Đồ án HCMUTE: Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Tay Máy Taro Bán Tự Động

Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu thiết kế chế tạo tay máy taro bán tự động. Giải pháp gia công taro hiệu quả, nâng cao năng suất và độ chính xác.

• Tác giả: Lê Đức Anh
• Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Sơn
• 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 Chế Tạo Tay Máy Taro Bán Tự Động
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.2.1. Mục tiêu tổng quan
• 1.2.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.3. Giới hạn đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Khảo sát thị trường máy taro
• 1.6. Phương án thiết kế
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY
• 2.1. Yêu cầu cơ khí
• 2.2. Yêu cầu hệ thống điều khiển
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
• 3.1. Một số loại động cơ phổ biến
• 3.2. Tính toán, thiết kế trục
• 3.3. Tính toán cơ cấu
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ
• 4.1. Cụm chi tiết số 1
• 4.2. Cụm chi tiết số 2
• 4.3. Cụm chi tiết số 3
• 4.4. Thông số kích thước của máy sau gia công
• 5. CHƯƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH
• 5.1. Tìm hiểu yêu cầu
• 5.2. Xác định đầu vào đầu ra của hệ thống
• 5.3. Xác định cấu trúc phần cứng
• 5.4. Chương trình thực tế
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
• 6.1. Hình ảnh thực tế
• 7. CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 7.1. Đánh giá chung về máy
• 7.2. Định hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC HÌNH ẢNH

Tóm tắt

I. Tay Máy Taro Bán Tự Động Tổng Quan Từ A Z Về Dự Án

Dự án nghiên cứu và chế tạo tay máy taro bán tự động là một sáng kiến quan trọng, hướng đến việc giải quyết bài toán chi phí và hiệu quả cho các xưởng gia công cơ khí vừa và nhỏ tại Việt Nam. Bối cảnh hiện nay cho thấy, các loại máy taro nhập khẩu từ Đài Loan, Nhật Bản hay Mỹ thường có giá thành rất cao, vượt quá khả năng đầu tư của nhiều doanh nghiệp. Trong khi đó, việc taro các lỗ ren kích thước lớn (từ M6 trở lên) trên các máy CNC cỡ nhỏ thường không khả thi. Nghiên cứu này, được thực hiện trong khuôn khổ một đồ án tay máy taro cấp đại học, tập trung vào việc tạo ra một sản phẩm “Made in Vietnam” với chi phí hợp lý, giao diện điều khiển hiện đại và độ chính xác cao. Mục tiêu không chỉ dừng lại ở việc chế tạo một cỗ máy mà còn mong muốn phổ biến giải pháp này, góp phần thúc đẩy tự động hóa trong sản xuất tại các cơ sở trong nước. Sản phẩm cuối cùng là một chiếc máy taro cần điện hoàn chỉnh, có khả năng hoạt động ổn định, dễ dàng điều chỉnh và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắt khe trong gia công cơ khí chính xác. Quá trình nghiên cứu bao gồm việc phân tích lý thuyết, tính toán thiết kế chi tiết và kiểm nghiệm thực tế, đảm bảo tính khả thi và hiệu quả ứng dụng của dự án.

1.1. Mục tiêu và giới hạn của đề tài chế tạo máy taro điện

Mục tiêu tổng quan của dự án là đáp ứng nhu cầu gia công ren trong kích thước lớn với chi phí thấp. Cụ thể hơn, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu tạo ra một chiếc máy taro điện có khả năng gia công ren từ M3 đến M8 trên các vật liệu phổ biến như nhựa, nhôm 6061 và thép C45. Máy phải có bán kính hoạt động 500mm và góc taro linh hoạt từ 0-180 độ. Hệ thống điều khiển sử dụng màn hình cảm ứng HMI, cho phép người dùng dễ dàng cài đặt các thông số như bước ren, độ sâu, chiều quay và tốc độ. Tuy nhiên, đề tài cũng có giới hạn rõ ràng: máy chỉ dừng ở mức bán tự động, tức là tự động taro đúng độ sâu và thông số đã chọn. Việc di chuyển cánh tay robot taro đến vị trí cần gia công vẫn cần sự can thiệp của người vận hành. Giới hạn này giúp tối ưu chi phí và đơn giản hóa kết cấu, phù hợp với mục tiêu ban đầu của dự án.

1.2. Phương pháp nghiên cứu và tiếp cận trong đồ án tay máy taro

Phương pháp nghiên cứu của dự án là sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Giai đoạn đầu, nhóm tiến hành khảo sát các sản phẩm máy taro cần điện hiện có trên thị trường để phân tích ưu, nhược điểm. Dựa trên đó, các phương án thiết kế được phác thảo và đánh giá. Phương án cuối cùng được lựa chọn dựa trên tiêu chí tối ưu hóa chi phí và đơn giản hóa quy trình sản xuất cơ khí. Phần nghiên cứu lý thuyết tập trung vào việc tính toán momen xoắn, phân bố lực và thiết kế các chi tiết máy bằng phần mềm chuyên dụng, tạo ra các bản vẽ kỹ thuật máy taro chi tiết. Giai đoạn thực nghiệm bao gồm việc gia công, lắp ráp các bộ phận và tiến hành lập trình tự động hóa cho bộ điều khiển PLC. Cuối cùng, máy được chạy thử nghiệm trên các vật liệu thực tế để đánh giá hiệu suất, phát hiện lỗi và đưa ra các giải pháp khắc phục, đảm bảo sản phẩm hoàn thiện đáp ứng đúng mục tiêu đề ra.

II. Thách Thức Khi Chế Tạo Một Cánh Tay Robot Taro Giá Rẻ

Việc chế tạo một cánh tay robot taro hiệu quả với chi phí thấp đặt ra nhiều thách thức lớn. Thách thức đầu tiên và lớn nhất là cân bằng giữa giá thành và chất lượng. Các loại máy nhập khẩu có giá cao vì sử dụng linh kiện chất lượng, công nghệ tiên tiến và thương hiệu uy tín. Để cạnh tranh, sản phẩm nội địa phải tối ưu hóa chi phí từ khâu lựa chọn vật liệu chế tạo máy đến quy trình sản xuất cơ khí mà không làm ảnh hưởng đến độ bền và độ chính xác. Thách thức thứ hai liên quan đến thiết kế cơ khí. Kết cấu máy phải đủ cứng vững để chịu được momen xoắn lớn khi taro thép C45, đồng thời phải linh hoạt để người vận hành dễ dàng thao tác. Việc tính toán và phân bố lực trên các khớp nối, trục và cánh tay đòi hỏi sự chính xác cao để tránh biến dạng và rung động. Thách thức thứ ba nằm ở hệ thống điều khiển. Việc tích hợp bộ điều khiển PLC với màn hình HMI và động cơ bước để điều khiển chính xác độ sâu và tốc độ taro yêu cầu kiến thức chuyên sâu về lập trình tự động hóa. Cuối cùng, việc đảm bảo an toàn cho người vận hành và dễ dàng bảo trì, sửa chữa cũng là những yếu tố quan trọng cần được xem xét kỹ lưỡng trong suốt quá trình thiết kế và chế tạo.

2.1. Phân tích các giải pháp máy taro bán tự động trên thị trường

Khảo sát thị trường cho thấy có hai loại tay máy taro bán tự động chính: loại dùng động cơ khí nén và loại dùng động cơ điện. Máy taro khí nén có ưu điểm là thiết kế đơn giản, giá thành rẻ, dễ lắp đặt. Tuy nhiên, nhược điểm lớn của chúng là không thể kiểm soát chính xác độ sâu taro và khó gia công các chi tiết lớn. Ngược lại, máy taro điện (hay máy taro cần điện) có khả năng taro chính xác độ sâu, thiết kế linh hoạt, có thể gia công chi tiết lớn. Nhưng rào cản chính là giá thành rất cao, chủ yếu là hàng nhập khẩu. Dựa trên phân tích này, dự án xác định mục tiêu là phát triển một chiếc máy taro điện với các ưu điểm của máy nhập khẩu nhưng có giá thành cạnh tranh hơn, phù hợp với phân khúc doanh nghiệp nhỏ tại Việt Nam.

2.2. Yêu cầu kỹ thuật và chức năng cho hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển là trái tim của máy, quyết định đến độ chính xác và tính tự động hóa. Yêu cầu chức năng chính bao gồm: cho phép người dùng lựa chọn hướng quay (phải/trái), tốc độ quay của mũi taro, và thiết lập chương trình taro tự động (số vòng quay tiến, số vòng quay lùi, chiều sâu gia công). Về mặt kỹ thuật, hệ thống phải sử dụng điện áp đầu vào AC 220V/50Hz phổ thông, đầu ra DC 24V cho các thiết bị điều khiển. Tốc độ quay của động cơ cần điều chỉnh được trong khoảng 0-500 vòng/phút. Hệ thống phải đáp ứng tín hiệu điều khiển tức thời từ các nút nhấn trên tay cầm và giao diện màn hình HMI, đảm bảo nguyên lý hoạt động máy taro diễn ra trơn tru và chính xác.

III. Phương Pháp Thiết Kế Cơ Khí Tay Máy Taro Bán Tự Động

Quá trình thiết kế cơ khí cho tay máy taro bán tự động là giai đoạn nền tảng, quyết định đến độ cứng vững, độ bền và khả năng vận hành của toàn bộ hệ thống. Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn phương án thiết kế sử dụng thép hộp cho kết cấu cánh tay và đặt hệ thống điều khiển trong một tủ điện riêng biệt. Lựa chọn này, theo báo cáo đồ án tay máy taro, giúp đơn giản hóa đáng kể quá trình gia công và giảm chi phí so với phương án đúc nguyên khối. Toàn bộ quá trình thiết kế được thực hiện trên phần mềm Inventor, cho phép mô phỏng 3D, phân tích lực và xuất bản vẽ kỹ thuật máy taro chi tiết cho từng bộ phận. Vật liệu chính được lựa chọn là thép C45, một loại vật liệu phổ biến trong gia công cơ khí chính xác, có độ bền và khả năng chịu mài mòn tốt. Các chi tiết quan trọng như trục, khớp xoay được tính toán kỹ lưỡng về đường kính và khả năng chịu tải dựa trên momen xoắn lớn nhất khi taro vật liệu cứng như thép. Cấp chính xác được quy định rõ ràng: cấp 7 cho các kích thước quan trọng và cấp 16 cho các kích thước không quan trọng, đảm bảo khả năng lắp lẫn và hoạt động ổn định của máy.

3.1. Tính toán momen xoắn và lựa chọn động cơ phù hợp

Việc xác định momen xoắn lớn nhất là bước cốt lõi để lựa chọn động cơ. Dựa trên công thức tính toán và các bảng tra trong sổ tay Công nghệ Chế tạo máy, momen xoắn lớn nhất được xác định khi taro lỗ M8 trên vật liệu thép C45, với giá trị tính được là 6.94 Nm. Để đảm bảo máy hoạt động ổn định và có dự trữ công suất, nhóm đã lựa chọn động cơ bước 86HS156. Động cơ bước được chọn vì giá thành hợp lý, điều khiển vị trí và tốc độ chính xác thông qua việc đếm xung, rất phù hợp cho ứng dụng cần kiểm soát độ sâu taro. So với động cơ servo, động cơ bước có chi phí thấp hơn đáng kể, đáp ứng tiêu chí tối ưu hóa giá thành của dự án.

3.2. Thiết kế kết cấu trục và vật liệu chế tạo máy tối ưu

Sau khi xác định được các lực tác dụng, quá trình thiết kế kết cấu trục được tiến hành. Dựa vào sơ đồ phân bố lực và biểu đồ nội lực, đường kính của từng trục được tính toán để đảm bảo điều kiện bền. Ví dụ, với trục chịu momen uốn lớn nhất, đường kính tính toán có thể chỉ khoảng 20mm, nhưng để tăng độ cứng vững và an toàn, nhóm đã chọn đường kính tiêu chuẩn lớn hơn. Vật liệu chế tạo máy chủ yếu là thép C45 cho các chi tiết chịu lực như trục và pát nối. Thép hộp được sử dụng cho các cánh tay để giảm trọng lượng mà vẫn đảm bảo độ cứng. Các chi tiết như bạc lót, vòng đệm được lựa chọn theo tiêu chuẩn công nghiệp để dễ dàng thay thế và bảo trì, góp phần hoàn thiện quy trình sản xuất cơ khí hiệu quả.

IV. Hướng Dẫn Lập Trình Điều Khiển PLC Cho Máy Taro Điện

Hệ thống điều khiển là bộ não của máy taro điện, chuyển đổi các lệnh từ người dùng thành chuyển động cơ học chính xác. Trọng tâm của hệ thống này là bộ điều khiển PLC Delta DVP-14SS2, một thiết bị lập trình logic có độ tin cậy cao và phổ biến trong công nghiệp. Quá trình lập trình tự động hóa được thực hiện để điều khiển động cơ bước 86HS156, đảm bảo mũi taro quay đúng tốc độ, đúng chiều và dừng lại chính xác tại độ sâu đã được cài đặt. Nguyên lý hoạt động máy taro dựa trên việc PLC nhận tín hiệu từ màn hình HMI và các nút nhấn, sau đó xuất ra chuỗi xung điều khiển cho driver của động cơ bước. Mỗi xung tương ứng với một góc quay nhỏ của động cơ, cho phép kiểm soát vị trí một cách vô cùng chính xác. Chương trình PLC được thiết kế với hai chế độ: Manual (Thủ công) cho phép người dùng điều khiển trực tiếp và Auto (Tự động) để thực hiện chu trình taro hoàn chỉnh. Giao diện HMI được thiết kế trực quan, giúp người vận hành dễ dàng nhập liệu và giám sát quá trình, nâng cao hiệu quả và giảm thiểu sai sót trong gia công cơ khí chính xác.

4.1. Lựa chọn phần cứng PLC HMI và động cơ bước

Việc lựa chọn phần cứng là yếu tố quyết định hiệu suất của hệ thống điều khiển. Bộ điều khiển PLC Delta DVP-14SS2 được chọn vì có đủ số lượng ngõ vào/ra, hỗ trợ phát xung tốc độ cao (phù hợp điều khiển động cơ bước) và giá thành hợp lý. Màn hình cảm ứng HMI Delta được tích hợp để tạo ra một giao diện điều khiển hiện đại, thay thế cho các nút bấm cơ học phức tạp. Người dùng có thể dễ dàng cài đặt mọi thông số qua màn hình này. Đối với cơ cấu chấp hành, động cơ bước 86HS156 được lựa chọn thay vì động cơ servo để tối ưu chi phí, trong khi vẫn đảm bảo độ chính xác vị trí cần thiết cho ứng dụng taro. Toàn bộ hệ thống được cấp nguồn bởi bộ nguồn tổ ong 24V-20A, đảm bảo sự ổn định cho các thiết bị điện tử.

4.2. Sơ đồ mạch điện và nguyên lý hoạt động máy taro tự động

Sơ đồ mạch điện kết nối tất cả các thành phần phần cứng lại với nhau. Nguồn AC 220V được cấp qua CB (cầu dao) đến bộ nguồn tổ ong, chuyển đổi thành nguồn DC 24V để nuôi PLC, HMI và driver động cơ. PLC là trung tâm xử lý, nhận tín hiệu từ HMI (qua cổng giao tiếp RS-485) và các nút nhấn vật lý. Dựa trên chương trình đã nạp, PLC sẽ xuất tín hiệu xung (Pulse) và tín hiệu chiều (Direction) đến driver của động cơ bước. Driver sẽ khuếch đại tín hiệu này và cấp dòng điện tương ứng cho các cuộn dây của động cơ, làm cho trục động cơ quay. Nguyên lý hoạt động máy taro này đảm bảo sự đồng bộ giữa lệnh điều khiển và chuyển động thực tế, là chìa khóa cho việc tạo ren chính xác.

V. Kết Quả Thực Nghiệm Ứng Dụng Của Cánh Tay Robot Taro

Sau giai đoạn thiết kế và chế tạo, sản phẩm tay máy taro bán tự động đã được hoàn thiện và đưa vào kiểm nghiệm thực tế. Kết quả cho thấy máy hoạt động ổn định, đúng với các mục tiêu đề ra trong đồ án tay máy taro. Cánh tay robot taro có kết cấu cứng vững, di chuyển linh hoạt trong phạm vi hoạt động 500mm. Giao diện điều khiển trên màn hình HMI trực quan, dễ sử dụng, cho phép người vận hành nhanh chóng thiết lập các thông số taro. Quá trình thử nghiệm taro trên các vật liệu nhôm 6061 và thép C45 cho thấy máy có khả năng tạo ren chính xác, đúng kích thước từ M3 đến M8. Chế độ taro tự động theo độ sâu cài đặt hoạt động hiệu quả, giúp nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng đồng đều cho sản phẩm, một yếu tố quan trọng trong gia công cơ khí chính xác. Mặc dù sản phẩm cuối cùng vẫn còn một số điểm cần cải tiến về mặt thẩm mỹ như cách bố trí mạch điện và vị trí màn hình, nhưng về mặt chức năng, máy đã chứng minh được tính khả thi và tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc nội địa hóa thiết bị, góp phần vào công cuộc tự động hóa trong sản xuất tại Việt Nam.

5.1. Đánh giá sản phẩm hoàn thiện và hiệu suất hoạt động

Sản phẩm thực tế có kích thước tổng thể 820 x 820 x 1500 (mm), phù hợp với không gian của các xưởng cơ khí nhỏ. Các khớp nối và cánh tay hoạt động trơn tru, được hỗ trợ bởi xi lanh khí nén giúp cân bằng trọng lượng, giảm sức lao động cho người vận hành. Thử nghiệm cho thấy, ở chế độ Manual, người dùng có thể dễ dàng điều khiển mũi taro tiến và lùi. Ở chế độ Auto, máy tự động thực hiện chu trình taro lỗ có độ sâu 14mm một cách chính xác. Kết quả gia công trên phôi thử cho thấy ren sắc nét, không bị lỗi, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Hiệu suất của máy taro điện được đánh giá cao, đặc biệt là khả năng tiết kiệm thời gian và đảm bảo độ chính xác so với phương pháp taro thủ công.

5.2. Phân tích các tồn tại và vấn đề còn hạn chế của máy

Bên cạnh những kết quả đạt được, nghiên cứu cũng thẳng thắn chỉ ra những điểm còn tồn tại. Hạn chế lớn nhất nằm ở thiết kế phần ngoại quan. Việc bố trí mạch điện và màn hình điều khiển trong một tủ điện riêng biệt tuy giúp đơn giản hóa gia công nhưng làm cho tổng thể máy còn khá rườm rà, chưa tối ưu về mặt thẩm mỹ và công thái học. Vị trí màn hình điều khiển có thể được tích hợp gọn gàng hơn vào thân máy để tăng tính tiện dụng. Những hạn chế này không ảnh hưởng đến chức năng cốt lõi của máy nhưng là những điểm quan trọng cần được cải tiến trong các phiên bản phát triển tiếp theo để sản phẩm có thể thương mại hóa một cách hiệu quả hơn.

VI. Định Hướng Phát Triển Cho Tay Máy Taro Bán Tự Động

Dự án chế tạo tay máy taro bán tự động đã mở ra một hướng đi đầy tiềm năng cho việc nội địa hóa các thiết bị hỗ trợ tự động hóa trong sản xuất. Mặc dù sản phẩm hiện tại đã đáp ứng tốt các yêu cầu cơ bản, tiềm năng phát triển và cải tiến vẫn còn rất lớn. Tương lai của thiết bị này không chỉ dừng lại ở việc tối ưu hóa thiết kế hiện tại mà còn hướng tới việc tích hợp các công nghệ thông minh hơn, biến nó thành một cánh tay robot taro hoàn toàn tự động. Việc nâng cấp hệ thống điều khiển, cải tiến kết cấu cơ khí và mở rộng dải gia công sẽ giúp sản phẩm cạnh tranh trực tiếp với các dòng máy nhập khẩu cao cấp. Hướng phát triển này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế cho nhà sản xuất mà còn góp phần nâng cao năng lực công nghệ và khả năng cạnh tranh của ngành gia công cơ khí chính xác Việt Nam. Sự thành công của dự án này là minh chứng cho thấy với phương pháp nghiên cứu bài bản, các kỹ sư trong nước hoàn toàn có thể tạo ra những sản phẩm công nghệ cao, chất lượng tốt với giá thành hợp lý.

6.1. Cải tiến thiết kế mạch điện và tối ưu hóa giao diện

Định hướng phát triển trước mắt là tập trung vào việc khắc phục các hạn chế của phiên bản hiện tại. Cụ thể là cải tiến thiết kế phần mạch điện và vị trí màn hình điều khiển. Thay vì đặt trong tủ điện rời, hệ thống điều khiển có thể được thiết kế nhỏ gọn và tích hợp trực tiếp vào chân đế hoặc thân của máy taro cần điện. Điều này không chỉ giúp máy trở nên gọn gàng, chuyên nghiệp hơn mà còn tiết kiệm không gian và thuận tiện cho người vận hành. Giao diện HMI cũng có thể được nâng cấp với nhiều tính năng hơn như lưu trữ các chương trình taro cho từng loại sản phẩm, hiển thị cảnh báo lỗi chi tiết, hoặc kết nối mạng để giám sát từ xa. Đây là những cải tiến thiết thực giúp nâng cao giá trị và trải nghiệm người dùng.

6.2. Hướng tới tự động hóa hoàn toàn trong quy trình sản xuất cơ khí

Về lâu dài, mục tiêu là phát triển tay máy taro bán tự động thành một hệ thống tự động hoàn toàn. Thay vì chỉ tự động hóa quá trình taro, phiên bản tương lai có thể được trang bị thêm các cơ cấu chấp hành như trục vít me bi và động cơ servo để tự động di chuyển đến các vị trí lỗ cần taro trên một chi tiết lớn. Hệ thống có thể được tích hợp với công nghệ xử lý ảnh (vision) để tự động nhận dạng vị trí lỗ khoan. Việc lập trình tự động hóa ở cấp độ cao hơn sẽ biến thiết bị này thành một robot công nghiệp thực thụ, có khả năng hoạt động độc lập trong một dây chuyền sản xuất, đóng góp mạnh mẽ hơn vào quy trình sản xuất cơ khí hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .2 Mục tiêu đề tài .1 Mục tiêu tổng quan.2 Mục tiêu cụ thể .3 Giới hạn đề tài .4 Phương pháp nghiên cứu.5 Khảo sát thị trường máy taro. Phương án thiết kế. 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY .1 Yêu cầu cơ khí .2 Yêu cầu hệ thống điều khiển. 6 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ.2 Một số loại động cơ phổ biến .3 Tính toán, thiết kế trục .1 Tính toán cơ cấu.

9 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ .1 Cụm chi tiết số 1. Chi tiết số 1 - Chân máy. Chi tiết số 2 - Trục Ø28. Chi tiết số 4 - Cử chặn.

Chi tiết số 5 - Thép hộp 40x80x450. Chi tiết số 7 - Bạc lót trục Ø28. Chi tiết số 8 - Khóa trục. Chi tiết số 9 - Bạc lót trục Ø26.

Chi tiết số 10 - Trục Ø26. Chi tiết số 11 - Vòng đệm Ø26. Chi tiết số 12 - Khớp xoay. Chi tiết số 13 - Bạc lót trục Ø14.

Chi tiết số 14 - Trục Ø14.2 Cụm chi tiết số 2 .1 Chi tiết số 15 - Thép hộp 25x40x360 .2 Chi tiết số 18 - Pát nối .3 Chi tiết số 29 - Tấm trung gian .4 Chi tiết số 31 - Vòng định vị .5 Chi tiết số 32 - Càng xoay .6 Chi tiết số 33 - Bạc lót trục Ø12 .7 Chi tiết số 34 - Trục Ø12.8 Chi tiết số 35 - Bạc lót trục Ø16 .9 Chi tiết số 36 - Trục Ø16.10 Chi tiết số 39 - Trục Ø10.3 Cụm chi tiết số 3 .1 Chi tiết số 21 - Nắp hộp động cơ .2 Chi tiết số 22 - Pát gắn tay cầm .3 Chi tiết số 26 - Bạc nối nhanh .4 Thông số kích thước của máy sau gia công. 51 CHƯƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH .1 Tìm hiểu yêu cầu .2 Xác định đầu vào đầu ra của hệ thống .3 Xác định cấu trúc phần cứng .5 Chương trình thực tế. 64 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ .1 Hình ảnh thực tế. 74 CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .1 Đánh giá chung về máy .2 Định hướng phát triển.

76 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 78 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Phác thảo sơ bộ .2: Phương án thiết kế 1 .3: Phương án thiết kế 2 .1: Bảng tra hệ số điều chỉnh .2: Bảng tra hệ số và các số mũ .3: Sơ đồ phân bố trục .4: Khoảng cách từ motor đến trục 1 .5: Khoảng cách giữa trục 1 và trục 2 .6: Sơ đồ phân bố lực từ động cơ đến trục 1 và 2 .7: Biều đồ nội lực trục 1 .8: Bảng tra mác thép TCVN 1966-75 .9: Biểu đồ nội lực trục 2 .9: Biểu đồ nội lực trục 2 .10: Phân tích tổng hợp lực tại trục 3, 4 .11: Biều đồ nội lực trục 3 .12: Biểu đồ nội lực trục 4 .13: Biều đồ phân bố lực và moment từ trục 3,4 đến trục 5,6 .14: Biểu đồ nội lực trục 5 (Khi tay hợp với bàn môt góc 0°) .15: Biểu đồ nội lực trục 5 (Khi tay hợp với bàn môt góc 60°) .16: Biểu đồ nội lực trục 5 (Khi tay hợp với bàn môt góc -60°) .17: Biểu đồ nội lực trục 7 .18: Biểu đồ nội lực trục 8. 28 Hình 4: Các cụm chi tiết.1: Cụm chi tiết số 1 .1: Chi tiết số 1 - Chân máy .2: Chi tiết số 2 - Trục Ø28 .3: Chi tiết số 4 - Cử chặn .4: Chi tiết số 7 - Bạc lót trục Ø28 .5: Chi tiết số 7 - Bạc lót trục Ø28 .6: Chi tiết số 8 - Khóa trục .7: Chi tiết số 9 - Bạc lót trục Ø26 .8: Chi tiết số 10 - Trục Ø26 .9: Chi tiết số 11 - Vòng đệm Ø26 .10: Chi tiết số 12 - Khớp xoay .11: Chi tiết số 13 - Bạc lót trục Ø14 .12: Chi tiết số 14 - Trục Ø14 .2: Cụm chi tiết số 2 .1: Chi tiết số 15 - Thép hộp 25x40x360 .2: Chi tiết số 18 - Pát nối .3: Chi tiết số 29 - Tấm trung gian .4: Chi tiết số 31 - Vòng định vị .5: Chi tiết số 32 - Càng xoay.6: Chi tiết số 33 - Bạc lót trục Ø12 .7: Chi tiết số 34 - Trục Ø12 .8: Chi tiết số 35 - Bạc lót trục Ø16 .9: Chi tiết số 36 - Trục Ø16 .10: Chi tiết số 39 - Trục Ø10 .3: Cụm chi tiết số 3 .1: Chi tiết số 21 - Nắp hộp động cơ .2: Chi tiết số 22 - Pát gắn tay cầm .3: Chi tiết số 26 - Bạc nối nhanh .4: Thông số kích thước của máy sau gia công .1: Nguồn tổ ong 24V-20A .2: PLC Delta DVP-14SS2 .3: Màn hình cảm ứng HMI Delta .4: Động cơ bước 86HS156 .7: Cầu dao điện (CB).1: Màn hình điều khiển cảm ứng.3: Lắp máy hoàn chỉnh .4: Taro lỗ suốt chế độ Manual .5: Kết quả gia công chế độ Manual .6: Taro lỗ có độ sâu 14(mm) bằng chế độ Auto.7: Kết quả gia công chế độ Auto. 74 ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Gia công ren đã là một công đoạn quá đỗi quen thuộc trong gia công cơ khí.

Thế giới ngày một phát triển, công nghệ ngày một cải tiến, từ việc phải gia công từng chi tiết một, tra bảng ren trên những chiếc máy tiện xưa cũ, cho đến lập trình gia công tự động hàng loạt trên máy CNC, gia công ren đã không còn là vấn đề khó giải quyết. Tuy nhiên, đối với các máy CNC cỡ vừa và nhỏ thường được sử dụng ở các xưởng, công ty cơ khí nhỏ, việc gia công ren trong với kích thước lớn là không thể. Để giải quyết vấn đề đó, chúng ta có tay máy taro tự động. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại tay máy taro, từ bán tự động dùng động cơ khí nén cho tới các máy tự động.

Đa số các máy taro tự động đều là hàng nhập khẩu từ các nước như Đức, Mỹ, Nhật, Đài Loan, …với giá thành rất đắt. Chính vì thế, nhóm đã quyết định chọn, tìm hiểu đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tay máy taro bán tự động”, tạo ra một máy taro bán tự động “hàng Việt Nam” để có thể giúp đỡ, hỗ trợ phần nào cho thị trường các doanh nghiệp cơ khí nhỏ, tiết kiệm được chi phí mua, vận hành, sửa chữa máy.2 Mục tiêu đề tài 1.1 Mục tiêu tổng quan Mục đích của việc tiến hành đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy taro bán tự động” là đáp ứng nhu cầu gia công ren trong kích thước lớn của các doanh nghiệp cơ khí nhỏ, tiết kiệm chi phí mua, vận hành, sữa chữa máy. Bên cạnh đó, dự án này có thể cung cấp kinh nghiệm cho các nhà nghiên cứu thông qua việc sử dụng kiến thức cơ khí để thiết kế và phát triển một máy với ứng dụng rộng rãi.2 Mục tiêu cụ thể Trong đồ án “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tay máy taro bán tự động”, nhóm đã đặt mục tiêu tạo ra một chiếc máy có thể gia công ren trong với kích thước từ M3 đến M8, có thể điều chỉnh được bước ren và độ sâu của ren thông qua bảng điều khiển màn hình cảm ứng HMI, lựa chọn gia công ren trái hoặc phải, có nút nhấn bắt đầu gia công thuận tiện trên tay cầm. Hy vọng máy của nhóm có thể đem đến sự tiện lợi, tiết kiệm chi phí cho các doanh nghiệp cơ khí trên khắp đất nước.3 Giới hạn đề tài Trong đề tài này, việc tự động taro đúng độ sâu đã đáp ứng được tính tự động hóa của máy.

Tuy nhiên, việc đáp ứng toàn bộ máy tự động hóa đã nằm ngoài phạm vi của đề tài (tự động di chuyển đến vị trí cần taro). Mỗi chiếc máy làm ra bản thân nó đều tồn tại một giới hạn do đó công việc của nhóm chỉ dừng ở mức tự động taro đúng độ sâu, chiều ren, tốc độ đã chọn.4 Phương pháp nghiên cứu Trên thị trường đã có nhiều loại máy taro bán tự động nhưng đa phần đều là hàng nhập từ các nước Nhật, Trung Quốc, Đài Loan, … Dựa trên sản phẩm đã có trên thị trường, nhóm đã tham khảo để thiết kế lại sao cho chi phí để hoàn thành một chiếc máy được tối ưu hóa, rẻ hơn nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu taro lỗ chính xác. Máy của nhóm làm ra có thể đáp ứng được nhu cầu taro lỗ từ M3 đến M8 với khả năng gia công độ sâu ren chính xác. Chi phí hoàn thành máy rẻ hơn so với các loại máy nhập khẩu, nếu sản xuất hàng loạt, giá thành có thể rẻ hơn, đáp ứng được nhu cầu của các doanh nghiệp cơ khí nhỏ.

Đề tài kết hợp giữa nghiên cứu phương pháp lý thuyết và thực nghiệm. Cụ thể: Nghiên cứu lý thuyết: - Tìm kiếm, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài. - Tính toán, thiết kế các chi tiết cơ khí. - Nghiên cứu, thiết kế, lập trình mạch điện, màn hình điều khiển.

Thực nghiệm: - Lắp đặt, gia công các chi tiết máy, taro thử một số chi tiết, tìm giải pháp khắc phục và các lỗi còn tồn đọng.5 Khảo sát thị trường máy taro Hiện nay, trên thị trường có đa dạng các loại máy taro từ tự động đến bán tự động, từ động cơ khí nén cho tới động cơ điện. Tiêu biểu như: Nhược Loại máy Hình ảnh Ưu điểm điểm 2 - Thiết kế đơn - Không thể giản. taro chính xác được Máy taro sử - Có thể dễ độ sâu. dụng động dàng lắp đặt ở cơ khí nén bất cứ đâu.

- Giá thành rẻ. - Điều khiển - Kích đơn giản, dễ thước máy sử dụng. - Mặt phẳng đặt chi tiết gia công nhỏ nên khó để gia công các chi tiết lớn. Máy taro sử - Khó taro dụng động chính xác cơ điện được độ sâu.

- Taro chính - Giá thành xác được độ cao. - Thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt. - Có thể dễ dàng lắp đặt ở bất cứ đâu. 3 - Dễ dàng taro được các chi tiết lớn.

Kết luận: Từ bảng trên, ta thấy được các ưu, nhược điểm của từng loại máy, dựa vào đó thiết kế ra một chiếc máy đáp ứng được các tiêu chí: - Giá thành rẻ. - Thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt. - Dễ sử dụng. - Có thể dễ dàng lắp đặt ở bất cứ đâu.

- Taro được các chi tiết kích thước lớn. - Taro chính xác được độ sâu. - Dễ dàng sửa chữa, bảo trì, thay thế linh kiện. Phương án thiết kế - Dựa vào các mấu máy taro có sẵn trên thị trường, nhóm đưa ra bản phác thảo đầu tiên về hình dáng của máy Hình 1.