Đồ án Thiết kế thiết bị tự động hóa chuyên dùng gia công hốc kềm cắt da (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế thiết bị tự động hóa chuyên dùng gia công hốc kềm cắt da (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA CHUYÊN DÙNG GIA CÔNG HỐC KỀM CẮT DA GVHD: DƯƠNG BÌNH NAM SVTH: NGUYỄN THÁI SƠN MSSV: 11143129 SVTH: NGUYỄN HIẾU TOÀN MSSV: 11143160 S K L 0 0 4 1 0 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN:CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:“THIẾT KẾ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA CHUYÊN DÙNG GIA CÔNG HỐC KỀM CẮT DA” Giảng viên hướng dẫn: DƯƠNG BÌNH NAM Sinh viên thực hiên: MSSV: Lớp: NGUYỄN THÁI SƠN 11143129 111432B NGUYỄN HIẾU TOÀN 11143160 111432B Khóa: 2011-2015 TP.Hồ Chí Minh, tháng 07/2015
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Công nghệ chế tạo máy NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: Dƣơng Bình Nam Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thái Sơn MSSV: 11143129 Nguyễn Hiếu Toàn MSSV: 11143160 1. Tên đề tài: Thiết kế thiết bị tự động hóa chuyên dùng gia công hốc kềm cắt da 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Kềm cắt da - Q = 3s/sp 3. Nội dung chính của đồ án: - Nghiên cứu kềm cắt da (sản phẩm kềm Nghĩa) - Nghiên cứu bản vẽ chi tiết - Nghiên cứu vị trí kích thƣớc chi tiết gia công - Nghiên cứu các phƣơng án gia công - Chọn phƣơng án tối ƣu - Tính toán thông số thiết kế - Thiết kế máy, cơ khí, điện điều khiển thủy lực khí nén 4. Ngày giao đồ án: 5. Ngày nộp đồ án: TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) i
4. LỜI CAM KẾT  Tên đề tài:Thiết kế thiết bị tự động hóa chuyên dùng gia công hốc kềm cắt da. GVHD: Dƣơng Bình Nam SVTH: Nguyễn Thái Sơn MSSV: 11143129 Nguyễn Hiếu Toàn MSSV: 11143160 Địa chỉ sinh viên: Hẻm 4, Tổ 27, Kp4, P. Trảng Dài, Tp. Biên Hòa, Đồng Nai. Số điện thoại:0986721224 Email: 11143129@student.hcmute.edu.vn Ngày nộp ĐATN:20/7/2015 Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan ĐATN này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện.Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc.Nếu có bất kỳ một sự sai phạm nào,chúng tôi sẽ chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 07 năm 2015 Đại diện nhóm (Ký,ghi rõ họ tên) ii
5. LỜI CẢM ƠN  Qua môn học đồ án Tốt nghiệp này, em đã học tập đƣợc rất nhiều điều bổ ích . Một là củng cố lại toàn bộ kiến thức trong môn công nghệ chế tạo máy . Hai là em đã tiếp thu đƣợc rất nhiều kinh nghiệm gia công thực tế do thầy truyền đạt. Tuy nhiên, vì đây là lần đầu tiên em thực tập làm quen với việc lập quy trình gia công chi tiết cụ thể. Mặt khác trong hoàn cảnh kinh nghiệm còn non nớt, kiến thức còn hạn chế và một phần do phƣơng pháp làm việc trong giai đoạn đầu của đồ án chƣa hiệu quả. Do đó, đồ án này chắc chắn còn nhiều điều thiếu sót. Chúng em kính mong quý Thầy Cô tận tình phân tích các sai sót và chỉ dạy thêm để chúng em ngày càng hoàn thiện kiến thức về việc lập quy trình công nghệ gia công các sản phẩm cơ khí. Trong quá trình thực hiện đồ án này, em đã đƣợc thầy DƢƠNG BÌNH NAM tận tình hƣớng dẫn. Xin chân thành cảm ơn thầy đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đúng hạn môn học đồ án quan trọng này. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thái Sơn Nguyễn Hiếu Toàn iii
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN  TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾTHIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HÓA CHUYÊN DÙNG GIA CÔNG HỐC KỀM CẮT DA 1. Mục đích đề tài: . Nghiên cứu thiết bị tự động hóa chuyên dùng gia công hốc kềm cắt da. . Thiết kế sản phẩm. 2. Phƣơng pháp nghiên cứu: . Đề tài đƣợc nghiên cứu theo phƣơng pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực hành. 3. Nội dung chính: Đề tài gồm 6 chƣơng . Chƣơng 1: Giới thiệu . Chƣơng 2:Tổng quan về tự động hóa trong sản xuất. . Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết. . Chƣơng 4: Phƣơng hƣớng và giải quyết vấn đề. . Chƣơng 5: Tính toán, thiết kế máy. 4. Giới hạn của đề tài. . Chƣa tiến hành thực nghiệm đƣợc. . Đề tài còn một số chỗ cần khắc phục. 5. Hƣớng phát triển. . Chế tạo, gia công thử nghiệm ngoài thực tế. . Điều chỉnh, cân đối lại thời gian, chu kỳ gia công cho phù hợp với dạng sản xuất. . Khắc phục những lỗi trong thiết kế sau khi đã thử nghiệm ngoài thực tế. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thái Sơn Nguyễn Hiếu Toàn iv
7. MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN i LỜI CAM KẾT ii LỜI CÁM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv MỤC LỤC v CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG SẢN XUẤT 2 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 9 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 33 CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÁY 40 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 v
8. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU Trong xã hội văn minh, hiện đại, nhu cầu làm đẹp ngày càng cao, trong mỗi hộ gia đình ít nhiều đều có một chiếc kềm Nghĩa. Nhưng quy trình gia công để cho ra một chiếc kềm vẫn còn một số nguyên công phải gia công bằng tay khiến cho chất lượng của sản phẩm không đồng nhất, đòi hỏi tay nghề của người thợ, sinh nhiều phế phẩm, Nước ta hiện nay đang trong quá trình phát triển, nhu cầu về tự động hoá trong hệ thống điều khiển là rất cần thiết. Mức độ tự động hoá ở nước ta vẫn ở trình độ thấp chưa phát huy hết thế mạnh của nó. Chính vì lẽ đó mà các sản phẩm làm ra đạt chất lượng kém và năng suất thấp, nhìn chung trình độ tự động còn phụ thuộc nhiều vào sức người, chưa thấy được kết quả mà nó đem lại. Đồng thời chúng ta cũng tìm hiểu nó một cách đúng đắn. Do đó, ở phần này ta sẽ biết được cách hoạt động, cách điều khiển, cách hoạt động một cách khái quát mà cụ thể là hệ thống gia công tự động kềm cắt da. Từ những nguyên nhân trên, đòi hỏi cấp bách phải tự động hóa quy trình sản xuất kềm Nghĩa. 1
9. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG SẢN XUẤT “Trước khi đi tìm hiểu về vấn đề chính trong chương này là khái niệm về tự động hóa và sự phát triển của nó trong giai đoạn mới, ta xem sơ lược về tình hình ngành cơ khí của nước nhà và sự phát triển của nó trong tương lai để thấy rõ sự cần thiết phải có tự động hoá như thế nào? Việc áp dụng tự động hoá cho các nhà máy, xí nghiệp trong việc lắp ráp các chi tiết với nhau là cần thiết hay không? Có được cái nhìn chung như thế, ta mới nắm vững, hiểu rõ và phát huy hết tác dụng của nó và áp dụng một cách linh hoạt và phù hợp với nền sản xuất nước nhà, từng bước cải tiến kỹ thuật, nâng cao chất lượng sản phẩm. Tình hình ngành cơ khí Việt Nam và triển vọng trong tương lai: 1. Những nét cơ bản về sự hình thành: Bắt đầu từ năm 1956 có định hướng ở miền Bắc: Nhà máy cơ khí trung, qui mô Hà Nội: Chế tạo máy công cụ. Nhà máy cơ khí Cẩm Phả: Phục vụ khu mỏ Hòn Gai. Nhà máy cơ khí xe lửa Gia Lâm. Nhà máy ô tô Trần Hưng Đạo, Hoà Bình, Diesel Sông Công. Phục vụ giao thông vận tải và sức kéo cho nông lâm nghiệp. Các nhà máy đóng tàu Bạch Đằng, Phà Rừng. Một loạt các nhà máy qui mô 500tr/năm sản phẩm cơ khí phục vụ công nghiệp địa phương và chiến đấu tại chỗ. Một loạt các nhà máy cơ khí quốc phòng và ngành. Những đặc điểm: Qui mô nhỏ, và nhà máy có qui mô vừa, phục vụ nhu cầu bức thiết trước mắt trong nước. Sản xuất sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật không cao Công nghệ và tổ chức khép kín từ tạo phôi đến lắp ráp thành phẩm. Công nghệ và thiết bị lạc hậu, hơn 30 năm nay ít được đổi mới. Hiện nay đang ở trình độ khoa học – công nghệ những năm 40 của thế kỉ này Nhân lực: Thợ bậc cao, từ bậc 6 trở lên: khoảng 7 ngàn nhưng tuổi bình quân trên 40, có hạn chế. Đáng kể có 10 ngàn từ kỹ sư trở lên: Nhưng chưa phát huy tốt tiềm năng. Tổng tài sản cố định toàn ngành khoảng 300 triệu USD là hết sức nhỏ bé. Hiện trạng ngành cơ khí thành phố Hồ Chí Minh: Đặc điểm chung: – Tiếp nhận từ một ngành cơ khí non yếu chỉ làm dịch vụ sửa chữa và sản xuất một số phụ tùng đơn giản 2
10. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam – Từ sau năm 1975 chưa có một nhà máy cơ khí nào được đầu tư thiết bị – công nghệ đồng bộ với một hướng sản xuất rõ rệt ban đầu – Vốn đầu tư thấp, thiết bị đầu tư lẻ tẻ nhưng lại cố tạo ra một khả năng khép kín công nghệ nên lại càng non yếu về năng lực sản xuất về trình độ công nghệ. – Một vài năm gần đây một số xí nghiệp đã cố đổi mới công nghệ - thiết bị nhưng rất chật vật trên nền cũ của mình – Năng lực sản xuất – Máy động lực và phụ tùng nông ngư nghiệp – Phụ tùng đơn giản cho làm đất – Thiết bị chế biến nông lâm sản, thực vật – Lắp ráp ô tô xe máy – Đóng xà lan và tàu nhỏ ven biển – Thiết bị điện: động cơ, máy biến thế – Cơ khí tiêu dùng: xe đạp, quạt điện, phụ tùng x e gắn máy – Giá trị tổng sản lượng 1996, là 200 tỷ đồng Năng suất lao động trung bình 40triệu /người /năm Qui mô và nhân lực: – Nhỏ, chủ yếu là sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ – Tổng tài sản cố định: trên 70tỷ rất bé. – Tổng số công nhân sản xuất trên 3000. Trong đó có hơn 13000 công nhân bậc 4 trở lên. – Trên 400 cán bộ kỹ thuật có trình độ kỹ sư trở lên, nhưng ít có cơ hội được đào tạo lại thường xuyên theo sự phát triển của khoa học – công nghệ Về khoa học và công nghệ – Trong bối cảnh chung của cả nước: lạc hậu khoảng 50năm – Đặc biệt yếu về các công nghệ vật liệu và tạo phôi – Đáng chú ý la một số xí nghiệp quốc doanh và tư doanh đầu tư nhập công nghệ thiết bị hiện đại trong khuôn mẫu. Tỷ trọng thiết bị tiên tiến chỉ khoảng 15%. – Vẫn còn thời kỳ cơ khí hoá. Tổng quát: – Mặc dù hết sức năng động, tự vươn lên nhưng vẫn yếu kém về năng lực sản xuất cả về qui mô và chất lượng sản phẩm. – Còn khá xa trước nhiệm vụ trang thiết bị lại một phần cơ bản cho các ngành kinh tế. 3
11. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam – Còn phân tán, tự phát thiếu đồng bộ và cần có qui hoạch chiến lược tập trung đầu tư đi vào những trọng điểm. Có cơ cấu sản phẩm định hướng hợp lý cho một trung tâm công nghiệp phía nam. – Tuy đội ngũ nhân lực khá và năng động nhưng còn thiếu khả năng đào tạo tiếp cân một cách khoa học công nghệ tiên tiến. Thành tựu khoa học – công nghệ tiên tiến của thế giới trong lĩnh vực cơ khí: Nhu cầu về một hình thái sản xuất linh hoạt: Đặc điểm về thời đại về nhu cầu: Đa dạng về mẫu mả, chủng loại. Luôn thay đổi thị hiếu. “tuồi thọ” của sản phẩm ngắn, có loại chỉ xuất hiện vài tháng là mất hết thị trường. Nhà sản xuất đứng trước những biến động khó lường. Định hướng về khoa học – công nghệ: Trên cơ sở công nghệ tin học tạo ra một nền “sản xuất linh hoạt” đáp ứng sự biến động khôn lường của nhu cầu và khả năng cạnh tranh nhờ đổi mới sản phẩm. Hiệu quả đặc trưng quan trọng nhất của công nghê tin học là năng lực giúp cho những ý tưởng của con người – dù có đa dạng và biến động cách mấy – trở thành hiện thật một cách nhanh chóng nhất, ít tốn công sức nhất. Tự động hoá nhờ kỹ thuật – công nghệ tin học: Dùng công cụ CAD: Giúp phân tích thiết kế, tính toán và thể hiện nhanh, chính xác; lưu trữ và thay đổi dễ dàng trong khi thiết kế các sản phẩm. Khi dùng CAD cần hiểu đúng: Y tường và những vấn đề thuộc về tư duy linh hoạt thì do người thực hiện. Những công việc phân tích, so sánh, chọn lựa, tính toán theo một qui luật xác định do máy tính thực hiện tự động Máy tính thực hiện nhanh việc thể hiện thành bản vẽ 2 hoặc 3 chiều. Mỗi lĩnh vực có từng loại CAD chuyên dùng thích hợp mới có sức mạnh thực thụ cho người dùng. Dùng công cụ CAM Trên cơ sơ về dữ liệu về sản phẩm đã thiết kế nhờ CAD. Với sự quyết định cách thức và qui trình gia công của nhà công nghệ. Tạo ra các máy tính từ máy gia công CNC tự động thực hiện một cách chính xác quá trình gia công. 4
12. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam Dùng công cụ CIM. Tích hợp các bộ phận của quá trình sản xuất từ CAD, CAM kiềm tra chất lượng CAQC, kế hoạch sản xuất Thành một hệ thống được điều chỉnh nhờ máy tính. Định hướng và khả năng ứng dụng khoa học – công nghệ tiên tiến và cơ khí tại nước ta: Định hướng về mục tiêu qui hoạch phát triển Sở công nghiệp thành phố đã đưa ra “Định hướng quy hoạch phát triển ngành công nghiệp cơ khí Thành Phố thời kỳ 1996 –2000 và 2001” Nội dung cơ bản: Làm xương sống cho nền kinh tế: Sản xuất lại và trang bị lại cho mình và các ngành kinh tế. Đầu tư chiều sâu vào những khâu quyết định khả năng cạnh tranh của sản phẩm. Đi thẳng vào công nghệ tiên tiến một số lĩnh vực tạo ra sản phẩm có chất lượng cao. Chú trọng xây dựng trung tâm nghiên cứu – phát triển. Qui hoạch và tổ chức lại ngành thành 4 khối lớn. Định hướng các sản phẩm cơ bản. Đầu tư chiều sâu cho 4 nhà máy. Định hướng ứng dụng công nghệ tiên tiến Ứng dụng CAD trong thiết kế cơ khí: Hiện tại chúng ta vẫn dùng phương pháp cổ truyền trong thiết kế. Chưa sử dụng sự hỗ trở của máy tính và các phần mềm thích hợp. Vì vậy tiềm năng sáng tạo của người thiết kế chưa phát huy hết tiềm năng về vẽ, tra cứu, tính toán về thiết kế, ngay cả lúc thành phố HCM đã có nhiều nhu cầu về thiết kế như: các thiết bị chế biến nông sản, hải sản, thiết bị phục vụ làm đất thu hoạch trong nông nghiệp; các khuôn mẫu vừa đa dạng vừa luôn luôn đổi mới, các sản phẩm cơ khí dân dụng. Người Việt Nam hoàn toàn có khả năng tiếp thu và dùng các phần mềm thích hợp ở nước ngoài phục vụ mục tiêu của mình. Người Việt Nam còn có khả năng tận dụng những phần mềm thích hợp của nước ngoài kết hợp với phần mềm tự xây dựng để phục vụ cho thiết kế cơ khí – chẳng hạn phần mềm cơ khí BK –CAD của cán bộ khoa học cơ khí trường đại học Bách Khoa TP.HCM; Me CAD của trung tâm tin học IDEA của Hà Nội. Tránh ngộ nhận cần hiểu rõ chức năng của các phần mềm CAD trên thị trường để dùng khi thiết kế. Không phải CAD nào cũng dùng được cho thiết kế. Ứng dụng CAD trong công nghệ gia công cơ khí. Hiện cần thiết cho gia công các loại khuôn phức tạp trên các máy công cụ điều khiển số NC Hiện có phần mềm CAD/CAM /CIMATRON 90 chuyên dùng, kết hợp giữa mô hình hoá, tạo bản vẽ cần gia công với việc mô hình hoá, tạo bản vẽ sản phẩm cần gia công với việc mô hình hoá quá trình gia công lập trình điều khiển máy CNC và CIMATRON-90 có thể 5
13. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam điều khiển quá trình của công nghệ khoan, phay 2, 5 –5 toạ độ, công nghệ tiện, đột, dập theo đường và công nghệ cắt bằng dây. Chú ý đầu tư các công cụ thiết bị dùng trong công nghệ tạo mẫu để năng cao hiệu quả của hệ thống CAD/CAM. Đầu tư máy công cụ điều khiển số nhờ máy tính CNC. Cần phân biệt máy công cụ NC và CNC. Năng lực của 2 loại khác nhau rất nhiều. Chỉ có máy CNC mới dùng công nghệ CAD được và mới thực sự hiệu quả. Hiện tại có một cơ sở đã dùng máy này, đáng chú ý là doanh nghiệp tư nhân lại đầu tư mạnh hơn doanh nghiệp nhà nước. Cần lựa chọn công nghệ thích hợp của máy cho mặt hàng cụ thể của cơ sở sản xuất. Không quên đầu tư cho công việc tạo phôi và xử lý vật liệu, xử lý bề mặt là khâu kém hiện nay ở TP HCM Muốn chất lượng sản phẩm cơ khí được năng cao, không thể thiếu sự đóng góp đồng bộ các công nghệ truyền thống như gia công các dậng bánh răng, các bề mặt có dạng có độ chính xác và độ bóng cao bằng công nghệ mài, nghiền, đánh bóng Đào tạo nhân lực cho các công nghệ tiên tiến Đào tạo nhân công: Đủ năng lực vận hành thiết bị tiên tiến, biết phát hiện những bất thường để kịp xem xét. Đào tạo kỹ sư: Hiểu nguyên lý hoạt động, chọn công nghệ thích hợp, nắm chắc các phần mềm và thiết bị Làm chủ, sử dụng các phần mềm và thiết bị để điều khiền và lập trình một cách hiệu quả. Có năng lực và công nghệ tốt để quyết định qui trình và thông số công nghệ khi sử dụng CAM. Khả năng bảo dưỡng thiết bị hiệu quả. Khả năng đào tạo trong nước. Ngoài việc gửi tu nghiệp nước ngoài, hiện nay ở trong nước cũng có một số cơ sở có năng lực đào tạo: Viện máy công cụ tại Hà Nội, trường đại học BK HN Trường đại học BKTP_HCM khoa Cơ Khí Trung tâm Việt Đức trường đại học BKTp- HCM Đang đầu tư trường Lý Tự Trọng Có thể đào tạo công nhân Kỹ thuật viên kỹ sư 6
14. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam Cần chú ý đào tạo nhân lực thực hành, dạng Kỹ Sư thực hành mà hiện tại chúng ta rất cần nhưng các cơ sở đào tạo trong nước lại rất yếu trong việc này. Quan tâm hơn nửa việc đào tạo nhân lực: Không có con người đủ năng lực thì không tiếp thu và phát huy được các công nghệ tiên tiên của thế giới dù có tiếp cận về. Đầu tư trang thiết bị và công nghệ hiện đại, gửi đi đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên và giảng viên (cho các cơ sở có chức năng đào tạo) Nhà nước cũng nối tiếp các doanh nghiệp cùng góp cho việc đào tạo nhân lực cho mình. Các cơ sở đào tạo trong nước, trong thành phố nên liên kết để bổ sung cho nhau trong đào tạo, đồng thời hợp tác với nước ngoài trên cơ sơ hai bên cùng có lợi. Đó là một hiện thực ở một số cơ sở đào tạotrong nước đã làm được. Nhận xét: Nhìn chung với xu hướng chung của thế giới, ngành cơ khí nước nhà cũng đã có sự phát triển vượt bậc trong việc áp dụng tự động hoá ở một số bộ phận. Xong nó chỉ mang tính chất riêng lẽ, cục bộ chưa phát huy hết khả năng của nó và sự phát triển thiếu đồng bộ đó cũng do nhiều nguyên nhân khác gây ra. Do đó để nắm vững và áp dụng nó một cách đúng mức ta lần lượt đi tìm hiểu về các vần đề sau để có cái nhìn chung về nó và phát huy một cách hiệu quả nhất để đáp ứng nhu cầu xã hội ngày nay. 2. Khái niệm về tự động hoá sản xuất: Định nghĩa tự động hoá: Là dùng năng lượng phi sinh vật (cơ, điện, điện tử ) để thực hiện một phần hay toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sự can thiệp của con người. Tự động hoá là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ khí, điện tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất. Công nghệ này bao gồm: - Những công cụ máy móc tự động. - Máy móc lắp ráp tự động. - Người Máy công nghiệp. - Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động. - Điều khiển có hồi tiếp và điều khiển quá trình bằng máy tính. - Hệ thống máy tính cho việc thảo kế hoạch, thu nhập dữ liệu và ra quyết định để hỗ trợ các hoạt động sản xuất. Các hình thức tự động hoá – Tự động hoá cứng: Là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động (xử lý hay lắp ráp) cố định trên một cấu hình thiết bị. Các nguyên công trong dây chuyền này thường đơn giản. Chính sự hợp nhất 7
15. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam và phối hợp các nguyên công như vậy vào một thiết bị làm cho hệ thống trở nên phức tạp. Những đặc trưng chính của tự động hoá cứng là: • Đầu tư ban đầu cao cho những thiết bị thiết kế theo đơn đặt hàng. • Năng suất máy cao. • Tương đối không linh hoạt trong việc thích nghi với các thay đổi sản phẩm. – Tự động hoá lập trình: Thiết bị sản xuất được thiết kế với khả năng có thể thay đổi trình tự các nguyên công để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác nhau. Chuỗi các hoạt động có thể điều khiển bởi một chương trình, tức là một tập lệnh được mã hoá để hệ thống có thể đọc và diễn dịch chúng. Những chương trình mới có thể được chuẩn bị và nhập vào thiết bị để tạo ra sản phẩm mới. Một vài đặc trưng của tự động hoá lập trình là: + Đầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát + Năng suất tương đối thấp so với tự động hoá cứng. + Sự linh hoạt khi có sự thay đổi trong cấu hình sản phẩm. + Thích hợp nhất là cho sản xuất hàng loạt. Tự động hoá linh hoạt là sự mở rộng của tự động hoá lập trình được. Khái niệm của tự động hoá linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm vừa qua. Và những nguyên lý vẫn còn đang phát triển.” [9] 8
16. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT [8] 1.1 NGUYÊN LÝ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG DẦU ÉP Truyền động bằng dầu ép là một hệ thống truyền động, trong đó một khâu làm việc của nó là chất lỏng. Chất lỏng này được dùng chủ yếu là dầu khoáng chất. Truyền động dầu ép được thực hiện bằng cách cung cấp cho dầu một năng lượng dưới dạng thế năng (bơm dầu nén dầu dưới một áp suất nhất định). Sau đó thế năng của dầu được biến thành cơ năng (áp suất dầu đẩy pittông di động) để hoàn thành một công việc nhất định. Bất kỳ một hệ thống truyền động bằng dầu ép nào cũng có hai phần chính: cớ cấu biến đổi năng lượng (bơm dầu, động cơ dầu, xilanh truyền lực) và các cơ cấu điều khiển, điều chỉnh (các loại van). Ngoài ra còn một số thiết bị khác để đảm bảo sự làm việc bình thường, cũng như thỏa mãn một số yêu cầu đối với hệ thống dầu ép. 1.1.1 Cơ cấu biến đổi năng lƣợng Cơ cấu biến đổi năng lượng có hai loại: - Bơm dầu: là phần đầu tiên trong hệ thống dầu ép để biến đổi cơ năng thành thế năng và động năng. Bơm dầu thường nhận chuyển động từ động cơ điện và nén dầu đến một áp suất nhất định. Động năng trong hệ thống dầu ép rất bé so với thế năng (khoản 0,33% trong hệ thống Lauf-Thoma), cho nên trong những phần sau này ta chỉ đề cập đến thế năng. a) Bơm bánh răng ăn khớp ngoài b) Bơm bánh răng ăn khớp trong c) Bơm trục vít d) Bơm cánh gạt Hình 1.1: Các loại bơm thường dùng trong công nghiệp - Động cơ dầu, xilanh truyền lực: cả hai loại này đều dùng để biến thế năng của dầu thành cơ năng, tức là biến áp suất do bơm dầu tạo nên thành công cơ khí. Động cơ dầu có 9
17. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam kết cấu gần như bơm dầu, và cơ năng do động cơ dầu tạo nên có dạng chuyển động vòng. Còn cơ năng do xilanh truyền lực tạo nên có dạng chuyển động thẳng. a) Xilanh tác động một phía b) Xilanh tác động hai phía Hình 1.2: Xy lanh truyền lực 1.1.2 Cơ cấu điều khiển - Nối liền bơm dầu với động cơ dầu hoặc xilanh truyền lực là các cơ cấu điều khiển, cơ cấu điều chỉnh để đảm bảo sự liên tục cần thiết cho tất cả các giai đoạn của chu kỳ làm việc. Các cơ cấu này bao gồm các thiết bị để điều chỉnh và ổn định vận tốc, các bộ phận đảo chiều, các loại van an toàn, van giảm áp, rơle, v.v Ở những hệ thống dầu ép hiện đại, tất cá các loại điều khiển này được lắp trên một tấm bảng gọi là panel điều khiển. - Những thiết bị phụ gồm có nhiều loại như: ống dẫn – dùng để nối liền các bộ phận của hệ thống, bộ lọc dầu – dùng để ngăn chặn các chất bẩn không cho thâm nhập vào dầu, thiết bị làm nguội – dùng để giữ một nhiệt độ nhất định khi dầu làm việc - Truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại chủ yếu dùng để thực hiện chuyển động thẳng cũng như chuyển động vòng. Ngoài ra, người ta còn dùng các hệ thống dầu ép để điều khiển các chu kỳ làm việc của máy với những thiết bị và cơ cấu điều khiển, điều chỉnh, kiểm tra bằng dầu ép. 1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG DẦU ÉP Sự khác nhau cơ bản của hệ thống truyền động bằng dầu ép so với truyền động bằng cơ khí là việc dùng chất lỏng – chủ yếu là dầu khoáng chất, để làm phương tiện thực hiện truyền động và biến đổi năng lượng. 1.2.1 Nhƣợc điểm Trong hệ thống dầu ép, dầu được coi là chất lỏng không đàn hồi. Điều này giúp cho việc thiết kế và tính toán các cơ cấu dầu ép được đơn giản và dễ dàng hơn. Trong thực tế dầu vẫn có tính đàn hồi do các chất khí hòa tan trong dầu. Điều này làm cho việc đảm bảo sự làm việc ổn định, sự chuyển động êm nhẹ cho các cơ cấu dầu ép có khó khăn hơn. Ngoài ra, trong quá trình biến đổi năng lượng, năng lượng đàn hồi của dầu hoàn toàn biến thành nhiệt năng. Lượng nhiệt này thông qua dầu, truyền qua các ống dẫn, các cơ cấu máy, rồi theo dầu về bể, không thực hiện một công có ích nào cả. Sự sản nhiệt còn làm cho độ nhớt của dầu thay đổi, làm tăng khả năng bị dò dầu, chắn dầu khó khăn 1.2.2 Ƣu điểm Nhưng ngoài những nhược điểm kể trên, truyền động bằng dầu ép có những ưu điểm cơ bản, và do đó nó được sử dụng rộng rãi trong máy cắt kim loại: 10
18. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam Thực hiện truyền động vô cấp cho chuyển động chính cũng như chuyển động phụ để đảm bảo chế độ cắt thích hợp nhất. Có khả năng thực hiện truyền động có lực và công suất lớn với các cơ cấu có kích thước và trọng lượng nhỏ. Dễ dàng thực hiện các nhiệm vụ như: điều khiển tự động quá trình làm việc, đảo chiều chuyển động, chống quá tải, tiêu chuân hóa các cơ cấu và bộ phận của hệ thống. 1.2.3 Hƣớng phát triển của truyền động dầu ép Để hoàn thiện và hiện đại hóa các thiết bị của truyền động dầu ép, người ta chú ý theo các phương hướng như sau: Tập trung việc điều khiển toàn bộ hệ thống dầu ép vào một chỗ gọi là panel điều khiển. Tiêu chuẩn hóa và thống nhất hóa các cơ cấu và bộ phận của hệ thống dầu ép nhằm nâng cao độ lắp lẫn, giảm giá thành chế tạo và tạo sự dễ dàng cho quá trình sửa chữa, sử dụng. Sử dụng rộng rãi tấm nối thay cho ống nối, làm cho thiết bị dầu ép được gọn nhẹ, giảm lượng dầu dò, và do đó độ ổn định khi làm việc của các cơ cấu cũng được đảm bảo hơn. Tiếp tục nghiên cứu các tính năng động lực học của các cơ cấu dầu ép để xác định những thông số thích hợp đảm bảo sự làm việc ổn định của cơ cấu, và trên cơ sở đó tiến hành tiêu chuẩn hóa và thống nhất hóa. 1.3 DẦU TRONG HỆ THỐNG DẦU ÉP 1.3.1 Yêu cầu đối với dầu Hệ thống dầu ép làm việc trong giới hạn vận tốc, áp suất và nhiệt độ khá lớn. Trong điều kiện làm việc như thế, dầu trong hệ thống dầu ép phải thỏa mãn hàng loạt yêu cầu mới có thể đảm bảo cho các cơ cấu làm việc được bình thường. Dựa trên cơ sở những kinh nghiệm thực tế, các yêu cầu đối với dầu có thể tóm tắt như sau: a. Phải có tính bôi trơn tốt để đảm nhiệm chức năng bôi trơn các chi tiết máy mà nó chảy qua. b. Dầu cần phải có chỉ số độ nhớt cao, tức là độ nhớt của nó phải thay đổi theo nhiệt độ ít nhất. c. Phải có tính trung hòa đối với tất cả những vật liệu mà nó tiếp xúc, như không gây han rỉ đối với kim loại, không gây hư hỏng đối với các chất sơn, chất nhựa, chất dẻo, v.v d. Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết di trượt, nhằm đảm bảo độ dò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất. e. Dầu cần phải ít sủi bọt; ít bốc hơi khi làm việc; ít hòa tan nước và không khí; có môdul đàn hồi, tỷ nhiệt lớn; dẫn nhiệt tốt, hệ số nở nhiệt và khối lương riêng nhỏ. Trong những yêu cầu trên, dầu khoáng chất thỏa mãn được đầy đủ nhất. Hiện tại người ta đã chế tạo được rất nhiều loại dầu khoáng chất khác nhau cho các hệ thống truyền động bằng dầu ép. Các loại dầu ấy được chế tạo với những chất phụ gia khác nhau nhằm cải thiện 11
19. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam các đặc tính như: độ nhớt, độ bền hóa học và cơ học. Trong khi sử dụng, chất lượng của dầu thường được đánh giá bằng độ nhớt và độ bền. 1.3.2 Đơn vị dùng trong dầu ép Để thống nhất tính toán trên cơ sở hệ thống đo lường hợp pháp của nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam, ta xét đến một số đơn vị thường dùng trong hệ thống dầu ép như sau: a. Áp suất Trong hệ thống dầu ép, hay nói chung trong kỹ thuật, áp suất của chất lỏng được đo dưới 3 dạng: Áp suất là tỉ số của lực trên đơn vị diện tích. Lực được tính bằng Newton [N], và diện N tích được tính bằng mét vuông [m2 ] . Do đó đơn vị áp suất là: , tức là: m 2 N 1 1m 1kgs 2 m2 N N Đơn vị này khá nhỏ nên người ta thường dùng đơn vị: hay và so với mm2 cm 2 kg đơn vị áp suất cũ là , thì có mối liên hệ như sau: cm 2 kg N N N 1 0,1 10 105 cm 2 mm2 cm 2 m2 kg N (Trị số chính xác: 1 9,8 ; nhưng để dễ dàng tính toán, ta lấy: cm 2 cm 2 kg N 1 10 ). cm 2 cm 2 N Người ta còn dùng đơn vị bằng 105 và được gọi là bar. Như thế, so sánh gần m2 đúng với đơn vị cũ ta có: N kg 1bar 105 1 m2 cm 2 N Atmôtphe (atmôtphe kỹ thuật): là áp suất bằng 9,81.10 4 . Ký hiệu là [at]. Do đó: m 2 1at 9,81.10 4 N m2 Để dễ dàng tính toán người ta lấy: N 1at 105 1bar. m 12
20. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam Torr (hoặc milimét thủy ngân: mmHg) là áp suất dưới một cột thủy ngân cao 1mm có khối lượng riêng 13595kg m3 ở nhiệt độ 0o C trong trọng trường có gia tốc 9,81m s 2 . Do đó: 1tor 133,3N m2 ( Người ta còn gọi tor là 1 760 áp suất bầu khí quyển). Trong hệ thống dầu ép thường dùng các trị số áp suất như sau: Dãy áp suất nhỏ: 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10 bar. Dãy áp suất trung bình: 16; (20); 25; (31,5); 40 bar. Dãy áp suất lớn: (50); 63; (80); 100; (125); 160; (200); 250; (315); 400 bar. Dãy áp suất trên 400 bar thì có thể lấy trị số bất kỳ. Những trị số trong dấu ngoặc khi cần thiết mới sử dụng. b. Vận tốc Vận tốc của chất lỏng chảy qua ống dẫn là vận tốc trung bình của tất cả những phần tử chất lỏng. Đơn vị của vận tốc là m s . c. Thể tích và lƣu lƣợng Đơn vị đo thể tích chất lỏng là m3 hoặc l (lít). Ký hiệu là: V. Lượng chất lỏng chảy qua một tiết diện trên một đơn vị thời gian gọi là lưu lượng. Ký hiệu là: Q. Đơn vị để đo lưu lượng là m3 f hoặc l f . Trong cơ cấu biến đổi năng lượng dầu ép (bơm dầu, động cơ dầu) cũng có thể dùng đơn vị là lưu lượng chảy qua cơ cấu khi nó quay một vòng, gọi là lưu lượng riêng, và có thứ nguyên là m3 v hoặc l v . Những trị số danh nghĩa của lưu lượng thường được lấy theo dãy số sau đây: Q[l f ]: 1; 1,6; 2,5; 4; 6.3; 10; 16; 25; 40; (50); 63; 100; (125); 160; (200); 250; (315); 400. d. Khối lƣợng riêng Khối lượng riêng là khối lượng của một vật đồng chất trên một đơn vị thể tích. Đơn vị là [kg m3 ] . Khối lượng riêng của các loại dầu khoáng chất có khác nhau, và nó cũng thay đổi theo nhiệt độ và áp suất. Thông thường: G  (850 960) kg m3 (0,85 0,96) kg dm3 V Trong tính toán thực tế, sự thay đổi khối lượng riêng của dầu trong hệ thống dầu ép khi thay đổi nhiệt độ và áp suất không đáng kể, do đó có thể lấy:  900 kg m3 0,9kg dm3 e. Độ nhớt 13
21. Đồ án Tốt nghiệp GVHD: Dương Bình Nam Độ nhớt là lực ma sát bên trong của chất lỏng. Nó là một đặc tính quan trọng của dầu, ảnh hưởng đến tổn thất ma sát và độ dò dầu trong hệ thống dầu ép. Ta có thể phân biệt hai loại độ nhớt: Độ nhớt động lực Độ nhớt động lực là lực ma sát tính bằng 1N (Newton) xuất hiện trên 1m 2 của hai lớp phẳng song song với dòng chảy của chất lỏng cách nhau 1m và có hiệu vận tốc 1m s . Thứ nguyên của đơn vị đo độ nhớ động lực là: N.s 1 m 1kgs 1 m 2 Ký hiệu độ nhớt động lực:  Đơn vị đo lường hợp pháp còn gọi 1 10Ns m2 là Poazơ (viết tắt là : P) và có thứ nguyên là cm 1 gs 1 . Do đó: 1 1P Ns m 2 10 Độ nhớt động: Độ nhớt động là thương số của độ nhớt động lực và khối lượng riêng của chất lỏng đó. Tức là:  v  Ns m 2 kgm s 2 .s m 2 m 2 v 3 3 kg m kg m s 2 2 4 m m Đơn vị hợp pháp gọi 10 là stốc. Ký hiệu: St s s m 2 Tức là: 1St 1.10 4 s 1 100 của St là centistốc. Ký hiệu: cSt Độ nhớt Engler: Độ nhớt Engler là một tỉ số quy ước dùng để so sánh thời gian chảy 200cm 3 dầu qua ống dẫn có đường kính 2,8mm với thời gian chảy của nước cất ở nhiệt độ 20 o C qua ống dẫn có cùng đường kính. Ký hiệu độ nhớt Engler: E o . Độ nhớt Engler thường được đo khi dầu ở nhiệt độ 20, 50, 100 o C , và ký hiệu tương o o o ứng với nó là: E20 , E50 , E100 . Thí dụ: o o Dầu công nghiệp 20 có 3E50 nghĩa là dầu công nghiệp 20 đun nóng đến 50 C Có độ pha loãng ba lần kém hơn so với nước ở 20o C . 14
22. S K L 0 0 2 1 5 4