Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CIM 2
A. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG 2
1. Các khái niệm cơ bản về CIM. 2
1.1 Định nghĩa CIM. 2
1.2 Sự phát triển của CIM trên thế giới. 2
1.3 Sự phát triển của các hệ thống CIM ở Việt Nam. 4
2. Ứng dụng và hiệu quả của CIM . 5
2.1 Ứng dụng của CIM. 5
2.2 Hiệu quả của CIM. 6
3. Các thành phần cơ bản và nguyên lý hoạt động của MINICIM. 7
3.1 Trạm lắp ráp sản phẩm 7
3.2 Trạm Robot cánh tay khí nén di chuyển sản phẩm 12
3.3 Trạm lưu kho sản phẩm 14
3.4 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm 15
3.5 Nguyên lý hoạt động của MINICIM 16
B. CẤU TRÚC HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN TRONG CIM 17
1. Robot. 18
1.1 Ứng dụng robot công nghiệp trong hệ thống CIM. 20
1.2 Các yêu cầu đối với các robot hoạt động trong hệ thống CIM. 20
2. Hệ thống vận chuyển sản phẩm. 21
2.1 Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển. 21
2.2 Hệ thống vận chuyển chi tiết gia công của CIM 21
CHƯƠNG 2: 26
CƠ SỞ THIẾT KẾ ROBOT VẬN CHUYỂN CHO HỆ THỐNG. 26
1. Khái niệm về Robot. 26
1.1 Các thành phần cơ bản của MINICIM. 26
1.2 Robot công nghiệp. 30
1.3 Bậc tự do của Robot ( DOF: Degrees of Freedom ). 30
1.4 Hệ toạ độ ( coordinate frames ). 31
1.5 Trường công tác của robot ( Workspace or range of motion ). 32
1.6 Kêt cấu chung của Robot công nghiệp. 33
2. Phân loại Robot. 35
2.1 Phân loại theo kết cấu. 35
2.2 Phân loại theo kiểu điều khiển. 36
2.3 Phân loại theo hệ thống truyền động. 36
2.4 Phân loại robot theo ứng dụng. 36
3. Vai trò của robot trong hệ thống CIM. 37
3.1 Yêu cầu đối với robot công nghiệp. 37
3.2 Đặc tính công nghệ của robot công nghiệp. 37
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ROBOT VẬN CHUYỂN CHO HỆ THỐNG. 45
1. Các thông số kỹ thuật của Robot. 45
2. Trình bày nguyên lý hoạt động của robot. 46
3. Tính toán, thiết kế một số chi tiết điển hình của robot. 47
3.1 Một số chi tiết điển hình của robot. 47
3.2 Cấu tạo của hệ thống vận chuyển sản phẩm. 50
3.3 Thiết kế quy trình công nghệ gia công một số chi tiết của robot. 53
4. Cơ cấu tay kẹp của robot. 83
4.1 Khái niệm và phân loại tay kẹp. 83
4.2 Kết cấu của tay kẹp. 83
4.3 Tính toán tay kẹp robot. 89
5. Tính toán lựa chọn thiết bị. 92
5.1 Xilanh kép. 92
5.2 Xilanh nâng hạ. 93
5.3 Xilanh Quay. 94
5.4 Xilanh không trục(xilanh trượt). 95
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Trạm cấp phôi tự động 7
Hình 1.2: Trạm xử lý gia công phôi. 9
Hình 1.3 Trạm lắp ráp sản phẩm 10
Hình 1.4: Trạm kiểm tra và phân loại sản phẩm. 11
Hình 1.5 Cánh tay khí nén di chuyển vật 13
Hình 1.6 Trạm lưu kho sản phẩm 14
Hình 1.7 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm 15
Hình 1.8 Màn hình giám sát TP 177A và PLC S7 300 16
Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống CIM 18
Hình 1.11 Robot trong hệ thống CIM 18
Hình 1.12 Ổ tích vệ tinh với xe tời di động của hãng Hitachi Seiki(Nhật Bản) 22
Hình 1.13 Hệ thống vận chuyển-tích trữ vệ tinh trong CIM của ang Cincinnati Milacron (Mỹ). 1: Băng tải tích trữ con lăn; 2: Cơ cấu quay; 3: Vị trí bàn bổ xung; 4: Các máy nhiều nguyên công; 5: Cơ cấu tiếp nhận-cấp phát; 6: ổ tích con lăn phụ trợ; 7: Vị trí cấp chi tiết; 8: Vị trí tháo chi tiết. 23
Hình 1.14 Lưu đồ nhiệm vụ làm việc của đề tài 24
Hình 2.1:Các tọa độ suy rộng của robot. 31
Hình 2.2 Qui tắc bàn tay phải. 32
Hình 2.3 Biểu diễn trường công tác của robot. 32
Hình 2.4 Robot kiểu tọa độ Đề các 34
Hình 2.5 Robot kiểu tọa độ trụ. 34
Hình 2.6 Robot kiểu tọa độ cầu 35
Hình 2.7 Robot kiểu SCARA 35
Hình 3.1 Xilanh chống xoay 47
Hình 3.2 Cấu tạo của Xilanh tịnh tiến 47
Hình 3.3 Xilanh tịnh tiến 2 pít-tông 48
Hình 3.4 Xilanh không trục 48
Hình 3.5 Xilanh Quay 49
Hình 3.6 Má kẹp chữ V 49
Hình 3.7 Hai mặt bích định vị 49
Hình 3.8 Cấu tạo xilanh quay 50
Hình 3.9 Xilanh tịnh tiến chống xoay 50
Hình 3.10 Cấu tạo chính của xilanh tịnh tiến 51
Hình 3.11 Xilanh 2 pít-tông chống xoay 51
Hình 3.12 Tay kẹp khí nén 52
Hình 3.13 Hình chiếu má kẹp chữ V 54
Hình 3.14 Nguyên công I 55
Hình 3.15 Nguyên công II 57
Hình 3.16 Nguyên công III 59
Hình 3.17 Nguyên công IV 61
Hình 3.18 Nguyên công V 64
Hình 3.19 Nguyên công VI 66
Hình 3.20 Nguyên công VII 70
Hình 3.22 Nguyên công VIII 72
Hình 3.23 Nguyên công IX 74
Hình 3.24 Phay rãnh 76
Hình 3.25-3.26 Phay 2 mặt chữ V 76
Hình 3.27 Phay bao hình 2 mặt bích. 77
Hình 3.28 Phay hạ mũ ốc và khoan lỗ. 77
Hình 3.29 Taro M8 78
Hình 3.30 Phay bao hình cánh tay. 78
Hình 3.31 Phay hạ mũ ốc và khoan lỗ cho cánh tay 79
Hình 3.32 TaroM3 79
Hình 3.33 Phay bao hình ụ bắt tay kẹp 80
Hình 3.34 Phay hạ bậc ụ bắt tay kẹp 80
Hình 3.35 Khoan 2 lỗ Ø 4.5. 81
Hình 3.36 Khoan 2 lỗ Ø 3.5. 82
Hình 3.37 Phay hạ bậc rãnh ở giữa. 82
Hình 3.38 Tay kẹp không có điều khiển 84
Hình 3.39 Tay kẹp cơ khí có cơ cấu hãm. 84
Hình 3.40 Tay kẹp có truyền động thủy lực. 85
Hình 3.41 Tay kẹp có truyền động khí nén. 85
Hình 3.42 Tay kẹp sử dụng truyền động thanh rang. 86
Hình 3.43 Kết cấu của tay kẹp điện từ và chân không. 87
Hình 3.44 Sơ đồ tay kẹp dung buồng đàn hồi. 87
Hình 3.45 Sơ đồ tay kẹp thích nghi. 88
Hình 3.46 Sơ đồ tay kẹp. 89
Hình 3.47 Tính toán piston-xilanh. 90
Hình 3.48 Cơ cấu tay kẹp. 91
Hình 3.49 Tính lực xilanh. 93
Hình 4.1 Lắp mặt bích lên xilanh trượt. 97
Hình 4.2 Lắp xilanh quay lên xilanh trượt. 97
Hình 4.3 Lắp mặt bích lên xilanh quay. 97
Hình 4.4 Lắp xilanh tịnh tiến lên xilanh quay. 98
Hình 4.5 Lắp cánh tay robot lên xilanh tịnh tiến. 98
Hình 4.6 Lắp xilanh tịnh tiến lên cánh tay robot. 98
Hình 4.7 Lắp tay kẹp khí nén vào cánh tay robot. 99
Hình 4.8 Lắp má kẹp lên tay kẹp. 99
LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrade Manufacturing) là hệ thống sản xuất tiên tiến nhất hiện nay và đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới.
Khái niệm về CIM tiến sĩ Joseph Harrington đưa ra vào những năm 1973. Mặc dù khái niệm của ông về CIM chưa được hoàn chỉnh, ngày nay danh từ CIM đã trở nên rất quen thuộc trong cách nói về sản xuất. CIM đã trở thành chiến lược nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hay các bộ vi xử lý tự động.
So với các hệ thống sản xuất truyền thống, CIM có nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn. Hệ thống CIM không những làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, hạ giá thành của sản phẩm mà còn có khả năng linh hoạt cao, đáp ứng được những thay đổi nhanh chóng của thị trường.
Trong nội dung đồ án tốt nghiệp của sinh viên ngành cơ điện tử, với sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn GS.TS. Đinh Công Mễ, ThS. Phạm Hải Yến , trường Đại học Phương Đông. Chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống vận chuyển trong MiniCIM” phù hợp với khả năng cũng như thời gian thực hiện.
Để thực hiện đề tài, trước hết chúng em đã nghiên cứu, khảo sát về các hệ thống CIM đã và dang được ứng dụng, sau đó lựa chọn hệ thống phù hợp để thiết kế và chế tạo. Quá trình thiết kế, chế tạo cơ khí và quá trình thiết kế hệ thống điều khiển được tiến hành đồng thời. Đồ án được chia làm 6 chương, mỗi chương được tách ra các phần nhỏ hơn, đồng thời có kèm theo phụ lục về các bản vẽ và phụ lục về chương trình điều khiển.
Chương 1. Tổng quan về hệ thống CIM.
Chương 2. Cấu trúc hệ thống vận chuyển trong CIM.
Chương 3. Tính toán và thiết kế robot vận chuyển.
Chương 4. Sản phẩm thực tế
Sau thời gian thực hiện, đề tài đã hoàn thành kết quả bước đầu đã đạt được những thành công nhất định.
Chúng em xin chân thành Thank các thầy cô đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài. Đặc biệt là các thầy GS.TS. Đinh Công Mễ, ThS. Phạm Hải Yến đã tâm huyết hướng dẫn chúng em. Chúng em xin chân thành Thank sự giúp đỡ của các thầy cô, khoa Điện-Cơ Điện Tử, trường Đại học Phương Đông đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài.
SV thực hiện đồ án
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CIM
A. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG
1. Các khái niệm cơ bản về CIM.
1.1 Định nghĩa CIM.
CIM (Computerize Integrate Manufacturing ). Là hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính. Có nhiều định nghĩa khác nhau về CIM và các định nghĩa đó lại có nhiều ý nghĩa khác nhau, tùy thuộc vào mục đích ứng dụng của nó. Sau đây là một vài định nghĩa về CIM.
Công ty Các hệ thống tự động và máy tính CASA (The Computer and Automated Systems Association) của hội những nhà sản xuất SME (Society of Manufacturing Engineers) định nghĩa: CIM là một hệ thống tích hợp có khả năng cung cấp sự trợ giúp của máy tính cho tất cả các chức năng thương mại, bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng cho đến cung cấp sản phẩm của một nhà máy sản xuất.
Từ điển của công nghệ tiên tiến AMT định nghĩa: CIM là một nhà máy tự động hóa toàn phần, nơi mà tất cả các quá trình sản xuất được tích hợp và được điều khiển của máy tính.
Công ty máy tính của Mĩ IBM cho rằng: CIM là một ứng dụng, có khả năng cung cấp cơ sở nhận thức cho việc tích hợp dòng thông tin của thiết kế sản phẩm, của kế hoạch sản xuất, của việc thiết lập và điều khiển các nguyên công.
Hãng SIMENS của Đức lại cho rằng: CIM không phải là một sản phẩm hoàn thiện mà là một chiến lược và là một khái niệm để đạt các mục đích thị trường của một nhà máy.
1.2 Sự phát triển của CIM trên thế giới.
Vào năm 1954, NC đã được đưa vào sản xuất và sau đó, vào năm 1955 sự phát triển của công cụ xử lý lập trình tự động đã mở đầu cho sự xuất hiện của CAM. CAD bắt đầu xuất hiện vào khoảng năm 1960 với công nghệ thiết kế cao nhờ có sự trợ giúp của máy tính. Với sự xuất hiện của vi mạch vào đầu những năm 1970, máy tính bắt đầu được ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực của sản xuất.
Khái niệm về CIM đã được tiến sĩ Joseph Harrington đưa ra vào những năm 1973. Mặc dù khái niệm của ông về CIM chưa được hoàn chỉnh, ngày nay danh từ CIM đã trở nên rất quen thuộc trong cách nói về sản xuất. CIM đã trở thành chiến lược nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hay các bộ vi xử lý tự động.
Mục đích hiện thực lâu dài của CIM có thể đạt được thông qua việc lập kế hoạch phát triển ở tầm vĩ mô của các công ty. Sự tích hợp có hiệu quả đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về tất cả các quá trình công nghệ và hiểu biết sâu sắc về các thiết bị sản xuất của công ty. Để cho việc ứng dụng CIM có hiệu quả thì việc tích hợp các công nghệ tiên tiến AMT phải được thực hiện thông qua các máy tính. Máy tính chỉ hoạt động như các tọa độ phụ của công nghệ. Tuy nhiên, không có máy tính thì việc tích hợp sẽ không có hiệu quả.
Bộ quốc phòng Hòa kỳ đóng một vai trò quan trọng trong việc mở đường cho công nghệ CIM. Năm 1975 họ bắt đầu lập chương trình sản xuất có trợ giúp của máy tính của lực lượng không quân AFCAM ( Air Force Computer Aided Manufacturing). Chương trình này cho phép tiếp cận tốt hơn đối với công nghệ sản xuất. Nhờ kết quả đó mà sản xuất có trợ giúp của máy tính tích hợp ICAM (Intergrated Computer Aided Manufacturing) đã được xây dựng vào năm 1976 tại phòng thí nghiệm vật liệu của không quân Hoa Kỳ dưới sự chỉ đạo của Ủy ban kỹ thuật và Viện hàn lâm quốc gia NAEC (National Academy of Enegineering Comittee) về sản xuất có sự trợ giúp của máy tính CAM. Sau khi bỏ chương trình ICAM vào năm 1985, không quân Hoa kỳ bắt đầu xây dựng chương trình CIM.
Công ty Các hệ thống tự động và máy tính CASA của hội những nhà sản xuất SME đã được thành lập vào năm 1975 để tập trung kiến thức trong lĩnh vực máy tính và tự động hóa cho sự phát triển của sản xuất. Là một hội khoa học và đào tạo, CASA/SME đã truyền bá khái niệm về CIM với đông đảo quần chúng và đã xây dựng vòng tròn nhà máy CIM nhằm cung cấp cho công nghiệp sản xuất một cái nhìn đúng đắn về CIM. Hội đồng kỹ thuật của CASA/SME đã thống nhất 5 vấn đề cơ bản của vòng tròn CIM như sau: Quản lý sản xuất và quản lý nguồn nhân lực, sản xuất và quá trình, lập kế hoạch sản xuất và kiểm tra, nhà máy tự động hóa và quản lý nguồn thông tin. Vòng tròn CIM mô tả khía cạnh tích hợp của CIM đối với quan điểm về quản lý sản xuất. CIM có những ưu điểm sau đây:
- Tính linh hoạt của sản phẩm, của sản lượng và của vật liệu.
- Nâng cao năng suất và chất lượng của gia công.
- Hoàn thiện giao diện giữa thiết kế và sản xuất.
- Giảm lao động trực tiếp và lao động gián tiếp.
- Thiết kế có năng suất và độ chính xác cao.
- Tiêu chuẩn hóa cao và sử dụng vật liệu hợp lý.
- Tiết kiệm thời gian và mặt bằng sản xuất.
- Tạo cơ sở dữ liệu chung để loại trừ các bộ phận chứa dữ liệu độc lập.
- Loại trừ các công việc lặp lại không cần thiết.
- Giảm thời gian giám sát sản xuất và số cán bộ thực hiện công việc này.
- Có ưu điểm cạnh tranh đối với các đối thủ cạnh tranh.
Khái niệm về CIM được đưa ra trong thời gian đầu có vẻ như không đạt được ý tưởng thực tế, tuy nhiên với công nghệ ngày nay thì CIM đạt được mục đích không mấy khó khăn. Tương lai của kỹ thuật là ứng dụng CIM với tác động của trí tuệ. Sản xuất trí tuệ là con đường của tương lai. Vì vây, công nghệ sản xuất và các hệ thống CIM sẽ bao gồm cả trí tuệ để giúp các nhà máy chế tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao, giá thành hạ.
1.3 Sự phát triển của các hệ thống CIM ở Việt Nam.
Nhịp độ phát triển của sản xuất tự động hóa toàn phần FMS & CIM phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó hai yếu tố: Lực lượng lao động có trình độ chuyên môn cao và nguồn tài chính đóng vai trò quan trọng nhất. FMS & CIM là những hệ thống sản xuất có mức độ tự động hóa cao, chúng đã và đang được ứng dụng rộng rãi ở các nước công nghiệp phát triển. Tuy ở Việt nam sản xuất tự động hóa mới chỉ ở giai đoạn đầu của sự phát triển, nhưng để hoàn thành sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước thì việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các hệ thống FMS & CIM đã và đang được quan tâm đặc biệt.
Hiện nay CIM còn là một khái niệm khá mới mẻ đối với các nhà máy tại Việt Nam. Hầu như không thấy sự ứng dụng của các hệ thống CIM trong sản xuất mà chỉ có một số rất ít các hệ thống Mini CIM được sử dụng trong đào tạo tại một số trường đại học về kỹ thuật. Tiêu biểu là hệ thống MiniCIM của trường Đại học Phương Đông.
Tuy nhiên với làn sóng đầu tư rất mạnh đang tràn vào Việt nam sau khi gia nhập WTO, các hệ thống sản xuất tự động toàn phần đang phát triển nhanh chóng và trong tương lai CIM sẽ được ứng dụng vào sản xuất. Để bắt kịp với sự phát triển nhanh của nền công nghiệp thế giới, việc đào tạo ra một đội ngũ cán bộ vận hành và quản lý có kiến thức về CIM là rất quan trọng. Vì vậy việc giảng dạy về FMS & CIM đang được đặc biệt trú trọng tại các trường đại học kỹ thuật của Việt nam.
2. Ứng dụng và hiệu quả của CIM .
2.1 Ứng dụng của CIM.
Thiết lập một hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính CIM là một vấn đề không đơn giản nó không chỉ phụ thuộc vào khả năng tài chính của công ty mà còn phụ thuộc vào đội ngũ nhân lực của công ti do đó việc ứng dụng một hệ thống CIM vào sản xuất của một công ty phải được xem xét một cách cẩn thận. Thực tế khi mà sản xuất phát triển, nhu cầu của khách hàng thay đổi thường xuyên và không ngừng nâng cao, sự cạnh tranh mạnh của nhiều công ty trên phạm vi toàn cầu thì yêu cầu ứng dụng một hệ thống CIM cho sản xuất là rất cần thiết. Trong hệ thống CIM chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau cho phép khép kín chu trình chế tạo sản phẩm và tạo ra sản phẩm một cách nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả. Với hệ thống CIM, nó có khả năng cung cấp sự trợ giúp máy tính cho tất cả các chức năng thương mại, bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng cho đến cung cấp, phân phối sản phẩm của một nhà máy.
CIM tham gia vào môi trường sản xuất công nghiệp: điều khiển robot . lắp ráp, gia công, sơn phủ đánh bóng, gia công hàn, kiểm soát chất lượng sản phẩm, đóng gói, vận chuyển và phân phát hàng hoá .
CIM tham gia vào các quá trình công nghệ: thiết kế và sản xuất có trợ giúp máy tính(CAD/CAM) . Lập kế hoạch sản xuất và quy trình công nghệ có trợ giúp của máy tính ( Computer Aided Process Planning / Computer Aided Engineering (CAPP/CAE).
CIM bao gồm mạng và các hệ thống: các phần cứng và phần mềm truyền thông trong nhà máy, quản lý thông tin dữ liệu bao gồm cả việc thu thập, lưu trữ và truy xuất dữ liệu.
CIM tham gia vào việc cải thiện không ngừng các quá trình sản xuất: lập kế hoạch và kiểm soát nguyên liệu đầu vào, các hệ thống theo dõi và kiểm soát chất lượng, các kỹ thuật và phương pháp thanh tra giám sát như lập kế hoạch và quản lý nguồn lực sản xuất, lập kế hoạch và quản lý nguồn lực công ty, kiểm tra chất lượng toàn bộ và cách sản xuất đáp ứng kịp thời sự thay đổi nhanh chóng của các chủng loại sản phẩm.
2.2 Hiệu quả của CIM.
Hệ thống CIM có thể tạo ra lợi nhuận vững chắc cho người sử dụng hơn là các hệ thống sản xuất thông thường khác. CIM cho phép một nhà máy sản xuất thích ứng nhanh chóng với sự thay đổi của thị trường và cung cấp các hướng phát triển cơ bản của sản phẩm trong tương lai. Với sự trợ giúp của các máy tính trong CIM, các hoạt động phân đoạn của quá trình sản xuất được tích hợp thành một hệ thống sản xuất thống nhất, hoạt động trôi chảy với sự giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Trong hệ thống CIM cho phép sử dụng tối ưu các thiết bị, nâng cao năng xuất lao động, luôn ứng dụng các công nghệ tiên tiến và giảm thiểu sai số gây ra bởi con người, kinh nghiệm sử dụng CIM cho thấy những lợi ích điển hình sau đây:
+ Nhanh chóng cho ra đời sản phẩm mới kể từ lúc nhận đơn đặt hàng:
+ Giảm 15-30% giá thành thiết kế.
+ Giảm 30-60% thời gian chế tạo chi tiết.
+ Tăng năng suất lao động lên tới 40-70%
+ Nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm được 20-50% phế phẩm.
+ Quản lý vật tư hàng hoá sát thực tế hơn.
+ Tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường.
+ Hoàn thiện được phương pháp thiết kế sản phẩm, ví dụ: sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cùng với máy tính cho phép thực hiện phép tính nhanh hơn 30 lần so với các phương pháp thông thường khác cho nhiều phương án thiết kế khác nhau.
3. Các thành phần cơ bản và nguyên lý hoạt động của MINICIM.
3.1 Trạm lắp ráp sản phẩm
3.1.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm phân phối gia công
Trạm cấp phôi gia công có chức năng lưu trữ và phân phối phôi cho toàn bộ hệ thống. Phôi được chứa trong hộp đựng phôi và được đẩy ra máng nhờ động cơ đẩy phôi. Cảm biến quang điện sẽ phát hiện sự có mặt của phôi trên máng và bật tín hiệu, sau một thời gian trễ thì tín hiệu gọi cánh tay rôbốt hai bậc được bật lên. Cánh tay rôbốt sẽ gắp phôi từ máng đặt sang trạm kế tiếp để chuẩn bị cho các quá trình gia công tiếp theo.
Hình 1.1: Trạm cấp phôi tự động
3.1.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:
Cơ cấu cấp phôi tự động : Cung cấp phôi ra máng.
Phôi : Phôi nhựa hình trụ tròn màu trắng. Ngoài ra, có một số phôi bị lỗi được đưa vào để phân biệt với những phôi trên.
Động cơ : Đẩy phôi ra máng khi có tín hiệu từ van điện.
Van điện : Điều khiển đóng/mở xy lanh khi có tín hiệu yêu cầu từ PLC.
Cánh tay Robot : Cánh tay xoay và ghắp phôi sang trạm tiếp theo
Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến, van điện.
Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222.
Module mở rộng EM 223.
Module truyền thông PROFIBUS EM 277.
Theo như nhiệm vụ của đề tài cánh tay robot phải xoay 180 độ để vận chuyển phôi từ khu vực phân loại về kho. Với kết cấu của robot hoàn toàn có thể thực hiện nhiệm vụ vận chuyển phôi bằng động cơ, nhưng trong quá trình làm em nhận thấy việc vận chuyển phôi bằng động cơ sẽ mất nhiều thời gian, làm giảm năng suất.
Vì những nguyên nhân trên và quá trình thực nghiệm em đã sử dụng cơ cấu thực hiện nhiệm vụ vận chuyển phôi bằng xylanh quay 180.
Lựa chọn xylanh
Từ công thức tính đường kính xylanh: D = sqrt ((F*4)/(p*pi))
- Áp suất khí nén của các máy nén khí thông dụng là p = 6bar = 6,1183 kgf/cm2
- Tải trọng đáp ứng là F = 8 (kg)
- Chọn đường kính xi lanh:
D = sqrt ((F*4)/(p*pi)) = sprt ((8*4)/(6 *3.14)) = 1.3 cm
- Từ những tính toán trên em có thể lựa chọn được loại xylanh phù hợp là:
+ Đường kính xylanh D=16mm.
+Hành trình xylanh 180 độ.
5.4 Xilanh không trục(xilanh trượt).
Theo như nhiệm vụ của đề tài cánh tay robot phải di chuyển từ khu vực phân loại về kho và ngược lại để vận chuyển phôi. Ta có thể thực hiện nhiệm vụ di chuyển cánh tay robot bằng động cơ truyền đai, nhưng trong quá trình làm em nhận thấy việc vận chuyển phôi bằng động cơ truyền đai sẽ mất nhiều thời gian, làm giảm năng suất, thường xuyên phải căng đai và thay đai nếu hoạt động liên tục trong thời gian dài.
Vì những nguyên nhân trên và quá trình thực nghiệm em đã sử dụng cơ cấu thực hiện nhiệm vụ di chuyển cánh tay robot bằng xilanh không trục (xilanh trượt).
Lựa chọn xilanh
Từ công thức tính đường kính xilanh: D = sqrt ((F*4)/(p*pi))
- Áp suất khí nén của các máy nén khí thông dụng là p = 6bar = 6,1183 kgf/cm2
- Tải trọng đáp ứng là F = 12 (kg)
- Chọn đường kính xilanh:
D = sqrt ((F*4)/(p*pi)) = sprt ((12*4)/(6 *3.14)) = 1.6 cm
- Từ những tính toán trên em có thể lựa chọn được loại xilanh phù hợp là:
+ Đường kính xilanh D=16mm
+Hành trình xilanh L=300mm.
+Chọn xilanh có trục chống xoay để khi di chuyển cánh tay robot không bị xoay đảm bảo gắp và nhả phôi đúng tọa độ yêu cầu
-Tính lực đẩy của xilanh:
+Lực đẩy hay kéo bàn xilanh:
gây bởi tác dụng của khí nén có áp suất P được tính theo công thức:
F = P.A = [N]
trong đó, P là áp suất khí nén [Pa]
A là diện tích bề mặt nam châm[m2]
F lực tác dụng vuông góc với bề mặt nam châm [N]
-Diện tích bề mặt nam châm: A=pi. r^2= 2 cm2.
-Lực tác dụng: F = PxA = 6x2= 12 (N)=1,2 (kg).
Kết luận chương III:
1. Thiết kế được Robot vận chuyển.
2. Đã tính toán và chọn xilanh phù hợp cho Robot.
3. Gia công các chi tiết có trong Robot.
CHƯƠNG 4: LẮP RÁP,MÔ HÌNH THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ.
1. Thiết kế quy trình lắp ráp robot vận chuyển.
- Bước 1: Lắp Xilanh trượt với mặt bích 1 bằng bu lông.
Hình 4.1 Lắp mặt bích lên xilanh trượt.
- Bước 2: Lắp mặt bích 1 với xilanh quay bằng bu lông.
Hình 4.2 Lắp xilanh quay lên xilanh trượt.
- Bước 3: Lắp xilanh quay với mặt bích 2 bằng bu lông.
Hình 4.3 Lắp mặt bích lên xilanh quay.
- Bước 4: Lắp mặt bích 2 với xilanh tịnh tiến trục Z bằng bu lông.
Hình 4.4 Lắp xilanh tịnh tiến lên xilanh quay.
- Bước 5: Lắp xilanh tịnh tiến trục Z với cánh tay robot bằng bu lông.
Hình 4.5 Lắp cánh tay robot lên xilanh tịnh tiến.
- Bước 6: Lắp cánh tay robot với xilanh kép bằng bu lông.
Hình 4.6 Lắp xilanh tịnh tiến lên cánh tay robot.
- Bước 7: Lắp xilanh kép với tay kẹp bằng đồ gá.
Hình 4.7 Lắp tay kẹp khí nén vào cánh tay robot.
- Bước 8: Lắp má kẹp vào tay kẹp bằng bu lông.
Hình 4.8 Lắp má kẹp lên tay kẹp.
2. Thực nghiệm và chạy thử.
Đã chạy 20 lần số lần thành công chiếm 90%, số lần k thành công chiếm 10% (trong đó 5% không gắp chuẩn phôi 5% robot không hoạt động).
3. Đánh giá.
Đánh giá độ ổn định: sau khi lắp ráp hoàn thiện mô hình, lần lượt kiểm tra chuyển động của từng xi lanh.
Sau khi đã kiểm tra hoạt động của các xi lanh qua chuyển động bằng tay. Cho máy thực hiện vận chuyển sản phẩm ở chế độ bằng tay và tự động. Khi kết thúc quá trình vận chuyển, Robot đã vận chuyển được sản phẩm từ modul phân loại sang modul kho chứa.
Dựa vào những lần kiểm tra trên, robot chuyển động không có hiện tượng sai lệch. Robot hiện tại vẫn hoạt động ổn định.
Kiểm tra độ chính xác tay gắp :
Cho robot gắp vật nhiều lần, tỉ lệ gắp vật thành công là 90%
Tay gắp hoạt động khá ổn định và chính xác
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ.
1.Kết luận chung.
Trong đề tài “Thiết kế và chế tạo dây chuyền vận chuyển cho hệ thống CIM ” sau khi hoàn thành em đã rút ra một số kết luận sau:
- Thuận lợi: Được sự hướng dẫn tận tình của cô giáo Phạm Hải Yến và các thầy cô trong khoa Điện – Cơ điện tử tạo điện kiện cho em đã hoàn thành được đồ án này, tuy nhiên do đề tài cần sử dụng lượng kiến thức lớn và phải kết hợp giữa kiến thức lý thuyết với ứng dụng trong thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu xót, rất mong các thầy cô thông cảm!
- Khó khăn: Trong quá trình làm đồ án em đã gặp phải những khó khăn như:
lượng kiện thức của em còn nhiều hạn chế
Thời gian , kinh phí
Phương tiện di chuyển cũng như phương tiện làm đồ án
Các nhóm hoạt động độc lập,chưa có sự hợp tác tốt
- Kết quả: Nhận được sự hướng dẫn của cô Phạm Hải Yến cũng như các thầy cô trong khoa Điện – Cơ điện tử em đã hoàn thành đồ án này cũng như thử nghiệm chạy thành công mô hình thực tế, kết quả đạt được rất khả quan vì đã đáp ứng được những yêu cầu về mặt điện và cơ. Qua đó giúp em nắm vững hơn những kiến thức đã được học để phục vụ cho công việc sau này.
2.Kiến nghị.
Đề tài vẫn còn nhiều thiếu xót như: chưa xác định được điểm gắp và nhả vật chuẩn xác. Do đó, em kiến nghị những năm sau nên cải tiến thêm để hệ thống có thể hoạt động tốt hơn và đa dụng hơn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CIM 2
A. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG 2
1. Các khái niệm cơ bản về CIM. 2
1.1 Định nghĩa CIM. 2
1.2 Sự phát triển của CIM trên thế giới. 2
1.3 Sự phát triển của các hệ thống CIM ở Việt Nam. 4
2. Ứng dụng và hiệu quả của CIM . 5
2.1 Ứng dụng của CIM. 5
2.2 Hiệu quả của CIM. 6
3. Các thành phần cơ bản và nguyên lý hoạt động của MINICIM. 7
3.1 Trạm lắp ráp sản phẩm 7
3.2 Trạm Robot cánh tay khí nén di chuyển sản phẩm 12
3.3 Trạm lưu kho sản phẩm 14
3.4 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm 15
3.5 Nguyên lý hoạt động của MINICIM 16
B. CẤU TRÚC HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN TRONG CIM 17
1. Robot. 18
1.1 Ứng dụng robot công nghiệp trong hệ thống CIM. 20
1.2 Các yêu cầu đối với các robot hoạt động trong hệ thống CIM. 20
2. Hệ thống vận chuyển sản phẩm. 21
2.1 Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển. 21
2.2 Hệ thống vận chuyển chi tiết gia công của CIM 21
CHƯƠNG 2: 26
CƠ SỞ THIẾT KẾ ROBOT VẬN CHUYỂN CHO HỆ THỐNG. 26
1. Khái niệm về Robot. 26
1.1 Các thành phần cơ bản của MINICIM. 26
1.2 Robot công nghiệp. 30
1.3 Bậc tự do của Robot ( DOF: Degrees of Freedom ). 30
1.4 Hệ toạ độ ( coordinate frames ). 31
1.5 Trường công tác của robot ( Workspace or range of motion ). 32
1.6 Kêt cấu chung của Robot công nghiệp. 33
2. Phân loại Robot. 35
2.1 Phân loại theo kết cấu. 35
2.2 Phân loại theo kiểu điều khiển. 36
2.3 Phân loại theo hệ thống truyền động. 36
2.4 Phân loại robot theo ứng dụng. 36
3. Vai trò của robot trong hệ thống CIM. 37
3.1 Yêu cầu đối với robot công nghiệp. 37
3.2 Đặc tính công nghệ của robot công nghiệp. 37
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ROBOT VẬN CHUYỂN CHO HỆ THỐNG. 45
1. Các thông số kỹ thuật của Robot. 45
2. Trình bày nguyên lý hoạt động của robot. 46
3. Tính toán, thiết kế một số chi tiết điển hình của robot. 47
3.1 Một số chi tiết điển hình của robot. 47
3.2 Cấu tạo của hệ thống vận chuyển sản phẩm. 50
3.3 Thiết kế quy trình công nghệ gia công một số chi tiết của robot. 53
4. Cơ cấu tay kẹp của robot. 83
4.1 Khái niệm và phân loại tay kẹp. 83
4.2 Kết cấu của tay kẹp. 83
4.3 Tính toán tay kẹp robot. 89
5. Tính toán lựa chọn thiết bị. 92
5.1 Xilanh kép. 92
5.2 Xilanh nâng hạ. 93
5.3 Xilanh Quay. 94
5.4 Xilanh không trục(xilanh trượt). 95
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Trạm cấp phôi tự động 7
Hình 1.2: Trạm xử lý gia công phôi. 9
Hình 1.3 Trạm lắp ráp sản phẩm 10
Hình 1.4: Trạm kiểm tra và phân loại sản phẩm. 11
Hình 1.5 Cánh tay khí nén di chuyển vật 13
Hình 1.6 Trạm lưu kho sản phẩm 14
Hình 1.7 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm 15
Hình 1.8 Màn hình giám sát TP 177A và PLC S7 300 16
Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống CIM 18
Hình 1.11 Robot trong hệ thống CIM 18
Hình 1.12 Ổ tích vệ tinh với xe tời di động của hãng Hitachi Seiki(Nhật Bản) 22
Hình 1.13 Hệ thống vận chuyển-tích trữ vệ tinh trong CIM của ang Cincinnati Milacron (Mỹ). 1: Băng tải tích trữ con lăn; 2: Cơ cấu quay; 3: Vị trí bàn bổ xung; 4: Các máy nhiều nguyên công; 5: Cơ cấu tiếp nhận-cấp phát; 6: ổ tích con lăn phụ trợ; 7: Vị trí cấp chi tiết; 8: Vị trí tháo chi tiết. 23
Hình 1.14 Lưu đồ nhiệm vụ làm việc của đề tài 24
Hình 2.1:Các tọa độ suy rộng của robot. 31
Hình 2.2 Qui tắc bàn tay phải. 32
Hình 2.3 Biểu diễn trường công tác của robot. 32
Hình 2.4 Robot kiểu tọa độ Đề các 34
Hình 2.5 Robot kiểu tọa độ trụ. 34
Hình 2.6 Robot kiểu tọa độ cầu 35
Hình 2.7 Robot kiểu SCARA 35
Hình 3.1 Xilanh chống xoay 47
Hình 3.2 Cấu tạo của Xilanh tịnh tiến 47
Hình 3.3 Xilanh tịnh tiến 2 pít-tông 48
Hình 3.4 Xilanh không trục 48
Hình 3.5 Xilanh Quay 49
Hình 3.6 Má kẹp chữ V 49
Hình 3.7 Hai mặt bích định vị 49
Hình 3.8 Cấu tạo xilanh quay 50
Hình 3.9 Xilanh tịnh tiến chống xoay 50
Hình 3.10 Cấu tạo chính của xilanh tịnh tiến 51
Hình 3.11 Xilanh 2 pít-tông chống xoay 51
Hình 3.12 Tay kẹp khí nén 52
Hình 3.13 Hình chiếu má kẹp chữ V 54
Hình 3.14 Nguyên công I 55
Hình 3.15 Nguyên công II 57
Hình 3.16 Nguyên công III 59
Hình 3.17 Nguyên công IV 61
Hình 3.18 Nguyên công V 64
Hình 3.19 Nguyên công VI 66
Hình 3.20 Nguyên công VII 70
Hình 3.22 Nguyên công VIII 72
Hình 3.23 Nguyên công IX 74
Hình 3.24 Phay rãnh 76
Hình 3.25-3.26 Phay 2 mặt chữ V 76
Hình 3.27 Phay bao hình 2 mặt bích. 77
Hình 3.28 Phay hạ mũ ốc và khoan lỗ. 77
Hình 3.29 Taro M8 78
Hình 3.30 Phay bao hình cánh tay. 78
Hình 3.31 Phay hạ mũ ốc và khoan lỗ cho cánh tay 79
Hình 3.32 TaroM3 79
Hình 3.33 Phay bao hình ụ bắt tay kẹp 80
Hình 3.34 Phay hạ bậc ụ bắt tay kẹp 80
Hình 3.35 Khoan 2 lỗ Ø 4.5. 81
Hình 3.36 Khoan 2 lỗ Ø 3.5. 82
Hình 3.37 Phay hạ bậc rãnh ở giữa. 82
Hình 3.38 Tay kẹp không có điều khiển 84
Hình 3.39 Tay kẹp cơ khí có cơ cấu hãm. 84
Hình 3.40 Tay kẹp có truyền động thủy lực. 85
Hình 3.41 Tay kẹp có truyền động khí nén. 85
Hình 3.42 Tay kẹp sử dụng truyền động thanh rang. 86
Hình 3.43 Kết cấu của tay kẹp điện từ và chân không. 87
Hình 3.44 Sơ đồ tay kẹp dung buồng đàn hồi. 87
Hình 3.45 Sơ đồ tay kẹp thích nghi. 88
Hình 3.46 Sơ đồ tay kẹp. 89
Hình 3.47 Tính toán piston-xilanh. 90
Hình 3.48 Cơ cấu tay kẹp. 91
Hình 3.49 Tính lực xilanh. 93
Hình 4.1 Lắp mặt bích lên xilanh trượt. 97
Hình 4.2 Lắp xilanh quay lên xilanh trượt. 97
Hình 4.3 Lắp mặt bích lên xilanh quay. 97
Hình 4.4 Lắp xilanh tịnh tiến lên xilanh quay. 98
Hình 4.5 Lắp cánh tay robot lên xilanh tịnh tiến. 98
Hình 4.6 Lắp xilanh tịnh tiến lên cánh tay robot. 98
Hình 4.7 Lắp tay kẹp khí nén vào cánh tay robot. 99
Hình 4.8 Lắp má kẹp lên tay kẹp. 99
LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống sản xuất tích hợp CIM (Computer Intergrade Manufacturing) là hệ thống sản xuất tiên tiến nhất hiện nay và đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới.
Khái niệm về CIM tiến sĩ Joseph Harrington đưa ra vào những năm 1973. Mặc dù khái niệm của ông về CIM chưa được hoàn chỉnh, ngày nay danh từ CIM đã trở nên rất quen thuộc trong cách nói về sản xuất. CIM đã trở thành chiến lược nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hay các bộ vi xử lý tự động.
So với các hệ thống sản xuất truyền thống, CIM có nhiều ưu điểm vượt trội hơn hẳn. Hệ thống CIM không những làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, hạ giá thành của sản phẩm mà còn có khả năng linh hoạt cao, đáp ứng được những thay đổi nhanh chóng của thị trường.
Trong nội dung đồ án tốt nghiệp của sinh viên ngành cơ điện tử, với sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn GS.TS. Đinh Công Mễ, ThS. Phạm Hải Yến , trường Đại học Phương Đông. Chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống vận chuyển trong MiniCIM” phù hợp với khả năng cũng như thời gian thực hiện.
Để thực hiện đề tài, trước hết chúng em đã nghiên cứu, khảo sát về các hệ thống CIM đã và dang được ứng dụng, sau đó lựa chọn hệ thống phù hợp để thiết kế và chế tạo. Quá trình thiết kế, chế tạo cơ khí và quá trình thiết kế hệ thống điều khiển được tiến hành đồng thời. Đồ án được chia làm 6 chương, mỗi chương được tách ra các phần nhỏ hơn, đồng thời có kèm theo phụ lục về các bản vẽ và phụ lục về chương trình điều khiển.
Chương 1. Tổng quan về hệ thống CIM.
Chương 2. Cấu trúc hệ thống vận chuyển trong CIM.
Chương 3. Tính toán và thiết kế robot vận chuyển.
Chương 4. Sản phẩm thực tế
Sau thời gian thực hiện, đề tài đã hoàn thành kết quả bước đầu đã đạt được những thành công nhất định.
Chúng em xin chân thành Thank các thầy cô đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài. Đặc biệt là các thầy GS.TS. Đinh Công Mễ, ThS. Phạm Hải Yến đã tâm huyết hướng dẫn chúng em. Chúng em xin chân thành Thank sự giúp đỡ của các thầy cô, khoa Điện-Cơ Điện Tử, trường Đại học Phương Đông đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài.
SV thực hiện đồ án
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CIM
A. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG
1. Các khái niệm cơ bản về CIM.
1.1 Định nghĩa CIM.
CIM (Computerize Integrate Manufacturing ). Là hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính. Có nhiều định nghĩa khác nhau về CIM và các định nghĩa đó lại có nhiều ý nghĩa khác nhau, tùy thuộc vào mục đích ứng dụng của nó. Sau đây là một vài định nghĩa về CIM.
Công ty Các hệ thống tự động và máy tính CASA (The Computer and Automated Systems Association) của hội những nhà sản xuất SME (Society of Manufacturing Engineers) định nghĩa: CIM là một hệ thống tích hợp có khả năng cung cấp sự trợ giúp của máy tính cho tất cả các chức năng thương mại, bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng cho đến cung cấp sản phẩm của một nhà máy sản xuất.
Từ điển của công nghệ tiên tiến AMT định nghĩa: CIM là một nhà máy tự động hóa toàn phần, nơi mà tất cả các quá trình sản xuất được tích hợp và được điều khiển của máy tính.
Công ty máy tính của Mĩ IBM cho rằng: CIM là một ứng dụng, có khả năng cung cấp cơ sở nhận thức cho việc tích hợp dòng thông tin của thiết kế sản phẩm, của kế hoạch sản xuất, của việc thiết lập và điều khiển các nguyên công.
Hãng SIMENS của Đức lại cho rằng: CIM không phải là một sản phẩm hoàn thiện mà là một chiến lược và là một khái niệm để đạt các mục đích thị trường của một nhà máy.
1.2 Sự phát triển của CIM trên thế giới.
Vào năm 1954, NC đã được đưa vào sản xuất và sau đó, vào năm 1955 sự phát triển của công cụ xử lý lập trình tự động đã mở đầu cho sự xuất hiện của CAM. CAD bắt đầu xuất hiện vào khoảng năm 1960 với công nghệ thiết kế cao nhờ có sự trợ giúp của máy tính. Với sự xuất hiện của vi mạch vào đầu những năm 1970, máy tính bắt đầu được ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực của sản xuất.
Khái niệm về CIM đã được tiến sĩ Joseph Harrington đưa ra vào những năm 1973. Mặc dù khái niệm của ông về CIM chưa được hoàn chỉnh, ngày nay danh từ CIM đã trở nên rất quen thuộc trong cách nói về sản xuất. CIM đã trở thành chiến lược nền tảng của tích hợp các thiết bị và hệ thống sản xuất thông qua các máy tính hay các bộ vi xử lý tự động.
Mục đích hiện thực lâu dài của CIM có thể đạt được thông qua việc lập kế hoạch phát triển ở tầm vĩ mô của các công ty. Sự tích hợp có hiệu quả đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về tất cả các quá trình công nghệ và hiểu biết sâu sắc về các thiết bị sản xuất của công ty. Để cho việc ứng dụng CIM có hiệu quả thì việc tích hợp các công nghệ tiên tiến AMT phải được thực hiện thông qua các máy tính. Máy tính chỉ hoạt động như các tọa độ phụ của công nghệ. Tuy nhiên, không có máy tính thì việc tích hợp sẽ không có hiệu quả.
Bộ quốc phòng Hòa kỳ đóng một vai trò quan trọng trong việc mở đường cho công nghệ CIM. Năm 1975 họ bắt đầu lập chương trình sản xuất có trợ giúp của máy tính của lực lượng không quân AFCAM ( Air Force Computer Aided Manufacturing). Chương trình này cho phép tiếp cận tốt hơn đối với công nghệ sản xuất. Nhờ kết quả đó mà sản xuất có trợ giúp của máy tính tích hợp ICAM (Intergrated Computer Aided Manufacturing) đã được xây dựng vào năm 1976 tại phòng thí nghiệm vật liệu của không quân Hoa Kỳ dưới sự chỉ đạo của Ủy ban kỹ thuật và Viện hàn lâm quốc gia NAEC (National Academy of Enegineering Comittee) về sản xuất có sự trợ giúp của máy tính CAM. Sau khi bỏ chương trình ICAM vào năm 1985, không quân Hoa kỳ bắt đầu xây dựng chương trình CIM.
Công ty Các hệ thống tự động và máy tính CASA của hội những nhà sản xuất SME đã được thành lập vào năm 1975 để tập trung kiến thức trong lĩnh vực máy tính và tự động hóa cho sự phát triển của sản xuất. Là một hội khoa học và đào tạo, CASA/SME đã truyền bá khái niệm về CIM với đông đảo quần chúng và đã xây dựng vòng tròn nhà máy CIM nhằm cung cấp cho công nghiệp sản xuất một cái nhìn đúng đắn về CIM. Hội đồng kỹ thuật của CASA/SME đã thống nhất 5 vấn đề cơ bản của vòng tròn CIM như sau: Quản lý sản xuất và quản lý nguồn nhân lực, sản xuất và quá trình, lập kế hoạch sản xuất và kiểm tra, nhà máy tự động hóa và quản lý nguồn thông tin. Vòng tròn CIM mô tả khía cạnh tích hợp của CIM đối với quan điểm về quản lý sản xuất. CIM có những ưu điểm sau đây:
- Tính linh hoạt của sản phẩm, của sản lượng và của vật liệu.
- Nâng cao năng suất và chất lượng của gia công.
- Hoàn thiện giao diện giữa thiết kế và sản xuất.
- Giảm lao động trực tiếp và lao động gián tiếp.
- Thiết kế có năng suất và độ chính xác cao.
- Tiêu chuẩn hóa cao và sử dụng vật liệu hợp lý.
- Tiết kiệm thời gian và mặt bằng sản xuất.
- Tạo cơ sở dữ liệu chung để loại trừ các bộ phận chứa dữ liệu độc lập.
- Loại trừ các công việc lặp lại không cần thiết.
- Giảm thời gian giám sát sản xuất và số cán bộ thực hiện công việc này.
- Có ưu điểm cạnh tranh đối với các đối thủ cạnh tranh.
Khái niệm về CIM được đưa ra trong thời gian đầu có vẻ như không đạt được ý tưởng thực tế, tuy nhiên với công nghệ ngày nay thì CIM đạt được mục đích không mấy khó khăn. Tương lai của kỹ thuật là ứng dụng CIM với tác động của trí tuệ. Sản xuất trí tuệ là con đường của tương lai. Vì vây, công nghệ sản xuất và các hệ thống CIM sẽ bao gồm cả trí tuệ để giúp các nhà máy chế tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao, giá thành hạ.
1.3 Sự phát triển của các hệ thống CIM ở Việt Nam.
Nhịp độ phát triển của sản xuất tự động hóa toàn phần FMS & CIM phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó hai yếu tố: Lực lượng lao động có trình độ chuyên môn cao và nguồn tài chính đóng vai trò quan trọng nhất. FMS & CIM là những hệ thống sản xuất có mức độ tự động hóa cao, chúng đã và đang được ứng dụng rộng rãi ở các nước công nghiệp phát triển. Tuy ở Việt nam sản xuất tự động hóa mới chỉ ở giai đoạn đầu của sự phát triển, nhưng để hoàn thành sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước thì việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các hệ thống FMS & CIM đã và đang được quan tâm đặc biệt.
Hiện nay CIM còn là một khái niệm khá mới mẻ đối với các nhà máy tại Việt Nam. Hầu như không thấy sự ứng dụng của các hệ thống CIM trong sản xuất mà chỉ có một số rất ít các hệ thống Mini CIM được sử dụng trong đào tạo tại một số trường đại học về kỹ thuật. Tiêu biểu là hệ thống MiniCIM của trường Đại học Phương Đông.
Tuy nhiên với làn sóng đầu tư rất mạnh đang tràn vào Việt nam sau khi gia nhập WTO, các hệ thống sản xuất tự động toàn phần đang phát triển nhanh chóng và trong tương lai CIM sẽ được ứng dụng vào sản xuất. Để bắt kịp với sự phát triển nhanh của nền công nghiệp thế giới, việc đào tạo ra một đội ngũ cán bộ vận hành và quản lý có kiến thức về CIM là rất quan trọng. Vì vậy việc giảng dạy về FMS & CIM đang được đặc biệt trú trọng tại các trường đại học kỹ thuật của Việt nam.
2. Ứng dụng và hiệu quả của CIM .
2.1 Ứng dụng của CIM.
Thiết lập một hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính CIM là một vấn đề không đơn giản nó không chỉ phụ thuộc vào khả năng tài chính của công ty mà còn phụ thuộc vào đội ngũ nhân lực của công ti do đó việc ứng dụng một hệ thống CIM vào sản xuất của một công ty phải được xem xét một cách cẩn thận. Thực tế khi mà sản xuất phát triển, nhu cầu của khách hàng thay đổi thường xuyên và không ngừng nâng cao, sự cạnh tranh mạnh của nhiều công ty trên phạm vi toàn cầu thì yêu cầu ứng dụng một hệ thống CIM cho sản xuất là rất cần thiết. Trong hệ thống CIM chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau cho phép khép kín chu trình chế tạo sản phẩm và tạo ra sản phẩm một cách nhanh chóng bằng các quy trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả. Với hệ thống CIM, nó có khả năng cung cấp sự trợ giúp máy tính cho tất cả các chức năng thương mại, bao gồm các hoạt động từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng cho đến cung cấp, phân phối sản phẩm của một nhà máy.
CIM tham gia vào môi trường sản xuất công nghiệp: điều khiển robot . lắp ráp, gia công, sơn phủ đánh bóng, gia công hàn, kiểm soát chất lượng sản phẩm, đóng gói, vận chuyển và phân phát hàng hoá .
CIM tham gia vào các quá trình công nghệ: thiết kế và sản xuất có trợ giúp máy tính(CAD/CAM) . Lập kế hoạch sản xuất và quy trình công nghệ có trợ giúp của máy tính ( Computer Aided Process Planning / Computer Aided Engineering (CAPP/CAE).
CIM bao gồm mạng và các hệ thống: các phần cứng và phần mềm truyền thông trong nhà máy, quản lý thông tin dữ liệu bao gồm cả việc thu thập, lưu trữ và truy xuất dữ liệu.
CIM tham gia vào việc cải thiện không ngừng các quá trình sản xuất: lập kế hoạch và kiểm soát nguyên liệu đầu vào, các hệ thống theo dõi và kiểm soát chất lượng, các kỹ thuật và phương pháp thanh tra giám sát như lập kế hoạch và quản lý nguồn lực sản xuất, lập kế hoạch và quản lý nguồn lực công ty, kiểm tra chất lượng toàn bộ và cách sản xuất đáp ứng kịp thời sự thay đổi nhanh chóng của các chủng loại sản phẩm.
2.2 Hiệu quả của CIM.
Hệ thống CIM có thể tạo ra lợi nhuận vững chắc cho người sử dụng hơn là các hệ thống sản xuất thông thường khác. CIM cho phép một nhà máy sản xuất thích ứng nhanh chóng với sự thay đổi của thị trường và cung cấp các hướng phát triển cơ bản của sản phẩm trong tương lai. Với sự trợ giúp của các máy tính trong CIM, các hoạt động phân đoạn của quá trình sản xuất được tích hợp thành một hệ thống sản xuất thống nhất, hoạt động trôi chảy với sự giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Trong hệ thống CIM cho phép sử dụng tối ưu các thiết bị, nâng cao năng xuất lao động, luôn ứng dụng các công nghệ tiên tiến và giảm thiểu sai số gây ra bởi con người, kinh nghiệm sử dụng CIM cho thấy những lợi ích điển hình sau đây:
+ Nhanh chóng cho ra đời sản phẩm mới kể từ lúc nhận đơn đặt hàng:
+ Giảm 15-30% giá thành thiết kế.
+ Giảm 30-60% thời gian chế tạo chi tiết.
+ Tăng năng suất lao động lên tới 40-70%
+ Nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm được 20-50% phế phẩm.
+ Quản lý vật tư hàng hoá sát thực tế hơn.
+ Tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường.
+ Hoàn thiện được phương pháp thiết kế sản phẩm, ví dụ: sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn cùng với máy tính cho phép thực hiện phép tính nhanh hơn 30 lần so với các phương pháp thông thường khác cho nhiều phương án thiết kế khác nhau.
3. Các thành phần cơ bản và nguyên lý hoạt động của MINICIM.
3.1 Trạm lắp ráp sản phẩm
3.1.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm phân phối gia công
Trạm cấp phôi gia công có chức năng lưu trữ và phân phối phôi cho toàn bộ hệ thống. Phôi được chứa trong hộp đựng phôi và được đẩy ra máng nhờ động cơ đẩy phôi. Cảm biến quang điện sẽ phát hiện sự có mặt của phôi trên máng và bật tín hiệu, sau một thời gian trễ thì tín hiệu gọi cánh tay rôbốt hai bậc được bật lên. Cánh tay rôbốt sẽ gắp phôi từ máng đặt sang trạm kế tiếp để chuẩn bị cho các quá trình gia công tiếp theo.
Hình 1.1: Trạm cấp phôi tự động
3.1.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:
Cơ cấu cấp phôi tự động : Cung cấp phôi ra máng.
Phôi : Phôi nhựa hình trụ tròn màu trắng. Ngoài ra, có một số phôi bị lỗi được đưa vào để phân biệt với những phôi trên.
Động cơ : Đẩy phôi ra máng khi có tín hiệu từ van điện.
Van điện : Điều khiển đóng/mở xy lanh khi có tín hiệu yêu cầu từ PLC.
Cánh tay Robot : Cánh tay xoay và ghắp phôi sang trạm tiếp theo
Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến, van điện.
Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222.
Module mở rộng EM 223.
Module truyền thông PROFIBUS EM 277.
Theo như nhiệm vụ của đề tài cánh tay robot phải xoay 180 độ để vận chuyển phôi từ khu vực phân loại về kho. Với kết cấu của robot hoàn toàn có thể thực hiện nhiệm vụ vận chuyển phôi bằng động cơ, nhưng trong quá trình làm em nhận thấy việc vận chuyển phôi bằng động cơ sẽ mất nhiều thời gian, làm giảm năng suất.
Vì những nguyên nhân trên và quá trình thực nghiệm em đã sử dụng cơ cấu thực hiện nhiệm vụ vận chuyển phôi bằng xylanh quay 180.
Lựa chọn xylanh
Từ công thức tính đường kính xylanh: D = sqrt ((F*4)/(p*pi))
- Áp suất khí nén của các máy nén khí thông dụng là p = 6bar = 6,1183 kgf/cm2
- Tải trọng đáp ứng là F = 8 (kg)
- Chọn đường kính xi lanh:
D = sqrt ((F*4)/(p*pi)) = sprt ((8*4)/(6 *3.14)) = 1.3 cm
- Từ những tính toán trên em có thể lựa chọn được loại xylanh phù hợp là:
+ Đường kính xylanh D=16mm.
+Hành trình xylanh 180 độ.
5.4 Xilanh không trục(xilanh trượt).
Theo như nhiệm vụ của đề tài cánh tay robot phải di chuyển từ khu vực phân loại về kho và ngược lại để vận chuyển phôi. Ta có thể thực hiện nhiệm vụ di chuyển cánh tay robot bằng động cơ truyền đai, nhưng trong quá trình làm em nhận thấy việc vận chuyển phôi bằng động cơ truyền đai sẽ mất nhiều thời gian, làm giảm năng suất, thường xuyên phải căng đai và thay đai nếu hoạt động liên tục trong thời gian dài.
Vì những nguyên nhân trên và quá trình thực nghiệm em đã sử dụng cơ cấu thực hiện nhiệm vụ di chuyển cánh tay robot bằng xilanh không trục (xilanh trượt).
Lựa chọn xilanh
Từ công thức tính đường kính xilanh: D = sqrt ((F*4)/(p*pi))
- Áp suất khí nén của các máy nén khí thông dụng là p = 6bar = 6,1183 kgf/cm2
- Tải trọng đáp ứng là F = 12 (kg)
- Chọn đường kính xilanh:
D = sqrt ((F*4)/(p*pi)) = sprt ((12*4)/(6 *3.14)) = 1.6 cm
- Từ những tính toán trên em có thể lựa chọn được loại xilanh phù hợp là:
+ Đường kính xilanh D=16mm
+Hành trình xilanh L=300mm.
+Chọn xilanh có trục chống xoay để khi di chuyển cánh tay robot không bị xoay đảm bảo gắp và nhả phôi đúng tọa độ yêu cầu
-Tính lực đẩy của xilanh:
+Lực đẩy hay kéo bàn xilanh:
gây bởi tác dụng của khí nén có áp suất P được tính theo công thức:
F = P.A = [N]
trong đó, P là áp suất khí nén [Pa]
A là diện tích bề mặt nam châm[m2]
F lực tác dụng vuông góc với bề mặt nam châm [N]
-Diện tích bề mặt nam châm: A=pi. r^2= 2 cm2.
-Lực tác dụng: F = PxA = 6x2= 12 (N)=1,2 (kg).
Kết luận chương III:
1. Thiết kế được Robot vận chuyển.
2. Đã tính toán và chọn xilanh phù hợp cho Robot.
3. Gia công các chi tiết có trong Robot.
CHƯƠNG 4: LẮP RÁP,MÔ HÌNH THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ.
1. Thiết kế quy trình lắp ráp robot vận chuyển.
- Bước 1: Lắp Xilanh trượt với mặt bích 1 bằng bu lông.
Hình 4.1 Lắp mặt bích lên xilanh trượt.
- Bước 2: Lắp mặt bích 1 với xilanh quay bằng bu lông.
Hình 4.2 Lắp xilanh quay lên xilanh trượt.
- Bước 3: Lắp xilanh quay với mặt bích 2 bằng bu lông.
Hình 4.3 Lắp mặt bích lên xilanh quay.
- Bước 4: Lắp mặt bích 2 với xilanh tịnh tiến trục Z bằng bu lông.
Hình 4.4 Lắp xilanh tịnh tiến lên xilanh quay.
- Bước 5: Lắp xilanh tịnh tiến trục Z với cánh tay robot bằng bu lông.
Hình 4.5 Lắp cánh tay robot lên xilanh tịnh tiến.
- Bước 6: Lắp cánh tay robot với xilanh kép bằng bu lông.
Hình 4.6 Lắp xilanh tịnh tiến lên cánh tay robot.
- Bước 7: Lắp xilanh kép với tay kẹp bằng đồ gá.
Hình 4.7 Lắp tay kẹp khí nén vào cánh tay robot.
- Bước 8: Lắp má kẹp vào tay kẹp bằng bu lông.
Hình 4.8 Lắp má kẹp lên tay kẹp.
2. Thực nghiệm và chạy thử.
Đã chạy 20 lần số lần thành công chiếm 90%, số lần k thành công chiếm 10% (trong đó 5% không gắp chuẩn phôi 5% robot không hoạt động).
3. Đánh giá.
Đánh giá độ ổn định: sau khi lắp ráp hoàn thiện mô hình, lần lượt kiểm tra chuyển động của từng xi lanh.
Sau khi đã kiểm tra hoạt động của các xi lanh qua chuyển động bằng tay. Cho máy thực hiện vận chuyển sản phẩm ở chế độ bằng tay và tự động. Khi kết thúc quá trình vận chuyển, Robot đã vận chuyển được sản phẩm từ modul phân loại sang modul kho chứa.
Dựa vào những lần kiểm tra trên, robot chuyển động không có hiện tượng sai lệch. Robot hiện tại vẫn hoạt động ổn định.
Kiểm tra độ chính xác tay gắp :
Cho robot gắp vật nhiều lần, tỉ lệ gắp vật thành công là 90%
Tay gắp hoạt động khá ổn định và chính xác
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ.
1.Kết luận chung.
Trong đề tài “Thiết kế và chế tạo dây chuyền vận chuyển cho hệ thống CIM ” sau khi hoàn thành em đã rút ra một số kết luận sau:
- Thuận lợi: Được sự hướng dẫn tận tình của cô giáo Phạm Hải Yến và các thầy cô trong khoa Điện – Cơ điện tử tạo điện kiện cho em đã hoàn thành được đồ án này, tuy nhiên do đề tài cần sử dụng lượng kiến thức lớn và phải kết hợp giữa kiến thức lý thuyết với ứng dụng trong thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu xót, rất mong các thầy cô thông cảm!
- Khó khăn: Trong quá trình làm đồ án em đã gặp phải những khó khăn như:
lượng kiện thức của em còn nhiều hạn chế
Thời gian , kinh phí
Phương tiện di chuyển cũng như phương tiện làm đồ án
Các nhóm hoạt động độc lập,chưa có sự hợp tác tốt
- Kết quả: Nhận được sự hướng dẫn của cô Phạm Hải Yến cũng như các thầy cô trong khoa Điện – Cơ điện tử em đã hoàn thành đồ án này cũng như thử nghiệm chạy thành công mô hình thực tế, kết quả đạt được rất khả quan vì đã đáp ứng được những yêu cầu về mặt điện và cơ. Qua đó giúp em nắm vững hơn những kiến thức đã được học để phục vụ cho công việc sau này.
2.Kiến nghị.
Đề tài vẫn còn nhiều thiếu xót như: chưa xác định được điểm gắp và nhả vật chuẩn xác. Do đó, em kiến nghị những năm sau nên cải tiến thêm để hệ thống có thể hoạt động tốt hơn và đa dụng hơn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links