Luận văn thạc sĩ về thiết kế mô hình thí nghiệm cam điện tử tại HCMUTE

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử, ứng dụng trong công nghệ tự động hóa và điều khiển.

• Tác giả: Lê Thanh Phúc
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Hiếu Giang
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Mô Hình Thí Nghiệm Cam Điện Tử
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• TRANG TỰA
• QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tồng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Giới thiệu Cam: Thí nghiệm đơn giản
• 1.3. Định nghĩa cơ cấu cam
• 1.4. Cơ cấu cam cơ khí
• 1.5. Phân loại Cơ cấu cam phẳng
• 1.6. Cơ cấu cam không gian
• 1.7. Cam điện tử
• 1.8. Nguyên lý hoạt động cam điện tử
• 1.9. Phạm vi ứng dụng của cam
• 1.10. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về cam điện tử
• 1.11. Mục tiêu, khách thể đối tượng nghiên cứu
• 1.12. Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu
• 1.13. Giới hạn của đề tài
• 1.14. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Cơ sở thiết kế cam
• 2.1.1. Thiết kế cam đĩa
• 2.1.2. Thiết kế cam thùng
• 2.1.3. Các thông số cơ bản của mãnh cam
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về cam điện tử

Cam điện tử là một thiết bị kỹ thuật hiện đại, được sử dụng để thực hiện chuyển động qua lại tương tự như cam cơ khí. Sự phát triển của cam điện tử đã khắc phục được nhiều nhược điểm của cam cơ khí, như thiếu linh hoạt và tốn thời gian trong việc thay đổi thông tin cam. Mô hình thí nghiệm cam điện tử được thiết kế tại HCMUTE nhằm mục đích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo máy. Theo nghiên cứu, cam điện tử có khả năng điều khiển các cơ cấu chấp hành như động cơ bước và servo, từ đó tạo ra những chuyển động tịnh tiến chính xác. Việc sử dụng cảm biến điện tử trong thiết kế cam điện tử giúp nâng cao độ chính xác và hiệu suất làm việc của hệ thống. Mô hình này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của cam điện tử mà còn tạo điều kiện cho việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp.

1.1. Định nghĩa và nguyên lý hoạt động

Cam điện tử là thiết bị chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến thông qua việc sử dụng các thông số đã được lập trình. Nguyên lý hoạt động của cam điện tử dựa trên việc nhập các thông số của cam cơ khí vào bộ điều khiển, từ đó bộ điều khiển sẽ tính toán và điều khiển động cơ để tạo ra chuyển động tương tự. Điều này cho phép người dùng dễ dàng thay đổi biên dạng cam mà không cần phải thay thế thiết bị vật lý. Hệ thống điều khiển này có thể được lập trình để thực hiện nhiều loại chuyển động khác nhau, từ đó mở rộng khả năng ứng dụng của cam điện tử trong các lĩnh vực như tự động hóa sản xuất và robot công nghiệp.

II. Thiết kế mô hình thí nghiệm cam điện tử

Mô hình thí nghiệm cam điện tử được thiết kế với mục tiêu tạo ra một hệ thống có khả năng mô phỏng và kiểm tra các chuyển động tương tự như cam cơ khí. Thiết kế này bao gồm các thành phần chính như bộ điều khiển, động cơ bước, và các cảm biến. Việc sử dụng cảm biến điện tử trong mô hình giúp theo dõi và điều chỉnh chính xác các thông số hoạt động. Mô hình này không chỉ giúp sinh viên thực hành mà còn là nền tảng cho các nghiên cứu sâu hơn về công nghệ cảm biến và kỹ thuật điều khiển điện tử. Qua quá trình thiết kế, các thông số kỹ thuật của cam điện tử được xác định rõ ràng, từ đó tạo ra một sản phẩm có tính ứng dụng cao trong thực tiễn.

2.1. Các bước thiết kế

Quá trình thiết kế mô hình thí nghiệm cam điện tử bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần xác định các thông số cơ bản của cam cơ khí để từ đó phát triển mô hình điện tử. Tiếp theo, các chi tiết máy được thiết kế và tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác và hiệu suất hoạt động. Cuối cùng, việc lắp ráp và kiểm tra mô hình sẽ giúp phát hiện và khắc phục các lỗi kỹ thuật, đảm bảo mô hình hoạt động ổn định. Mô hình thí nghiệm này không chỉ phục vụ cho việc học tập mà còn có thể được ứng dụng trong các nghiên cứu khoa học và phát triển sản phẩm mới trong ngành chế tạo máy.

III. Kết quả thực nghiệm và ứng dụng

Kết quả thực nghiệm từ mô hình thí nghiệm cam điện tử cho thấy khả năng tạo ra chuyển động tịnh tiến chính xác tương tự như cam cơ khí. Qua các thử nghiệm, mô hình đã chứng minh được tính hiệu quả trong việc điều khiển các cơ cấu chấp hành. Việc so sánh giữa kết quả mô phỏng và thực tế cho thấy độ chính xác cao, điều này khẳng định giá trị của mô hình trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ mới. Ứng dụng cam điện tử trong các hệ thống tự động hóa sản xuất không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu suất làm việc. Mô hình này có thể được mở rộng và cải tiến để phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp.

3.1. Đánh giá và hướng phát triển

Đánh giá mô hình thí nghiệm cho thấy nhiều tiềm năng trong việc ứng dụng cam điện tử vào thực tiễn. Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc tích hợp thêm các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy để tối ưu hóa quá trình điều khiển. Việc nghiên cứu sâu hơn về các loại cảm biến điện tử và kỹ thuật điều khiển sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc phát triển các sản phẩm công nghệ cao. Mô hình thí nghiệm này không chỉ là một công cụ học tập mà còn là nền tảng cho các nghiên cứu và phát triển trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Cam cơ khí là một thiết bị truyền động quan trọng trong nhiều loại máy móc công nghiệp, có chức năng biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc dao động. Theo ước tính, cam cơ khí được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa, điều khiển quá trình công nghệ và các bộ phận máy như van nạp, van xả động cơ đốt trong, máy đóng gói, máy in và thiết bị gia công cơ khí. Tuy nhiên, cam cơ khí tồn tại nhiều hạn chế như thiếu linh hoạt, mất nhiều thời gian để thay đổi biên dạng cam, đồng thời gây mài mòn các chi tiết máy trong quá trình vận hành.

Trước thực trạng đó, cam điện tử được phát triển nhằm khắc phục các nhược điểm của cam cơ khí. Cam điện tử sử dụng bộ điều khiển số để điều khiển động cơ servo hoặc động cơ bước, tạo ra chuyển động tịnh tiến tương tự cam cơ khí nhưng với độ chính xác cao hơn và khả năng thay đổi linh hoạt biên dạng cam. Mô hình thí nghiệm cam điện tử được nghiên cứu và chế tạo tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ tháng 9/2011 đến tháng 2/2012, nhằm thiết kế bộ điều khiển và mô hình cơ khí cho cam điện tử dựa trên các thông số cam cơ khí truyền thống.

Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử có khả năng nhập dữ liệu biên dạng cam cơ khí, tính toán và điều khiển động cơ servo để tạo chuyển động tịnh tiến chính xác, đồng thời mô phỏng và vẽ biên dạng cam để so sánh với cam cơ khí. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào cam đĩa với ba loại cam phổ biến: cam ụ trục phôi, cam bàn dao đòn cân và cam bàn dao đứng, thực hiện tại TP. Hồ Chí Minh. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm thời gian thay đổi biên dạng cam và tăng độ chính xác trong các hệ thống truyền động công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình thiết kế cam cơ khí truyền thống, bao gồm:

• Thiết kế cam đĩa: Biên dạng cam được xác định dựa trên các thông số như bán kính lớn nhất (Rmax), bán kính nhỏ nhất (Rmin), đường kính con lăn (D), khoảng cách giữa tâm trục phân phối và tâm quay của cần quay (A). Các đường cong cam được vẽ dựa trên chu trình làm việc và phiếu điều chỉnh, sử dụng các cung tròn và đường cong parabol để mô phỏng chuyển động công tác và chạy không.

• Thiết kế cam thùng và mãnh cam: Các loại cam này được thiết kế dựa trên các thông số cơ bản tương tự, với việc chia chu vi cam thành các phần nhỏ để xác định các điểm biên dạng và góc quay tương ứng.

• Nguyên lý cam điện tử: Cam điện tử sử dụng bộ điều khiển số để điều khiển động cơ servo hoặc động cơ bước dựa trên dữ liệu biên dạng cam cơ khí. Phương pháp nội suy tuyến tính DDA (Digital Differential Analyse) được áp dụng để tính toán vị trí và vận tốc chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành, từ đó điều khiển chính xác động cơ.

• Các linh kiện điện tử và hệ thống điều khiển: Nghiên cứu sử dụng PLC (Programmable Logic Controller), vi điều khiển PIC 16F877A, động cơ servo và động cơ bước. PLC có ưu điểm về độ tin cậy, khả năng xử lý tín hiệu logic và tương tác với các thiết bị thông minh. Động cơ servo được sử dụng trong hệ thống hồi tiếp vòng kín để đảm bảo độ chính xác vị trí và vận tốc, trong khi động cơ bước có ưu điểm chi phí thấp và điều khiển góc quay chính xác.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu chuyên ngành về thiết kế cam cơ khí, các bộ điều khiển cam điện tử trên thế giới, và các thông số kỹ thuật của cam đĩa được xác định qua phiếu điều chỉnh và chu trình làm việc thực tế. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm ba loại cam đĩa phổ biến: cam ụ trục phôi, cam bàn dao đòn cân và cam bàn dao đứng.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Thiết kế mô hình cơ khí: Lựa chọn phương án truyền động trục vít me - đai ốc để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, dựa trên các ưu điểm về độ chính xác, chi phí và khả năng tải.

• Mô phỏng động học: Sử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng nguyên lý hoạt động và lắp ráp mô hình thí nghiệm.

• Thiết kế bộ điều khiển: Áp dụng phương pháp nội suy tuyến tính DDA để tính toán vị trí và vận tốc chuyển động, lập trình vi điều khiển để điều khiển động cơ bước và servo.

• Thí nghiệm và so sánh kết quả: Thực hiện thí nghiệm trên mô hình cam điện tử, thu thập dữ liệu chuyển động tịnh tiến và biên dạng cam, so sánh với kết quả mô phỏng Matlab để đánh giá độ chính xác.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2011 đến tháng 2/2012, bao gồm các giai đoạn thiết kế, chế tạo, lập trình, mô phỏng và thử nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả mô hình truyền động trục vít me - đai ốc: Mô hình thí nghiệm sử dụng cơ cấu trục vít me với đường kính ren 10 mm, bước ren 3,175 mm, chiều dài trục 354 mm, và đai ốc đường kính ngoài 20 mm. Động cơ truyền động có công suất trên 25 W đáp ứng đủ yêu cầu vận hành. Kết quả thí nghiệm cho thấy mô hình có khả năng tạo chuyển động tịnh tiến chính xác với vận tốc lên đến 0,02 m/s, phù hợp với các thông số cam cơ khí.

2. Độ chính xác chuyển động tịnh tiến: So sánh kết quả mô phỏng Matlab và kết quả thực nghiệm cho ba loại cam đĩa cho thấy sai số vị trí chuyển động tịnh tiến dưới 5%, đảm bảo tính chính xác cao trong việc tái tạo biên dạng cam cơ khí.

3. Khả năng vẽ biên dạng cam: Mô hình thí nghiệm kết hợp với phần mềm Matlab có thể vẽ lại biên dạng cam đĩa dựa trên dữ liệu điều khiển, giúp so sánh trực quan với biên dạng cam cơ khí truyền thống. Điều này giúp kiểm tra và hiệu chỉnh bộ điều khiển cam điện tử một cách hiệu quả.

4. Tính linh hoạt và giảm thời gian thay đổi biên dạng cam: Việc nhập dữ liệu cam cơ khí vào bộ điều khiển số giúp giảm đáng kể thời gian thay đổi biên dạng cam so với phương pháp cơ khí truyền thống, nâng cao hiệu quả sản xuất.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của độ chính xác cao trong mô hình thí nghiệm là do việc lựa chọn phương án truyền động trục vít me - đai ốc, vốn có ưu điểm về độ chính xác và khả năng tải lớn. So với các phương án khác như bánh răng thanh răng hoặc động cơ tuyến tính, phương án này có chi phí thấp hơn và dễ chế tạo hơn, phù hợp với điều kiện nghiên cứu trong nước.

Kết quả so sánh với các nghiên cứu quốc tế cho thấy mô hình cam điện tử được thiết kế có hiệu suất và độ chính xác tương đương với các bộ điều khiển cam điện tử hiện đại, đồng thời phù hợp với các ứng dụng trong công nghiệp chế tạo máy tại Việt Nam.

Việc sử dụng phương pháp nội suy DDA giúp tính toán chính xác vị trí và vận tốc chuyển động tịnh tiến, từ đó điều khiển động cơ servo và động cơ bước hiệu quả. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh biên dạng cam thực nghiệm và mô phỏng, cũng như bảng số liệu sai số vị trí theo từng góc quay cam, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của bộ điều khiển.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng nhận thấy hạn chế về phạm vi ứng dụng của mô hình thí nghiệm chỉ tập trung vào cam đĩa, chưa mở rộng sang các loại cam phức tạp hơn. Ngoài ra, việc chuẩn bị dữ liệu đầu vào cho bộ điều khiển vẫn phụ thuộc vào các thông số cam cơ khí có sẵn, chưa có giải pháp tự động hóa hoàn toàn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển mở rộng mô hình thí nghiệm: Nghiên cứu nên mở rộng thiết kế và chế tạo mô hình cam điện tử cho các loại cam phức tạp hơn như cam thùng và cam không gian, nhằm tăng phạm vi ứng dụng và tính thực tiễn của hệ thống. Thời gian thực hiện dự kiến trong 12 tháng, do các đơn vị nghiên cứu và phát triển.

2. Tối ưu hóa thuật toán điều khiển: Cần cải tiến thuật toán nội suy và điều khiển động cơ để nâng cao độ chính xác và giảm sai số vị trí xuống dưới 2%. Việc này có thể thực hiện trong vòng 6 tháng bởi nhóm kỹ sư phần mềm và điều khiển.

3. Tích hợp hệ thống thu thập dữ liệu tự động: Xây dựng hệ thống cảm biến và phần mềm thu thập dữ liệu biên dạng cam tự động, giảm thiểu sự phụ thuộc vào dữ liệu nhập tay, nâng cao tính linh hoạt và tự động hóa. Thời gian triển khai khoảng 9 tháng, phối hợp giữa phòng thí nghiệm và đơn vị công nghệ thông tin.

4. Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp: Đề xuất các doanh nghiệp chế tạo máy và tự động hóa ứng dụng mô hình cam điện tử để giảm thời gian thiết kế và thay đổi biên dạng cam, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Các doanh nghiệp nên triển khai thử nghiệm trong vòng 6-12 tháng để đánh giá hiệu quả.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Cơ khí chế tạo máy: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về thiết kế cam cơ khí và cam điện tử, giúp nâng cao hiểu biết và kỹ năng thực hành trong lĩnh vực truyền động cơ khí.

2. Kỹ sư thiết kế và phát triển sản phẩm trong ngành công nghiệp chế tạo máy: Các kỹ sư có thể áp dụng phương pháp thiết kế và điều khiển cam điện tử để cải tiến sản phẩm, giảm thời gian thiết kế và tăng độ chính xác trong sản xuất.

3. Doanh nghiệp sản xuất máy tự động hóa và thiết bị công nghiệp: Luận văn cung cấp giải pháp công nghệ mới giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí bảo trì và tăng tính linh hoạt trong điều khiển chuyển động.

4. Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu phát triển các hệ thống điều khiển chuyển động phức tạp, đặc biệt trong ứng dụng cam điện tử.

Câu hỏi thường gặp

1. Cam điện tử khác gì so với cam cơ khí truyền thống?
   Cam điện tử sử dụng bộ điều khiển số để điều khiển động cơ tạo chuyển động tịnh tiến tương tự cam cơ khí nhưng có ưu điểm linh hoạt hơn, dễ thay đổi biên dạng và giảm mài mòn cơ khí. Ví dụ, thay vì phải gia công lại cam cơ khí, chỉ cần thay đổi dữ liệu trong bộ điều khiển cam điện tử.

2. Phương pháp nội suy DDA được áp dụng như thế nào trong điều khiển cam điện tử?
   Phương pháp DDA tính toán vị trí và vận tốc chuyển động tịnh tiến dựa trên các điểm dữ liệu biên dạng cam, giúp điều khiển động cơ servo chính xác theo từng bước thời gian. Đây là phương pháp nội suy tuyến tính đơn giản và hiệu quả trong điều khiển chuyển động.

3. Tại sao chọn cơ cấu truyền động trục vít me - đai ốc cho mô hình thí nghiệm?
   Cơ cấu này có ưu điểm kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, khả năng tải lớn và độ chính xác cao khi chuyển động chậm, phù hợp với yêu cầu tạo chuyển động tịnh tiến chính xác trong mô hình cam điện tử.

4. Mô hình thí nghiệm có thể áp dụng cho các loại cam khác ngoài cam đĩa không?
   Hiện tại mô hình chỉ tập trung vào cam đĩa do tính đơn giản và phổ biến. Tuy nhiên, với các điều chỉnh thiết kế và thuật toán điều khiển, mô hình có thể mở rộng cho các loại cam phức tạp hơn trong tương lai.

5. Làm thế nào để kiểm tra độ chính xác của cam điện tử so với cam cơ khí?
   Độ chính xác được kiểm tra bằng cách so sánh biên dạng cam vẽ ra từ mô hình cam điện tử với biên dạng cam cơ khí thực tế, sử dụng phần mềm mô phỏng Matlab và đo đạc thực nghiệm. Sai số vị trí dưới 5% được coi là đạt yêu cầu.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình thí nghiệm cam điện tử dựa trên cơ cấu truyền động trục vít me - đai ốc, đáp ứng yêu cầu chuyển động tịnh tiến chính xác.
• Phương pháp nội suy tuyến tính DDA được áp dụng hiệu quả trong việc tính toán vị trí và vận tốc chuyển động, điều khiển động cơ servo và động cơ bước.
• Kết quả thực nghiệm và mô phỏng cho thấy sai số vị trí chuyển động dưới 5%, đảm bảo độ chính xác cao so với cam cơ khí truyền thống.
• Nghiên cứu góp phần giảm thời gian thay đổi biên dạng cam, nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả trong sản xuất công nghiệp.
• Đề xuất các bước phát triển tiếp theo bao gồm mở rộng mô hình cho các loại cam khác, tối ưu thuật toán điều khiển và tích hợp hệ thống thu thập dữ liệu tự động nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng thực tiễn.

Để tiếp tục phát triển công nghệ cam điện tử, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai các dự án ứng dụng thực tế, đồng thời đào tạo nguồn nhân lực có kỹ năng về thiết kế và điều khiển hệ thống cam điện tử.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan chu kỳ chuyển động được xác định cụ thể bằng cách sử dụng động cơ servo tạo ra những chuyển động giống như chuyển động cam cơ khí tạo ra.  Ikuo Nagamatsu et al.,2002[12]: Thiết bị cam điện tử và phương pháp chuẩn bị dữ liệu cam trong cam điện tử, với hướng nghiên cứu là la tạo ra một thiết bị tạo ra những chuyển động giống như cam bằng cách dựa vào các dữ liệu cam có sẵn. Ở Việt Nam, các đề tài nghiên cứu về cam điện tử chưa thật sự nhiều.

Chính vì vậy, tôi xin chọn đề tài nghiên cứu này để tìm hiểu và giải mã công nghệ thiết kế bộ điều khiển cam điện tử trên thế giới và từ đó ứng dụng nó vào trong thực tiễn, sản xuất. Mục tiêu, khách thể đối tượng nghiên cứu Mục đích của luận văn: Để giảm thời gian thay đổi biên dạng cam Mục tiêu của luận văn : Thiết kế, chế tạo mô hình và bộ điều khiển cam điện tử với những đặc điểm là khi nhập những thông tin cam cơ khí vào bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ tính toán, điều khiển số cho động cơ servo, động cơ bước…để tạo ra những chuyển động giống như chuyển động do cam cơ khí tạo ra, đồng thời cũng vẽ ra được biên dạng của cam mà ta đang khảo sát. Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu Để thực hiện mục tiêu trên, luận văn cần tập trung vào các vấn đề sau:  Tìm hiểu về cách thiết kế cam cơ khí từ đó tìm ra hướng nghiên cứu cho hệ thống điều khiển cam điện tử.  Thiết kế và chế tạo mô hình cơ khí.

 Mô phỏng động học mô hình thí nghiệm để tìm ra hướng điều khiển.  Thiết kế và thực hiện mạch điều khiển cho mô hình thí nghiệm  Thiết kế giao diện vẽ biên dạng cam bằng phần mềm Matlab.  Kiểm tra kết quả đạt được qua hoạt động của mô hình thí nghiệm.  Nhận xét kết quả và kết luận.

8 Luan van Chương 1. Tổng quan Giới hạn của đề tài:  Mô hình thí nghiệm chỉ được dùng để mô phỏng chuyển động do cam đĩa tạo ra.  Để có số liệu nhập vào bộ điều khiển thì cần phải chuẩn bị trước các thông số của cam cơ khí đang khảo sát như phiếu điều chỉnh, chu trình làm việc… 1. Phương pháp nghiên cứu Dựa vào cơ sở lý thuyết điều chỉnh máy tự động, ta nghiên cứu cách thiết kế cam cơ khí, tìm hiểu các thông số của cam cơ khí.

Từ đó, ta tiến hành số hóa các thông số đó, để làm cơ sở viết chương trình cho phần điều khiển. Chạy chương trình điều khiển trên mô hình thí nghiệm cam điện tử và so sánh kết quả đạt được với lại kết quả mô phỏng bằng Matlab để kiểm tra độ chính xác của bộ điều khiển được thiết kế. 9 Luan van Chương 2. Cơ sở lý thuyết Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.

Cơ sở thiết kế cam ( Nguồn: Theo Dương Bình Nam, 2006) 2.1 Thiết kế cam đĩa Biên dạng cam đĩa được vẽ dựa theo các số liệu đã được xác định ở phiếu điều chỉnh, chu trình làm việc. Những đường cong của cam đĩa phụ thuộc vào những đặc điểm chuyển động của cơ cấu chấp hành. Khi cơ cấu chấp hành đứng yên, đường cong cam là những cung tròn đồng tâm, với trục quay, đây là đường cong chạy không. Khi cam quay đồng tâm với trục, thì cơ cấu mà cam tác động sẽ đứng yên, hoặc quay tròn ở trạng thái không làm việc.

Khi cơ cấu chấp hành làm việc, góc quay cam tương ứng với độ dài hành trình của cơ cấu chấp hành. Đường cong công tác là đường cong arsimet. Khi cam chạy không hoặc lùi nhanh thể hiện bằng đường cong parabol, được lấy theo mẫu. Các đường cong khác nhau được nối bởi các cung tròn.

Để tránh va đập, con lăn chỉ được tiếp xúc đường cong một điểm. Vì vậy bán kính của cung tròn phải lớn hơn bán kính con lăn khoảng 1mm. Các thông số cần xác định:  R max: bán kính lớn nhất của đường cong cam.  R min: bán kính nhỏ nhất của đường cong cam  D: đường kính con lăn  R: độ dài tay đòn  A: khoảng cách giữa tâm trục phân phối và tâm quay của cần quay 10 Luan van Chương 2.

Cơ sở lý thuyết Hình 2.1 Sơ đồ bố trí cam đĩa Hình 2.2 Các thông số cơ bản của cam đĩa Trình tự vẽ cam: Vẽ các đường tròn có bán kính lần lượt là rmax, rmin, A, nếu con lăn tiếp xúc với biên dạng cam thì a = rmax + d/2, d: đường kính con lăn Trên vòng tròn có bán kính R max, được chia làm 100 phần hoặc 3600 Ta lấy điểm 0 tại vị trí thẳng góc với trục cam. Từ 0 vẽ đường tròn bán kính R cắt đường tròn bán kính A tại 01 Từ 01 với khẩu độ compa R đi qua điểm chia 0, và cắt đường tròn bán kính A tại 1 điểm, ta lấy điểm đó làm điểm xuất phát, và đặt các thông số từ phiếu điều chỉnh lên đường tròn bán kính A. 11 Luan van Chương 2. Cơ sở lý thuyết Dựa vào bảng điều chỉnh ta đặt các điểm ( các phần, góc quay hành trình công tác) lên vòng tròn có bán kính là A.

Nếu góc quay chia bao nhiêu phần thì độ nâng h chia bấy nhiêu phần. Vẽ cung tròn tương ứng với các phần của độ nâng. Giao điểm giữa các cung tròn và đường phân chia, góc tương ứng là các điểm của đường arsimet. Các điểm giao nhau càng nhiều, đường arsimet càng chính xác.

Độ nâng H = rmax – rmin ( các thông số được ghi trong phiếu điều chỉnh) Bước xoắn t của đường cong: t/h = 100/25, t = 100h/25 Trong trường hợp cắt ren, đường cong thực tế hơi khác so với đường cong lý thuyết. Độ chênh lệch lớn nhất chiếm khoảng 10% - 15% độ nâng cắt ren Các đường cong phụ thuộc vào thời gian gia công chi tiết.2 Thiết kế cam thùng Vẽ cam thùng cũng dựa trên những số liệu đã được xác định ở phiếu điều chỉnh. Xác định các thông số cơ bản của cam, sau đó vẽ các đường cong công tác và chạy không Hình 2.3 Vị trí và các thông số cơ bản của cam thùng Ta triển khai cam thùng ra hình chữ nhật chu vi được chia ra 100 phần ( hoặc 360) hướng xuống, chiều còn lại là chiều dài cam. 12 Luan van Chương 2.

Cơ sở lý thuyết Xác định tâm (O) đối với vị trí của cam thùng, lấy các điểm tâm (O) dọc theo đường biên của cam thùng. Với khẩu độ compa R, ta quay các cung tròn có tâm là (O) qua các điểm phân độ. Dựa vào phiếu điều chỉnh, ta xác định các đường cong của cam, trên hình từ cung 10 đến cung 40, phải thực hiện độ nâng. Xác định các điểm giao nhau giữa các cung này, tại điểm đã xác định vẽ đường tròn có đường kính bằng đường kính con lăn (d).

Vẽ đường tiếp tuyến ngoài giữa hai đường tròn trên, đó là đường công tác thực hiện độ nâng h từ cung 10 đến cung 40. Những rãnh cam thẳng góc với trục quay là những đường cam chạy không, cơ cấu chấp hành lúc này sẽ đứng yên. Các đường cong cam tiến hoặc lùi dao nhanh sẽ được vẽ theo mẫu và kèm theo máy. Các đường cong tiến hoặc lùi dao nhanh có thể là đường cong parabol hoặc hình sin bất kỳ.4 Các thông số cơ bản của mãnh cam Ví dụ: Thiết kế cam cho chi tiết trên máy tiện tự động 112 Sau khi thực hiện các bước chuẩn bị máy, xác định các chế độ cắt, công nghệ.

Ta lập được chu trình làm việc như hình 2.5 13 Luan van Chương 2. Cơ sở lý thuyết Hình 2.5 Sơ đồ chu trình làm việc của hệ thống cam cơ khí Bảng 2.1 Phiếu điều chỉnh Góc quay của o o Stt Bước gia công L H S nlv   cam Từo Đếno 1 Mở ống kẹp phôi - - 10 0 10 2 Ụ phôi lùi 42 - 42 21 10 31 3 Siết ống kẹp phôi - - 15 31 46 4 Dao cắt đứt lùi 6 - 18 9 46 55 5 Dao vạt góc vào 1.04 80 19 55 74 7 Dao vạt góc lùi 4.1 - 7 74 81 8 Dao tiện ngoài vào 2.04 780 185 81 266 10 Dao tiện ngoài lùi 2.5 - 9 266 275 11 Ụ phôi tiến nhanh 10.8 - 13 75 288 12 Cắt ren M6 x 20 21 t=1 (118) (28) (291) (319) 13 Bàn ren lùi 21 t=1 (21) (5) (319) (324) 14 Cơ cấu kẹp ôm chi tiết (4) 15 Dao cắt đứt vào 0.02 285 69 291 360 17 Cơ cấu kẹp mang chi (10) tiết đi 18 Phay rãnh vít (30) Tổng cộng 0  ki= 1145 273 87 14 Luan van Chương 2. Cơ sở lý thuyết Thiết kế cam: Máy 112 chỉ dùng cam đĩa, để thực hiện chu trình ta cần thiết kế 3 loại : - Cam điều khiển ụ trục phôi. - Cam bàn dao đòn cân.

- Cam bàn dao đứng. Dựa vào phiếu điều chỉnh ta lập được bảng thông số cam như sau: Cam ụ trục phôi: Ta lấy R max = 80 mm Bảng 2.2 Thông số cam ụ trục phôi Khoảng nâng cam Δx Góc trước Góc sau Δθ = Góc sau - Góc trước (mm) 0 10 10 0 10 31 21 - 42 31 81 50 0 81 266 185 31.6 Hình vẽ cam ụ trục phôi 15 Luan van Chương 2. Cơ sở lý thuyết Cam bàn dao đòn cân: Ta lấy R max = 65 mm Bảng 2.3 Thông số cam bàn dao đòn cân Khoảng nâng cam Δx Góc trước Góc sau Δθ = Góc sau - Góc trước (mm) 0 46 46 0 46 55 9 -18 55 77 22 0 77 81 4 -7.1 340 350 0 330 10 320 6 7 8 5 20 310 30 300 40 290 0 R125 Dmax130 50 280 1 46 60 270 291 55 A=135 288 70 260 275 77 266 81 80 250 90 240 Dmin70 100 3 230 2 110 220 4 120 210 5 130 200 140 19 180 150 0 170 160 Hình 2.7 Hình vẽ cam bàn dao đòn cân 16 Luan van Chương 2. Cơ sở lý thuyết Cam bàn dao đứng: Ta lấy R min = 45.4 Thông số cam bàn dao đứng Khoảng nâng cam Δx Góc trước Góc sau Δθ = Góc sau - Góc trước (mm) 0 46 46 0 46 52 6 4.8 Hình vẽ cam bàn dao đứng 17 Luan van Chương 2.