Tài liệu NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY DÁN KEO TỰ ĐỘNG

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY DÁN KEO TỰ ĐỘNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện – điện tử NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS: PHẠM VĂN TOẢN Đồng Nai, 2019 ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY DÁN KEO TỰ ĐỘNG Nhóm sinh viên thực hiện: TRẦN THANH VANG NGUYỄN QUANG TRUNG HỒ QUỐC ANH TRẦN VĂN DŨNG HUỲNH CHUNG ANH TRẦN GIA BẢO Đồng Nai, 2019 LỜI CẢM ƠN Chúng con xin chân thành cảm ơn ba mẹ đã sinh ra và nuôi dưỡng chúng con, để chúng con được trưởng thành và nên người, cho chúng con được đến trường học tập, tiếp thu những điều tốt, những điều mới mẻ mà sẽ giúp ích cho chúng con rất nhiều trên con đường thành công trong sự nghiệp sau này. Chúng em xin hết lòng cảm ơn quý Thầy và những người Giáo viên hướng dẫn tận tình của chúng em là Ts.Phạm Văn Toản và Nguyễn Cường Phi. Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, quý Thầy là những người đã cho chúng em những kiến thức quý báu, những lời khuyên hữu ích cũng như là những động viên, khích lệ tinh thần khi chúng em gặp vấn đề khi thực hiện đề tài để chúng em có thể hoàn thiện như hôm nay. Và cuối cùng, chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè của chúng tôi, những người luôn bên cạnh, ủng hộ và chia sẻ cùng chúng tôi. Cùng là sinh viên nên các bạn có thể hiểu được những khó khăn, vất vả mà chúng tôi gặp phải. Một lần nữa, chúng tôi xin chân thành cảm ơn! Đồng nai, ngày 22 tháng 11 năm 2019 Sinh viên thực hiện LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu là của tôi, các số liệu, kết quả nêu ra trong đồ án tốt nghiệp là trung thực và chính xác. Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án tốt nghiệp này đã được xin phép, tất cả các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn góc. Sinh viên thực hiện MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1 1.1. Đặt vấn đề .........................................................................................................1 1.2. Tổng quan .........................................................................................................2 1.2.1. Tổng quan về sản phẩm..............................................................................2 CHƯƠNG 2 ................................................................................................................6 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................6 2.1. Nội dung nghiên cứu.........................................................................................6 2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................6 2.2.1. Nghiên cứu tổng quan ................................................................................6 2.2.2. Nghiên cứu lý thuyết ..................................................................................6 CHƯƠNG 3 ................................................................................................................7 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ..........................................................................................7 3.1. Cơ sở thiết kế ....................................................................................................7 3.1.1. Cơ sở thiết kế..............................................................................................7 3.1.2. Quy trình thực hiện.....................................................................................7 3.2. Xác định nguyên lý hoạt động và nguyên lý chế tạo........................................8 3.3. Thiết kế cơ khí ..................................................................................................9 3.3.1. Cụm định hướng thanh nhôm.....................................................................9 3.3.1.2 Bộ dẫn hướng trong................................................................................11 3.3.2. Cơ cấu di chuyển thanh nhôm ..................................................................12 3.3.3. Cụm cơ cấu dán và cắt băng keo ..............................................................13 3.3.3. Cụm thoát sản phẩm .................................................................................17 3.4. Thiết kế phần điều khiển.................................................................................17 3.4.1. Lựa chọn phương án.................................................................................18 3.4.2. Sơ đồ thiết kế phần cứng ..........................................................................19 CHƯƠNG 4 ..............................................................................................................21 KẾT QUẢ .................................................................................................................21 4.1 Kết quả đạt được...........................................................................................21 4.2 Khó khăn và thuận lợi ..................................................................................21 4.3 Hướng phát triển của đề tài ..........................................................................21 CHƯƠNG 5 ..............................................................................................................22 KẾT LUẬN ...............................................................................................................22 5.1. Tính mới và sáng tạo ...................................................................................22 5.2. Hiệu quả kinh tế ..........................................................................................22 5.3. Hiệu quả kỹ thuật ........................................................................................22 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1 Công ty TNHH sản xuất toàn cầu LIXIL Việt Nam ..................................2 Hình 1. 2 Một số loại sản phẩm của công ty LIXIL Việt Nam ..................................3 Hình 1. 3 Sản phẩm đã được dán băng keo ...............................................................3 Hình 3. 1 Quy trình thực hiện.....................................................................................7 Hình 3. 2 Thứ tự làm việc cho từng công đoạn..........................................................8 Hình 3. 3 Các cụm cơ cấu của máy dán keo ..............................................................8 Hình 3. 4 Đầu vào của các thanh nhôm......................................................................9 Hình 3. 5 Công ty LIXIL đặt ra yêu cầu về kích thước của máy .............................10 Hình 3. 6 Bàn dẫn hướng..........................................................................................10 Hình 3. 7 Roler .........................................................................................................11 Hình 3. 8 Định hướng trong .....................................................................................11 Hình 3. 9 Mặt trước và sau cơ cấu duy chuyển ........................................................12 Hình 3. 10 Động cơ giảm tốc Brake Motor 90W (90mm) .......................................12 Hình 3. 11 Cơ cấu dán băng keo ..............................................................................13 Hình 3. 12 Cơ cấu xả băng keo ................................................................................14 Hình 3. 13 Cơ cấu định hướng keo...........................................................................14 Hình 3. 14 Giác hút phụ ...........................................................................................15 Hình 3. 15 Giác hút và đầu tạo chân không .............................................................15 Hình 3. 16 Cụm cơ cấu cắt băng keo........................................................................16 Hình 3. 17 Cụm cơ cấu cắt .......................................................................................17 Hình 3. 18 Phần băng tải đưa sản phẩm ra ...............................................................17 Hình 3. 19 Module Mitsubishi PLC FX3U-M48 .....................................................18 Hình 3. 20 Sơ đồ khối biểu diễn mối quan hệ các thiết bị trong hệ thống ...............19 Hình 3. 21 Sơ đồ kết nối xylanh ...............................................................................20 CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Trong xã hội ngày nay, khi mà sự nghiệp hiện đại hóa, công nghiệp hóa đang là mục tiêu hàng đầu của mỗi quốc gia, sự vượt trội về công nghệ là điều mỗi nước đều theo đuổi nhằm đạt được sự ưu việt nhất trong quá trình sản xuất, không chỉ có ý nghĩa về mặt lợi nhuận mà còn có ý nghĩa khẳng định sự thành công trong thương trường khi áp dụng được những công nghệ tiên tiến nhất. Việc tự động hóa trong sản xuất sẽ đưa ra những sản phẩm với chất lượng đúng như mong muốn và tiết kiệm chi phí sản xuất. Chính sự khác biệt trong công nghệ đã mang những nước phát triển đến với một tầm cao vượt xa chúng ta. Điều đó không có nghĩa là chúng ta sẽ không đuổi kịp các nước tiên tiến mà đó là động lực thúc đẩy, là mục tiêu cho sự phấn đấu tìm hiểu và phát triển khoa học kỹ thuật để sánh vai cùng các nước tiên tiến trên thế giới. Tại công ty TNHH sản xuất toàn cầu LIXIL Việt Nam, tuy đã nhập về một số lượng lớn máy móc thiết bị nhằm phục vụ cho quá trình sản xuất, với mong muốn nâng cao năng suất lao động và tối ưu hóa chất lượng sản phẩm, nhưng công ty vẫn còn nhiều quy trình chưa thể tự động hóa vì chưa có phương án áp dụng do sự yêu cầu từ chất lượng sản phẩm. Điều này đã gây ra những ảnh hưởng không nhỏ đến năng suất cũng như lợi nhuận của công ty khi mà chất lượng sản phẩm còn phụ thuộc quá nhiều vào lao động, quy trình sản xuất mang tính thủ công không đáp ứng được những yêu cầu ngày càng cao về chất lượng cũng như số lượng sản phẩm. Từ nhu cầu thiết yếu đó, ban lãnh đạo công ty TNHH sản xuất toàn cầu LIXIL Việt Nam đã liên hệ với nhóm nghiên cứu đặt vấn đề về việc “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy dán keo tự động” cho công ty. Ø Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy nhằm giảm thiểu thời gian sản xuất, dán được nhiều độ dài nhôm khác nhau. Nhưng vẫn giữ được độ chính xác cần thiết khi dán keo. 1 Ø Ý nghĩa khoa học của đề tài - Tính toán, thiết kế và chế tạo máy “Dán keo tự động” phù hợp trong dây truyền sản xuất, mang tới hiệu quả cho chất lượng và hiệu quả kinh tế hiện tại. Ø Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Kết quả nghiên cứu sẽ được triển khai và ứng dụng trực tiếp vào sản xuất tại công ty LIXIL góp phần phát triển ngành cơ khí tự động hóa ở Việt Nam hiện nay. 1.2. Tổng quan 1.2.1. Tổng quan về sản phẩm Ø Giới thiệu về công ty TNHH sản xuất toàn cầu LIXIL Việt Nam Hình 1. 1 Công ty TNHH sản xuất toàn cầu LIXIL Việt Nam LIXIL Global Manufacturing Vietnam Co, Ltd (Viết tắt：LIXIL VINA Co, Ltd.) nằm ở khu công nghiệp Long Đức, thuộc tỉnh Đồng Nai, cách TP.HCM-trung tâm kinh tế của Việt Nam 40km từ phía Đông. LIXIL VINA là nhà máy chuyên sản xuất khung cửa sổ, cửa ra vào, các sản phẩm ngoại thất trong kiến trúc nhà ở. Hiện tại công ty chủ yếu sản xuất các loại sản phẩm dành cho thị trường Nhật Bản, nhưng trong tương lai, công ty mong muốn sẽ mở rộng đến thị trường Việt Nam và các nước trong khu vực Đông Nam Á. 2 Ø Các loại sản phẩm của LIXIL Việt Nam Hình 1. 2 Một số loại sản phẩm của công ty LIXIL Việt Nam Ø Đối tượng nghiên cứu Hình 1. 3 Sản phẩm đã được dán băng keo 3 Ø Tình hình sản xuất của công ty TNHH sản xuất toàn cầu LIXIL Việt Nam Công ty TNHH sản xuất toàn cầu LIXIL là một công ty lớn đến từ Nhật Bản có diện tích 550,000m2 , với mặt hàng chủ yếu là khung cửa, sản phẩm ngoại thất nhôm thanh, nhôm nguyên liệu, các loại phụ kiện OEM nhôm. Với những mặt hàng phục vụ cho việc xây dựng phổ biến, công ty đã cho thấy những mặt hàng chất lượng và đảm bảo với người tiêu dùng, cho nên công ty đã không ngừng phát triển và cố gắng tạo thêm những sản phẩm mới, để đạt được mục đích tối thiểu về việc chi tiêu và quản lý nhân công cho nên công ty TNHH sản xuất toàn cầu LIXIL đã quyết định đưa những máy móc làm việc hiệu quả nhất. Ø Những khó khăn khi làm thủ công Các bước dán thủ công của công nhân: Ø Cách khắc phục khó khăn khi làm thủ công Máy sẽ đưa nhôm thẳng vào nhờ các bộ dẫn hướng, dán keo nhờ các bộ giác hút và định hướng, ép keo nhờ các xi lanh và cắt chính xác kích thước mà công ty LIXIL yêu cầu. 4 Ø Những yêu cầu của sản phẩm đạt chất lượng: - Độ chính xác cao. - Nâng cao năng suất sản xuất. - Giảm được 3, 4 nhân công làm việc và tiết kiệm được chi phí 200 250 triệu đồng cho công ty mỗi năm. - Tạo được sự ổn định hơn khi làm thủ công. - Tính thẩm mỹ cao và chất lượng sản phẩm tốt hơn. 5 CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nội dung nghiên cứu v Nghiên cứu tổng quan về các máy, dây chuyền tự động và các phương pháp điều khiển hệ thống tự động ở Việt Nam. v Nghiên cứu kết quả các công trình về sản xuất đã được công bố trên các tạp chí trong và ngoài nước. v Thiết kế và lựa chọn những cơ cấu phù hợp với máy để cải tiến cho phù hợp v Chế tạo các cụm máy tự động nhằm thay thế các công đoạn thủ công và tránh gây lãng phí thời gian làm ra sản phẩm đạt được năng suất cao. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Nghiên cứu tổng quan v Qua sách báo, giáo trình, internet, … chọn lọc các thông tin kiến thức tổng quan về các hệ thống tự động. v Kết hợp giữa nghiên cứu, thiết kế và tính toán lý thuyết và thực nghiệm để lựa chọn kết cấu phù hợp. v Tiến hành phân tích, lựa chọn, xác định nguyên lý cấu tạo thiết bị và nghiên cứu sẵn làm cơ sở xác định hướng nghiên cứu. 2.2.2. Nghiên cứu lý thuyết v Nghiên cứu các kết quả về máy, dây chuyền lắp ráp và đo lực của các tác giả trong và ngoài nước thông qua sách, giáo trình và, một số thiết bị và các cụm máy đã được ứng dụng. Kế thừa có chọn lọc với các kết quả nghiên cứu của tác giả trong và ngoài nước về phương thức tự động, các công trình khoa học và ứng dụng đã được công bố. v Sử dụng phần mềm Solidworks để mô phỏng phân tích lựa chọn ra các thiết bị v Trên cơ sở đó tìm hiểu về công nghệ, thiết bị và những kinh nghiệm chuyên môn, tiếp thu có chọn lọc những ưu khuyết điểm làm cơ sở cho quá trình nghiên cứu nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí nghiên cứu và đem lại hiệu quả nhất. 6 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 3.1. Cơ sở thiết kế 3.1.1. Cơ sở thiết kế Để hình thành nên ý tưởng cho các cụm cơ cấu của máy dán keo thì nhóm đã liên hệ trực tiếp phía công ty để trao đổi về các vấn đề như: Ø Quy trình làm việc của phía công ty LIXIL. Ø Sản phẩm và đối tượng trực tiếp sử dụng là thanh nhôm. Ø Dựa vào những tiêu chuẩn của công ty đặt ra về sản phẩm. Ø Từ những mong muốn của công ty về cách thức vận hành và những điều cần chú ý của vật liệu mà đưa ra các cụm cơ cấu cần thiết cho quy trình sản xuất. Từ tất cả những gì đã trao đổi với công ty, nhóm sẽ chọn thiết bị để phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của công ty. Đây là một phần rất quan trọng, bởi vì việc chọn các thiết bị này có ảnh hưởng rất nhiều máy. Dó đó bước này được nhóm làm rất kỹ. Ngoài ra còn rất nhiều vấn đề khác được chú tâm đến để quá trình chế tạo được diễn ra một cách thuận lợi. 3.1.2. Quy trình thực hiện Vì đây là một sản phẩn chuyển giao công nghệ và ứng dụng trực tiếp vào sản xuất nên trong quá trình thực hiện nhóm đã tham khảo rất nhiều ý kiến từ phía giáo viên hướng dẫn cũng như các giáo viên khác của khoa cơ điện-điện tử. Sau khi tham khảo ý kiến thì nhóm đã vạch ra được một quy trình cụ thể trong quá trình thiết kế, chế tạo và lập trình hoàn thiện máy. Quy trình như sau: Hình 3. 1 Quy trình thực hiện 7 3.2. Xác định nguyên lý hoạt động và nguyên lý chế tạo - Nguyên lý hoạt động của máy: Khi công nhân đặt thanh nhôm vào vị trí cấp liệu và nhấn nút khởi động. Thanh nhôm được đưa vào cụm cơ cấu dán và cắt băng keo bằng cơ cấu roler được truyền động từ động cơ. Sau khi thanh nhôm được đưa vào cụm cơ cấu dán. Hai xylanh dán băng keo sẽ đẩy ra, động cơ chạy và thực hiện công đoạn dán băng keo. Khi đã thực hiện xong công đoạn dán tiếp đến là công đoạn cắt băng keo. Khi đó, xylanh bàn kéo đưa ra để thực hiện việc cắt băng keo. Sau khi cắt xong xylanh bàn kéo đẩy vào và động cơ chạy để đẩy thanh nhôm đã hoàn thành xong ra bên ngoài. - Sau khi xác định nguyên lý hoạt động của máy nhóm đã xác định ý tưởng cho từng công đoạn khác nhau theo thứ tự. Hình 3. 2 Thứ tự làm việc cho từng công đoạn Sau khi xác định được công việc của từng công đoạn từ đó nhóm đã nghiên cứu thiết kế cho từng cụm cơ cấu sao cho hợp lý và theo đúng yêu cầu của công ty LiXil đặt ra ban đầu về máy. 4 3 2 1 Hình 3. 3 Các cụm cơ cấu của máy dán keo (1) Cụm cơ cấu cấp và xuất vật liệu, (2) Cụm cơ cấu dán (3) cụm cơ cấu cắt (4) cụm cơ cấu thoát sản phẩm 8 Ø Nhiệm vụ ch nh của t ng cụm cơ cấu · Cụm cơ cấu định hướng: sử dụng con lăn có để định hướng thanh nhôm vào đúng vị trí · Cụm di chuyển: di chuyển thanh nhôm vào vị trí dán và đưa bán sản phẩm ra ngoài · Cụm cơ cấu dán và cắt băng keo: dùng để ép dán băng keo lên bề mặt nhôm và cắt băng keo sau khi hoàn thành việc dán băng keo · Cụm cơ cấu thoát sản phẩm: sau khi dán xong bán sản phẩm sẽ được đưa ra ngoài đúng vị trí 3.3. Thiết kế cơ kh 3.3.1. Cụm định hướng thanh nhôm + Dựa vào hình dạng kích thước, chiều dài, chiều cao của thanh nhôm. + Dựa theo yêu cầu của công ty cho kích thước tối thiểu của máy. + Dựa vào thao tác trước đó của nhân viên nên nhóm đã thiết kế bàn dẫn hướng thanh nhôm tạo cho nhân viên làm việc thuận tiện và dễ dàng. Hình 3. 4 Đầu vào của các thanh nhôm 9 Hình 3. 5 Công ty LIXIL đặt ra yêu cầu về kích thước của máy Ø Dựa vào những yêu cầu trên nhóm đã nghiên cứu và thiết kế ra cụm cơ cấu định hướng của máy. 3.3.1.1. Bàn dẫn hướng Hình 3. 6 Bàn dẫn hướng Ø Cấu tạo con lăn: được thiết kế để đỡ thanh nhôm, thanh nhôm có thể di chuyển trên roler và không làm trầy xước thanh nhôm. 10 Hình 3. 7 Roler Roler được sử dụng để giữ thanh nhôm không bị ngã khỏi bàn dẫn hướng đồng thời dẫn hướng thanh nhôm phía bên ngoài Để tăng giảm chiều cao của roler dễ dàng và thuận tiên nhóm đã sử dụng tạy văn để dễ dàng thao tác 3.3.1.2 Bộ dẫn hướng trong Được thiết kế dùng để cố định thanh nhôm không bị ngã hoặc bị xê dịch trong khi di chuyển, dễ dàng đưa thanh nhôm vào trong mà không làm trầy xước thanh nhôm. Hình 3. 8 Định hướng trong 11 3.3.2. Cơ cấu di chuyển thanh nhôm Được thiết kế để di chuyển thanh nhôm đến vị trí dán keo đồng thời cũng là cơ cấu miết cho băng keo dính trên bề mặt thanh nhôm chắc và sát hơn. Hình 3. 9 Mặt trước và sau cơ cấu duy chuyển Ø Sử dụng động cơ kéo 2 cuộn roler quay: § Một cuộn roler ở đầu quay để đẩy thanh nhôm vào cụm cơ cấu dán và cắt keo. § Một cuộn roler ở cuối quay để đẩy bán thành phẩm ra bên ngoài. Động cơ: Hình 3. 10 Động cơ giảm tốc Brake Motor 90W (90mm) Ø Thông số kỹ thuật: · Sử dụng điện áp 220V (90W) tần số 50-60hz · Mức độ bảo vệ Dây dẫn loại: IP 20; Loại hộp đầu cuối: IP 54 12 · Tốc độ thực tế thấp hơn 2 ~ 20% so với giá trị hiển thị, tùy thuộc vào kích thước của tải. · Độ bền điện môi Đủ để chịu được 1.5 kV ở 50 / 60Hz áp dụng giữa các cuộn dây và khung trong 1 phút. · Tốc độ quay được tính bằng cách chia tốc độ đồng bộ của động cơ (50Hz: 1.500r / phút, 60Hz: 1.800r / phút) theo tỷ số truyền động 3.3.3. Cụm cơ cấu dán và cắt băng keo Sau khi cấp liệu than nhôm vào máy tiếp đến là công đoạn dán và cắt băng keo. Với yêu cầu của công ty LIXIL về vị trí dán keo lên thanh nhôm nằm ở hai mặt phẳng bên hông của thanh nhôm. Từ đó nhóm thiết kế cơ khí đã đưa ra nhiều biện pháp khác nhau để thực hiện công đoạn này. Ø Cơ cấu dán băng keo Hình 3. 11 Cơ cấu dán băng keo Giải pháp sử dụng xylanh để dán băng keo là phù hợp nhất vì cấu tạo hoạt động đơn giản, linh hoạt và dễ tiếp cận trên thị trường. Việc sắp xếp đặt vị trí của hai xylanh cũng phụ thuộc vào việc đặt thanh nhôm khi cấp liệu là đứng hay nằm. Do thanh nhôm được đặt đứng nên mặt phẳng cần dán băng keo nằm ở hai phía trên và dưới vì thế hai xylanh cũng được đặt song song với hai mặt phẳng cần dán. Việc đặt thanh nhôm đứng nhằm dễ dàng cho việc lắp ráp, tháo lắp và sửa chữa được thuận tiện hơn. 13