tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống cấp phôi tự động sử dụng phễu rung và tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện nc takamaz

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN KIM THIÊN

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PHỄU RUNG
VÀ TAY MÁY CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG CHO
LOẠI MÁY TIỆN NC TAKAMAZ
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S KC 0 0 3 7 9 8

Tp. Hồ Chí Minh, 2012


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Trần Kim Thiên

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 24/11/1981

Nơi sinh: Đồng Nai

Quê quán: Đồng Nai

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 82/7, Tân Phú 2,Tân Bình, Dĩ An, Bình
Dƣơng.
Điện thoại nhà riêng: 0972872262
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
Đại học:
Hệ đào tạo: Chính Quy

Thời gian đào tạo từ 09/2000 đến12/ 2005

Nơi học : Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hố Chí Minh

Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy
Môn thi tốt nghiệp: Pro/Engineer, PLC, Khí Nén
Ngày & nơi thi tốt nghiệp: 12/2005, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

2005-2007

Công ty Nissey Viet Nam , khu chế
xuất Tân Thuận, Quận 7

Nhân viên,

I

Phòng thiết kế


2007-2012

Công ty Maruei Viet Nam, khu công
nghiệp Việt Nam Singapore, Bình
Dƣơng

Quản lý,

Phòng kỹ thuật nhà máy

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 10 năm 2012
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

II


LỜI CẢM ƠN
----

Sau hai năm theo học chƣơng trình đào tạo sau đại học tại trƣờng Đại học Sƣ
phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, em đã đúc kết đƣợc những kiến thức bổ ích
cho chuyên môn của mình. Với đề tài nghiên cứu dƣới hình thức luận văn thạc sĩ, em
đã vận dụng những kiến thức mà mình đƣợc trang bị để tiến hành giải quyết một bài
toán thực tiễn. Vì đề tài luận văn là nghiên cứu và giải quyết vấn đề thực tiễn của một
nhà máy gia công cơ khí trên cơ sở nghiên cứu thực tiễn và lý thuyết về cấp phôi tự
động sử dụng bằng phƣơng pháp rung động kết hợp tay máy chuyên dùng, nên khi bắt
đầu nghiên cứu em đã gặp khá nhiều bỡ ngỡ và khó khăn. Nhƣng với sự tận tình của
thầy hƣớng dẫn TS. Lê Hiếu Giang, cùng với sự hỗ trợ từ phía gia đình, bạn bè đồng
nghiệp, cho đến nay luận văn của em đã đạt đƣợc những kết quả nhƣ mong muốn.
Đến đây, cho phép em gửi lời tri ân sâu sắc đến:
-

Ban Giám Hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

-

Thầy TS. Lê Hiếu Giang – Khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ
thuật Thành phố Hồ Chí Minh

-

Quý thầy cô khoa Cơ khí máy - trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành
phố Hồ Chí Minh

-

Phòng Đào tạo - Sau Đại học và các phòng khoa trong trƣờng Đại học Sƣ
phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

-

Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các anh, chị trong lớp cao học Công Nghệ
Chế Tạo Máy, khóa 2009- 2011

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ, động viên quý báu
của tất cả mọi ngƣời. Xin trân trọng cảm ơn!
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng10 năm 2012

III


Học viên thực hiện luận văn

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

----

Hiện nay, các hệ thống sản xuất công nghiệp nói chung và các quá trình sản xuất
trong lĩnh vực gia công cắt gọt cơ khí nói riêng đều phát triển theo hƣớng tự động hóa
ngày càng cao. Vì thế quá trình cấp phôi là một trong những yêu cầu cần thiết cần phải
đƣợc nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích
nâng cao năng suất lao động, sử dụng và khai thác các máy móc, thiết bị một cách có
hiệu quả nhất, nâng cao chất lƣợng sản phẩm và giảm giá thành sản phẩm.
Trong lĩnh vực gia công cắt gọt các chi tiết dạng rời, gia công trên máy tiện
chiếm số lƣợng lớn. Các chi tiết dạng này có khối lựơng gia công không nhiều nên thời
gian cấp phôi có tỷ lệ rất cao. Vì vậy, tính toán và thiết kế hệ thống cấp phôi loại này
một cách hoàn chỉnh sẽ tăng năng suất đáng kể. Để cấp phôi dạng rời trong gia công
cắt gọt có nhiều cách khác nhau. Nhƣng cấp phôi bằng phƣơng pháp rung động là
phƣơng pháp cho năng xuất cao, đơn giản và phổ biến. Vì vậy, tác giả chọn và thực
hiện đề tài “Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống cấp phôi tự động sử dụng phễu
rung và tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC Takamaz”.
Qua quá trình tìm hiểu thực tế quá trình gia công cắt gọt trên máy NC Takamaz
tại công ty Maruei Viet Nam Precision, khu công nghiệp Viet Nam Singapore. Tác giả
đã phân tích, tính toán các đặc điểm của quá trình cấp phôi hiện tại. Qua đó đƣa ra
phƣơng án cải tiến vấn đề cấp phôi cho máy tiện NC của nhà máy theo hƣớng tự động.
Với mục tiêu và yêu cầu đặt ra ban đầu cho hệ thống cấp phôi tự động này:

IV


 Mỗi công nhân vận hành 1 máy NC nhƣ hiện tại → mỗi công nhân vận
hành 4 máy NC sau khi áp dụng hệ thống cấp phôi tự động.
 Phế phẩm do lỗi thao tác sai từ 0.04% → sẽ giảm xuống 0%.
 Thời gian cấp phôi giảm 50% so với phƣơng pháp cấp phôi hiện tại.
Trên cơ sở thực tiễn đó, tác giả đã tính toán thiết kế hệ thống cấp phôi tự động

sử dụng phễu rung kết hợp với băng tải và robot có 3 bậc tự do cấp phôi cho một máy
tiện NC.
Sau khi tính toán, thiết kế tác giả đã sử dụng phần mềm Solidworks mô phỏng
nguyên lý hoạt động hệ thống cấp phôi tự động này để thấy đƣợc vai trò của từng cơ
cấu trong toàn hệ thống. Kết quả này là cơ sở để chế tạo hệ thống cấp phôi tự động áp
dụng vào thực tế sản xuất của nhà máy.

V


ABSTRACT
---Nowadays, the industrial

manufacturing system in

general

and the

manufacturing process in the field of mechanical machining in particular are
developing in the direction of increasing automation. So the feeders is one of the
necessary requirements need to be studied and solved in automated production systems
aimed at improving labor productivity, use and exploitation of machinery, equipment
be a most effective way, improve product quality and reduce production costs.
In the field of mechanical machining, workpieces in bulk processing on a lathe
have very large number. The details of this type have not much volume processing. So
time for the feeders a very rate. Therefore, to calculate and design feeders system is a
complete way to increase productivity significantly. To feeders bulk of cutting process
in different ways. But feeders by the vibration method is a method for high
productivity, simplicity and popularity. Therefore, this thesis will study "Calculate,

design and simulate the automatic feeders system using vibrating hopper and robot
automatic feeders for type lathes NC Takamaz".

VI


Through the fact-finding process processing cutting machine NC Takamaz in
Maruei Viet Nam Precision company, in Viet Nam Singapore industrial park. The
researcher has analyzed, calculated the characteristics of the feeders processing current.
Thereby, the researcher give improved method feeders for NC lathes of the plant in the
direction automatically.
With the objectives and requirements of the initial set of automated feeders
system:
 Each NC machine need one worker as current → four NC machine need
one worker after applying automatic feeders system.
 Waste product caused by wrong operation from 0.04% → will be reduced
to 0%.
 Time feeders down 50% compared to the current method feeders.
On practical basis, the researcher calculated and designed the automatic feeder
system use vibrating hopper associated with conveyor and robot has 3 degrees of
freedom. To feeders bulk an NC lathe machining.
After calculated and designed, the researcher used SolidWorks software to
simulate principle of operation of this automatic feeders to see the role of each
structure in the entire the system. This result is the basis for our manufacturing system
the automatic feeders system applied to actual production of the plant.

VII


MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN ..................................................................................................... 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................. 1
1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ............................................ 4
1.3 MỤC TIÊU, KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU.................................... 4
1.3.1 Mục tiêu................................................................................................................. 4
1.3.2 Khách thể ............................................................................................................... 4
1.3.3 Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................ 5
1.4 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................... 5
1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................ 5
Chƣơng 2: PHÂN TÍCH PHƢƠNG ÁN CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN
TỐI ƢU.................................................................................................................................. 7

VIII


2.1 PHÔI RỜI..................................................................................................................... 7
2.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP PHÔI RỜI............................ 8
2.3 ĐỊNH HƢỚNG PHÔI RỜI .......................................................................................... 9
2.4 ĐƢA RA PHƢƠNG ÁN.............................................................................................10
2.4.1 Phễu cấp phôi kiểu giá nâng .................................................................................10
2.4.2 Phễu cấp phôi định hƣớng bằng khe và rãnh:.........................................................11
2.4.3 Phễu cấp phôi định hƣớng bằng ống quay: ............................................................12
2.4.4 Phễu cấp phôi kiểu ống hai nửa: ............................................................................13
2.4.5 Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay ..................................................................................14
2.4.6 Phễu cấp phôi rung động: ......................................................................................15
2.4.7 Lựa chọn phƣơng án: ............................................................................................17
2.5 GIỚI THIỆU PHỄU RUNG CÓ MÁNG XOẮN VÍT ................................................17
2.5.1 Phân loại phễu tròn: ..............................................................................................18
2.5.1.1 Phân loại theo hình dáng: ...............................................................................18
2.5.2.1 Phân loại theo phƣơng pháp chế tạo: ..............................................................19

2.6 NGUYÊN LÝ VẬN CHUYỂN PHÔI TRÊN MÁNG XOẮN VÍT .............................19
Chƣơng 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG ..................................................24
3.1 THỰC TRẠNG Ở CÔNG TY MARUEI VIET NAM PRECISION ............................24
3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG ..........................................................24
3.2.1 Đặc điểm cấp phôi cho các máy NC hiện tại..........................................................25
3.2.2 Yêu cầu hệ thông cấp phôi tự đông .......................................................................25
3.2.3 Sơ đồ hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động ........................................................26
3.2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động ........................................27
3.2.5 Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp phôi .................................................27
Chƣơng 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHỄU RUNG..............................................................28
4.1 TÍNH TOÁN PHỄU ...................................................................................................28
4.1.1 Chọn vật liệu chế tạo phễu ....................................................................................28
4.1.2 Các thông số hình học của phễu ............................................................................28
4.2 KÍCH THUỚC ĐẾ .....................................................................................................33

IX


4.3 ĐỊNH HƢỚNG PHÔI TRÊN MÁNG XOẮN .............................................................33
4.3.1 Giới thiệu về vấn đề định hƣớng phôi rời ..............................................................33
4.3.2 Thiết kế cơ cấu định hƣớng phôi nguyên liệu trên máng xoắn ...............................34
4.3.2.1 Các trạng thái và lƣu đồ di chuyển của phôi nguyên liệu trên máng xoắn........34
4.3.2.2 Thiết kế cơ cấu định hƣớng phôi nguyên liệu trên máng xoắn.........................34
4.4 MÁNG DẪN PHÔI ...................................................................................................36
4.4.1 Cấu tạo máng dẫn phôi ..........................................................................................36
4.4.2 Tính toán máng dẫn phôi: ......................................................................................39
4.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KÍCH THƢỚC CÁC CHÂN ..............................................41
4.5.1 Kết cấu của các chân .............................................................................................41
4.5.2 Tính toán các chân ................................................................................................42
4.6 TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN .............................................................................44

4.6.1 Chọn số nam châm điện từ sử dụng trong cơ cấu rung ...........................................44
4.6.1.1 Khi có một nam châm điện ............................................................................44
4.6.1.2 Khi có bốn nam châm điện ...........................................................................45
4.7 CƠ CẤU RUNG ĐIỆN TỪ ........................................................................................46
4.7.1 Cơ cấu rung điện từ một nhịp ................................................................................46
4.7.2 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp .................................................................................47
4.7.3 Tính nam châm điện ...........................................................................................48
4.8 CƠ CẤU GẢM CHẤN ...............................................................................................51
4.9 MÔ HÌNH 3D PHỄU RUNG ......................................................................................54
4.10 ĐIỀU KHIỂN PHỄU RUNG ....................................................................................54
4.11 PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH NĂNG SUẤT PHỄU .............................................56
Chƣơng 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ROBOT ......................................................................57
5.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ROBOT ...........................................................57
5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT ....................................................... 58
5.3. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT ...........................................................................59
5.3.1 Thiết lập phƣơng trình động học cơ bản của robot .................................................59
5.3.1.1 Xây dựng các hệ tọa độ .................................................................................59

X


5.3.1.2 Lập bảng thông số Denavit- Hartenberg nhƣ sau: ..........................................59
5.3.1.3 Xác định các ma trận biến đổi........................................................................60
5.4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC KHÂU CỦA ROBOT ...............................................62
5.4.1 Khâu cố định.........................................................................................................62
5.4.2 Khâu 1 ..................................................................................................................62
5.4.3 Khâu 2 ..................................................................................................................63
5.4.4 Khâu 3 ..................................................................................................................63
5.4.5 Mô hình 3D của robot ...........................................................................................63
5.5 CƠ CẤU CHẤP HÀNH .............................................................................................64

5.5.1 Giới thiệu sơ lƣợc về xilanh ..................................................................................64
5.5.2 Tính toán và chọn xilanh dẫn động các khâu ........................................................65
5.6. CHỌN CÁC KHỚP ĐỘNG CHO ROBOT .................................................................67
5.6.1 Cấu tạo khớp động của robot .................................................................................67
5.6.2 Chọn khớp1 ..........................................................................................................67
5.6.3 Chọn khớp 2 .........................................................................................................68
5.7 HỆ THỐNG ĐIỀU KIỂN ROBOT ...............................................................................69
5.7.1 Truyền dẫn động robot .................................................................................. 69
5.7.2 Truyền dẫn động khí nén .......................................................................................70
5.7.3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống dẫn động khí nén ..............................................70
5.7.4 Thiết kế hệ thống điều kiển robot ..........................................................................71
5.7.4.1 Mạch điều kiển khí nén .................................................................................71
5.7.4.2 Thiết kế sơ đồ trang thái của hệ thống điều khiển ..........................................72
5.7.4.3 Chƣơng trình PLC điều kiển hệ thống ...........................................................72
Chƣơng 6: TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ BĂNG TẢI ..................................................................76
6.1 GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................................................76
6.2 PHÂN LOẠI BĂNG TẢI ...........................................................................................77
6.3 CHỌN LOẠI BĂNG TẢI .........................................................................................78
6.4 CHỌN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG ...................................................................................78
6.5 THIẾT KẾ BĂNG TẢI ...............................................................................................79

XI


6.6 MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KIỂN BĂNG TẢI ......................................................................80
Chƣơng 7 MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CẤP PHÔI ............................81
7.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ........................................................ 81
7.1.1 Giới thiệu về phần mềm ................................................................................ 81
7.1.2 Giới thiệu về các tính năng mô phỏng của solidworks ................................... 81
7.2 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG .............................................. 82

7.2.1 Trình tự các bƣớc thực hiện .......................................................................... 82
7.2.2 Kết quả của quá trình mô phỏng ................................................................... 82
7.3 SƠ ĐỒ KHỐI ĐIẾU KIỂN HỆ THỐNG ............................................................. 82
Chƣơng 8: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ ....................................................................................84
8.1 TÓM TẮT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI..........................................................84
8.2 ĐỀ NGHỊ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.................................................................85

XII


XIII


Chương 1: Tổng quan

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, các hệ thống sản xuất trong các ngành công nghiệp nói chung như: sản
xuất phân bón, vật liệu xây dựng, thực phẩm…vv. Các quá trình sản xuất các sản phẩm
trên máy cắt kim loại, các máy gia công bằng áp lực như: cán, uốn, dập, đột…vv, các
quá trình công nghệ lắp ráp sản phẩm cơ khí hay kiểm tra, đều phát triển theo xu hướng
tự động hóa ngày càng cao. Để đảm bảo được quá trình sản xuất ổn định thì nhất thiết
phải có quá trình cung cấp phôi chính xác về vị trí trong không gian theo đúng nhịp
(cấp đúng lúc) và liên tục theo chu trình hoạt động của máy một cách tin cậy.
Vì thế quá trình cấp phôi là một trong những yêu cầu cần thiết phải được nghiên
cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao năng
suất lao động, sử dụng và khai thác các máy móc, thiết bị một cách có hiệu quả nhất và
nâng cao chất lượng sản phẩm.

Trong thực tế hiện nay của các ngành sản xuất nói chung, người ta đang sử dụng
rộng rãi các hệ thống cấp phôi bằng cơ khí, phối hợp cơ khí- điện, cơ khí – khí nén.
Với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực điều khiển tự động và robot đã cho phép đưa
vào các tay máy, người máy làm việc theo chương trình và dễ dàng thay đổi được
chương trình một cách linh hoạt thích ứng với kiểu phôi liệu khác nhau khi cần thay
đổi các sản phẩm. Đây là một trong những tính chất rất quan trọng mà nhờ nó có thể áp
dụng công nghệ tiên tiến vào trong quá trình sản xuất hàng loạt.
Có thể thấy rằng, việc nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động có tính bao quát, bao
hàm nhiều lĩnh vực và liên quan đến nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Ngày nay, việc sử dụng các dây chuyền, hệ thống để chế tạo sản phẩm không còn
là điều mới mẻ đối với các quốc gia trên thế giới. Đối với các nước có nền công nghiệp

1


Chương 1: Tổng quan

phát triển thì các hệ thống gia công này được đầu tư thiết kế, trang bị đầy đủ và vô
cùng hiện đại, có các kết cấu cơ khí rất chính xác, các robot trong dây chuyền hết sức
linh hoạt. Đặc biệt, công việc điều khiển dây chuyền rất đơn giản, dễ dàng, thuận tiện
cho người sử dụng và có thể dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển hoạt động của
dây chuyền để chế tạo các chi tiết máy, các sản phẩm khác theo yêu cầu thực tế của thị
trường. Quy trình hoạt động của hệ thống là một chu trình liên tục khép kín, từ nguyên
công cấp phôi cho đến nguyên công đóng gói sản phẩm đưa vào kho dự trữ hay đưa
ra thị trường đều được tự động hóa.
Với Việt Nam là một quốc gia có nền công nghiệp đang phát triển, đang cố
gắng học hỏi, tiếp cận, kế thừa các công nghệ cao của thế giới. Hiện tại, ở nước ta các
máy gia công chính xác như NC, CNC…đang dần dần được các công ty, các trung
tâm gia công đưa vào để thay thế các máy gia công truyền thống. Do điều kiện kinh
tế, cơ sở vật chất, trình độ con người còn thấp nên các dây chuyền sản xuất tự động

công nghệ cao, các dây chuyền gia công tích hợp CIM chưa được sử dụng rộng rãi. Vì
vậy chúng còn tương đối mới mẻ, xa lạ đối với sinh viên, cán bộ kỹ thuật tại các trung
tâm gia công, các công ty chế tạo. Do vậy việc tính toán, thiết kế và từng bước chế tạo
mô hình cấp phôi tự là rất cần thiết.
Cấp phôi tự động hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng,
nhưng cấp phôi tự động bằng phương pháp rung động là một phương pháp phổ biến, áp
dụng cho nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau và mang lại hiệu quả cao.
Cấp phôi tự động sử dụng phương pháp rung trên thế giới và trong nước đã có
nhiều đề tài nghiên cứu cho nhiều lĩnh vực khác nhau như:
 Dana R.berkowitz-University of California, Designing Part Feeders Using
Dynamic Simulation. Đây là công trình nghiên cứu về phễu rung dựa vào
việc mô phỏng động năng của chi tiết trong phễu nhằm mục đích khắc phục
những nhược điểm của các thiết kế mới.

2


Chương 1: Tổng quan

 Martin

maher-waterford

institute

of

technology-2010,

The

design

/development of automated programmable orientation tools for vibratory
bowl feeder. Đây là công trình nghiên cứu hiệu quả của phễu rung trong sản
xuất hàng loạt đặc biệt là trong các dây chuyền lắp ráp và ảnh hưởng của
nhược điểm của phễu rung và đề xuất những biện pháp khắc phục những
nhược điểm này.
 Department of mechanical engineering national institute of technologe
Rourkela, Part Feedeing System For FMS. Đề tài nghiên cứu về các hình
thức cầp phôi rung cho các hệ thống sản xuất linh hoạt và phân tích động học
của phễu rung và động học của chi tiết trong phễu rung.
Bên cạnh những nghiên cứu trên thì hiện nay trên thế giới có rất nhiều công ty
chuyên sản xuất các phễu rung cấp phôi. Với nhiều kích cở và công xuất khác nhau.
Trong nước ta, cũng đã có nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụng phương pháp rung
động vào việc cấp phôi tự động.
 Luận văn Thạc sĩ của KS. Phan Minh Thanh – trường đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật Tp. HCM – năm 2002, đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình
phễu rung động và cân định lượng điện tử cho máy đóng gói.
 Đề tài tốt nghiệp đại học – trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM –
năm 2008, đã nghiên cứu, thiết kế hệ thống cấp phôi bạc sắt xốp cho dây
chuyền lắp ráp quạt tản nhiệt CPU.
Tuy nhiên, những nghiên cứu trên chưa áp dụng cho các lĩnh vực cấp phôi tự
động cho gia công cắt gọt cơ khí.
Trong gia công cắt gọt cơ khí, phôi rời chiếm số lượng lớn nhất và cũng đa dạng
nhất, các chi tiết dạng rời, nhỏ và có hình dạng đơn giản như: bulông, đai ốc, chốt trụ,
côn, bánh răng loại nhỏ, bạc trụ, các loại trục nhỏ có bậc hoặc trơn…vv, các chi tiết
này thường có số lượng rất nhiều. Mặt khác các chi tiết tiêu chuẩn đó có khối lượng gia
công không nhiều. Tỷ lệ thời gian cấp phôi và thời gian cơ bản cao. Vì vậy thiết kế chế

3


Chương 1: Tổng quan

tạo hệ thống cấp phôi loại này một cách hoàn chỉnh sẽ tăng năng suất đáng kể. Vì vậy
dưới sự giúp đỡ của thầy TS. Lê Hiếu Giang, tác giả chọn lĩnh vực này để làm cơ sở
nghiên cứu và thực hiện đề tài “Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống cấp phôi tự
động sử dụng phễu rung và tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC Takamaz”.

1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu, tính toán, thiết kế ra một hệ thống cấp phôi tự động là việc làm rất
cần thiết đối với đội ngũ cán bộ kĩ thuật, đặc biệt là đối với đội ngũ cán bộ kĩ thuật
chuyên ngành chế tạo máy. Chế tạo được một hệ thống cấp phôi tự động trong nước
mang lại rất nhiều lợi ích. Đặc biệt là về mặt kinh tế vì giá thành rẻ hơn rất nhiều so với
thiết bị ngoại nhập nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu sản xuất. Điều đó cũng khẳng
định được trình độ kĩ thuật công nghệ của chúng ta đang và sẽ theo kịp với thế giới.

1.3 MỤC TIÊU, KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
1.3.1 Mục tiêu
Hệ thống cấp phôi tự động trước hết phải nằm trong các hệ thống sản xuất mang
tính tự động từng phần hay toàn phần và không thể có hệ thống sản xuất tự động mà
không có quá trình cấp phôi tự động.
Quá trình cấp phôi tự động cần phải đạt được những mục tiêu sau:
 Nâng cao năng suất do giảm thời gian phụ.
 Chuyển các máy bán tự động trở thành tự động.
 Cải thiện được điều kiện làm việc cho công nhân: giải phóng cho con
người trong các công việc nhàm chán, trong công việc nặng nhọc.
 Đảm bảo độ chính xác gá đặt.

1.3.2 Khách thể
Do cạnh tranh trong nền kinh tế thị trường bắt buộc các nhà sản xuất phải cải tiến
công nghệ, áp dụng tự động hóa cho các quá trình sản xuất để nâng cao năng suất và
giảm chi phí sản xuất để giá thành thấp hơn. Vì thế, quá trình cấp phôi là một trong

4


Chương 1: Tổng quan

những yêu cầu cần thiết cần phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản
xuất tự động.

1.3.3 Đối tƣợng nghiên cứu
Các đặc trưng cơ bản của một hệ thống cấp phôi tự đông.
Nghiên cứu các thiết bị cơ bản của của hệ thống tự động bao gồm: cơ cấu chấp
hành, các thiết bị điều khiển…vv.

1.4 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tổng quan về lĩnh vực cấp phôi tự động và các thành phần của hệ
thống cấp phôi tự động.
Nghiên cứu tổng quan về lĩnh vực cấp phôi tự động bằng phương pháp rung.
Nghiên cứu thực trạng việc cấp phôi cho các máy NC-Takamaz ở nhà máy.
Nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC
–Takamaz.
Sử dụng phần mềm mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp phôi tự động
này.
Trong sản xuất cơ khí phôi rời chiếm số lượng lớn. Các loại phôi rời có kích
thước nhỏ, vừa này rất đa dạng và phong phú. Do vậy, giới hạn của đề tài chỉ tính toán,
thiết kế hệ thống cấp phôi cho chi tiết dạng trụ trơn hoặc trụ bậc có l ≥ d và có khối

lượng không lớn hơn 0,5 kg.
Việc cấp phôi cho loại này có rất nhiều cách khác nhau, nhưng trong đề tài nghiên
cứu này tác giả chỉ tập trung vào nghiên cứu, tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống
cấp phôi tự động bằng phương pháp rung. Đề tài chỉ tính toán, thiết kế và mô phỏng
nguyên lý hoạt động của hệ thống mà chưa chế tạo mô hình.

1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Dựa vào thực tiễn và cơ sở lý luận của các thế hệ anh chị đi trước để làm nền tảng
cho việc nghiên cứu lập luận để đưa ra hướng giải quyết đề tài.

5


Chương 1: Tổng quan

Tham khảo các công trình nghiên cứu về phễu rung đã có để nắm được tình hình,
thực trạng.
Tham khảo tài liệu có liên quan đến việc tính toán, thiết kế hệ thống cấp phôi tự
động sử dụng phễu rung kết hợp tay máy chuyên dùng.
Nghiên cứu các nguyên lý cơ học áp dụng vào việc phân tích, tính toán khi thiết
kế và điều kiển hệ thống.
Nghiên cứu phần mềm mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp phôi.

6


Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu

Chƣơng 2

PHÂN TÍCH PHƢƠNG ÁN CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG VÀ
CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU
2.1 PHÔI RỜI
Phôi rời là loại phôi sử dụng phổ biến trong quá trình sản xuất hàng loạt và hàng
khối, là loại phôi đa dạng về hình dáng, phong phú về chủng loại và kích thước. Vì
vậy, việc phân loại phôi rời có ý nghĩa rất lớn trong lựa chọn các cơ cấu cấp phôi.
Thông thường, phôi rời được phân loại theo hình dáng. Trong một số trường hợp
dựa vào các tính chất khác của phôi để phân loại.
Một số loại phôi rời mà chúng ta thường gặp trong thực tế sản xuất là:
 Chi tiết hình trụ có chiều dài lớn hơn đường kính (L > D) có 2 dạng sau:
-

Dạng chi tiết có hai trục đối xứng vuông góc nhau

-

Dạng chi tiết có 1 trục đối xứng

 Chi tiết hình trụ có chiều dài gần bằng đường kính ( L  D /( L=D  20%) ) là
chi tiết có hai trục đối xứng vuông góc

7


Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu

 Chi tiết có chiều dài nhỏ hơn đường kính L  D ( L  0,8.D) cũng là chi tiết có
hai trục đối xứng vuông góc nhau

 Chi tiết hình trụ có mũ là dạng chi tiết có một trục đối xứng

 Ngoài ra, còn có các chi tiết dạng đĩa, bulông, vít, ốc….

2.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP PHÔI RỜI
Hệ thống cấp phôi đầy đủ cần phải có các thành phần sau đây:
 Phễu chứa phôi hoặc ổ chứa phôi
 Máng dẫn phôi
 Cơ cấu định hướng phôi
 Cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi
 Cơ cấu bắt – nắm phôi khi gá đặt và tháo chi tiết sau khi gia công.
Mỗi thành phần trong hệ thống có một chức năng và nhiệm vụ nhất định và phải
được bố trí đồng bộ với nhau trong một thể thống nhất về không gian và thời gian. Tuy
vậy cũng phải thấy rằng không nhất thiết lúc nào cũng phải có đầy đủ các thành phần
của nó mà tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà chỉ cần một trong số chúng. Việc
phân chia hệ thống thành các thành phần như trên chỉ mang tính chất tương đối vì
người ta có thể kết hợp với một số thành phần trong chúng lại với nhau theo đặc điểm

8


Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu

về hình dáng, kích thước của phôi để giảm được kích thước của hệ thống, làm cho việc
thiết kế, chế tạo và lắp ráp đơn giản hơn.
2.3 ĐỊNH HƢỚNG PHÔI RỜI
Trong quá trình tự động cấp phôi rời, định hướng phôi là một vấn đề quan trọng
nhất và cũng khó khăn nhất. Hình dáng, kích thước, trọng lượng của phôi quyết định
khả năng tự định hướng của nó và quyết định phương pháp định hướng của hệ thống
cấp phôi.
Những chi tiết đơn giản thường được chia thành 2 loại:

 Loại phôi có 1 trục đối xứng.
 Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên.
Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên chỉ cần định hướng 1 lần còn những phôi có
1 trục đối xứng thường phải định hướng 2 lần hoặc định hướng kép.
Các phương pháp định hướng:
 Định hướng bằng tay: Đối với các chi tiết trụ dài (L/D từ 5  10), chi tiết trụ
hoặc côn có L/D xấp xỉ bằng 1, các chi tiết khó định hướng tự động.
 Định hướng tự động: cả 2 bước định hướng diễn ra trong phễu hoặc kết hợp
phễu và máng dẫn.
 Định hướng tự lựa: Để cho việc thiết kế hệ thống cấp phôi tự lựa được dễ
dàng, việc định hướng phôi thường tuân thủ một số nguyên tắc sau:
-

Cơ cấu định hướng phải tạo điều kiện cho phôi tự nhận lấy vị trí ổn định

tự nhiên của nó trong quá trình chuyển động.
-

Tìm cách thu nhận lấy những phôi có vị trí đúng và gạt bỏ hoặc sửa chữa

lại vị trí của những phôi sai yêu cầu.
-

Những phôi bị gạt bỏ phải được vận chuyển ngược về phễu cấp phôi.

-

Nếu cơ cấu định hướng có độ tin cậy không cao thì phải bố trí vài ba cơ

cấu trên đường vận chuyển phôi.

9


Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu

Chi tiết cần định hướng của đề tài là chi tiết hình trụ tròn có 2 trục đối xứng nên
chỉ cần định hướng 1 lần, dùng phương pháp định hướng tự lựa. Các chi tiết chuyển
động trên máng phễu ở trạng thái nằm

2.4 ĐƢA RA PHƢƠNG ÁN
Vì đây là phôi rời, trong đề tài là phôi có 2 trục đối xứng nên ta có một số
phương án cấp phôi.
2.4.1 Phễu cấp phôi kiểu giá nâng
Chức năng của nó là dự trữ, bảo quản, định hướng và cung cấp phôi cho máy.
 Cấu tạo:

Hình 2.1 : Phễu cấp phôi kiểu giá nâng [1]
1: Phễu chứa phôi
2: Cơ cấu cam đẩy
3: Cơ cấu định hướng đứng
4: Phôi
5: Máng dẫn
6: Cơ cấu gạt

10


Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu

 Nguyên lý làm việc của phễu cấp phôi kiểu giá nâng:
Phôi (4) được dự trữ và bảo quản trong phễu chứa (1). Nhờ cơ cấu cam (2) mà
phôi (4) được đưa lên máng dẫn (5). Những phôi có trục tâm nằm ngang sẽ lăn vào
máng (5) còn những phôi nghiêng hoặc thẳng đứng sẽ bị cơ cấu (6) gạt trở lại vào
phễu. Sau khi định hướng phôi nằm ngang đi theo máng dẫn (5). Sau đó phôi (4) lại
được định hướng một lần nữa bởi cơ cấu định hướng đứng của máng (5) để chuyển
trạng thái từ nằm ngang sang dọc và đi đến vị trí yêu cầu tiếp theo. Đồng thời, lúc này
cơ cấu cam (2) quay trở xuống tiếp tục thực hiện hành trình tiếp theo.
 Ưu điểm:
 Dễ thiết kế, gọn nhẹ
 Kết cấu đơn giản
 Giá thành chế tạo rẻ
Nhược điểm:
 Năng suất không cao
 Dễ kẹt phôi
2.4.2 Phễu cấp phôi định hƣớng bằng khe và rãnh:
Dùng để cấp phôi hình trụ ngắn.
 Cấu tạo:

Hình 2.2: Phễu cấp phôi định hướng bằng khe và rãnh [1]

11