CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Lý do chọn đề tài Nhóm chúng em chọn đề tài ‘máy cắt phôi tự động’ vì đây là một đề tài hay gần giống như trong thực tế sản xuất giúp cho tụi em có cái nhìn tổng quan hơn về hệ thống tự động trong công nghiệp. Giới thiệu Máy cắt phôi tự động là một chiếc máy thông minh có thể tự hành cắt phôi mà chúng ta không cần phải tốn quá nhiều công sức như cắt bằng phương pháp thủ công. Với sự ra đời của máy cắt phôi tự động đã tạo sự phát triển mạnh mẽ trong nghành công nghiệp cơ khí cũng như trong công tác giảng dạy ở các trường đại học kỹ thuật.
Những lợi ích mà máy cắt phôi tự động cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như: - Với một chiếc máy tự động như vậy, việc thực hiện cắt có thể diễn ra bất cứ thời gian nào, trong điều kiện làm việc với tần suất cao. - Những sản phẩm thu được có độ chính xác cao phức tạp và đa dạng về chủng loại (gia công được những phôi có ứng suất lớn, kích thước lớn, nhiều loại như dạng tấm hoặc ống, thanh…) - Có năng suất và hiệu suất tốt, ít tốn nhân công … - Gia công dễ dàng, điều khiển thuận tiện. - Đem lại lợi ích về kinh tế lớn đối với các xưởng, các doanh nghiệp công ty, tập đoàn sản xuất cơ khí. Từ nhu cầu thực tiễn và lợi ích của xã hội ta thấy máy cắt phôi tự động là rất cần thiết trong một xã hội phát triển nhất là đối với nước chúng ta đang trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa; đưa công nghệ tự động hóa vào quá trình sản xuất để thay thế con người.
Máy cắt phôi tự động có rất nhiều chủng loại như các máy cắt bằng ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma, thủy lực, khí nén…Trong đề tài này, chúng em đi vào Thiết kế, thi công máy cắt phôi gỗ tự động thuần khí nén. Các vấn đề đặt ra Các máy cắt phôi tự động được bán trên thị trường đã đạt độ hoàn thiện trong kết cấu cũng như trong tính năng. Nhưng đó là những chiếc máy được phát triển bởi những công ty đã có kinh nghiệm trong việc chế tạo những sản phẩm dạng này. Với một đồ án ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TH.
S HUỲNH HẢI tốt nghiệp, việc thiết kế và thi công mô hình chiếc máy, nhóm gặp nhiều vấn đề cần giải quyết. Trong việc thiết kế và chế tạo được hệ thống cơ khí: - Phải chính xác, đảm bảo cho máy chạy êm, không bị kẹt trong quá trình hoạt động. - Tối ưu hóa kích thước cho máy, cơ cấu chấp hành là hệ thống các xilanh phải được bố trí một cách hợp lý cân đối, vững chắc để hoạt động chính xác. - Lựa chọn dao cắt phù hợp với kết cấu.
Đối với hệ thống điều khiển: - Việc xây dựng được thuật toán điều khiển và phương pháp điều khiển cho máy cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn, vừa phải đảm bảo điều khiển cho máy hoạt động được chính xác, dự phòng được các lỗi xảy ra khi máy hoạt động, vừa phải làm sao cho việc lập trình đơn giản nhất có thể. Phương pháp nghiên cứu Máy cắt phôi tự động là một sản phẩm đã được phát triển trên thị trường, và là một sản phẩm cơ khí, điện tử nên trong quá trình làm đồ án, nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Quá trình làm việc được thực hiện theo một trình tự logic, theo trình tự thời gian xác định. Do đó, để thiết kế ta sử dụng phương pháp nghiên cứu cơ điện tử, mô hình hóa hệ thống, thiết kế tuần tự. - Tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về tự động hóa, mạng internet.
- Quan sát một số máy cắt phôi tự động đã có trên thị trường. - Từ lý thuyết nghiên cứu được tiến hành viết chương trình điều khiển và mô phỏng trên máy tính, sau đó thử nghiệm các modul điều khiển các chương trình trên cơ cấu cơ khí thật. Phạm vi nghiên cứu Vì điều kiện thời gian và chi phí hạn chế, mặt khác do nghiên cứu về máy cắt phôi tự động là một đề tài lớn. Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp nhóm đề tài chúng em chuyên nghiên cứu về một mảng điều khiển của máy cắt phôi gỗ tự động với các đặc tính sau: - Máy có công suất nhỏ.
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TH. S HUỲNH HẢI - Sử dụng để cắt gỗ dạng thanh, tiết diện 3mmx30mm, dài 500mmm - Máy có thể hoạt động liên tục 3h/ngày 1. Mục đích và yêu cầu của đề tài - Làm ra một mô hình có thể hoạt động được - việc chế tạo ra mô hình hoạt động tốt sẽ tạo điều kiện cho sinh viên có cơ hội học tập và nghiên cứu một cách thực tế, là một cơ hội tốt giúp sinh viên khỏi bỡ ngỡ khi làm việc thực tế - Việc này đòi hỏi sinh viên phải tham khảo thực tế nhiều lĩnh vực và tham khảo bằng nhiều tài liệu khác nhau. Do đó mang lại sự hiểu biết sâu sắc hơn cho sinh viên không chỉ trong lĩnh vực cơ khí mà còn nhiều lĩnh vực, ngành nghề khác như cơ khí, điện tử, tự động hóa… 1.
Cơ sở lý thuyết ứng dụng Khái niệm hệ thống điều khiển khí nén: Hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực bao gồm các phần tử điều khiển và cơ cấu chấp hành được kết nối với nhau thành hệ thống hoàn chỉnh để thực hiện những nhiệm vụ theo yêu cầu đặt ra. Hệ thống điều khiển khí nén và thủy lực • Tín hiệu đầu vào: nút nhấn, công tắc, công tắc hành trình, cảm biến. • Phần tử xử lý thông tin: Xử lý tín hiệu đầu vào theo một quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển: van logic AND, OR, NOT, YES, FLIP - FLOP. • Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng (lưu lượng, áp suất) theo yêu cầu, thay đổi trạng thái cơ cấu chấp hành: van đảo chiều, van tiết lưu, van chỉnh áp.
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TH. S HUỲNH HẢI • Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tƣợng điều khiển là đại lượng ra của mạch điều khiển: xilanh khí nén, xilanh dầu, động cơ khí nén, động cơ dầu. • Năng lượng điều khiển: gồm phần thông tin và công suất. • Khí nén: Công suất vừa, quán tính, tốc độ cao.Khả năng ứng dụng của khí nén: ❖ Trong lĩnh vực điều khiển • Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các lĩnh vực như: các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp chặt chi tiết hoặc là trong các lĩnh vực sản xuất vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao.
• Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi. ❖ Hệ thống truyền động • Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác, trong các công trình xây dựng… • Truyền động thẳng: vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết. • Truyền động quay: truyền động xilanh, động cơ quay với công suất lớn bằng lượng khí nén. • Trong các hệ thống đo và kiểm tra: được trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lượng sản phẩm.
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TH. S HUỲNH HẢI CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 2. Giới thiệu máy cắt phôi tự động Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển bằng thủy lực – khí nén sử dụng trong máy móc trở nên rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy uốn, máy ép phun, dây chuyền chế biến thực phẩm, …thì hiện nay, trên thế giới máy cắt phôi tự động được sử dung ngày càng nhiều đặc biệt là ở các nước có nền công nghiệp phát triển tiên tiến và hiện đại như Mỹ, Nga, Nhật Bản… Ở Việt Nam những dây chuyền cắt phôi tự động được sử dụng rộng rãi ở hết các tập đoàn, công ty sản xuất lớn như cắt phôi dạng tấm trong dây chuyền sản xuất vỏ ôtô, phôi dạng ống như đường ống dẫn dầu khí, sản xuất phôi hàn. Lâu nay trong lĩnh vực tự động hóa, máy cắt kim loại chỉ giải quyết được đường cắt theo quy luật: tròn đều, elip, thẳng, cong… còn chuyển động không theo quy luật để cắt kim loại theo đường cong bất kỳ, đường gấp khúc, theo không gian 2D, 3D… thì máy không giải quyết được.
Ngày nay người ta dùng công nghệ điều khiển tự động hóa bằng máy vi tính - CNC (Computer numerical controller) để giải quyết vấn đề nan giải nói trên. Riêng ở Bình Định, Trung tâm Kỹ thuật tự động ATC (Trung tâm) lần đầu tiên cũng đã ứng dụng thành công công nghệ CNC để sản xuất máy cắt plasma CNC – để cắt kim loại; máy khắc, khoan CNC dùng trong điêu khắc, khắc được mẫu vật theo hình không gian 3 chiều… Một số hình ảnh về máy cắt phôi tự động: Hình 2. 1 Sử dụng mỏ cắt plasma với robot Hình 2. 2 Máy cắt dây CNC Hình 2.
3 Máy cắt ống hộp bán tự động Tùy theo nhu cầu của người sử dụng về kích thước hình dạng chi tiết mà có nhiều loại máy gia công khác nhau. ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT PHÔI TỰ ĐỘNG 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TH. S HUỲNH HẢI Qua thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài chúng em thấy rằng máy cắt kim loại trên thị trường hiện nay phần lớn sử dụng cơ cấu khí nén, thủy lực, dao sử dụng là dao định hình nhờ tác dụng của cơ cấu khí nén, thủy lực tạo lực dập cắt chi tiết. Trong đề tài này nhóm tập trung nghiên cứu và chế tạo một máy cắt phôi thép, gỗ tự động bằng khí nén kết hợp điều khiển bằng PLC Về cơ bản, một máy cắt phôi tự động bằng khí nén bao gồm có các bộ phận như cơ cấu chấp hành là hệ thống các xilanh dùng để kẹp, đưa, giữ và cắt phôi, các thiết bị hiển thị, có thể là màn hình led hoặc màn hình cảm ứng.
