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


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,

-

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

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,

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

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

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


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


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

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