THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ Đơn vị chun mơn: Bợ Mơn Cơng Nghệ Chế Tạo Máy ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Mã HP:ME4228 Họ tên sinh viên : Tạ Trung Dũng Lớp: KSTN- Cơ điện tử Khóa: K57 I II Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế mô đun 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 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 (PO 1): KN(Khí nén) 5.Nguồn lực quay cụm chứa dao(PO2):ĐC(Động điện) 6.Số lượng ổ chứa dao : N =16 7.Loại côn gắn chuôi dao :BT40 8.Khối lượng dao:M=7 Kg 9.Đường kính lớn dao : Dmax = 80 mm 10.Thời gian thay dao gần : T1 = 3s 11.Thời gian thay dao xa : T = 7s III Nội dung: Xây dựng sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động,trình bày sơ lược quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động (có thể tham khảo đồ án CĐT1 lấy cơng thức tính tốn từ đó) Xây dựng sơ đồ khối thuật tốn điều khiển trả dao / lấy dao Bản vẽ sơ đồ điều khiển điện, khí nén (hoặc thủy lực) phù hợp với yêu cầu đầu Mô hoạt động hệ thống thay dao tự động phần mềm máy tính (tự chọn phần mềm) Hà nội,ngày… tháng… năm… Người nhận Cán bộ hướng dẫn ( Họ tên chữ ký ) ( Họ tên chữ ký ) TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn Mục lục LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG4 1.1.Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động .4 1.1.1.Khái niệm sơ đồ động .4 1.1.2.Sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động .6 1.2.Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động với 12 đài dao 1.2.1.Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động 1.2.2.Tính tốn Đĩa tích dao 1.2.2.1.Xác định thơng số hình học Đĩa tích dao 1.2.2.2 Tính tốn cấu Man cho Đĩa tích dao chứa dao 15 1.2.2.3 Tính toán lựa chọn ổ lăn 24 1.2.2.4 Tính tốn trục đỡ Đĩa tích dao 26 1.2.3.Tính toán hệ thống dẫn động cho hệ thống thay dao 28 1.2.3.1.Tính tốn trục dẫn hướng 28 CHƯƠNG XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN TRẢ DAO/ LẤY DAO .36 2.1.Khái niệm sơ đồ khối thuật toán 36 2.2.Phân tích q trình trả dao/lấy dao (thay dao) 36 2.3.Sơ đồ khối thuật toán trả dao /lấy dao(thay dao) 37 CHƯƠNG 3.BẢN VẼ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN VÀ KHÍ NÉN 43 3.1.Sơ đồ điều khiển Đĩa tích dao di chuyển tịnh tiến để thực nhiệm vụ thay dao 43 3.2.Sơ đồ điều khiển cấu kẹp dao 45 3.3.Sơ đồ điều khiển cấu xoay đài dao 46 CHƯƠNG 4.MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG BẰNG PHẦN MÊM SOLIDWORK .47 4.1.Giới thiệu phần mềm Solidwork 48 4.2.Q trình thiết kế mơ hình 3D hệ thống thay dao tự động phần mềm Solidwork 53 4.3.Mô hoạt động hệ thống thay dao tự động : 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn LỜI NÓI ĐẦU Hiện khoa học kĩ thuật phát triển nhanh, mang lại nhữg lợi ích cho người tất lĩnh vực vật chất tinh thần Để nâng cao đời sống nhân dân hòa nhập với phát triển chung giới, Đảng Nhà nước ta đề mục tiêu đưa đất nước lên thành nước cơng nghiệp hóa đại hóa Để thự điều ngành cần quan tâm phát triển ngành Cơ khí nói chung ngành Cơ điện tử nói riêng đóng vai trị quan trọng việc sản xuất thiết bị cơng cụ (máy móc, robot…) ngành kình tế quốc dân Muốn thực việc phát triển ngành khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán kĩ thuật có trình độ chuyên môn đáp ứng yêu cầu công nghệ tiên tiến, cơng nghệ tự động hóa theo dây chuyền sản xuất Tính tốn thiết kế hệ thống Cơ điện tử nội dung thiếu chương trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử Đồ án mơn học giúp cho sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức mơn học : Chi tiết máy, Vẽ kĩ thuật, Cơ học kĩ thuật, Nguyên lỹ máy, Sức bền vật liệu,…Đồng thời giúp chúng em nắm bắt thêm số phần mềm cần thiết cho việc thiết kế ,mô Catia, ngồi cịn giúp chúng em làm quen với công việc thiết kế làm đồ án tốt nghiệp sau Dù có cố gắng hồn thành đồ án với cường độ làm việc cao, hướng dẫn nhiệt tình cụ thể thầy mơn, hiểu biết cịn hạn chế chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắn đồ án không tránh khỏi thiếu sót bất cập Vì em mong góp ý sửa chữa thầy để em rút kinh nghiệm bổ sung thêm kiến thức cho Cuối em xin chân thành cảm ơn quan tâm bảo thầy Viện Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nợi đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy GSTS.Trần Văn Địch giúp em hoàn thành đồ án TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn CHƯƠNG 1: SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG 1.1.Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động 1.1.1.Khái niệm sơ đồ động Sơ đồ động máy hình vẽ quy ước biểu diễn truyền,các cấu liên kết với tạo nên xích truyền động,xác định chuyển động cần thiết máy.Đồng thời cịn rõ cơng suất số vịng quay động điện,đường kính bánh đai,số bánh ,số đầu mối trục vít,số bánh vít Dưới mợt số hình vẽ quy ước sơ đồ động : TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage GVHD: GSTS.Trân Văn THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage GVHD: GSTS.Trân Văn THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn 1.1.2.Sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động Từ định nghĩa sơ đồ động phân tích chuyển động cần thiết hệ thống thay dao CNC ,cùng với hình vẽ quy ước ta xây dựng nên sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động Cad sau : TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn 1.2.Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động với 16 đài dao 1.2.1.Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn Các liệu đầu vào N: số lượng dao ổ chứa dao N=16 Dmax:đường kính lớn dao Dmax= 80mm BT40: loại chuôi dao M: khối lượng dao m=7kg Dtrc: đường kính trục Dtrc=120mm H: hành trình vào lấy dụng cụ trục H=130mm Tính tốn Đĩa tích dao Xác định thơng số hình học Đĩa tích dao a) Bán kính từ tâm dao đến tâm Đĩa tích dao R0 b) Khoảng cách dao gần Đĩa tích dao c) Kiểm tra độ an tồn trục vào thay dao d) Lựa chọn cấu kẹp Đĩa e) Tính tốn thơng số hình học Đĩa Tính tốn cấu Malte cho Đĩa tích dao a) Tính tốn thơng số hình học Malte b) Tính tốn động học Malte c) Tính tốn động lực học Malte d) Tính tốn lựa chọn động Tính tốn lựa chọn ổ lăn a) Lựa chọn loại ổ lăn TẠ sơ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage b) Chọn kích thước ổ c) Tính kiểm nghiệm khả tải ổ d) Lựa chọn ổ bi lăn Tính tốn trục dẫn hướng Tính tốn lựa chọn xy lanh khí nén a) Sơ đồ nguyên lý hệ thống khí nén b) Tính tốn hệ dẫn động khí nén Tính tốn trục đỡ Đĩa tích dao THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn 1.2.2.Tính tốn Đĩa tích dao 1.2.2.1.Xác định thơng số hình học Đĩa tích dao Các thơng số ban đầu: - Số lượng đầu dao N=16 dao - Đường kính lớn dao D max= 80mm (lấy theo đường kính lớn dao phay mặt đầu) - Chuôi dao BT40 - Khối lượng dao :7kg - Đường kính trục :DTrc=120mm - Hành trình trục q trình vào thay đổi dụng cụ: Ltd= 130mm Để đảm bảo an tồn q trình thay dao ta cần tính toán cho cấu cho kết cấu hệ thống phải gọn nhẹ, phải có độ xác cao, khơng xảy va đập trục vào thay dụng cụ Để Đĩa tích dao chứa dao chứa đủ 16 dao mà đảm bảo cho trình thay dao khơng xảy cố trước tiên ta cần tính tốn bán kính từ tâm trục ổ chứa dao: TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich 3.2.Sơ đồ điều khiển cấu kẹp dao TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 46 GVHD: GSTS.Trân Văn THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn Ngun lý hoạt đợng: Khi đóng công tắc S5 cuộn dây Y3 cấp điện, tiếp điểm thường mở Y3 đóng để trì dịng điện cho cuộn dây Y Lúc tác dụng lực từ cuộn dây sinh ra, trượt van điều khiển 5/2 bị kéo lên Khí nén đưa vào buồng xi lanh sinh lực đẩy pittong lên (cơ cấu kẹp dao nhả dao) Ở cuối hành trình cán pittong chạm vào cơng tắc hành trình S6, Y3 điện, lực từ lò xo bị nén dạng đưa trượt vị trí bên ( hệ thống nhả dao kẹp dao kẹp chặt dao lại) 3.3.Sơ đồ điều khiển cấu xoay đài dao Nguyên lý hoạt động: TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 47 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn Khi ta đóng điện K 1, động xoay đài dao cấp điện sinh momen xoay đài dao, tiếp điểm thường mở đóng lại trì nguồn cho động Đồng thời lúc ta cấp xung PV quy định số lượng đếm cho đếm Khi động quay vịng cảm biến CB sinh xung làm tăng đếm tức thời đếm lên đơn vị Khi đếm đạt giá trị quy định đếm sinh xung kích hoạt hệ thống phanh ngăt nguồn động Cuối ta cấp xung R có tác dụng reset lại đếm TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 48 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM SOLITWORK 3.1 Giới thiệu phần mềm SOLIDWORKS Đây sản phẩm tiếng hãng Dassault systemn, bên cạnh sản phẩm tiếng khác hãng Catia SolidWorks phần mềm thiết kế ba chiều sử dụng rộng rãi lĩnh vực khác xây dựng, kiến trúc, khí… sử dụng công nghệ lĩnh vực đồ họa máy tính Phần mềm SolidWorks cơng ty SolidWorks phát triển phần mềm thiết kế uy tín giới Phần mềm cho phép người sử dụng xây dựng mơ hình chi tiết 3D, lắp ráp chúng lại với thành phận máy (máy) hoàn chỉnh, kiểm tra động học, cung cấp thông tin vật liệu… Phần mềm SolidWorks cho phép nhiều phần mềm ứng dụng tiếng khác chạy trực tiếp mơi trường SolidWorks xuất file liệu định dạng chuẩn để người sử dụng khai thác mơ hình mơi trường phần mềm phân tích khác ANSYS, ADAMS, Pro-Casting…Trước phát triển lớn mạnh phần mềm SolidWorks, nhiều phần mềm CAD/CAM viết thêm modul để nhận trực tiếp file phần mềm Solidworks 3.2 Q trình thiết kế mơ hình 3D hệ thống thay dao tự động phần mềm SOLITWORK Từ thiết kế ,tính tồn hệ thống thay dao tự động ta thiết kế mơ hình 3D phần mềm SOLIDWORK với kích thước tính Chương ta vẽ chi tiết lắp ghép với file lắp ráp hệ thống hệ thống thay dao tự động hình vẽ: TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 49 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn Các file lắp mơ hình hóa 3D thiết kế môi trường Part phần mềm SOLIDWORK.Một số chi tiết thiết kế mơi trường Part hình vẽ sau: TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 50 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich - Tay kẹp trái, phải Cần gạt cấu Man mơ hình dao TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 51 GVHD: GSTS.Trân Văn THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich - Tang chứa dao, động giá đỡ - Thân máy CNC,pittong silanh TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 52 GVHD: GSTS.Trân Văn THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn Từ chi tiết thiết kế mơi trường Part ta lắp tồn máy CNC môi trường Assembly SolidWorks ta file lắp tồn máy CNC hình vẽ : TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 53 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Văn Đich GVHD: GSTS.Trân 3.3 Mô hoạt động hệ thống thay dao tự động module SolidWorks Motion Dưới trình bày quy trình mơ q trình lấy dao Motion Study phần mềm Solidworks,quy trình mơ thay dao trả dao làm tương tự: Bước 1: chuyển bị file lắp ghép chuyển trục Home sau chọn New Motion Study TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 54 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Văn Đich GVHD: GSTS.Trân Bước : Tạo chuyển động quay đài dao đến vị trí dao cần lấy: Một cửa sổ tạo cuối hình bảng thuộc tính chuyển động Chúng ta kéo thời gian chọn 4s đài dao chuyển động quay tìm dao cần lấy Chọn đĩa man,giữ chuột trái,kéo cho đĩa man quay đến dao cần lấy có trục trùng với hốc trục (nhìn theo hướng song song với trục chính),sau thả chuột TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 55 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Văn Đich GVHD: GSTS.Trân Bước : Tạo chuyển động tịnh tiến cụm đài dao Chọn giá đỡ động đài dao sau ẩn liên kết với giá đỡ cố định : TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 56 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GSTS.Trân Văn Đich GVHD: Bước Tạo chuyển động trục từ vị trí Home vể vị trí trả dao TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 57 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Địch GVHD: GSTS.Trần Văn Bước lấy dao cần thay Bước 6.Xuất video mô TẠ TRUNG DŨNG – 20120163-KSTN Cơ điện tử K67 Trang 58 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Địch GVHD: GSTS.Trần Văn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Hướng dẫn thiết kế hệ thống thay dao tự dộng dùng cho máy CNC [2].Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí Tập 1, Trịnh Chất, Lê Uyển [3].http://ww.tailieu.vn – Chi tiết máy, ổ trục, ổ lăn [4].http://www.youtube.com – ATC [5] Standard cylinders DNG, DNGL, DNGZK, DNGZS, ISO 15552 – FESTO [6].Geneva well Mechanism [7].http://www.maritool.com/Tool-Holders/c23/index.html [8] http://ww.google.com.vn – Sơ đồ khối thuật tốn [9].Giáo trình máy cơng cụ cắt gọt – Nguyễn Kinh Ln [10] Tự động hóa thủy khí – TS.Nguyễn Tiến Lượng [11].Giáo trình Kỹ thuật thủy khí – PGS.TS Hoàng Đức Liên [12] Optimization of kinematic characteristic of geneva mechanism by genetic algorithm – M.heidari,M.Zahiri,and H.Zohoor TẠ TRUNG DŨNG – 20120163-KSTN Cơ điện tử K67 Trang 59 ... DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 45 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich 3.2.Sơ đồ điều khiển cấu kẹp dao TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 46 GVHD: GSTS.Trân Văn THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich... nên sơ đồ động toàn hệ thống thay dao tự động Cad sau : TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich GVHD: GSTS.Trân Văn 1.2.Quy trình thiết kế hệ thống thay dao. .. gian thay dao hệ thống : 3/7 (s) Trong : TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 19 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đich - GVHD: GSTS.Trân Văn T = (s) thời gian thay dao nhanh hệ thống dao cần thay