Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu hướng tự động hóa sản xuất công nghiệp, việc thay thế các cơ cấu bán tự động hoặc thao tác thủ công bằng các dây chuyền tự động khép kín là nhu cầu trực tiếp của các doanh nghiệp gia công cơ khí. Đề tài "Thiết kế và thi công máy cấp và dập tán tự động cho công ty Minh Tâm" được thực hiện xuất phát từ thực trạng sản xuất tại Công ty TNHH Thương mại & Dịch vụ Tự động hóa Minh Tâm.

Tại thời điểm khảo sát, doanh nghiệp đang vận hành hệ thống máy bán tự động cho công đoạn dập pin (tán) vào phôi bản lề/bát kẹp (Pat). Dây chuyền này chưa có khả năng tự động hóa ở khâu cấp phôi, đòi hỏi phải bố trí từ 01 đến 03 công nhân túc trực để nạp Pat và Pin thủ công vào khuôn dập. Quá trình nạp liệu bằng tay vào máy dập cơ khí tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn lao động cao, đồng thời năng suất phụ thuộc nhiều vào thao tác của người vận hành. Thêm vào đó, các loại phôi đầu vào (gồm Pat chữ L loại A và loại B) có giá trị kinh tế thấp nên công đoạn gia công thô phía đối tác có dung sai tương đối lớn, vị trí tâm lỗ dập giữa các sản phẩm không đồng nhất và tỷ lệ phôi lỗi chưa qua sàng lọc còn tồn tại.

Từ thực tiễn trên, tác giả xác định 04 mục tiêu kỹ thuật cụ thể:

  1. Máy đạt năng suất hoàn thiện trên 1500 sản phẩm/giờ (chu kỳ dập từ 1,5 đến 2 giây cho một sản phẩm).
  2. Hệ thống vận hành chính xác và duy trì tính ổn định liên tục trong môi trường công nghiệp.
  3. Tích hợp chức năng tự động phát hiện sự cố và hiển thị cảnh báo lỗi chi tiết qua màn hình HMI.
  4. Đảm bảo chất lượng liên kết giữa Pin và Pat đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật của khách hàng.

Phạm vi nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình cấp liệu, định vị và dập tán Pin vào hai loại phôi Pat chữ L (loại A và loại B); cơ cấu truyền động mâm xoay chia độ, hệ thống chấp hành khí nén và mạch điều khiển logic khả trình.
  • Không gian nghiên cứu: Nghiên cứu, gia công, lắp ráp và thử nghiệm thực tế tại xưởng sản xuất của Công ty TNHH Thương mại & Dịch vụ Tự động hóa Minh Tâm.
  • Tiêu chuẩn áp dụng: Thiết kế và lắp đặt hệ thống cơ điện tuân thủ theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện quốc tế IEC.
  • Kế hoạch nghiên cứu gồm 8 bước: (1) Phân tích yêu cầu khách hàng và lên ý tưởng; (2) Nghiên cứu và lựa chọn thiết bị; (3) Lập phương án thiết kế và mô phỏng 3D; (4) Thiết kế chi tiết cơ khí và tính chọn vật liệu; (5) Hoàn thiện chế tạo cơ khí và tủ điện điều khiển; (6) Lập trình điều khiển PLC và giao diện HMI; (7) Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh; (8) Đánh giá kết quả và đề xuất hướng phát triển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng lý thuyết điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất rời rạc thông qua thiết bị điều khiển khả trình (PLC) kết hợp hệ thống truyền động chuyển vị chính xác và khí nén công nghiệp.

Các nền tảng lý thuyết và thiết bị phần cứng được tác giả sử dụng gồm:

  • Bộ điều khiển khả trình PLC dòng FX của hãng Mitsubishi Electric, cụ thể là CPU FX3U tích hợp vi xử lý tốc độ cao, hỗ trợ phát xung điều khiển vị trí và mở rộng module chức năng linh hoạt.
  • Hệ thống truyền động Servo Mitsubishi dòng MR-JE kết hợp động cơ Servo dòng HG-KN, vận hành ở chế độ điều khiển vị trí góc quay với thuật toán tự động tinh chỉnh (Advanced One-Touch Tuning).
  • Lý thuyết về cảm biến công nghiệp ngõ ra NPN tiếp điểm thường hở (NO), kích hoạt ở mức điện áp 0V nhằm hạn chế đoản mạch dương tính trong môi trường công nghiệp. Các nhóm cảm biến được ứng dụng gồm cảm biến tiệm cận cảm ứng từ (phát hiện kim loại) và cảm biến quang điện thu phát độc lập (chống nhiễu ánh xạ bề mặt kim loại).
  • Hệ thống điều khiển khí nén: Sử dụng van điện từ đảo chiều 5/2 (5 cửa 2 vị trí) cuộn coil 24VDC điều phối dòng khí nén tác động lên các xi lanh dẫn hướng, kẹp và định vị.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp: Khảo sát mẫu phôi cơ khí thực tế (Pat loại A, Pat loại B, Pin), đo đạc kích thước và dung sai cơ học để tính toán kích thước khuôn gá và hành trình dịch chuyển của các trạm.
  • Phương pháp thiết kế kỹ thuật và mô phỏng: Thiết kế hệ thống cơ khí 3D để kiểm tra không gian lắp đặt, tính đồng tâm và va chạm hình học; thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển bằng phần mềm AutoCAD Electrical.
  • Phương pháp thực nghiệm: Thi công cơ khí, đấu nối tủ điện thực tế, lập trình điều khiển tuần tự trên phần mềm GX Works2, thiết kế giao diện vận hành trên phần mềm EasyBuilder Pro, sau đó chạy thử tải liên tục để kiểm tra thời gian đáp ứng và tỷ lệ phôi lỗi.

Nguồn tài liệu kỹ thuật gốc được trích dẫn gồm:

  • Tài liệu hướng dẫn sử dụng bộ điều khiển Servo: MR-JE Manual.
  • Tài liệu kỹ thuật phần cứng và tập lệnh PLC: PLC FX3U Manual.
  • Tài liệu hướng dẫn bộ điều khiển bộ rung cấp liệu: CUH SDVC43 Series Manual.
  • Tài liệu phần mềm: Learning materials for AutoCAD Electrical, GX Works2 Operating Manual, EasyBuilder Pro Manual.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế dưới dạng máy dập nhiều trạm tuần tự dạng mâm xoay tròn (Rotary indexing table), toàn bộ cụm máy có kích thước tổng thể $1380 \times 1170 \times 1553\text{ mm}$ với tổng khối lượng xấp xỉ 500 kg.

1. Kiến trúc cơ khí và cơ cấu chuyển trạm

Trung tâm của hệ thống là mâm xoay 7 vị trí gá đặt sản phẩm. Trục mâm xoay được liên kết đồng trục với trục động cơ Servo thông qua khớp nối (Coup-Link) và được đỡ bằng cụm ổ lăn chuyên dụng để triệt tiêu lực uốn dọc trục và lực hướng tâm sinh ra trong quá trình dập. Trên mâm xoay bố trí các bộ khuôn kẹp vạn năng, sử dụng chốt Pin định vị kết hợp 2 bu-lông siết. Để thích ứng với dung sai lớn của cả hai loại Pat (loại A và B), đế khuôn được cấy các khối nam châm vĩnh cửu nhằm hút giữ bề mặt phôi kim loại, chống xê dịch trong các chuyển động quay gián đoạn.

2. Nguyên lý hoạt động của 7 trạm chức năng

Chu trình công nghệ khép kín gồm 7 công đoạn liên tiếp:

  • Trạm 1 (Cấp Pat): Phôi Pat được mâm rung định hướng đưa đến rãnh trượt chờ. Một cảm biến tiệm cận xác nhận phôi đã vào vị trí. Khi khuôn trống trên mâm xoay tiến vào trạm, xi lanh dẫn hướng CXSM15-45 đẩy Pat vào khuôn gá rồi thu hồi về vị trí ban đầu.
  • Trạm 2 (Định tâm Pat): Do phôi Pat dập thô có sai số vị trí lỗ, trạm 2 trang bị xi lanh SD32-40 gắn đầu đẩy gia công tiện côn. Khi xi lanh hạ xuống, mũi côn đi vào lỗ Pat để ép tâm phôi trùng khít tuyệt đối với tâm khuôn dập, đồng thời giữ chặt phôi để ổn định mâm xoay khi trạm 5 thực hiện dập.
  • Trạm 3 (Cấp Pin): Pin được đưa lên từ mâm cấp phôi sử dụng động cơ 1 pha truyền động xích sang mâm rung CUH. Mâm rung đẩy Pin vào càng kẹp của xi lanh kẹp khí nén HFZ-16. Cảm biến quang kiểm tra sự hiện diện của Pin. Xi lanh kẹp HFZ-20 kẹp lấy thân Pin, HFZ-16 mở nhẹ nhả Pin, sau đó xi lanh trượt MXS16-75 hạ xi lanh HFZ-20 xuống để thả Pin chính xác vào lỗ Pat đã định tâm.
  • Trạm 4 (Kiểm tra Pin): Xi lanh HLH16-20 hạ thanh dò xuống kiểm tra độ sâu hành trình. Nếu Pin đã lọt đúng vào lỗ Pat, hành trình đạt giá trị tiêu chuẩn, PLC xác nhận trạng thái cho phép dập ở trạm 5. Nếu Pin bị lệch, rơi ngang hoặc không có Pin, cảm biến hành trình không kích hoạt, PLC đánh dấu phôi lỗi.
  • Trạm 5 (Dập Pin vào Pat): Năng lượng dập được tạo ra từ động cơ điện 3 pha kéo bánh đà quay liên tục thông qua dây curoa. Khi nhận tín hiệu cho phép từ trạm 4, xi lanh TN32-10S đẩy bệ đỡ máy dập vào vị trí chịu tải dưới mâm xoay (nhằm cách ly lực dập tác động lên vòng bi mâm xoay). Tiếp đó, nam châm điện tác động đóng ly hợp cơ khí, giải phóng quán tính bánh đà ép đầu dập xuống với lực lớn để tán chặt Pin vào Pat. Cảm biến tiệm cận xác nhận đầu dập rút về vị trí điểm chết trên, xi lanh đỡ rút về. Nếu trạm 4 báo lỗi, cụm dập đứng yên, bỏ qua chu trình dập.
  • Trạm 6 (Đẩy sản phẩm hoàn thiện): Xi lanh SC63-50 tiến vào đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn, đồng thời tạo chốt khóa cứng mâm xoay. Cùng lúc, xi lanh TR6-20 tác động vào bệ tựa để hất Pat ra máng thoát thành phẩm. Để khắc phục lực hút của nam châm định vị đế khuôn, một thanh gạt cơ khí phụ trợ được bố trí để tách hoàn toàn các chi tiết bị dính sót khi mâm xoay dịch chuyển.
  • Trạm 7 (Loại bỏ phôi lỗi): Đối với các phôi Pat không được dập ở trạm 5 do thiếu Pin hoặc lệch Pin, xi lanh TR6-20 (hoặc HLH16-20) sẽ gạt phôi ra khỏi khuôn chuyển vào khay phế phẩm, giải phóng khuôn trống hoàn toàn trước khi quay trở lại trạm 1.

3. Bảng tổng hợp thiết bị điện và khí nén

Phân nhóm Tên thiết bị / Mã hiệu Xuất xứ / Nhà cung cấp Thông số kỹ thuật chính Vị trí / Mục đích sử dụng
Bộ điều khiển FX3U-80MT/ESS Mitsubishi Electric 40 ngõ vào DC, 40 ngõ ra Transistor (Source), nguồn 100-240VAC Xử lý logic toàn bộ hệ thống, phát xung điều khiển Servo
Bộ điều khiển vị trí Driver MR-JE-40A Mitsubishi Electric Công suất 400W, điều khiển vị trí ngõ vào xung, điện áp 1 pha 200-240VAC Điều khiển vị trí góc quay chính xác cho mâm xoay 7 trạm
Động cơ chấp hành Motor HG-KN43B Mitsubishi Electric Công suất 400W, mô-men xoắn định mức 1.3 Nm, có thắng từ Dẫn động mâm xoay chuyển trạm thông qua khớp nối Coup-Link
Cảm biến tiệm cận 1 UP08RM-1.5NA Hanyoung Nux Thân M8, ngõ ra NPN-NO, khoảng cách phát hiện 1.5 mm, nguồn 12-24VDC Phát hiện Pat tại trạm 1; xác định điểm gốc cơ cấu dập tại trạm 5
Cảm biến tiệm cận 2 PSN17-8DN Autonics Khung chữ nhật 17 mm, ngõ ra NPN-NO, khoảng cách phát hiện 8 mm, nguồn 12-24VDC Phát hiện mức Pin trên đường dẫn mâm rung cấp phôi
Cảm biến quang điện E3T-ST12 2M Omron Thu phát độc lập (Through-beam), ngõ ra NPN, nguồn 12-24VDC Phát hiện Pin trên càng kẹp trạm 3 (chống phản xạ quang bề mặt)
Cảm biến quang góc EE-SX672 Omron Cảm biến quang chữ U, khe hở 5 mm, ngõ ra NPN Giám sát vị trí góc quay và điểm gốc mâm xoay chuyển trạm
Van điện từ khí nén E-SP4V110-01-B Misumi Van 5/2 đơn cuộn coil, điện áp 24VDC, cổng ren 1/8", áp suất 0.15 - 0.8 MPa Điều khiển hành trình các xi lanh khí nén các trạm 1 đến 7
Màn hình giám sát HMI Weintek Weintek Labs Giao thức RS-422/485 kết nối PLC FX3U, màn hình màu cảm ứng điện trở Giao diện điều khiển Manual/Auto, giám sát I/O và báo lỗi sự cố
Bộ rung cấp phôi CUH SDVC43 Series CUH Điều khiển biên độ và tần số rung cấp liệu phôi tự động Cấp phôi Pat và Pin rời rạc lên đường dẫn dẫn hướng

4. Hệ thống điều khiển và giao diện vận hành

  • Mạch động lực: Phân tách riêng biệt giữa lưới điện 3 pha 380VAC cấp cho động cơ máy dập qua khởi động từ; nguồn 1 pha 220VAC cấp cho bộ biến đổi nguồn tổ ong, PLC, Driver Servo; và mạch hạ áp 24VDC chuyên biệt cho van điện từ và hệ thống cảm biến.
  • Giao diện HMI: Lập trình song ngữ Việt - Anh, tổ chức thành các phân hệ màn hình chức năng:
    • Trang Vận hành Tự động: Giám sát chu kỳ dập, số lượng sản phẩm hoàn thành, trạng thái từng trạm.
    • Trang Điều khiển Bằng tay (Manual 1 & Manual 2): Cho phép ép kích từng van solenoid, xi lanh và nhích từng bước góc quay Servo phục vụ cân chỉnh ban đầu.
    • Trang Cài đặt: Cho phép cài đặt các thông số vận hành của mâm xoay, tốc độ phát xung Servo, thời gian trễ của các cơ cấu kẹp và dập.
    • Trang Giám sát Trạng thái (Trạng thái 1 & Trạng thái 2): Hiển thị trực quan toàn bộ các bit cờ ngõ vào (X) và ngõ ra (Y) của PLC FX3U.
    • Trang Báo lỗi và Cảnh báo: Tự động khóa liên động và hiển thị cảnh báo khi hết phôi Pat, hết phôi Pin trên phễu rung, hoặc khi người vận hành gạt công tắc chuyển chế độ khi hệ thống đang trong chu trình chạy tự động.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Chương 1 trình bày bối cảnh công nghiệp hóa gắn với cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0, nhấn mạnh vai trò của hệ thống điều khiển tự động dùng PLC thay thế rơ-le trung gian nhằm tối ưu hóa dây dẫn, tăng độ bền và khả năng chống nhiễu trong nhà máy. Tác giả nêu rõ lý do chọn đề tài dựa trên bài toán thực tế của Công ty Minh Tâm: chuyển đổi từ máy dập tán bán tự động cần 1 đến 3 người vận hành sang hệ thống tự động hoàn toàn nhằm loại trừ tai nạn lao động và nâng cao năng suất. Chương này công bố 4 mục tiêu nghiên cứu (năng suất > 1500 sp/giờ, hoạt động ổn định, có cảnh báo HMI, đáp ứng chuẩn chất lượng phôi), xác lập phạm vi nghiên cứu theo tiêu chuẩn IEC và kế hoạch triển khai gồm 8 bước từ khảo sát đến nghiệm thu.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 hệ thống hóa các nền tảng kỹ thuật phục vụ việc tính toán, thiết kế hệ thống. Nội dung bao gồm:

  • Giới thiệu cấu trúc phần cứng của PLC Mitsubishi (CPU, bộ nhớ RAM/ROM, module I/O, bộ cấp nguồn) và phân loại các dòng FX (FX1S, FX1N, FX2N, FX3U/FX3G), Q Series và L Series.
  • Khái quát về hệ thống Servo Mitsubishi, phân tích đặc điểm kỹ thuật của các dòng Driver MR-J4, MR-JE và MR-JN, từ đó giải thích tính tương thích của dòng MR-JE trong các hệ thống tự động hóa vừa và nhỏ nhờ tính năng tự động tinh chỉnh và giá thành phù hợp.
  • Phân loại cảm biến công nghiệp (vật lý, hóa học; cảm biến tiệm cận, cảm biến quang điện) và nguyên lý phân cực ngõ ra NPN/PNP.
  • Phân loại van điện từ (Solenoid Valve) khí nén theo số cửa và số vị trí (van 3/2, 2/2, 4/2, 5/2, 5/3) và điện áp cuộn hút.

CHƯƠNG 3: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ - LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN

Chương 3 là phần trọng tâm về thiết kế kỹ thuật, gồm hai phân hệ cơ khí và điện:

  • Phân tích cơ tính và kích thước của hai loại phôi Pat chữ L (loại A, B) và phôi Pin; chỉ ra vấn đề dung sai phôi lớn và sự sai lệch tâm lỗ giữa các lô hàng gia công giá rẻ.
  • Trình bày bản vẽ thiết kế 3D toàn máy ($1380 \times 1170 \times 1553\text{ mm}$, nặng 500 kg) với kết cấu 7 trạm xoay quanh mâm chia độ. Thuyết minh chi tiết giải pháp bệ dựa di trượt gắn nam châm vĩnh cửu để định vị phôi và kết cấu khớp nối Coup-Link chống uốn trục Servo.
  • Trình bày sơ đồ nguyên lý hoạt động 7 trạm chức năng và quy trình tính chọn thiết bị: cảm biến tiệm cận Hanyoung UP08RM-1.5NA, Autonics PSN17-8DN; cảm biến quang thu phát Omron E3T-ST12 2M; van khí nén Misumi E-SP4V110-01-B; Driver Servo MR-JE-40A kết hợp Motor HG-KN43B; PLC Mitsubishi FX3U-80MT/ESS ngõ ra Transistor.
  • Thiết kế chi tiết mạch điện: mạch động lực 220VAC, mạch điều khiển 24VDC, mạch điều khiển động cơ 3 pha máy dập, sơ đồ đấu nối I/O của PLC FX3U, Driver Servo, relay trung gian, van khí nén và nút nhấn.
  • Thiết kế giao diện HMI Weintek trên phần mềm EasyBuilder Pro gồm các màn hình Vận hành tự động, Điều khiển tay 1 & 2, Cài đặt thông số, Giám sát ngõ vào/ngõ ra PLC và hệ thống trang cảnh báo lỗi.

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM

Chương 4 mô tả kết quả lắp ráp phần cứng thực tế và quy trình vận hành thử nghiệm của máy:

  • Thể hiện hình ảnh thực tế của cụm cơ khí mâm xoay, tủ điện chính, bộ manifold van khí nén, màn hình HMI và toàn bộ 7 trạm làm việc.
  • Trình bày quy trình cấp nguồn, cấp khí nén, đưa hệ thống về điểm gốc cơ khí (Homing/Origin) ở chế độ Manual trước khi chuyển sang Auto.
  • Thử nghiệm chi tiết chuỗi tác động của 7 trạm trong chế độ tự động: cấp Pat (Trạm 1) $\rightarrow$ định tâm bằng chốt côn (Trạm 2) $\rightarrow$ gắp và thả Pin (Trạm 3) $\rightarrow$ kiểm tra hành trình Pin (Trạm 4) $\rightarrow$ dập tán Pin nhờ động cơ 3 pha và xi lanh đỡ tải (Trạm 5) $\rightarrow$ đẩy thành phẩm ra máng bằng xi lanh hành trình dài (Trạm 6) $\rightarrow$ gạt bỏ Pat lỗi chưa dập (Trạm 7).
  • Thử nghiệm các kịch bản lỗi: phát hiện Pin không lọt lỗ ở trạm 4 và khóa lệnh dập tại trạm 5 thành công; cảnh báo hết Pat/Pin trên mâm rung; ngắt khẩn cấp khi người dùng chuyển công tắc sang Manual trong lúc máy đang chạy.
  • Đánh giá chất lượng thành phẩm đầu ra và thống kê sản lượng đạt được trong 1 giờ làm việc.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Chương 5 đúc kết các kết quả đạt được đối chiếu với 4 mục tiêu đề ra ban đầu; khẳng định hệ thống đã giải quyết trọn vẹn bài toán cấp phôi và dập tán tự động cho Công ty Minh Tâm. Tác giả cũng chỉ ra các mặt hạn chế còn tồn đọng trong quá trình vận hành thực tế và đề xuất các biện pháp cải tiến cơ cấu nhả phôi cơ khí cho các phiên bản chế tạo máy kế tiếp.

Kết quả và đóng góp

Các kết quả thực nghiệm được ghi nhận trực tiếp từ văn bản:

  • Năng suất làm việc: Thời gian hoàn thành chu trình cho 01 sản phẩm hoàn thiện (Pin được dập chắc chắn vào Pat) đạt mức 2 giây/sản phẩm, tương đương với năng suất định mức 1800 sản phẩm/giờ, vượt mục tiêu đề ra ban đầu (> 1500 sản phẩm/giờ).
  • Cơ chế bù trừ sai số cơ học: Giải pháp thiết kế đầu đẩy tiện côn tại Trạm 2 đã khắc phục triệt để hiện tượng lệch tâm lỗ phôi do dung sai gia công thô lớn, giữ chắc phôi chống lại rung động mạnh sinh ra khi dập.
  • Kiểm soát phôi lỗi liên động: Trạm 4 sử dụng xi lanh HLH16-20 kiểm tra độ sâu hành trình đã phân loại chính xác các trường hợp Pin không rơi trúng lỗ hoặc rơi lệch; ngăn chặn kích hoạt trạm dập số 5, bảo vệ an toàn cho bộ khuôn dập không bị nứt vỡ hoặc biến dạng.
  • Đóng góp thực tiễn so với dây chuyền cũ: Thay thế hoàn toàn hệ thống bán tự động trước đây, cắt giảm từ 01 đến 03 nhân công cấp liệu trực tiếp tại vị trí nguy hiểm của đầu dập, loại trừ hoàn toàn nguy cơ tai nạn dập trúng tay công nhân và tự động hóa khâu phân loại phế phẩm qua Trạm 7.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế kỹ thuật được tác giả chỉ ra trong quá trình chạy thực nghiệm:

  • Lực hút của nam châm vĩnh cửu cấy trên bệ khuôn gá nhằm ổn định phôi chữ L đôi khi giữ sản phẩm quá chặt. Tại Trạm 6, dù đã có xi lanh SC63-50 đẩy và xi lanh TR6-20 tác động, vẫn tồn tại trường hợp sản phẩm sau khi dập chưa rơi hoàn toàn xuống máng thoát, đòi hỏi phải bố trí thêm cơ cấu gạt cơ khí phụ trợ khi mâm xoay dịch chuyển.
  • Dung sai của phôi Pin tương đối lớn, khi mâm xoay chuyển trạm tăng tốc độ góc, lực quán tính ly tâm đôi lúc làm rơi vãi các phôi Pin chưa được định vị chuẩn ra ngoài mặt mâm xoay.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:

  • Tối ưu hóa lại lực từ của cụm nam châm định vị hoặc thay thế bằng cơ cấu kẹp cơ khí đóng mở chủ động theo góc quay mâm xoay để quá trình nhả sản phẩm tại Trạm 6 diễn ra triệt để hơn.
  • Cải tiến biên dạng phễu rung và rãnh dẫn hướng của bộ cấp Pin nhằm tăng tính đồng đều của phôi trước khi cấp vào càng kẹp Trạm 3.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Cơ khí Chế tạo máy, cũng như các kỹ sư thiết kế máy công nghiệp tự động:

  • Phần đáng giá nhất để tham khảo là quy trình thiết kế chuỗi 7 trạm chức năng trên mâm xoay chia độ, xử lý bài toán bù trừ sai số phôi đầu vào bằng giải pháp tiện côn kết hợp nam châm định vị.
  • Cung cấp sơ đồ thiết kế tủ điện điều khiển hoàn chỉnh tuân thủ tiêu chuẩn công nghiệp (phân tách mạch 220VAC, 24VDC, phát xung điều khiển Servo MR-JE-40A từ ngõ ra Transistor của PLC FX3U).
  • Cung cấp cấu trúc giao diện giám sát HMI Weintek tiêu chuẩn với đầy đủ tính năng phân quyền, điều khiển bằng tay, tự động, chẩn đoán I/O và xử lý liên động an toàn.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án xử lý vấn đề dung sai phôi Pat lớn và lệch tâm lỗ bằng phương pháp nào?
Tác giả bố trí Trạm 2 chuyên biệt với xi lanh SD32-40 trang bị mũi đẩy được gia công tiện côn. Khi xi lanh đẩy xuống, mũi côn tự động dẫn hướng tâm lỗ Pat về đúng tâm của khuôn gá, đồng thời ép chặt phôi xuống đế khuôn để triệt tiêu độ rung lắc cơ học lan truyền từ Trạm 5 sang mâm xoay.

2. Làm thế nào hệ thống ngăn chặn việc đầu dập làm hỏng khuôn khi Pin bị cấp lệch hoặc rơi ra ngoài?
Tại Trạm 4, xi lanh HLH16-20 hạ thanh dò kiểm tra vị trí Pin dựa trên hành trình dịch chuyển. Nếu Pin nằm đúng trong lỗ Pat, cảm biến xác nhận hành trình hợp lệ và PLC kích hoạt cờ cho phép dập ở Trạm 5. Nếu Pin bị rơi ra ngoài hoặc nằm nghiêng, xi lanh không đạt vị trí chuẩn, PLC sẽ khóa lệnh kích hoạt nam châm điện của đầu dập tại Trạm 5 và chuyển phôi lỗi đến Trạm 7 để gạt bỏ.

3. Động cơ dập ở Trạm 5 hoạt động theo nguyên lý cơ điện nào?
Cụm dập sử dụng động cơ điện 3 pha quay bánh đà thông qua bộ truyền đai curoa để tích trữ động năng. Khi có tín hiệu dập từ PLC, một nam châm điện được cấp nguồn để hít tiếp điểm đóng ly hợp, truyền lực tức thời từ bánh đà kéo cơ cấu dập hạ xuống với vận tốc cao để tán đinh, sau đó rút về điểm chết trên nhờ cơ cấu hồi vị.

4. Tại sao tác giả lại chọn cảm biến quang thu phát riêng Omron E3T-ST12 2M tại Trạm 3?
Do chi tiết Pin được gia công từ kim loại có độ bóng bề mặt cao, các loại cảm biến quang phản xạ khuếch tán thông thường sẽ bị hiện tượng ánh xạ quang học gây tín hiệu giả. Cảm biến thu phát độc lập Omron E3T-ST12 2M triệt tiêu hoàn toàn ảnh hưởng phản xạ bề mặt kim loại, đảm bảo nhận diện chính xác sự có mặt của Pin trên càng gẹp.

5. Vì sao tác giả lựa chọn dòng PLC Mitsubishi FX3U ngõ ra Transistor (MT) thay vì ngõ ra Relay (MR)?
CPU PLC Mitsubishi FX3U-80MT/ESS sử dụng ngõ ra bán dẫn Transistor cho phép phát xung điều khiển tốc độ cao (High-speed pulse train output) với tần số lên tới 100 kHz, đáp ứng trực tiếp tín hiệu điều khiển vị trí góc quay chính xác đến Driver Servo MR-JE-40A, điều mà ngõ ra Relay cơ khí không thể thực hiện được.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Phùng Thanh Tuấn đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa hoàn toàn quy trình cấp phôi và dập tán cho Công ty TNHH Thương mại & Dịch vụ Tự động hóa Minh Tâm. Bản thiết kế kết hợp chặt chẽ giữa hệ thống cơ khí 7 trạm phân bổ trên mâm xoay chia độ dẫn động bằng động cơ Servo với bộ điều khiển khả trình PLC Mitsubishi FX3U và màn hình HMI Weintek. Kết quả thực nghiệm cho thấy máy vận hành ổn định với năng suất đạt 2 giây/sản phẩm, loại bỏ các mối nguy mất an toàn lao động và đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật đề ra.