CHƯƠNG 1. 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 1. TỰ ĐỘNG HÓA Tự động hóa là công nghệ mà theo đó quy trình hoặc thủ tục được thực hiện mà không cần sự trợ giúp của con người.
Tự động hóa hoặc điều khiển tự động là sử dụng các hệ thống điều khiển khác nhau cho các thiết bị vận hành như máy móc, quy trình trong nhà máy, nồi hơi và lò xử lý nhiệt, chuyển đổi mạng điện thoại, lái và ổn định tàu, máy bay và các ứng dụng và phương tiện khác hoặc giảm can thiệp của con người. Một số quy trình đã được hoàn toàn tự động 4 Tự động hóa quá trình sản xuất 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. 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.
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.2: Tay robot trong dây truyền sản xuất bia 1. 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 5 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.
Định nghĩa về công cụ CAD CAD (Computer-aided Design) tức là thiết kế có sự trợ giúp của máy tính. Thiết kế ở đây được hiểu là vẽ chi tiết hoặc sản phẩm bằng máy vi tính dưới dạng 2D hoặc mô hình hóa ở dạng 3D. Để tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh cần thực hiện hai công đoạn chính là: thiết kế và chế tạo. Ở công đoạn thiết kế trên cơ sở thu thập thông tin, xử lý kết hợp với khả năng sáng tạo của người thiết kế phân tích toàn bộ tập hợp các phương án và chọn ra một phương án tối ưu.
Đối với sản phẩm có cấu trúc phức tạp, đòi hỏi những chỉ tiêu cao về thông số kỹ thuật cũng như kinh tế, để đạt được giải pháp tối ưu, trong nhiều trường hợp công việc thiết kế và chế tạo không thể thực hiện một cách hoàn chỉnh bởi những phương pháp và công cụ thông thường. Thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính điện tử – CAD là sự ứng dụng có hiệu quả các phương tiện công nghệ của kỹ thuật tin học , điện tử…để giải quyết các công việc liên quan tới công việc thiết kế. Định nghĩa về công cụ CAM CAM (Computer-aided Manufacturing) tức là công nghệ gia công, chế tạo, sản xuất có sự trợ giúp của máy tính. Thực hiện quy trình sản xuất vớ sự trợ giúp của máy tính đện tử là sử dụng máy tính để lập kế hoạch sản xuất và điều khển sản xuất.
6 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.3: Thiết kế các sản phẩm có sự trợ giúp máy tính 1. GIỚI THIỆU VỀ MÁY TÔI CAO TẦN Tôi cao tần là phương pháp sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ.
Nó sử dụng nguồn điện tần số cao để đi qua vật liệu nhiệt có dẫn điện và gây ra hiện tượng gia nhiệt cảm ứng. Gia nhiệt cảm ứng tạo ra nhiệt cực lớn trong lòng phôi. Lượng nhiệt này dễ dàng nung nóng đỏ phôi giúp ta có thể gia công, tôi, luyện phôi, chi tiết máy, vật dụng kim loại chắc chắn. Vì những lý do đó, gia nhiệt cảm ứng được coi là một công nghệ vượt trội và vô cùng hiệu quả khi ứng dụng công nghệ gia nhiệt cảm ứng kim loại trong công nghiệp chế tạo phôi.
7 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.4: Cuộn dây cảm ứng Hình 2.5: Máy tôi cao tần 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 8 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: Gia nhiệt phép bằng tay 1.
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ 1. ĐỘNG CƠ BƯỚC Động cơ bước (stepper motor), là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường, chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay.7: Động cơ bước 9 Về cấu tạo động cơ bước gồm có các bộ phận là stato, roto là nam châm vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính. Động cơ bước được điều khiển bởi bộ điều khiển bên ngoài. Động cơ bước và bộ điều khiển được thiết kế sao cho động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như quay đến một vị trí bất kỳ nào.8: Cấu tạo động cơ bước Động cơ bước được chia làm ba loại chính: động cơ bước nam châm vĩnh cửu, động cơ bước biến từ trở và động cơ bước hỗn hợp/ lai Động cơ bước nam châm vĩnh cửu có roto là nam châm vĩnh cửu, stato có nhiều răng trên mỗi răng có quấn các vòng dây.
Các cuộn dây pha có cực tính khác nhau. Động cơ bước biến từ trở có cấu tạo giống với động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Cấu tạo của stato cũng có các cuộn pha đối xứng nhau, nhưng các cuộn pha đối xứng có cùng cực tính khác với động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Roto của động cơ bước biến từ trở được cấu tạo từ thép non có khả năng dẫn từ cao, do đó khi động cơ mất điện roto vẫn tiếp tục quay tự do rồi mới dừng hẳn.
Động cơ bước hỗn hợp/ lai có đặc trưng cấu trúc của động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ. Stato và roto có cấu tạo tương tự động cơ bước biến từ trở nhưng số răng của stato và roto không bằng nhau. Roto của động cơ bước thường có 2 10 phần: phần trong là nam châm vĩnh cửu được gắn chặt lên trục động cơ, phần ngoài là 2 đoạn roto được chế tạo từ lá thép non và răng của 2 đoạn roto được đặt lệch nhau. ĐỘNG CƠ SERVO Động cơ Servo là một bộ phận của hệ thống điều khiển chuyển động của máy móc.
Một trong các bộ phận không thể thiếu giúp Động cơ Servo có thể hoạt động đó chính là Driver servo. Tương tự như driver của máy tính. Động cơ Servo cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành 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.
Từ tín hiệu hồi tiếp vận tốc/vị trí, hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển họat động của một động cơ servo. Với lý do nêu trên nên sensor đo vị trí hoặc tốc độ là các bộ phận cần thiết phải tích hợp cho một động cơ servo. Đặc tính vận hành của một động cơ servo phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính từ và phương pháp điều khiển động cơ servo.9: Động cơ servo Có 3 loại động cơ servo được sử dụng hiện nay đó là động cơ servo AC dựa trên nền tảng động cơ AC lồng sóc, động cơ servo DC dựa trên nền tảng động cơ DC và động cơ servo AC không than chổi dựa trên nền động cơ không đồng bộ.