tự động hóa quá trình công nghiệp ngành điện tử

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ TỰ ĐỘNG
TIỂU LUẬN MÔN: TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG
NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ
CHƯƠNG 4
HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẢN
XUẤT CỨNG
Giảng viên hướng dẫn: THS. TRẦN VĂN TRINH
Sinh viên thực hiện: LÊ NGỌC CHƯƠNG (09248991)
NGUYỄN VĂN ĐÔ (09244481)
Lớp: DHDT5ALT
Khóa: 2009 - 2011
TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 2 Năm 2011
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẢN XUẤT CỨNG
Trong chương này chúng ta xem xét các thiết bị tự động được dùng để gia
công các chi tiết rời rạc với sản lượng lớn. Thiết bị trong dây chuyền sản xuất cơ
khí thường bao gồm một số trạm làm việc để thực hiện việc gia công trên dây
chuyền. Các dây chuyền này được gọi là máy vận chuyển hay băng chuyền. Các
phương pháp dùng để vận chuyển chi tiết giữa các trạm được xem xét trong
chương này cùng với những đặc điểm khác đặc trưng cho hệ thống sản xuất này.
Chúng ta nhấn mạnh hoạt động của máy coi như đó là những quá trình điển hình
được thực hiện trên hệ thống đó, mặc dù khái niệm đường dây tự động được
dùng nhiều trong ngành công nghiệp và quá trình.
4.1 Các Dây Chuyền Tự Động:
Một dây chuyền tự động bao gồm một số máy hoặc trạm làm việc được
nối với nhau bởi thiết bị vận chuyển các chi tiết giữa các trạm. Việc vận chuyển
chi tiết gia công được thực hiện tự động và các trạm thực hiện chức năng chuyên
môn của chúng một cách tự động. Đường dây tự động có thể được kí hiệu như
hình 4.1 ý nghĩa các ký hiệu trong bảng 4.1. Một chi tiết gia công thô được đưa

vào, qua nhiều bước gia công liên tục khi chi tiết di chuyển từ trạm này sang
trạm tiếp theo và kết thúc là một sản phẩm. Có thể xen vào vùng đệm dự trữ trên
dây chuyền, tại một vị trí đơn lẻ hoặc giữa các trạm làm việc. Cũng có thể thêm
vào trạm kiểm tra trên dây chuyền để tự động kiểm tra chất lượng của chi tiết
gia công. Các trạm bằng tay có thể được bố trí dọc theo dây chuyền để thực hiện
hoạt động khó tự động hoặc không kinh tế nếu tự động. Các đặc điểm khác nhau
của dây chuyền cơ khí hóa sẽ được thảo luận trong những mục tiếp theo.
Đường dây tự động có ý nghĩa thích đáng trong trường hợp đời sống sản
xuất tương đối ổn định; nhu cầu sản phẩm cao, đòi hỏi tốc độ sản xuất cao; và
nếu lựa chọn phương pháp sản xuất khác sẽ kéo theo một lực lượng nhân công
lớn. Mục tiêu của việc sử dụng đường dây tự động là:
-Giảm chi phí nhân công.
-Tăng tốc độ sản xuất.
-Giảm công việc trong quá trình.
-Giảm nhỏ nhất khoảng cách di chuyển giữa các quá trình gia công.
-Chuyên môn hóa quá trình gia công.
-Tích hợp các quá trình gia công.
Mặc dù hình 4.1 cho thấy các quá trình gia công nằm trên một đường
thẳng. Thực chất có hai loại quá trình gia công được sử dụng. Hai loại sắp xếp
đó là: theo đường thẳng và theo đường vòng.
Hình 4.1. Cấu hình của một dây chuyền tự động
Bảng 4.1. Ký hiệu được dùng trong sơ đồ hệ thống sản xuất
Trạm gia công:
XXXX:
PROC = Vị trí gia công
ASBY = Vị trí lắp ráp
INSP = Vị trí kiểm tra
SORT = Vị trí phân loại
YYY:
AUT = Automated = Tự động

MAN = Manual
Hệ thống vận chuyển vật liệu
( Mũi tên chỉ chiều di chuyển)
Phôi:
Phôi thô
Bán thành phẩm
Thành phẩm
Ổ trữ phôi trung gian
Dòng dữ liệu hay thông tin
Proc
Aut
Trạm
2
Proc
Aut
Trạm
1
Proc
Aut
Trạm
3
Proc
Aut
Trạm
4
Proc
Aut
Trạm
5
Proc

Aut
Trạm
6
Proc
Aut
Trạm
7
Phôi thô vào Sản phẩm ra
XXXX
YYY
Đầu Máy
Máy
Công Cụ
Loại theo đường thẳng
Trong cấu hình bố trí theo đường thẳng các trạm làm việc được bố trí ít
nhiều theo đường thẳng. Dòng phôi có thể quay 90
0
, hoặc có thể định hướng lại
phôi, do giới hạn mặt bằng công ty hoặc những nguyên nhân khác, và đặc tính
của cấu hình theo đường thẳng vẫn giữ nguyên. Thí dụ thường thấy là dòng phôi
có hình chữ nhật, nó cho phép người vận hành vừa đặt phôi vào và lấy chi tiết
ra. Thí dụ về dây chuyền theo đường thẳng được sử dụng để cắt kim loại được
minh họa ở hình 4.2.
Hình 4.2. Hình vẽ hệ thống dây chuyền 20 máy để gia công vỏ cầu sau của máy
kéo. Dây chuyền gồm 2 phần: một phần có 7 vị trí vận chuyển phôi tự do và một
phần 12 vị trí dùng để gá vệ tinh. Giữa hai phần là vị trí định hướng lại chi tiết
gia công. Chú ý là dây chuyền có đường dẫn đồ gá vệ tinh trở về vị trí ban đầu.
Loại theo vòng tròn
Trong cấu trúc xoay tròn, chi tiết được bố trí xung quanh hoặc quay quanh
một bàn tròn. Các trạm làm việc được đặt cố định và thường bố trí xung quanh

bàn tròn. Chi tiết di chuyển trên bàn tròn và được định vị tại mỗi trạm gia công
hoặc lắp ráp. Kiểu thiết bị này thường được gọi là máy phân độ hoặc máy quay
phân độ và cấu hình của máy được biểu diễn trên hình 4.3.
Hình 4.3. Hệ thống máy bố trí theo hình tròn
Sự lựa chọn
Việc chọn lựa giữa hai kiểu này phụ thuộc vào ứng dụng. Kiểu máy xoay
tròn thường bị hạn chế bởi kích thước phôi nhỏ và số ít trạm. Việc thiết kế cấu
trúc xoay tròn thường không linh hoạt. Ví dụ, trong loại xoay tròn không lắp
được vùng đệm trữ phôi. Ngoài ra, cấu hình xoay tròn thường yêu cầu giá thiết
bị thấp và không gian mặt bằng công ty nhỏ.
Trong kiểu đường thẳng, phôi có thể lớn và có thể bố trí số trạm làm việc
lớn. Số trạm trong kiểu máy xoay tròn bị giới hạn nhiều bởi kích thước của bàn
xoay. Trong kiểu máy bố trí theo đường thẳng có thể chế tạo với những vùng dự
trữ để tránh ảnh hưởng trong tình huống trạm bị dừng hoặc những sự cố khác.
4.2 Các Phương Pháp Vận Chuyển Chi Tiết Gia Công:
Cơ cấu vận chuyển của đường dây tự động không chỉ di chuyển bán thành
phẩm hoặc các chi tiết lắp ráp giữ các trạm kế cận nhau, mà nó còn định hướng
và đặt chi tiết tại vị trí chính xác cho quá trình gia công tại mỗi trạm. Những
phương pháp của quá trình vận chuyển phôi trên dây chuyền có thể chia làm 3
loại:
1. Vận chuyển liên tục.
2. Vận chuyển gián đoạn hoặc đồng bộ.
3. Vận chuyển bất đồng bộ hoặc đẩy tự do.
Ba loại trên được phân biệt bởi kiểu chuyển động theo cách mà phôi được
vận chuyển bởi cơ cấu vận chuyển. Hầu hết hệ thống vận chuyển đối với một
ứng dụng cho trước dựa vào những yếu tố sau:
1. Loại nguyên công cần thực hiện.
2. Số lượng trạm trên dây chuyền.
3. Trọng lượng và kích thước của phôi.
4. Có trạm thủ công trên dây chuyền hay không.

5. Tốc độ sản xuất yêu cầu.
6. Cân đối thời gian của những quá trình khác nhau trên dây chuyền.
Trước khi bàn về 3 loại hệ thống vận chuyền phôi, chúng ta cần làm rõ
những nhầm lẫn có thể. Các hệ thống vận chuyển này được dùng cho cả gia
công và lắp ráp. Trong trường hợp máy lắp ráp tự động, chúng ta đề cập tới cơ
cấu vận chuyển bán thành phẩm giữa các trạm, chứ không phải cơ cấu cấp linh
kiện mới dùng cho quá trình lắp ráp tại một vị trí cụ thể. Các thiết bị nạp và định
hướng các thành phần thường là một phần tích hợp của trạm làm việc. Chúng ta
sẽ xem xét kỹ hơn các thiết bị này trong Chương 7 khi bàn về việc lắp ráp tự
động một cách chi tết hơn.
Vận chuyển liên tục
Với phương pháp vận chuyển liên tục, phôi được di chuyển liên tục với
vận tốc cố định. Nó đòi hỏi các đầu làm việc phải di chuyển trong quá trình làm
việc để theo phôi. Đối với một số nguyên công, việc di chuyển của đầu làm việc
không thể thực hiện được. Ví dụ khó có thể sử dụng hệ thống thuộc loại này trên
dây chuyền gia công bởi vì vấn đề quán tính do kích cỡ và trọng lượng của đầu
làm việc. Trong những trường hợp khác, việc vận chuyển liên tục rất phù hợp
thực tế. Ví dụ về ứng dụng của nó trong dây chuyền vô chai, bao bì, lắp ráp bằng
tay nơi mà người vận hành có thể di chuyển theo dây chuyền và thực hiện những
nhiệm vụ lắp ráp tự động đơn giản. Trong một số nguyên công vô chai, thí dụ,
các chai được vận chuyển quanh một bàn tròn xoay liên tục. Thức uống được rót
vào chai dang di chuyển bởi các vòi phun được bố trí tại vòng bìa của bàn tròn.
Ưu điểm của ứng dụng này là chất lòng được giữ ở một tốc độ cố định và không
có vấn đề quán tính.
Hệ thống vận chuyển liên tục tương đối dễ thiết kế và chế tạo và có thể
đạt tốc độ sản xuất cao.
Vận chuyển gián đoạn
Như tên gọi, trong phương pháp này phôi được vận chuyển một cách gián
đoạn hoặc không liên tục. Các trạm làm việc được đặt tại vị trí cố định và chi
tiết gia công được di chuyển giữa các trạm sau đó được đặt tại vị trí chính xác để

gia công. Tất cả phôi được vận chuyển đồng thời nên thuật ngữ “hệ thống vận
chuyển đồng bộ” được dùng để mô tả phương pháp vận chuyển phôi này.Ví dụ
về ứng dụng của vận chuyển phôi gián đoạn có thể được tìm thấy trong các
nguyên công gia công, nguyên công dập ép,hoặc dập cắt và lắp ráp cơ khí hóa.
Phần lớn cơ cấu vận chuyển được mô tả trong mục 4.3 có thể dùng để vận
chuyển phôi gián đoạn hoặc đồng bộ.
Vận chuyển không đồng bộ
Hệ thống vận chuyển này gọi là hệ thống đẩy tự do, cho phép phôi di
chuyển tới vị trí tiếp theo khi gia công tại trạm hiện tại đã hoàn tất. Mỗi chi tiết
di chuyển độc lập với chi tiết khác. Do đó một số chi tiết đang gia công trên dây
chuyền trong lúc đó chi tiết khác lại được vận chuyển giữa các trạm.
Hệ thống vận chuyển không đồng bộ mềm dẻo hơn hai hệ thống trên, và
sự mềm dẻo này có thể là một ưu điểm lớn trong một số trường hợp. Trong hệ
thống bất đồng bộ tương đối dễ dàng bố trí cơ cấu trữ phôi trong quá trình. Hệ
thống đẩy tự do cũng có thể bù trừ vấn đề cân đối dây chuyền nơi mà thời gian
gia công giữa các trạm trương đối khác nhau. Các trạm song song hoặc một vài
trạm nối tiếp có thể được sử dụng cho nguyên công dài và các trạm đơn có thể
được sử dụng cho nguyên công ngắn hơn. Nhờ đó tốc độ sản xuất trung bình có
thể xấp xỉ bằng nhau. Dây chuyền sản xuất không đồng bộ thường được sử dụng
ở nơi có một hoặc nhiều trạm vận hành bằng tay và chu kỳ dao động thời gian
khác nhau sẽ là vấn đề trên hệ thống vận chuyển liên tục hoặc đồng bộ. Các chi
tiết lớn có thể được di chuyển trên hệ thống bất đồng bộ. Nhược điểm của hệ
thống đẩy tự do là năng suất thường thấp hơn các loại khác.
Đồ Gá
Hệ thống vận chuyển đôi khi được thiết kế để thích ứng với một số đồ gá.
Chi tiết gia công được gá trên đồ gá và đồ gá được vận chuyển giữa các trạm
mang theo chi tiết đi qua các nguyên công. Đồ gá được thiết kế sao cho nó có
thể thuận lợi trong việc di chuyển, định vị, kẹp chặt đúng vị trí ở trạm kế tiếp.
Nhờ chi tiết được định vị chính xác trên đồ gá do đó nó có vị trí chính xác cho
từng nguyên công. Một ưu điểm nữa của đồ gá là nó có thể được thiết kế để sử

dụng cho nhiều chi tiết tương tự nhau.
Một phương pháp khác để định vị mà không cần dùng đồ gá. Với phương
pháp này bản thân chi tiết được dịch chuyển từ trạm này tới trạm kia. Khi một
chi tiết tới một trạm, nó tự động được kẹp chặt tại vị trí gia công.
Một lợi ích hiển nhiên của phương pháp vận chuyển này là tránh được chi
phí dành cho đồ gá.
4.3 Cơ Cấu Vận Chuyển:
Có nhiều cơ cấu vận chuyển khác nhau được dùng để vận chuyển chi tiết
giữa các trạm. Các cơ cấu này có thể chia làm hai nhóm: di chuyển thẳng dùng
trong dây chuyền bố trí theo đường thẳng, chuyển động quay tròn dùng trong
dây chuyền bố trí theo vòng tròn.
Cơ cấu vận chuyển thẳng
Chúng ta sẽ giải thích hoạt động của 3 loại cơ cấu tiêu biểu: Hệ thống vận
chuyển kiểu thanh gạt, hệ thống vận chuyển kiểu con lăn quay, hệ thống xích tải.
Đây không phải một danh sách hoàn chỉnh, nhưng nó đại diện cho cơ cấu vận
chuyển.
Hệ thống kiểu thanh gạt
Với cơ cấu dịch chuyển kiểu thanh gạt, chi tiết được nâng lên khỏi vị trí
gia công bởi thanh nâng và di chuyển đến vị trí kế tiếp, đến trạm kế tiếp. Thanh
nâng hạ chi tiết xuống thấp hơn vào một ổ nơi mà vị trí của chúng chính xác cho
việc gia công. Kiểu thiết bị này được minh họa trong hình 4.4.

Hình 4.4. Hệ thống vận chuyển kiểu thanh hạ cho thấy các giai đoạn khác nhau
trong chu kỳ vận chuyển.
Hệ thống vận chuyển kiểu con lăn quay
Loại này được sử dụng trong hệ thống vận chuyển phôi thông thường
cũng như trong dây chuyền tự động.Băng tải có thể được sử dụng để di chuyển
các chi tiết hoặc đồ gá có bề mặt phẳng. Con lăn có thể được truyền động bởi
một trong hai cơ cấu. Thứ nhất là cơ cấu dẫn động đai, trong đó một dây đai
phẳng nằm dưới các con lăn làm cho các con lăn quay nhờ ma sát. Truyền động

xích là cơ cấu thứ hai dùng để quay con lăn. Hệ thống băng tải con lăn là hệ
thống vận chuyển vạn năng bởi vì chúng có thể vận chuyển đồ gá đến vị trí gia
công hoặc chuyển hướng. Chúng ta sẽ thảo luận về băng tải con lăn ở chương
14.
Hệ thống băng tải xích
Hình 4.5 mô tả loại hệ thống vận chuyển này. Xích hoặc băng thép mềm
được sử dụng để vận chuyển cơ cấu mang phôi. Băng xích được dẫn động bởi
puli nằm ngang hoặc puli thẳng đứng.
Kiểu hệ thống vận chuyển này có thể được sử dụng để vận chuyển phôi
liên tục, gián đoạn hoặc không đồng bộ. Trong chuyển dộng không đồng bộ, các
chi tiết được kéo bởi lực ma sát hoặc trượt trên một lớp dầu dọc theo một đường
với chuyển động được tạo ra bởi xích hoặc tải. Cần phải đảm bảo một số vị trí
cuối cho chi tiết gia công khi chúng tới trạm gia công tương ứng.
Hình 4.5 Băng tải xích, kiểu trên và dưới
Cơ cấu vận chuyển tròn xoay
Có một vài phương pháp được sử dụng để xác định vị trí cúa trạm làm
việc tại những vị trí có góc bằng nhau quanh một cung tròn hoặc bàn quay.
Thanh răng và bánh răng
Cơ cấu này thì đơn giản nhưng không thích ứng cho hoạt động ở tốc độ
cao và thường được ghép với máy quay tròn. Thiết bị này được vẽ trên hình 4.6
và sử dụng một piston để đẩy thanh răng, làm cho bàn quay. Một bộ ly hợp hoặc
một cơ cấu khác được sử dụng để cung cấp một hướng quay mong muốn.
Hình 4.6. Cơ cấu thanh răng bánh răng dùng để quay bàn tròn
Bánh cóc và con cóc
Cơ cấu này được vẽ trên hình 4.7. Sự hoạt động của nó thì đơn giản
nhưng không đáng tin cậy, chóng mòn và liên kết với một vài thành phần.
Hình 4.7. Cơ cấu quay kiểu cóc
Cơ cấu Geneva
Hai cơ cấu trước đó chuyển chuyển động thẳng thành chuyển động tròn.
Cơ cấu Geneva sử dụng chuyển động quay tròn liên tục để định vị bàn, như hình

4.8.
Hình 4.8. Cơ cấu Geneva
Nếu bàn động có 6 rãnh cho 6 vị trí định vị thì mỗi khi cơ cấu định vị
xoay 1 vòng thì bàn máy sẽ quay 1/6 vòng. Cam dẫn động chỉ làm cho bàn máy
quay đi một góc. Đối với cơ cấu bị dẫn có 6 rãnh, 120
0
của một vòng quay hoàn
chỉnh của cam dẫn động được sử dụng để định vị. 240
0
còn lại nó chạy không.
Đối với cơ cấu bị dẫn có 4 rãnh, góc quay sẽ là 90
0
để định vị và 270
0
chạy
không. Thông thường số định vị trên một vòng của bàn là 4, 5, 6, và 8.
Thí dụ 4.1
Chúng ta hãy xem xét cơ cấu Geneva có 6 rãnh. Cho rằng cam dẫn động
quay 6 vòng/phút.
Hãy xác định thời gian chu kỳ định vị của máy, thời gian gia công, và thời
gian tiêu hao mỗi chu kỳ khi bàn máy di chuyển đến vị trí làm việc kế tiếp.
Giải:
Như được chỉ ra ở trên, đối với cơ cấu Geneva có 6 rãnh, cam dẫn động
quay 120 độ để xoay bàn máy, và còn lại 240
0
là thời gian dừng của bàn máy.
Với 6 vòng/phút chu kỳ định vị của máy là 10s. Một phần của chu kỳ này dành
cho việc gia công nghĩa là 240/360=0.667. Tương ứng với 6.67s. Thời gian xoay
bàn là 120/360=0.333 x 10s =3.33s.
Cơ cấu cam

Hình 4.9. Cơ cấu cam dùng quay bàn tròn
Có nhiều dạng khác nhau của cơ cấu cam, một ví dụ của nó được minh
họa trong hình 4.9, chúng có độ chính xác và độ tin cậy cao trong phương pháp
bố trí xoay vòng. Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp mặc dù giá
thành tương đối cao so với những cơ cấu khác. Cam được có thể được thiết kế
cho nhiều vận tốc khác nhau và đặc tính dừng.
4.4 Bộ Đệm Dự Trữ:
Đường dây tự động thường được thêm vào những thiết bị dựa trên cơ cấu
vận chuyển và trạm làm việc căn bản. Ví dụ, ý tường một bộ đệm dự trữ giữa
các trạm được giới thiệu trong mục 4.1. Trong dây chuyền việc thêm vào vùng
dự trữ cho việc thu thập bộ phận của phôi là việc bình thường. Một ví dụ về việc
sử dụng vùng dự trữ là hai hệ thống vận chuyển gián đoạn, mỗi hệ thống không
có vùng dự trữ, chúng liên kết với nhau bởi một vùng tích trữ chi tiết gia công.
Có thể kết nối 3, 4, thậm chí nhiều hơn theo kiểu này. Một ví dụ khác của vùng
trữ phôi trên dây chuyền là dây chuyền không đồng bộ. Với hệ thống này nó có
thể cung cấp một vùng chứa phôi tại mỗi vị trí làm việc trên dây chuyền.
Có 2 nguyên nhân chính để sử dụng bộ đệm dự trữ.
Thứ nhất, giảm ảnh hưởng của việc hỏng một trạm nào đó trên dây
chuyền hoạt động. Hệ thống vận chuyển liên tục hoặc gián đoạn hoạt động như
một máy tích hợp. Khi một trạm nào đó bị hỏng hoặc bảo trì phải dừng sản xuất.
Trong nhiều trường hợp, tỉ lệ thời gian của dây chuyền tiêu hao đáng chú ý, có
thể đạt đến 50% hoặc hơn. Một vài lý do thông thường làm đường dây bị ngừng
là:
Dụng cụ bị hỏng hoặc phải điều chỉnh dụng cụ tại vị trí gia công riêng
biệt.
Đổi dụng cụ định kỳ.
Phôi hoặc các thành phần tại trạm đóng gói bị khuyết tật, yêu cầu phải
làm sạch cơ cấu nạp phôi.
Phôi được bổ sung vào cơ cấu cấp phôi tại vị trí lắp ráp.
Công tắc hoặc thiết bị điện khác bị hỏng.

Lỗi cơ khí của hệ thống vận chuyển hoặc trạm làm việc.
Khi hỏng hóc xảy ra trên một dây chuyền tự động, mục đích của vùng trữ
phôi là cho phép một phần của dây chuyền tiếp tục hoạt động trong khi một
phần còn lại dừng hoạt động và được sửa chữa. Ví dụ, giả định có 20 trạm trên
một dây chuyền và được chia làm 2 khu vực và được nối với nhau bởi một vùng
dự trữ, nơi mà nó tự động thu nhận chi tiết từ bộ phận thứ nhất và cung cấp cho
bộ phận thứ hai. Nếu một trạm bị tắt sẽ làm cho vùng thứ nhất trên đường dây bị
dừng lại, vùng thứ hai có thể tiếp tục hoạt động cho đến khi hết phôi trong vùng
dự trữ. Tương tự, nếu vùng thứ hai bị dừng, vùng thứ nhất tiếp tục hoạt động
cho đến khi vùng chứa phôi đầy. Hy vọng rằng năng suất phần thứ nhất tương
đương với phần thứ hai. Bằng cách chia đường dây và sử dụng vùng dự trữ,
năng suất trung bình sẽ được cải thiện hơn so với đường dây 20 trạm ban đầu.
Việc phân tích định lượng về ảnh hưởng của việc thêm vào vùng đệm dự trữ sẽ
được giới thiệu trong chương 5. Hình 4.10 minh họa trường hợp hai đường dây
gia công được ngăn cách bởi vùng dự trữ.
Hình 4.10. Ổ trữ phôi trung gian nằm giữa hai đoạn đường dây tự động
Lý do thứ hai của việc sử dụng vùng dự trữ trên dây chuyền là làm giảm
ảnh hường của sự dao động của chu kỳ gia công. Những dao động này xảy ra
hoặc giữa các trạm gia công, hoặc trong trường hợp đường dây có một hoặc vài
nguyên công gia công bằng tay. Chúng có thể xảy ra từ chu kì này đến chu kì
khác. Để minh họa cho trường hợp thứ hai, chúng ta giả dụ có một đường dây tự
động lắp ráp, trong đó tất cả các nguyên công được cơ khí hóa, chỉ trừ một
nguyên công là thực hiện bằng tay. Nguyên công bằng tay này cần người lắp hai
chi tiết với nhau và thời gian cần thiết thay đổi từ chu kì này đến chu kì khác.
Đối với hệ thống vận chuyển trên đường dây tự động này chúng ta phải chọn
giữa một hệ thống đồng bộ không có ổ trữ phôi và một hệ thống không đồng bộ
cho phép chi tiết tích tụ trước mỗi trạm gia công. Để minh họa sự khác nhau này
chúng ta xem ví dụ sau đây:
Ví dụ 4.2
Dây chuyền 1

Proc
Aut
Proc
Aut
Proc
Aut
Proc
Aut
Dây chuyền 2
Ổ trữ phôi trung gian
Cho rằng chúng ta đã thu được thông tin về quá trình gia công và xác định
được sự phân tán thời gian của quá trình gia công đối với tất cả 100 chu kì như
sau: 7s: 2%; 8s: 10%; 9s: 18%; 10s: 38%; 11s: 20%; 12s: 12%. Vậy thời gian
trung bình của quá trình gia công này là 10s. Quá trình gia công (nguyên công)
bằng tay này đã dùng trên dây chuyền đồng bộ và dây chuyền phải thiết lập một
thời gian chu kì là 12s để người vận hành có thời gian hoàn thành toàn bộ công
việc lắp ráp. Việc này cho năng suất là 300 đơn vị/h từ dây chuyền. Nếu thời
gian được điều chỉnh xuống 11s thì năng suất sẽ tăng lên được 327đơn vị/h
nhưng người thợ lại không có khả năng hoàn thành 12% sản phẩm lắp ráp. Vì
vậy năng suất thực tế chỉ là 288 đơn vị/h. Nếu thời gian chu kì giảm xuống 10s
thì năng suất sẽ là 360 đơn vị/h. Năng suất thực tế sẽ giảm xuống còn 245 đơn
vị/h.
Với hệ thống vận chuyển không đồng bộ, dây chuyền có thể sắp xếp để
nhận hàng loạt các chi tiết trước và sau nguyên công bằng tay. Như vậy người
thợ có thể sắp xếp để thực hiện việc tùy theo quá trình. Vì thời gian trung bình
của người thợ tương ứng với thời gian của chu kì làm việc trên dây chuyền cho
nên dây chuyền sẽ hoạt động một cách đều đặn. Thời gian chu kì có thể thiết lập
là 10s và năng suất dây chuyền sẽ đạt 360 đơn vị/h.
Nhược điểm của vùng đệm trữ phôi là tốn không gian xưởng, tốn nhiều
phôi hơn, nhiều thiết bị vận chuyển phôi, làm cho hệ thống dây chuyền phức tạp

hơn. Nhưng ưu điểm của nó thì thường là đủ lớn để bù trừ nhược điểm mà nó
có.
4.5 Các Chức Năng Điều Khiển:
Việc điều khiển dây chuyền là một vấn đề phức tạp, có hàng loạt các bước
tuần tự cần phải thực hiện. Có ba chức năng chính được dùng để điều khiển hoạt
động của dây chuyền tự động. Thứ nhất là đảm bảo hoạt động, thứ nhì là yêu
cầu an toàn, thứ ba là yêu cầu chất lượng.
1.Điều khiển tuần tự:
Mục đích của chức năng này là phối hợp hoạt động của băng tải và các
trạm gia công. Các hoạt động khác nhau của dây chuyền tự động chỉ được thực
hiện một cách chính xác và trôi chảy. Trên dây chuyền gia công kim loại, thí dụ,
chi tiết gia công có thể vận chuyển, định vị, kẹp chặt trước khi gia công. Điều
khiển trình tự là cơ sở để dây chuyền hoạt động.
2.Đảm bảo an toàn:
Chức năng này đảm bảo là dây chuyền vận chuyển sẽ không hoạt động
trong trường hợp không an toàn hoặc điều kiện nguy hiểm. Các cảm biến phải
được gắn thêm vào hệ thống để dụng cụ tiếp tục gia công trên dây chuyền.
Trong chức năng điều khiển tuần tự cũng bao gồm cả việc kiểm tra các bước tới
hạn để đảm bảo các bước này được thực hiện theo thứ tự cần thiết. Áp suất khí
và thủy lực cũng phải được kiểm tra nếu đó là những nguyên công quan trọng
trên đường dây tự động.
3.Đảm bảo chất lượng:
Chức năng thứ ba là giám sát chất lượng của chi tiết gia công. Chức năng
này là kiểm tra để loại các chi tiết và bộ phận lắp không đạt chất lượng. Các
thiết bị kiểm tra thường được gắn trực tiếp trên máy gia công. Trong những
trường hợp khác có bố trí vị trí kiểm tra riêng trên đường dây tự động.
Việc kiểm tra có phản hồi cũng có thể được thực hiện trên đường dây tự
động như được chỉ trên hình 4.11. Thông tin về kết quả đo có thể được dùng để
điều chỉnh thiết bị gia công ở các vị trí trước đó.
Phương tiện truyền thống để điều khiển trình tự hoạt động của đường dây

tự động là các relay điện từ. Các relay được dùng để điều khiển hoạt động của
đầu công tác, băng tải và các thiết bị ngoại vi khác trên dây chuyền. Nhưng do
kích thước lớn và hoạt động không tin cậy, relay dần bị thay thế bởi các bộ điều
khiển lập trình được và máy tính. Những bộ điều khiển này cho phép điều khiển
dây chuyền ở mức độ cao hơn, đặc biệt trong lĩnh vực an toàn và giám sát chất
lượng.
Suy nghĩ truyền thống trong việc điều khiển đường dây tự động là phải
dừng hệ thống khi có sự cố. Tuy nhiên những trường hợp có sự cố mà việc dừng
dây chuyền là không cần thiết và không nên. Thí dụ trong trường hợp cơ cấu cấp
phôi cho một máy tự động lắp ráp có sự cố. Cho rằng sự cố này là ngẫu nhiên và
không thường xuyên, thì tốt nhất có lẽ là tiếp tục để máy làm việc và lấy sản
phẩm bị hỏng ra khỏi dây chuyền, bởi vì nếu dừng máy tự động lắp ráp thì tất cả
các trạm gia công khác phải dừng. Việc quyết định dừng máy hay không phải
dựa trên cơ sở kinh tế và độ tin cậy. Về điểm này có hai chiến lược điều khiển
có thể được chọn: điều khiển tức thì và điều khiển ghi nhớ.
Hình 4.11. Trạm kiểm tra có liên hệ ngược với các trạm đứng trước
1.Điều khiển tức thì:
Kiểu điều khiển này là dừng tức thì dây chuyền khi có sự cố. Việc này
tương đối đơn giản, rẻ tiền và không phải lo lắng gì. Một số đặc tính dự báo có
thể được thêm vào hệ thống để xác định vị trí và nguyên nhân để báo cho thợ
sửa chữa nhanh chóng. Tuy nhiên việc dừng hệ thống làm cho năng suất giảm.
Và đây là yếu điểm chính của phương pháp này.
2.Điều khiển theo kiểu ghi nhớ:
Ngược lại với phương pháp điều khiển tức thì, hệ thống điều khiển ghi
nhớ được thiết kế để cho máy tiếp tục hoạt động. Nó kiểm tra chất lượng và bảo
vệ máy bằng cách ngăn ngừa các trạm gia công kế tiếp khỏi phải gia công các
chi tiết không đạt chất lượng. Tiền đề để hệ thống ghi nhớ hoạt động là sự cố
trên trạm gia công là ngẫu nhiên và không thường xuyên. Trường hợp nếu sự cố
lặp đi lặp lại, hệ thống này không làm cho sản xuất tốt hơn mà ngược lại tồi tệ
Proc

Aut
Proc
Aut
Proc
Aut
Feed back loops
đi. Dây chuyền tiếp tục hoạt động, và kết quả là tiếp tục tạo ra phế phẩm. Vì lý
do này, đôi khi người ta dùng bộ đếm sự cố tại mỗi vị trí, để khi số lần liên tiếp
xảy ra sự cố bằng 2 hoặc 3 lần thì nó sẽ điều khiển cho máy ngừng để sửa chữa.
4.6 Tự Động Hóa Các Nguyên Công Gia Công:
Hệ thống dây chuyền được thiết kế để thực hiện các quá trình cắt kim loại
rất khác nhau. Thật vậy, khó có thể loại một nguyên công nào ra khỏi danh sách.
Các nguyên công điển hình là phay, khoan, khoét, dao và làm ren. Tuy nhiên
cũng có thể có các nguyên công như tiện, mài trên dây chuyền loại này.
Có rất nhiều các máy tự động và cơ khí hóa thực hiện hàng loạt những
nguyên công đồng thời trên những chi tiết khác nhau. Chúng bao gồm những
máy nhiều vị trí xoay vòng có trục chính nằm ngang và thẳng đứng và đường
dây tự động. Chúng ta hãy xem xét một số máy móc loại này theo mức độ phức
tạp tăng dần. Trước hết là máy một vị trí.
1.Máy một vị trí:
Những máy sản xuất được cơ khí hóa này thực hiện những nguyên công
khác nhau trên một chi tiết duy nhất gá đặt trên một vị trí trong suốt chu kì. Các
nguyên công được thực hiện trên những bề mặt khác nhau bởi các đầu dao bố trí
quanh chi tiết gia công. Nhược điểm chung của loại máy này là không hạn chế
không thể bố trí nhiều đầu dao. Năng suất gia công từ thấp tới trung bình.
2.Máy nhiều vị trí xoay vòng:
Để tăng năng suất, máy nhiều vị trí xoay vòng thực hiện việc gia công
trên nhiều chi tiết đồng thời. Các chi tiết được gá đặt trên bàn tròn nằm ngang và
trải qua nhiều vị trí liên tiếp. Thí dụ về máy nhiều vị trí được vẽ trên hình 4.12
Hình 4.12. Hình chiếu trên là máy 5 vị trí với các đầu dao nằm ngang và thẳng

đứng bố trí xung quanh bàn máy. Hình chiếu dưới là phôi đúc thô và chi tiết đã
gia công trên máy năm vị trí ở trên.
3.Máy nhiều trục chính nằm ngang:
Kiểu máy này được giới thiệu trên hình 4.13. Nó gồm có nhiều trục chính
bố trí xung quanh một trục nằm ngang. Các chi tiết gia công được gá trên đồ gá
gắn trên trục chính. Loại máy này dùng gia công các chi tiết nhỏ. Cũng kiểu máy
này nhưng trục được bố trí theo phương thẳng đứng cho phép gia công chi tiết từ
phía đối diện. Những vị trí phụ có thể được bố trí xung quanh tay quay nếu cần.
Máy nhiều trục chính nằm ngang được dùng để sản xuất các chi tiết có loạt
trung bình.
4.13 Máy nhiều trục chính nằm ngang 6 trạm
4.Máy tiện đứng nhiều trục chính:
Máy tiện loại này được giới thiệu trên hình 4.14. Các đầu mang dụng cụ
không chỉ bố trí xung quanh bàn máy mà còn bố trí xung quanh trụ giữa. Việc
này tăng số lượng nguyên công được thực hiện trên máy so với máy nhiều trục
chính xoay vòng thông thường. Máy được dùng trong sản xuất hàng khối và
hiệu quả vì không gian chiếm ít.
4.14. Máy 10 vị trí có trụ chính có thể dùng để gia công tới 34 loại vỏ bơm khác
nhau
5.Dây chuyền tự động:
Máy được tự động hóa cao và vạn năng nhất là đường dây tự động được
minh họa trên hình 4.2 và 4.15. Các đầu gia công được bố trí dọc theo dây
chuyền vận chuyển chi tiết. Hệ thống vận chuyển có thể là đồng bộ hoặc không
đồng bộ. Chi tiết có thể được vận chuyển trực tiếp hoặc được gá trên đồ gá vệ
tinh. Dây chuyền có thể bố trí ổ phôi trung gian nếu cần và các cơ cấu điều
khiển khác nhau được dùng để quản lý dây chuyền. Vì vậy, nó là loại máy linh
hoạt nhất trong số những máy mà chúng ta đã bàn luận. Dây chuyền tự động có
thể dùng để chế tạo các chi tiết có kích thước lớn hơn so với máy nhiều vị trí
xoay vòng. Ngoài ra số vị trí gia công có thể được bố trí nhiều hơn. Theo truyền
thống thì những dây chuyền tự động được dùng chỉ để sản xuất một loại chi tiết

với số lượng lớn trong một thời gian dài. Gần đây đã có những cố gắng biến loại
dây chuyền kiểu này thành loại dây chuyền có thể điều chỉnh được để gia công
nhiều chi tiết tương tự nhau. Đường dây tự động này gọi là đường dây tự động
điều chỉnh lại được.
4.15. Dây chuyền tự động với 33 vị trí gia công dùng gia công các đầu xilanh
bằng gang đúc
4.7 Những Điều Cần Lưu Ý Khi Thiết Kế Và Chế Tạo:
Khi một nhà máy đã quyết định rằng đường dây tự động là cách tốt nhất
để thực hiện việc sản xuất một chi tiết hay lắp ráp sản phẩm nào đó thì có một số
những đặc điểm kĩ thuật sau cần giải quyết. Trong thiết kế và xây dựng một dây
chuyền tự động, một vài chi tiết cần chú ý như sau:
- Ai chế tạo đường dây tự động. Kỹ sư nhà máy tự làm hay đặt hàng một hãng
chế tạo.
- Kích thước, trọng lượng, hình dạng và vật liệu nếu là bộ phận xử lý
- Kích thước, trọng lượng và số lượng linh kiện nếu là bộ phận lắp ráp
- Độ chính xác yêu cầu
- Dạng và trình tự quá trình gia công
- Năng suất yêu cầu
- Dạng hệ thống vận chuyển
- Phương pháp gá đặt chi tiết gia công
- Phương pháp định hướng và nạp phôi khi lắp ráp
- Độ tin cậy các trạm riêng biệt, và cơ cấu vận chuyển, cũng như độ tin cậy của
toàn bộ dây chuyền
- Khả năng trữ phôi trung gian
- Dễ bảo trì
- Đặc điểm điều khiển
- Không gian xưởng hiện có
- Mức độ linh hoạt của dây chuyền có thể thay đổi sản phẩm thiết kế trong tương
lai
- Mức độ linh hoạt trong việc điều chỉnh nhiều hơn một chi tiết gia công đơn lẻ

- Chi phí ban đầu của dây chuyền
- Chi phí vận hành và dụng cụ cho dây chuyền
Để phát triển một dây chuyền cơ khí. Có hai xu hướng xây dựng đường
dây tự động: sử dụng các máy công cụ tiêu chuẩn sẵn có và đặt hàng cho nhà
máy chế tạo theo yêu cầu
Việc sử dụng các máy công cụ tiêu chuẩn nghĩa là dùng những máy công
cụ và các thiết bị liên quan vốn có đã được tiêu chuẩn hóa để dựng nên dây
chuyền phục vụ cho mục đích cụ thể của xí nghiệp. Cách này có ưu điểm là có
thể sử dụng lại các máy sẵn có của xí nghiệp sau khi đã hết sản xuất, chúng dễ
bảo trì và sửa chữa. Dây chuyền kiểu này có thể được thiết kế bởi những kĩ sư
của nhà máy. Những dây chuyền như thế gọi là dây chuyền kết nối (link line).
Nhược điểm của những dây chuyền này là chi tiết gia công phải đơn giản và
kích thước nhỏ. Dây chuyền máy tổ hợp trong tương lai có thể có nhiều hấp dẫn
nếu được sử dụng cùng với robot công nghiệp. Những dây chuyền này được
dùng trong các quá trình như xi mạ và gia công lần cuối, dập, phay, gia công
bánh răng, và các nguyên công chế tạo khác.
Phương pháp thứ hai là đặt hàng cho nhà chế tạo, sản xuất dây chuyền
theo yêu cầu của khách hàng. Thông thường nhà máy được yêu cầu đưa ra một
số phương án. Các phương án thiết kế là dựa trên những sản phẩm mà nhà máy
đã có hay dựa trên những kinh nghiệm của họ.
Một khi phương an thiết kế được chấp thuận, nhà máy sẽ thực hiện việc
thiết kế chi tiết. Kết quả máy phải được xây dựng trên nguyên tắc “block xây
dựng”, nghĩa là dây chuyền chuyên môn hóa được chế tạo để sản xuất một sản
phẩm nhất định của khách hàng. Chúng được hình thành từ những cụm tiêu
chuẩn. Các cụm tiêu chuẩn này là các thiết bị vận chuyển, các đầu lực thực hiện
các quá trình gia công và lắp ráp khác nhau. Các thành phần tiêu chuẩn này có
cấu hình chuyên đáp ứng yêu cầu về sản phẩm của khách hàng. Một số các thiết
bị vận chuyển tiêu chuẩn được giới thiệu trên các hình 4.16 và 4.17. Đối với
Hình 4.16. Thành phần bàn xoay tiêu chuẩn dùng cho máy nhiều vị trí
Hình 4.17. Đầu lực gắn trên đường dây tự động

những dây chuyền gia công kim loại đầu lực gồm cơ cấu ăn dao, trục chính và
động cơ. Mỗi đầu lực có thể được gắn với một cơ cấu mang dụng cụ riêng cho
một mục đích cụ thể. Các đầu lực này không đứng riêng rẽ mà gắn liền với thiết
bị vận chuyển trong dây chuyền. Khi các dây chuyền được xây dựng trên
nguyên tắc “block xây dựng” chúng được gọi là dây chuyền hợp nhất (Unitized).
Toàn bộ các thành phần của máy cắt kim loại gắn bó với nhau và hoạt động như
một đơn vị cơ khí duy nhất.
Những dây chuyền này thường có năng suất cao hơn so với dây chuyền
kết nối (link line) chiếm ít diện tích hơn vì thường được thiết kế gọn hơn. Tuy
nhiên chúng có giá thành cao. Do vậy chỉ nên dùng khi biết chắc là sản phẩm
tồn tại lâu dài, và bản thiết kế không đổi hoặc ít thay đổi. Thiếu hai điều kiện
trên thì hoàn toàn không nên dây dựng đường dây tự động. Những dây chuyền
này có thể tìm thấy trong công nghiệp sản xuất ô tô và các máy lắp ráp bút, thiết
bị điện, máy dập kẹo, dập thuốc viên…Hình 4.2, 4.12, 4.13, 4.14, 4.15 là minh
họa kết cấu của dây chuyền trên.