Mục tiêu và giới hạn của đề tài
Mục tiêu của đề tài
Sau khi nhận đồ án tốt nghiệp về máy ép cam tự động, nhóm đã tiến hành nghiên cứu và tham khảo ý kiến để xác định các mục tiêu cụ thể nhằm đạt được thành công trong quá trình gia công và chế tạo máy.
- Máy hoàn toàn tự động
- Nước cam vắt ra cỏ thể uống được mà không phải qua khâu xử lý
- Không chứa tạp chất,mùi của vỏ trong quá trình sử dụng
- Không gây tiếng ồn và rung lắc trong quá trình sử dụng
- An toàn cho người sử dụng.
Giới hạn đề tài
- Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống chuyển động cơ học
- Khảo nghiệm hệ thống thực tế
- Tính toán thiết kế máy cắt ép cam tự động công suất trung bình.
Nhiệm vụ của đề tài
- Tìm hiểu về các loại hình máy ép cam có sẵn trong thực tế
- Đối tƣợng nghiên cứu: quá trình vận hành cắt ép cam tự động
- Tính toán thiết kế máy thực với công suất trung bình
- Tìm hiểu về các loại vật liệu cơ khí cơ bản trong quá trình sử dụng làm máy
- Tiến hành gia công cơ khí các chi tiết trên máy
- Kiểm tra và lắp đặt máy thực tế
Đóng góp của đề tài
- Đề tài giúp cho sinh viên sử dụng những kiến thức đã học vận dụng vào để tính toán thiết kế máy
Chúng tôi đã phát triển một máy vắt cam với công suất trung bình, mang lại sự tiện lợi cho cuộc sống hàng ngày và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm cho người sử dụng.
- Đáp ứng đƣợc nhu cầu thực tế với một giá thành sản phẩm rẻ.
Đối tƣợng của đồ án
Chức năng của máy ép cam:
+ Trái cam đƣợc cấp tự động
+ Mỗi lần ép đƣợc một trái cam
+ Cam ép xong, đƣợc tự động rơi vào thùng chứa vỏ cam
Công suất: Đối tượng ứng dụng: Các hộ gia đình, những quán nước
LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
Cơ cấu cắt cam
Có một số cơ cấu cắt cam đƣợc sử dụng rộng rải trong công nghiệp và sinh hoạt gia đình nhƣ sau:
Hình 2.1 Cơ cấ vắt cam lực ép từ hai b n
Nguyên lý hoạt động của bộ phận ép cam là khi cam rơi từ thùng chứa xuống lỗ, hai bên của bộ phận ép sẽ xoay để đưa cam xuống dao cắt, đồng thời tạo ra lực ép để cắt cam Phương pháp cắt cam này có ưu điểm là hệ thống hoạt động ổn định và lực cắt cam đều.
Nhược điểm: Chế tạo tương đối phức tạp, yêu cầu có hệ thống truyền động riêng
Hình 2.2 Cơ cấ cắt cam cắt vỏ ra trước
Nguyên lý hoạt động của thiết bị cắt vỏ cam là cam được giữ cố định bằng thanh trục xuyên qua trái cam và ép chặt ở hai bên Khi trái cam xoay cùng trục chính, dao cắt di chuyển tịnh tiến dọc theo trái cam để thực hiện thao tác cắt vỏ Cuối cùng, phần vỏ ở hai đầu trái cam được cắt bởi hai lưỡi dao ở hai bên Phương pháp này có ưu điểm là loại bỏ vỏ cam với độ chính xác cao và hoạt động ổn định.
Nhƣợc điểm: tốc độ cắt chậm, đòi hỏi cơ cấu phức tạp, chế tạo khó khăn
Hình 2.3 Cơ cấ cắt cam chị lực ép từ tr n x ống
Nguyên lý hoạt động của hệ thống ép cam là khi cam rơi từ thùng chứa, thanh đỡ sẽ giữ lại cam Sau đó, bộ phận thanh ép di chuyển từ trên xuống, tạo lực ép lên trái cam đang nằm trên dao cắt, khiến cam bị cắt làm đôi và di chuyển sang hai bên để tiếp tục giai đoạn ép tiếp theo Hệ thống này có ưu điểm là dễ chế tạo và hoạt động ổn định.
Nhƣợc điểm: Xác suất cắt cam chính xác tại vị trí mong muốn rất không cao
Từ những ƣu nhƣợc điểm của các cơ cấu trên, nhóm em chọn cơ cấu thứ 3 để áp dụng vào đề tài tốt nghiệp.
Cơ cấu vắt cam
- Hiện tại có ba loại cơ cấu ép cam phổ biến đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhà hàng và trong gia đình nhƣ sau:
Hình 2.4 Cơ cấu vắt cam trong công nghiệp
2.2.1 Cơ cấu vắt cam trong công nghiệp
Nguyên lý hoạt động của máy ép cam là sử dụng cơ cấu ép để di chuyển trái cam xuống, trong khi các thanh chắn phía dưới đẩy trái cam lên thành khuôn, giúp nước cam chảy xuống bên dưới Phương pháp này có ưu điểm là khả năng ép cam với số lượng lớn và tốc độ nhanh, rất phù hợp cho ứng dụng trong ngành công nghiệp.
Một nhược điểm của phương pháp ép cam là vỏ cam bị dập, dẫn đến tinh dầu trong vỏ cam chảy ra và làm cho nước cam trở nên đắng Do đó, nước cam không thể sử dụng trực tiếp mà cần phải qua xử lý trước.
Hình 2.5 Cơ cấu vắt cam trong nhà hàng
2.2.2 Cơ cấu vắt cam tự động thường sử dụng trong nhà hàng
Nguyên lý hoạt động của máy ép cam là khi cam được cắt, bộ phận ép sẽ nén cam vào lỗ trên bộ phận đẩy, từ đó ép nước cam chảy ra và dẫn xuống khay phía dưới Phương pháp này cho phép ép cam liên tục với tốc độ vừa phải, giúp máy hoạt động êm ái, không gây tiếng ồn và có tuổi thọ cao.
Nhược điểm: Hệ thống chế tạo phức tạp, nước cam vẩn còn bị đắng do tinh dầu từ vỏ bị ép ra
Hình 2.6 Cơ cấu ép thủ công
2.2.3 Cơ cấu ép thủ công
Cấu tạo: a) Bộ phận ép b) Xoáy cam c) Gía chắn hột cam d) Khay đựng nước cam e) Trục động cơ f) Đế gắn động cơ
Nguyên lý làm việc của hệ thống ép cam là khi cam được cắt, nó sẽ được đưa vào bộ phận xoáy Tại đây, bộ phận ép sẽ đè quả cam xuống, trong khi trục động cơ xoáy cam quay, tạo ra lực ép giúp nước cam chảy ra ngoài và thu vào khay chứa Hệ thống này có ưu điểm là nước vắt ra có thể sử dụng ngay, thiết kế nhỏ gọn và giá thành rẻ.
Nhƣợc điểm: Cơ cấu vắt thủ công tốc độ chậm
Cơ cấu vắt cam được thiết kế với ưu điểm là cho phép máy hoạt động tự động và nước ép sau khi vắt có thể sử dụng ngay mà không cần xử lý thêm Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đến một số nhược điểm của các cơ cấu vắt khác trong nhóm.
Hình 2.7 Cơ cấu ép cam tự động
2.2.4 Cơ cấu cắt cam tự động
Nguyên lý hoạt động của máy vắt cam là khi quả cam được đưa vào vị trí xoáy cam, thanh chụp cam sẽ ép xuống, trong khi động cơ quay tạo ra lực ép giúp vắt nước cam xuống thùng chứa.
Hệ thống truyền lực
Để đáp ứng yêu cầu của hệ thống truyền động cho thao tác cắt và ép cam, cần có các hệ thống truyền lực tạo ra chuyển động tịnh tiến với đủ công suất Những hệ thống này sẽ đảm bảo thực hiện hiệu quả nguyên công ép và cắt cam.
2.3.1.Cơ cấ tr yền động cơ điện
Hình 2.8 Cơ cấ tr yền động cơ điện
- Động cơ có độ tác động nhanh cao
- Không gây ồn và dễ tự động hóa
- Động cơ có kích thước và trọng lượng nhỏ gọn
- Tổn thất năng lƣợng trong quá trình làm việc nhỏ
- Chi phí năng lƣợng nhỏ
- Nguy hiểm điện giật,dể gây cháy nổ
- Công suất truyền động thấp
- Hệ thống truyền động phức tạp
2.3.2 Cơ cấu truyền động khí nén
Hệ thống khí nén (Pneumatic Systems) đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như lắp ráp, chế biến thực phẩm và điện tử, nhờ vào khả năng đảm bảo vệ sinh và an toàn trong môi trường làm việc Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các quy trình tự động như phân loại và đóng gói sản phẩm, cũng như trong ngành gia công cơ khí và khai thác khoáng sản.
Hình 2.9 Sơ đồ điều khiển bằng khí nén chuyển động tịnh tiến
Hình 2.10 Cơ cấ tr yền động bằng khí nén
- Tính đồng nhất năng lƣợng giữa phần I và P ( điều khiển và chấp hành) nên bảo dƣỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện
- Không yêu cầu cao đặc tính kỹ thuật của nguồn năng lƣợng: 3 – 8 bar
- Khả năng quá tải lớn của động cơ khí
- Độ tin cậy khá cao ít trục trặc kỹ thuật
Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng như báo hiệu, kiểm tra, điều khiển là rất quan trọng, đặc biệt khi làm việc trong môi trường dễ nổ Đồng thời, cần đảm bảo rằng môi trường làm việc luôn sạch sẽ và vệ sinh.
- Có khả năng truyền tải năng lƣợng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít
Hệ thống điều khiển bằng khí nén có trọng lượng nhẹ và khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, cho phép nền truyền động đạt được vận tốc rất cao.
- Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử
- Khả năng tích hợp hệ điều khiển phức tạp và cồng kềnh
- Lực truyền tải trọng thấp
- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây tiếng ồn
- Không điều khiển đƣợc quá trình trung gian giữa 2 ngƣỡng
2.3.3 Cơ cấu truyền động bằng thủy lực
Hình 2.11 Sơ đồ điều khiển bằng thủy lực tạo ra chuyển động tịnh tiến
Trong hệ thống truyền động thủy lực, xi lanh thủy lực được sử dụng để tạo ra chuyển động thẳng hoặc lắc, trong khi động cơ thủy lực đóng vai trò là cơ cấu chấp hành, chuyển đổi năng lượng của dòng chất lỏng thành chuyển động thẳng hoặc quay trên trục động cơ Hệ thống này chủ yếu sử dụng các xi lanh lực để thực hiện các chuyển động thẳng tịnh tiến.
Hình 2.12 Cơ cấ tr yền động bằng thủy lực
Truyền động cung cấp công suất cao và lực lớn thông qua các cơ cấu đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao và yêu cầu ít bảo trì.
Vận tốc làm việc có thể được điều chỉnh một cách tinh vi và không cần cấp nhờ vào các thiết bị điều khiển kỹ thuật số Điều này giúp dễ dàng thực hiện tự động hóa theo các điều kiện làm việc hoặc chương trình đã được cài đặt sẵn.
- Kết cấu nhỏ gọn, nối kết giữa các thiết với nhau dễ dàng bằng việc đổi chỗ các mối nối ống
- Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tònh tiến của cơ cấu chấp hành
- Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao
Nhờ vào quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, cũng như tính chèn nén của dầu, hệ thống này cho phép sử dụng vận tốc cao mà không lo ngại về va đập mạnh, điều này khác biệt so với các hệ thống cơ khí hoặc điện.
- Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, ngay cả những hệ mạch phức tạp
- Tự động hóa đơn giản dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa
- Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn
- Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và phạm vi ứng dụng
- Khó giữ đƣợc vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén đƣợc của dầu và tính đàn hồi của đường ống dẫn
- Nhiệt độ và độ nhớt thay đổi làm ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển
- Khả năng lập trình và tích hợp hệ thống kém nên khó khăn khi thay đổi chương trình làm việc
- Khi mới khởi động, nhiệt độ của hệ thống chƣa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi
Bảng 2.1 Từ những ƣu và nhƣợc điểm trên ta rút ra đƣợc bảng so sánh giữa 3 hệ thống ĐIỆN THỦY LỰC KHÍ NÉN
Nguồn năng lƣợng Nguồn bên ngoài Động cơ điện, động cơ đốt trong Động cơ điện, động cơ đốt trong
Tích lũy năng lƣợng Hạn chế (Ắc quy) Hạn chế (bộ tích lũy) Tốt (bình chứa)
Hệ thống phân phối Tổn thất nhỏ Hạn chế Tốt
Chi phí năng lƣợng Thấp nhất Trung bình Cao nhất
Bộ dẫn động quay Động cơ AC và
DC Điều khiển tốt với động cơ DC
Tốc độ thấp Điều khiển tốt Có thể dừng lại
Phạm vi tốc độ rộng Khó điều khiển tốc độ chính Động cơ AC rẻ xác
Bộ dẫn động tuyên tính
Solenoid, cơ cấu cơ khí
Cylinder Lực trung bình Điểu khiển lực Cuộn dây solenoid, đông cơ DC Yêu cầu làm nguội
Dễ điều khiển lực cao
Dễ điều khiển lực trung bình
Nhƣợc điểm Nguy hiểm, điện giật, cháy nổ Nguy hiểm và dơ bẩn vì rò rỉ Dễ bắt cháy Ổn
2.3.4 Lựa chọn hệ thống tr yền động
Dựa trên bảng so sánh và các yêu cầu về công suất nhỏ, cơ cấu đáp ứng nhanh, chi phí thấp và nguồn năng lượng giá rẻ, nhóm em đã quyết định lựa chọn phương pháp truyền động bằng khí nén.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY ÉP CAM TỰ ĐỘNG
Tính toán và thiết kế khung
Vật liệu lựa chọn: thép ống mạ kẽm vuông Ƣu điểm nổi bật của vật liệu:
Ống thép có cấu trúc rỗng và thành mỏng, mang lại trọng lượng nhẹ nhưng cứng vững, có khả năng chịu lực tốt và thích ứng với nhiều điều kiện môi trường khắc nghiệt Lớp phủ mạ kẽm bên ngoài không chỉ bảo vệ vật liệu thép khỏi tác động cơ học và hóa học mà còn giúp duy trì độ bền bỉ của công trình theo thời gian.
Quá trình mạ kẽm diễn ra nhanh chóng, giúp rút ngắn thời gian chế tạo và hoàn thiện sản phẩm, từ đó mang lại hiệu quả kinh tế cao Lắp đặt thép ống mạ kẽm cũng dễ dàng và nhanh chóng, với tuổi thọ lớp mạ kẽm lên đến 50 năm ở môi trường nông thôn và từ 20 đến 25 năm ở khu công nghiệp, thành phố Ngoài ra, yêu cầu bảo trì ít và chi phí bảo trì thấp, đặc biệt là cho các công trình ngoài trời, càng làm tăng giá trị sử dụng của sản phẩm.
Số lƣợng thép ống cần thiết cho khung máy:
Phác thảo ý tưởng chung trên giấy
(Dạng khối, không cần hình dạng chính xác Vị trí các chi tiết)
Vẽ chính xác các chi tiết cần gia công Hiệu chỉnh kích thước phù hợp
(Vẽ trên phần mềm SolidWorks)
Lắp ráp máy trên phần mềm Điều chỉnh phù hợp với thực tế
Chiều dài của thép ống là chi tiết không lắp ghép nên lấy cấp chính xác 12
Để lắp ghép các thanh thép hộp 30x30 một cách tối ưu và đảm bảo độ cứng vững cao, cần khoảng 10,8m thép và phương pháp hàn hồ quang điện được sử dụng.
Hàn là quá trình công nghệ đƣợc ứng dụng rộng rãi để chế tạo và phục hồi các kết cấu và chi tiết
Tính ƣu việt bao gồm:
Tiêu tốn ít kim loại , giảm chi phí lao động , thiết bị đơn giản , rút ngắn thời gian sản xuất
Trong quá trình hàn, sự bay hơi và oxi hoá các nguyên tố, cũng như sự hấp thụ và hoà tan khí trong bể kim loại, dẫn đến sự thay đổi về thành phần và cấu trúc của mối hàn so với kim loại cơ bản Biến dạng kết cấu do ứng suất dư có thể làm sai lệch kích thước và hình dáng, ảnh hưởng đến độ bền của mối ghép.
Phân tích sức bền và khả năng chịu uốn của khung máy:
Khung máy có khả năng chịu áp suất tối đa lên đến 28,1359 MPa (N/mm²) khi chịu tác động của lực F = 1000N và gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s².
Nhƣ vậy, khung máy đảm bảo yêu cầu cứng vững và không bị rung lắc khi máy hoạt động.
Tính toán và thiết kế cơ cấu cắt cam
Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp phôi tự động là khi cam được kích hoạt, cảm biến xy lanh sẽ điều khiển quá trình cắt cam thành hai phần Cơ cấu này nổi bật với khả năng tự động hóa, giúp tăng cường hiệu suất và độ chính xác trong quá trình sản xuất.
- Chí phí sản xuất thấp, chế tạo lắp đặt và vận hành dể dàng
- Cam đƣợc cắt khá nhanh, với cơ cấu cấp phôi đều đặn
Bàn dao được thiết kế đặc biệt hình chóp giúp cắt cam một cách hiệu quả, với tỷ lệ thành công khoảng 70% khi cắt 10 trái cam nhờ vào hai miếng cao su có độ đàn hồi.
- Sau khi cắt xong cam đƣợc đƣa tới bộ phận ép nhờ cơ cấu chuyển cam
Hình 3.3 Cơ cấu cắt cam
Tính toán lựa chọn xi lanh cắt(xy lanh số 1):
Trước khi lắp ráp xi lanh vào máy, chúng em đã thử dùng xi lanh của hãng SMC với các thông số nhƣ sau:
- Đường kớnh thõn xy lanh: ỉ24,5mm
- Chiều dài xy lanh: 200 mm
- Đường kớnh nũng pittong: ỉ6 mm
Lực đẩy ra lý thuyết:
= 70,69 N Lực co vào lý thuyết:
59,38 N Trong đó: F là lực đẩy ra lý thuyết
D là đường kính pittong (mm) d đường kính nòng pittong (mm)
P là áp suất của hệ thống khí nén tác động lên xy lanh (bar) Khối V tạo ra lực theo lý thuyết: F V = m V g = 0.21x9,81 = 2,06
Vậy lực cắt trên thực tế của xy lanh là F tt + F= (70,69 + 2,06).0,8 = 58,2 N
Bàn dao đƣợc chế tạo thủ công, vì nguyên nhân:
- Chi tiết yêu cầu độ chính xác thấp
- Chi tiết đang ở dạng mô hình, thí nghiệm
- Hình dạng chi tiết đơn giản
Chi tiết này không lắp ghép nên sử dụng cấp chính xác 12
Chế tạo giá đỡ xy lanh số 1:
- Chi tiết đƣợc lắp ghép thô nên sử dụng cấp chính xác 12
- Vật liệu chế tạo: Nhựa
- Dạng sản xuất đơn chiếc
- Lƣợng dƣ bề mặt: 4mm
Hình 3.4 Giá đỡ xylanh cắt
Nguyên công 1: Phay thô mặt A
Nguyên công 2: Phay thô mặt C
Nguyên công 3: Phay thô mặt E
Tính toán và thiết kế cơ cấu cấp cam tự động
Cam được đưa vào đường dẫn cam số 3, và khi đạt đủ số lượng, sẽ bị chặn lại bởi đường dẫn cam số 2 do chênh lệch độ cao Khi đường dẫn cam số 2 hạ xuống đủ thấp nhờ xy lanh cấp phôi, cam từ đường dẫn cam số 1 sẽ chạy vào đường dẫn cam số 2, nơi chỉ chứa được một trái cam Sau đó, xy lanh số 2 nâng lên để đưa cam vào đường dẫn cam số 3 và đến bàn dao Đường dẫn cam số 1 phải cao hơn đường dẫn cam số 2 khi xy lanh vào hết hành trình và thấp hơn đường dẫn cam số 2.
1 và thấp hơn đường dẩn cam số 2 khi ra hết hành trình
Hình 3.5 Cơ cấu cấp phôi Đặc điểm của cơ cấu này là:
- Chế tạo đơn giản, giá thành sản xuất thấp
- Cơ cấu đơn giản nên đem lại tính ổn định cao khi sử dụng
- Số lượng cam chứa được còn ít (tối đa 5 trái tương đương khoảng 1 kg)
- Chƣa định hình đƣợc cam khi hoạt động, nên lúc ép không cho đƣợc lƣợng nước tối đa
Vật liệu chế tạo được sử dụng là nhôm tấm với độ dày 1,5mm, mang lại nhiều ưu điểm như dễ định hình và giá thành thấp Với trọng lượng nhẹ, nhôm tấm là lựa chọn tối ưu cho việc sản xuất trái cam.
Tính toán lựa chọn xi lanh cấp phôi (xy lannh số 2):
- Thân xy lanh hình vuông: 21,5 x 21,5
- Chiều dài thân xy lanh: khoảng 200 mm
- Đường kớnh nũng pittong: ỉ6 mm
Lực đẩy ra lý thuyết:
= 31,42 N Lực co vào lý thuyết:
20,1 N Trong đó: F là lực đẩy ra lý thuyết
D là đường kính pittong (mm) d đường kính nòng pittong (mm)
P là áp suất của hệ thống khí nén tác động lên xy lanh (bar)
Từ lực đẩy ra lý thuyết, suy ra xy lanh số 2 có nâng lớn hơn rất nhiều khối lƣợng Đường dẩn số 2 và một trái cam.
Tính toán và thiết kế cơ cấu ép cam
Cam sau khi được cắt sẽ được chuyển tới bộ phận ép nhờ vào cơ cấu chuyển cam Khi cơ cấu này hoạt động xong, cảm biến của xy lanh ép cam sẽ được kích hoạt, dẫn đến việc xy lanh di chuyển ra để tiến hành ép cam.
Hình 3.6 Cơ cấu ép cam
Vật liệu chế tạo cơ cấu ép cam:
Bộ phận ép cam và bộ phận lọc nước cam: nhựa
- Ƣu điểm: Dễ dàng gia công, chế tạo; Trọng lƣợng nhẹ, dể dàng cho pittong di chuyển
Gia công chi tiết lọc nước cam:
- Yêu cầu chi tiết là lắp ghép thô nên chi tiết đƣợc chọn cấp chính xác 12
- Vật liệu chế tạo chi tiết: Nhựa
- Dạng sản xuất đơn chiếc
- Khối lƣợng chi tiết: 303,56 gram = 0.3 kg
- Lƣợng dƣ bề mặt A : 4mm; B : 4mm
Hình 3.7 Giữ cam để ép
Nguyên công 1: Gia công mặt phẳng A bằng phương pháp tiện: h = 4mm
Nguyên công 2: Gia công mặt phẳng B bằng phương pháp tiện: d = 4mm
Nguyờn cụng 3: Khoan lỗ C với đường kớnh ỉ = 30mm
Nguyên công 3:Cắt đứt chi tiết từ bề mặt A: 30mm
Gia công chi tiết lọc nước cam:
- Yêu cầu chi tiết là lắp ghép thô nên chi tiết đƣợc chọn cấp chính xác 12
- Vật liệu chế tạo chi tiết: Nhựa
- Dạng sản xuất đơn chiếc
- Khối lƣợng chi tiết: 303,56 gram = 0.3 kg
- Lƣợng dƣ bề mặt A : 4mm; B : 4mm
Nguyên công 1: Phay thô bề mặt C: 4mm
Nguyên công 2: Phay bề mặt D: 4mm
Nguyên công 3: Gia công mặt côn E: α = 8 0
Nguyờn cụng 4: Khoan lỗ F đường kớnh: ỉ6 (mm)
Tính toán lựa chọn xi lanh ép cam (xy lannh số 3):
- Thân xy lanh hình vuông: 52,5 x 52,5
- Chiều dài xy lanh: khoảng 250 mm
- Đường kính nòng pittong: 12 mm
Lực đẩy ra lý thuyết:
= 384,85 N Lực co vào lý thuyết:
Trong đó: F là lực đẩy ra lý thuyết
D là đường kính pittong (mm)
C E D d đường kính nòng pittong (mm)
Áp suất P trong hệ thống khí nén tác động lên xy lanh được đo bằng đơn vị bar Giả sử rằng thanh nối giữa hai chi tiết ép cam là vật rắn tuyệt đối, điều này cho thấy sự liên kết chắc chắn giữa các thành phần trong hệ thống.
Lực từ xy lanh truyền cho hai chi tiết trên lý thuyết là: F 1 = F 2 = F/2 = 93,62 N
Tính toán và thiết kế cơ cấu chuyển cam
Khi cam từ đường dẩn của bàn dao đi ra, cam được chuyển tới cơ cấu ép cam
Chọn điểm A là nời tiếp xúc giữa nòng pittong của xi lanh số 4 và cần gạt Khi cơ cấu hoạt động, điểm A chuyển động nhƣ sơ đồ sau:
Hình 3.9 Sơ đồ cơ cấu chuyển cam
Từ sơ đồ, xy lanh số 4 di chuyển từ vị trí 1 đến vị trí 2 và dừng lại, sau đó xy lanh số 5 tiếp tục di chuyển từ vị trí 2 đến vị trí 3 Tiếp theo, xy lanh số 4 quay trở lại từ vị trí 3 đến vị trí 4, trong khi xy lanh số 5 trở về vị trí ban đầu Khi chu kỳ đầu tiên kết thúc, cam được chuyển đến cơ cấu ép và trong chu kỳ tiếp theo, cam đã ép sẽ được đẩy ra ngoài.
Hình 3.10 Cơ cẩ đẩy cam
Tính toán lựa chọn xi lanh đẩy (xy lanh số 5) và xy lanh gạt (xy lannh số 4):
- Đường kớnh thõn xi lanh: ỉ28,5
- Chiều dài thân xy lanh: khoảng 200 mm
- Đường kính nòng pittong: 8 mm
Lực đẩy ra lý thuyết:
= 70,69 N Lực co vào lý thuyết:
- Đường kớnh thõn xi lanh: ỉ21,5
- Chiều dài thân xy lanh: khoảng 180 mm
- Đường kính nòng pittong: 6 mm
Lực đẩy ra lý thuyết:
Lực co vào lý thuyết:
59,38 N Trong đó: F là lực đẩy ra lý thuyết
D là đường kính pittong (mm) d đường kính nòng pittong (mm)
P là áp suất của hệ thống khí nén tác động lên xy lanh (bar)
Lực đẩy từ xy lanh số 4 truyền cho cần gạt cho phép kéo tối đa một vật nặng khoảng 4,7 kg và đẩy tối đa một vật nặng khoảng 4 kg, vượt xa trọng lượng của một trái cam.
Tính toán và thiết kế bàn máy
Bàn máy là trung tâm của mọi hoạt động, nơi chịu ảnh hưởng từ lực cắt và lực ép từ các xy lanh, cùng với trọng lượng của xy lanh và bàn dao.
Vật liệu đƣợc chọn để thiết kế bàn máy: Gổ ép
Theo tính toán lý thuyết:
- Xy lanh số 2 và đường dẩn cam số 2: 762 gram
- Lực cắt của xy lanh số 1: 29,29 N
- Lực ép của xy lanh số 3: 187,24 N
Nhìn tổng quát có thể thấy, bàn máy chịu tải nhẹ Nếu sử dụng thép tấm, thì có nhƣợc điểm nhƣ sau:
- Trọng lƣợng của thép lớn
- Gia công cần tới chi phí cao
Công cụ gia công: Máy cƣa gỗ, máy khoét
Nguyên công 1: Gia công chiều dài và chiều rộng 195x500x15
Nguyên công 3: Gia công lỗ hình chữ nhật
Nguyên công 4: Đánh bóng bề mặt
Hình 3.12 Gia công bàn máy
Phân tích ứng suất của bàn máy:
Hình 3.13 Ứng suất của bàn máy
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Yêu cầu thiết kế
Hình 4.1 Biể đồ trạng thái
Khi nhấn nút Start/stop, máy bắt đầu hoạt động sau 5 giây Cam được đưa vào hệ thống cấp phôi, xylanh A nâng lên chạm cảm biến và đưa cam vào hệ thống cắt Xylanh B nén khí đi xuống và tiến hành cắt cam, sau đó cam rơi xuống máng dẫn và đến hệ thống đẩy Xylanh C đẩy cam tới hệ thống ép, trong khi xylanh D nâng xylanh C Sau khi xylanh D hoàn thành hành trình, xylanh C trở về và chạm cảm biến, khiến xylanh D cũng đi về Xylanh E nhận lệnh đi xuống để ép cam trong 5 giây Sau khi thời gian kết thúc, xylanh E trở về, hoàn thành một chu kỳ hoạt động và trở về trạng thái ban đầu Quá trình này lặp lại, và khi nhấn nút Start/stop lần nữa, máy sẽ dừng hoạt động.
Hình 4.2 Sơ đồ mạch điện của máy ở trạng thái chƣa hoạt động.
Hoạt động của máy
- Khi ta nhấn nút Star/stop thì máy chạy,đầu nén xylanh A đƣợc đẩy ra
Hình 4.3 Xylanh A đi ra 4.2.2 Xylanh A đi về:
Sau khi xylanh A đi ra, chạm cảm biến S2 xylanh A đi về
Sau khi xylanh A đi về chạm cảm biến S1, xylanh B lúc đó đi ra
Sau khi xylanh B đi về chạm cảm biến S3, xylanh C đi ra
Sau khi xylanh C đi ra chạm cảm biến S6, xylanh D đi ra
Sau khi xylanh D đi ra chạm cảm biến S8, xylanh C đi về
Hình 4.9 Xylanh C đi về 4.2.8 Xylanh D đi về
Sau khi xylanh C đi về chạm cảm biến S5, xylanh D đi về
Sau khi xylanh D đi về chạm cảm biến S7, xylanh D đi ra
4.2.10 Xylanh E đi về kết thúc chu trình hoạt động
Sau rolay thời gian đếm 5 giây, xylanh E đi về, kết thúc 1 chu trình hoạt động.
4.2.11 Nút nhấn an toàn khi có sự cố:
- Khi gặp sự cố thì ta nhấn nút On/Off và ngay lập tức máy dừng hoạt động
Sau khi thực hiện mô phỏng trên phần mềm Festo Fluidsim và lắp đặt thực tế trên máy, chúng tôi đã đạt được kết quả như mong muốn Máy sẽ ngừng hoạt động khi gặp sự cố, đảm bảo an toàn và hiệu suất trong quá trình vận hành.
THỰC NGHIỆM
Cam ở hệ thống cắt
Hình 5.2 Cam đƣợc đƣa vào hệ thống cắt
Sau khi cam được xylanh A đưa vào hệ thống cắt, xylanh B (Cắt cam) sẽ tự động thực hiện quá trình cắt cam Cam sau khi được cắt bởi xylanh B sẽ rơi vào máng dẫn.
Hệ thống đƣa cam đến vị trí cam đƣợc ép
Hình 5.3 Cam đƣợc đƣa đến hệ thống đƣa cam vào vị trí ép cam
Sau khi cam được cắt, nó sẽ rơi vào máng dẫn và di chuyển đến vị trí của xylanh C Tại đây, xylanh C sẽ hoạt động để đưa cam vào đúng vị trí để tiến hành ép.
5.4 Cam đƣợc đƣa vào hệ thống ép
Hình 5.4 Cam đƣợc đƣa vào hệ thống ép
Cam đƣợc xylanh C đƣa vào hệ thống ép
Hình 5.5 Xylanh D nâng xylanh C lên 5.6 Xylanh C đi về
Hình 5.6 Xylanh C đi về 5.7 Xylanh F ép cam
