1.4. Nguyên tҳc thiӃt kӃ máy tӵ ÿӝng nhiӅu vӏ trí và ÿѭӡng dây tӵ ÿӝng
1.4.2. Các d̩ng máy nhi͉u v͓ trí
Khi thiӃt kӃ máy tӵ ÿӝng có rҩt nhiӅu khҧ năng lӵa chӑn phѭѫng án công nghӋ vӟi mӭc ÿӝ phân tán và tұp trung nguyên công khác nhau. Do ÿó sӕ phѭѫng án thiӃt kӃ máy cNJng rҩt nhiӅu. Các phѭѫng án này có cùng chӍ tiêu chҩt lѭӧng nhѭng khác nhau vӅ chӍ tiêu năng suҩt. Do ÿó khi thiӃt kӃ cҫn tuân thӫ nguyên tҳc sau: Nguyên tҳc thiӃt kӃ máy tӵ ÿӝng nhiӅu vӏ trí và ÿѭӡng dây tӵ ÿӝng là tұp trung cao ÿӝ các nguyên công công nghӋ hoһc cùng tên hoһc khác tên hoһcÿӗng thӡi cҧ hai loҥi nguyên công. Phө thuӝc vào dҥng tұp trung và phân tán nguyên công, chúng ta có máy tӵ ÿӝng tác ÿӝng tuҫn tӵ, song song hoһc hӛn hӧp.
a) Máy t ÿ͡ng tu̯n t
Nguyên tҳc tuҫn tӵ áp dөng khi gia công các chi tiӃt phӭc tҥp, khӕi lѭӧng gia công lӟn và ÿòi hӓi sӱ dөng nhiӅu dөng cө cҳt. Quá trình gia công ÿѭӧc phân chia thành mӝt nhóm nguyên công và cӕ gҳng sao cho thӡi gian thӵc hiӋn chúng gҫn bҵng nhau. Trên các máy tuҫn tӵ ngѭӡi ta tұp các nguyên công khác nhau ÿӇ tuҫn tӵ cҳt gӑt (kiӇm tra, lҳp ráp...) mӝt chi tiӃt. NӃu nguyên công thành phҫn không bӏ phân chia thì máy có mӝt bӝ dөng cө phân bӕ trên các vӏ trí gia công theo trình tӵ cӫa quá trình công nghӋ.
Thӡi gian chu trình cӫa máy tӵ ÿӝng tuҫn tӵ nhѭ sau:
T = tp0/q + tx
tx - Thӡi gian quay phân ÿӝ và ÿӏnh vӏ bàn máy.
tp0 - Tәng thӡi gian cho các hành trình công tác.
q - Sӕ vӏ trí gia công.
Khi thӡi gian các nguyên công không bҵng nhau:
T = tpmax + tx
Máy gia công tuҫn tӵ có thӇ ÿѭӧc thiӃt kӃ dҥng vòng (hình 1.9a) hoһc ÿѭӡng thҷng (hình 1.9b). Chi tiӃt di chuyӇn trên máy tӯ vӏ trí này sang vӏ trí khác bҵng quay phân ÿӝ (cho sѫ ÿӗ a) hoһc băng tҧi bѭӟc (cho sѫ ÿӗ b). Năng suҩt cӫa máy gia công tuҫn tӵ ÿѭӧc tính theo công thӭc:
¦
x tb dc
q qK t qt qK C
K Q q
0 0
0
. . .
1
.
Trongÿó;
24
http://www.ebook.edu.vn
ttb - Tәn thҩt do thiӃt bӏ công nghӋ.
¦Cdc - Tәng tәn thҩt do dөng cө.
Hình 1.10. Sѫ ÿӗ máy tuҫn tӵ q vӏ trí
Ĉây là công thӭc tính năng suҩt cho máy có sӕ vӏ trí q bҩt kǤ bҳt ÿҫu tӵ q=1. Khi bӕ trí các vӏ trí theo ÿѭӡng dây thì không gӑi là máy tӵ ÿӝng nӳa mà gӑi là ÿѭӡng dây tӵ ÿӝng.
Cҫn lѭu ý rҵng khi sӕ lѭӧng vӏ trí trên ÿѭӡng dây tӵ ÿӝng quá lӟn, sӕ lѭӧng dөng cө tham gia cҳt gӑt nhiӅu thì ÿӝ tin cұy giҧm xuӕng nhanh chóng. Chính vì lӁ ÿó mà trên các ÿѭӡng dây tӵ ÿӝng ngѭӡi ta lҳp các ә chӭa trӳ phôi. Khi mӝt phҫn cӫa ÿѭӡng dây bӏ hӓng hóc thì phҫn khác vүn hoҥt ÿӝng ÿѭӧc nhӡ phôi tích trӳ trong các ә chӭa trӳ này. Trên hình 1.10 là sѫ ÿӗ gia công cút nӕi trên máy tuҫn tӵ 6 vӏ trí.
Hình 1.10 Gia công cút nӕi trên máy 6 vӏ trí.
b) Máy t ÿ͡ng song song
ĈӇ gia công các chi tiӃt ÿѫn giҧn, phân tán nguyên công không mang lҥi hiӋu quҧ mong muӕn. Trong nhiӅu trѭӡng hӧp do thӡi gian gia công ngҳn (vài giây) nên không thӇ phân chia thành nhiӅu nguyên công. ĈӇ nâng cao năng suҩt, trong các trѭӡng hӧp này không nên tích hӧp các máy giӕng nhau, mà chӍ thiӃt kӃ các cѫ cҩu mөcÿích riêng cho tӯng chi tiӃt gia công. Nhӳng cѫ cҩu mөcÿíchÿó có chung bӋ máy, hӋ thӕng dүnÿӝng, hӋ thӕng ÿiӅu khiӇn... Giҧi pháp này cho phép giҧm chi phí chӃ tҥo máy, tiӃt kiӋm diӋn tích nhà xѭӣng, giҧm sӕ lѭӧng thӧ ÿӭng máy... Nhѭ vұy trên các máy tӵ ÿӝng tác ÿӝng song song, tұp trung các nguyên công cùng tên (loҥi) cӫa quá trình công nghӋ. Tuy nhiên cNJng có nhӳng máy gia công song song gia công mӝt lúc các chi tiӃt khác nhau. Thӡi gian chu trình cӫa máy ÿѭӧc xác ÿӏnh:
T = tpi + tx
Ĉây là thӡi gian mà máy tӵ ÿӝng gia công ÿѭӧc q sҧn phҭm trên q vӏ trí.
25
http://www.ebook.edu.vn
Không nên nhҫm lүn giӳa khái niӋm song song và ÿӗng thӡi. Tác ÿӝng song song nghƭa là nhiӅu cѫ cҩu máy, dөng cө ÿӗng thӡi thӵc hiӋn các công viӋc giӕng nhau, còn tác ÿӝng tuҫn tӵ thӵc hiӋnÿӗng thӡi nhiӅu công viӋc khác nhau.
Máy gia công song song có nhiӅu phѭѫng án thiӃt kӃ tәng thӇ: bӕ trí vòng (hình 1.11a), bӕ trí theo ÿѭӡng dây (hình 1.11b), kiӇu rôtor ... Chӑn phѭѫng án thiӃt kӃ tәng thӇ nào phө thuӝc vào quan ÿiӇm: phөc vө dӉ dàng thuұn lӧi, chiӃm dөng diӋn tích, cҩp phôi tӵ ÿӝng hay thӫ công...
Hình 1.11 Sѫ ÿӗ các vӏ trí gia công trên máy song song.
Năng suҩt trên máy gia công song song ÿѭӧc tính theo công thӭc:
¦
xo dc tb
po
p t t p C t
Q p
.
Hình 1.12. Máy rôtor
Mӝt trong nhӳng loҥi máy song song ÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi trong nhiӅu lƭnh vӵc khác nhau là máy rôtor (hình 1.12). Ĉây là loҥi máy mà thӡi gian chҥy không, vұn chuyӇn tӯ vӏ trí này sang vӏ trí khác trùng hoàn toàn vӟi thӡi gian công nghӋ. Do ÿó năng suҩt cӫa máy này rҩt cao. Máy rôtor ÿѭӧc ӭng dөng cho các chi tiӃt nhӓ, ÿѫn giҧn. Trên tӯng vӏ trí cӫa máy có ÿҫyÿӫ bӝ dөng cө ÿӇ gia công xong toàn bӝ chi tiӃt.
26
http://www.ebook.edu.vn
c) Máy t ÿ͡ng h͟n hͫp
Máy tӵ ÿӝng hӛn hӧp là kӃt quҧ cӫa sӵ phӕi hӧp giӳa nguyên tҳc tuҫn tӵ và song song.
Các máy loҥi này hoҥt ÿӝng theo sѫ ÿӗ có p dòng phôi và q v͓ trí tu̯n t nhau trên mӛi dòng. Nhѭ vұy các máy hӛn hӧp (tuҫn tӵ - song song) tұp trung cҧ các nguyên công khác tên và cùng tên. Sѫ ÿӗ máy hӛn hӧp thӇ hiӋn trên hình 1.13.
Hình 1.13. Sѫ ÿӗ máy hӛn hӧp
Theo sѫ ÿӗ này ngѭӡi ta thiӃt kӃ rҩt nhiӅuÿѭӡng dây tӵ ÿӝng. Sӕ lѭӧng vӏ trí càng lӟn thì phѭѫng án bӕ trí chung cӫa máy tӵ ÿӝng nhóm này cNJng càng nhiӅu. Mӝt sӕ phѭѫng án hay dùng ÿѭӧc thӇ hiӋn trên hình 1.13.
Năng suҩt cӫa máy tӵ ÿӝng nhóm này ÿѭӧc tính theo công thӭc:
¦
ck dc tb
qp qK t pqK C qt
K q Q p
. .
. .
1
. .
0 0
0
27
1
M Ụ C L Ụ C
Chương 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MTĐ ... 2 2.1. Những chức năng và đặc trưng cơ bản của hệ thống điều khiển ... 2 2.2. Phân loại hệ thống điều khiển ... 4 2.2.1. Theo lượng thông tin ban đầu ... 4 2.2.2. Theo mối liên hệ ngược ... 4 2.2.3. Theo mức độ tập trung ... 5 2.2.4. Theo vật mang chương trình ... 7 2.2.5. Theo phương pháp tác động lên cơ cấu chấp hành ... 7 2.3. Hệ thống điều khiển gối tựa (cữ hành trình) ... 7 2.4. Hệ thống điều khiển chép hình ... 9 2.4.1. Hệ thống chép hình cơ khí ... 10 2.4.2. Hệ thống chép hình điện cơ ... 10 2.4.3. Hệ thống chép hình thuỷ lực ... 10 2.4.4. Những hệ thống chép hình không tiếp xúc ... 15 2.5. Hệ thống điều khiển bằng trục phân phối ... 16 2.6. Hệ thống điều khiển logic lập trình (PLC) ... 19
2
Chương 2 H Ệ TH ỐNG Đ I ỀU KHI ỂN MT Đ
2.1. Những chức năng và đặctrưngcơ bản của hệ thống điều khiển
Điều khiển máy là tập hợp những tác động theo trình tự nhấtđịnh lên máy nhằm thực hiện qua trình công nghệ vớiđộ chính xác và năng suất cho trước. Điều khiển máy có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng hệ thốngđiều khiển tựđộng.
Điều khiển máy bằng tay có ưuđiểm là rất linh hoạt, vạnnăngnhưngnăng suất và độ chính xác không cao, độổn định thấp.
Điều khiển bằng hệ thốngđiều khiển tựđộng được tiến hành trên cơ sở một chương trình gia công đã lậptrước và được thể hiện trên vật mang chương trình.
Hệ thống điều khiển tự động là tập hợp các phương tiện, thiết bị để truyền cho các cơ cấu chấp hành và các cơ cấu khác của máy những tác động điều khiển cần thiết nhằm thực hiện quá trình công nghệ mà không có sự tham gia của con người.
Chương trình điều khiển là trật tự những lệnh điều khiểnđảm bảo cho các cơ cấu của máy thực hiện nhiệm vụ công nghệ cho trước.
Phần tử hoặc tập hợp các phần tử mang chương trình gọi là vật mang chương trình.
Chứcnăng chung của mọi hệ thốngđiều khiển là:
− Đóng ngắt các chuyểnđộng, các độngcơ chấp hành.
− Thay đổi và ổn định tốc độ cắt, tốc độ chạy dao; biến đổi lực, mô men hoặc công suất.
− Phối hợp, đồng bộ hoạtđộng của các thiết bị và cơ cấu.
− Phân độ, định vị các cụm, cơ cấu chấp hành vớiđộ chính xác yêu cầu.
Không phụ thuộc vào vào chức năng công nghệ, mọi hệ thống điều khiển cần thoã mãn các yêu cầucơ bản sau đây:
− Thực hiện các lệnh dịch chuyển vớiđộ chính xác cao, đápứng yêu cầu công nghệ.
− Đồng bộ hoá các dịch chuyển trong mọi chu kỳ trình công tác.
− Làm việc vớiđộ tin cậy cao.
− Độ linh hoạt cao, thích ứng vớiđiều kiện sản xuất linh hoạt.
− Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, dễ sử dụng.
− Có thểđiều khiển tốiưu quá trình gia công.
− Có thể làm việc trong nhiều hệ toạđộ, với nhiều dụng cụ cắt.
− Thời gian và khốilượng lao động chuẩn bịchương trình nhỏ.
− Thực hiện nhiều loại lệnh điều khiển khác nhau (thay đổi tốc độ cắt, tốc độ chạy dao; thay đổi dụng cụ cắt; đống mở dung dịchtrơn nguội; phân độ...
− Thực hiện toàn bộ chu trình gia công mà không cần thay đổi vật mang tin.
Trong thực tế người ta sử dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá đơn giản như công tắc hành trình hoặc phức tạp như trục phân phối, dưỡng chép hình. Sự phát triển nhanh chóng của sản xuất đã đặt ra yêu cầu thiết kế và chế tạo nhữngphương tiện mới có độ linh hoạt cao. Nhiệm vụ này không thể thực hiệnđược bằng các giải pháp truyền thống. Trong những năm giữa thế kỷ trước người ta đã áp dụng thành công kỹ thuật số để điều khiển máy công cụ. Hệ thốngđiều khiển này có đặc trưng là độ linh hoạt cao, chu trình gia công mềm dẻo, có thể tập trung nguyên công cao độ.
Ở dạng tổng quát các hệ thốngđiều khiển tựđộng có các phương tiện và thiết bị sau:
3
− Hệ thống mang chương trình hay mang tin.
− Hệ thốngđọcchương trình.
− Hệ thống truyền-chuyểnđổi thông tin.
− Hệ thống dẫn động.
− Hệ thống so sánh.
− Hệ thống liên hệ ngược (feedback) hay đo đường dịch chuyển.
Hai hệ thống sau cùng có thể không có trong một số hệ thốngđiều khiển.
Hệ thống mang chương trình bao gồmchương trình gia công và các cơ cấu thực hiện việc truy nhập chương trình vào vùng làm việc của hệ thống đọc chương trình. Chương trình điều khiển chứa mọi thông tin cần thiết để máy có thể làm việc: các lệnh điều khiển trình tự gia công, các đặc trưng của qui luật chuyển động, chế độ công nghệ... Những thông tin này được ghi lên vật mang chương trình. Vật mang chương trình có thể là vị trí các chốt tỳ, công tắc hành trình; các dưỡng chép hình; các loại cam; các bảng chuyển mạch; băng, bìa đục lỗ, đĩa từ...
Thiết bị đọc chương trình dùng để tiếp nhận, đọc thông tin điều khiển từ các vật mang chương trình. Kết cấu và nguyên lý làm việc của các thiết bị này phụ thuộc dạng thông tin điều khiển. Ví dụ, nếu thông tin điều khiển được ghi trên cam thì thiết bị tiếp nhận là các con lăn, con đội, cần bẩy; nếu thông tin ghi trên băng từ, đĩa từ thì phải dùng đầu từđể đọc.
Nhờ hệ thống truyền-chuyển đổi mà thông tin được chuyển thành dạng tiện sử dụng để điều khiển hệ thống dẫn động của cơ cấu chấp hành. Hệ thống này có thể rất phức tạp (trong hệ thốngđiều khiển sốngười ta sử dụng thiết bị của kỹ thuật tính toán), nhưng cũng có thể rất đơn giản. Trong các hệ thốngđiều khiển đơn giản, chỉ có mối liên hệ cơ khí thì các thiết bị này có thể không cần thiết hoặc chủ yếu để thay đổihướng chuyểnđộng.
Hệ thống dẫn động dùng để khuyếch đại tín hiệu điều khiển về công suất và chuyển đổi tín hiệuđó thành chuyểnđộng của cơ cấu chấp hành.
Những thông tin về chuyển động của các cơ cấu chấp hành (vận tốc, vị trí, quãng đường...) được các cảm biến liên hệngược thu thập và chuyểnđổi chúng thành dạngtương ứng để so sánh với thông tin điều khiển. Để so sánh các dạng thông tin này, người ta sử dụng các thiết bị so sánh. Kiểu của thiết bị so sánh và dạng thông tin do hệ thống điều khiển xác định.
Các hệ thống điều khiển cần phải bảo đảm cho các máy tự động làm việc với độ chính xác và năng suất yêu cầu.
Độ chính xác của hệ thống điều khiển được đánh giá bằng sai lệch xác suất lớn nhất của các thông số công nghệ nhận được (vị trí của các cơ cấu chấp hành, quĩ đạo chuyển động...) so với các thông số đã cho. Sai lệch này phụ thuộc vào những đặc tính tĩnh và động của hệ thống.
Những yêu cầu vềnăng xuất của hệ thốngđược bảođảm bằng thông số vận tốc, lực, độ linh hoạt, độ vạn năng, độ tin cậy, mức tựđộng hoá và tốiưu hoá của chúng.
Đặctrưng vận tốcđược xác định bằng vận tốc lớn nhất và vận tốc làm việc, phạm vi thay đổi vận tốc, kiểu điều chỉnh vận tốc (phân cấp hay vô cấp) và mức chính xác mà chúng duy trì được khi có tải (lực cắt gọt) thay đổi.
Đặc trưng về lực được xác định bằng độ lớn của lực, mô men hoặc công suất ở vận tốc hay trong phạm vi tốc tốc xác định.
4 Độ linh hoạt của hệ thống điều khiển được xác định bằng khối lượng lao động cần thiếtđể điều chỉnh hệ thống sang làm việc theo chương trình mới (điều kiện mới). Độ linh hoạt phụ thuộc khối lượng công việc tính toán, chế tạo lắp đặt chương trình. Khối lượng lao động càng lớnđộ linh hoạt của hệ thốngđiều khiển càng kém.
Yêu cầuđối vớiđộ tin cậy của hệ thốngđiều khiển là bảo đảm cho hệ thống làm việc không bị trục trặc trong những điều kiện và thời gian khai thác xác định cho trước mà vẫn giữđược những thông số kỹ thuật ban đầu.
Độ vạn năng của hệ thốngđiều khiển được xác định bằng phạm vi những nhiệm vụ điều khiển khác nhau mà hệ thốngđược sử dụng. Phạm vi nhiệm vụ càng rộng thì độ vạn năng phải càng cao.
Tựđộng hoá và tối ưu hoá là tổng hợp những tác độngđiều khiển hệ thống dẫn động được thực hiện không có sự tham gia của con người (mở máy, đảo chiều quay trục chính, trình tự và thời điểm chuyển động, định vị các cơ cấu; thay đổi chế độ gia công, dụng cụ cắt; phối hợp các chuyển động theo qui luật xác định; kiểm tra, hiệu chỉnh, chỉ thị các thông sốđiều khiển; thu thập và thống kê những thông tin bổ sung...).
2.2. Phân loại hệ thống điều khiển
Các hệ thốngđiều khiển được phân loại dựa trên các tiêu chuẩn sau:
− Theo lượng thông tin ban đầu.
− Theo sự liên hệngược.
− Theo mứcđộ tập trung.
− Theo vật mang chương trình.
− Theo phương pháp tác động lên cơ cấu chấp hành.
2.2.1. Theo lượng thông tin ban đầu
Theo lượng thông tin ban đầu có trong chương trình điều khiển, các hệ thống điều khiển tựđộng phân ra làm hai loại:
Hệ thống điều khiển tự động làm việc trên cơ sở thông tin ban đầu trong chương trình điều khiển đã được tính toán và biết hết. Nhiệm vụcơ bản của nhóm này là thực hiện chương trình điều khiển đã cho không cần phải thay đổi hay hiệu chỉnh theo kết quả gia công. Thuộc loại này gồm có hầu hết các hệ thống điều khiển tựđộng kiểu trục phân phối, mẫu chép, điều khiển chương trình chu kỳ và một số loại chương trình số dùng động cơ bước.
Hệ thống điều khiển tự động làm việc trên cơ sở thông tin ban đầu trong chương trình chưa biết hết. Những thông tin chưa biết này sẽđược bổ sung trên cơ sở theo dõi quá trình gia công và dùng để thay đổi, hiệu chỉnh chếđộ công nghệ hiện tại để đạtđược việc điều khiển tối ưu nhờ những cảm biến khác nhau. Thuộc loại này có các hệ thống điều khiển tự thích nghi. tự chỉnh, tự tổ chức và tự học. Sử dụng rộng rãi nhất là loại tự thích nghi vì đơn giảnhơn cả.
2.2.2. Theo mối liên hệngược
Theo mối liên hệ ngược các hệ thốngđiều khiển tự động chia ra hai loại: Hệ thống điều khiển hở và hệ thốngđiều khiển kín.
Trong các hệ thốngđiều khiển hở không có mối liên hệ ngược về vị trí thực tế của các cơ cấu làm việc. Điển hình của cái hệ thốngđiều khiển này là các hệ thốngđiều ldnển trục phân phối, hệ thống chép hình cơ khí, hệ thốngđiều khiểnchương trình số dùng động cơbước (hình 2.1 a).