Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế hệ thống cơ điện tử
Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 1.1 Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động 1.1.1 Khái niệm sơ đồ động 1.1.2 Sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động 1.2 Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động 1.2.1 Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động 1.2.2 Tính tốn Đĩa tích dao 1.2.3 Tính tốn lựa chọn xylanh khí nén cho chuyển động đài dao 15 1.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống khí nén 16 1.2.3.2 Tính tốn hệ thống dẫn động khí nén 16 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN TRẢ DAO/ LẤY DAO 18 2.1 Khái niệm sơ đồ thuật toán 18 2.2 Phân tích q trình trả dao/lấy dao 18 2.3 Sơ đồ khối thuật toán trả dao/lấy dao 19 CHƯƠNG 3: BẢN VẼ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN VÀ KHÍ NÉN 23 3.1 Sơ đồ tổng quan 23 3.2 Sơ đồ điều khiển chi tiết (lí thuyết) 24 3.2.1 Chế độ điều khiển tự động 24 3.2.2 Chế độ điều khiển tay 24 3.3 Sơ đồ điều khiển cấu xoay đài dao 25 CHƯƠNG 4: CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN PLC 26 4.1 Chương trình điều khiển theo lí thuyết 26 4.2 Chương trình điều khiển theo thực nghiệm 26 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB 27 5.1 Xây dựng mơ hình mơ 27 5.2 Lập trình điều khiển xây dựng giao diện điều khiển 28 5.2.1 Giao diện điều khiển 28 5.2.2 Code điều khiển 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 CHƯƠNG TRÌNH PLC VIẾT TRÊN GX DEVELOPER 32 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh LỜI NÓI ĐẦU Hiện khoa học kĩ thuật phát triển nhanh, mang lại nhữg lợi ích cho người tất lĩnh vực vật chất tinh thần Để nâng cao đời sống nhân dân hòa nhập với phát triển chung giới, Đảng Nhà nước ta đề mục tiêu đưa đất nước lên thành nước công nghiệp hóa đại hóa Để thự điều ngành cần quan tâm phát triển ngành Cơ khí nói chung ngành Cơ điện tử nói riêng đóng vai trò quan trọng việc sản xuất thiết bị công cụ (máy móc, robot…) ngành kình tế quốc dân Muốn thực việc phát triển ngành khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán kĩ thuật có trình độ chun mơn đáp ứng u cầu cơng nghệ tiên tiến, cơng nghệ tự động hóa theo dây chuyền sản xuất Tính tốn thiết kế hệ thống Cơ điện tử nội dung thiếu chương trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử Đồ án môn học giúp cho sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức môn học : Chi tiết máy, Vẽ kĩ thuật, Cơ học kĩ thuật, Nguyên lỹ máy, Sức bền vật liệu,…Đồng thời giúp chúng em nắm bắt thêm số phần mềm cần thiết cho việc thiết kế ,mô Matlab, solidword, ngồi giúp chúng em làm quen với công việc thiết kế làm đồ án tốt nghiệp sau Dù có cố gắng hoàn thành đồ án với cường độ làm việc cao, hướng dẫn nhiệt tình cụ thể thầy môn, hiểu biết hạn chế chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắn đồ án không tránh khỏi thiếu sót bất cập Vì em mong góp ý sửa chữa thầy để em rút kinh nghiệm bổ sung thêm kiến thức cho Cuối em xin chân thành cảm ơn quan tâm bảo thầy Viện Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy PGS.TS.Bùi Văn Hạnh giúp em hồn thành đồ án Hà Nơi, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh CHƯƠNG 1: SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 1.1 Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động 1.1.1 Khái niệm sơ đồ động Sơ đồ động máy hình vẽ quy ước biểu diễn truyền,các cấu liên kết với tạo nên xích truyền động,xác định chuyển động cần thiết máy Đồng thời rõ cơng suất số vòng quay động điện, đường kính bánh đai,số bánh ,số đầu mối trục vít,số bánh vít 1.1.2 Sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động Từ định Nghĩa sơ đồ động phân tích chuyển động cần thiết hệ thống thay dao tự động CNC với quy ước vẽ sơ đồ động: Chú thích: 1: van đảo chiều cửa vị trí 2: Xy lanh khí nén 3: cơng tắc hành trình 4: giá đỡ động quay tan dao 5: Trục 6: động 7: Trục vít me 8: Tay kẹp Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh 9: Tang chứa dao 10: Dao 11: Cảm biến từ 12: Hệ thơng bơm khí nén 1.2 Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động 1.2.1 Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động Với dư liệu đầu vào - Số dao đài dao chứa : 16 - Đường kính lớn dao : 80 (mm) - Loại chuôi dao : BT50 - Chiều cao chuôi dao : 85 (mm) - Khối lượng dao : kg - Đường kính lớn cụm trục :max = 120 mm - Khoảng cách từ tâm trục trính đến thân máy Ltrc = 505 mm - Kích thước thân máy 360x400mm - Hành trình dẫn đài mang dao L = 250 mm Lập quy trình tính tốn: Từ điểm gốc hệ thống thay dao với nguyên lý thay dao ta lập qui trình tính tốn sau: - Xác định tâm đường tròn chứa dao vị trí đài dao đường tròn - Kết cấu tay kẹp dụng cụ định vị - Tính tốn Tang chứa dụng cụ - Tính tốn cấu quay phân độ _ cấu Man - Tính tốn lựa chọn động cho cấu quay phân độ - Tính tốn lựa chọn ổ lăn - Tính tốn loxo tạo lực kẹp dao - Lựa chọn trục dẫn hướng - Tính tốn lựa chọn hệ thống xylanh khí nén dẫn động đài dao - Kiểm tra độ bền cho hệ thống thay dao Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh Các liệu đầu vào N: Số lượng dao chứa dao N = 16 Dmax: đường kính lớn cảu dao Dmax = 80mm BT50: Loại chuôi dao M: khối lượng dao m = 7kg Dtrc: đường kính trục Dtrc = 120mm H: hành trình vào lấy dung cụ lấy dụng cụ trục Ltd = 130mm Tính tốn đĩa tích dao Tính tốn hệ dẫn động cho cấu thay dao Tính tốn trục dẫn hướng Xác định thơng số hình học đĩa tích dao a, Bán kính từ tâm dao đến tâm đĩa tích dao Ro b, Khoảng cách dao gần đĩa tích dao c, Kiểm tra độ an toàn trục vào thay dao d, Lựa chọ cấu kẹp đĩa e, Tính tốn thơng số hình học đĩa Tính tốn lựa chọn xy lanh khí nén a, Sơ đồ nguyên lý hệ thống khí hệ thống b, Tính tốn hệ thơng khí nén Tính tốn cấu Malte cho đĩa dao a, tính tốn thơng số hình học Malte b, Tính tốn động học Malte c, Tính tốn động lực học Malte d, Tính tốn lựa chọn đơng Tính tốn chọn ổ lăn a, Lựa chọn loại ổ lăn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử b, Chọn sơ kích thước c, Tính kiểm khả tải d, Lựa chọn ổ bi lăn GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh Tính tốn trục đỡ dao 1.2.2 Tính tốn Đĩa tích dao 1.2.2.1 Xác định thơng số hình học Đĩa tích dao - Tính tốn hệ thống với số lượng dao N = 16 - Đường kính lớn dao Dmax = 80 mm - Chuôi dao BT50 - Đường kính trục Dtrc = 120 mm - Hành trình trục q trình vào thay đổi dụng cụ Ltd = 130 mm a Xác định bán kính từ tâm dao đến tâm đĩa chứa dao R0 Hình 1.1: Sơ đồ tính tốn kích hình học Tang R0 > C 2π Trong đó: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh C: chu vi đa giác chứa dao C = 2Rmax x N Rmax : Bán kính lớn dao Rmax= Dmax = 80 = 40 mm => C = 2.40.16 = 1280 mm N: số dao ổ chứa N = 16 Vậy R0 > 1280 2π = 203, 7183 mm Để dao có khoảng cách ta lấy R0 = 340 mm Khi chu vi vòng chứa dao C = 2πR = 2.3,14.330 = 2135,2 mm b Xác định khoảng cách dao gần đĩa tích dao Khoảng cách hai tâm dao xác đinh gần L= C 2135,2 = = 133,45 mm N 16 Khoảng cách dao có đường kính lớn xác định gần : L′ = L − 2R max = 133,45 − 2.40 = 53,45mm c Kiểm tra độ an tồn trục vào thay dao Để đảm bảo an tồn q trình thay dao ta cần kiểm tra xem trục vào thay dao số có bị va chạm với đài dao số đài dao số 16 hay khơng Đường kính lớn trục :max= 120(mm) Đường kính lớn độ côn đài dao BT40 là:∅c = 69,85 mm Khoảng cách tâm đài dao L = 133,45 mm Ta xác định khoảng cách từ tâm đài dao số đến độ côn đài dao số đài dao số 16 la LT 𝐿𝑇 = 𝐿 − ∅c 69,85 = 133,45 − = 98,525𝑚𝑚 2 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh Để trục khơng va chạm vào đài dao xung quanh phải thỏa điều kiện sau: max < 𝐿𝑇 120 < 98,525 Vậy thỏa mãn điều kiện d Lựa chọn cấu tay kẹp dao Tang Để trục tham gia vào thay dao xác dao cần có vị trí xác định Tang chứa dao.Vậy ta cần hạn chế bậc tự dao Tang Để kẹp dao lên Tang ta dùng hệ thống kẹp dao hệ thống thay dao tự động trung tâm gia công CNC_V30.Hệ thống kẹp dao gồm :Tay kẹp trái_Tay kẹp phải_Chốt định vị_và loxo tạo lực kẹp dao Các thông số hình học tay kẹp: Hình Các thơng số tay kẹt Các thơng số hình học định vị Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh Hình 1.3 Thơng số hình học định vị Tính tốn khẻ hở tay kẹp dao: Ta xác đinh gần theo cơng thức hình học : C = N(2r + 2h + L) Trong đó: C: chu vi vòng tròn từ tâm dao đến đường tâm đĩa dao C = 2135,2 mm r: bán kính cổ đài dao : r = ∅c ∅c : đường kính lớn độ đài dao BT50 ∅c = 69,85 mm Suy r = ∅c = 69,85 = 34.925 mm h: chiều dài kẹp dao h = 23 mm L: khe hở cần tính để tránh va đập giữ tay kẹp N: số dạo kẹp đĩa tích 𝐿 = 𝐶 𝑁 − 2𝑟 − 2ℎ = 2135,2 16 − 2.34,925 − 2.23 = 17,6 𝑚𝑚 Kiểm tra mở tay kẹp Khi thay dao tay quay quanh đểm O1 góc α = 5o lượng mở lớp thêm tay kẹp ứng với bề dầy là: Lk 83.tg 83.tg5o 7,26 < 17,6 mm Vậy tay kẹp không bị va chạm vào trình thay dao Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân 10 Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN TRẢ DAO/ LẤY DAO 2.1 Khái niệm sơ đồ thuật toán Phương pháp dùng Sơ đồ khối mơ tả thuật tốn dùng theo sơ đồ mặt bước thuật toán.Sơ đồ khối có ưu điểm trực quan ,dễ bao qt Để mơ tả thuật tốn sơ đồ khối ta cần dựa vào nút sau : Hoạt động thuật toán theo lưu đồ nút đầu tiên.Sau thực thao tác kiểm tra điều kiện nút xử lý theo cung để đến nút khác.Quá trình thực thuật tốn dừng gặp nút kết thúc hay nút cuối 2.2 Phân tích q trình trả dao/lấy dao Sau gọi lệnh Txx-M06 hệ thống thay dao thực bước để thay dao kiểm tra DTC(dao trục chính) có phải DYC (dao yêu cầu) cần thay hay không TH1.Nếu DYC = DTC q trình thay dao khơng xẩy ra.Tín hiệu so sánh gửi cho hệ thống PLC.Điều khiển trục vị trí Home.Kết thúc trình thay dao TH2.Nếu DYC # DTC trình thay dao xẩy với bước sau đây: Lưu đồ bước thay dao Bước 1: Trục mặt phằng thay dao, xoay định hướng góc then Bước 2: Ổ chứa dao tự hành vào kẹp dao trục Bước 3: Hệ thống khí nén kích hoạt để thực xy lanh mở chấu kẹp đầy dao không mút vào mặt côn trục Bước 4: Trục lên hết chiều cao đài dao vị trí Home Bước 5: Ổ chứa dao quay phân độ đưa dao cần thay vào miệng trục Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân 18 Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh Bước 6: Trục xuống mặt phằng thay dao(T) Bước 7: Giải phóng khí nén để hồi xy lanh kẹp kẹp dao lực đàn hồi lò xo Bước 8: Ổ chứa dao hồi vị trí ban đầu Chú ý: -Trong q trình thay dao có vị trí tham chiếu trục VT1.Vị trí thay dao (T) vị trí mà trục để thực q trình thay dao VT2.Vị trí Home vị trí phía vị trí thay dao (T) vị trí an tồn trục q trình di chuyển,cũng xoay đài dao khơng bị va chạm -Cũng có vị trí tham chiếu Ổ chứa dao VT1.Vị trí ban đầu hay vị trí phía bên trái hành trình, vị trí an tồn mà Ổ chứa dao chưa thực trình mang dao đến vị trí thay dao (T) VT2.Vị trí làm việc hay vị trí phía bên phải hành trình,vị trí mà Ổ chứa dao thực việc mang dao đến vị trí thay dao (T) để chờ hoạt động thay dao -Mã lệnh thay dao Txx – M06 - Txx : Mã lệnh gọi dao xx - M06 : Mã lệnh thay dao 2.3 Sơ đồ khối thuật toán trả dao/lấy dao Từ việc phân tích hoạt động thay dao hệ thống thay dao tự động ta đến việc lập sơ đồ khối thuật toán thay dao nhằm tổng qt hóa q trình thay dao việc cần thiết để lập trình cho hệ thống thay dao tự động sau Sơ đồ khối thuật toán trả dao/lấy dao(thay dao) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân 19 Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh Start Txx M06 Y DTC=DYC N Trục mặt phẳng thay dao Xoay góc then định hướng trục Ổ chứa dao tự hành vào kẹp dao trục Khí nén giải ,phóng mở chốt kẹp dao trục Trục di chuyển lên Home Ổ chứa dao quay dao cần thay vị trí thay dao Trục di chuyển xuống kẹp dao cần thay Khí nén giải phóng lò xo hồi mở chấu kẹp trục kẹp dao cần thay End Trục Home Ổ chứa dao di chuyển vị trí ban đầu Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân 20 Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh Trong máy gia công CNC đài dao dao nhớ vị trí mặc định số nhớ điều khiển Mỗi lần thay dao (trả dao/lấy dao) sensor gửi tín hiệu cho nhớ để biết vị trí dao hốc dao.Nên chương trình CT3,CT7 ta làm toán tối ưu việc xoay đài dao cho thời gian xoay đài dao ngắn Bài toán tối ưu Quy ước: • Dao đánh số từ 16 theo chiều kim đồng hồ • Ổ dao hướng với trục mặt phẳng thay dao,tạo với vị trí T thành đường thẳng vị trí ổ dao thứ I • Con dao (hốc dao) cần lấy vị trí ổ dao thứ J • C: kí hiệu việc quay đài dao ngược chiều kim đồng hồ từ J I sơ đồ khối thuật tốn tốn tối ưu • D: kí hiệu việc quay đài dao chiều kim đồng hồ từ J I sơ đồ khối thuật tốn tốn tối ưu • Chiều quay chọn ngược chiều kim đồng hồ C Sơ đồ thuật toán toán tối ưu Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Tuân 21 Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống Cơ điện tử GVHD: PGS.TS Bùi Văn Hạnh Start Ổ dao vị trí thay dao ổ dao thứ I Y I=J N Y |I – J|=8 N Y |I – J|