Lê Linh thầy đã giúp đỡ nhóm rất nhiều trong quá trình thiết kế chế Trang 12 TÓM TẮT ĐỀ TÀIĐề tài: “Thiết kế và chế tạo máy uốn thép định hình tự động”Hiện nay, thế giới đang phát triển
TỔNG QUAN
Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong cuộc sống hàng ngày, sản phẩm gia công định hình ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt trong các lĩnh vực như xây dựng, nội thất, trang trí và công nghiệp Những sản phẩm này đóng vai trò quan trọng và được ứng dụng rộng rãi, đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường.
Sắt thép với đa dạng hình dạng ngày càng được ưa chuộng, đặc biệt trong ngành xây dựng như thép hình, bẻ đai và kiềng Ngoài ra, sắt thép cũng được ứng dụng trong ngành mỹ nghệ để chế tạo lồng đèn, lồng chim và khung.
Hình 2.1 Phương pháp nắn bẻ thép truyền thống
Việc uốn thép bằng phương pháp thủ công tốn nhiều thời gian, công sức và chi phí, đồng thời độ chính xác không cao Do đó, ngành cơ khí chế tạo cần thiết kế máy móc để khắc phục những nhược điểm này Máy uốn ra đời với những ưu điểm nổi bật như giá thành rẻ, tiết kiệm thời gian và sức lao động, cùng với độ chính xác cao, đáp ứng nhu cầu của xã hội Hiện nay, một số công ty tại Việt Nam, như công ty cổ phần máy xây dựng Phúc Long ở TPHCM, cũng sản xuất máy uốn thép.
Hình 2.2 Máy uốn thép định hình công ty Phúc Long
Máy uốn thép được sản xuất bởi công ty TNHH cơ khí tạo máy Lương Sơn:
Máy uốn dây thép 2D CNC là thiết bị cơ khí chính xác, có khả năng uốn các loại dây kim loại thành nhiều hình dạng phức tạp như vuông, tròn, tam giác, và các hình dạng không xác định khác như đai chữ U, V, L Với khả năng uốn các góc lên tới 360° và độ dài hai cạnh góc tùy ý, máy hoạt động với tốc độ nhanh chóng, chỉ mất vài giây để tạo ra mỗi hình thù.
Hình 2.3.Máy uốn 3D của công ty Lương Sơn Thông số kỹ thuật của máy:
Nhu cầu sử dụng sắt uốn tại Việt Nam rất cao, nhưng hiện nay chưa có công ty hay tổ chức nào chuyên sản xuất hoặc nghiên cứu máy uốn sắt Tài liệu và chủng loại máy uốn còn hạn chế, dẫn đến việc chỉ có các cơ sở uốn sắt nhỏ lẻ với thiết bị lạc hậu, năng suất thấp và chất lượng kém Các cơ sở này chủ yếu sử dụng thiết bị thủ công hoặc tự thiết kế, không đủ khả năng uốn các đường kính lớn, từ đó không đáp ứng được nhu cầu trong nước và không thể cạnh tranh với sản phẩm nước ngoài.
Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Hiện nay, thép là vật liệu phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp, xây dựng và trang trí nội thất, với nhiều loại mác và đường kính khác nhau Nhận thức được tầm quan trọng của sắt thép, việc chế tạo máy uốn phù hợp với nhu cầu là rất cần thiết Trên thế giới, máy uốn thép hiện có nhiều loại, từ máy uốn bằng tay, máy uốn động cơ đến máy uốn NC và CNC, cho phép uốn sắt một cách hiệu quả.
Máy uốn thép CNC 2D BendTech - XD GT-WB-60-3A là sản phẩm chất lượng cao từ Trung Quốc, kết hợp giữa máy, thủy lực và điện Với thiết kế điều chỉnh không cam, máy sử dụng động cơ servo Panasonic và bộ giảm tốc Roster, đảm bảo độ ổn định và chính xác cao Thiết bị tự động làm thẳng dây, tạo hình và ghi lại số lượng đầu ra, đồng thời cho phép thay đổi và sửa đổi kích thước cũng như thông số trong quá trình sản xuất.
Hình 2.4.Máy uốn thép CNC 2D BendTech-XD model GT-WB-60-3A
Máy uốn thép CNC 2D model YJ-2D-410, xuất xứ từ Trung Quốc, nổi bật với nhiều thông số kỹ thuật cho gia công máy đúc hình dạng dây, giúp cải thiện tốc độ và hiệu quả sản xuất Khoảng cách giữa trạm đầu vào và vị trí uốn cong có thể điều chỉnh, cho phép xử lý linh hoạt các dây có đường kính nhỏ cũng như thực hiện các công việc uốn yêu cầu không gian lớn Đặc biệt, máy uốn dây 2D còn trang bị chức năng lưu trữ bộ nhớ, cho phép bảo quản chương trình gia công, giúp quá trình gia công lại trở nên nhanh chóng và dễ dàng.
Hình 2.5.Máy uốn thép CNC 2D model YJ-2D-410
Chúng tôi sẽ tiến hành so sánh giữa máy uốn dây thép của công ty Phúc Long và máy uốn dây thép 4 chiều BendTech - XD model GT-WB-60-3A với model YJ-2D-410 Máy Phúc Long nổi bật với tính năng linh hoạt và hiệu suất ổn định, đáp ứng tốt nhu cầu sản xuất.
- Bộ uốn: Sử dụng cánh tay đòn kết hợp con lăn để uốn.
- Bộ cắt: Sử dụng kết hợp xi lanh và dao cắt.
Hình 2.6.Bộ phận uốn và cắt trên máy uốn thép của công ty Phúc Long
Sản phẩm: Sản phẩm chỉ là những hình đơn giản vì bộ uốn không linh hoạt chỉ có thể chuyển động tinh tiến. b Đối với máy BendTech
Bộ uốn: Sử dụng kết hợp xi lanh, ổ lăn và con quay Trên con quay có cốt uốn được bắt cố định vào con quay.
Bộ cắt: Sử dụng xi lanh kết hợp cánh tay đòn.
Hình 2.8 Bộ phận uốn và cắt trên máy uốn dây thép CNC 2D BendTech - XD model GT-WB-60-3A
Sản phẩm được thiết kế với bộ phận uốn có khả năng điều chỉnh lên xuống nhờ vào xi lanh điều khiển, cho phép tạo ra nhiều loại sản phẩm đa dạng, từ những mẫu đơn giản đến những thiết kế phức tạp.
Một số sản phẩm của máy uốn thép CNC 2D BendTech - XD model GT-WB-60-3A:
Máy BendTech thiết kế và chế tạo các sản phẩm máy uốn nhỏ gọn, đa dạng, với năng suất và độ chính xác cao.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Quy trình sản xuất thép uốn định hình
- Sản phẩm thép uốn định hình được tạo ra từ quá trình duỗi thẳng thép dây ở bộ kéo, định hình và cắt bằng cụm uốn cắt tự động.
Sau khi định hình, sản phẩm sẽ trải qua quá trình xử lý nhiệt, tiếp theo là xi mạ bề mặt nhằm nâng cao tính thẩm mỹ và chất lượng sản phẩm.
- Ở đề tài “Thiết kế và chế tạo máy uốn thép định hình tự động”, chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu về quá trình định hình sản phẩm.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy uốn thép định hình tự động
Máy uốn thép định hình tự động có cấu tạo gồm các bộ phận và nguyên lý hoạt động như sau:
Bộ phận cấp phôi sử dụng động cơ bước kết hợp với hệ thống bánh kéo phôi, giúp kéo phôi qua bộ phận nắn thẳng và dẫn hướng, đảm bảo việc đặt phôi chính xác vào bộ phận định hình sản phẩm.
Bộ phận nắn thẳng và dẫn hướng trên máy bao gồm các cơ cấu cố định như ống dẫn hướng, hệ thống bánh dẫn hướng và nắn thẳng có điều chỉnh, giúp đảm bảo sự ổn định và chính xác trong quá trình vận hành.
Bộ phận định hình của quy trình sản xuất bao gồm hệ thống uốn với con quay và ổ lăn Sau khi phôi thép được nắn thẳng, nó sẽ được chuyển đến cụm uốn Tại đây, thông qua hệ thống truyền động, con quay sẽ quay và ổ lăn sẽ giúp định hình phôi thép dây theo hình dạng đã được thiết lập trước đó.
- Bộ phận cắt: Sau khi đã định hình phôi thép thì phôi thép sẽ được bộ phận nắn thẳng kéo về bộ phận cắt và cắt phôi thép
Bộ phận điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định khả năng tự động và sự chính xác của hệ thống Bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller) là thành phần cốt lõi giúp thiết lập chế độ điều khiển hệ thống điện và động cơ bước một cách chính xác và hiệu quả.
Khảo sát vật liệu đầu vào cho máy sản xuất
- Xác định được kích thước sản phẩm đáp ứng nhu cầu lớn của thị trường tiêu thụ
- Xác định vật liệu phù hợp, thuận lợi cho quá trình sản xuất
Thông số đầu vào của phôi là yếu tố quyết định thiết kế máy, ảnh hưởng đến biên dạng dao cắt, cấu trúc bộ phận cấp phôi, cũng như thiết kế bộ phận định hình và bộ phận đẩy sản phẩm.
3.3.2 Vật liệu được sử dụng Đầu vào của “Máy uốn thép định hình tự động” là cuộn phôi thép dây:
Vật liệu:thép carbon thấp, mác thép SAE 1008 Đặc tính:
- Là thép qua quá trình ủ, thời gian tôi luyện ngắn, hàm lượng carbon có trong thép
- Độ cứng và độ bền kéo thấp
- Độ dẻo cao, dễ uốn, dễ tạo hình
- Có thể xử lý nhiệt bằng phương pháp thấm carbon và tôi
- Giá thành rẻ Đường kính: 2mm – 4mm.
Cơ sở uốn kim loại
Uốn là quá trình gia công kim loại thông qua biến dạng dẻo để tạo ra các chi tiết có hình dạng cụ thể như vòng hoặc chữ U Quá trình này sử dụng áp lực để làm cong hoặc gấp khúc phôi, có thể là tấm, thanh dài hoặc thanh định hình, và được thực hiện ở trạng thái nguội hoặc nóng Trong quá trình uốn, phôi sẽ được biến dạng dẻo từng phần nhằm đạt được hình dáng mong muốn.
Hình 3.1.Thứ tự quá trình uốn kim loại tạo thành góc 90°
Trong quá trình uốn, các lớp kim loại bên trong góc uốn bị nén và co lại theo hướng dọc, trong khi bị kéo ở hướng ngang Ngược lại, các lớp kim loại bên ngoài chịu kéo và dãn dài theo hướng dọc, đồng thời bị nén ở hướng ngang Ở giữa các lớp co ngắn và dãn dài tồn tại một lớp trung hòa, có độ dài bằng độ dài ban đầu của phôi.
Lớp trung hòa không phải là một lớp vật lý cụ thể mà là một mặt cong quy ước chạy qua các lớp phôi khác nhau Khi uốn phôi có dải hẹp, thường xảy ra sai lệch lớn ở tiết diện ngang, kèm theo sự giảm chiều dày vật liệu tại vị trí uốn Điều này dẫn đến sự dịch chuyển của lớp trung hòa về phía thớ bị nén và làm thay đổi hình dạng tiết diện ngang từ hình chữ nhật sang hình thang.
Kết quả khảo sát cho thấy khi uốn một thanh tròn có đường kính (d) quanh khuôn (chày) với bán kính r lớn hơn 1,5 lần đường kính, tiết diện ngang của thanh vẫn giữ nguyên hình dạng tròn.
Trong trường hợp khi uốn thanh tròn có bán kính uốn nhỏ (r [τk]
Truyền động và điều khiển
- Truyền momen xoắn từ động cơ bước đến các bộ phận công tác thông qua các cơ cấu truyền động như hộp giảm tốc, bánh răng.
- Điều khiển hoàn toàn tự động bằng PLC.
Các phần mềm hỗ trợ tính toán và thiết kế
- Trong phạm vi đề tài này, phần mềm Inventor có thể hỗ trợ chúng tôi trong việc:
- Lắp ráp các chi tiết máy.
- Đo đạc, tính toán khối lượng, thể tích máy
- Mô phỏng động và động lực học của kết cấu máy
- Hỗ trợ trong việc xuất bản vẽ để gia công máy cắt dây.
- Hỗ trợ điều chỉnh các bản vẽ được xuất từ phần mềm 3D.
- Hỗ trợ việc tính lực, ứng suất, đối chiếu với kết quả tính toán nhanh bằng tay.
3.6.4 Phần mềm hỗ trợ lập trình GX Works2
- Trong đề tài này nhóm sử dụng dòng Plc Mitsubishi Fx1N-60MT và dùng GX Works2 để hỗ trợ trong việc lập trình mạch điều khiển.
- Hỗ trợ thiết kế giao diện màn hình HMI Mitsubishi GS2107 – WTBD, kết nối màn hình HMI với bộ điều khiển PLC
PHƯƠNG ÁN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Phương án thiết kế 1
Sử dụng cơ cấu bánh răng để điều khiển trực tiếp chuyển động của con lăn uốn
Bộ phận cắt được điều khiển bởi xi lanh, trong khi bộ phận kéo và nắn được tách biệt và sử dụng động cơ bước để điều khiển độc lập Tất cả các bộ phận này liên kết với nhau thông qua hệ thống điều khiển PLC.
Hình 4.1.Sơ đồ nguyên lý phương án 1 Trong đó:
(1) và (9): lần lượt là các xi lanh khí nén.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu bằng việc nâng xi lanh (1) lên, trong khi bộ kéo dây (10) cung cấp lượng phôi cần thiết thông qua bộ nắn dây (11) và đi qua lỗ của bộ cắt dây (8) Tiếp theo, ổ lăn (4) trên bộ uốn hoạt động để uốn thép theo hình dạng đã lập trình Sau khi hoàn tất quá trình uốn, xi lanh (1) hạ bộ uốn xuống, và phôi thép đã được uốn sẽ được bộ phận kéo (10) kéo về bộ phận cắt dây (8) Cuối cùng, xi lanh (9) được kích hoạt để cắt sản phẩm thông qua cánh tay đòn.
Phương án thiết kế 2
Sử dụng xylanh khí nén kết hợp với tay đòn uốn để uốn các chi tiết hiệu quả Bộ phận cắt được điều khiển bởi xylanh, trong khi bộ phận kéo và nắn hoạt động độc lập nhờ động cơ bước Tất cả các bộ phận này được kết nối và điều khiển thông qua hệ thống PLC.
Hình 4.2.Sơ đồ nguyên lý phương án 2 Trong đó:
Quá trình uốn cọng thép bắt đầu bằng việc đẩy lên thông qua cánh tay đòn uốn, tùy thuộc vào hình dạng cần uốn, quy trình sẽ diễn ra tiếp theo Sau khi hoàn tất việc uốn chi tiết, bộ phận cắt sẽ được kích hoạt để cắt rời sản phẩm, đánh dấu kết thúc quá trình uốn một chi tiết.
Phương án thiết kế 3
Sử dụng buli để định hình và uốn sản phẩm với bộ tăng chỉnh thủ công Xylanh khí nén được áp dụng để cắt chi tiết, trong khi bộ phận kéo và nắn được điều khiển độc lập bằng động cơ bước Tất cả các bộ phận liên kết thông qua hệ thống điều khiển PLC.
Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý phương án 3 Trong đó:
(2) Xi lanh khí nén cắt
Nguyên lý hoạt động của quá trình sản xuất bắt đầu với việc cấp phôi qua bộ kéo dây (6), sau đó phôi được nắn thẳng tại bộ nắn (7) Tiếp theo, phôi đi qua buli (4) để định hình sản phẩm Cuối cùng, sau khi hoàn tất quá trình uốn, xi lanh khí nén (2) sẽ thực hiện việc cắt sản phẩm Bộ tăng chỉnh được sử dụng để điều chỉnh chiều cao, phù hợp với đường kính cần uốn.
Chọn phương án thiết kế máy
Tiêu chí chọn phương án thiết kế
- Uốn đa dạng loại hình
- Độ chính xác sản phẩm cao
- Phù hợp giá thành trong nước
Bảng 4.2 So sánh ba phương án thiết kế máy
Nhận xét: Với tiêu chí nhỏ gọn, uốn được đa dạng hình, độ chính xác sản phẩm cao Chọn phương án 1 để tiến hành thiết kế, chế tạo máy.
Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Ưu điểm
- Uốn được nhiều loại hình (vuông, tròn……)
- Độ chính xác của chi tiết cao
- Dễ dàng thiết kế và gia công
- Dễ dàng thiết kế và gia công
- Yêu cầu cao trong việc thiết kế và gia công bộ truyền
- Chỉ uốn được các hình có góc cạnh
- Độ chính xác không cao
- Chỉ uốn được hình tròn
- Độ chính xác không cao
THIẾT KẾ MÁY
THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ
5.1.1 Tính toán thiết kế bộ uốn
Gồm các chi tiết chế tạo: bánh răng nhỏ, bánh răng lớn, bánh quay, trục giữ, gối đỡ cố định, ổ lăn.
Hình 5.1.Bộ uốn Tấm đỡ bộ uốn
Trục giữ ổ lăn a Tính lực uốn
Kết quả phân tích lực uốn bằng phần mềm inventer
Hình 5.4 Mô hình tính toán lực uốn
Từ mô hình trên ta thấy đây là hệ siêu tĩnh bậc 1, để tính được hệ này trước tiên ta phải khử siêu tĩnh Ta thay bậc thừa bằng X1
Bước 1:Lập hệ cơ bản:
Hình 5.8 Công thức tính Momen nhanh
Viết phương trình cân bằng momen và lực:
Hình 5.9.Phương trình cần bằng momen và lực
Từ phương trình ta có:
Vật liệu Giới hạn chảy 𝜎 𝑐ℎ Chiều dài L Đường kính d Chiều dài a
SAE 1008 285 MN/m 2 390 mm 3 mm 30 mm
Thay số vào công thức ta có:
Hình 5.10.Biểu đồ nội lực Mx, Qy
Ta có: 𝜎 𝑢 là ứng suất uốn do momen xoắn Mxcó công thức là:
32× 0.003 3 = 11.3𝑃 (𝑀𝑁/𝑚 2 ) (5.13) Để uốn được thép thì ứng suất do lực P sinh ra phải lớn hơn ứng suất chảy của vật liệu
Bảng 5.1 Thông số cơ bản của động cơ bước Động cơ 86BYGH450B
Trọng lượng 2,8 kg c Tính toán các chi tiết trên bộ uốn c.1 Tính toán bộ truyền bánh răng
Thép C45, tôi cải thiện, HB =241 ÷ 285 σb= 850 𝑀𝑃𝑎, σch= 580 𝑀𝑃𝑎.
Thép C45, tôi cải thiện, HB =192 ÷ 240 σb= 750 𝑀𝑃𝑎, σch= 450 𝑀𝑃𝑎
Theo bảng 6.2 tài liệu [3] trang 94 σ 0 Hlim= 2𝐻𝐵 + 70; SH = 1,1 σ 0 Flim= 1,8𝐻𝐵; SF= 1,75
Chọn bánh răng nhỏ HB1 = 245, bánh răng lớn HB2 = 230, khi đó σ 0 Hlim1= 2𝐻𝐵1 + 70 = 2.245 + 70 = 560 𝑀𝑃a σ 0 Hlim2= 2𝐻𝐵2 + 70 = 2.230 + 70 = 530 𝑀𝑃a σ 0 Flim1= 1,8𝐻𝐵1= 1,8.245 = 441𝑀𝑃a σ 0 Flim2= 1,8𝐻𝐵2= 1,8.230 = 414𝑀𝑃a
Theo công thức 6.5 tài liệu [4] trang 93
Theo công thức 6.6 tài liệu [4] trang 93, tải trọng tĩnh
Như vậy theo công thức 6.1a tài liệu [4] trang 93
[σH] = ([σH]1 + [σH]2)/2 = 495,4 MPa < 1,25 [σH]2 Ứng suất tiếp xúc cho phép: [𝜎 𝐻 ]′ = 481,8 𝑀𝑃𝑎
Ta có 𝑁𝐹𝑂 = 4,10 6 đối với tất cả loại thép
𝑁F𝐸1 = 𝑁F𝐸2 = 18,36.10 6 > 𝑁𝐹𝑂= 4,10 6 do đó KFL2= 1 và KFL1 = 1
Do đó theo công thức 6.2a tài liệu [4] trang 93
1.75 #6,5 𝑀𝑃𝑎 Ứng suất quá tải cho phép: Theo công thức 6.10 và 6.11 tài liệu [4] trang 95
- ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải
- ứng suất uốn cho phép khi quá tải
𝑚𝑎𝑥 =0.8 [𝜎 𝑐ℎ2 ] =0,8.58060 𝑀𝑃𝑎 Xác định sơ bộ khoảng cách các trục cố định:
Khoảng cách trục aw theo 6.15a [4], trang 96]: aw = Ka (u + 1)√ 𝑇 1 𝐾 𝐻𝛽
Xác định thông số ăn khớp
Tỉ số truyền thực tế:𝑢𝑡 = 2.5
Số bánh răng lớn: z2 = uz1 = 28.2,5 = 70
Có Zt ta tính lại khoảng cách trục: aw= 𝑚𝑧 𝑡
2 = 98 Sai số tỉ số truyền: ∆𝑢= |𝑢𝑡− 𝑢|/𝑢= (2.5 – 2.5)/2.5 = 0% < 2%
Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
Tra bảng 6.11 [4], trang 104], khoảng cách trục chia: aw =0,5𝑚(𝑧 2 + 𝑧 1 ) cos 𝛽 = 0,5.2.98
Hệ số trùng khớp ngang theo 6.38b (tài liệu [4], trang 105)
Với 𝜀 𝛽 = 0, ta tính 𝑍 𝜀 bằng công thức:
3 = 0,89 (5.20) Đường kính vòng lăn bánh nhỏ:
𝑑 𝑤1 = 2 𝑎 𝑤 / (𝑢 + 1) = (2.98)/3,5 = 56 (𝑚𝑚) (5.21) Theo công thức 6.40 (tài liệu [4], trang 106) vận tốc vòng:
Với v = 0,5 m/s theo bảng 6.13 [tài liệu [4], trang 106] chọn cấp chính xác 9 Theo trang 106 tài liệu [4], do răng thẳng nên 𝑲 𝑯𝜶 = 𝟏
Theo công thức 6.39(tài liệu [4], trang 106) KH: hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc
Theo bảng 6.7 tài liệu [4] trang 98, ứng với sơ đồ 6 chọn𝑲 𝑯𝜷 = 𝟏, 𝟎𝟐
Theo công thức 6.41 (tài liệu [4], trang 107)
KHv: hệ số kể đến tải trọng trong vùng ăn khớp
Theo công thức 6.42 (tài liệu [4], trang 107)
Theo công thức 6.39 tài liệu [4], trang 106:
Theo trang 91 tài liệu [4] có:
- Với cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác bề mặt tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công độ nhám 𝑅𝑎= 2,5 – 1,25𝜇m Chọn 𝐙 𝐑 = 𝟎, 𝟗𝟓
=> Thoả mãn độ bền tiếp xúc
Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:
Theo 6.43 và 6.44 (tài liệu [4], trang 108) ta có:
𝑏 𝑤 𝑑 𝑤1 𝑚 ≤ 𝜎 𝐹1 (5.27) Theo bảng 6.7 tài liệu [4] trang 98, 𝑲 𝑭𝜷 = 𝟏, 𝟎𝟓, theo bảng 6.14 tài liệu [4] 107 với v = 0,5 m/s < 2,5 m/s và cấp chính xác là 9, 𝑲 𝑭𝜶 = 𝟏, 𝟑𝟕
Theo công thức 6.47 tài liệu [4] trang 109:
Trong đó 𝛿𝐹= 0,006 và𝑔𝑜= 73 theo bảng 6.15 và 6.16 (tài liệu [3], trang 107)
2.5= 1,4 (m/s) Theo công thức 6.46 tài liệu [4] trang 109
Tra bảng 6.18 tài liệu [4] trang 109, ta có số răng tương đương
1 = 70 Với hệ số dịch chỉnh x = 0 => YF1= 3,8 𝑣à YF2= 3,6
Với da < 400mm, có 𝐾XF= 1
[𝜎𝐹2] được tính chính xác: [𝜎𝐹2] = [𝜎𝐹2] 𝑌𝑅 𝑌𝑠.𝐾XF= 236,5.1.1,031.1 = 243,8 MPa
Thoả điều kiện về độ bền uốn
Kiểm nghiệm răng về quá tải
𝑑 = 𝑚 𝑍 (5.34) d1 = 2.28 = 56mm d1 = 2.70 = 140mm Đường kính đỉnh răng:
𝑑 𝑎 = 𝑑 + 2𝑚 (5.35) da1= 56 + 2.2 = 60 mm da1 = 140 + 2.2 = 144 mm Đường kính đáy rang
Bảng 5.2.Bảng thông số bộ truyền:
Thông số Kí hiệu Giá trị
Khoảng cách trục aw (mm) 98
Tỉ số truyền thực tế u 2,5
Chiều rộng vành răng là 29,4 mm, với đường kính vòng chia d1 là 56 mm và d20 Đường kính đỉnh răng lần lượt là da1 = 60 mm và da2 = 144 mm, trong khi đường kính đáy răng là df1 = 51 mm và df2 = 135 mm Bài viết cũng đề cập đến việc tính toán then trên trục hộp giảm tốc.
Với đường kính trục d = 16 mm (Tra bảng 9.1a tài liệu [4], trang 173) ta được: b = 5mm; h = 5mm; l = 25mm t1= 3mm; t2= 2.3mm d = 16mm; T = 8000 N.mm
Kiểm nghiệm độ bền dập (công thức 9.1 tài liệu [4], trang 173)
16.25 (5 − 3)= 20 (𝑀𝑃𝑎) (5.37) Ứng suất dập cho phép [𝜎] = 150 (𝑀𝑃𝑎) (Theo bảng 9.5 trang 178 tài liệu [4])
Suy ra 𝜎 𝑑 < [𝜎 𝑑 ] Thỏa điều kiện bền dập
Kiểm nghiệm độ bền cắt: (Công thức 9.2 trang 173 tài liệu [1])
Với then bằng vật liệu C45 chịu tải trọng tỉnh [𝜏𝑐] = 60 … 90 MPa (theo tài liệu [4] trang 174)
Chịu tải trọng va đập mạnh chọn [𝜏𝑐] giảm 2/3
Suy ra 𝜏𝑐< [𝜏𝑐]Thỏa điều kiện bền cắt c.3 Tính toán chọn ổ lăn để quay
Khi đặt ổ lăn chịu tải trọng nhẹ, vị trí lắp đặt cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất tối ưu Lực tác động lên bề mặt con lăn thường không đáng kể, điều này giúp giảm thiểu mài mòn và tăng tuổi thọ của ổ lăn Đối với vị trí đặt ổ lăn có đường kính d = 40mm, việc lựa chọn ổ bi đỡ một dãy là lựa chọn hợp lý để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả hoạt động.
(Tra bảng phụ lục P2.7, tài liệu 4], trang 255), chọn loại ổ lăn SKF 6008
Bảng 5.3.Thông số ổ lăn SKF 6008
Ký hiệu d D B Tải tỉnh 𝐶 0 (kN) Tải động [C] (kN) Khối lượng (kg)
6008 40 62 15 11 17.8 0.19 c.4 Tính toán, lựa chọn piston- xi lanh khí nén
Xi lanh đế vuông SC100x50-S, đường kính xi lanh ∅100mm, hành trình 50mm
Kích thước cổng ren: 21mm; áp suất 0.1 ~ 1 MPa (1 ÷10 Bar)
Dựa vào thực tế, bình khí nén có áp suất khí nén là: 0.7 MPa
4 = 5495 (𝑁) (5.39) c.5 Tính toán chọn ổ lăn để uốn
Bảng 5.4.Thông số ổ lăn SKF 628-2Z
Ký hiệu d D B Tải tỉnh 𝐶 0 (kN) Tải động [C] (kN) Khối lượng (kg)
5.1.2 Tính toán, thiết kế bộ cắt a Tính toán lực cắt của cánh tay đòn
- Với sản phẩm có đường kính 3mm được làm từ thép SAE1008 ta có các đặc tính của thép theo bảng dưới đây
Mỏc thộp: SAE1008 ỉ3 (mm), cú σb= 320 (N/mm 2 ), τ = 200 (N/mm2)
Ta có ứng suất tiếp: τ = 𝑄 𝑦
Ta có thép dây SAE1008 có [τk] = 200 (N/mm 2 )
Vậy chọn lực cắt Qy> 1414 N b Tính toán lực đẩy xi lanh
Xi lanh đế vuông SC100x25, đường kính xi lanh ∅100mm, hành trình 25mm
Kích thước cổng ren: 21mm; áp suất 0.1 ~ 1 MPa (1 ÷10 Bar)
Dựa vào thực tế, bình khí nén có áp suất khí nén là: 0.7 MPa
4.1.3 Tính toán thiết kế bộ dẫn hướng và nắn thẳng thép dây a Xác định thông số làm việc
Theo yêu cầu sản phẩm nắn thẳng một cuộn thép ∅3 để thực hiện các quá trình phía sau: Tốc độ nắn phụ thuộc vào bộ kéo thép 𝑣= 0,08 (𝑚/𝑠) =5 (𝑚/𝑝ℎ)
Suy ra số vòng quay của trục là:
Tham khảo một số máy ta chọn trục có đường kính 15 mm:
𝑝ℎ) (5.43) b Tính toán các chi tiết trên bộ nắn thẳng
Tính toán hệ con lăn nắn:
Chọn vật liệu chế tạo con lăn:
Số con lăn nắn trong một bộ nắn (thiết kế 2 bộ nắn thẳng) n; cuộn thép cần nắn có đường kính là 3, ta chọn 𝑛= 7
Vật liệu chế tạo trục cán là thép C45 tôi bề mặt làm việc đạt độ cứng 55 ÷ 65 (HRC) Giới hạn bền: 𝜎𝑏= 735 𝑀𝑃𝑎 Ứng suất xoắn cho phép: [𝜏] = 12 𝑀𝑝𝑎 − 20 𝑀𝑝𝑎
Hình 5.14.Kích thước trục nắn
Kết quả phân tích lực nắn trên Inventer:
Ta có công thức lực nắn tác dụng lên con lăn:
Ta có công thức tính lực nắn: 𝑃= 𝑃𝑡𝑏 𝐹𝑡𝑥
𝑃𝑡𝑏: áp lực trung bình (N/mm)
Theo công thức Bagunop 5.20 (Trang 86, tài liệu [1])
𝑇𝑐ℎ: nhiệt độ nóng chảy của thép 𝑇𝑐ℎ = 1370°𝐶
𝑇𝑐: Nhiệt độ cán bằng nhiệt độ phòng 𝑇𝑐= 300°𝐶 f: Hệ số ma sát khi cán, chọn 𝑓= 0,12
R: Bán kính trục cán 𝑅= 7,5 (𝑚𝑚) Δh: Hiệu số chiều cao trước và sao khi cán Chọn 𝛥ℎ = 0,1 (𝑚𝑚) 𝑣ớ𝑖 𝛥ℎ < 𝑅𝑓 2 h1, h2: Chiều dày kim loại trước và sau khi nắn
𝜎𝑏: Giới hạn bền của thép theo nhiệt độ
Ftx: Diện tích tiếp xúc giữa kim loại với bề mặt trục và được tính theo công thức:
𝐵1, 𝐵2: bề rộng của vật trước và sau khi cán
Chiều dài bề mặt làm việc của vai L:
Khoảng cách từ tâm cổ trục tới mặt tiếp xúc con quay và thép và điểm đặt lực c, a:
Trục dưới chịu nhiều lực tác động nhất và có cấu tạo hình học yếu nhất, do đó, cần chọn trục dưới để tính nghiệm bền và khả năng chịu lực.
Khả năng chịu lực tác dụng lên bề mặt trục theo công thức 4.6 trang 70 tài liệu [2]:
Lực tác dụng lên trục:
𝑐 [𝜎 𝑢 ] = 18432 (𝑁) d Kiểm nghiệm bền trục khi làm việc (khi chịu tải trọng)
Tại điểm chịu lực: tại đây chỉ chịu uốn, vì vậy chỉ nghiệm bền theo điều kiện uốn theo công thức 4.9 trang 71 tài liệu [3]:
P: lực tác dụng lên trục (N), P = 18432 (N)
𝑚𝑚 2 ) Kết luận: Vậy thân trục nắn làm việc tốt, đủ bền
(Phân tích kiểm nghiệm độ bền của trục bằng phần mềm hỗ trợ) e Tính toán chọn ổ lăn
Tại điểm chịu lực, lực tác động lên bề mặt con lăn và bề mặt thép là rất nhỏ Đối với vị trí trục của con quay, cần chọn ô bi đỡ 1 dãy với đường kính 𝑑 = 15.
(Tra bảng phụ lục P2.7, tài liệu [4], trang 255)
Ký hiệu d D B Tải tĩnh C0 (kN) Tải động [𝐶](kN) Khối lượng (kg)
Theo công thức 11.3[3], trang 214 với P = 1754,3 (N) tải trọng quy ước:
𝑘 𝑡 = 1(𝑡° ≤ 100°); 𝑘 đ = 1,1 (𝑡ả𝑖 𝑣𝑎 đậ𝑝 𝑛ℎẹ) Theo công thức 11.1 [3], trang 213] thì khả năng tải động Cd:
𝐶 𝑑 = 𝑄 √𝐿 𝑚 = 1,93 √34,56 3 = 6,3 (𝑘𝑁) < [𝐶] = 11,9(𝑘𝑁) (5.50) Trong đó với ổ bi đỡ một dãy 𝑚= 3
Theo công thức 11.19 [3], trang 221] thì khả năng tải tĩnh Qt
Bảng 5.6.Bảng tính toán thiết kế con lăn dẫn hướng
Từ đó, thiết kế con lăn phù hợp với yêu cầu nắn thẳng cuộn thép như hình dưới:
Hình 5.17.Con lăn dẫn hướng nắn thẳng thép
5.1.4 Tính toán thiết kế bộ kéo thép (cấp phôi)
Ta chia máy làm hai cụm chính để tính toán:
- Cụm truyền động a Xác định thông số làm việc
Yêu cầu đặt ra: kéo thép đúng vận tốc đúng thời để thực hiện quá trình dập phía sau Sau quá trình tính toán và thử nghiệm:
Suy ra số vòng quay của trục kéo dây là:
Tham khảo một số máy ta chọn đường kính trục chịu lực chính 30 mm:
𝑝ℎ) b Tính toán các chi tiết trên bộ kéo
Tính toán hệ con lăn
Số con lăn kéo trong bộ kéo n: cuộn thép cần kéo có đường kính là 3 (mm), ta chọn 𝑛4
Vật liệu chế tạo trục là thép C45 tôi bề mặt làm việc đạt độ cứng 55 ÷ 65 (HRC)
Giới hạn bền: 𝜎𝑏= 735 𝑀𝑃𝑎 Ứng suất xoắn cho phép: [𝜏] = 12 𝑀𝑃𝑎− 20 𝑀𝑃𝑎
Tính toán kích thước của trục kéo
Hình 5.18 Kích thước trục kéo
Kêt quả phân tích lực kéo trên Inventer
Thiết kế sơ bộ kết cấu trục bao gồm các đoạn chính: Đoạn AB lắp ghép bánh răng, Đoạn BC kết nối với ổ lăn và con trượt di động, Đoạn CD tạo thành vai trục, và Đoạn DE lắp ghép con lăn kéo thép.
Tính toán kích thước đường kính và khoảng cách trục:
Chọn đường kính trục chịu lực chính (điểm đặt con lăn kéo thép) d = 30 (mm) Chiều dài bề mặt làm việc của trục l:
Chọn 𝑙= 24,5 (𝑚𝑚) Đường kính vai trục 𝐷 = (1,2 ÷ 2,5).𝑑= 36 ÷ 75
Chiều dài bề mặt làm việc của vai L:
Chọn L = 18 (mm) Chọn đường kính trục để đặt ổ lăn và con trượt 𝑑1= 30 (𝑚𝑚) Chiều dài bề mặt làm việc của trục l1:
Chọn đường kính trục để đặt bánh răng 𝑑2= 25 (𝑚𝑚)
Chiều dài bề mặt làm việc của trục l2: 𝑙2 = (1,2 ÷ 2,5).𝑑2 = (1,2 ÷ 2,5) 25 = 30 ÷ 75 (𝑚𝑚)
Chọn 𝑙2 = 38 (𝑚𝑚) Khoảng cách từ tâm cổ trục tới mặt tiếp xúc của con quay và thép: c, và điểm đặt lực a:
2 = 12,5 (𝑚𝑚)Khả năng chịu lực của trục: trục dưới chịu nhiều lực tác động nhất và có cấu tạo hình
Lực tác dụng lên trục:
𝑐 [𝜎 𝑢 ] = 25920 (𝑁) Kiểm nghiệm bền trục khi làm việc (khi chịu tải trọng)
Tại điểm chịu lực: tại đây chỉ chịu uốn, vì vậy chỉ nghiệm bền theo điều kiện uốn theo công thức 4.9 trang 71 tài liệu [3]:
P: lực tác dụng lên trục (N), 𝑃= 25920 (𝑁)
𝑚𝑚 2 ) -> Kết luận: Vậy thân trục kéo làm việc tốt, đủ bền
(Phân tích kiểm nghiệm độ bền của trục bằng phần mềm hỗ trợ)
Tính toán chọn ổ lăn Vị trí lắp ổ lăn không chịu tác dụng của bất cứ lực nào
Chọn ô bi đỡ 1 dãy cho vị trí trục đặt con quay 𝑑1 = 30 𝑚𝑚(Tra bảng phụ lục P2.7, tài liệu [4], trang 255)
Ký hiệu d D B Tải tĩnh C0(kN) Tải động [𝐶](kN) Khối lượng (kg)
Momen xoắn của máy kéo: 𝑀𝑥= 𝑀𝑘− 𝑀𝑚𝑠1− 𝑀𝑚𝑠2
Với f: hệ số ma sát, chọn 𝑓= 0,005
P: lực nắn (N), 𝑃= 1754,3 (𝑁) d: đường kính con lăn nắn (mm), 𝑑= 60 (𝑚𝑚)
Vậy momen ma sát trên bộ nắn thẳng là:
Momen ma sát tại các chi tiết quay trên bộ kéo:
Trong đó f: hệ số ma sát, 𝑓= 0,005
Lực kéo thép (N) được tính toán để đảm bảo quá trình dập sản phẩm diễn ra với tốc độ và chiều dài chính xác Cụ thể, lực kéo thép 𝐹𝑘 là 100 N, với đường kính con lăn kéo d là 82 mm.
Để điều chỉnh tốc độ và chiều dài kéo thép phù hợp với yêu cầu sản phẩm, chúng tôi đã lựa chọn động cơ bước 86BYGH450B của thương hiệu Nhật Bản, kết hợp với hộp giảm tốc TAKAMURA K9005 (1/5).
Bảng 5.8.Thông số cơ bản của động cơ bước
Tính toán bộ truyền bánh răng σ 0 Hlim= 2𝐻𝐵 + 70; SH = 1,1 σ 0 Flim= 1,8𝐻𝐵; SF = 1,75
Theo công thức 6.5 tài liệu [4] trang 93
Theo công thức 6.6 tài liệu [4] trang 93, tải trọng tĩnh
Như vậy theo công thức 6.1a tài liệu [4] trang 93
[σH] = 560.1/1,1 = 509 MPa Ứng suất tiếp xúc cho phép: [𝜎 𝐻 ]′ = 481,8 𝑀𝑃𝑎
Ta có 𝑁𝐹𝑂 = 4,10 6 đối với tất cả loại thép
Do đó theo công thức 6.2a tài liệu [4] trang 93
1,75 %2 𝑀𝑃𝑎 Ứng suất quá tải cho phép: Theo công thức 6.10 và 6.11 tài liệu [4] trang 95
- ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải
- ứng suất uốn cho phép khi quá tải
[𝜎 𝐹 ] 𝑚𝑎𝑥 =0.8 [𝜎 𝑐ℎ ] =0,8.580 60 𝑀𝑃𝑎 Xác định sơ bộ khoảng cách các trục cố định:
Khoảng cách trục aw theo 6.15a [4], trang 96]: aw = Ka (u + 1)√ 𝑇 1 𝐾 𝐻𝛽
Xác định thông số ăn khớp
Tỉ số truyền thực tế:𝑢𝑡 = 1
Sai số tỉ số truyền: ∆𝑢= |𝑢𝑡− 𝑢|/𝑢= (1 – 1)/1 = 0% < 2%
Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
Hệ số trùng khớp ngang theo 6.38b (tài liệu [4], trang 105)
Với 𝜀 𝛽 = 0, ta tính 𝑍 𝜀 bằng công thức:
3 = 0,88 (5.58) Đường kính vòng lăn bánh nhỏ:
𝑑 𝑤1 = 2 𝑎 𝑤 / (𝑢 + 1) = (2.82,5)/2 = 82,5 (𝑚𝑚) (5.59) Theo công thức 6.40 (tài liệu [4], trang 106) vận tốc vòng:
Với v = 0,5 m/s theo bảng 6.13 [tài liệu [4], trang 106] chọn cấp chính xác 9 Theo trang 106 tài liệu [4], do răng thẳng nên 𝑲 𝑯𝜶 = 𝟏
Theo công thức 6.39(tài liệu [4], trang 106) KH: hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc
Theo bảng 6.7 tài liệu [4] trang 98, ứng với sơ đồ 6 chọn 𝑲 𝑯𝜷 = 𝟏, 𝟎𝟑
Theo công thức 6.41 (tài liệu [4], trang 107)
KHv: hệ số kể đến tải trọng trong vùng ăn khớp
Theo công thức 6.42 (tài liệu [4], trang 107)
1 = 0,06 (m/s)Trong đó 𝛿𝐻= 0,002 và 𝑔𝑜= 73 theo bảng 6.15 và 6.16 (tài liệu [4], trang 107)
2.8000.1,03.1 = 1 Theo công thức 6.39 tài liệu [4], trang 106:
24,75.1.(82,5) 2 = 201𝑀𝑃𝑎 Theo trang 91 tài liệu [4] có:
- Với cấp chính xác động học là 9, chọn cấp chính xác bề mặt tiếp xúc là 8, khi đó cần gia công độ nhám 𝑅𝑎= 2,5 – 1,25 𝜇m Chọn 𝐙 𝐑 = 𝟎, 𝟗𝟓
=> Thoả mãn độ bền tiếp xúc
Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:
Theo 6.43 và 6.44 (tài liệu [4], trang 108) ta có:
𝑏 𝑤 𝑑 𝑤1 𝑚 ≤ 𝜎 𝐹1 (5.65) Theo bảng 6.7 tài liệu [4] trang 98, 𝑲 𝑭𝜷 = 𝟏, 𝟎𝟕, theo bảng 6.14 tài liệu [4] 107 với v = 0,5 m/s < 2,5 m/s và cấp chính xác là 9, 𝑲 𝑭𝜶 = 𝟏, 𝟑𝟕
Theo công thức 6.47 tài liệu [4] trang 109:
Trong đó 𝛿𝐹= 0,006 và 𝑔𝑜= 73 theo bảng 6.15 và 6.16 (tài liệu [3], trang 107)
Tra bảng 6.18 tài liệu [4] trang 109, ta có số răng tương đương
1 = 33 Với hệ số dịch chỉnh x = 0 => YF1= 3,8 𝑣à YF2= 3,6
Với da < 400mm, có 𝐾XF= 1
Thoả điều kiện về độ bền uốn
Kiểm nghiệm răng về quá tải
Theo công thức trong bảng 6.11 tài liệu [4] trang 104 Đường kính vòng chia:
𝑑 = 𝑚 𝑍 (5.71) d1 = 2,5.33 = 82,5mm Đường kính đỉnh răng:
𝑑 𝑎 = 𝑑 + 2𝑚 (5.72) d = 82,5 + 2.2 = 87,5 mm Đường kính đáy rang
Bảng 5.9.Bảng thông số bộ truyền:
Thông số Kí hiệu Giá trị
Khoảng cách trục aw (mm) 82,5
Tỉ số truyền thực tế u 1
Chiều rộng vành răng bw (mm) 24,75 Đường kính vòng chia d (mm) d1 = 82,5 Đường kính đỉnh răng da (mm) da1 = 87,5 Đường kính đáy răng df (mm) df1 = 76,25
5.1.5 Tính toán thiết kế khung chân máy
Chọn vật liệu, thiết kế hình dáng:
Quy cách thép hộp: 80x40x4 (mm)
Hình 5.21 Thép hình hộp chữ nhật
Bảng 5.10 Thông số kích thước
Kích thước và số lượng thép hộp
Hình 5.22 Kết cấu và hình dáng khung chân máy
Kiểm tra độ bền khung chân máy
Hình 5.23 Thể tích, diện tích và khối lượng của cụm trước
Tính toán bằng phần mềm INVENTOR ta có khối lượng máy ~ 150kg Kết quả cho thấy vùng ứng suất lớn nhất là 238 MPa và chuyển vị là 1.079 mm
Thỏa điều kiện bền của Thép.
Kết quả phân tích bằng phần mềm INVENTOR.
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN MÁY
Bài toán điều khiển đặt ra:
Bộ PLC nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý các tín hiệu đầu vào, và điều khiển 2 động cơ step cùng 2 xylanh hoạt động theo chu trình, từ đó tạo ra sản phẩm chính.
+ Tín hiệu cảm biến xylanh uốn
+ Tín hiệu xi lanh cắt
Khi tín hiệu điều khiển động cơ step nhận đúng chiều dài, xylanh đẩy sẽ đưa bộ phận uốn ra chạm cảm biến Sau đó, động cơ step tiến hành uốn thép Sau lần uốn đầu tiên, động cơ step kéo nhận tín hiệu và đẩy dây thép ra, tiếp tục chu trình uốn cho đến khi hoàn tất Khi xylanh đẩy nhận tín hiệu từ cảm biến, nó sẽ lùi lại, trong khi động cơ step kéo sợi thép về đến đoạn cuối Cuối cùng, xylanh cắt thực hiện quá trình cắt khi chạm cảm biến, kết thúc chu trình.
Khi thiết kế chương trình PLC, cần đảm bảo an toàn cho máy móc bằng cách chọn loại van phù hợp Trong trường hợp mất điện, các van sẽ tự động trở về vị trí ban đầu, giúp các xilanh gấp và xilanh cắt cũng trở về vị trí ban đầu của chúng.
Dự tính các thiết bị điều khiển tín hiệu đầu vào, đầu ra của bộ PLC.
Các thiết bị đầu vào bao gồm tín hiệu từ cảm biến vị trí gấp, công tắc hành trình của piston gấp và cắt, cùng với tín hiệu từ các nút điều khiển Bảng dưới đây thể hiện các thiết bị input và output của hệ điều khiển.
Các thiết bị đầu vào và các thiết bị đầu ra của bộ điều khiển
Các thiết bị đầu vào
Tên Input Các thông số kĩ thuật
Cảm biến đẩy xylanh 24 (DC) / X7
Cảm biến hạ xylanh 24 (DC) / X10
Các thiết bị đầu ra Tên Output
Các thông số kĩ thuật
Vale 5/2 (tác động 1 chiều) 24 (DC) / Y4
5.2.1 Lựa chọn các khí cụ điện
Tên sản phẩm Cảm biến tiệm cận
Khoảng cách phát hiện 0->8mm Điện áp DC 6~36V
Hình 5.27.Cảm biến tiệm cận
Tên sản phẩm Nút nhấn nhả IDEC
Loại YW1L-M2E10Q4G Đường kính 22 mm
Tiếp điểm 1NO Điện áp ngõ vào 24VDC
Hình 5.28.Thông số nút start
Tên sản phẩm Nút nhấn nhả IDEC
Loại YW1L-M2E10Q4G Đường kính 22 mm
Tiếp điểm 1NO Điện áp ngõ vào 24VDC
Bộ điều khiển Fx1n 60mt có khả năng đáp ứng nhu cầu dựa trên thống kê các tín hiệu đầu vào và đầu ra của máy.
Sử dụng PLC loại FX 1N-60MT (Mitsubishi) kết nối màn hình HMI GS2107
PLC hoạt động với nguồn nuôi 220V, được cung cấp từ hai dây nóng của nguồn 3 pha qua cầu dao (CB) Màn hình HMI sử dụng nguồn nuôi 24 VDC Để phát xung cho động cơ bước, cần có nguồn nuôi 5VDC.
Sử dụng 2 bộ nguồn tổ ong dể chuyển điện áp từ 220VAC sang 24 VDC và 5VDC.
Thông số kỹ thuật chung của PLC Mitsubishi FX1N Series Điện áp nguồn cung cấp: 100/230VAC hoặc 12-24VDC (Ít phổ biến)
- Bộ nhớ chương trình: 8000 bước lệnh
- Kết nối truyền thông: cung cấp chuẩn kết nối RS422, có thể giao tiếp theo chuẩn RS485/RS232 thông qua board mở rộng.
- Bộ đếm tốc độ cao: 6 chân max 60Khz 1 phase, 2 chân max 30Khz 2 phases.
- Loại ngõ ra: Relay, Transistor
- Phát xung tốc độ cao: 2 chân phát xung max 100khz
- Có thể mở rộng lên tới 132 I/O thông qua module
- Có thể mở rộng tối đa lên tới 2 module chức năng
Hình 5.30 PLC FX1N 60MT tự, hỗ trợ nhiều cổng truyền thông… thì hoàn toàn có thể sử dụng FX1N-60MT để thiết kế hệ thống điều khiển của mình.
Lựa chọn nguồn tổ ong
Dòng 24 VDC được sử dụng cấp cho nguồn của PLC và các thiết bị đầu vàovà đầu ra ta sử dụng: Nguồn tổ ong PKL-36-24 36W 24V 1.5A
Nhà cung cấp: PTEK VIỆT NAM
Tính năng: Bảo vệ quá dòng, quá áp, quá tải và ngắn mạch.
Nguồn tổ ong 5V: Điện áp đầu vào: 180VAC-240VAC chỉnh bằng công tắc gạt
Dòng đầu ra tối đa: 10A
Nhiệt độ làm việc: -10 ~ 60 độ C
Nguyên lý hoạt động của CB
Bộ ngắt mạch CB hoạt động dựa trên nguyên lý các tiếp điểm cố định và di chuyển Khi mạch điện được đóng, các tiếp điểm này tiếp xúc với nhau và dẫn điện trong điều kiện bình thường.
Trong điều kiện hoạt động bình thường, các cơ cấu truyền động của bộ ngắt mạch có khả năng mở hoặc đóng, giúp thực hiện việc đóng cắt và bảo trì hệ thống một cách hiệu quả.
Khi xảy ra lỗi trong bất kỳ bộ phận nào của hệ thống, cuộn dây hút của bộ ngắt sẽ được cấp năng lượng, dẫn đến việc các tiếp điểm chuyển động tách ra khỏi nhau, từ đó làm hở mạch.
Tên sản phẩm BS1111TV
Tiêu chuẩn Theo tiêu chuẩn JIS
Lựa chọn động cơ bước Động cơ bước 86BYG450A
Bước 1.8 độ Đường kính trục 14mm dài 35mm
Nhiệt độ tối đa 80 độ C
Chiều dài thân động cơ 86BYG450A, 86BYG450B, 86BYG450C tương ứng (76mm, 112mm,150mm)
- Động cơ bước có giá thành rẻ hơn nhiều so với động cơ ac servo hoặc hybrid servo nhưng vẫn đáp ứng được về điều khiển vị trí.
- Động cơ bước size 86 có thân và trục motor to hơn size 57 nên cho moment khỏe hơn, sức kéo mạnh hơn size 57.
- Sự ổn định cao ở môi trường công nghiệp như nhiễu, bụi bẩn, nhiệt độ và ẩm ướt.
- Dễ đấu nối và điều khiển.
- Driver điều khiển động cơ bước DMA860H
- Phù hợp với động cơ bước mặt bích 86 (động cơ bước 4Nm, 8Nm, 12Nm)
- Cung cấp điện áp đến 70VAC hoặc + 110VDC, cường độ dòng điện lên đến 7.2A
Động cơ bước DMA860H được trang bị công nghệ tự điều chỉnh và công nghệ điều khiển dòng điện Pure-sin, cho phép tần số xung đầu vào đạt tới 300 KHz Với 16 độ phân giải lựa chọn giữa thập phân và nhị phân, động cơ này có khả năng thực hiện lên đến 51.200 bước mỗi vòng quay.
DMA860H là bộ điều khiển lý tưởng cho động cơ 2 pha và 4 pha, cung cấp hiệu suất tốc độ cao Sản phẩm này phù hợp cho các thiết bị tự động hóa và máy CNC công suất lớn, bao gồm máy khắc, máy cắt, máy đóng gói và máy CNC plasma.
- Hỗ trợ chế độ PUL/ DIR và CW/ CCW.
- Bảo vệ ngắn áp, quá áp, quá dòng và ngắn dòng.
Sơ đồ bố trí layout các thiết bị điện
Hình 5.36 Sơ đồ đấu nối
Chế độ Manual cho phép người dùng điều khiển độc lập động cơ chính và động cơ bước thông qua 2 nút nhấn riêng biệt Tại bộ phận cấp phôi, người dùng có thể tùy chỉnh tốc độ và chiều dài phôi được cấp.
Trong chế độ Auto, bộ phận dập cắt và cấp phôi hoạt động liên tục nhờ vào bộ điều khiển PLC, với tín hiệu đầu vào từ cảm biến Người dùng cần điều chỉnh tốc độ và chiều dài phôi cấp để đảm bảo phù hợp với yêu cầu sản phẩm.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động:
Hình 5.37 Sơ đồ nguyên lý hoạt động bộ phận cấp phôi
Tính toán sơ bộ uốn thép thành hình vuông có cạnh 150mm
Lượng chiều dài phôi cần thiết: 𝐿 = 600𝑚𝑚.
Bộ điều khiển ở chế độ phát 12800 xung/vòng.
Hình 5.38 Thông số điều khiển động cơ bước trên driver
Tỉ số truyền hộp giảm tốc kéo thép là 1:5 Đường kính bánh kéo D = 80,38 mm => R = 40,19 mm
180 với n được tính bằng độ Thay 𝐿= 600mm vào, ta được 𝑛= 855.37°. Động cơ bước cứ 1,8 độ cần phát 64 xung, suy ra số xung cần thiết là
Tỉ số truyền HGT là 1:5
Suy ra số xung cần thiết là 𝑃𝑢𝑙𝑠ⅇ = 30413.15 ×5 = 152065 xung.
Chọn số xung Pulse = 152065 xung Thời gian tối đa để cấp phôi:
Sử dụng phần mềm Gx Works 2 để lập trình cho PLC
5.2.3 Lập trình giao diện HMI
Sử dụng phần mềm GT Designer 3 để điều khiển cho PLC:
- Giao diện HMI gồm 3 trang chính: Trang điều khiển, trang điều chỉnh thông số cho chế độ Auto, trang điều chỉnh thông số cho chế độ Manual.
- Trang điều khiển: Cung cấp thông tin về số lượng sản phẩm Điều khiển máy với 2 chế độ.
- Các thông số có thể điều chỉnh là: số lượng sản phẩm dự kiến sản xuất, tốc độ motor uốn và kéo, hình dạng cần uốn.
Hình 5.39 Giao diện trang thiết lập thông số
CHẾ TẠO MÁY
CHẾ TẠO PHẦN CƠ KHÍ
6.1.1 Chế tạo bộ phận uốn
Chế tạo chi tiết bánh răng nhỏ, bánh rang lớn, gối đỡ cố định, bạc lót, trục giữ, bánh quay, tấm giữ bộ uốn, tấm giữ trục.
Hình 6.2 Bạc lót và tấm giữ trục
Hình 6.3 Bánh răng lớn và trục giữ
Hình 6.6 Tấm giữ bộ uốn mặt trước
6.1.2 Tính toán thiết kế bộ căt
Chế tạo bộ cắt bao gồm các chi tiết quan trọng như giá đỡ, cục giữ, tấm cắt, tay đòn, tấm xoay, pát gắn xi lanh, nắp ổ bi, trục và bạc lót Các chi tiết này đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo hiệu suất và độ bền của bộ cắt.
Hình 6.9 Giá dỡ cụm cắt
Hình 6.12 Trục và bạc lót
Và một số chi tiết khác của cụm trước
Hình 6.15 Tấm gắn con trượt
Hình 6.16 Tấm đỡ con trượt
Hình 6.22 Tấm thân dưới6.1.3 Chế tạo bộ nắn, kéo
Hình 6.25 Cắt bánh dẫn hướng trên máy cắt dây
LẮP RÁP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN
Hình 6.28 Lập trình điều khiển bằng phần mềm GX work2
Hình 6.29 Xuất chương trình qua màn hình
LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH
Lắp ráp
Hình 7.3 Lắp ghép trục di động và con trượt ở bộ nắn dây
Hình 7.4 Lắp ghép trục cố định ở bộ nắn dây
Hình 7.5 Bộ dẫn hướng của bộ phận cấp phôi 1 đã lắp ráp
Hình 7.6 Bộ dẫn hướng của bộ phận cấp phôi 2 đã lắp ráp
Hình 7.7 Bộ cấp phôi đã lắp ráp
Hình 7.8 Giá xoay đỡ phôi hoàn thiện
Hình 7.9 Bố trí các thiết bị điện
Các bộ phận của máy được lắp ráp chủ yếu bằng bulong và đai ốc, giúp tăng tính linh động và dễ dàng tháo lắp Bên cạnh đó, phương pháp hàn được sử dụng để kết nối khung và chân máy.
Vận hành máy
7.2.1 Tiến hành thực nghiệm a Mục đích của việc chạy thực nghiệm máy
- Nhằm xác định năng suất thực tế của máy so với mục tiêu đã đề ra
- Xác định hiệu suất thực tế của máy.
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu và phát triển bền vững cho máy, việc xác định các đặc điểm làm việc thực tế là rất quan trọng Điều này giúp đưa ra các phương án bảo trì và bảo dưỡng hợp lý Phương pháp thực nghiệm sẽ được áp dụng để thu thập dữ liệu và đánh giá hiệu quả hoạt động của máy, từ đó đề xuất những cải tiến cần thiết cho tương lai.
+ Máy uốn thép định hình tự động.
+ Cuộn phôi thép dây đường kính 3mm
Dựa trên thiết kế và các thiết bị hiện có, tốc độ cấp phôi an toàn và hiệu quả nhất cho bộ cấp phôi sử dụng động cơ bước là 5000 mm/phút.
+ Quan sát kết quả và đưa ra kết luận c Kết quả thực nghiệm
Nhóm tiến hành chạy thực nghiệm máy theo phương án thực nghiệm đã đưa ra:
Bảng 7.1.Kết quả thực nghiệm
Lần thực nghiệm Số lần uốn Số sản phẩm đạt yêu cầu
Hình 7.12 Biểu đồ biểu thị số sản phẩm lỗi
Hình 7.14.Sản phẩm d Kết luận
Qua 8 lần thực nghiệm chạy máy với đầu vào là phôi thép dây 3mm:
- Năng suất thực tế phụ thuộc vào hình dạng cần uốn.
- Hiệu suất trung bình 98% ➔ Năng suất sản xuất sản phẩm đạt yêu cầu ➔ Hiệu suất máy đạt yêu cầu.
Mỗi khi khởi động bộ phận cấp phôi cho quá trình uốn, sản phẩm lỗi thường xuất hiện ngay từ sản phẩm đầu tiên do động cơ bước thay đổi trạng thái đột ngột.
Trong quá trình uốn, một số sản phẩm có thể gặp lỗi do phôi thép bị kẹt trong thời gian ngắn trên đường dẫn đến bộ uốn Nguyên nhân chủ yếu là do thép dây không được nắn thẳng hoàn toàn, dẫn đến sự thay đổi trong chất lượng sản phẩm.
7.2.2 Hướng dẫn vận hành máy a HMI và các nút nhấn
Hình 7.15 Giao diện trang điều khiển chính
Hình 7.16 Các nút nhấn trên tủ điện
Các nút nhấn có chức năng tương tự như các nút ở giao diện điều khiển chính
- Nút “Auto”: Chuyển chế độ tự động.
- Nút “Manual”: Chuyển sang điều khiển thủ công động cơ kéo.
- Nút “Start”: Khi ở chế độ Auto, khởi chạy máy nhiều sản phẩm
Khi ở chế độ Manual, khởi chạy máy một sản phẩm.
- Nút “Stop”: Khi ở chế độ Auto, tạm dừng máy
- Nút “Motor”: Để điều khiển động cơ kéo b Thao tác vận hành
❖Bước 1: Thiết lập thông số trên màn hình HMI.
- Nhập số tốc độ vô step 1(vòng/phút) tối đa 17(vòng/phút) và step 2(mm/phút) tối đa 24000(mm/phút).
- Nhập các thông số cho bảng dữ liệu từ ô 1 đến ô 20 tùy theo hình dạng của chi tiết.
- Các thông số sẽ hoạt động lần từ trái sang phải từ trên xuống dưới theo thông số ghi trên các địa chỉ ô.
- Các nút nhấn trên màn hình có tác dụng tương tự như các nút nhấn trên tủ điện.
- Nhập số lượng cần chạy vào ô number.
❖Bước 2: Chạy kiểm tra một chi tiết.
- Chuyển sang chế độ manual trên tủ điện để chạy thử 1 chi tiết.
- Thông số khi máy đang chạy sẽ hiện thị trên màn hình ở góc bên trái ở dưới.
- Chuyển sang chế độ auto để chạy tất cả số lượng sản phẩm nhập trên màn hình.
- Dùng nút stop để tạm dừng chương trình.
- Dùng nút E-stop để tắt toàn bộ động cơ.
