế 4 công nhân trong ngày sản xuất), qua đó tiết kiệm trực tiếp cho công ty khoản ngân sách khoảng 84.000.000 VND mỗi năm.
Kết luận
Đồ án "Thiết kế và thi công máy gấp và ép Tab Folder" đã giải quyết triệt để nút thắt cổ chai trong quy trình gia công thủ công tại bộ phận Clear File của Công ty TNHH Công Nghiệp Plus Việt Nam. Bằng việc kết hợp sáng tạo giữa cơ cấu dẫn hướng uốn nếp liên tục góc 45 độ, băng tải đai bọc silicon chống trầy xước và hệ thống điều khiển biến tần Omron tinh gọn, thiết bị đã rút ngắn thời gian chu kỳ sản xuất từ 7 giây xuống 0,5 giây cho mỗi sản phẩm. Hệ thống đã được chuyển giao, nghiệm thu và vận hành ổn định tại nhà máy thuộc Khu công nghiệp Nhơn Trạch, giúp tiết kiệm 84.000.000 VND chi phí nhân công mỗi năm và khẳng định giá trị ứng dụng thực tiễn cao của một đề tài kỹ thuật cơ điện tử gắn liền với nhu cầu sản xuất thực tế.