Tài liệu Thiết kế và thi công máy lắp ráp tự động head base whiper push pull

-1 - THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY LẮP RÁP TỰ ĐỘNG HEAD BASE WHIPER-PUSH PULL Bùi Ngọc Đức, Hoàng Văn Tới (*) Tóm tắt: Đề tài "Thiết kế và thi công máy lắp ráp tự động Head base whiper-push pull" xuất phát từ yêu cầu thực tế của công ty TNHH Công Nghiệp PLUS Việt Nam. Việc tạo ra ’’Máy Head base whiper-push pull ’’ đã thay thế thao tác bằng tay của người công nhân, cải tiến được chất lượng sản phẩm, ổn định và năng suất cao hơn cho sản phẩm băng xoá HEAD WH-PP. Abstract Project "Design and construction of automated assembly Head base whiperpush pull" comes from the company's actual requirements, Ltd. Industry PLUS Vietnam. The creation of'' Machine Head base whiper-push pull 'has replaced the manipulation of workers, improve product quality, higher productivity and stability for tape products HEAD WH-PP 1. ĐẶT VẤN ĐỀ. Trong công ty TNHH Công Sau khi quan sát thao tác, trình tự Nghiệp PLUS Việt Nam, việc lắp ráp làm việc của người công nhân và tham chi tiết Head trong sản phẩm băng xóa khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn, WH - PP đang được người công nhân ban lãnh đạo của công ty. Nhóm nghiên thực hiện hoàn toàn bằng tay cho nên cứu đã đưa ra ý tưởng thiết kế “Máy hiệu quả, tính chính xác và độ ổn định Head base whiper-push pull” nhằm không cao. nâng cao năng suất, tăng độ chính xác Xuất phát từ thực tế trên, yêu cầu của sản phẩm, giảm nhân công… và đã của công ty đặt ra là quá trình lắp ráp được ban lãnh đạo công ty đồng ý cho chi tiết Head cho sản phẩm WH-PP thiết kế, thi công và lắp đặt máy để đưa phải được tự động hóa hoàn toàn. [6]. vào sản xuất. -2 - Phễu rung dùng để cấp phôi cho 2. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ. Để giải quyết vấn đề được nêu ra ở phần trên, nhóm nghiên cứu đã thực hệ thống máy, được tận dụng phễu rung có sẵn tại công ty. hiện các trình tự sau:  Nghiên cứu quan sát quá trình thực hiện việc lắp ráp của người công nhân.  Nghiên cứu các tài liệu về khí nén, kết cấu cơ khí... [1], [2], [3], [4], [5].  Xây dựng bản vẽ thiết kế, quy trình hoạt động của máy. [1], [2]  Thiết kế và thi công từng chi tiết, Hình 3.1: Phễu rung trong thiết kế. sau đó lắp ráp thành máy hoàn chỉnh.  Thiết kế phần điện và sơ đồ giải thuật lập trình cho toàn hệ thống. 3. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP. “Máy Head base whiper-push pull “ sẽ thay thế hoàn toàn các công đoạn lắp ráp bằng tay của người công nhân, giúp cho công ty có thể tiết kiệm được nhiều nhân công, giảm chi phí sản Hình 3.2: Phễu rung thực tế. suất, số lượng hàng NG ( NOT GOOD) giảm… Máy là sự tổng hợp về cơ khí, khí 3.1.2. Thiết kế cụm lắp ráp Roller Shaft . Cụm cơ cấu này bao gồm 2 cụm nén, điện, lập trình PLC... 3.1. Thiết kế cơ khí 3.1.1. Lắp đặt phễu rung. nhỏ đó là cụm dẫn Roller Shaft cùng với cụm chứa và đẩy Roller Shaft. [1], [2] -3 - 3.1.2.1. Cụm dẫn Roller Shaft . Để lắp 2 chi tiết roller và shaft quá trình lắp ráp. Vì vậy được thiết kế lại với nhau là một điều không hề dễ bằng vật liệu inox để đảm bảo cho dàng bởi vì kích thước của 2 chi tiết roller và shaft trượt trong rãnh một này rất nhỏ. Vì vậy cần đòi hỏi khi thiết cách trơn chu, không bị gỉ sét theo kế phải tính toán làm sao cho chính xác thời gian, các rãnh trượt khi gia công và đặc biệt là các đồ gá phải dễ dàng đều được mài một cách cẩn thận để điều chỉnh cho phù hợp. Dung sai lắp giảm thiểu ma sát. ghép phải hợp lý đúng theo tiêu chuẩn. - Vì là cụm lắp ráp những chi tiết nhỏ nên cần độ chính xác cao nhưng khi gia công thì sẽ xảy ra sai số nên yêu cầu các đồ gá phải có thể dịch chuyển được và phải thiết kế làm sao để dễ dàng chỉnh sửa. Nhận thấy sự quan Hình 3.3: Kích thước của chi tiết roller và shaft  Từ kích thước của roller và shaft nhóm đã trong của đồ gá trong cụm này nên nhóm đã thiết kế đồ gá 2 thanh ray roller và shaft như sau: thiết kế 2 thanh ray dẫn roller và shaft Hình 3.4: Ray dẫn roller. Hình 3.5: Ray dẫn shaft. - Ray dẫn roller và shaft là 2 chi tiết rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến Hình 3.6: Cụm gá thanh ray roller và shaft. -4 - 3.1.2.2. Cụm chứa và đẩy roller shaft.  Nguyên lý hoạt động cụm xỏ Roller Shaft - Khi roller đầy ray dẫn thì sẽ tự động Khi phễu rung cấp Roller hoạt rớt xuống rãnh chứa roller, rãnh chứa động chi tiết Roller sẽ được rung ra này chứa được 7 roller. Sau đó từng theo hàng rổi rớt xuống rãnh chứa roller sẽ rớt xuống chi tiết chứa rolller, Roller. Sau đó phễu rung chứa Shaft tiếp đó shaft sẽ được xỏ qua. hoạt động, một Sensor được ở ray dẫn Roller để nhận biết Shaft. Phễu rung chứa Shaft hoạt động đến khi Sensor này nhận có nghĩa là Shaft đã được xỏ qua Roller. Lúc đó Xi lanh đẩy Roller Shaft hoạt động tham gia vào quá trình ép “HEAD WP-PP”. Hình 3.7: Chi tiết chứa roller shaft. Hình 3.7: Cụm chứa và đẩy roller shaft. Hình 3.7: Cụm chứa và đẩy roller shaft. -5 - 3.1.3. Thiết kế cụm lắp ráp Head. Có nhiệm vụ ép 2 chi tiết “Head 3.1.3.1. Cụm cấp Head right Head left. Left” và “Head Right” cùng với chi tiết ng dụng công nghệ cấp liệu tự “Roller” và “Shaft” đã hoàn thành ở động sẵn có của công ty, từ đó thiết kế cụm cơ cấu lắp Roller Shaft. cơ cấu cấp head right và head left. Việc thiết kế phải đảm bảo yêu cầu liệu luôn cấp đủ chi tiết cho hệ thống hoạt động (1 phút phải cấp được từ 65 đến 7 chi tiết . Hình 3.8: Cơ cấu lắp Head. [1], [4] Hình 3.10: Cụm cấp head left và head right 3.1.3.2. Cụm ép Head right Head left. Do đặc điểm của chi tiết head right, head left nhỏ và có nhiều mặt cong nên khó định tâm được vào chi tiết roller shaft. Từ đó nhóm nghiên cứu Hình 3.9: Cơ cấu lắp Head thực tế [1], đưa ra phương án dùng xilanh kết hợp [4], [5] với khuôn chứa head right và head left Cụm lắp Head này bao gồm 2 được dẫn hướng bằng thanh trượt cụm chính đó là “cụm cấp Head right bi(Hiwin cho chi tiết head right, head Head left” và “ cụm ép Head right Head left định tâm vào chi tiết roller shaft left”. một cách chính xác và nhanh nhất. -6 - 3.1.3.3. Tính toán và chọn xilanh. Theo cơ cấu cơ khí của cụm dập Head đòi hỏi xylanh đẩy khuôn Head right phải đứng yên không bị di chuyển bởi lực dập của xylanh đẩy khuôn Head left. Với áp suất của toàn hệ thống là P = 5bar và lực đo được cần thiết để dập khít head left và head Hình 3.10: Cụm ép head left và head right right lại với nhau là F=8 N. Lực tác động lên cần Piston của Xi lanh tác động kép, khi Piston đi ra: F = A * Pc * ŋ Trong đó : F[da.N] : Lực tác động khi cấn Piston đi ra. A[cm2] : Diện tích mặt đáy Piston D[cm] Hình 3.11: Khuôn chứa head left. : Đường kính xi lanh. P [Bar]: Áp suất khí nén trong xi lanh. Ŋ : Hiệu suất Xi lanh (thông thường ŋ = 0.8). Với A được tính: A =  *D2/4. Đựa trên các số liệu và công thức tính toán, nhóm nghiên cứu cũng lựa Hình 3.12: Khuôn chứa head right. chọn được 2 xilanh phù hợp. D1= 25mm, D2=40mm. -7 - Hình 3.11: Xilanh dập head left. Hình 3.12: Cụm ép Head thực tế. 3.1.4. Thiết kế cụm dập HEAD BASE. Cụm chi tiết này dùng để dập chi tiết Base và chi tiết Head (đã được ép trên “cụm ép Head” lại với nhau để Hình 3.11: Xilanh dập head right.  Nguyên lý hoạt động cụm ép cho ra chi tiết Head Base WH-PP hoàn chỉnh. Head Right, Head Left Cụm cấp Head Right, Head Left được hoạt động cùng lúc head right, head left được cấp qua 2 ray dẫn rồi đến khuôn head right và head left. Khi head được dẫn vào đúng lòng khuôn thì sẽ có sensor kiểm tra, nếu sensor được tích cực thì roller và shaft đã được xỏ sẵn sẽ được đẩy vào và thực hiện quá trình ép head. Hình 3.13: Cụm dập HEAD BASE Cụm cơ cấu dập HEAD BASE được chia làm 3 cụm nhỏ: -8 - 3.1.4.1 Cụm cấp Head. Hình 3.17: Thanh dập Base 3.1.4.1 Cụm lấy sản phẩm. Hình 3.14: Cụm dập cấp Base Hình 3.18: Cụm lấy sản phẩm Hình 3.15: Thanh dẫn Head. 3.1.4.2. Cụm cấp và dập Base 3.2. Thiết kế phần điều khiển Các thiết bị điều khiển hệ thống Cụm cấp base được thiết kế cũng giống như nguyên lý của cụm cấp head gồm có: right, head left gồm một phễu rung và 1 - Bộ điều khiển PLC: FX1N 60MR khuôn dẫn base. - Cảm biến quang với bộ khuếch đại: BF5R-S1-N, BF3RX (Autonic) - Sợi quang loại thu phát đồng bộ: FT-420-10 (Autonic) - Bộ nguồn 24VDC-3.5A (OMRON) Hình 3.16: Cụm cấp và dập base. - Biến tần .4KW-IE5 (LS) - Van Solenoid 24VDC 4V110-08 -9 - 3.2.1. Bảng khai báo ngõ vào PLC FX1N 60MR. Hình 3.11: Ngỏ vào PLC 3.2.2. Bảng khai báo ngõ ra PLC FX1N 60MR. Hình 3.11: Tủ điện của Máy Head base whiper-push pull trong thực tế 3.2.3. Thiết kế phần khí nén cho Máy Head base whiper-push pull WH-PP. Hình 3.11: Ngỏ ra PLC Hình 3.12: Thiết kế mạch động lực khí nén. [2] - 10 - 4. Kết quả đạt được.  Thời gian lắp ráp một sản phẩm là 6 giây, nhanh hơn gần gấp 3 lần so với công nhân lắp bằng tay, thay thế được 4 người công nhân trong hai ca sản xuất.  Máy có thể kết nối với các dây chuyển sản xuất lắp ráp băng xóa của công ty.  Tiết kiệm cho công ty hằng năm hơn 140.000.000đ. 5. Những hạn chế trong quá trình Hình 4.1: Máy Head base whiper-push pull WH-PP trong bản vẽ thiết kế. thực hiện. Do máy phải đạt yêu cầu khắt khe về độ chính xác, chất lượng và ổn định để phù hợp với thực tế sản xuất tại công ty nên việc tìm tài liệu, ý tưởng thiết kế, quá trình thi công, lắp đặt, kiểm tra máy mất nhiều thời gian. Các thiết bị sử dụng phải yêu cầu chính xác vì thế giá thành còn cao. 6. KẾT LUẬN Hình 4.2: Máy Head base whiper-push pull WH-PP trong thực tế Sau khi trải qua quá trình chạy thử, chính sửa dưới sự giám sát của bộ phận kỹ thuật (TD) và ban lãnh đạo của công ty, máy đã được nghiệm thu và bàn giao để đưa vào sản xuất.  Máy hoạt động ổn định, đạt được những yêu cầu của công ty đề ra. Đề tài "Thiết kế và thi công Máy Head base whiper-push pull" đã được nhóm nghiên cứu hoàn thành. Máy Head base whiper-push pull đã thay thế được hoàn toàn công đoạn lắp ráp bằng tay của người công nhân và hiện đang được ứng dụng đưa vào hoạt động sản xuất tại công ty TNHH Công Nghiệp PLUS Việt Nam. - 11 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1]. Lưu Đức Bình (2 2 , Giáo trình công nghệ chế tạo máy, khoa Cơ Khí, Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng. [2]. Nguyễn Ngọc Phương (1999), Hệ thống điều khiển bằng khí nén, Nxb Giáo dục. Tiếng Anh [3]. AUTONICS (2009), SENSORS & CONTROLLERS – SELECTION GUIDE Ver.10.0. [4]. MINDMAN (2009), PNEUMATIC EQUIPMENT. [5]. MISUMI (2008), STANDARD COMPONENTS FOR PRESS DIES. [6]. http://www.plusvietnam.com.vn. (*) Sinh viên khoá 08 khoa Cơ Điện- Đại Học Lạc Hồng. Bùi Ngọc Đức – [email protected] - Điện thoại: 01647747447. Hoàng Văn Tới – [email protected] - Điện thoại: 0937448168.