Đồ án tốt nghiệp thiết kế và chế tạo máy cắt thép tấm tự động

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.51 MB, 20 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP. HCMKHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY</b>

<b>BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ</b>

<b>ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP</b>

<b>THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT THÉP TẤM TỰ ĐỘNG</b>

<b>Hồ Chí Minh, ngày…, thángnăm 202</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP. HCMKHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY</b>

<b>BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ</b>

<b>ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP </b>

<b>THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT THÉP TẤM TỰ ĐỘNG</b>

<b>Hồ Chí Minh, ngày…, tháng 02 năm 2023</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP</b>

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Tưởng Phước Thọ Sinh viên thực hiện:

Ngô Nguyễn Trọng Nghĩa Điện thoại: 0363517804

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT THÉP TẤM TỰ ĐỘNG

Thiết kế thay đổi dựa trên đồ án cơ điện tử

<b>Nội dung chính của đồ </b>

Thiết kế và chế tạo máy cắt thép tấm tự động sử dụng trong phịng thực hành mục đích dạy học và sử dụng quy mô nhỏ.

Máy cắt được thép tấm 2 3mm tự động với số lượng tùy chỉnh.

<b>Ngày giao đồ án: nộp đồ án: </b> tuần

<b>Ngơn ngữBản báo cáo:Tiếng ViệtTrình bày bảo vệ:Tiếng Việt</b>

<b>TRƯỞNG KHOATRƯỞNG BỘ MÔNGIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN</b>

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

<small>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM</small> <b><small>CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM</small>Độc lập Tự do – Hạnh phúcKHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b><small>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM</small>Độc lập Tự do – Hạnh phúcKHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY </b>

<b>PHIẾU N ẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP </b>

<b>iảng viên hướng dẫn)</b>

Họ và tên sinh viên: Ngô Nguyễn Trọng Nghĩa Hội đồng: Họ và tên sinh viên: Phạm Thành Long Hội đồng: Tên đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT THÉP TẤM TỰ ĐỘNG

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Họ và tên GV hướng dẫn: Th.S Tưởng Phước Thọ

2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án:

(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3.Kết quả đạt được:

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>LỜI CÁM ƠN</b>

Minh đến nay, chng em đ nhận đượ ấ ề ựquan tâm, gip đỡ ủ ầ (Cơ), gia đình và bạ

Điều đặc biệt đầu tiên, đồ án này có thể hồn thành được chính nhờ sự hỗ trợ tận tâm và đầy tính kỷ luật của Th.S Tưởng Phước Thọ. Sâu tận trong trái tim của cậu học trò nhỏ này là sự thán phục và vinh dự được thầy bảo ban, chỉ dẫn, định hướng nhiệt tình trong việc nghiên cứu và chỉ dẫn cho nhóm từ các kiến thức đến thiết bị hỗ trợ đồ án, hướng giải quyết các vấn đề khó khăn trong suốt q trình làm đồ án

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chng em xin gửi đến quý Thầy (Cô) ở Khoa Cơ khí Chế tạo máy – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đ cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chng em trong suốt thời gian học tập tại trường

Đề tài “Thiết kế và chế tạo máy cắt thép tấm tự động” được bắt đầu thực hiện vào học kỳ I/202 . Bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu, kiến thức của chng em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, chng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của q Thầy (Cơ) để được hồn thiện hơn. Sau cùng, em xin kính chc q Thầy (Cơ) khoa Cơ khí Chế tạo máy dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho các thế hệ sinh vi

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn!

Ngơ Nguyễn Trọng Nghĩa Phạm Thành Long

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>TÓM TẮT</b>

với sự phát triển của nền văn minh nhân loại, nhu cầu về đời sống cũng được nâng cao, kéo theo các ngành công nghiệp cũng phải liên tục đổi mới để có thể đáp ứng được những nhu cầu đó. Điển hình là ngành cơng nghiệp sắt thép, ngành công nghiệp xuất hiện trong nhiều lĩnh vực chế tạo và đóng góp một phần khơng nhỏ trong việc tạo ra các sản phẩm từ ngành xây dựng, cơ khí, ơ tơ, điện, chế biến hay thậm chí là ngành hàng khơng. Tuy cơng dụng là vậy, nhưng khơng phải sản phẩm nào cũng có thể chế tạo trực tiếp từ phôi thép thô được. Đa phần những phôi thép thô đều trải qua công đoạn gia công kéo, cán, ép, dập để tạo ra những phơi thép dạng tấm với những hình dạng và kích thước khác nhau

Trước đây việc cắt thép tấm đ được thực hiện phổ biến, nhưng các bước cắt thép tấm cịn mang tính thủ cơng là chủ yếu. Năng suất và độ chính xác khơng cao, khả năng bảo vệ cũng khơng được đảm bảo. Vì thế máy cắt thép tấm tự động đ được sử dụng nhiều với độ chính xác và năng suất cao hơn so với ban đầu. Tuy vậy, giá thành máy lại cao và khó tiếp cận được

Hiểu rõ được vấn đề ấy, nhóm chng em sau một quá trình thảo luận và bàn bạc đưa đến thống nhất đề xuất “Thiết kế và chế tạo một chiếc máy cắt thép tấm tự động” với mong muốn có thể đáp ứng những yêu cầu của mọi người đối với máy cắt.

Trong nghiên cứu máy cắt này, nhóm em đ thiết kế máy có hai chế độ là Auto và Manual. Cơ cấu cắt phôi của máy gồm lưỡi dao và hệ thống xi lanh thủy lực. Cơ cấu đẩy phơi quyết định chính xác kích thước sản phẩm được thực hiện bởi động cơ bước. PLC Mitsubishi là bộ điều khiển chính, dùng để phát tín hiệu điều khiển cho bộ phận đẩy phơi và bộ phận cắt phơi, sau đó hiển thị thơng tin q trình cắt trên màn hình HMI. Máy có thể đếm số lượng sản phẩm, điều chỉnh tốc độ cắt và kích thước phơi cắt tùy theo người sử dụng. Từ đó có thể giải quyết phần nào vấn đề giá cả nhưng vẫn giữ được những chức năng cơ bản của máy.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Giới hạn đề tài

Bố cục đề tài

CHƯƠNG 2. HIẾT KẾ CƠ KHÍ Cơ sở lý thuyết

Biến dạng dẻo của kim loại

Sự thay đổi tính chất của thép trong gia cơng Ngun lý biến dạng khi cắt kim loại

Cơ cấu cắt phôi Cơ cấu kẹp phôi Sơ đồ nguyên lý máy Thiết kế tính tốn động học máy

Thiết kế các bộ phận của máy Xác định các thơng số máy Tính tốn động lực học của máy

Tính tốn thủy lực cho bộ phận tạo lực cắt Chọn bơm dầu cung cấp cho hệ thống thủy lực

ác định kích thước đường kính ống dẫn dầu Chọn bể dầu cho hệ thống

Các phần tử thủy lực khác CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ ĐIỆN

Lựa chọn thiết bị điều khiển Lựa chọn hệ thống điều khiển Lựa chọn các phần còn lại của hệ thống

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Thiết kế và bố trí thiết bị bên trong tủ điện

Lưu đồ giải thuật và thuật toán cấp xung cho động cơ Lưu đồ giải thuật

Thuật tốn tính xung cấp cho động cơ

Điều khiển tốc độ động cơ và vị trí của thanh đẩy phơi Thiết kế giao diện

CHƯƠNG 4. KẾT QỦA VÀ THỰC NGHIỆM Kiểm nghiệm thiết kế

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>DANH MỤC HÌNH ẢNH</b>

1 Kết cấu thép tấm trong xây dựng

2 Sản phẩm thép tấm sử dụng trong ngành điện 3 Thép tấm sử dụng trong ngành đóng tàu biển 4 Máy cắt cầm tay mini

5 Máy cắt thép tấm bằng tay 6 Máy cắt thép tấm tự động

1 Biểu diễn quá trình biến dạng kéo của kim loại 2 Biểu diễn các loại biến dạng trong đơn tinh thể kim loại 3 Biểu diễn các giai đoạn của quá trình cắt

Biểu diễn bề mặt bên của phần kim loại bị tách ra 5 Biểu diễn lực tác dụng phân bố khi cắt

6 Biểu diễn sơ đồ các vết nứt tại mép cắt 7 Minh họa khi cắt bằng Oxi

8 Minh họa cắt bằng Lazer 9 Cắt bằng Plasma

10 Sơ đồ cắt thép bằng dao thẳng song song Thời kì cặp của dao thẳng song song 12 Thời kì cắt của dao thẳng song song

13 Biểu đồ biểu diễn lực cắt theo thực nghiệm (A) và và theo đường lý thuyết

14 Máy cắt chấn động 15 Nguyên lý máy cắt dao đĩa 16 Máy cắt có lưỡi dao nghiêng 17 Cơ cấu hình sin

18 Cơ cấu tay quay con trượt 19 Cơ cấu cắt bằng thủy lực

20 Kẹp phôi bằng trọng lực của một khối kim loại

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

32 Khung gá dao dưới 33 Cụm cơ cấu kẹp phôi 34 Cụm chi tiết cấp phơi

40 Bơm bánh răng ăn khớp ngồi

41 Van đảo chiều 4/3 điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện 42 Kết cấu van tràn

43 Kết cấu van tiết lưu hai chiều 44 Van một chiều

Các loại ống nối 1 Sơ đồ khối của hệ thống

3 Sơ đồ chân của bộ điều khiển

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

15 Sơ đồ mạch điều khiển 16 Lưu đồ giải thuật

17 Lưu đồ các bước của thuật tốn tính xung cấp Màn hình khởi dộng của OP20 Edit Tool 19 Lựa chọn m màn hình HMI và dòng PLC 20 Hộp thoại thiết kế của OP20 Edit Tool 21 Tạo khối Text cơ bản

1 Góc chính diện của máy 2 Góc sau của máy

3 Linh kiện hệ thống được lắp đặt trong tủ điện 4 Các mặt của tủ điện

5 Cấu tạo khối đẩy phôi

Hệ thống bơm thủy lực và đường đi dây thủy lực

8 Thao tác đẩy phôi bằng tay 9 Kết quả phôi khi chạy Manual 10 Vết cắt tại mép phôi

11 Biểu diễn thao tác đặt phôi lên bàn cắt

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Mép phôi trước khi cắt

13 Cài đặt thông số đầu vào cho máy cắt

14 Sản phẩm chạy thực nghiệm (Auto) cắt phôi 2cm 15 Cài đặt thông số đầu vào cho máy cắt

16 Sản phẩm chạy thực nghiệm (Auto) cắt phơi 4cm 17 Vịng bi đũa đỡ

18 Lỗi phơi cắt không đều 19 Lỗi cắt không đứt phôi

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>DANH MỤC BẢNG BIỂU</b>

Bảng 2 1 Biểu diễn các thông số ảnh hưởng đến lực cắt Bảng 2 2 Phân tích ưu nhược điểm của các phương án cắt Bảng 2 3 Phân tích ưu nhược điểm của các phương án kẹp phôi Bảng 3 1 Lựa chọn thiết bị

Bảng 3 2 Khả năng an toàn Bảng 3 3 Thông số kỹ thuật PLC Bảng 3 4 Bảng chức năng chân Input Bảng 3 5 Bảng chức năng chân Output Bảng 3 6 Thông số kỹ thuật động cơ

Bảng 3 7 Biểu diễn thông số kỹ thuật của Driver TB6600 Bảng 3 8 Cài đặt cường độ dòng điện

Bảng 3 9 Cách cài đặt bước cho Driver Bảng 3 Thông số kỹ thuật Contactor Bảng 3 11 Thông số kỹ thuật màn hình Bảng 4 1 Số liệu kiểm tra tĩnh

Bảng 4 2 Số liệu ghi lại vận hành của động cơ bước Bảng 4 3 Kết quả thực nghiệm máy chạy Manual Bảng 4 4 Kết quả chạy thực nghiệm (Auto) cắt phôi 2cm Bảng 4 5 Kết quả chạy thực nghiệm (Auto) cắt phôi 4cm

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

GVHD: ThS. Tưởng Phước Thọ

<b>CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN</b>

<b>Tính cấp thiết của đề tài</b>

nay khi nhu cầu về đời sống của con người càng được nâng cao thì nền kinh tế cần phải tăng theo để đáp ứng. Trong đó ngành cơng nghiệp cơ khí, mà điển hình là ngành cơng nghiệp tạo phơi đóng một vai trò quan trọng. Đây là khâu cơ bản đầu tiên trong quy trình sản xuất cơ khí, một số phương pháp tạo phôi như kéo, nén, cắt gớp phần tạo ra các sản phẩm, vật dụng trong ngành cơ khí.

Thép tấm hầu như được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp kể trên.

Thép tấm được sản xuất theo hình dáng từng miếng để đáp ứng nhu cầu về các ngành: ngành xây dựng, những thép hình cỡ lớn trong những dầm cầu được hình thành từ nhiều tấm thép tấm dày cắt nhỏ, chng được dùng để liên kết với nhau để tạo thành kết cấu thép bền vững hơn, chng có thể liên kết với nhau bằng mối hàn, bulông hoặc đinh tán.

Kết cấu thép tấm trong xây dựng (Nguồn: Thép Bắc Hà (thepbacha.com.vn)

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

GVHD: ThS. Tưởng Phước Thọ

ngành chế biến, thép tấm cũng được sử dụng rộng ri, nó thường được để chế tạo các bể chứa, thùng chứa, các chai, hộp để đóng gói.

Trong ngành điện, thép tấm lại được dùng để tạo ra các sản phẩm như là các lá thép trong stato bơm nước hay quạt điện, các thép tấm mỏng hơn dùng để ghép lại trong chấn lưu đèn ống, máy biến thế.

Sản phẩm thép tấm sử dụng trong ngành điện

(Nguồn:Vỏ tủ điện trong nhà Sản xuất theo yêu cầu Bền đẹp Giá tốt (ieec.vn) Trong ngành cơ khí chế tạo, thép tấm được sử dụng trong thân máy của các máy cắt kim loại, trong khung sườn xe máy.

Thép tấm dùng làm vỏ của những kết cấu khung tàu thuyền trong ngành đóng tàu biển.

Thép tấm sử dụng trong ngành đóng tàu biển (Nguồn:Thép tấm chống trượt (thephinhducgiang.com)

Trong ngành cơ khí ơ tơ, thép tấm hầu như rất quan trọng, những tấm thép được dùng làm các khung sườn, gầm, che kín thùng xe, lót sàn xe ô tô, và các bộ phận che

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

GVHD: ThS. Tưởng Phước Thọ

Trong Trong những ngành nghề khác thì thép tấm thường dùng để tạo ra các sản phẩm dân dụng phục vụ đời sống hằng ngày hoặc trong ngành công nghiệp hàng không thì dùng để che chắn, cửa của máy bay, nắp đậy thân.

Với nhu cầu sử dụng hiện tại của thép tấm cần phải có các máy móc, thiết bị để cắt các loại thép tấm phục vụ trong lĩnh vực cơ khí chế tạo.

Hiện tại có rất nhiều phương pháp và kỹ thuật cắt thép tấm khác nhau. Những sản phẩm đều được tạo ra với mục đích đáp nhu cầu của người sử dụng. Từ máy cắt thép tấm bằng tay, chạy bằng điện hay đến máy cắt bằng thủy lực. Loại máy nào cũng có các ưu và nhược điểm nhất định, sẽ phù hợp với từng nhu cầu sử dụng riêng. Đối với mơ hình nhỏ như hộ gia đình, người ta thường sử dụng máy cắt thép tấm cầm tay mini chạy bằng động cơ điện.

Ưu điểm của các sản phẩm này bao gồm: Thiết kế nhỏ gọn →Dễ dàng di chuyển Ít thao tác khi vận hành →Dễ dàng sử dụng. Chi phí thấp →Phù hợp với kinh tế vừa và nhỏ.

Máy cắt cầm tay mini (Nguồn:

Tuy ưu điểm là vậy nhưng những loại máy này cũng có một số hạn chế nhất định. Khả năng bảo vệ người dùng <sub>→</sub>Chưa có loại máy cắt cầm tay nào thật sự đáp ứng được vấn đề bảo đảm an toàn cho người vận hành máy.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

GVHD: ThS. Tưởng Phước Thọ

Độ chính xác khi cắt <sub>→</sub> Đây cũng là một vấn đề của dạng máy cắt cầm tay, mặc dù đ có cải tiến theo thời gian, nhưng độ chính xác vẫn cịn quá phụ thuộc vào tay nghề của người vận hành máy.

Cuối cùng là khả năng cắt liên tục.

Máy cắt thép tấm bằng tay (Nguồn:Máy cắt , Gấp tôn bằng tay (katavietnam.com)

Đối với mơ hình lớn như các xí nghiệp, nhà máy. Nhu cầu cũng cần được thay đổi, khi họ phải cắt thép ở một số lượng lớn hơn, nhanh hơn, và chính xác hơn. Máy cắt bằng tay hầu như không thể đáp ứng được những yêu cầu đó nữa. Từ đó máy cắt thép tấm thủy lực ra đời.

Máy cắt thép tấm tự động (Nguồn:

Sản lượng được tạo ra bởi máy cắt thủy lực cao hơn rất nhiều so với trước đây, hơn nữa chất lượng sản phẩm cũng rất cao nhờ công nghệ kỹ thuật vượt trội gip hạn

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

GVHD: ThS. Tưởng Phước Thọ

chế sai sót trong thi cơng hàn và đảm bảo tính đồng nhất. Đồng thời công cụ này cũng tiết kiệm thường là 40% thời gian sản xuất so với các dụng cụ thủ cơng và dự đốn con số này sẽ cịn tăng hơn với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay. Khơng chỉ có thế, máy cắt thép tấm tự động cịn đảm bảo an tồn lao động cho đội ngũ công nhân vận hành và giảm các chi phí chăm sóc sức khỏe nhân cơng cho doanh nghiệp.

Ưu điểm của các giải pháp cắt tự động:

Năng suất cao, thời gian nghỉ giữa các lần được rt ngắn. Có khả năng hoạt động liên tục, bền bỉ với công suất lớn, chịu áp lực ổn định. Có thể làm việc ở nhiều mơi trường khác nhau.

Cho phép cắt chính xác vị trí cần thiết trên các vật liệu kim loại, hợp kim. Tạo ra các sản phẩm đạt chất lượng.

Đáp ứng được yêu cầu của khách hang.

Dễ sử dụng, không tiêu tốn nhiều thời gian và cơng sức, khơng địi hỏi người lao động phải có tay nghề cao. Máy cắt sử dụng công nghệ để cắt tự động và được điều khiển thơng qua chương trình được lập trình sẵn, được tự động hóa để phù hợp cho các doanh nghiệp, cơ sở kinh doanh nhỏ.

Bảo vệ được sức khỏe người lao động tốt nhất có thể do khơng trực tiếp tiếp xc với

<b>Đối tượng và phương pháp nghiên cứuĐối tượng nghiên cứu</b>

Thiết kế và chế tạo máy cắt thép tấm tự động sử dụng trong phòng thực hành.

</div>