Luận Văn Thiết Kế Máy Bắn Vít Tự Động Để Tối Ưu Hóa Sản Xuất Bàn Gỗ

Tài liệu nghiên cứu Luận văn thiết kế máy bắn vít tự động cho sản xuất bàn gỗ, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Trần Ngọc Trọng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Quốc Chí
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Máy Bắn Vít Tự Động Cho Sản Xuất Bàn Gỗ
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Quy trình sản xuất bàn gỗ
• 1.2. Nguyên công bắn vít cho bàn gỗ
• 1.3. Xu hướng phát triển ngành công nghiệp sản xuất bàn gỗ và nhu cầu thực tế ở Việt Nam
• 1.4. Tình hình nghiên cứu, phát triển trong và ngoài nước
• 1.4.1. Các nghiêm cứu ở nước ngoài
• 1.4.2. Các sản phẩm có sẵn trên thị trường trong nước
• 1.4.3. Nhận xét chung về các sản phẩm máy bắn vít có sẵn trên thị trường
• 1.5. Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi luận văn
• 1.5.1. Mục tiêu luận văn
• 1.5.2. Nhiệm vụ luận văn
• 1.5.3. Phạm vi luận văn
• 1.5.4. Xác định đầu bài toán cho mục tiêu thiết kế
• 2. CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
• 2.1. Lựa chọn kết cấu cơ khí
• 2.1.1. Phương án 1: Hệ thống robot
• 2.1.2. Phương án 2: Dạng CNC kết hợp với Vision
• 2.1.3. Phương án 3: Dạng CNC
• 2.1.4. Kết luận phần lựa chọn kết cấu cơ khí
• 2.2. Lựa chọn máy cấp vít tự động
• 2.2.1. Phương án 1: Máy cấp vít tự động bằng hơi Hitecom-638
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Máy Bắn Vít Tự Động Cho Sản Xuất Bàn Gỗ

Thiết kế máy bắn vít tự động cho sản xuất bàn gỗ đang trở thành xu hướng quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến gỗ. Với sự phát triển của công nghệ, việc tự động hóa quy trình sản xuất không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu suất làm việc. Máy bắn vít tự động giúp giảm thiểu nhân công và chi phí sản xuất, đồng thời đảm bảo chất lượng sản phẩm. Công ty ScanCom đang tìm kiếm giải pháp tự động hóa quy trình này để nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường.

1.1. Lợi Ích Của Máy Bắn Vít Tự Động Trong Sản Xuất Bàn Gỗ

Máy bắn vít tự động mang lại nhiều lợi ích cho quy trình sản xuất bàn gỗ. Đầu tiên, nó giúp giảm thiểu thời gian lắp ráp, từ đó tăng năng suất. Thứ hai, việc sử dụng máy móc giúp giảm thiểu sai sót do con người, đảm bảo độ chính xác cao trong việc lắp ghép. Cuối cùng, máy bắn vít tự động còn giúp tiết kiệm chi phí nhân công, từ đó nâng cao lợi nhuận cho doanh nghiệp.

1.2. Xu Hướng Tự Động Hóa Trong Ngành Sản Xuất Bàn Gỗ

Ngành sản xuất bàn gỗ đang chứng kiến sự chuyển mình mạnh mẽ với xu hướng tự động hóa. Các công ty đang đầu tư vào công nghệ mới để cải thiện quy trình sản xuất. Việc áp dụng máy bắn vít tự động không chỉ giúp tăng hiệu suất mà còn giảm thiểu rủi ro trong sản xuất. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc cập nhật công nghệ mới trong ngành chế biến gỗ.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Quy Trình Bắn Vít

Quy trình bắn vít trong sản xuất bàn gỗ gặp nhiều thách thức, từ việc đảm bảo độ chính xác đến việc giảm thiểu thời gian sản xuất. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự phụ thuộc vào nhân công, điều này có thể dẫn đến sai sót và tăng chi phí. Ngoài ra, việc lắp ráp mặt bàn với khung bàn cần phải được thực hiện một cách chính xác để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

2.1. Những Thách Thức Trong Quy Trình Lắp Ghép

Quy trình lắp ghép mặt bàn với khung bàn thường tốn nhiều thời gian và công sức. Sự phụ thuộc vào nhân công có thể dẫn đến sai sót trong việc bắn vít, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Để khắc phục vấn đề này, cần có giải pháp tự động hóa hiệu quả.

2.2. Chi Phí Sản Xuất Cao Do Nhân Công

Chi phí cho mỗi công nhân trong quy trình lắp ráp bàn gỗ có thể lên đến 5500-5700 USD/năm. Điều này tạo áp lực lớn lên doanh nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gay gắt. Việc áp dụng máy bắn vít tự động sẽ giúp giảm thiểu chi phí này.

III. Phương Pháp Thiết Kế Máy Bắn Vít Tự Động Hiệu Quả

Để thiết kế máy bắn vít tự động hiệu quả, cần phải xem xét nhiều yếu tố như kích thước bàn gỗ, khả năng vận hành và bảo trì. Việc lựa chọn cơ cấu truyền động và bộ điều khiển cũng rất quan trọng để đảm bảo máy hoạt động ổn định và chính xác. Các phương pháp thiết kế hiện đại sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

3.1. Lựa Chọn Cơ Cấu Truyền Động Phù Hợp

Cơ cấu truyền động là yếu tố quan trọng trong thiết kế máy bắn vít tự động. Cần lựa chọn giữa các phương án như cơ cấu truyền động đai, thanh răng bánh răng hay vitme đai ốc bi. Mỗi phương án có ưu nhược điểm riêng, cần được phân tích kỹ lưỡng để chọn ra phương án tối ưu nhất.

3.2. Thiết Kế Bộ Điều Khiển Tối Ưu

Bộ điều khiển là phần không thể thiếu trong máy bắn vít tự động. Việc lựa chọn bộ điều khiển CNC hay vi điều khiển sẽ ảnh hưởng đến khả năng lập trình và điều khiển máy. Cần đảm bảo bộ điều khiển có khả năng xử lý nhanh và chính xác để đáp ứng yêu cầu sản xuất.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Máy Bắn Vít Tự Động

Máy bắn vít tự động đã được áp dụng thành công trong nhiều nhà máy sản xuất bàn gỗ. Việc tự động hóa quy trình này không chỉ giúp tăng năng suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm. Các công ty đã ghi nhận sự giảm thiểu đáng kể về thời gian sản xuất và chi phí nhân công.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Tại Công Ty ScanCom

Công ty ScanCom đã tiến hành nghiên cứu và áp dụng máy bắn vít tự động trong quy trình sản xuất. Kết quả cho thấy năng suất tăng lên đáng kể, thời gian lắp ráp giảm từ 60 giây xuống còn 30 giây cho mỗi bàn. Điều này giúp công ty tiết kiệm chi phí và nâng cao khả năng cạnh tranh.

4.2. Các Ứng Dụng Khác Của Máy Bắn Vít Tự Động

Ngoài sản xuất bàn gỗ, máy bắn vít tự động còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như sản xuất đồ nội thất, điện tử và ô tô. Sự linh hoạt trong thiết kế giúp máy có thể đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau trong sản xuất.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Thiết Kế Máy Bắn Vít Tự Động

Thiết kế máy bắn vít tự động cho sản xuất bàn gỗ không chỉ là một giải pháp hiệu quả mà còn là xu hướng tất yếu trong ngành công nghiệp chế biến gỗ. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, tương lai của máy bắn vít tự động hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và ứng dụng mới, giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

5.1. Tương Lai Của Công Nghệ Tự Động Hóa

Công nghệ tự động hóa sẽ tiếp tục phát triển và mở rộng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Máy bắn vít tự động sẽ ngày càng trở nên thông minh hơn, với khả năng tự động điều chỉnh và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

5.2. Khuyến Khích Đầu Tư Vào Công Nghệ Mới

Các doanh nghiệp cần khuyến khích đầu tư vào công nghệ mới để nâng cao năng lực cạnh tranh. Việc áp dụng máy bắn vít tự động sẽ giúp giảm chi phí sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm, từ đó tạo ra lợi thế cạnh tranh bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Kích thước máy: 1550x650x800 mm Nguồn điện: AC 100V-230V/50-60Hz Trọng lượng máy: 150kg Khung máy: mặt bàn thép tấm, khung máy nhôm hợp kim PLC điều khiển: hệ thống PLC tự chủ chuyên dụng Giao diện robot: HMS – Human Machine Surface, điều khiển cảm ứng cầm tay Tín hiệu I/O: 8 input/ 8 outputs Cổng tín hiệu: RS232, phần mềm PC Độ chính xác: trục X, Y: ±0,08mm; trục Z: ±0,01mm Tốc độ vận hành: 600 mm/s trục X,Y Máy cấp vít: đặt lên bàn công tác Loại Driver: có thể chế tạo theo tô vít điện hoặc tô vít bằng hơi Phạm vi bắt vít: 450x450mm Cơ cấu kiểm tra trượt vít: có Cơ cấu kiểm tra bắn sót vít: có Cơ cấu kiểm tra cấp sót vít: có Cảnh báo bắt lỗi: có đèn báo Bíp và đèn báo nhắc Loại vít: khách hàng có thể đặt theo một trong các loại vít từ M1.5~M6 Hình dáng vít: vít chữ I, chữ thập, chữ Y, tam giác, hoa mai, lục giác, chữ H Loại đầu vặn vít: sẽ sử dụng loại phù hợp với dải lực khách hàng cung cấp. Nhận xét chung về các sản phẩm máy bắn vít có sẳn trên thì trường Trên thị trường có nhiều loại máy bắn vít tự động nhưng chủ yếu chỉ ứng dụng cho sản phẩm cần bắn vít có kích thước nhỏ và sản xuất hàng loạt. Ngoài ra, có hệ thống tay máy công nghiệp có thể ứng dụng cho sản phẩm có kích thước lớn nhưng gặp nhiều hạn chế khi áp dụng cho khâu bắn vít sản xuất bàn gỗ.

Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi luận văn Mục tiêu luận văn Đưa ra phương án thiết kế hệ thống bắn vít tự động đáp ứng yêu cầu có thể thay đổi bàn cần bắn vít linh hoạt có kích thước tối đa 1100x3100 mm, năng suất hoạt động cao, thu hồi vốn nhanh, vận hành, bảo trì đơn giản. Nhiệm vụ luận văn - Tìm hiểu tổng quan về các hệ thống bắn vít tự động. Tìm hiểu tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Tìm hiểu các sản phẩm có trên thị trường, những ưu điểm nhược điểm khi áp dụng vào bắn vít cho sản xuất bàn gỗ.

- Lựa chọn phương án thiết kế cơ khí. Đưa ra các phương án cơ khí khả thi. Phân tích lựu chọn các phương án phù hợp với yêu cầu đề tài. - Xây dựng mô hình thiết kế hệ thống.

Xây dựng mô hình 3D, tính toán lựa chọn các thiết bị cho máy bắn vít, lập các bản vẽ 2D cần thiết. - Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống điện và điều khiển. Chọn phương án thiết kế hệ thống điện và điều khiển khả thi cho máy bắn vít tự động. - Thiết kế hệ thống điện.

Dựa trên các phương án đã phân tích và chọn tiến hành thiết kế hệ thống điện. Xây dựng sơ đồ chung cho hệ thống điện, lập sơ đồ nối dây, tính toán lựa chọn các thông số của các khí cụ điện. - Thiết kế hệ thống điều khiển. Tìm hiểu bộ điều khiển, khai báo thông số, thiết lập giới hạn không gian làm việc, cách gá đặt bàn gỗ, nạp chương trình, tạo file G-code điều khiển vị trí các trục, lập lưu đồ giải thuật điều khiển.

TỔNG QUAN Phạm vi luận văn Tìm hiểu, thiết kế, mô phỏng, mô hình kiểm nghiệm giải thuật điều khiển máy bắn vít tự động cho sản xuất bàn gỗ. Xác định đầu bài toán cho mục tiêu thiết kế - Vật liệu bàn bắn: gỗ, composite (hợp chất gỗ với nhựa). - Hành trình tối thiểu: trục X 1100mm, trục Y 3100, trục Z 200mm. - Độ chính xác vị trí: 0,15 mm.

- Phương thức bắn vít: bắn thẳng đứng từ trên xuống. - Tốc độ trục X, Y: 100mm/s. - Thời gian siết vít trung bình: 1-1,5 giây/1 vít. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHƯƠNG 2.

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2. Lựa chọn kết cấu cơ khí Phương án 1: Hệ thống robot Đặc điểm: sử dụng tay máy công nghiệp di chuyển đến vịt trí bắn vít được lặp trình trước. Thích hợp với các dây truyền sản xuất tự động hàng loạt. Ưu điểm: độ chính xác cao, có thể thay đổi kích thước bàn lắp vít linh hoạt mà không cần thay đổi hệ thống robot.

Nhược điểm: chi phí giá thành cao vì sử dụng robot. Phương án 2: Dạng CNC kết hợp với Vision Đặc điểm: hệ thống di chuyển theo 3 trục XYZ sử dụng hệ thống vision để xác định vị trí cần bắn vít. Ưu điểm: độ chính xác cao, khi thay đổi bàn cần bắn vít không cần lập trình lại, phù hợp với nhu cầu thay đổi bàn bắn vít linh hoạt. Nhược điểm: chi phí giá thành tương đối cao.

Không phù hợp với khả năng bảo trì hiện tại của công ty. Phương án 3: Dạng CNC Đặc điểm: hệ thống di chuyển theo 3 trục XYZ đến các vị trí được lặp trình trước. Ưu điểm: độ chính xác cao, khi thay đổi bàn cần bắm vít phải lập trình lại nhưng đơn giản không quá phức tạp. Phù hợp với nhu cầu thay đổi bàn bắn vít linh hoạt.

Giá thành thấp. Nhược điểm: không chính xác bằng phương án 2 vì khi sản xuất khung bàn và mặt bàn có sai số nhất định và sai số của khung gá. Kết luận phần lựa chọn kết cấu cơ khí Khung bàn và các thanh gỗ để ghép mặt bàn được sản xuất tự động nên sai số rất nhỏ. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Đối với khung bàn sai số nhỏ hơn 1mm so với vị trí tâm lỗ.

Sai số này do sai số của máy gia công (sai số rất nhỏ), do sự co giản trong quá trình sử lý nhiệt, sai số do dụng cụ đo. Đối với các thanh gỗ ghép mặt bàn rất nhỏ 0,1mm do sai số của máy gia công. Với vít M4 được bắn trong lỗ ∅6.5mm của khung bàn, và lỗ mồi ∅ 3mm Ta nhận thấy với sai số như vậy hoàn toàn có thể áp dụng phương án 3 dạng CNC phù hợp với yêu cầu của công ty ScanCom. Sơ đồ động hệ thống cơ khí 2.

Lựa chọn máy cấp vít tự động Phương án 1: Máy cấp vít tự động bằng hơi Hitecom-638 Hình 2. Hitecom-638 12 CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Thông số kỹ thuật: Model máy: HITECH-638 Cơ chế hoạt động: Cấp bằng hơi, hay còn gọi là khí nén Dung lượng chứa vít: 1800-2000 vít Nguồn điện vào: AC 200V 50/60Hz Công suất thiết kế: 300 W Tốc độ cấp vít: 80-120 pcs/phút Tốc độ xiết vít: 1 giây/ 1 vít (Phụ thuộc vào độ dài ngắn của vít) Loại vít tương thích: từ M1.4~M5 (Có thể đặt hang theo yêu cầu cụ thể của khách hàng) Cụ thể tham khảo bảng tham chiếu tiêu chuẩn vít GB/T 818 2000 Tổng trọng lượng máy: ~14kg Kích thước máy: 380*250*280mm Chất liệu vỏ máy: Thép mạ sơn trắng cách điện + Cơ cấu nhả vít bằng thép hợp kim Ưu điểm: tốc độ cấp vít nhanh, phù hợp với hệ thống CNC. Nhược điểm: do cấp vít bằng khí nên nền có tiếng ồn lớn.

Phương án 2: Máy cấp vít tự động Fuma FA-1060 Hình 2. FUMA FA-1060 13 CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Thông số kỹ thuật Model máy: FA~1060 (Big Size) Chất liệu vỏ máy: Thép/ sơn mạ trắng Nguồn điện vào: AC 110-240V 50/60Hz Nguồn điện ra: DC 15V/2A Tốc độ cấp vít: 2pcs/s Loại vít tương thích: M2~M5 (M6 đối với một số loại vít), dài max là 20mm Trọng lượng máy ~5kg Ưu điểm: tốc độ cấp vít nhanh. Nhược điểm: không phù hợp với bàn bắn vít lớn vì cần di chuyển về trị trí máy cấp vít để lấy vít, quá trình này tốn nhiều thời gian hơn khi cấp vít trực tiếp đến đầu bắn vít.

Kết luận phần lựa chọn máy cấp vít tự động Với kích thước bàn cần bắn vít lớn để hạn chế việc di chuyển lấy vít ta chọn Máy cấp vít tự động bằng hơi Hitecom-638. Lựa chọn cơ cấu truyền động 2. Cơ cấu truyền động đai - Ưu điểm: + Có thể truyền động giữa các trục xa nhau (>15m). + Làm việc êm và không ồn ào nhờ vào độ dẻo dai, do đó có thể chuyền động với vận tốc lớn.

+ Tránh cho các cơ cấu không có sự dao động lớn sinh ra do tải trọng thay đổi nhờ vào tính chất đàn hồi của đai. + Đề phòng sự quá tải của động cơ nhờ vào sự trượt trơn của đai khi quá tải. + Kết cấu và vận hành đơn giản ( do không cần bôi trơn), giá thành thấp. - Nhược điểm 14 CHƯƠNG 2.

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN +Kích thước bộ truyền lớn, tỷ số truyền khi làm việc thay đổi do hiện tượng trượt đàn hồi của đai và bánh đai. + Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lăn do ta phải căng đai với lực lớn ban đầu, tuồi thọ thấp (từ 1000-5000 giờ). Cơ cấu thanh răng bánh răng - Ưu điểm: + Thanh răng, bánh răng được sử dụng để truyền chuyển động trong các máy tự động hóa giống như vitme. Dễ sử dụng, có thể điều chỉnh độ dài tùy ý, lắp đặt dễ dàng.

+ Bánh răng, thanh răng hoạt động theo nguyên lý biến đổi từ chuyền động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến. Khi thanh răng kết hợp với bánh răng sẽ tạo được sự chuyển động ăn khớp theo dạng khép cứng vào nhau mà không gây ra độ trượt, độ rung. - Nhược điểm: + Chế tạo tương đối phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao. + Có nhiều tiếng ồn khi làm việc ở tốc độ cao.

+ Độ chính xác không cao bằng vitme đai ốc bi. Hoạt động thời gian dài có hiện tượng bị mòn răng làm giảm độ chính xác. Cơ cấu truyền động vitme đai ốc bi - Ưu điểm: + Ma sát lăn, ít tổn thất năng lượng, hiệu suất truyền động cao 90-98%. + Độ rơ tương đối thấp, tuổi thọ cao, độ cứng vững tốt.

- Nhược điểm: + Dễ bị rỉ khi tiếp xúc với môi trường làm việc không thuận lợi. + Do ma sát nên ren mòn nhanh, phải bôi mỡ định kỳ để đảm bảo các bi hoạt động tốt. Có hiện tượng sượn giống thanh trượt vuông khi không bảo dưỡng định kỳ dẫn đến chuyển động không còn được trơn tru và gây ra sai số trong qua trình gia công. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Kết luận phần lựa chọn cơ cấu truyền động - Đối với trục X, Y ta chọn cơ cấu truyền động thanh răng, bánh răng.

- Đối với trục Z ta chọn cơ cấu truyền động vitme đai ốc bi. Lựa chọn cơ cấu dẫn động 2. Thanh trượt vuông - Ưu điểm: + Có khả năng chịu lực cả ba mặt, đảm bảo định vị theo ba phương. Ngoài ra do kết cấu sử dụng bi để chuyền ma sát trượt sang ma sát lăn nên hệ số ma sát rất nhỏ, đồng thời độ chính xác cao.

+ Chuyền động trơn tru.