Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong xu thế tự động hóa và cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0, các ngành công nghiệp cơ khí chế tạo, điện tử và vi mạch đòi hỏi quy trình sản xuất phải liên tục được nâng cao về tốc độ, năng suất và độ chính xác. Trong chuỗi gia công cơ khí, công đoạn tạo phôi đóng vai trò nền tảng. Đặc biệt, đối với ngành sản xuất linh kiện và hàn vi mạch, nhu cầu sử dụng các đoạn dây đồng dẫn điện có kích thước đồng đều, bề mặt vết cắt phẳng và không biến dạng là rất lớn.
Trong thực tế sản xuất, các phương pháp cắt phôi thủ công (sử dụng kìm cắt hoặc máy cắt cầm tay mini) bộc lộ nhiều nhược điểm nghiêm trọng:
- Phụ thuộc lớn vào tay nghề và sức lao động của công nhân, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn lao động.
- Năng suất thấp, không thể hoạt động liên tục.
- Độ chính xác chiều dài không cao, chất lượng mép cắt không đồng đều và gây lãng phí nguyên vật liệu.
Ngược lại, các hệ thống cắt công nghiệp tự động (như máy cắt thủy lực, máy cắt laser) tuy có năng suất vượt trội và tiết kiệm khoảng 40% thời gian sản xuất nhưng lại có chi phí đầu tư rất lớn, kích thước cồng kềnh, không phù hợp cho các cơ sở sản xuất quy mô vừa và nhỏ hoặc các phòng thực hành kỹ thuật. Từ thực tế đó, đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống cắt phôi tự động" được thực hiện nhằm xây dựng một mô hình máy cắt phôi tự động nhỏ gọn, chi phí hợp lý nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cao.
Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu:
- Tìm hiểu các phương pháp đo chiều dài và công nghệ cắt vật liệu tự động trong công nghiệp.
- Nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí 3D hoàn chỉnh (cấp phôi, nắn thẳng, kẹp, cắt, vận chuyển và dán nhãn).
- Thiết kế hệ thống điều khiển điện, xây dựng thuật toán xử lý tín hiệu encoder và lập trình điều khiển tự động trên PLC kết hợp giao diện giám sát HMI.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cắt phôi tự động tích hợp cơ điện tử, khí nén và điều khiển lập trình PLC.
- Phạm vi không gian và ứng dụng: Mô hình thử nghiệm ứng dụng trong phòng thực hành bộ môn Tự động Điều khiển và các xưởng sản xuất nhỏ.
- Phạm vi thông số kỹ thuật: Cắt phôi kim loại dạng dây/thanh đồng mềm có chiều dày khoảng 1,5 mm và chiều dài phôi cắt đặt trước khoảng 100 mm; tích hợp cơ cấu cấp phôi và đóng hộp, dán nhãn tự động.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đề tài áp dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết, tính toán thiết kế động lực học cơ khí và thực nghiệm chế tạo phần cứng - phần mềm.
1. Phân tích và lựa chọn phương pháp đo chiều dài
Đề tài tiến hành khảo sát và đánh giá ba phương pháp đo kích thước phổ biến trong công nghiệp:
- Đo chiều dài thủ công: Dùng thước thẳng, thước dây; chi phí thấp nhưng tốc độ chậm, phụ thuộc nhân công và độ chính xác thấp.
- Đo bằng xử lý ảnh công nghiệp: Sử dụng camera và thuật toán xử lý điểm ảnh (pixel); độ chính xác rất cao nhưng chi phí đầu tư lớn, thuật toán phức tạp và bị giới hạn bởi trường quan sát của camera.
- Đo bằng cảm biến và Encoder: Sử dụng bộ mã hóa vòng quay (Encoder) phát xung theo góc quay của trục chuyển động để chuyển đổi thành chiều dài di chuyển. Phương pháp này đạt độ chính xác cao, dải đo rộng, tốc độ đáp ứng nhanh và chi phí phù hợp.
Từ phân tích trên, tác giả lựa chọn giải pháp đo chiều dài phôi bằng Encoder tương đối dạng quang học kết hợp bộ đùn dẫn động phôi.
2. Khung lý thuyết và thiết bị nền tảng
- Điều khiển lập trình PLC: Hệ thống sử dụng bộ điều khiển khả trình PLC Siemens SIMATIC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC, đóng vai trò xử lý trung tâm, tiếp nhận tín hiệu ngõ vào tốc độ cao từ encoder, cảm biến quang, cảm biến từ và điều khiển các ngõ ra số.
- Giao tiếp người - máy (HMI): Màn hình cảm ứng HMI Weintek MT8071iP giao tiếp truyền thông với PLC để cài đặt thông số chiều dài, số lượng phôi, tốc độ đùn và giám sát trạng thái vận hành.
- Cảm biến công nghiệp:
- Cảm biến quang điện: Omron E3F-DS30B2 loại khuếch tán để phát hiện vị trí hộp chứa phôi trên băng tải.
- Cảm biến tiệm cận từ: LJ12A3-4-Z/BX để phát hiện vật thể kim loại tại vị trí cắt.
- Cảm biến từ hành trình xi lanh: CS1-J gắn trên thân xi lanh khí nén nhằm xác định điểm đầu/điểm cuối hành trình kẹp.
- Cơ cấu chấp hành và truyền động:
- Động cơ bước (Stepper Motor): Usongshine 17HS4401 kết hợp Driver SI09AFTG để kéo phôi chính xác theo từng bước xung.
- Động cơ DC giảm tốc: JGB37-520 dẫn động băng tải vận chuyển hộp sản phẩm.
- Hệ thống khí nén: Van điện từ DF1100-1H điều khiển kéo cắt khí nén XG-23A và các xi lanh kẹp giữ phôi.
Thiết kế và thi công hệ thống
Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc mô-đun hóa gồm phần cứng cơ khí, tủ điện điều khiển và chương trình phần mềm.
1. Sơ đồ khối và nguyên lý vận hành
Cấu trúc hệ thống gồm 5 khối chức năng chính:
- Khối nguồn: Nguồn xung tổ ong 24VDC - 10A (120W) cấp điện cho toàn bộ PLC, HMI, cảm biến, van khí nén và driver động cơ.
- Khối cảm biến: Gồm cảm biến quang E3F-DS30B2, cảm biến từ LJ12A3-4-Z/BX, cảm biến hành trình CS1-J và Encoder Omron E6B2-CWZ6C.
- Khối điều khiển trung tâm: PLC S7-1200 CPU 1214C kết hợp module mở rộng ngõ ra Relay SM 1222.
- Khối cơ cấu chấp hành: Động cơ bước cấp phôi, động cơ DC băng tải, kéo cắt khí nén và các xi lanh dẫn hướng/kẹp giữ.
- Khối giao diện HMI: Màn hình Weintek hiển thị trạng thái, cảnh báo lỗi và tiếp nhận lệnh điều khiển.
Quy trình hoạt động: Dây đồng từ cuộn cấp phôi được động cơ bước kéo qua cụm 5 con lăn nắn thẳng. Encoder quay đồng bộ và gửi xung về bộ đếm tốc độ cao (HSC) trên PLC. PLC liên tục tính toán chiều dài dây theo công thức:
$$L = \frac{X \cdot C}{re \cdot M}$$
Trong đó: $X$ là số xung đếm được; $C$ là chu vi trục động cơ cấp; $re$ là độ phân giải của encoder (số xung/vòng); $M$ là tỉ số truyền.
Khi chiều dài đạt giá trị đặt trước trên HMI, động cơ bước dừng cấp phôi; xi lanh kẹp kích hoạt để cố định dây; kéo cắt khí nén thực hiện tác vụ cắt đứt phôi. Sau khi cắt, cơ cấu kẹp gắp thả phôi vào hộp chứa trên băng tải. Băng tải dịch chuyển hộp qua cụm cơ cấu dán nhãn để dán tem ghi kích thước và số lượng sản phẩm.
2. Tính toán động lực học băng tải
Tác giả tiến hành tính toán công suất động cơ dẫn động băng tải chuyển hộp phôi với các thông số: chiều dài băng tải $L = 500\text{ mm}$, bề rộng $B = 120\text{ mm}$, đường kính rulo $D = 27\text{ mm}$ (trục 8 mm), vận tốc $v = 0{,}08\text{ m/s}$. Khối lượng rulo và băng tải $m_{\text{rulo}} = 0{,}5\text{ kg}$, khối lượng phôi $m_{\text{phôi}} = 0{,}1\text{ kg}$.
Lực ma sát tổng cộng:
$$F_{\text{ms}} = m_{\text{phôi}} \cdot g \cdot \mu + m_{\text{rulo}} \cdot g \cdot k = 0{,}1 \cdot 9{,}8 \cdot 1 + 0{,}5 \cdot 9{,}8 \cdot 1 = 5{,}88\text{ N}$$
Công suất cần thiết trên trục:
$$P_{\text{ct}} = F_{\text{ms}} \cdot v = 5{,}88 \cdot 0{,}08 = 0{,}47\text{ W}$$
Hiệu suất tổng thể của hệ truyền động (tra bảng gồm băng tải $\eta_{\text{bt}} = 0{,}75$, ổ lăn $\eta_{\text{ol}} = 0{,}995$, khớp nối $\eta_{\text{kn}} = 0{,}999$):
$$N = \eta_{\text{bt}} \cdot \eta_{\text{ol}}^2 \cdot \eta_{\text{kn}} = 0{,}75 \cdot (0{,}995)^2 \cdot 0{,}999 \approx 0{,}73$$
Công suất định mức động cơ yêu cầu:
$$P = \frac{P_{\text{ct}}}{N} = \frac{0{,}47}{0{,}73} \approx 0{,}64\text{ W}$$
Mô-men xoắn trên trục rulo:
$$M_{\text{rl}} = M_{\text{dc}} = \frac{F_{\text{ms}} \cdot D}{2} = \frac{5{,}88 \cdot 0{,}027}{2} = 0{,}07938\text{ Nm}$$
Từ kết quả tính toán, động cơ giảm tốc DC JGB37-520 (24VDC, tốc độ 66 RPM, dòng định mức 50mA) được lựa chọn để đáp ứng mô-men kéo tải.
3. Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật các thiết bị chính
| STT |
Thiết bị / Linh kiện |
Model / Quy cách |
Thông số kỹ thuật chính |
| 1 |
Bộ điều khiển PLC |
Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC |
14 DI (24VDC NPN), 10 DO (24VDC), 2 AI, xung 100 kHz, công suất hao hụt 12W |
| 2 |
Module mở rộng I/O |
Siemens SM 1222 (6ES7222-1HF32-0XB0) |
8 DO dạng Relay 2A, điện áp tải 5–30 VDC / 5–250 VAC |
| 3 |
Màn hình cảm ứng HMI |
Weintek MT8071iP |
Màn hình 7 inch TFT (800×480), Flash 128MB, RAM 64MB, cảm ứng điện trở 4 dây |
| 4 |
Bộ mã hóa vòng quay |
Omron E6B2-CWZ6C |
Encoder tương đối, ngõ ra NPN pha A, B, Z; nguồn 5–24VDC, tần số đáp ứng 100 kHz |
| 5 |
Động cơ bước |
Usongshine 17HS4401 |
Động cơ 2 pha, góc bước 1.8°, kích thước 42×42×48 mm, trục 5 mm |
| 6 |
Driver động cơ bước |
SI09AFTG (Japan) |
Điện áp cấp tối đa 40VDC, dòng $I_{\text{OUT}} = 3{,}5\text{A}$, vi bước 1/1 đến 1/32 |
| 7 |
Kéo cắt khí nén |
XG-23A |
Độ mở 20 mm, áp suất 4–5 kgf/cm², cắt kim loại mềm $1{,}5 \times 15\text{ mm}$ |
| 8 |
Xi lanh kẹp trục Z & Y |
Xi lanh khí nén trục đôi |
Đường kính 10 mm, hành trình 100 mm (trục Z) và 150 mm (trục Y), áp suất tối đa 1.5 MPa |
| 9 |
Cảm biến quang điện |
Omron E3F-DS30B2 |
Dạng khuếch tán, khoảng cách đo 10–30 cm, ngõ ra NPN NC 3 dây, nguồn 24VDC |
| 10 |
Cảm biến từ kim loại |
LJ12A3-4-Z/BX |
Dạng cảm ứng từ, khoảng đo 0–4 mm, ngõ ra NPN NO, nguồn 24VDC |
| 11 |
Van điện từ khí nén |
DF1100-1H |
Điện áp 24VDC, áp suất 0.7 MPa, thời gian đáp ứng 12 ms, chuẩn bảo vệ IP65 |
| 12 |
Nguồn xung tổ ong |
Nguồn công nghiệp 24V |
Điện áp vào 110/220VAC, ngõ ra 24VDC - 10A, công suất 120W, hiệu suất > 80% |
4. Kết cấu cơ khí 3D và bố trí phần cứng
Mô hình cơ khí được thiết kế trên phần mềm SolidWorks bao gồm 6 cụm chức năng:
- Cơ cấu cấp phôi: Cụm gá đỡ động cơ bước kết hợp bộ đùn sợi và puli đồng bộ dẫn hướng dây phôi từ cuộn cấp.
- Cụm con lăn làm thẳng phôi: Hệ thống gồm 5 con lăn nắn phẳng bố trí sole giúp triệt tiêu độ cong biến dạng của dây đồng khi xả từ cuộn.
- Cụm cơ cấu cắt phôi: Giá đỡ cố định kéo cắt khí nén XG-23A và giá gá cảm biến từ phát hiện phôi.
- Cơ cấu kẹp phôi: Cụm kẹp dẫn động bằng xi lanh trục đôi hành trình 100 mm (trục Z) và 150 mm (trục Y), trang bị ngàm kẹp cố định thanh đồng tránh rơi vãi và lệch phôi khi kéo cắt hoạt động.
- Hệ thống băng tải chuyển phôi: Khung nhôm định hình, rulo truyền động phi 27 mm gắn cảm biến quang định vị hộp chứa phôi.
- Cơ cấu dán nhãn: Trục xoay cấp nhãn dẫn động bằng động cơ bước qua hệ truyền động puli - dây đai để dán nhãn lên thành hộp sau khi hoàn tất số lượng phôi cắt.
5. Thiết kế điều khiển và giao diện vận hành
- Tủ điện điều khiển: Mặt ngoài tủ trang bị nút nhấn Start/Stop (LA38-11BN, phi 22 mm) và hệ thống 3 đèn báo trạng thái AD188-22DS (Đèn xanh: hệ thống đang chạy; Đèn đỏ: hệ thống tạm dừng; Đèn vàng nhấp nháy: hệ thống báo sự cố/lỗi). Bên trong tủ bố trí nguồn tổ ong 24V, PLC S7-1200, module SM 1222, driver SI09AFTG và hàng kẹp đấu nối.
- Chương trình PLC (TIA Portal): Xây dựng theo hai chế độ vận hành:
- Chế độ Manual (Bằng tay): Cho phép kích hoạt từng cơ cấu chấp hành độc lập (bật/tắt băng tải, kích đóng/ngắt kéo cắt khí nén, chạy thử động cơ bước, đóng mở xi lanh kẹp) phục vụ kiểm tra và bảo trì phần cứng.
- Chế độ Auto (Tự động): Thực hiện chu trình khép kín: Đùn phôi $\rightarrow$ Đếm xung Encoder $\rightarrow$ Dừng phôi $\rightarrow$ Kẹp giữ $\rightarrow$ Cắt khí nén $\rightarrow$ Bỏ vào hộp $\rightarrow$ Băng tải chạy $\rightarrow$ Dán nhãn $\rightarrow$ Đếm tổng sản phẩm và tự động lặp lại theo số lượng đặt trước.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan đề tài
Trình bày tính cấp thiết của công đoạn tạo phôi trong sản xuất cơ khí và vi mạch điện tử. Phân tích ưu - nhược điểm của các giải pháp cắt phôi thủ công so với hệ thống cắt tự động công nghiệp. Xác định rõ mục tiêu chế tạo máy cắt phôi thanh đồng kích thước nhỏ phục vụ phòng thí nghiệm với yêu cầu kích thước phôi dày 1,5 mm và dài 100 mm.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các phương pháp đo chiều dài (thủ công, xử lý ảnh, cảm biến, encoder). Tổng hợp lý thuyết về cấu trúc phần cứng, ưu nhược điểm và vai trò của bộ điều khiển PLC trong công nghiệp. Trình bày chi tiết nguyên lý cảm ứng điện từ của cảm biến tiệm cận kim loại, nguyên lý thu phát của cảm biến quang điện, nguyên lý kích pha của động cơ bước và phương pháp tạo mã nhị phân/xung ngõ ra của Encoder tương đối và tuyệt đối.
Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống
Trình bày đầy đủ quy trình thiết kế từ việc lựa chọn giải pháp công nghệ, lập sơ đồ khối chức năng đến tính toán cơ cấu động lực học băng tải ($F_{\text{ms}} = 5{,}88\text{ N}, P = 0{,}64\text{ W}, M_{\text{dc}} = 0{,}079\text{ Nm}$). Lựa chọn chi tiết thông số kỹ thuật của từng thiết bị phần cứng (PLC S7-1200 CPU 1214C, HMI Weintek 7 inch, kéo cắt XG-23A, van DF1100-1H, driver SI09AFTG). Trình bày bản vẽ thiết kế 3D 6 cụm cơ khí trên SolidWorks, sơ đồ nguyên lý đấu nối tủ điện điều khiển và lưu đồ thuật toán điều khiển chương trình Auto/Manual trên TIA Portal.
Chương 4: Kết quả thực hiện
Trình bày kết quả hoàn thiện thực tế của mô hình phần cứng gồm khung máy cơ khí, cụm nắn thẳng 5 con lăn, hệ thống kéo cắt khí nén, băng tải và tủ điện điều khiển hoàn chỉnh. Giới thiệu giao diện điều khiển giám sát HMI Weintek. Báo cáo kết quả thử nghiệm vận hành hệ thống ở cả hai chế độ bằng tay và tự động, xác nhận khả năng cắt phôi dây đồng chính xác theo chiều dài và đóng hộp, dán nhãn thành công.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
Đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu đề ra ban đầu, nêu rõ các điểm hạn chế của mô hình thực nghiệm và đề xuất các giải pháp nâng cấp, mở rộng hệ thống trong tương lai.
Kết quả và đóng góp
1. Kết quả chính đạt được
- Về phần cứng: Chế tạo thành công mô hình hệ thống cắt phôi tự động hoàn chỉnh, tích hợp đồng bộ giữa khung cơ khí nhôm định hình, cụm 5 con lăn nắn thẳng dây đồng, cụm đùn phôi bằng động cơ bước, cơ cấu kẹp và cắt phôi bằng khí nén áp suất 4–5 kgf/cm², cùng hệ thống băng tải dài 500 mm và cơ cấu dán nhãn hộp phôi.
- Về điều khiển và phần mềm: Thiết kế tủ điện điều khiển công nghiệp 24VDC đạt chuẩn thẩm mỹ và an toàn. Xây dựng chương trình điều khiển PLC S7-1200 xử lý giải thuật đọc xung tốc độ cao từ Encoder Omron E6B2-CWZ6C để xác định chiều dài phôi với sai số thấp. Thiết kế giao diện HMI Weintek 7 inch cho phép cài đặt linh hoạt chiều dài, số lượng phôi và giám sát trực quan trạng thái hệ thống.
- Về vận hành thực nghiệm: Hệ thống vận hành ổn định ở cả hai chế độ Manual và Auto; thực hiện cắt chính xác các đoạn phôi đồng chiều dày 1,5 mm theo kích thước đặt trước (khoảng 100 mm), tự động đưa vào hộp chứa và dán nhãn thành công.
2. Đóng góp của đề tài
- Đưa ra giải pháp kỹ thuật tích hợp hoàn chỉnh giữa cơ cấu nắn thẳng phôi liên tục và phương pháp đo chiều dài bằng encoder quang học, giúp giải quyết triệt để tình trạng cong vênh dây phôi kim loại khi xả cuộn.
- Cung cấp mô hình thực nghiệm trực quan, kết hợp toàn diện các khối kiến thức chuyên ngành: Điều khiển lập trình PLC, khí nén - điện khí nén, truyền động động cơ bước, cảm biến công nghiệp và thiết kế giao diện giám sát HMI.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
1. Hạn chế của đề tài
- Mô hình chế tạo mới chỉ thử nghiệm trên vật liệu thanh/dây đồng mềm có chiều dày nhỏ (khoảng 1,5 mm) và kích thước cố định khoảng 100 mm, chưa thử nghiệm trên các kim loại có độ cứng cao hơn như thép tấm hay inox.
- Lực cắt của kéo khí nén XG-23A và cơ cấu kẹp còn phụ thuộc vào áp suất nguồn khí nén cấp ngoài, chưa tích hợp cảm biến giám sát áp suất khí nén tự động để ngắt hệ thống khi tụt áp.
- Chưa tích hợp cơ chế tự động bù sai số trượt cơ khí giữa con lăn cấp phôi và bề mặt dây đồng khi tăng tốc độ đùn phôi.
2. Hướng phát triển
- Nghiên cứu nâng cấp cơ cấu cắt sử dụng dao cắt thủy lực hoặc cơ cấu đòn bẩy công suất lớn để cắt được các loại phôi kim loại cứng và có bề dày lớn hơn.
- Mở rộng thuật toán PLC với cơ chế bù trừ sai số trượt động lực học theo thời gian thực để gia tăng độ chính xác khi vận hành ở tốc độ cao.
- Nâng cấp hệ thống truyền thông, tích hợp giao thức SCADA hoặc IoT công nghiệp qua cổng Profinet/Ethernet của S7-1200 để thu thập dữ liệu sản xuất và giám sát từ xa qua mạng máy tính.
Giá trị tham khảo
Báo cáo đồ án tốt nghiệp này là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:
- Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện - Điện tử: Tham khảo phương pháp tính toán động lực học băng tải, quy trình thiết kế tủ điện công nghiệp 24VDC, kỹ thuật đấu nối phần cứng PLC S7-1200 với Driver động cơ bước, van khí nén và encoder.
- Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật thiết kế máy: Tham khảo giải pháp thiết kế cơ khí 3D cụm nắn thẳng phôi 5 con lăn, thuật toán xử lý xung Encoder trên TIA Portal và giải pháp thiết kế giao diện vận hành HMI Weintek.
- Phòng thí nghiệm và xưởng thực hành: Sử dụng làm tài liệu hướng dẫn xây dựng bài thực hành tích hợp hệ thống điều khiển tự động hóa khí nén - PLC cho sinh viên các khóa sau.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đề tài lại lựa chọn phương pháp đo chiều dài bằng Encoder thay vì sử dụng hệ thống xử lý ảnh công nghiệp?
Phương pháp xử lý ảnh công nghiệp tuy có độ chính xác cao nhưng đòi hỏi chi phí đầu tư camera và máy tính xử lý rất lớn, thuật toán phức tạp và trường quan sát bị giới hạn đối với các vật thể dài. Trong khi đó, Encoder tương đối (Omron E6B2-CWZ6C) phát xung trực tiếp theo chuyển động quay của trục cấp phôi, đáp ứng tần số lên đến 100 kHz, dải đo rộng, dễ tích hợp với khối đếm tốc độ cao (HSC) của PLC S7-1200 và có chi phí đầu tư phù hợp với mô hình nhỏ.
2. Động cơ dẫn động băng tải và kéo cắt khí nén sử dụng trong hệ thống có thông số kỹ thuật cụ thể như thế nào?
- Động cơ băng tải là loại động cơ DC giảm tốc JGB37-520 hoạt động ở điện áp 24VDC, dòng điện 50mA, tốc độ định mức 66 RPM (được lựa chọn dựa trên tính toán công suất yêu cầu $P = 0{,}64\text{ W}$ và mô-men $M_{\text{dc}} = 0{,}079\text{ Nm}$).
- Kéo cắt sử dụng model khí nén XG-23A, độ mở lưỡi cắt 20 mm, áp suất vận hành từ 4–5 kgf/cm², trọng lượng 200g, cho phép cắt vật liệu mềm kích thước lên đến $1{,}5 \times 15\text{ mm}$ và vật liệu cứng $0{,}5 \times 15\text{ mm}$.
3. Cơ cấu nắn thẳng phôi trong mô hình được thiết kế như thế nào để đảm bảo phôi không bị cong vênh trước khi cắt?
Cơ cấu nắn thẳng gồm cụm 5 con lăn bố trí so le nhau kết hợp cùng các ống dẫn hướng và giá cố định. Khi dây đồng được bộ đùn kéo từ cuộn cấp, dây sẽ chạy qua các con lăn này để ép nắn và triệt tiêu biến dạng cong ban đầu, đảm bảo thanh phôi đạt độ thẳng tuyệt đối trước khi đi vào vị trí kẹp và cắt.
4. Chức năng của các đèn báo và nút nhấn trên mặt tủ điện điều khiển được quy định như thế nào?
- Nút nhấn màu xanh dùng để kích hoạt hệ thống bước vào trạng thái hoạt động; nút nhấn màu đỏ dùng để tạm dừng hệ thống.
- Đèn báo màu xanh sáng biểu thị hệ thống đang chạy bình thường; đèn màu đỏ sáng biểu thị hệ thống đang ở trạng thái tạm dừng; đèn màu vàng nhấp nháy làm nhiệm vụ cảnh báo sự cố/lỗi kỹ thuật trong hệ thống.
Kết luận
Đồ án "Thiết kế và thi công hệ thống cắt phôi tự động" của sinh viên Phạm Thành Thái và Nguyễn Thành Nhân (ngành CNKT Điều khiển và Tự động hóa, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã giải quyết trọn vẹn bài toán tự động hóa công đoạn nắn thẳng, đo chiều dài, cắt và đóng gói dán nhãn phôi thanh đồng kích thước nhỏ. Mô hình kết hợp chặt chẽ giữa thiết kế cơ khí 3D trên SolidWorks, giải thuật đếm xung tốc độ cao trên PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C, hệ thống chấp hành khí nén và giao diện giám sát HMI Weintek 7 inch. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, vết cắt chính xác và an toàn, mang lại giá trị ứng dụng thực tiễn cao trong giảng dạy kỹ thuật và chế tạo máy công nghiệp vừa và nhỏ.
