Mô hình thí nghiệm cam điện tử

Nội dung text: Mô hình thí nghiệm cam điện tử

1. MÔ HÌNH THÍ NGHIÊṂ CAM ĐIÊṆ TƢ̉ (Lê Thanh Phú c, Khoa Cơ Khí Trường Đaị Hoc̣ Sư Phaṃ Kỹ Thuâṭ Tp. HCM ) TÓM TẮT Mô hình thí nghiêṃ cam điêṇ tử là một thiết bị có nguyên lý hoaṭ đôṇ g giống như cam điêṇ tử , đều dựa trên những th ông tin cam cơ khí để tính toán xây dưṇ g bộ điều khiển cho các cơ cấu chấp hà nh như đôṇ g cơ bước, trục vit me, đai ốc để taọ ra những chuyển đô ̣ng tịnh tiến giống cam cơ khí . Đồng thời, mô hình thí nghiêṃ cam điêṇ tử cũng vẽ ra biên daṇ g cam cơ khí mà ta đang khảo sát . Từ đó, ta sẽ so sánh biên dạng này với biên dạng của cam cơ khí để kiểm tra sự chính xác của chuyển động do cam điêṇ tử taọ ra so với cam cơ khí. ABSTRACT Experimental model of electronic cam can be seen as a device which is of the same operating principle as electronic cam. It also is based on the information cam to calculate, build control program for the actuators such as step motors, screw, screw nut to creat the reciprocating motions. In addition, experimental model of electronic cam also draws cam profile. Since then, I can compare this profile with profile of mechanical cam to check the accuracy of the motion generated by experimental model of electronic cam than mechanical cam. GIỚI THIỆU Cam cơ khí là một thiết bị được ứng dụng nhiều trong công nghiệp, cam cơ khí dùng để tạo ra những chuyển động tùy theo từng biên dạng cụ thể của cam và phụ thuộc vào vị trí trục phân phối.Tuy nhiên cam cơ khí có một số nhược điểm sau: + Thiếu linh hoạt. + Làm mài mòn các chi tiết máy + Mất nhiều thời gian để thay đổi biên dạng cam Do đó, để khắc phục những nhược điểm trên của cam cơ khí, trên thếgiới người ta đã phát minh ra cam điện tử. Cam điện tử thực chất là một bộ điều khiển. Ta chỉ cần nhập các thông số của cam cơ khí vào bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ tự động 1
2. tính toán, điều khiền động cơ bước, servo để tạo ra những chuyển động giống cam cơ khí tạo ra. ( Nguồn: Theo Andrzej Anderk et al.,1999) Tuy nhiên, ở Việt Nam thực sự chưa có nhiều đề tài nghiên cứu về cam điện tử. Chính vì vậy tôi xin chọn đề tài “ Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử” làm đề tài nghiên cứu để tìm hiểu về công nghệ thiết kế bộ điều khiển cam điện tử trên thế giới với mục tiêu chính là thiết kế chế tạo được mô hình và bộ điều khiển cam điện tử với các đặc điểm là thay đổi thông tin, biên dạng cam nhanh, dễ dàng, có thể tạo ra những chuyển động giống như chuyển động do cam cơ khí tạo ra và đồng thời cũng vẽ ra được biêndạng của cam mà ta đang khảo sát. Với giới hạn nghiên cứu là mô hình chỉ dùng để mô phỏng chuyển động do cam đĩa tạo ra. DƢ̃ LIÊỤ VÀ PHƢƠNG PHÁ P NGHIÊNG CƢ́ U Để thiết kế cam điện tử, trước hết ta phải tìm hiểu về cách thiết kế cam cơ khí. Cơ sở thiết kế cam đĩa ( Nguồn: Theo Dương Bình Nam, 2006) Biên dạng cam đĩa được vẽ dựa theo các số liệu đã được xác định ở phiếu điều chỉnh, chu trình làm việc. Những đường cong của cam đĩa phụ thuộc vào những đặc điểm chuyển động của cơ cấu chấp hành. Khi cơ cấu chấp hành đứng yên, đường cong cam là những cung tròn đồng tâm, với trục quay, đây là đường cong chạy không. Khi cam quay đồng tâm với trục, thì cơ cấu mà cam tác động sẽ đứng yên, hoặc quay tròn ở trạng thái không làm việc. Khi cơ cấu chấp hành làm việc, góc quay cam tương ứng với độ dài hành trình của cơ cấu chấp hành. Đường cong công tác là đường cong arsimet. Khi cam chạy không hoặc lùi nhanh thể hiện bằng đường cong parabol, được lấy theo mẫu. Ví dụ: Thiết kế cam ụ trục phôi, cam bàn dao đòn cân, cam bàn dao đứng cho chi tiết trên máy tiện tự động 112 2
3. Với phiếu điều chỉnh Góc quay của o o Stt Bước gia công L H S nlv  cam Từo Đếno 1 Mở ống kẹp phôi - - 10 0 10 2 Ụ phôi lùi 42 - 42 21 10 31 3 Siết ống kẹp phôi - - 15 31 46 4 Dao cắt đứt lùi 6 - 18 9 46 55 5 Dao vạt góc vào 1.5 + 4.5 (6) (46) (52) 6 Vạt góc 3 x 45o 3.2 + 9.6 0.04 80 19 55 74 7 Dao vạt góc lùi 4.7 - 14.1 - 7 74 81 8 Dao tiện ngoài vào 2.5 - 7.5 - (4) (77) (81) 9 Tiện ngoài  5.96 31.2 + 31.2 0.04 780 185 81 266 10 Dao tiện ngoài lùi 2.5 + 7.5 - 9 266 275 11 Ụ phôi tiến nhanh 10.8 + 10.8 - 13 75 288 12 Cắt ren M6 x 20 21 t = 1 (118) (28) (291) (319) 13 Bàn ren lùi 21 t = 1 (21) (5) (319) (324) 14 Cơ cấu kẹp ôm chi tiết (4) 15 Dao cắt đứt vào 0.3 + 0.9 3 288 291 16 Cắt đứt 5.7 + 17.1 0.02 285 69 291 360 17 Cơ cấu kẹp mang chi (10) tiết đi 18 Phay rãnh vít (30) Tổng cộng 0  ki= 1145 273 87 Dựa vào phiếu điều chỉnh ta lập được bảng thông số cam như sau: Cam ụ trục phôi: Ta lấy R max = 80 mm 0o÷10o : Cam chạy không, 10o÷31o : Cam hạ 31o÷81o Cam chaỵ không, 81o÷266o Cam làm việc 266o÷275o Cam chaỵ không. 275o÷288o Cam nâng 288o÷360o Cam chaỵ không 3
4. Cam bàn dao đòn cân: Ta lấy R max = 65 mm 0o÷46o Chạy không, 46o÷55o Hạ để dao cắt đứt lùi 55o÷77o Chạy không, 77o÷81o Hạ để dao tiện ngoài tiến vào 81o÷266o Bàn dao đòn cân đứng yên để thực hiện tiện ngoài 266o÷275o Nâng để đưa dao tiện ngoài lùi, 275o÷288o Chạy không 288o÷291o Nâng đưa dao cắt đứt vào, 291o÷360o Làm việc (cắt đứt) Cam bàn dao đứng: Ta lấy R min = 45.9 mm 0o÷46o Chạy không, 46o÷52o Nâng đưa dao vào vạt góc 52o÷55o Chạy không, 55o÷74o Làm việc 74o÷81o Hạ để lùi dao, 81o÷360o Chạy không Cơ sở thiết kế cam điện tử Từ những cơ sở lý thuyết về cách thiết kế cam cơ khí đã trình bày ở phần trên, ta dựa vào những thông số cam cơ khí như: thời gian trục công tác (trục phân phối) quay hết một vòng, góc quay cam Δθ, khoảng dịch chuyển Δx để đi tìm những thông số cho cam điện tử như vận tốc di chuyển của cơ cấu chấp hành, khi tiến, lùi, đứng yên, di chuyển nhanh hoặc chậm Ta sẽ biến đổi những thông số này thành những dữ liệu số, sau đó nạp vào các Modul xử lý như PLC, vi điều khiển để điều khiển hệ thống servo tạo ra những chuyển động giống như cam đĩa tạo ra. Ta có một số công thức tính sau: T  - T = gc (s) 360 X - Vx = (mm/s) T Trong đó: - Tgc: Thời gian trục công tác ( trục phân phối ) quay hết 1 vòng (s) - T: Thời gian cho mỗi góc quay nâng cam Δθ và T cũng là khoảng thời gian dịch chuyển ΔX (s) - Vx: Vận tốc khoảng dịch chuyển ΔX tương ứng với thời gian T (mm/s) 4
5. Ví dụ: Tìm các thông số cơ bản để thiết kế cam điện tử cho chi tiết sau: Giả sử trục phân phối quay 1 vòng hết 60s. Tgc = 60 s Ta có thông số điều khiển cho cho cam ụ trụ phôi: Góc trước Góc sau ∆X T V x ∆θ0 (độ) (độ) (mm) (s) (mm/s) 0 10 10 0 1.7 0 10 31 21 -42 3.5 12 31 81 50 0 8.3 0 81 266 185 31.2 30.8 1 266 275 9 0 1.5 0 275 288 13 10.8 2.2 4.9 288 360 72 0 12 0 Ta có thông số điều khiển cho cho cam bàn dao đòn cân: Góc trước Góc sau ∆X T V x ∆θ0 (độ) (độ) (mm) (s) (mm/s) 0 46 46 0 7.7 0 46 55 9 -18 1.5 12 55 77 22 0 3.7 0 77 81 4 -7.5 0.7 10.7 81 266 185 0 30.8 0 266 275 9 7.5 1.5 5 275 288 13 0 2.2 0 288 291 3 0.9 0.5 1.8 291 360 69 17.1 11.5 1.5 5
6. Ta có thông số điều khiển cho cho cam bàn dao đứng: Góc trước Góc sau ∆X T V x ∆θ0 (độ) (độ) (mm) (s) (mm/s) 0 46 46 0 7.7 0 46 52 6 4.5 1 4.5 52 55 3 0 0.5 0 55 74 19 9.6 3.2 3 74 81 7 -14.1 1.2 11.8 81 360 279 0 46.5 0 Sau khi tìm hiểu về cơ sở lý thuyết cam điêṇ tử , ta tiến hành chế taọ mô hình thí nghiêṃ cam điêṇ tử như hình 1 Hình 1 Mô hình thí nghiêṃ cam điêṇ tử Với nguyên lý hoaṭ đôṇ g như sau: Khi nhâp̣ các thông số cam vào bộ điều khiển như thời gian trục phân phối quay 0 hết 1 vòng Tgc, góc quay nâng cam ∆θ và khoảng dịch chuyển ΔX. Thì bộ điều khiển sẽ tự động t ính toán, điều khiển tốc đô ̣quay của đôṇ g cơ bước truc̣ vit me - đai ốc và tốc độ quay của động cơ đĩa để tạo ra chuyển động tịnh tiến giống như cam cơ khí và đồng thời cũng ve ̃ ra trên điã quay biên daṇ g cam mà ta đang khảo s át. Với lưu đồ giải thuâṭ như sau: 6
7. Dư liêụ đầu vao: , x, BLU , BLU , thơi gian gia công T (s) ̃ ̀  x ̀ gc T  T = gc 360  x N = Nx = BLU BLU x T 1 t = f N t T 1 tx = fx N x tx & Bước côṇ g tiếp theo i t =  BLU k 1 i x = BLU  0 t  x t k 1 Đúng Kết thúc Điều khiển truc̣ vít me và điã quay 7
8. KẾ T QUẢ Kết quả mô phỏng bằng thực nghiệm và mô phỏng bằng Matlab Cam ụ trục phôi Hình 2 Biên dạng cam ụ trục phôi mô phỏng bằng thực nghiệm Hình 3 So sánh kết quả mô phỏng Matlab và thực tế cam ụ trục phôi Cam bàn dao đòn cân Hình 4 Biên dạng cam bàn dao đòn cân mô phỏng bằng thực nghiệm 8
9. Hình 5 So sánh kết quả mô phỏng Matlab và thực tế cam bàn dao đòn cân Cam bàn dao đứng Hình 6 Biên dạng cam bàn dao đứng mô phỏng bằng thực nghiệm Hình 7 So sánh kết quả mô phỏng Matlab và thực tế cam bàn dao đứng Hì nh 6.7 Biên dạng cam bàn dao đòn cân mô phỏng bằng thực nghiệm 9
10. PHÂN TÍCH KẾ T QUẢ Từ những kế quả mô phỏng thưc̣ nghiêṃ , ta thấy khoảng dic̣ h chuyể n ∆X và góc quay cam Δθ của biên dạng cam được tạo ra từ mô hình thí nghiệm có thông số phù hợp với thông số nhập vào của cam đang khảo sát. Ở kết quả so sánh biên dạng cam mô phỏng bằng Matlab và bằng thực nghiệm, ta nhâṇ thấy chúng có biên dạng gần giống nhau. Qua những kết quả mô phỏng thưc̣ nghiêṃ và so sánh biên daṇ g cam trên , ta có thể chứ ng minh rằng bộ điều khiển cam đêṇ tử đã hoạt động đúng với mục tiêu ban đầu đặt ra là tạo ra những chuyển động giống như cam cơ khí tạo ra. KẾ T LUÂṆ Mô hình thí nghiệm cam điện tử là một thiết bị có nguyên lý hoạt động giống như cam điêṇ tử với khả năng linh hoaṭ thay đổi thông tin, biên daṇ g cam và có thể mô phỏng chuyển động giống như chuyển động do cam cơ khí tạo ra, đồng thời cũng vẽ ra được biên dạng của cam mà ta đang khảo sát. Với những kết quả ban đầu rất đáng ghi nhâ ̣ n, mô hình se ̃ còn đươc̣ phá t triển môṭ cách hoàn thiêṇ hơn nữa ví dụ như : Thiết kế cam trên máy tính bằng phần mềm Cad, rồi đỗ dữ liệu xuống bộ điều khiển và gắn thêm các đầu công tác để mô hình có thể ứng dụng trong thực tiễn và sản xuất. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Andrzej Aderek, Michael Josepth Tuso, Anirban, Electronic cam control system, Dec.30,1999 2. Dương Bình Nam, Máy cắt kim loại, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM, 2006. 10
11. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.