Tài liệu Thiết kế và thi công máy dập tự động roller cap keshipon

1 PHẦN MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài. Ngày nay sự phát triển của công nghệ tự động hóa là một sự phát triển mạnh mẽ và liên tục. Nhưng một vấn đề lớn được đặt ra đó là tính hiệu quả kinh tế. Làm thế nào để tiết kiệm được thời gian trong công việc, đồng thời thay con người đến mức tối đa đặc biệt là trong công nghiệp. Vấn đề đó cần được đưa ra hướng giải quyết như thế nào? Phương án giải quyết. Khi bước vào thực tập công ty thì ban lãnh đạo đã chỉ thị và định hướng về đề tài trong xưởng Assy, đây là sản phẩm mang tính đặc thù của công ty, các sản phẩm hiện tại thì được lắp bởi công nhân trong công ty. Trước nhiệm vụ được giao là tìm hiểu và tìm giải pháp, giảm sự mệt nhọc cho công ty, thay thế công nhân, nhóm đã tiến hành ngay quá trình tìm hiểu việc lắp ráp và kiểm tra tại xưởng. Đầu tiên phải nghiên cứu kỹ lưỡng các chi tiết của viết lăn mực Keshipon, đây là những chi tiết rất phức tạp về kích thước cũng như hình dạng, cho nên quá trình nghiên cứu chi tiết tốn rất nhiều thời gian vì nó rất quan trọng cho quá trình thiết kế máy sau này. Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng hai chi tiết thì nhóm nhận thấy không thể thiết kế máy lắp ráp Roller Cap ngay một lúc được mà nhóm phải nghiên cứu từng giai đoạn, kiểm tra các ý tưởng có tính khả thi cho từng giai đoạn lắp ráp của sản phẩm Keshipon. Thử các phương án cho từng giai đoạn, sau đó tìm ra phương án hợp lý nhất, đơn giản nhất, và tiết kiệm nhất. Tổng quan lịch sử nghiên cứu của đề tài. Khi nhóm bắt đầu bước vào thực tập tại công ty Plus ban lãnh công ty đã hướng cho nhóm nghiên cứu về các sản phẩm tại xưởng Assy và đã giao cho nhóm nhiệm vụ nghiên cứu đề tài “THIẾT KẾ MÁY DẬP ROLLER CAP KESHIPON” đây là sản phẩm mới của công ty và đang được ban lãnh đạo công ty 2 quan tâm. Công ty yêu cầu nhóm nghiên cứu và lên kế hoạch thiết kế quá trình dập Roller (cục mực) vào Cap. Hiện tại công nhân dưới xưởng lắp ráp (Assy) tiến hành lắp Roller vào Cap viết Keshipon bằng tay. Tính mới của đề tài: Cap sẽ được đưa vào tự động, cấp Roller bằng tay, quá trình dập tự động, công nhân sẽ giảm bớt khó khăn và thời gian sẽ được tăng lên. Mục tiêu đề tài. Từ thực tế và nhu cầu của công ty thì ý tưởng thiết kế máy tự đông hóa trong khâu lắp đầu Roller Cap Keshibon ra đời nhằm khắc phục những vấn đề trên. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Quá trình sản xuất vẫn phải phụ thuộc vào con người là chủ yếu, nên sẽ mắc phải những vấn đề sau: - Sản phẩm vẫn còn bị lỗi nhiều. - Tính đồng loạt không cao. - Năng suất không cao. - Tồn đọng hàng vẫn xảy ra. Phạm vi nghiên cứu của đề tài. Do thời gian nhóm thực hiện nghiên cứu đề tài trong công ty có hạn vì vậy đề tài chỉ thực hiện nghiên cứu các nội dung sau: + Nghiên cứu cụm dập Roller Cap bằng tay (Công nhân tiến hành đưa Cap vào khuôn trước sau đó bỏ Roller vào và nhấn nút để xilanh tiến hành quá trình dập). + Nghiên cứu máy dập Roller Cap bán tự động. Phương pháp nghiên cứu của đề tài. Dựa trên những cơ sở lý thuyết cũng như thực tế tại công ty và phòng phát triển kĩ thuật nhóm đã tiến hành lên phương án và thiết kế mô hình áp dụng vào thực tế, mô phỏng sau đó chỉnh sửa mô hình, tiến hành xuất bản vẽ, gia công tại công ty để tiến đến quá trình lắp ráp, do gia công không thật sự chính xác nên trong quá trình lắp ráp nhóm phải chỉnh sửa rất nhiều, cuối cùng cho ra đời máy bán tự 3 động. Sau quá trình kiểm tra kết quả máy đạt hiệu quả rất cao, phù hợp với thực tế và đem lại rất nhiều lợi ích cho công ty. Quá trình tiến hành thiết kế. Việc đầu tiên nhóm phải làm đó là nghiên cứu kỹ lưỡng các chi tiết Roller và Cap, đây là những chi tiết rất phức tạp về kích thước cũng như hình dạng. Chi tiết ROLLER rất phức tạp vì mực đen rất dễ gây dính mực lên các bề mặt và cũng không thể tiếp xúc nhiều sẽ gây ra những lỗi của đầu ROLLER ta không thể dùng vật gì để tác động vào phần chứa mực. Chi tiết CAP cũng rất phức tạp, được cấu tạo bằng nhựa ABS nếu chúng ta tác động một lực quá mạnh sẽ dẫn đến chi tiết CAP bị nứt hoặc vỡ ra. Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng hai chi tiết thì nhóm nhận thấy không thể thiết kế máy lắp ráp ROLLER CAP ngay một lúc được mà nhóm phải nghiên cứu từng giai đoạn, kiểm tra các ý tưởng có tính khả thi cho từng giai đoạn lắp ráp của sản phẩm KESHIPON. Nhóm đã tiến hành thử các phương án cho từng giai đoạn, sau đó tìm ra phương án hợp lý nhất, đơn giản nhất, và tiết kiệm nhất. Mục tiêu đã đạt được. - Nâng cao tính tự động hóa. - Hạn chế công nhân và chi phí. - Sản phẩm đạt chỉ tiêu đồng bộ. - Tính thẩm mỹ cao. - Xử lý hàng tồn đọng và hạn chế các sản phẩm lỗi. - Tăng tính kinh tế. Đề tài được đánh giá là một trong những đề tài đòi hỏi độ chính xác rất cao về gia công cơ khí vì rất dễ xảy ra lỗi sẽ dẫn đến thiệt hại về kinh tế cho công ty. Ưu, nhược điểm của đề tài. + Ưu điểm: - Có tính kinh tế rất cao. - Có tính chất ứng dụng vào thực tế cao. 4 - Hướng phát triển máy tự động hoàn toàn. + Nhược điểm: - Chưa tự động hoàn toàn. - Tốc độ chưa theo ý muốn ban đầu. 5 PHẦN NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề. Ngày nay với việc xã hội ngày càng phát triển, công nghệ ngày càng được cải tiến và nâng cao thì yêu cầu của con người cũng ngày càng cao, việc sử dụng máy móc sẽ giúp con người tập trung vào những công việc đòi hỏi tính sáng tạo và chất lượng cao, các máy tự động sẽ giúp ích con người nhiều, những công việc nguy hiểm, nặng nhọc, đặc biệt trong ngành công nghiệp máy móc sẽ giúp ích được rất nhiều cho con người và còn hơn nữa khi các máy này được tự động hóa, hiện nay các máy tự động hóa đang có mặt trong rất nhiều lĩnh vực không riêng gì ngành công nghiệp. Hiện nay các máy tự đông hóa được ứng dụng chủ yếu trong hai lĩnh vực là công nghiệp và dịch vụ, tự động hóa công nghiệp giữ vai trò quan trọng bởi vì nó phục vụ trong ngành sản xuất, là nơi chủ yếu làm ra của cải cho xã hội và từ đó có nguồn kinh phí cho nghiên cứu - phát triển, ngành dịch vụ phát triển rất nhanh chóng với nhiều chủng loại, nhiều khả năng mới. Từ những ứng dụng rộng rãi của máy bán tự động và hơn nữa là tự động hoàn toàn và khả năng ứng dụng vào thực tế, nhóm muốn làm một điều gì nhỏ có ích góp phần vào việc phát triển khoa học kỹ thuật cũng như từ ứng dụng từ thực tế, từ những yêu cầu công ty nhóm đã tìm tòi nghiên cứu và thiết kế máy bán tự động và hướng phát triển sau này sẽ là tự động hoàn toàn “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY DẬP TỰ ĐỘNG ROLLER CAP” nhằm áp dụng vào thực tế tại công ty. 6 1.2 Giới thiệu thiết bị. 1.2.1 Giới thiệu khí nén. 1.2.1.1 Máy nén khí. Là loại máy nén khí kiểu pisttông hai cấp được hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích: Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích buồng sẽ hỏ lại như vậy theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên. 2 3 1 Hình 1.1 Máy nén khí kiểu 2 pistông [3] 1. Bình chứa, 2. Pisttông, 3. Động cơ Quy mô sản xuất của Công Ty lớn nên nhu cầu sử dụng khí là rất lớn nên Công Ty lắp đặt hệ thống máy nén khí lớn đáp ứng nhu cầu sử dụng. Hình 1.2 Máy nén khí [7] 7 Ngoài ra khi ở những vị trí lưu động thì có trang bị thêm máy nén khí nhỏ. Là loại máy nén khí kiểu pisttông hai cấp được hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích: Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích buồng sẽ nhỏ lại như vậy theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên. Hình 1.3 Máy nén khí kiểu 2 pisttông [3] 1.2.1. 2 Xilanh có vòng đệm từ trường. Nguyên lý cấu tạo và ký hiệu: Các vòng đệm mang từ tính bọc xung quanh pisttông tiếp xúc với xilanh không mang từ tính. Cấu tạo này của xilanh có thể giúp nhóm đặt các cảm biến từ trường ở cuối hành bên ngoài thân xilanh để nhận tín hiệu điều khiển khi xilanh hoàn thành một hành trình. Kí hieäu Hình 1.4 Xilanh coù voøøng ñeäm töø tröôøng [7] 8 1. Ñeäm ñaàu 2. Nam chaâm 3. OÁng boïc 4. Thaân 5. Baïc ñaïn 6. Ñeäm kín 7. Naép xilanh 8.Coång caáp khí Hình 1.5 Cấu tạo xilanh tác động hai chiều [7] Kí hieäu Hình 1.6 Xilanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn không điều Hình 1.7 Xilanh tác dụng hai chiều có cơ cấu giảm chấn điều chỉnh được - Phương pháp chọn xilanh: Nhóm áp dụng công thức tính xilanh và dựa vào các thực nghiệm tại công ty. Ft : Lực đẩy của xilanh (KN) Ft = A. p trong đó 2 A : Diện tích tiết diện của pisttông (cm ) p : Áp suất (bar), (1 bar = 1.019716 kg/cm2) [3] 9 Mặt khác A = π . Suy ra d = d2 4 4.F p.π với d là tiết diện của xilanh [3] từ đó tính được tiết diện ống cần tìm. - Chọn xilanh cấp phôi đầu L có đường kính trục là Þ10 hành trình 25 mm. - Chọn xilanh cấp phôi kim và ống có đường kính trục là Þ10 hành trình 25mm. - Chọn xilanh đẩy sản phẩm ra có đường kính trục là Þ10 hành trình 20mm. - Chọn xilanh cấp phôi đầu R có đường kính trục là Þ32 hành trình 25mm ( Ft = 6kg , p = 6 bar, suy ra d = 3.09 cm = 30.9 mm, nên chọn d = Þ 32mm) Hình 1.8 Các thông số để chọn xilanh [5] MA : Đây là ký hiệu mã xilanh Boze size : Tiết diện của pisttông Stroke : Hành trình xilanh LB : Đồ gá xilanh 10 - Những xilanh mà nhóm đã chọn. Hình 1.9 Xilanh xoay [5] Hình 1.10 Xilanh dập [5] Hình 1.11 Xilanh chia phôi [5] 11 1.2.1.3 Van khí nén. Van đảo chiều 5/2 điều khiển bằng điện và bằng lò xo. Khi có dòng điện đi vào cuộn dây sẽ tạo ra từ trường tác động vào lõi sắt từ dịch chuyển nhờ tác dụng của nam châm, nguồn được thông từ cửa (P) với cửa (A). Khi dòng điện bị ngắt, cuộn dây mất tín hiệu cửa P bị chặn nhờ lực đàn hồi của lò xo sẽ đẩy van trở về bên trái. 1. Cuộn dây 2. Pisttông 3. Trục pisttông 4. Thân 5. Lò xo 6. Cửa nối cơ cấu chấp hành 7. Áp suất chỉ định 8. Núm điều khiển bằng tay Hình 1.12 Van đảo chiều 5/2 và kí hiệu [7] - Hình ảnh van mà nhóm đã chọn. Hình 1.13 Hình dạng thực tế [5] 12 1.2.1.4 Bộ lọc khí. Đây là bô phận dùng để xử lý khí nén trước khi vào các thiết bị khí nén, chức năng chính tách nước trong khí nén và bôi trơn khí. Hình 1.14 Hình dạng thực tế [5] 1.2.2 Thiết bị điện. 1.2.2.1 Công tắc hành trình nam châm. Công dụng của công tắc hành trình nam châm: Công tắc hành trình nam châm (công tắc từ) là thiết bị dùng để nhận biết vị trí. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Cấu tạo của công tắc hành trình nam châm được biểu diễn như hình vẽ. Hình 1.15 Cấu tạo đơn giản của một công tắc hành trình nam châm [7] 13 Nguyên lý hoạt động. Ở trạng thái bình thường, tiếp điểm của công tắc hành trình nam châm sẽ mở ra. Khi di chuyển một nam châm vĩnh cửu đến gần công tắc hành trình nam châm (với một khoảng cách nhất định) thì sẽ làm cho tiếp điểm của công tắc hành trình nam châm đóng lại. Và ngược lại, nếu như di chuyển nam châm vĩnh cửu này đi ra xa thì tiếp điểm của công tắc hành trình sẽ trở về trạng thái ban đầu. Hình 1.16 Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình nam châm [7] a) Công tắc hành trình nam châm lúc chưa tác động (trạng thái mở). b) Công tắc hành trình nam châm lúc đã tác động (trạng thái đóng). Công tắc hành trình nam châm có đèn báo. Để có thể biết được trạng thái làm việc của công tắc hành trình nam châm, nhóm đã kết nối một số linh kiện điện tử, với mạch đơn giản như sau: Hình 1.17 Loại công tắc hành trình nam châm có đèn báo [7] Kết nối công tắc hành trình nam châm với tải. Trên thực tế các công tắc hành trình nam châm thường dùng điện áp DC, với dãy điện áp hoạt động từ 12 đến 24 VDC. 14 Kết nối với relay. Khi công tắc hành trình nam châm ở trạng thái mở thì relay không tác động, và LED không sáng. Khi công tắc hành trình nam châm ở trạng thái đóng thì relay sẽ tác động. Lúc này một phần dòng điện sẽ đi qua LED và điện trở R làm cho LED sáng, và phần còn lại sẽ đi qua Zenner. Chỉ cần tiếp điểm của công tắc hành trình đóng thì relay sẽ tác động, và để có thể thấy được LED sáng thì yêu cầu phải mắc đúng cực tính. Hình 1.18 Kết công tắc hành trình nam châm có đèn báo với relay [7] Bên dưới là các công tắc hành trình nam châm dùng cho kiểm tra trạng thái đóng – mở của cửa. Hình 1.19 Công tắc hành trình nam châm dùng cho kiểm tra trạng thái đóng – mở của cửa [7] Kiểm tra hành trình của các xilanh (cylinder). Trong lĩnh vực khí nén, để kiểm tra vị trí của xilanh nhóm dùng các công tắc hành trình nam châm. Dưới đây là các bước tiến hành tìm vị trí và lắp các cảm biến hành trình nam châm của hành trình “ra” và hành trình “vào” cho một Cylinder. 15 Hình 1.20 Các bước tìm vị trí và lắp các cảm biến hành trình nam châm cho một xilanh [5] - Các công tắc hành trình nam châm thường dùng cho lĩnh vực khí nén. Hình 1.21 Một số sản phẩm thực tế của công tắc hành trình nam châm [7] Hình 1.22 Một số sản phẩm thực tế của công tắc hành trình nam châm [7] 16 1.2.2.2 Cảm biến sợi quang. Là cảm biến được dùng để nhận biết vị trí khi phễu rung rung sản phẩm vào vị trí khuôn, và dùng để nhận biết khi sản phẩm đã dập xong. Nguyên tắc hoạt động của cảm biến sợi quang được biểu diễn như bên gồm ba phần: Bộ phận phát, bộ phận thu, sợi quang. Bộ phận phát bao gồm một bộ dao động tần số cao sẽ phát đi tia hồng ngoại bằng diode phát quang và được dẫn qua một sợi quang. Khi gặp vật chắn, tia hồng ngoại sẽ không thể phản hồi vào bộ phận thu thông qua sợi quang. Như vậy ở bộ phận thu, tia hồng ngoại không thể phản hồi sẽ được xử lý trong mạch và cho tín hiệu ra sau khi khuếch đại. Hình 1.23 Nguyên lý hoạt động của cảm biến sợi quang [7] . Hình 1.24 Hình ảnh cảm biến sợi quang [7] 17 Hình 1.25 Hình dạng thực tế. 1.2.2.3 Khối nguồn. Nhiệm vụ của khối cấp nguồn là cung cấp nguồn 24V ổn định cho máy hoạt động, điện áp vào là nguồn xoay chiều 220V AC không ổn định. Hình 1.26 Sơ đồ khối khối nguồn nuôi [7] Biến áp có nhiệm vụ đổi điện 220V AC xuống điện áp 24V, 12V, 6V AC. Mạch chỉnh lưu cầu và lọc chỉnh lưu điện áp xoay chiều AC thành điện áp một chiều DC. Mạch ổn áp tuyến tính có nhiệm vụ giữ cho điện áp ra cố định và bằng phẳng cung cấp cho tải tiêu thụ. Mạch giảm áp, chỉnh lưu và mạch lọc. 18 Hình 1.27 Biến áp và mạch chỉnh lưu cầu, mạch lọc [7] Biến áp nguồn: Điện áp vào = 220V 50Hz, điện áp ra = 24V, D1, D2, D3, D4 là mạch chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu điện AC thành DC. Tụ C1: 2200µF/25V là tụ lọc nguồn chính. Hình 1.28 Biến áp và mạch chỉnh lưu cầu, mạch lọc trong thực tế [7] Tính toán sơ bộ công suất nguồn cho hệ thống, nhóm nhận thấy các thiết bị như khí nén, đèn báo trạng thái, relay tiêu thụ nguồn điện 24V và rất cần tính ổn định nên nhóm đã quyết định chọn bộ nguồn 24v có sẵn trên thị trường, còn phần quan trọng đó là tính toán công suất cho phễu rung, ta có P = R*I2, quá trình nhóm thiết kế tính thì R = 20Ω, I = 0.5 (A), suy ra P = 5 (W). Nên 4 phễu rung thì PT = 5*4 = 20 (W). Counter = 5.3(W), timer = 2.4W, biến tần = 20 W. Vậy để máy hoạt động ổn định thì cần bộ nguồn 60 (W). Hình 1.29 Bộ nguồn [8] 19 1.2.2.4 Thiết bị đóng ngắt. Hình 1.30 Nguyên lý chung Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra một lực từ làm cho các tiếp điểm đóng lại. Hình 1.31 Hình dạng thực tế [7] 1.2.2.5 Giới thiệu tổng quan về Biến Tần. Biến tần có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhưng biến tần đạt được hiệu quả cao nhất trong ứng dụng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ để đáp ứng các yêu cầu về công nghệ. Tùy vào việc ứng dụng biến tần trong những lĩnh vực điều khiển khác nhau mà hiệu quả của nó mang lại cho người ứng dụng thể hiện ở các mặt khác nhau. Như trong đề tài thì nó dùng điều khiển vô cấp phễu rung. Nguyên lý làm việc của bộ biến tần khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy hệ số công suất cos(φ) của hệ biến tần có giá trị không phụ thuộc vào tải và bằng ít nhất là 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều ba pha 20 đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn công suất hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. Hình 1.32 Nguyên lý biến tần [6] Cấu trúc của bộ biến tần bán dẫn: Bộ biến tần là thiết bị biến đổi nguồn điện từ tần số cố định (thường 50Hz) sang nguồn điện có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ xoay chiều. Điện áp xoay chiều tần số cố định (50Hz) được chỉnh lưu thành nguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lưu (CL), (có thể là không điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển), sau đó qua bộ lọc và bộ nghịch lưu (NL) sẽ biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động cơ. - Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mong muốn. - Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không đổi trong vùng điều chỉnh momen không đổi. - Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số. Ưu điểm của biến tần: - Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều. - Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản, làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau. - Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng.