Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển máy uốn ống CNC

Luận văn thạc sĩ trình bày chi tiết nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy uốn ống CNC, bao gồm lựa chọn kết cấu, cơ khí, thủy lực và PLC.

• Tác giả: Phạm Hoàng Tùng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Trọng Doanh
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho máy uốn ống CNC
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về máy uốn ống CNC và ứng dụng

Máy uốn ống CNC là thiết bị công nghiệp hiện đại được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp sản xuất. Ống uốn được ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực như ống dẫn dầu, ống dẫn nước, ống dẫn khí và ống làm nội thất trang trí. Tại Việt Nam, nhu cầu về máy uốn ống có khả năng tự động hóa cao và xử lý các loại ống với đường kính, chiều dày khác nhau là rất lớn. Hiện tại, các nhà máy chủ yếu sử dụng những chiếc máy uốn ống bán tự động đời cũ hoặc nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành rất cao. Việc nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho máy uốn ống CNC là cần thiết để nâng cao năng suất, độ chính xác và tính linh hoạt trong sản xuất.

1.1. Các loại ứng dụng của ống uốn trong công nghiệp

Ống uốn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Trong lĩnh vực năng lượng, ống dẫn dầu và khí là những ứng dụng quan trọng. Trong ngành xây dựng và công trình, ống dẫn nước được sử dụng phổ biến. Ngoài ra, ống uốn còn được sử dụng trong trang trí nội thất và các ứng dụng công nghiệp khác, yêu cầu độ chính xác cao.

1.2. Tình trạng và thách thức hiện tại

Máy uốn ống bán tự động đời cũ hiện tại có năng suất thấp, tính linh hoạt kém và độ tin cậy không cao. Việc nhập khẩu máy uốn ống CNC tự động đời mới từ nước ngoài gặp khó khăn về giá thành. Do đó, cần thiết phải phát triển hệ thống điều khiển CNC nội địa để thay thế và nâng cấp các máy uốn ống hiện có.

II. Thiết kế hệ thống cơ khí máy uốn ống

Thiết kế hệ thống cơ khí là bước quan trọng trong quá trình phát triển máy uốn ống CNC. Quá trình thiết kế bao gồm việc lựa chọn loại máy uốn ống phù hợp, xác định kết cấu máy uốn ống, và tính toán các thông số kỹ thuật. Cần phải tham khảo các loại máy uốn ống sẵn có trên thị trường, phân tích nguyên lý làm việc của chúng để chọn kiểu máy tối ưu. Việc sử dụng phần mềm CAD như AutoCAD và SolidWorks giúp thực hiện vẽ thiết kế 2D và 3D cũng như mô phóng động học. Các tính toán về lực, mô-men, và chuyển động cần được thực hiện chi tiết để đảm bảo máy hoạt động ổn định và hiệu quả.

2.1. Lựa chọn kiểu máy và kết cấu uốn ống

Kiểu máy uốn ống phù hợp cần được chọn dựa trên nhu cầu sản xuất và loại ống cần xử lý. Phải phân tích kết cấu và nguyên lý làm việc của các máy hiện có để đưa ra lựa chọn tối ưu. Kết cấu uốn ống cần đảm bảo độ cứng, độ chính xác cao, và có khả năng xử lý các loại ống khác nhau.

2.2. Ứng dụng phần mềm CAD trong thiết kế

AutoCAD được sử dụng để vẽ thiết kế 2D chi tiết của máy. SolidWorks hỗ trợ thiết kế 3D và mô phóng động học để kiểm tra hoạt động của máy. Các phần mềm này giúp tối ưu hóa thiết kế kỹ thuật và phát hiện các vấn đề tiềm ẩn trước khi sản xuất.

III. Hệ thống thủy lực và điện điều khiển

Hệ thống thủy lực đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp lực uốn ống và điều khiển chuyển động của máy. Thiết kế hệ thống thủy lực cần đảm bảo áp suất hoạt động ổn định, có khả năng điều chỉnh linh hoạt và an toàn. Hệ thống điện cung cấp năng lượng cho các thành phần điều khiển và động cơ. Việc tích hợp hệ thống thủy lực và điện với bộ điều khiển PLC tạo nên một hệ thống điều khiển tự động hoàn chỉnh. Các van điều chỉnh, bơm thủy lực, và xi lanh cần được lựa chọn từ các catalog sản xuất uy tín để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của máy.

3.1. Thiết kế hệ thống thủy lực

Hệ thống thủy lực bao gồm bơm thủy lực, van điều chỉnh áp suất, và xi lanh thủy lực. Cần lựa chọn bơm có dung tích thích hợp để cung cấp lưu lượng đủ cho quá trình uốn ống. Van điều chỉnh giúp kiểm soát áp suất và lưu lượng. Xi lanh thủy lực thực hiện chuyển động uốn ống với lực mạnh và chính xác.

3.2. Tích hợp hệ thống điện và điều khiển PLC

Hệ thống điện cung cấp năng lượng và điều khiển các thiết bị. Bộ điều khiển PLC nhận tín hiệu từ các cảm biến và phát lệnh điều khiển van điện từ và động cơ. Sử dụng phần mềm TIA Portal của Siemens để lập trình PLC, đảm bảo hệ thống hoạt động tự động và hiệu quả.

IV. Lập trình PLC và tối ưu hóa hệ thống

Lập trình PLC là khâu then chốt để tự động hóa quy trình uốn ống. Sử dụng phần mềm TIA Portal của Siemens để phát triển chương trình điều khiển. Các logic điều khiển cần được thiết kế để tối ưu hóa quá trình uốn, đảm bảo độ chính xác cao và năng suất cao. Phần mềm này cho phép lập trình bằng ngôn ngữ sơ đồ khối, danh sách lệnh hoặc ngôn ngữ cấu trúc, giúp các kỹ sư dễ dàng phát triển và chỉnh sửa chương trình. Hệ thống điều khiển CNC tích hợp các hàm nâng cao như kiểm tra giới hạn, bảo vệ quá tải và tự động hiệu chỉnh lỗi. Quá trình kiểm tra và tối ưu hóa được thực hiện liên tục để cải thiện hiệu suất máy.

4.1. Phát triển chương trình điều khiển với TIA Portal

TIA Portal cung cấp môi trường lập trình toàn diện cho hệ thống tự động hóa công nghiệp. Các kỹ sư có thể lập trình logic điều khiển cho các chuyển động uốn ống, quản lý đầu vào/đầu ra, và xử lý tín hiệu từ cảm biến. Chương trình được ghi vào bộ điều khiển PLC và kiểm tra để đảm bảo hoạt động chính xác.

4.2. Các tính năng nâng cao và tối ưu hóa hiệu suất

Hệ thống điều khiển CNC bao gồm các tính năng bảo vệ quá tải, kiểm tra giới hạn và tự động hiệu chỉnh lỗi. Các thuật toán điều khiển được tối ưu hóa để giảm thiểu sai số và tăng tốc độ xử lý. Giám sát thời gian thực giúp phát hiện sự cố và cảnh báo kịp thời cho người vận hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI LUẬN VĂN THẠC SĨ .^ r eK Kya £ oA ok Nghiên cứu thiet ke hé thong dieu khién r £ £ máy uôn ông CNC PHẠM HOÀNG TÙNG Tung PHCBI 700§2/2)sis hust edu vn Ngành Kỹ thuật Cơ Điện Tử Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Trọng Doanh Chữ kỷ của GVHD Viện: Viện Cơ Khí HÀ NỘI, 06/2020 GÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập — Tự do— Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHÍNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giá luận văn : Phạm Hoảng Tùng ; BÊ tài luận văn: Nghiên cứu thiết kế hệ thông điều khiển cho máy uốn ống CNC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số SV: CB170082 Tác giả, Người hướng dẫn khoa hoc va 116i déng chấm luận văn xác nhận tác giá đã sửa chữa, bổ sung, luận văn theo biên bản hop Hội đồng ngày 12 thang 06 nữm 2020 với các nội chung sau: ~_ Hiệu chỉnh các lỗi chỉnh tả tại các trang 19, 29, 36, 39, 48, 49, 67, 69, 70, 80, 110. - Bé sung chương kết luận, tổng hợp các kết quả đã đạt được, các thiểu, sót và phương hướng phát triển của dẻ tải. ứng chú thích cho hình vẽ lại trang: 29, 7, 80.

-_ Bồsung tải liệu tham khảo Ngày tháng 06 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn 'Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỢI ĐÔNG Mẫu 1c ĐỂ TÀI LUẬN VĂN Học viên: Phạm Hoảng Tang Tên dê tải ¡: Nghiên cứu thiết kế hệ thông điều khiển cho may udén dng CNC Ma dé tai: 17AKT-CDT08 Hệ: Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ diện tứ Cân bộ hướng dẫn: T8. Nguyễn Trọng Doanh Đơnvị: Viện cơ khi, Trưởng Đại học Bách Khoa Hà Nội Giáo viên hướng din Ky va ghỉ rõ họ tên LOT CAM ON Cáo thành quả đạt được của để tải là kết quả của quả trinh học tập, nghiên. cứu của bàn thân đưới sự hướng dẫn chỉ bảo tận tỉnh của thây hướng dẫn TS Nguyễn Trọng Doznh. _Tôi xin chân thành cám om các thảy cô giáo của bộ môn Cơ điện tử đặc biệt là thấy TS.

Nguyễn Trọng Doanh là người đã trực tiếp hướng đẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành để tài nảy, Tôi xin chân thành cảm ơn các thấy cô giáo của Viện dào tạo sau đại học trường đại học bách khoa Hả Nội. 'Tôi xin chân thành cám ơn các đồng nghiệp tại cơ quan, bạn bè, và gia đình đã giúp đố tôi lrong quá trình thực hiện đề tải TOM TAT NOT DUNG LUAN VAN Các sản nhậm ống nên được ứng đụng rất đa đạng như: dng dan dau, éng dan nước, ống din khi, va dng lam nội thất trang trí,. Ở nước ta việc nghiền cứu, thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển cho máy uốn éng CXC vin chưa dược thực hiện một cách khoa học cỏ sơ sở lý thuyết dây đủ. Đối với xã hội như oi của ống uốn rật lớn.

Cae nha indy can các máy uốn. ông có khả năng tiên các loại ông với đường kính, chiên đây khác nhan và có khả năng tự động hóa cao. Hiện này các thiết bị tồn ống được sử dụng chủ yến là các may uén éng bản tự động đời cũ của Liên Xô, hoặc Nhật chế tạo. Một vải nhà may lớn nhập khẩu các máy nốn dng ur động đời mới nhưng với giá thành cao.

Các may én ống bán từ động có năng, suất thấp, tính linh hoạt và độ tin cậy không cao, chỉ tiêu về độ chính xác của Ống tồn và năng suất khó đảm bão, Cho tới thời điểm. xảy chúng ta chưa có cơ sở để chế tạo hệ thông điều khiển cho máy uốn ống CNC để thay thế hoặc nâng cấp các máy nến Ống kiểu cũ. ¡ nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy uến dng CNC đặt ra các vân đề cân thực hiện bao gêm lựa chọn kiều máy uốn ảng, lựa chọn kết câu máy tiền ông, tính toán thiết kế hệ thông cơ khi, thiết kế hệ thông thủy lực và điện, lập trình PUC. Phương pháp thục hiện là tham khảo các loại máy uốn ông sẵn có trên thị trường hiện nay, phân tích câu tạo, nguyên li làm việc của cáe loại may udn ông đỏ từ đó chọn được kiếu máy và kết câu uốn ông để thiết kế hệ thêng khiển CNC, Tham khảo các tải liệu về cơ khí, tra cửu các catalog, các hãng sản xuất thiết.

bị để tính toàn và lựa chọn các chỉ tiết cho máy nốn Ống Sử đụng các phân mắm CAD gốm AuteCad của hàng Autodesk để vẽ 2D và SolidWorks của hãng I2essaul System dễ thiết kế 32 vá mô phóng động học. Sư dung phần mắm Tia Pertal của hãng Siemens dé lip trinh PLC. Mặc dù thời gian, kiến thức còn hạn chế, nội đưng thực biện để tài là rất rộng, đòi hồi tích hợp nhiều lĩnh vực khác nhau, song với sự hướng dẫn của thảy TS. Nguyễn Trọng Doanh, cùng các thây cô, cơ quan công tác, bạn bè và sự nỗ lực của bắn thân, đã thực hiện được để tải nêu trên.

HỌC VIỄN Ký và ghỉ rõ họ lên. ĐỂ TÀI LUẬN VĂN Học viên: Phạm Hoàng Tùng Tên để tài: Nghiên cứu tuết kế hệ thống điều khién cho may uén éng CNC Mã để lài: 17AKT-CĐT08 Hệ: Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ đ n Lử Cân bộ hướng dẫn. Nguyễn Trọng Doanh. Đơn vị: Viện cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Giáo viên hướng din Ky va shỉ rõ họ tên TỚI CÁM ƠN ác thành quả đại được của tải là kết quả của quá trình học lập, nghiên cửu của bản thân đưới sự hướng chỉ bảo tận tỉnh của thấy hướng dẫn TS.

Nguyễn Trọng Doanh. _Téi xin chan thành cám ơn cae thay cô rửa bộ môn Cơ điện lử đác biệt là thây TS. Nguyễn Trọng Doanh là người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đố tôi hoàn thành đẻ tài nảy, Tôi xin chân thánh cảm ơn các thấy cô giáo của Viện đào tạo sau đại học trưởng đại học bách khoa Hà Nội. 'Lồi xin chân thành cám ơn các đồng nghiệp tại cơ quan, bạn bè, và gia định đã giúp đỡ tôi rong quả trình thực hiệu để tài TOM TAT NOT DUNG LUAN VAN Các sản phẩm éng udn được ứng dụng rất đa đạng như: ông dan dau, dng din nước, ông dẫn khi, và ông làm nội thất trang trí,.

Ở nước ta việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống điều khiến cho máy uốn ống CNC vẫn chưa dược thực hiện một cách khoa học có sơ sở lý thuyết dây di. tối với xã hội nhu cầu của ông tồn rất lớn. Các nhà mày cân các mày nến ông có khả năng uến các loại óng với dường kính, chiều dây khác nhâu và có khả năng tự động hóa cao. Hiện này các thiết bị uốn ông được sử dụng chủ yếu là các may uén éng ban tự động đời cũ cúa Liên Xô, hoặc Nhật chỗ tạo.

Một vai nha may lớn nhập khẩu cảc máy tiễn ống tự dong, doi moi nhung, vdi gia thanh cao. Cac may ud ống bản tự động có năng suất thấp, tỉnh link hoat va dé tin cay khéng cao, chỉ tiêu về độ chính xác của Ống uốn và năng suất khó đảm bảo. Cho tới thời điểm nay chung ta chưa cỏ cơ sở để ché tạo hệ thông điểu khiên cho máy uốn ông CNC dẻ thay thể hoặc nâng cắp các máy uốn ông kiểu cũ. Luin văn để tài nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy nốn dng CNC đặt ra các vẫn đề cân thực hiện bao gảm lựa chọn kiểu máy uản ông, lựa chọn kết câu máy uốn ông, tính toán thiết kế hệ thông cơ khi, thiết kế hệ thông thủy lực và điện, lập trình PLƠ.

Phương pháp thục hiện là tham khảo các loại máy uên ông sẵn có trên thị trưởng hiện nay, phân tích cầu tạo, nguyên li làm việc của các loại may udn ống đỏ từ đó chọn được kiểu máy và kết cầu uốn ống dễ thiết kế hệ thông điều khiển CNC, Tham kháo các tải liệu về cơ khí, tra cửu các catalog, số tay cúa các hãng sản xuất thiết bị để tính toán và lựa chọn các chủ tiết cho máy nốn ống Sử dụng các phân mêm CAD gồm AutoCad cửa hang Autodesk để vẽ 2D và SolidWorks của hãng 12essaul System dễ thiết kế 3I2 và mô phỏng động học. Sứ dung phan mém Tia Portal cia hang Siemens để lập trình PI.C 'Mặc dù thời gian, kiến thức còn hạn chế, nội đưng thực hiện đề tài là rất rộng, đổi hỏi tích hợp nhiều lĩnh vục khác nhau, song với sự hưởng dẫn của thấy TS. Nguyễn Trọng Doanh, củng các thây cô, cơ quan công tác, bạn bẻ và sự nỗ lực của bán thân, đã thực hiện được đẻ tài riều trên. TIỌC VIÈN Ký và ghỉ rũ họ lên.

TỚI CÁM ƠN ác thành quả đại được của tải là kết quả của quá trình học lập, nghiên cửu của bản thân đưới sự hướng chỉ bảo tận tỉnh của thấy hướng dẫn TS. Nguyễn Trọng Doanh. _Téi xin chan thành cám ơn cae thay cô rửa bộ môn Cơ điện lử đác biệt là thây TS. Nguyễn Trọng Doanh là người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đố tôi hoàn thành đẻ tài nảy, Tôi xin chân thánh cảm ơn các thấy cô giáo của Viện đào tạo sau đại học trưởng đại học bách khoa Hà Nội.

'Lồi xin chân thành cám ơn các đồng nghiệp tại cơ quan, bạn bè, và gia định đã giúp đỡ tôi rong quả trình thực hiệu để tài TOM TAT NOT DUNG LUAN VAN Các sản phẩm éng udn được ứng dụng rất đa đạng như: ông dan dau, dng din nước, ông dẫn khi, và ông làm nội thất trang trí,. Ở nước ta việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống điều khiến cho máy uốn ống CNC vẫn chưa dược thực hiện một cách khoa học có sơ sở lý thuyết dây di. tối với xã hội nhu cầu của ông tồn rất lớn. Các nhà mày cân các mày nến ông có khả năng uến các loại óng với dường kính, chiều dây khác nhâu và có khả năng tự động hóa cao.

Hiện này các thiết bị uốn ông được sử dụng chủ yếu là các may uén éng ban tự động đời cũ cúa Liên Xô, hoặc Nhật chỗ tạo. Một vai nha may lớn nhập khẩu cảc máy tiễn ống tự dong, doi moi nhung, vdi gia thanh cao. Cac may ud ống bản tự động có năng suất thấp, tỉnh link hoat va dé tin cay khéng cao, chỉ tiêu về độ chính xác của Ống uốn và năng suất khó đảm bảo. Cho tới thời điểm nay chung ta chưa cỏ cơ sở để ché tạo hệ thông điểu khiên cho máy uốn ông CNC dẻ thay thể hoặc nâng cắp các máy uốn ông kiểu cũ.