Thiết kế module cấp dao cho hệ thống thay dao tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
------

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Phạm Đức An

Lớp:

CN- Cơ điện tử 02 -K60

Học phần:

ME4228

Hà Nội, 6/2018


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Một số ký hiệu thường dùng trong sơ đồ động......................................................................

Hình 2. Sơ đồ động của hệ thống thay dao tự động...........................................................................

Hình 3: Mô hình 16 dao.....................................................................................................................
Hình 4. Input........................................................................................................... 18

Hình 5. Output...................................................................................................................................

Hình 6. Sơ đồ khí nén.........................................................................................................................

Hình 7: Mạch mô phỏng điều khiển hoạt động hệ thống khí nén.......................................................

2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

LỜI NÓI ĐẦU
Ở nước ta, công nghiệp tự động hoá đã được hình thành từ khá lâu, nhưng yếu tố
chính quyết định đến sản xuất tự động hoá là kỹ thuật điều khiển thì vẫn chưa thực sự
phát triển mạnh mẽ, trong các xưởng nhỏ vẫn chủ yếu là các máy vạn năng điều khiển
bằng tay, lấy tay nghề công nhân làm thước đo chất lượng sản phẩm. Điều này thực
sự chưa đi đúng hướng phát triển của thế giới.
Một trong các điểm khiến gia công trên máy vạn năng dẫn tới năng suất và chất
lượng kém hơn gia công trên các máy tự động chính là thao tác thay dao, gá dao thủ
công, vừa mất nhiều thời gian chết của máy, vừa giảm độ chính xác gá đặt dao. Để
giải quyết, các hệ thống thay dao tự động ra đời và được đưa vào các hệ thống máy từ
máy vạn năng đến các trung tâm gia công lớn.
Thay dao tự động đã rút ngắn được thời gian thay dao, nâng cao độ chính xác
khi gá đặt dao, từ đó năng suất và chất lượng sản phẩm gia công được tăng lên rất
nhiều. Qua đó mang lại nhiều lợi nhuận hơn cho người sử dụng nó.
Qua môn học “Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử” này, em đã học được các loại
cảm biến/cơ cấu chấp hành, nguyên lý hoạt động của hệ thống thay dao tự động cho

máy phay đứng CNC một cách sâu sắc và cụ thể hơn.
Dù đã có cố gắng hoàn thành đồ án này với cường độ làm việc cao, cùng sự
hướng dẫn nhiệt tình và cụ thể của các thầy trong bộ môn và các bạn, các anh chị đi
trước, nhưng do hiểu biết còn hạn chế và hơn nữa chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên
chắc chắn đồ án không tránh khỏi được những thiếu sót và bất cập. Vì vậy em rất
mong sự góp ý và sửa chữa của các thầy cô để em có thể rút kinh nghiệm và bổ sung
thêm kiến thức cho mình.

3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các thầy cô trong
Viện Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt sự hướng dẫn tận tình
của thầy Phạm Đức An đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 17 tháng 6 năm 2018

4


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

MÃ HP: ME4228

Giảng viên hướng dẫn: TS. Phạm Đức An
Sinh viên thực hiện: Thái Thị Mỹ Duyên
MSSV: 20155262

Lớp: CN - CĐT 02 K60
I.
II.

Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế Module cấp dao cho hệ thống thay dao tự động
Số liệu cho trước
1.
Hệ thống thay dao cho máy phay đứng
2.
Hệ thống tháo và kẹp dao: dùng xi lanh chuyển đổi khí nén – thủy lực
3.
Loại thay dao (TP): KTM (không tay máy)
4.
Nguồn lực di chuyển cụm chứa dao chạy đến trục chính (PO1): KN (Khí nén)
5.
Nguồn lực quay cụm chứa dao (P02): ĐC động cơ điện
6.
Số lượng ổ chứa dao N = 16
7.
Loại côn gắn chuôi dao BT50
8.
Khối lượng lớn nhất của một con dao M = 7kg
9.
Đường kính lớn nhất của một con dao DMax= 80 (mm)
10.
Thời gian thay dao gần nhất T1 = 3s
11.
Thời gian thay dao dài nhất T2 = 7s
III. Nội dung

1. Xây dựng sơ đồ động của toàn hệ thống thay dao tự động, trình bày sơ lược về quy
trình thiết kế hệ thống thay dao tự động (có thể tham khảo đồ án CĐT 1 và lấy công
thức tính toán từ đó)

2. Xây dựng sơ đồ khối thuật toán điều khiển trả dao / lấy dao
3. Bản vẽ sơ đồ điều khiển điện, khí nén (hoặc thuỷ lực) phù hợp với yêu cầu của đầu bài
4. Mô phỏng hoạt động của hệ thống thay dao tự động bằng phần mềm máy tính (tự chọn
phần mềm)

5. Lập trình PLC trên 1 hệ thống điều khiển CNC cụ thể (tùy chọn)

5


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG I. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG HỆ THỐNG THAY DAO
TỰ ĐỘNG
1. Ưu nhược điểm hệ thống thay dao tự động:
 Hệ thống thay dao là nơi cất giữ một lượng dao cần thiết và đưa nhanh mỗi dao vào vị
trí làm việc khi có yêu cầu.
 Ưu điểm của hệ thống thay dao:
 Rút ngắn thời gian thay dao, tăng năng suất cho sản phẩm.
 Việc thay thế dao được lập trình bằng máy, không phụ thuộc vào các yếu tố
chủ quan từ con người nên độ chính xác sản phẩm sẽ tăng.
 Tăng độ an toàn lao động, tránh rủi ro tai nạn.
 Có khả năng tự động hóa ở mức độ cao.


Nhược điểm:

 Vốn đầu tư lớn.
 Chi phí lắp đặt ban đầu tốn kém.
2. Khái niệm sơ đồ động:

Hình 1: Một số ký hiệu thường dùng trong sơ đồ động

6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Sơ đồ động của máy là những hình vẽ quy ước biểu diễn các bộ truyền, các cơ
cấu liên kết với nhau tạo nên các xích truyền động, xác định những chuyển động cần
thiết của máy. Đồng thời trên đó còn chỉ rõ công suất và số vòng quay của động cơ
điện, đường kính bánh đai, số răng của bánh răng, số đầu mối của trục vít, số răng của
bánh vít.
Chu trình làm việc của hệ thống
Yêu cầu của máy:
Hệ thống thay dao cho máy phay đứng
Hệ thống tháo và kẹp dao: dùng xi lanh chuyển đổi khí nén – thuỷ lực
Loại thay dao (TP): KTM (Không tay máy), TM (Có tay máy)
Nguồn lực di chuyển cụm chứa dao chạy đến trục chính (PO1): KN (Khí nén), TL
3.






(Thuỷ lực), NO (đứng yên, đầu trục chính chạy đến hệ thống thay dao)

 Nguồn lực quay cụm chứa dao (PO2): KN (khí nén), TL (Thuỷ lực), ĐC (Động cơ
điện)
Nên sơ đồ động của toàn hệ thống như sau:

Hình 2: Sơ đồ động hệ thống thay dao tự động
Kí hiệu:
1- Cơ cấu man và đài chứa dao
4- Xylanh 1
7- Xylanh 2

2- Dao
5- CBHT xylanh 1 bên phải
8- CBHT xylanh 2 phía dưới

3- CBHT xylanh 1 bên trái
6- CBHT xylanh 2 phía trên
9- Cảm biến quang

7


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

10- Động cơ điện
13- CBHT trục chính phía trên
(cb3.1)

11- Trục chính
14- CBHT trục chính phía dưới
(cb3.2)

12- Bàn đế

 Mô tả hoạt động:

Khi nhận được lệnh thay dao trong chương trình gia công với định dạng: “Txx M06”
(trong đó xx là số chỉ vị trí con dao cần thay đang được lưu trữ trong hệ thống thay dao
tự động ), thì quá trình thay dao sẽ qua các bước sau:
 Trục chính (11) đi xuống vị trí thay dao (cb3_2)
 Đài chứa dao (1) quay đến vị trí dao trống. Xy lanh 1 (4) đẩy cụm chứa dao (1) về


phía trục chính, chạm tới CTHT xylanh 1.2 (5).
Xy lanh 2 (7) đi ra, tới CTHT 2.2 (8) nhận biết vị trí nhả kẹp dao. Trục chính nhả

dao và đi lên (cb3_1)
 Động cơ điện (10) quay cơ cấu Mante (1) để xác định dao bằng cảm biến quang (9).
 Trục chính (11) đi xuống. Kẹp dao (2) bằng cách cấp khí cho xy lanh 2 (7) đi về, tới



CTHT xylanh 2.1 (6).
Xy lanh 1 (4) hồi về vị trí chờ, tới CTHT 1.1 (3) thì tang đài chứa dao dừng lại.
Trục chính (11) đi lên (cb3_1). Kết thúc quá trình thay dao tự động.
4. Phân tích lựa chọn bộ điều khiển
Để thực hiện chu trình thay dao tự động, ta cần có các cảm biến để nhận biết vị

trí của các cụm cơ cấu trong quá trình là việc, nhận biết đếm số dao. Đồng thời cần các
cơ cấu chấp hành để thực hiện được các chuyển động thay dao như ý muốn.

ST
T

Tên
thiết bị

Hình ảnh minh họa

Chức năng

Chọn
hãng-mã
kí hiệu

8


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

1

Bộ điều
khiển
PLC

Đây là bộ điều
khiển logic lập
trình được
dùng để điều
khiển tổng thể

các thiết bị
trong quá trình
thay dao như
động cơ, cảm
biến,van phân
phối...

Lựa chọn
PLC
Omrom
CPM2A
với 12
cổng ra
vào

2

Biến
tần

Là thiết bị thay
đổi tần số dòng
điện đặt lên
cuộn dây bên
trong động cơ
và thông qua
đó có thể điều
khiển tốc độ
động cơ một
cách vô cấp.

Trong đồ án
này động cơ sẽ
điều khiển dẫn
hướng trục
chính và động
cơ quay đài
dao.

Lựa chọn
biến tần
Omrom
3G3JV

Dùng để phát
hiện dao mà
không cần
phải tiếp xúc

Sử dụng
cảm biến
E3FN

Dùng để giới
hạn hành trình
của các bộ
phận chuyển
động. Khi có
tác động vật lý

Công tắc

hành
trình
Omron
SHLW225

4

5

Cảm
biến
quang

Cảm
biến
công
tắc
hành
trình

9


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

6

(CTHT
)

vào công tắc thì
CTHT sẽ biến
chuyển động cơ
thành tín hiệu
điện đồng thời
thay đổi trạng
thái từ 0 1 và
ngược lại.
Trong đồ án
này, CTHT
được sử dụng
để giới hạn
đường đi của
trục chính, xy
lanh đẩy tang
đài chứa dao và
xy lanh kẹp/nhả
kẹo dao trong
trục chính.

Động
cơ
không
đồng bộ
xoay
chiều
ba pha

Động cơ được
nối với đĩa dẫn

động của cơ
cấu malte, có
nhiệm vụ quay
cơ cấu malte
để đưa ra vị trí
của dao được
trả và dao được
gọi để thay

Sử dụng
động cơ
không
đồng bộ
kiểu
160M

10


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

7

Động
cơ
servo

Được bố trí để
dẫn hướng cụm
trục chính thực

hiện chuyển
động tịnh tiến
lên xuống đến
vị trí gia công
và vị trí thay
dao khi có lệnh
điều khiển.

Servo
motor
Mitsu
bishi
HG-MR

8

Xylanh

+Di chuyển đài
chứa dao đến vị
trí thay dao khi
có lệnh và đưa
đài chứa dao về
vị trí ban đầu
khi thay dao
xong.

Dựa vào
hành
trình của

xylanh,
đường
kính
trong
xylanh,
đường
kính cần
pistong
mà chọn
xylanh
cần thiết
Chọn
AIRTAC
4V210DC24V

+ Thực hiện
kẹp và nhả kẹp
dao
9

Van khí
nén 5/2

Van điện từ khí
nén có tác dụng
đóng hoặc ngắt
dòng khí và
điều chỉnh
hướng của
dòng khí.

11


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG II. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN TRẢ DAO
1. Khái niệm sơ đồ thuật toán.
Phương pháp dùng Sơ đồ khối mô tả thuật toán là dùng theo sơ đồ trên các
bước của thuật toán. Sơ đồ khối có ưu điểm là rất trực quan, dễ bao quát. Để mô tả
thuật toán bằng sơ đồ khối cần dựa vào các nút sau đây :
Nút thao tác : Điều khiển bằng hình chữ nhật.
Nút điều khiển : Biểu diễn bằng hình thoi, trong đó
ghi điều kiện cần kiểm tra.
Nút khởi đầu, kết thúc : biểu diễn bằng hình ovan, thể
thể hiện sự bắt đầu hay kết thúc của chương trình.
Cung : Mũi tên chỉ hướng nối từ nút này sang nút khác.
Hoạt động của thuật toán theo lưu đồ được bắt đầu từ nút đầu tiên. Sau khi thực hiện
các thao tác hoặc kiểm tra điều kiện ở mỗi nút thì bộ xử lý sẽ theo một cung để đến nút
khác. Quá trình thực hiện thuật toán dừng khi gặp nút kết thúc hay nút cuối.
2. Danh sách các biến
Kí hiệu
Spindle_tool
Call_tool

Ý nghĩa

Con dao hiện thời trên trục chính
Con dao được gọi vào

SOL1

Cuộn hút điều khiển van phân phối cấp khi xylanh 1 đi ra (SOL1=1)

SOL2

Cuộn hút điều khiển van phân phối cấp khi xylanh 2 đi ra (SOL2=1)

Cb1.1

CBHT vị trí đài dao ở vị trí chờ (xylanh1)

Cb1.2

CBHT vị trí đài dao ở vị trí thay dao (xylanh1)

Cb2.1

CBHT của xylanh 2 bên trên (kẹp dao)

Cb2.2

CBHT của xylanh 2 bên dưới (nhả kẹp dao)

Cb3.1

CBHT phát hiện vị trí trục chính bên trên (vị trí an toàn)

12

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Cb3.2
cbquang

CBHT phát hiện vị trí trục chính bên dưới (vị trí thay dao)
Cảm biến quang đếm dao

quaythuan

Điều khiển động cơ quay cùng chiều kim đồng hồ

quaynghich

Điều khiển động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ

Bắt đầu

Khởi động chương trình (tín hiệu vào)

Kết thúc

Kết thúc quá trình thay dao

3. Sơ đồ khối chương trình
3.1. Sơ đồ chính

Bắt đầu

Spindle_tool = Call-tool

?

No

Yes

Trả dao

Lấy dao
Kết thúc

 Mô tả hoạt động :
Khi có tín hiệu bắt đầu, kiểm tra xem con dao trên trục chính có bằng con dao
được gọi vào hay không.

 Nếu có, kết thúc chương trình.
 Nếu không, thực hiện trả dao cũ, lấy dao mới và kết thúc chương trình.
3.2.

Sơ đồ quá trình trả dao

 Mô tả hoạt động :
Khi có lệnh thay dao từ chương trình, kiểm tra xem trên trục chính có dao hay
không.

 Nếu không, bỏ qua lệnh này.

13

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

 Nếu có bộ phận chuyển động phát tín hiệu dừng các chuyển động chạy dao, động
cơ trục chính dừng lại.

 Đài dao quay tới vị trí cất dao vào ổ. Trục chính đi xuống vị trí thay dao (cb3.2=2)
(vị trí đài dao nằm ngang với ổ dao)

 Xylanh 1 cấp khí ( SOL1=1), chuyển động đưa đài dao tới vị trí nhận dao, kẹp
dao, trục chính nhả dao (SOL2=1), đi lên (cb3.1=1) và kết thúc quá trình thay dao.
Bắt đầu

Spindle_tool = 0

No s
Quay tang tới vị trí

Quay tang dao

dao trống
cb3.2=1
Yes

No
Kiểm tra trục chính
đi xuống

Yes

SOL1= 1

cb1.2=1?

Xylanh1 đẩy ra

No s
CB nhận biết vị trí
tang vào thay dao

Yes
SOL2= 1

Xylanh 2 đẩy ra để
nhả kẹp

cb2.2=1?

No
s
nhả dao

Yes

Kết thúc

Y
e

cb3.1=1

CB nhận biết vị trí

No
s

Kiểm tra trục chính
đi lên

14


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

3.3. Sơ đồ quá trình lấy dao

Bắt đầu

Call_tool =0

No

Quay tang tới vị
Quay tang dao

Yes
cb3.2=1

trí dao gọi vào

No
Kiểm tra trục
chính đi xuống

SOL1=0

Yes
SOL2=0

No

Xylanh 2 đẩy

cb1_1=1

về để nhả kẹp
No
cb2.1=1
Nhả kẹp
Yes
SOL1=0
Xylanh 1 đẩy
tang dao về

Yes
cb1.1=1

Yes
cb3.1=1

Kết thúc

No

CB nhận biết
tang dao về

Trục chính đi lên
N

Yes

15


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

 Mô tả hoạt động :

Khi có lệnh lấy dao từ chương trình, kiểm tra xem có phải dao mới được gọi vào hay
không. Nếu không, kết thúc chương trình. Nếu có, tiến hành lấy dao như sau :




Quay tang đài chứa dao tới vị trí dao được gọi.
Trục chính đi xuống, cảm biến cb3_2 nhận biết vị trí trục chính xuống.
Cấp khí tại xy lanh 2 theo chiều về (SOL2=0), tiến hành kẹp dao, cảm biến cb2_1

nhận biết trạng thái kẹp.

 Cấp khí cho xy lanh 1 đi về, cảm biến cb1_1 nhận biết vị trí chờ của tang.
 Trục chính đi lên, cảm biến cb3_1 nhận biết vị trí trục chính lên. Kết thúc quá
trình lấy dao.
3.4. Sơ đồ tìm dao :

Chiều thuận

1

2

16

3
15
4
14
5
13
6
12
7
11
10 0

9

8

Hình 3: Mô hình 16 dao

Đặt giá trị của Spindle_tool= N1, Call_tool= N2. Chiều quay từ N2 về N1.

16


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Bắt đầu

N1=N2?

N1>N2?

No

No

Yes
Yes

N2-N1<=8?

N1-N2<=8?

No

Yes

No

Er2 =16-(N1-

Er3=N2-N1

Er4= 16-(N2-

Quay ngược

Quay ngược

Quay thuận

Yes

Er1= N1-N2

Quay thuận

Cbquang

C1Yes

Cbquang
No

C2
Cbquang

No

Yes

Dừng quay

Dừng quay

C3Yes

Dừng quay

Cbquang

No

C4Yes

Dừng quay

Kết thúc

 Mô tả hoạt động :

Khi có tín hiệu tìm dao, cảm biến quang sẽ xác định vị trí của con dao hiện tại đang ở
vị trí thay dao là N1 và vị trí con dao cần thay là N2.




Nếu N1 = N2 thì kết thúc chương trình.
Nếu N1 ≠ N2 thì xảy ra 2 trường hợp :

17

No


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

-

TH1 : N1 - N2 ≤ 8
Nếu đúng thì sai số Err1 = N1 - N2 => Tang dao quay thuận, cảm biến quang sẽ nhận
biết vị trí bằng cách cứ mỗi lần có một dao đi qua thì bộ counter sẽ nhận thêm 1 giá trị

-

và cứ như vậy cho đến khi biến C1 < Err1 là sai thì dừng lại.
Nếu sai thì sai số Err2 = 16 – ( N1- N2) => Tang dao quay ngược, cảm biến quang sẽ
nhận biết vị trí bằng cách cứ mỗi lần có một dao đi qua thì bộ counter sẽ nhận thêm 1
giá trị và cứ như vậy cho đến khi biến C2 < Err2 là sai thì dừng quay.
TH2 : N2 – N1 ≤ 8

-

Nếu đúng thì sai số Err3 = N2 – N1 => Tang dao sẽ quay ngược, cảm biến quang sẽ
nhận biết vị trí bằng cách cứ một lần dao đi qua thì bộ counter sẽ nhận thêm 1 giá trị

-

và cứ như vậy cho đến khi biến C2 < Err3 thì dừng quay.
Nếu sai thì sai số Err4 = 16 – (N2 - N1) => Tang dao sẽ quay thuận cho đến khi biến
counter C4 < Err4 là sai thì dừng quay.
Ví dụ : N1= 2 , N2 =11
N2 – N1 = 9 > 8, Err4= 16-9 =5. Suy ra tang dao sẽ quay thuận từ N2 về N1.
Giá trị của bộ đếm Counter C4 bắt đầu bằng 0, cứ mỗi lần dao đi qua vị trí cảm biến
thì bộ đếm sẽ tăng lên 1 và so sánh giá trị C4 với Err4, tang dao sẽ quay cho tới khi
nào bộ đếm C4 = 5 ( 5 < 5, sai) thì dừng quay.

CHƯƠNG III : SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN VÀ KHÍ NÉN
1. Sơ đồ điều khiển điện :
Hệ thống điện điều khiển sử dụng PLC, điều khiển hoạt động của các xylanh
khí nén thông qua điều khiển các van điện từ, đồng thời điều khiển quá trình chọn dao
thông qua điều khiển sự quay của động cơ quay đĩa Mante.
INPUT: đầu vào là các cảm biến có trong hệ thống.

18


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

OUTPUT: đầu ra nối với các rơle, việc đóng ngắt các rơle này điều khiển hoạt
động các van điện từ và động cơ quay đĩa malte đề điều khiển hoạt động toàn bộ hệ
thống.
Sơ đồ điều khiển được chia làm hai phần, gồm có phần Input và Output như hình vẽ
dưới đây:

Hình 4: Input

19


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Hình 5: Output
Trong phần Output của sơ đồ điện:


Các van điện từ được điều khiển bởi các rơle điện từ. Khi có tín hiệu từ
port Output của PLC sẽ làm đóng các rơle này, từ đó dẫn điện cho các



van điện từ.
Việc sử dụng các rơle điện từ để điều khiển hoạt động của các van điện
từ nhằm đảm bảo an toàn cho bộ điều khiển PLC và cung cấp đủ công
suất để các van điện từ hoạt động tốt nhất.

2. Sơ đồ hệ thống khí nén và nguyên lý hoạt động
Sơ đồ của hệ thống khí nén

2.1.

Trong quá trình thay dao tự động, cần thực hiện chuyển động tịnh tiến của Tang
đài chứa dao về phía trục chính, và quá trình kẹp dao. Em sẽ sử dụng hệ thống xylanh
khí nén để điều khiển các quá trình ấy:

20


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Hình 6: Sơ đồ khí nén
Kí hiệu:

1- Nguồn khí
2- Bộ lọc
3- Bơm
4- Đồng hồ đo áp

5- Van áp
6- Van phần phối 1
7- Van xả nhanh
8- Xy lanh khí nén 1

9- Van phần phối 2
10- Xy lanh khí nén 2
11- Van xả

2.2.

Nguyên lí hoạt động

2.2.1.

Điều khiển sự dịch chuyển của tang đài chứa dao

Nguyên lí hoạt động của sơ đồ khí nén điều khiển sự dịch chuyển của tang đài chứa
dao:

21


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Khi có lệnh thay dao, tín hiệu sẽ được truyền xuống, động cơ khí nén hoạt
động. Khi đó, bơm khí nén (3) sẽ hút không khí từ ngoài qua van lọc thô (2), đồng hồ
đo áp (4) cho thông số áp suất dòng khí, được điều khiển qua van điều áp (5), dòng khí
có áp suất p. Dòng khí sẽ qua van phân phối 5/2 (6) được điều khiển bằng điện qua
đường ống dẫn khí lên xylanh (8) tạo ra chuyển động đài dao tiến vào và lùi xa vị trí
thay dao.
Quá trình chuyển động của piston sẽ được điều chỉnh nhờ van phân phối (6):

 Khi van đảo chiều sol1=1, nguồn khí nén từ cửa P đi qua cửa B và dẫn lên
buồng khí (a) của xylanh (8) với áp suất p đẩy piston di chuyển sang phải với
vận tốc v0, dòng khí bên buồng (b) sẽ truyền qua các ống dẫn khí qua van xả
nhanh ra ngoài.

 Ngược lại, khi van phân phối có sol1 =0, lò xo kéo về, nguồn khí nén từ của P
sẽ qua cửa A lên buồng (b) đẩy piston sang trái với vận tốc v 1, dòng khí từ
buồng (a) truyền qua các ống dẫn khí qua van xả nhanh ra ngoài.

 Có 2 cảm biến hành trình ở vị trí đầu và cuối piston, khi piston đi hết hành trình
thì dừng lại để thực hiện các thao tác khác, van phân phối giữ nguyên vị trí
(đầu, cuối), áp suất trong hệ thống tăng lên do bơm vẫn hoạt động, khi áp suất
vượt quá một mức nào đó, van áp hoạt động, xả bớt khí, giảm áp suất xuống
dưới ngưỡng.

2.2.2. Điều khiển sự kẹp dao trên trục chính
Tương tự như nguyên lý hoạt động của sơ đồ điều khiển sự dịch chuyển tang
chứa dao.
Khi nhận được lệnh kẹp/mở dao, tín hiệu được truyền xuống, dòng khí truyền qua van
phần phối đến buồng khí (c) (sol 2=1) hoặc (d) (sol 2=0), điều hoà áp suất trong buồng
với van xả nhanh. Qua đó, điều khiển hoạt động của xylanh khí nén 2 hay cũng là điều
khiển hoạt động kẹp/mở kẹp dao trên trục chính.

22


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

2.2.3. Mạch điều khiển hoạt động của hệ thống khí nén bằng phần mềm
Automation Studio

Hình 7: Mạch mô phỏng điều khiển hoạt động hệ thống khí nén

INPUT
STT
1
2
3
4

Symbol
Start
Cb1_1
Cb1_2

Cb2_1

Address
I0.0
I0.2
I0.4
I0.6

5

Cb2_2

I0.8

6

Count

I0.10

Comment
Cảm biến đài dao bên trái (Xylanh 1)
Cảm biến đài dao bên phải (Xylanh 1)
Cảm biến xylanh 2 phía trên (Đóng kẹp
dao)
Cảm biến xylanh 2 phía dưới (Mở kẹp
dao)
Cảm biến quang đếm số dao
OUTPUT
23

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

1
2
3
4
5
6

Sol 1
Sol 2
Delay
Start
Off_Sol 1
Off_Sol 2

O0.0
O0.2
O0.4
O0.6
Q1.0
Q2.0

Cuộn đảo chiều van phân phối 1
Cuộn đảo chiều van phân phối 2
Hàm đầu ra trễ cho quá trình quay đài dao
Khởi động hệ thống
Ngắt điện qua cuộn đảo chiều Sol 1

Ngắt điện qua cuộn đảo chiều Sol 2

24


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH THAY DAO TỰ ĐỘNG TRÊN
PHẦN MỀM SOLIDWORKS
Bước 1:Trục chính đi xuống vị trí thay dao

Bước 2: Đài dao quay phân độ về vị trí dao trống và di chuyển về phía trục chính

25