CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trong chương này, em tìm hiểu tổng quan máy ép nhựa tay máy sử dụng ngành nhựa Tổng quan máy ép nhựa: Các công nghệ mà Việt Nam sử dụng để sản xuất sản phẩm nhựa bao gồm: Công nghệ phun ép (Injection technology): công nghệ sử dụng để làm thành phần nhựa phụ tùng cho thiết bị điện tử, điện lực, xe máy ngành công nghiệp ô tô Theo chuyên gia công nghiệp, có khoảng 3000 loại thiết bị phun ép Việt Nam Công nghệ đùn-thổi (Blow-Extrusion technology): công nghệ thổi màng, sản xuất loại vật liệu bao bì nhựa từ màng, dùng công nghệ thổi túi PE, PP màng (cán màng PVC) Hiện nay, nhiều doanh nghiệp nhựa sử dụng công nghệ đùn thổi nhiều thiết bị nhập từ nước, nhiều hệ để sản xuất sản phẩm bao bì nhựa Công nghệ sản xuất nhựa sử dụng profile (Profile technology): Việt Nam, công nghệ sử dụng để làm sản phẩm như: ống thoát nước PVC, ống cấp nước PE, ống nhôm nhựa, cáp quang, cửa vào PVC, khung hình, lợp, phủ tường, v.v… Theo yêu cầu đặt ra, đề tài tập trung vào công nghệ phun ép máy ép nhựa phun Dù máy ép phun đại đến đâu cần loạt thiết bị phụ trợ khác như: hệ thống cung cấp vật liệu thô, trang thiết bị vận chuyển khuôn, thiết bị gá kẹp chặt khuôn, hệ thống vận chuyển sản phẩm,… Phân loại máy ép nhựa phun: • Theo loại nhựa: ta có máy ép nhựa nhiệt dẻo máy phun nhựa nhiệt rắn, • Theo hình dáng máy: máy ép phun chia thành máy phun nhựa thẳng đứng máy a) phun nhựa nằm ngang, b) Hình 1.1: máy ép nhựa phun: (a) máy ép trục đứng, (b) máy ép nằm ngang • Theo • Theo vít, hệ thống kẹp: chia thành hệ thống kẹp thủy lực hệ thống kẹp cơ, hệ thống phun: ta có máy ép phun dạng pittông máy ép phun dạng trục Hình 1.2: phận máy ép nhựa phun Máy ép nhựa phun có cấu tạo chung gồm phần: cụm phun cụm kẹp Cụm phun: có chức nung chảy đồng hóa vật liệu nhựa, trữ vật liệu nhựa buồng trục vít, phun nhựa vào lòng khuôn trì áp suất ép Cụm kẹp: có chức giữ hai nửa khuôn vị trí liên kết tốt với nhau, giữ chặt khuôn suốt trình phun việc giữ lực kẹp đủ lớn để chống lại lực phun, mở đóng khuôn thời điểm Cụm kẹp bao gồm hai tấm, cố định di động cấu để dịch chuyển động Cơ cấu hoạt động nhờ pittông thủy lực thiết bị khí nhiều loại khác Cụm kẹp có ba dạng thiết kế: kẹp dùng cấu đòn khuỷu, cấu thủy lực thủy lực kết hợp Kẹp dùng cấu đòn khuỷu: có cấu tạo hình 1.3: Hình 1.3: kẹp dùng cấu đòn khuỷu Cơ cấu bao gồm: xylanh tác động đẩy chạc chữ thập phía trước, kéo dãn truyền đưa động vào vị trí đóng khuôn Tại thời điểm bắt đầu chuyển động, lợi thấp tốc độ cao đến cuối hành trình ngược lại, kẹp dùng cấu đòn khuỷu cho ta tốc độ cao lực kẹp lớn thời điểm khác chu kỳ mong muốn Xylanh tác động dùng thủy lực thay vitme bi dẫn động motor điện Cụm kẹp dùng cấu đòn khuỷu thích hợp cho máy ép phun tải trọng tương đối thấp Kẹp dùng cấu thủy lực: dùng máy ép nhựa phun có tải trọng lớn cấu dùng đòn khuỷu, dạng linh động việc cài đặt tải vị trí khác hành trình dịch chuyển Cơ cấu minh họa hình 1.4: Hình 1.4: kẹp dùng cấu thủy lực Ngoài cấu kẹp kếp hợp – thủy lực máy ép có tải trọng lớn Nguyên tắc hoạt động máy ép nhựa phun: nhựa nóng chảy nhiệt độ định áp suất cao đưa vào khuôn vít đùn, chúng định hình làm nguội Sau trình làm lạnh, sản phẩm đưa ngoài, việc làm công nhân tay máy tùy thuộc vào hình dạng sản phẩm khả kết hợp máy ép nhựa với thiết bị khác Tổng quan tay máy: Tay máy dạng robot có cấu tạo mô theo đặc điểm cấu tạo cánh tay người Đó tập hợp kết cấu khí thiết kế để hình thành khối có chuyển động tương nhau, gọi khâu động Trong phần liên kết khâu động gọi khớp động hay gọi trục Tay máy bao gồm cấu tác động phần tử thực chuyển động để vận hành tay máy động điện, xylanh dầu ép, xylanh khí nén… Phần quan trọng tay máy phận hay khâu tác động cuối để thao tác đối tượng làm việc Việc ứng dụng tay máy vào sản xuất mở xu hướng cho công nghiệp đại, góp phần lớn vào việc tăng suất cho dây chuyền công nghệ, cải thiện điều kiện làm việc chí thay người công việc nguy hiểm, môi trường phóng xạ, hay công việc có tính chất lập lại liên tục dễ gây mệt mỏi cho người Ngành nhựa nước ta năm gần phát triển mạnh, với sản phẩm đa dạng mẫu mã chất lượng ngày nâng cao đáp ứng nhu cầu tiêu dùng người dân Tuy nhiên, máy móc thiết bị sử dụng nước ta chủ yếu nhập từ nước về, chi phí đầu vào cao, số sản phẩm làm không đủ sức cạnh tranh với hàng hóa nước ngoài, thời gian gần có nhiều nghiên cứu máy móc ngành nhựa phục vụ trực tiếp sản xuất nước Hiện nay, việc lấy sản phẩm khỏi khuôn công ty nhựa Việt Nam chủ yếu người thực hiện, công việc đơn giản lập lại liên tục (trung bình lần/ phút) dễ gây mệt mỏi cho người công nhân, ảnh hưởng lớn tới suất, đồng thời giảm chất lượng sản phẩm (sản phẩm dễ bị lỗi sản xuất không liên tục) Nếu đưa tay máy vào công đoạn rút ngắn nhiều thời gian sản xuất sản phẩm nhựa, đồng thời việc sản xuất diễn liên tục hơn, sản phẩm đạt chất lượng tốt Trên giới, việc không mẻ nước ta, vấn đề ứng dụng giai đoạn ban đầu, khó khăn máy móc chưa nghiên cứu nghiêm túc đồng thời thiếu đội ngũ kỹ thuật chuyên lĩnh vực Nếu ứng dụng tay máy vào sản xuất mang lại hiệu lớn ngành nhựa nước ta Phân loại tay máy: có nhiều cách phân loại tay máy khác sau: • Phân loại theo kết cấu: người ta chia thành loại tay máy sau: Tay máy tọa độ vuông góc: tay máy có chuyển động tịnh tiến theo phương trục tọa độ vuông góc Ứng dụng tay máy dạng thao tác vận chuyển vật liệu, sản phẩm, đúc, dập,… Ưu điểm loại tay máy không gian làm việc lớn, gắn trần dành diện tích sàn lớn cho công việc khác, hệ điều khiển đơn giản Tuy nhiên việc trì vị trí cấu dẫn động thiết bị điều khiển điện tay máy loại gặp nhiều trở ngại Hình 1.5: sơ đồ tay máy hoạt động hệ tọa độ vuông góc Tay máy tọa độ trụ: ba chuyển động định vị, tay máy bố trí hai chuyển động tịnh tiến chuyển động quay Ưu điểm tay máy dạng chúng có khả chuyển động ngang sâu vào máy sản xuất, cấu trúc theo chiều dọc máy tạo nhiều khoảng trống cho mặt bằng, kết cấu vững chắc, có khả mang tải lớn Tuy nhiên tay máy dạng bị giới hạn tiến phía trái phía phải kết cấu khí kích cỡ cấu tác động theo chiều ngang Hình 1.6: sơ đồ tay máy hoạt động hệ tọa độ trụ Tay máy tọa độ cầu: loại tay máy đước bố trí có hai chuyển động quay ba chuyển động định vị Hình 1.7: sơ đồ tay máy hoạt động hệ tọa cầu Tay máy toàn khớp lề SCARA: loại cấu hình dễ thực ứng dụng cho tay máy dạng khớp nối lề kế dạng ba trục thẳng, gọi tắt SCARA( Selective Compliance Articulated Robot Actuator) Hình 1.8: sơ đồ động tay máy dạng SCARA Tay máy dạng chiếm diện tích làm việc song tầm vươn lớn, mặt hình học, cấu hình dạng khớp nối lề với ba trục quay bố trí theo phương thẳng đứng dạng đơn giản có hiệu trường hợp yêu cầu gắp đặt chi tiết theo phương thẳng đứng • Phân loại theo hệ thống truyền động: người ta chia thành dạng phổ biến sau: Hệ truyền động điện: dùng động điện chiều động bước, loại có kết cấu nhỏ gọn, áp dụng giải thuật điều khiển phức tạp nhằm tăng độ xác Hệ truyền động thủy lực: đạt công suất cao, đáp ứng điều kiện làm việc nặng Tuy nhiên kết cấu thủy lực cồng kềnh, độ phi tuyến lớn, khó xử lý điều khiển Hệ truyền động khí nén: có kết cấu gọn nhẹ không cần dẫn ngược lại phải gắn liền với trung tâm tạo khí nén Hệ làm việc với công suất trung bình nhỏ, xác, thích hợp với tay máy hoạt động theo chương trình định sẵn với thao tác đơn giản “nhấc lên – đặt xuống” • Phân loại theo ứng dụng: dựa vào ứng dụng tay máy vào sản xuất ta có tay máy sơn, hàn, vận chuyển phôi, lắp ráp, … • Phân loại theo cách thức đặc trưng phương pháp điều khiển: ta có tay máy điều khiển vòng hở tay máy điều khiển vòng kín, sử dụng cảm biến, mạch phản hồi để tăng độ xác, tính linh hoạt tay máy Ngoài có cách phân loại khác tùy theo quan điểm mục đích nghiên cứu Tay máy sử dụng máy ép nhựa có hai loại: loại nằm ngang loại đứng Tùy theo khả tải trọng không gian làm việc, cấu tạo vật gắp mà tay máy có kết cấu phù hợp Hiện có nhiều công ty giới sản xuất tay máy phục vụ máy ép nhựa với nhiều dạng khác Hình 1.9 minh họa số loại tay máy gắp nhựa thị trường: a) b) c) d) Hình 1.9: số loại tay máy gắp nhựa thị trường a tay máy công ty APEX, (b) tay máy HOP Five 550X, (c) tay máy MX công ty CONAIR, (d) tay máy với tay gắp Tại Việt Nam nay, có công ty, cá nhân nghiên cứu máy ép nhựa thiết bị hỗ trợ cho việc sản xuất sản phẩm nhựa Tháng năm 2009, nhóm nghiên cứu Công ty Tân Kỷ Nguyên (Q.5, TP.HCM) Trung tâm nghiên cứu ứng dụng (Sở Khoa Học Công Nghệ -TP.HCM) công bố sản phẩm “Máy ép nhựa 300 tay máy lấy sản phẩm” Đây máy ép nhựa dạng ép phun tay máy lấy sản phẩm kèm theo máy nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công nước Máy ép nhựa dùng sản xuất loại bao bì chai nhựa, sản phẩm nhựa gia dụng, sản phẩm nhựa cao cấp lĩnh vực điện gia dụng, điện tử Tay máy lấy sản phẩm bao gồm: kiểu xoay tay nghiêng tay gắp (kết nối với máy ép nhựa 80 - 150 tấn, sai số khoảng mm); kiểu ngang bậc tự điều khiển servo khí nén, tay gắp (kết nối với máy ép nhựa từ 150, 220 đến 300 tấn) Một sản phẩm phải kể đến công ty Suno, nhiều người biết có "duyên nợ" với Robocon, robot có chức gắp sản phẩm từ máy ép nhựa, hệ thống hoạt động linh hoạt với nhiều chế độ Sau thành công thi Robocon, không bỏ phí chất xám, BKPro tiếp tục thực đề tài thành nghiên cứu khoa học cấp Thành Phố (chủ nhiệm đề tài: KS.Lưu Anh Tiến) Trung tâm Neptech - Sở KHCN TP.HCM chủ trì, thuộc chương trình Robot công nghiệp TP.HCM Đến nay, nhiều công xưởng, nhà máy sử dụng robot BKPro nhằm tiết kiệm nguồn nhân lực, tiết kiệm lượng chi phí không nhỏ sản xuất Và theo chuyên gia đánh giá, nhu cầu tay máy lấy sản phẩm nhựa doanh nghiệp nước ta lớn Các công ty công ty chuyên sản xuất vỏ ti vi, Show PLA khu công nghiệp Biên Hòa II, sử dụng hàng chục tay máy lấy sản phẩm loại công ty nhựa Chợ Lớn chuyên sản xuất xe đồ chơi trẻ em nhập khoảng 25 tay máy lấy sản phẩm nhựa loại Hình 1.10: điều khiển tay máy nhiều chế độ Suno Nhiệm vụ đề tài thực tìm hiểu nguyên lý hoạt động, thiết kế, điều khiển tay máy phục vụ máy ép nhựa 180 theo mô hình có sẵn công ty Harmo series EX-III Các chương giải nhiệm vụ sau: • Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế, • Tính toán, thiết kế tay máy, • Mô không gian làm việc, • Xây dựng giải thuật, viết chương trình điều • Thực nghiệm mô hình khiển, CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ Trong chương này, em phân tích, lựa chọn phương án thiết kế về: bậc tự do, điều khiển, nguồn dẫn động, dạng điều khiển tay máy, tay gắp với cách bố trí không gian làm việc tay máy Bậc tự tay máy: Số bậc tự hay bậc chuyển động tay máy số khả chuyển động độc lập không gian hoạt động Để nâng cao độ linh hoạt, tay máy phải có số bậc chuyển động cao Tuy nhiên, số bậc chuyển động không nên 6, với bậc này, bố trí hợp lí đủ tạo khả chuyển động linh hoạt khâu tác động cuối nhằm tiếp cận đối tượng thao tác theo hướng Ngoài ra, số bậc tự nhiều không kinh tế khó điều khiển Em thiết kế tay máy thực chuyển động sau: Hình 6.12: bảng điều khiển Hình 6.13: tay máy thực tế (1) Hình 6.14: tay máy thực tế (2) Hình 6.15: tay máy thực tế (3) Hình 6.16: sản phẩm (1) Hình 6.17: sản phẩm (2) Bước 4: cấp nguồn cho PLC, nối nguồn khí nén qua lọc chỉnh áp cấp khí Bước 5: chạy thực nghiệm: để PLC chế độ Run, bấm nút nhấn màu xanh bảng điều khiển (thay cho tín hiệu mở khuôn), tay máy bắt đầu hoạt động Trong trình hoạt động, lúc có tín hiệu dừng khẩn cấp (nhấn nút màu đỏ) tay máy trở vị trí ban đầu Hình 6.18: gắp sản phẩm Một chu kì tay máy từ lúc mở khuôn đến sản phẩm lấy giây (khoảng thời gian thay đổi tùy thuộc giá trị timer tốc độ xylanh), nhiên thời gian máy ép nhựa lặp lại chu trình giây, đảm bảo việc sản xuất liên tục Các lỗi xảy hệ thống: Bảng 6.1: lỗi xảy hệ thống STT Tên Lỗi Nguyên Nhân Cách Khắc Phục Áp suất khí thấp Nguồn cấp khí bị ngắt Kiểm tra lại ống dẫn khí điều chỉnh lại áp suất Tay máy chuyển Cáp điện bị hỏng, kết nối chưa Kiểm tra lại dây nối, liên kết động bị lỗi chắn cáp điện Lặp lại chu kì bị lỗi Không kẹp sản phẩm Có tiếng ồn bất thường Tay máy không HP Vượt thời gian lúc tay máy bắt Xem xét lại thời gian định đầu lặp lại chu trình tốc độ xylanh Thông số ban đầu chưa áp suất không đủ Cài đặt lại thông số ban đầu, kiểm tra lại áp suất hệ thống Hỏng phận giảm thanh, Kiểm tra lại giảm thanh, cố giảm chấn định giảm chấn Do thời gian cài đặt không Kiểm tra lại thời gian định tốc độ xylanh Trên số lỗi em gặp phải trình thực nghiệm chưa kết nối với máy ép nhựa nhiều lỗi khác mà em chưa gặp phải Tuy nhiên ta khắc phục gặp phải vấn đề phát sinh CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN Kết đạt được: Giải vấn đề đặt tìm hiểu hoạt động, phân tích, lựa chọn, tính toán đồng thời xây dựng giải thuật, điều khiển tay máy phục vụ máy ép nhựa Về giải nhiệm vụ luận văn, vận dụng kiến thức học vào giải vấn đề cụ thể Tiến hành thực nghiệm mô hình để kiểm tra giải thuật, thử nghiệm gắp sản phẩm nhựa Hạn chế: Chưa kết nối tay máy với máy ép nhựa, chưa tiến hành gắp sản phẩm trực tiếp từ máy ép điều kiện hạn chế Giải thuật điều khiển dựa vào định thì, thiếu cảm biến, công tắc hành trình nên chuyển động đôi lúc không xác, tốn nhiều thời gian cho việc cài đặt thông số định Hướng phát triển: Từ lý thuyết nghiên cứu được, lắp ráp, điều khiển, cấu hình lại tay máy bị hư hỏng, tiến hành bảo trì, sửa chữa tay máy sản xuất Thiết kế thiết bị điều khiển cầm tay để giao tiếp dễ dàng dễ dàng theo dõi hoạt động tay máy Sử dụng thêm cảm biến, công tắc hành trình để tạo chuyển động xác an toàn cho hệ thống Tài liệu tham khảo Lê Hoài Quốc (2005) Kỹ thuật người máy Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Lê Hoài Quốc, Chung Tấn Lâm (2006) Bộ điều khiển khả lập trình PLC Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Nguyễn Ngọc Phương (1999) Hệ thống điều khiển tự động khí nén Nhà xuất giáo dục Nguyễn Hữu Lộc (2008) Cơ sở thiết kế máy Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (1999) Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí (tập 2) Nhà xuất giáo dục Võ Đình Huy (2009) Thiết kế tay máy phục vụ máy ép nhựa Luận văn đại học, Đại Học Bách Khoa – ĐHQG Tp Hồ Chí Minh Mitsubishi Sổ tay hướng dẫn lập trình lập trình điều khiển họ FX Harmo Co., Ltd Sổ tay vận hành Model EXIII Và số tài liệu khác Phụ Lục : chương trình điều khiển PLC Chương trình 1: quỹ đạo hình U, thả sản phẩm bên máy ép nhựa Chương trình 2: quỹ đạo hình U, thả sản phẩm bên máy ép nhựa Chương trình 3: quỹ đạo hình U, thả sản phẩm bên máy ép nhựa Chương trình 4: quỹ đạo hình L, thả sản phẩm bên máy ép nhựa Chương trình 5: quỹ đạo hình L, thả sản phẩm bên máy ép nhựa Chương trình 6: quỹ đạo hình L, thả sản phẩm bên máy ép nhựa