Báo cáo Thiết kế chế tạo mô hình cơ cấu tay gắp khí nén (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Thiết kế chế tạo mô hình cơ cấu tay gắp khí nén (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH CƠ CẤU TAY GẮP KHÍ NÉN S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2014_85 S KC 0 0 5 5 0 5 Tp. Hồ Chí Minh, 2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ___ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH & CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH CƠ CẤU TAY GẮP KHÍ NÉN MÃ SỐ: T2014_85 THUỘC NHĨM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI CHỦ TRÌ : Th.S NGUYỄN VĂN ĐỒN ĐƠN VỊ : KHOA CKM TP. HỒ CHÍ MINH THÁNG 02 NĂM 2015
3. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Đặt Vấn đề Gá đặt định vị và lắp đặt chi tiết vào một cụm chi tiết là một vấn đề xiên suốt và cĩ mối quan hệ mật thiết với nhau, nĩ cĩ ở hầu hết các hệ thống lắp ráp từ lớn đến nhỏ trong các nhà máy. Trước đây trong các nhà máy lớn và trong một số các nhà máy nhỏ hiện nay việc lắp ráp thơng thường được thực hiện chủ yếu bởi tay người cơng nhân, tuy nhiên với các chi tiết tương đối lớn thì thao tác của người cơng nhân là khá thuận tiện và nhanh chĩng, nhưng đối với các chi tiết nhỏ và địi hỏi tần số lắp ráp cao thì việc sử dụng tay cơng nhân lắp ráp đơi khi khơng cịn phù hợp hoặc cho một năng suất rất thấp khơng đáp ứng được yếu tố kinh tế cũng như kỹ thuật. Trong những năm gần đây việc thay thế máy mĩc thiết bị cho con người được thực hiện trên tất cả các lĩnh vực trong đĩ việc thay thế các tay gắp tự động thay thế cho bàn tay của con người cũng là một lĩnh vực được quan tâm rất nhiều. Các loại tay gắp được thiết kế và chế tạo mơ phỏng theo thao tác tay của con người cũng rất đa dạng và phong phú, một trong những phương pháp đĩ là tay gắp được điều khiển bằng nguồn lực khí nén. Cơ cấu gắp điều khiển bằng khí nén được nhiều hãng cung cấp linh kiện khí nén trên thế giới sản suất với nhiều kích thước khác nhau, tuy nhiên ở Việt Nam các loại tay gắp này cịn rất hạn chế về số lượng cũng như kích thước cho các loại sản phẩm khác nhau, việc nhập các cơ cấu này phải mất rất nhiều thời gian và kinh phí và nĩ cũng là yếu tố ảnh hưởng đến năng suất cũng như giá thành sản suất của các nhà máy. Với phương châm giảm giá thành của thiết bị người nghiên cứu quyết định chọn đề tài “ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén” làm đề tài nghiên cứu. 2. Mục tiêu của đề tài. - Nghiên cứu các dạng sản phẩm lắp ráp dưới dạng trụ và khối hộp. - Nghiên cứu quá trình lắp ráp dạng thủ cơng và bán tự động. - Nghiên cứu phương pháp lắp ráp và thiết kế cơ cấu gắp tương ứng. - Thiết kế cơ cấu gắp khối trụ và khối hộp dạng khí nén. - Mơ phỏng quá trình gắp định vị sản phẩm. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 1
4. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 - Hồn thiện bản vẽ cơ cấu gắp dạng khí nén. 3. Tầm quan trọng của đề tài. Giải mã những công nghệ tiên tiến của những nước tiên tiến là một trong những nhiệm vụ cấp bách của đất nước ta hiện nay, với việc chế tạo được thiết bị công nghiệp trong việc gắp và định vị thiết bị khi lắp ráp trong một dây chuyền tự động là một vấn đề cực kỳ quan trọng, nó sẽ mang lại năng suất cao, giảm sức lao động trực tiếp của công nhân, góp phần đẩy mạnh sự phát triển kinh tế của đất nước. 4. Điểm mới của đề tài. - Việc gắp và định vị các chi tiết nhỏ bằng tay sẽ làm giảm năng suất của quá trình lắp ghép các sản phẩm công nghiệp, tuy nhiên nếu đầu tư một cơ cấu gắp tự động được nhập về từ các nước tiên tiến, thì giá thành của hệ thống lắp ráp sẽ rất cao, đôi khi không phù hợp với sản phẩm cần thiết kế. - Các cơ cấu gắp hiện nay trên thị trường Việt Nam được nhập về từ các nước tiên tiến lực kẹp chi tiết khi gắp chủ yếu phụ thuộc vào lực của khí nén cũng như kích thước của xi lanh, điều này có thể sẽ làm hỏng hoặc biến dạng các chi tiết có độ bền kém, vơi cơ cấu gắp được nghiên cứu trong đề tài, lực kẹp chi tiết có thể được điều chỉnh thông qua lực ép của lò xo mà có thể không phụ thuộc vào 2 yếu tố trên. 5. Giới hạn đề tài. - Đề tài chỉ đi sâu vào phần nghiên cứu và thiết kế cơ cấu tại mỏ gắp dạng song song và kẹp thiết bị, không nghiên cứu tay gắp dạng robot. - Sản phẩm gắp trong thực tế có rất nhiều dạng, đề tài này chỉ đi nghiên cứu nguyên lý chung của cơ cấu gắp và nghiên cứu cụ thể việc gắp các chi tiết dạng trụ, hình hộp với kích thước nhỏ hơn 50mm. 6. Tiến trình nghiên cứu - Nghiên cứu hình dạng của một số sản phẩm cần gắp tự động. - Nghiên cứu nguyên lý của một số cơ cấu gắp cĩ trên thị trường. - Nghiên cứu một số xi lanh dạng tiêu chuẩn. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 2
5. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 - Nghiên cứu các phương pháp tạo chuyển động dẫn hướng. - Nghiên cứu đầu mỏ kẹp cho hình khối và hình trụ. - Mơ phỏng quá trình kẹp chi tiết. - Chế tạo thử nghiệm cơ cấu kẹp khí nén cĩ sử dụng lực lị xo. - Viết báo cáo khoa học. - Hồn thiện thuyết minh. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 3
6. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 Chương 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1. Một số sản phẩm cần định vị gắp và ráp tự động. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 4
7. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 2.2. Thiết bị kẹp chặt sản phẩm. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 5
8. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 2.2.1. Kẹp chặt sản phẩm bằng Ê tơ. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 6
9. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 2.2.2. Kẹp chặt sản phẩm bằng một số mỏ kẹp GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 7
10. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 8
11. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 2. 3. Một số phương pháp định vị phơi trước khi thực hiện gắp và gá đặt. 2.3.1. Sử dụng băng tải để đưa chi tiết về vị trí chuẩn. Với phương pháp này, chi tiết cần lắp ráp sẽ được đưa đến băng chuyền từ một chuyền khác hay được cấp riêng lẻ bởi người cơng nhân, qua chuyển động của băng tải các chi tiết này sẽ đến vị trí cuối của băng tải, tại đây người thiết kế sẽ bố trí một cơ cấu gắp để gắp và định vị lại một lần nữa trước khi đưa vào ráp với chi tiết khác. 2.3.2. Sử dụng phễu rung. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 9
12. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 Nhờ lực rung điện từ chi tiết được di chuyển từ đáy phễu tới đỉnh phễu và tập trung thành từng dãy ở cuối rãnh xốn ốc, lúc này chi tiết đã được định vị và mỏ gắp cĩ thể gắp và đưa đúng vào vị trí lắp ghép trên dây chuyền. 2.3.3. Cơ cấu cấp phôi và định hướng bẵng rãnh. Phễu cấp phôi như hình dưới đây thường được dùng cho loại phôi có mũ, chiều dài phôi l = 50mm; d = 10mm. Trong phễu có đĩa 2 quay, trên đĩa có gắn các vấu làm nhiệm vụ đẩy phôi ra máng khi phôi lọt vào rãnh. Đĩa thường được đặt nghiêng một góc 250- 300. Máng dẫn đặt ở vị trí cao của đĩa. Loại phễu này làm việc êm, có độ tin cậy cao, năng suất trung bình, cuối rãnh cĩ vị trí định vị chuẩn để mỏ kẹp cĩ thể gắp được. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 10
13. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 2.3.4. Cấp phơi kiểu hộc chứa kết hợp với băng tải 4 1 2 3 Phôi1 được đưa vào phễu 4, xi lanh 3 sẽ đẩy phôi từ phễu sang băng tải 2, băng tải sẽ chuyển phôi đến vị trí của mỏ gắp, sự cấp phôi sẽ được điều khiển thông qua xi lanh 3. 2.4. Các phương pháp kẹp chặt chi tiết. 2.4.1. Kẹp chặt bằng đầu hút chân khơng GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 11
14. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 Phương pháp này áp dụng để kẹp chặt các sản phẩm cĩ kích thước nhỏ hoặc cĩ trọng lượng thấp cĩ độ bền khơng cao và khĩ kẹp bằng các cơ cấu cơ khí khác, đây cũng là một phương pháp kẹp nhanh. 2.4.2. Kẹp chặt bằng mỏ kẹp với nguồn lực là động cơ và đầu kẹp cơ khí. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 12
15. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 13
16. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 Nguồn lực cho phương pháp kẹp chặt bằng cơ khí cĩ thể là truyền động trực tiếp bằng động cơ hay gián tiếp bằng một số bộ truyền động cơ khí khác. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 14
17. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 2.4.3. Kẹp chặt bằng mỏ kẹp với nguồn lực là khí nén và đầu kẹp cơ khí. Đây là một số mỏ kẹp sử dụng nguồn lực khí nén, với thiết bị này xi lanh khí nén được tích hợp thành một bộ trên mỏ kẹp và khơng thể tách rời lực kẹp, mỏ kẹp này cĩ tốc độ kẹp rất nhanh và lực kẹp phụ thuộc vào cấu tạo cơ khí cũng như lực của xi lanh. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 15
18. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ CẤU KẸP BẰNG KHÍ NÉN 3.1. Chọn phương án thiết kế mỏ kẹp Như các phương án kẹp sử dụng khí nén đã trình bày ở trên, kết cấu của đầu cuối mỏ kẹp phụ thuộc chủ yếu vào sản phẩm cần gắp và kẹp, lực kẹp phụ thuộc vào nguyên lý kẹp cũng như lực trên xi lanh khí nén, Các hãng sản xuất tuy khác nhau nhưng kích thước và lực mỏ kẹp gần như được tiêu chuẩn hĩa như nhau, nếu một mỏ kẹp được thiết kế kẹp chi tiết hộp với kích thước 50mm với chiều rộng mở tối đa của mỏ kẹp là 60mm, mỏ kẹp này cĩ thể kẹp chi tiết cĩ độ dày từ 50mm tới 55mm với lực kẹp phụ thuộc vào kích thước của xi lanh cũng như áp suất của nguồn khí nén cung cấp, vì một lý do nào đĩ người thiết kế muốn thay đổi lực kẹp bắt buộc phải thay đổi áp suất của nguồn cung cấp khí nén ( điều này sẽ làm ảnh hưởng đến lực của các xi lanh khác trong cùng hệ thống và hầu như khơng thể thực hiện), hoặc thay đổi kích thước của xi lanh khí nén, khi thay đổi kích thước này đồng nghĩa với việc phải đổi một loại mỏ kẹp mới với kích thước và kết cấu cĩ thể khác so với thiết kế ban đầu và nhiều khi khơng thể tìm được một loại mỏ kẹp nào đáp ứng được. Để cĩ thể đáp ứng được yêu cầu trên, việc thiết kế và chế tạo một cơ cấu kẹp với xi lanh và phần kẹp được tách rời là một bước cải tiến và bổ sung cĩ ý nghĩa trong lĩnh vực phát triển các cơ cấu kẹp trong việc lắp ráp sản phẩm. XI LANH PHẦN KẸP GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 16
19. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 XI LANH PHẦN KẸP 3.2. Nguyên lý kẹp của cơ cấu kẹp khí nén kiểu ngàm kẹp song song 1. Xi lanh, 2. cơ cấu địn bẩy, 3. Thanh trượt, 4. Mỏ kẹp GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 17
20. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 Nguyên lý hoạt động: Dưới tác dụng của lực xi lanh, thơng qua phần đầu của piston sẽ tác dụng vào cơ cấu địn bẩy, cơ cấu địn bẩy này quay quanh trục của nĩ sẽ tác động vào 2 mỏ kẹp, tùy vào hướng chạy của piston mà mỏ kẹp sẽ đĩng hay mở. 3.2. Nguyên lý kẹp của cơ cấu kẹp khí nén kiểu ngàm kẹp song song cải tiến Với nguyên lý kẹp của cơ cấu kẹp sử dụng kiểu khí nén được trình bày ở mục trên cịn tồn tại một hạn chế lớn lực kẹp tại mỏ kẹp 4 phụ thuộc chủ yếu vào lực kẹp của xi lanh khí nén và khơng thể thay đổi được nếu khơng thay đổi nguồn khí cũng như tiết diện của xi lanh điều khiển nĩ, vì vậy trong một số trường hợp nào đĩ nĩ cĩ thể là nguyên nhân gây ra sự hư hỏng của chi tiết kẹp hoặc khơng thể điều chỉnh được chiều rộng của mỏ kẹp khi kẹp các chi tiêt nhỏ hơn. Để khắc phục được nhược điểm này, việc thêm vào một mỏ kẹp phụ trượt trên mỏ kẹp chính sẽ rất cĩ ý nghĩa và cơ cấu hồn chỉnh tại mỏ kẹp cải tiến như hình bên dưới. Các chi tiết được thêm vào bao gồm 5_hệ thống lị xo và băng trượt, 6_mỏ kẹp phụ. Như vậy từ việc thêm vào các chi tiết 5,6 như bên dưới lực kẹp chi tiết 7 hồn tồn phụ thuộc vào lực của lị xo và nĩ cĩ thể điều chỉnh được mà khơng cần phải thay thế áp lực của nguồn khí cũng như tiết diện của xi lanh khí nén. Ngồi ra với cơ cấu được đưa thêm vào việc thay thế qua lại mỏ kẹp phụ để gắp các sản phẩm dạng hộp và dạng trụ là rất nhanh và khơng ảnh hưởng đến các chi tiết khác của mỏ kẹp. GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 18
21. Đề Tài _ Thiết kế, chế tạo mơ hình cơ cấu tay gắp khí nén , T2014 – 85 3.4 Cấu tạo mỏ kẹp phụ để kẹp chi tiết dạng hộp và dạng trụ GVTH: Nguyễn Văn Đoàn Trang 19
22. S K L 0 0 2 1 5 4