Tài liệu Thiết kế, chế tạo bàn gá hàn bán tự động cho công ty arcon sunmark

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BÀN GÁ HÀN BÁN TỰ ĐỘNG CHO CÔNG TY ARCON SUNMARK SVTH1: Hoàng Trung Tín MSSV: 21203857 SVTH2: Lê Văn Minh MSSV: 21202139 GVHD: TS. Phùng Trí Công TP.HCM, 2016 LỜI CẢM ƠN Qua bốn năm học tập và rèn luyện tại trường đại học Bách Khoa Tp.HCM, được sự tận tâm giúp đỡ của quý thầy cô trong trường nói chung và thầy cô trong khoa cơ khí nói riêng đã truyền dạy cho em rất nhiều kiến thức, đặt biệt chúng em cảm ơn thầy Công đã chỉ dẫn và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tụi em hoàn thành luận văn. Chúng em cũng vô cùng cảm ơn anh Tuân (giám đốc Cty TNHHTM ARC Hồ Quang) và ông Kelm ( Giám đốc nhà máy ARCON SUNMARK) đã tin tưởng và tài trợ cho chúng em được thực hiện luận văn này. Do kiến thức còn hạn chế nên khó tránh khỏi những sai xót trong cách hiểu và trình bày. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô để báo cáo tốt nghiệp đạt được kết quả tốt hơn. i TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay,Công ty ARCON SUNMARK thuộc tập đoàn ARCON SUNMARK có chi nhánh tại tỉnh Bình Dương, Việt Nam. Đang có nhu cầu đẩy mạnh năng suất ở nhà máy bằng cách muốn đặt để làm ra máy móc phục vụ cho việc gá đặt các phoi hàn trở nên dễ dàng thuận tiện hơn với người thợ hàn. Nắm bắt được vấn đề đó, chúng em đã đề xuất ra ý tưởng thiết kế, chế tạo bàn nâng hạ bán tự động và đã thuyết phục được phía công ty đầu tư và đang triển khai thực hiện. Ở luận văn này, chúng em xin được trình bày về thiết kế và chế tạo của mình phù hợp theo như yêu cầu phía công ty. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... i TÓM TẮT LUẬN VĂN .....................................................................................................ii DANH SÁCH HÌNH ẢNH ............................................................................................. viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU .............................................................................................xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .............................................................................................. 1 1.1 Giới Thiệu .................................................................................................................. 1 1.1.1 Arcon Sunmark .................................................................................................... 1 1.1.2 Sản Phẩm Mới ..................................................................................................... 2 1.2 Các Bàn Gá Hàn Đã Có Trên Thị Trường ................................................................. 2 1.2.1 Bàn Gá ABB ........................................................................................................ 2 1.2.2 Bàn Gá Khung Của FORSTERI WELDING SYSTEMS ................................... 4 1.2.3 Bàn Gá Khung Xe Của FORSTERI WELDING SYSTEMS ............................. 5 1.2.4 Bàn Gá Hàn Của Đan Mạch ................................................................................ 6 1.3 Mục Tiêu .................................................................................................................... 6 1.4 Nhiệm Vụ Của Đề Tài Luận Văn............................................................................... 7 1.5 Phạm Vi Đề Tài .......................................................................................................... 7 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ....................................................................... 9 2.1 Phương Án Cơ Khí ................................................................................................. 9 2.1.1 Phương Án Nâng Hạ Bàn................................................................................. 9 2.1.2 Phương án xoay bàn ....................................................................................... 12 2.1.3 Phương án gá kẹp phôi hàn ............................................................................ 12 iii 2.1.4 Phương án chon lựa sơ đồ nguyên lý cơ khí....................................................... 13 2.2 Phương án điện ..................................................................................................... 14 2.2.1 Chọn động cơ ................................................................................................. 14 2.2.2 Lựa chọn cảm biến ......................................................................................... 15 2.2.3 Sơ Đồ Phân Bố Điện ...................................................................................... 15 2.3 Phương án điều khiển ........................................................................................... 16 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHÂN ĐẾ ...................................... 18 3.1 Phân tích lực trên các khâu: ...................................................................................... 19 3.2 Tính toán bộ truyền động trục vít............................................................................. 23 3.2.1 Tính toán trục vít me bi ..................................................................................... 23 3.2.2 Tính toán độ ổn định chịu nén cho trục vít me bi .............................................. 24 3.3 Tính toán ổ chặn ....................................................................................................... 25 3.4 Tính toán ổ bi đỡ ...................................................................................................... 26 3.5 Tính toán chọn động cơ điện .................................................................................... 27 3.5.1 Chọn động cơ nâng cần thiết .............................................................................. 27 3.5.2 Chọn động cơ xoay bàn ...................................................................................... 30 3.6 Tính toán bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng.......................................................... 30 3.7 Tính toán kiểm nghiệm độ bền của then .................................................................. 36 3.8 Tính toán bulong chỗ trục nối với bàn ..................................................................... 37 3.9 Tính toán vài chi tiết máy bằng phần mềm .............................................................. 37 3.9.1 Trục nối bàn ....................................................................................................... 37 3.9.2 Hộp con trượt ..................................................................................................... 38 3.9.3 Gối đỡ trục gia công ........................................................................................... 40 iv CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KHUNG BÀN ....................................................................... 42 4.1 Nhiệm Vụ, Cấu Tạo ................................................................................................. 42 4.1.1 Nhiệm Vụ ........................................................................................................... 42 4.1.2 Cấu Tạo .............................................................................................................. 42 4.2 Cách Thao Tác Trên Mặt Bàn .................................................................................. 46 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ....................................... 56 5.1 Thiết kế hệ thống điện điều khiển khí nén ................................................................ 56 5.1.1 Phương án lựa chọn ........................................................................................... 56 5.1.2 Sơ đồ bố trí khí nén của bàn nâng hạ ................................................................. 56 5.1.3 Mạch điện điều khiển khí nén. ........................................................................... 57 5.2 Thiết kế tủ điện và mạch điều khiển ......................................................................... 58 5.2.1 Thiết kế tủ điện. ................................................................................................. 58 5.2.2 Thiết kế mạch điều khiển ................................................................................... 59 5.3 Thiết kế mạch động lực ............................................................................................ 61 5.3.1 Chọn động cơ và driver ...................................................................................... 61 5.3.2 Cách kết nối dây giữa motor servo và servopack ............................................... 62 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ................................................................. 64 6.1 Lựa Chọn Phương Án Điều Khiển........................................................................ 64 6.1.1 Vi điều khiển...................................................................................................... 64 6.1.2 Program Logic Control (PLC) ........................................................................... 64 6.2 Cấu Trúc Của PLC FX3G-24MT ......................................................................... 64 6.2.1 Các Ngõ Input/Output........................................................................................ 64 6.2.2 Relay Bổ Trợ [M] .............................................................................................. 66 v 6.2.3 Cờ Trạng Thái [S] .............................................................................................. 66 6.2.4 Timer [T]............................................................................................................ 66 6.2.5 Counter [C] ........................................................................................................ 67 6.2.6 Bộ đếm tốc độ cao (High Speed Counter) ......................................................... 68 6.2.7 Thanh Ghi Dữ Liệu [D] ..................................................................................... 72 6.3 Một Số Lệnh Cơ Bản Của PLC FX3G-24MT/ES ................................................... 72 6.3.1 FNC10 Compare – CMP ................................................................................... 72 6.3.2 FNC12 Move – MOV ........................................................................................ 73 6.3.3 FNC20 – Addition – ADD ................................................................................. 73 6.3.4 FNC21 – Subtraction – SUB ............................................................................. 74 6.3.5 FNC40 – Zone Reset – ZRST ............................................................................ 75 6.3.6 FNC57 – Pulse Y Output – PLSY ..................................................................... 76 6.3.7 FNC58 – Pulse Width Modulation – PWM....................................................... 79 6.3.8 FNC59 – Acceleration/Deceleration Setup – PLSR .......................................... 81 6.3.9 FNC224 – Load compare – LD ......................................................................... 82 6.3.10 Các lệnh khác ................................................................................................... 83 6.4 Sơ đồ khối mạch điều khiển ..................................................................................... 85 6.5 Lưu đồ giải thuật ...................................................................................................... 86 CHƯƠNG 7: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ....................................... 87 7.1 Giới thiệu................................................................................................................... 87 7.2 Quá trình thực nghiệm ............................................................................................. 87 7.2.1 Quá trình thực nghiệm về chế tạo và kết cấu cơ khí ......................................... 87 7.2.2 Quá trình thực nghiệm đấu nối điện và khí nén ................................................. 91 vi 7.2.3 Quá trình thực nghiệm điều khiển đồng tốc hai động cơ ................................... 92 7.3 Đánh giá độ chính xác ............................................................................................... 92 CHƯƠNG 8: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ...................... 94 8.1 Đánh giá kết quả đạt được......................................................................................... 94 8.2 Hướng phát triển đề tài.............................................................................................. 94 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 111 vii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1. Các tấm pin thu năng lượng mặt trời của Arcon Sunmark ................................... 1 Hình 1.2. Ảnh minh họa cho sản phẩm mới của Arcon Sunmark ........................................ 2 Hình 1.3. Bàn gá của tập đoàn ABB .................................................................................... 3 Hình 1.4. Bàn gá lúc mới đặt phôi lên .................................................................................. 4 Hình 1.5. Bàn gá khung xe sau khi lắp đặt xong .................................................................. 5 Hình 1.6. Bàn gá hàn tấm năng lượng mặt trời ở Đan Mạch ............................................... 6 Hình 2.1. Mạch thủy lực đồng tốc hai xylanh bằng van chia kiểu con trượt ....................... 9 Hình 2.2. Mạch đồng tốc hai xy lanh dùng van tỷ lệ điện từ ............................................. 10 Hình 2.3. Cần nâng trục hai vít me tự hãm ........................................................................ 11 Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý Cơ khí ...................................................................................... 13 Hình 2.5. Phương án Điện lựa chọn ................................................................................... 16 Hình 2.6. Sơ đồ khối bộ điều khiển motor servo................................................................ 17 Hình 3.1. Phân tích lực trên khâu (4) ................................................................................. 19 Hình 3.2. Phân tích lực trên khâu (2) ................................................................................. 20 Hình 3.3. Biểu đồ moment của trục vitme.......................................................................... 21 Hình 3.4. Sơ đồ tải trọng ................................................................................................... 31 Hình 3.5. Ứng suất trên trục ............................................................................................... 37 Hình 3.6. Độ võng của trục ................................................................................................ 38 Hình 3.7. Ứng suất trên hộp ............................................................................................... 38 Hình 3.8. Độ biến dạng của hộp ......................................................................................... 39 Hình 3.9. Ứng suất trên gối đỡ trục .................................................................................... 40 Hình 3.10. Độ biến dạng của gối đỡ trục............................................................................ 41 viii Hình 4.1. Gá lắp sản phẩm trên bàn. .................................................................................. 42 Hình 4.2. Xilanh định vị MCGS-03-12-75......................................................................... 43 Hình 4.3. Thanh định vị chữ T ........................................................................................... 44 Hình 4.4. Chân đỡ định vị .................................................................................................. 44 Hình 4.5. Bố trí các xilanh trên bàn.................................................................................... 45 Hình 4.6. Xilanh MCGS-03-12-20. .................................................................................... 45 Hình 4.7. Cụm xilanh kẹp................................................................................................... 46 Hình 4.8. Sau khi đặt thanh Karmprofil assembly beslag/studs lên chân định vị. ............. 48 Hình 4.9. Sơ đồ nút nhấn. ................................................................................................... 48 Hình 4.10. Sau khi nhấn nút No.1 và nhóm xilanh định vị No.1 ..................................... 49 Hình 4.11. Nhóm xilanh ép No.2 ....................................................................................... 49 Hình 4.12. Sau khi lắp ráp hoàn thành. .............................................................................. 50 Hình 4.13. Sơ đồ các nút nhấn và cụm xilanh kẹp-định vị. ............................................... 50 Hình 4.14. Sau khi bàn nâng đến độ cao +2095 mm.......................................................... 51 Hình 4.15. Sau khi bàn xoay +900 ...................................................................................... 52 Hình 4.16. Sau khi bàn xoay một góc -1800 ....................................................................... 53 Hình 4.17. Sau khi tiếp tục xoay một góc -900 ................................................................... 54 Hình 4.18. Khoảng cách giữa bề mặt thanh Underprofils với đất và xe ............................ 54 Hình 5.1. Role 24V (trên),Van điện từ (dưới). ................................................................... 56 Hình 5.2. Sơ đồ bố trí khí nén. ........................................................................................... 57 Hình 5.3. Cách bố trí nút nhấn ........................................................................................... 58 Hình 5.4b. Hình ảnh đi dây ................................................................................................ 59 Hình 5.4a. Bố trí các khí cụ điện ........................................................................................ 59 ix Hình 5.5. Sơ đồ mạch điện ................................................................................................. 60 Hình 5.6. Torque động cơ SGMAH-08AAA4C ................................................................ 61 Hình 5.6. Torque động cơ SGMGH-05ACA6C ................................................................. 61 Hình 5.7. Cách đấu dây cho mạch động lực ....................................................................... 63 Hình 6.1. Sơ đồ ngõ IO dạng transitor của PLC ................................................................ 65 Hình 6.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của các ngõ IO PLC ............................................... 65 Hình 6.3. Các phase counter 32bit...................................................................................... 68 Hình 6.4. Danh sách các cờ đếm tốc độ cao. ...................................................................... 69 Hình 6.5. Mô tả cách thức hoạt động của lệnh reset. ......................................................... 76 Hình 6.6. Mô tả các thông sô trong lệnh PLSY. ................................................................ 77 Hình 6.7. Mô tả các thông số của lệnh PWM. .................................................................... 80 Hình 6.8. Mô tả các thông số trong lệnh DPLSR. .............................................................. 81 Hình 6.9. Lưu đồ thuật toán chính (main program). .......................................................... 85 Hình 6.10. Một phần của lưu đồ giải thuật của PLC. ......................................................... 86 Hình 7.2. Bánh răng bị dẫn ................................................................................................. 87 Hình 7.1. Chi tiết bánh răng dẫn......................................................................................... 87 Hình 7.3. Trục xoay bàn ..................................................................................................... 88 Hình 7.4. Thợ hàn đang lắp đặt một số chi tiết gá kẹp của xylanh .................................... 88 Hình 7.5. Quá trình lắp máy ............................................................................................... 89 Hình 7.7. Các con ốc cân chỉnh .......................................................................................... 90 Hình 7.6. Hộp lớn đã được lắp xong ................................................................................. 90 Hình 7.9. Gối đỡ đầu thanh trượt ....................................................................................... 90 Hình 7.8. Chi tiết BK tự thiết kế ....................................................................................... 90 x Hình 7.11. Thi công khí nén ............................................................................................... 91 Hình 7.10. Thi công đấu nối tủ điện ................................................................................... 91 Hình 7.12. Máy đã sẵn sàng cho sản xuất .......................................................................... 91 Hình 7.13. Kiểm nghiệm nâng hạ thành công .................................................................... 92 Hình 7.14. Cơ cấu kẹp giữ chặn góc phôi hàn ................................................................... 93 xi DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật yêu cầu ................................................................................... 9 Bảng 3.1. Thông số kỷ thuật của ổ NSK 51405 ................................................................. 26 Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật của ổ NSK 6208 ................................................................... 27 Bảng 3.3. Bảng thông số chọn then .................................................................................... 36 Bảng 6.1. Bảng các cờ đặc biệt đảo chiều đếm counter. .................................................... 68 Bảng 6.2. Phân chia hoạt động của các loại counter. ......................................................... 70 Bảng 6.3. Các cờ đặc biệt dùng để đảo chiều đếm counter tốc độ cao. ............................. 71 Bảng 6.4. Các cờ đặc biệt dùng để đóng/mở chế độ đếm tốc độ cao. ................................ 71 Bảng 6.5. Các thiết bị được phép sử dụng trong lệnh compare. ........................................ 72 Bảng 6.6. Các thiết bị được phép sử dụng trong lệnh move. ............................................. 73 Bảng 6.7. Các thiết bị được phép sử dụng trong lệnh addition. ......................................... 74 Bảng 6.8. Các cờ đặc biệt thể hiện kết quả của phép cộng. ............................................... 74 Bảng 6.9. Các thiết bị được phép sử dụng trong lệnh subtraction. .................................... 75 Bảng 6.10. Các thiết bị được phép sử dụng trong lệnh SUB. ............................................ 75 Bảng 6.11. Các thiết bị được phép sử dụng trong lệnh ZRST. .......................................... 76 Bảng 6.12. Các thanh ghi đặc biệt lưu giữ số xung đã bắn được ở các ngõ xung ra. ........ 77 Bảng 6.13. Các ngõ ra đảo chiều quay motor. ................................................................... 78 Bảng 6.14. Các chế độ bắn xung thông dụng. .................................................................... 79 Bảng 6.15. Các cờ đặc biệt dùng để ngừng bắn xung ngay lập tức. .................................. 79 Bảng 6.16. Các thiết bị được phép sử dụng trong lệnh PWM. ........................................... 80 Bảng 6.17. Các cờ đặc biệt phát hiện lệnh bắn xung đã hoàn tất. ...................................... 80 Bảng 6.18. Các cờ đặc biệt thể hiện lệnh bắn xung đã thực thi xong. ............................... 82 xii Bảng 6.19. Các thanh ghi đặc biệt, lưu giữ tổng số xung đã bắn ra được ở mỗi ngõ ra. ... 82 xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới Thiệu 1.1.1 Arcon Sunmark Arcon Sunmark là tập đoàn của Đan Mạch chuyên sản xuất các tấm pin năng lượng mặt trời được sử dụng ở các khu dân cư lớn, nhà hàng, khách sạn, cơ sở thể thao, văn phòng và các tòa nhà công cộng. Hệ thống thu năng lượng mặt trời của Arcon Sunmark đã tối ưu hóa cho việc cài đặt quy mô lớn và sản lượng cao nhất có sẵn. Họ không ngừng phát triển các dòng sản phẩm mới để đáp ứng các yêu cầu của khách hàng hiện nay. Hình 1.1. Các tấm pin thu năng lượng mặt trời của Arcon Sunmark 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.2 Sản Phẩm Mới Đáp ứng nhu cầu của khách hàng, Tháng 6/2016 Arcon Sunmark đã thay đổi sự thiết kế của các sản phẩm cũ và cải tiến nó, từ đó một sản phẩm mới đã được ra đời. Hình 1.2. Ảnh minh họa cho sản phẩm mới của Arcon Sunmark Với sự ra đời này, Arcon Sunmark mong muốn có một bàn gá hàn chuyên dụng để gá đặt giúp cho quá trình lắp ráp các chi tiết nhỏ với nhau diễn ra một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất có thể. Từ đây, bàn gá hàn bán tự động được bắt tay vào tính toán thiết kế để đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật từ sản phẩm và sự tiện nghi khi công nhân làm việc. 1.2 Các Bàn Gá Hàn Đã Có Trên Thị Trường 1.2.1 Bàn Gá ABB Được thiết kế và chế tạo bởi tập đoàn ABB. Với thiết đơn giản nhưng hiệu quả rất cao. Được bố trí tổng cộng 20 xilanh ép MCGS và 14 xilanh kẹp MCKC để định vị và cố định phôi trong toàn bộ quá trình hàn. Ưu điểm: 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN + Bố trí xilanh gọn, tiết kiệm được không gian để dễ dàng thực hiện các thao tác hàn. + Bàn có khả năng xoay 3600 xung quanh trục đi qua trung tâm bàn và xoay 1200 xung quanh trục chân đế nên cho phép hàn ở nhiều vị trí và tư thế khác nhau. + Thiết kế và chế tạo khá đơn giản. Hình 1.3. Bàn gá của tập đoàn ABB Nhược điểm: + Không gá kẹp được những phôi có kích thước hoặc thiết kế thay đổi. + Số lượng xilanh cần thiết để lắp đặt khá lớn. + Bàn không đánh dấu các vị trí đặt phôi nên không thể định vị phôi trong quá trình đặt phôi lên bàn bằng tay. + Chỉ gá kẹp được những chi tiết có hình thù đơn giản như mui thùng khung xe tải và các chi tiết có hình dáng tương tự. Video hoạt động xem tại: https://www.youtube.com/watch?v=HZoimnxz3RY 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.2.2 Bàn Gá Khung Của FORSTERI WELDING SYSTEMS Ưu điểm: + So với bàn gá ABB thì bàn gá này nhỏ nhẹ và tốn ít chi phí chế tạo hơn. + Gá kẹp được nhiều loại phôi, không phụ thuộc vào duy nhất 1 bản thiết kế. + Có hệ thống định vị trong lúc đặt phôi lên bàn. + Hoạt động đơn giản Hình 1.4. Bàn gá lúc mới đặt phôi lên Nhược điểm: + Nhược điểm lớn nhất của bàn này là toàn bộ quá trình gá kẹp và xoay bàn là hoàn toàn thủ công. + Không gá kẹp được những chi tiết phức tạp như đối với yêu cầu đặt ra. Video hoạt động xem tại: https://www.youtube.com/watch?v=IY_7forbThE 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.2.3 Bàn Gá Khung Xe Của FORSTERI WELDING SYSTEMS Hình 1.5. Bàn gá khung xe sau khi lắp đặt xong Ưu điểm: + Có thể gá đặt nhiều phôi có kích thước to nhỏ khác nhau. + Chi phí chế tạo ít. Nhược điểm: + Bàn không có khả năng xoay nên gây khó khăn trong việc chọn tư thế hàn thỏa mái nhất. + Quá trình gá kẹp và nhả phôi hoàn toàn thủ công là nhược điểm lớn nhất. Video hoạt động xem tại: https://www.youtube.com/watch?v=-aL9iXYj720 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.2.4 Bàn Gá Hàn Của Đan Mạch Hình 1.6. Bàn gá hàn tấm năng lượng mặt trời ở Đan Mạch Ưu điểm: + Có hệ thống xoay bàn + Có hệ thống xilanh gá kẹp đơn giản Nhược điểm: + Bàn không có khả năng nâng lên cao để xoay, tốn chi phí chế tạo hầm giảm độ cao. 1.3 Mục Tiêu Mục tiêu đề tài luận văn về tính toán thiết kế, chế tạo bàn gá hàn bán tự động cho công ty Arcon Sunmark phải đạt được là: + Giải quyết tất cả các yêu cầu về tính năng của máy mà khách hàng đặt ra: Chiều cao ban đầu của bàn gá, chiều cao sau khi bàn xoay 900, Có hệ thống cảm biến an toàn, đèn và loa báo động khi máy hoạt động..v..v.. 6