Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp cắt, nhấn góc và đột lỗ tự động trong sản xuất ô tô

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN XUÂN KHẢI

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY TÍCH HỢP
CẮT, NHẤN GÓC VÀ ĐỘT LỖ TRONG SẢN XUẤT Ô TÔ

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số : 8.52.01.03

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Đà Nẵng – Năm 2019


1

Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY
Phản biện 1: PGS.TS. LÊ CUNG

Phản biện 2: PGD.TS. THÁI THẾ HÙNG
Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận
văn tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật họp tại trường đại học
bách khoa vào ngày….tháng….năm 2019.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Trung tâm học liệu, Đại Học Đà Nẵng tại trường
Đại Học Bách Khoa
Thư viện khoa cơ khí, trường đại học bách khoa
ĐHĐN


1

MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển của khoa học công nghệ và xu thế ứng dụng
công nghệ 4.0 hiện này, trước những nhu cầu cấp bách phải thay đổi
để từng bước hòa nhập vào xu thế công nghiệp hóa hiện đại hóa
trong công nghiêp. Cùng với xu thế trên, năm 2018, THACO đẩy
mạnh vai trò của lao động sáng tạo, sáng kiến cải tiến trong công
việc và thực hiện các biện pháp nâng cấp công nghệ và hợp lý hóa
sản xuất để nâng cao chất lượng, tăng năng suất lao động, giảm giá
thành nhằm tăng tính cạnh tranh cho các sản phẩm mang thương hiệu
Thaco.
Trước đây tại nhà máy thép, đa số các sản phẩm tại xưởng
thép tấm được gia công thủ công, thực hiện qua nhiều công đoạn
khác nhau, tốn nhiều thời gian và yêu cầu nhiều nhân công thực hiện.
Quá trình trên được thực hiện qua các công đoạn như sau:
+ Công đoạn 1: Cắt phôi tấm trên dây chuyền xã cuộn cắt tấm
+ Công đoạn 2: Cắt phôi theo kích thước trên máy cắt thủy lực
+ Công đoạn 3: Cắt góc trên máy cắt góc
+ Công đoạn 4: Cắt rãnh U trên máy cắt góc
+ Công đoạn 5: Chuyển sang nhà máy cơ khí gia công đột lỗ
tròn hoặc ô van

Thực tế này đặt ra yêu cầu cấp bách cho nhà máy phải cải tiến
và chế tạo một máy tích hợp các công đoạn trên nhằm giảm số nhân
công thực hiện, rút ngắn thời gian sản xuất, góp phần tăng năng suất
và giảm giá thành sản phẩm.
Trong quá trình thiết kế chế tạo máy tích hợp này có nhiều
công đoạn như tính toán thiết kế, chế tạo kết cấu cơ khí, hệ thống
điều khiển thủy lực, hệ thống điều khiển PLC và chế tạo lắp đặt máy.
Đề tài này là thực hiện một phần của nội dung trên đó là:
“Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển máy tích hợp cắt, nhấn
góc và đột lỗ trong sản xuất ô tô”


2

II. Mục tiêu nghiên cứu
 Thiết kế được hệ thống điều khiển các công đoạn cắt, nhấn
góc và đột lỗ trong sản xuất ô tô trên một máy tích hợp bằng
chương trình điều khiển PLC
 Hoàn thiện tài liệu kỹ thuật cho máy đã được thiết kế, chế
tạo tại cơ sở sản xuất
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu
- Dây chuyền sản xuất phôi thép tấm phục vụ sản xuất
- Kết cấu cơ khí của máy tích hợp
- Sơ đồ thủy lực điều khiển các cụm máy
* Phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống điều khiển bằng PLC, phần mềm lập trình GXMitsubishi
- Truyền thông trong PLC, các module chức năng.
IV. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu thực tế tại Xưởng cắt thép tấm – Công ty Gia

công thép – Khu Phức hợp Ô Tô Chu Lai – Trường Hải
- Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin thiết bị, máy
gia công liên quan đến đề tài.
- Phân tích, nghiên cứu, các kết cấu cơ khí, thủy lực máy tích
hợp để thiết kế hệ thống điều khiển cho.
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Hoàn thành là một tài liệu kỷ thuật về
thiết kế một máy gia công cơ khí mới.
- Về mặt thực tiễn: Thực hiện tự động hóa quá trình gia công
các sản phẩm thép tấm dùng trong sản xuất các chi tiết, nâng cao tính
công nghệ trong sản xuất đồng thời giảm thời gian gia công các sản
phẩm, nâng cao năng suất lao động, đảm bảo an toàn lao động và
giảm giá thành sản phẩm tại Công ty Gia công thép – Khu Phức hợp
Ô Tô Chu Lai – Trường Hải.


3

VI. Cấu trúc luận văn:
MỞ ĐẦU
 Lý do chọn đề tài
 Mục tiêu
 Đối tượng nghiên cứu
 Phương pháp nghiên cứu
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu về các máy gia công thép tấm, các thiết bị chuyên
dụng trong hệ thống thủy lực, lý thuyết về chương trình điều khiển
PLC
CHƯƠNG 2:NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CỦA

MÁY TÍCH HỢP
Nghiên cứu kết cấu cơ khí máy tích hợp đặt tại nhà , sơ đồ
thủy lực điều khiển các cụm máy.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
BẰNG PLC MITSHUBISHI
Lựa chọn trang thiết bị điện để lập trình, thiết kế tủ điện điều
khiển và chương trình điều khiển xe bằng PLC Mitshubishi
KẾT LUẬN


4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Các sản phẩm gia công thép tấm hiện nay tại nhà máy gia
công thép tại Thaco
Hiện nay tại nhà máy gia công thép của công ty TNHH Một
thành viên Tổ hơp cơ khí Chu Lai Trường Hải đang gia công một số
sản phẩm thép tấm như sau:

OLLIN5
00B
MB1

Ốp
trên trụ
sau

913

121

2.5

OLLIN
700B
MB1

Ốp
trên trụ 1122
trước

121

2.5

Chi tiết hiện hữu

1773
54

73

58

50
02-Ø11
16
02-Ø33

29

71

15
48

115

Qui cách (mm)
Tên
chi tiết Dài Rộng Dày
OLLIN3 Ốp
45A/450 trên trụ 1112 120
2.5
A-MB1
sau
OLLIN5 Ốp
00B
trên trụ 913
121
2.5
MB1
trước
Thanh
ngang
FR 125 mảng
1773 115
2.5
MB1
trước

bên
trên
Tên xe


5

Tên xe
OLLIN
700B
MB1

Tên
chi tiết

Qui cách (mm)
Dài Rộng Dày

Ốp
trên trụ 1122
sau

121

Chi tiết hiện hữu

2.5

1.2 Các máy gia công thép hiện nay tại nhà máy
Hình ảnh

Thông số
Nước sản xuất
Trọng tải (ton)
Kích
thước
tổng thể (mm)
Công suất động
cơ
Dạng cử chặn
tôn
Số chân kẹp
phôi
Hầu (mm)
Chiều dài cắt
Hình 1.1: Máy cắt thép tấm
(max) (mm)
Chiều dày cắt
(max) (mm)

Giá trị
Japan
14
3650x2270x
2150
30 kW
NC
12
530
3000
12

6

Hình ảnh

Hình 1.2 Máy cắt góc
Hình ảnh

Giá
trị
Nước sản xuất
Japan
Trọng tải (tấn)
2.4
Kích thước tổng thể 360x
(mm)
540
Công suất động cơ
3.7
Số chân kẹp phôi
4
Hầu (mm)
500
Thông số

Chiều dài cắt (max)
(mm)

220

Chiều dày cắt (max)
(mm)

6

Thông số
Nước sản xuất
Lực dập (ton)
Hành trình đập
(mm)
Tần
số
dập
(s.p.m)
Độ mỡ khuôn
(mm)
Khoảng
điều
chỉnh bàn trên
(mm)

Giá trị
Japan
2.4
360x540
3.7
4
500

Kích thước bàn
220
gá trên (mm)
Hình 1.4 Máy đột lỗ

Kích thước bàn
6
gá dưới (mm)
Công suất


7

Hình ảnh

Hình 1.5 Máy đột lỗ ovan

Thông số
Công suất ép
(ton)
Chiều dài đột
(mm)
Tần số dập
(s.p.m)
Tối đa kích
thước tấm
Độ mỡ khuôn
(mm)
Khoảng điều
chỉnh bàn trên

(mm)

Giá trị
17
32
350

250

55

Kích thước bàn 350x30
gá trên (mm)
0
Kích thước bàn 900x40
gá dưới (mm)
0x86
Công suất
5HP
1.2 Cơ sở lý thuyết về hệ thống truyền động thủy lực
1.2.1 Lịch sử phát triển và khả nẵng ứng dụng của hệ thống
truyền động thủy lực
1.2.2. Khái niệm về thủy lực


8

Sơ đồ chuyển đổi thủy lực
1.2.3 Những ưu điểm và nhược điểm của hệ thống truyền động
bằng thủy lực

1.2.4 Các cơ cấu biến đổi năng lượng
1.2.4.1. Bơm và động cơ dầu:
Bơm dầu và động cơ dầu là hai thiết bị có chức năng khác
nhau. Bơm dầu là thiết bị tạo ra năng lượng, c ̣n động cơ dầu là thiết
bị tiêu thụ năng lượng này. Tuy nhiên kết cấu và phương pháp tính
toán của bơm dầu và động cơ dầu cùng loại giống nhau.
1.2.4.2. Xylanh truyền động
 Nhiệm vụ:
Xylanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế
năng của dầu thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng.
 Phân loại:
Xylanh thủy lực được chia làm hai loại: xylanh lực và
xylanh quay (xylanh moment).
- Trong xylanh lực chuyển động tương đối giữa pittông với
xylanh là chuyển động tịnh tiến.
- Trong xylanh quay chuyển động tương đối giữa pittông với
zylanh là chuyển động quay với góc quay thường nhỏ hơn 3600.
Ngoài ra xylanh truyền động còn được phân theo cấu tạo
- Xylanh đơn
- Xylanh kép


9

1.2.4.3. Bể dầu
 Nhiệm vụ
Bể dầu có các nhiệm vụ chính sau:
- Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trình kín.
- Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc.
- Lắng đọng các chất cặn bã trong quá trình làm việc.

- Tách nước.
1.2.5 Các phần tử hệ thống điều khiển
1.2.5.1 Khái niệm
Hệ thống điều khiển bằng thủy lực gồm các cụm và phần tử
chính, có chức năng sau:
- Cơ cấu tạo năng lượng: bơm dầu, bộ lọc…
- Phần tử nhận tín hiệu: các loại nút nhấn…
- Phần tử xử lý: van áp suất, …
- Phần tử điều khiển: van đảo chiều…
- Cơ cấu chấp hành: xylanh, động cơ dầu…
Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực
1.2.5.2 Van đảo chiều
1.2.5.3 Van tiết lưu
1.2.5.4 Van tràn và van an toàn
1.3.5.5 Van điện từ Solenoid
1.3 Cơ sở lý thuyết về điều khiển PLC
1.3.1. Khái niệm
PLC là viết tắt của Programmable Logic Controlle, là thiết bị
điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các
thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người
sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện.
Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác
động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì
hay các sự kiện được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự nó
bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật


10

lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình

do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở
ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
1.3.2 Cấu trúc của PLC
1.3.3 Nguyên lý hoạt động của PLC
1.3.3.1 Đơn vị xử lý trung tâm
1.3.3.2 Hệ thống bus
1.3.3.3 Bộ nhớ
1.3.3.4 Các ngõ vào ra I/O
1.3.3.5 Vòng quét chương trình.
1.3.4 Phân lọai PLC
1.3.4.1 Theo hãng sản xuất
1.3.4.2 Theo version
1.3.4.3 Theo số lượng các đầu vào/ra
1.3.5 Ứng dụng, ưu nhược điểm của PLC
1.3.5.1 Ứng dụng của PLC
1.3.5.2. Đánh giá ưu nhược điểm của PLC
1.3.6 Thiết bị điều khiển :
PLC Mitsubishi:


11

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY TÍCH HỢP
2.1 Tổng quan về máy tích hợp:
2.1.1. Cấu tạo và thông số của máy
Cấu tạo gồm 7 cụm chính:
Cụm xã cuộn, cụm cán phẳng, cụm đột lỗ tròn và lỗ ô van,
cụm cắt rãnh vuông, cụm cắt hoàn thiện, cụm băng tải thành phẩm và
xếp phôi và hê thống điều khiển PLC
Kích thước máy: 9668 x 2690 x 2690 (mm)

Khối lượng: 1800 kg
2.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy:
Nguyên lý hoạt động như sau:
Công nhân tiến hành nhập thông số dữ liệu cần cắt, bấm nút
điều khiển dây chuyền hoạt động, phôi được cấp vào dây chuyền
thông qua cụm xã cuộn và cụm cán phẳng, tiếp theo di chuyển lần
lượt qua các cụm đột lỗ tròn, đột lỗ ô van, cắt rãnh vuông và cắt rãnh
hoàn thiện. Phôi sau khi được cắt hoàn thiện sẽ di chuyển qua cụm
băng tải và được chuyển qua cụm xếp phôi thành phẩm, khi gia công
đủ số lượng phôi yêu cầu, công nhân điều khiển đưa bàn nâng ra
ngoài, quy trình gia công tiếp tục thực hiện
2.1.3. Sơ đồ tổng thể

Hình 3D tổng thể máy tích hợp
1: Cụm dẫn hướng 01
2: Cụm cắt lỗ
3: Cụm cắt rãnh
4: Cụm cắt hoàn thiện
5: Cụm băng tải phôi
6: Cụm xếp thành phẩm


12

2.2 Giới thiệu cấu tạo các bộ phận của máy tích hợp
2.2.1 Cụm dẫn hướng phôi đầu vào

Hình khối cụm dẫn hướng máy tích hợp
2.2.2 Cụm độ lỗ tròn và lỗ ô van
2.2.2.1. Thiết kế và hình dạng cụm

Hình khối cụm đột lỗ tròn và lỗ ô van
2.2.3.2 Tính toán thiết kế cụm:
2.2.3 Cụm cắt rãnh vuông
2.2.3.1. Thiết kế và hình dạng cụm

Hình khôi cụm cắt rãnh vuông


13

2.2.3.2 Tính toán thiết kế cụm:
2.2.4 Cụm dẫn hướng phôi đầu ra

Cụm dẫn hướng đầu ra phôi máy tích hợp
2.2.5 Cụm cắt hoàn thiện
2.2.5.1 Thiết kế và hình dạng cụm

Cụm cắt hoàn thiện
2.2.5.2 Tính toán thiết kế cụm
2.2.6 Cụm băng tải phôi

Cụm băng tải phôi


14

2.2.7 Cụm xếp phôi thành phẩm

Cụm xếp phôi thành phẩm

2.2.8 Hệ thống thủy lực máy tích hợp

Sơ đồ tổng thể hệ thống thủy lực máy tích hợp


15

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
BẰNG PLC MITSHUBISHI
3.1. Giới thiệu phần mềm lập trình:
3.1.1. Phần mềm GX Developer :

Màn hình chính GX-Developer
3.1.2. Phần mềm lập trình mô phỏng Dopsofft HMI Delta:

Giao diện phần mềm
3.2. Lập trình HMI:


16

Màn hình chính

Màn hình chế độ đột lỗ tròn, đột lỗ ô van và cắt rãnh

Màn hình chế độ các cụm chính máy tích hợp
3.3 Sơ đồ điện hệ thống điều khiển
3.3.1 Ngõ INPUT của PLC
3.3.1.2. Mạch điều khiển INPUT
Tín hiệu đầu vào

- Từ X10 → X15 là tín hiệu điều khiển bằng tay các nút
nhấn màn hình khởi động
- X16,X17 là tín hiệu cho cảm biến giới hạn trái và giới hạn
phải khi phôi vào của cụm đột lỗ tròn. Tương tự cho cụm đột lỗ ô
van là X20, X21, cụm cắt rãnh là X22, X23, cụm dẫn hướng đầu vào
là X24, X25, X26, X27, cụm dẫn hướng đầu ra X30,X31
- Từ X32→X37, X40→X47,X50→X57, X60→X67 là tín
hiệu đầu vào điều khiển xylanh các cụm đột lỗ tròn, lỗ ovan, cắt rãnh
- Từ X70→X77 là tín hiệu đầu vào cảnh báo quá tải đối với
các động cơ servo các cụm


17

- Từ X100→X123 là tín hiệu đầu vào cảu cụm băng tải và
xếp phôi

Mạch INPUT


18

3.3.1.2. Danh sách địa chỉ INPUT PLC
3.3.2 Ngõ OUTPUT
3.3.2.1. Mạch điều khiển OUTPUT

Mạch OUTPUT
3.3.3 Mạch điều khiển chương trình PLC máy tích hợp

19

Mạch điều khiển chương trình
3.3.4 Mạch điều khiển động cơ sevor

Mạch điều khiển chính động cơ servo
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển động cơ Servo MR-JE300A Mitsubishi có chức năng chính bảo vệ mất pha, quá dòng hay
quá tải. Nhưng cấu hình phần cứng của bộ điều khiển này chỉ cho
phép điều khiển 3 động cơ sevor đồng thời, trong khí yêu cầu cần


20

điều khiển 8 động cơ sevor do đó ta phải dùng them môđun đầu tra
trung gian Mitsubishi FX2N-10PG điều khiển 1 vị trí.

Mạch điều khiển trung gian động cơ servo
3.4 Vận hành sử dụng chương trình
3.4.1 Chức năng các thiết bị trên tủ điều khiển:

1. Màn hình điều khiển
2. Nút nhấn start auto

Hộp điều khiển
6. Nút nhấn stop auto
7. Nút nhấn phôi chạy lui


21

3. Nút nhấn phôi chạy tới

8. Công tắc chuyển chế độ
auto/manual
9. Nút nhấn dừng khẩn cấp

4. Còi báo lỗi
5. Công tắc bật tắt nguồn điều
khiển
3.4.2 Chế độ Manual
- Để máy hoạt động trong chế độ Manual: Bật công tắc
Manual/Auto sang chế độ Manual
- Chức năng: Điều khiển độc lập từng cơ cấu trên máy

Chế độ điều khiển bằng tay
Bật tắt bơm dầu
Điều khiển chày 1=> chày 12,
Cụm cắt rãnh, cắt đứt theo chế độ
nhấp hoặc 1 nhát


22

Điều khiển cụm cắt rãnh, cụm cắt
đứt lên xuống theo chế độ đã lựa
chọn.

Điều khiển các chày trên cụm đột
lỗ tròn lên xuống theo chế độ đã
lựa chọn

Điều các chày trên cụm đột ovan
lên xuống theo chế độ đã lựa chọn

Các bước điều chỉnh độ rộng cụm
dẫn hướng theo chiều rộng phôi
- Nhập chiều rộng phôi vào ô
“Kích thước cài đặt”
- Nhấn nút “START”


23

3.4.3. Nhập bản vẽ chi tiết vào máy

- Nhập tọa độ các lỗ và rãnh so với tọa độ gốc như hình vẽ (tọa độ
tuyệt đối)
- Đối với lỗ nhập tọa độ X, tọa độ Y, chọn chày
- Phải chọn chày phù hợp với kích thước bản vẽ.
- Đối với rãnh nhập tọa độ X, độ sâu và độ rộng của rãnh
- Nhập tọa độ lỗ và rãnh theo thứ tự từ trái sang phải.
- Đối với rãnh ở phía bên dưới chọn cụm rãnh 2, rãnh ở phía bên
trên chọn cụm rãnh 1.
3.4.4. Chế độ AUTO

 Các bước vận hành máy ở chế độ auto:
- Bước 1: Bật công tắc AUTO/MANUAL sang chế độ Manual
- Bước 2: Nhập bản vẽ vào máy
- Bước 3: Nhập độ chiều dài, độ rộng, số lượng chi tiết vài máy