LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay với xu hướng toàn cầu hoá đời sống kinh tế đã tạo ra những cơ hội và
thách thức đối với mỗi doanh nghiệp, buộc các doanh nghiệp phải đương đầu với sự
cạnh tranh không chỉ trong nước mà còn phải cạnh tranh gay gắt với thị trường quốc
tế. Với xu hướng chuyển từcạnh tranh chất lượng sang cạnh tranh giá thànhsản phẩm.
Vì vậy các doanh nghiệp muốn tồn tại và đứng vững trên thị trường thì phải giành
thắng lợi trong cạnh tranh mà điều này chỉ có được khi chất lượng và giá cả sản phẩm
của doanh nghiệp phải hợp lý. Việc đầu tư tự động hóa trong quá trình sản xuất để cắt
giảm nhân lực lao động tay chân là ưu tiên hàng đầu của mỗi doanh nghiệp để giảm
chi phí sản xuất và giảm giá thành của sản phẩm.
Cơ điện tử là một ngành học mới ở nước ta, nhưng nó ngày càng khẳng định
được vai trò trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay và sự phát triển
của đất nước trong tương lai. Đây là ngành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyên
ngành là cơ khí, tin học và điện tử mà sản phẩm cuối cùng của nó là một hệ thống tự
động hóa góp phần giải phóng sức lao động của con người.
Với ngành cơ điện tử này không chỉ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất
công nghiệp, tự động hóa và còn nhiều lĩnh vực khác nữa.
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, với sự dạy bảo tận tình của thầy giáo
cùng sự trợ giúp của các bạn và các tài liệu có liên quan. Chúng tôi đã hoàn thành
xong đề tài[Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Khắc Hoa Văn Lên Đồ Trang Sức Dạng
Cầu] để ứng dụng vào một dây chuyền sản xuất thực tế và là một sản phẩm ứng dụng
của ngành cơ điện tử.

1


LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện đề tài, chúng tôi đã nhận được rất nhiều sự chỉ dẫn, giúp đỡ và động
viên quý báu của nhiều người, thiếu một trong các sự giúp đỡ đó cũng có thể làm cho
đề tài không đạt kết quả như hiện nay.
Chúng tôi vô cùng cảm ơn tất cả các thầy cô trong Khoa Cơ Khí của trường Đại

1.4.2. Mục tiêu kỹ thuật.................................................................................6
1.4.3. Nhiệm vụ của đề tài.............................................................................7
1.5. Nội dung chính của đề tài...........................................................................8
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.............9
2.1. Phân tích và lựa chọn nguyên lý.................................................................9
2.1.1. Bố trí các cụm chức năng song song..................................................11
2.1.2. Bố trí các cụm chức năng nối tiếp.....................................................11
2.1.3. Kết luận.............................................................................................12
2.2. Cụm cung cấp phôi...................................................................................12
2.2.1. Phân tích và lựa chọn kết cấu cơ khí.................................................12
2.2.2. Phân tích là lựa chọn cơ cấu định vị hai đầu của phôi.......................14
2.2.3. Xây dựng sơ đồ động học cụm cung cấp phôi...................................15
2.3. Cụm gá phôi.............................................................................................16
2.3.1. Phân tích và lựa chọn nguyên lý........................................................16

3


2.3.2. Chọn nguồn động lực xoay cánh tay máy..........................................16
2.3.3. Chọn nguồn động lực để nâng hạ phôi vào đúng vị trí......................18
2.3.4. Xây dựng sơ đồ động học cụm gá phôi.............................................19
2.4. Cụm kẹp chặt phôi....................................................................................20
2.4.1. Phân tích và lựa chọn nguyên lý........................................................20
2.4.2. Chọn nguồn động lực........................................................................20
2.4.3. Xây dựng sơ đồ động học cụm kẹp phôi...........................................21
2.5. Cụm gia công hoa văn..............................................................................21
2.5.1. Phân tích và lựa chọn nguyên lý........................................................21
2.5.2. Chọn nguồn động lực........................................................................26
2.5.3. Xây dựng sơ đồ động học cụm gia công hoa văn..............................28
2.6. Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển.........................................................29

4.1.3. Hệ thống nguồn điều khiển................................................................82
4.2. Hệ thống khí nén......................................................................................84
4.2.1. Tính chọn các xi lanh khí nén............................................................85
4.2.2. Tính chọn van khí nén điều khiển xi lanh..........................................89
4.3. Hệ thống điều khiển.................................................................................90
4.3.1. Tín hiệu vào ra của PLC....................................................................90
4.3.2. Lựa chọn vi điều khiển......................................................................92
4.3.3. Lựa chọn màn hình điều khiển..........................................................95
4.3.4. Lựa chọn các thiết bị cảm biến..........................................................97
4.3.5. Sơ đồ mạch điều khiển....................................................................103
4.4. Tổng kết.................................................................................................106
CHƯƠNG 5. QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH................107

5


5.1. Một số bản vẽ chi tiết và lắp đặt.............................................................107
5.1.1. Một số bản vẽ chi tiết......................................................................108
5.2. Quá trình gia công chế tạo, lắp ráp.........................................................114
5.2.1. Quá trình gia công chế tao...............................................................114
5.2.2. Quá trình lắp ráp máy......................................................................116
5.3. Lắp đặt hệ thống điện và điều khiển máy...............................................119
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN.................................................................................124
6.1. Công việc hoàn thành của đề tài và sự ứng dụng của đề
tài vào thực tiễn..............................................................................................124
6.2. Những hạn chế của đề tài.......................................................................124
6.3. Hướng nghiên cứu tiếp theo...................................................................125

6




CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Hình 1.2. Lắc tay hạt châu.

Hình 1.3. Dây chuyền hạt châu.

Trang 2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Bảng 1.1. Thông số sản phẩm
Vật liệu

Kích thước

Đường kính(mm)

Vàng

Nhỏ nhất

3

Lớn nhất

15

Bạc

- Sản xuất thủ công nên năng xuất thấp, tốn nhiều nhân công dẫn đến chất lượng
không ổn định.
1.2.2. Tình hình chế tác ngoài nước
Hiện nay công đoạn gia công tạo hình hoa văn đã được các nước tiên tiến chuyển
sang gia công trên máy tự động hoàn toàn, để giảm bớt nhân công, hoa văn trên sản
phẩm đẹp và sắc nét hơn làm thủ công.
Một số máy gia công hạt châu tự động của nước ngoài:

Hình 1.5. Máy OMPAR DVP S17 của ITALY ( giá khoảng 85.000 USD).
MÔ TẢ TỔNG QUAN MÁY DVP S17
Chiều rộng, chiều dài, chiều cao

:

190x 150x 170 cm

Khối lượng

:

600 Kg.

Sử dụng điện

:

220 Volt / 50 HZ

Công suất động cơ


:
Khối lượng
:
Sử dụng điện
:
Công suất động cơ
:
Áp suất không khí
:
Đường kính phôi lớn nhất
:
Đường kính phôi nhỏ nhất
:

121x 117x 180 cm
445 Kg.
220 Volt / 50 HZ
1,5 KW
6 - 8 bar
12mm
3mm

1.3. Đề xuất nghiên cứu chế tạo máy tự động của đề tài
Có thể thấy rằng công đoạn “điêu khắc hoa văn“ gồm nhiều nguyên công, Đặc
biệt, trong đó nguyên công “dựng hình“ và “chọn phương pháp gia công“ đòi hỏi
người thợ gia công phải có tay nghề cao. Công đoạn này được gia công hoàn toàn bằng
tay nên có năng suất thấp, chi phí cao và trong quá trình gia công nguy cơ sảy ra tai
nạn rất cao. Thấy Nguyễn Đàm Tấn đã đề xuất đề tài LVTN cho nhóm chúng em thực
hiện là " Thiết kế và chế tạo máy khắc hoa văn lên đồ trang sức dạng cầu ", với mục
đích nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm gia công, đồng thời trong giảm tai

 Máy được thiết kế tự động hoàn toàn (bao gồm tự động cấp phôi và thu
hồi thành phẩm, 1 công nhân có thể vận hành nhiều máy).
 Năng suất dự kiến: 100 - 400 sp/h. (tương đương với 4 công nhân).
 Màn hình điều khiển có chế độ cài đặt thông số và thao tác dễ sử dụng.

Trang 6


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Hình 1.7. Hạt châu có dạng hình cầu.

Hình 1.8. Các dạng mẫu sản phẩm đầu ra.
1.4.3. Nhiệm vụ của đề tài
 Tìm hiểu và phân tích về quy trình và thiết bị gia công điêu khắc hoa văn
lên đồ trang sức dạng cầu.
 Phân tích các phương án thiết kế, tính toán và thực hiện các bản vẽ kỹ
thuật về các kết cấu cơ khí chủ yếu (SV Lũy), hệ thống động lực và hệ
thống điều khiển (SV Danh) cho một máy tự động gia côngđiêu khắc hoa
văn lên đồ trang sức dạng cầu với năng suất 100-400 sp/giờ và kích thước
nhỏ gọn.
 Chế tạo một thiết bị thực tế dựa trên các tính toán và bản vẽ đã thực hiện.
 Kết luận về công việc đã thực hiện, nêu các đề xuất cần hoàn thiện thêm.

Trang 7


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
 Tất cả các yêu cầu trên được trình bày trong 1 quyển thuyết minh khoảng
130 trang và 9 bản vẽ kỹ thuật khổ A0.

 Phân tích và lựa chọn nguyên lý
 Cụm cung cấp phôi
 Cụm gá phôi
 Cụm kẹp giữ phôi
 Cụm tạo hoa văn trên sản phẩm
 Phân tích và chọn nguồn dẫn động và điều khiển
 Bản vẽ sơ đồ động tổng thể sau khi lựa chọn.

2.1. Phân tích và lựa chọn nguyên lý

Để thực hiện được quy trình điêu khắc lên trang sức dạng hình cầu với các yêu
cầu kỹ thuật đã đề ra thì thiết bị cần có 4 cụm chức năng chính dưới đây:





Cụm dẫn phôi lên từ phiểu rung, và định vị 2 lỗ tâm phôi
Cụm lấy phôi khi đã định vị 2 lỗ tâm, đưa vào đúng vị trí để kẹp phôi
Cụm kẹp giữ chặt phôi
Cụm tạo hoa văn lên sản phẩm

Trang 9


CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Ý tưởng ban đầu của máy cần phải có trình tự hoạt động như sau:

Hình 2.1. Trình tự hoạt động của máy

nghiên cứu để tìm ra giải pháp để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đã đặt ra.
2.1.3. Kết luận
Sau khi phân tích ưu và nhược điểm của 2 sơ đồ nguyên lý trên và dựa theo nhu
cầu sản xuất hiện tại cần không gian thiết bị nhỏ gọn nên nguyên lý thứ 2 (bố trí các
cụm theo dạng nối tiếp) được chọn làm phương án để tiến hành nghiên cứu chế tạo.
2.2. Cụm cung cấp phôi
2.2.1. Phân tích và lựa chọn kết cấu cơ khí
 Phương án 1: Dùng băng chuyền .

Hình 2.4. Nguyên lý dùng băng chuyền.
Ưu điểm: Phương án này hoạt động rất ổn định,có cấu tạo đơn giản,có khả năng
vận chuyển vật liệu theo phương nằm ngang hoặc hơi nghiêng,nghiêng với khoảng
cách lớn,làm việc êm,năng suất cao,và tiêu hao năng lượng không cao,số lượng vận
chuyển được lớn,kết cấu đơn giản,sửa chữa thuận tiện,linh kiện, tiêu chuẩn hóa. Được
sử dụng rộng rải trong các dây chuyền sản xuất.
Nhược điểm: Kết cấu khá nhiều bộ phận cần không gian bố trí lớn, không đưa
phôi vào vị trí cần lấy.

Trang 12


CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

 Phương án 2: Dùng phễu rung.

Hình 2.5. Nguyên lý dùng phiểu rung
Ưu điểm:Dễ dàng lắp ráp và sử dụng, gọn nhẹ, tính ổn định cao, tiêu tốn ít năng
lượng và ứng dụng rộng rãi có thể ứng dụng với hầu hết các loại vật liệu kể cả trong
môi trường y tế, tất cả các linh kiện được chế tạo trên máy CNC cho độ chính xác cao
vận hành ổn định, tin cậy tích hợp sẵn sensor sợi quang và bộ điều khiển van khí tất cả



Trang 13


CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.2.2. Phân tích là lựa chọn cơ cấu định vị hai đầu của
phôi.
Định vị hai đầu của phôi là khi phôi đưa từ phểu rung ra máng xoắn đến vị trí cần
định vị. Ngay vị trí này ta có các phương án nguồn động lực tịnh tiến là vitsme và xi
lanh khí nén cho nhiệm vụ này.
 Xi lanh khí nén
Ưu điểm: sử dụng không khí làm môi chất nên sạch sẽ, áp suất thường sử dụng từ
4-6 bar nên rất an toàn, độ tin cậy cao.
Nhược điểm: ồn khi hoạt động, lực tạo ra không lớn, có kích thước lơn hơn hệ
thống thủy lực cùng công suất.
 Vít me – đai ốc
Ưu điểm: độ chính xác cao, đảm bảo độ cứng
Nhược điểm: vận tốc di chuyển chậm, khả năng chịu tải thấp, khó gia công nên
giá thành cao.

Hình 2.6. Bộ truyền vít me đai ốc
Kết luận: nhóm sử dụng xilanh khí nén vì thỏa các yêu cầu như giảm chi phí, dễ
dàng chế tạo, năng suất cao. Còn vitsme thì phải thêm động cơ, kết cấu phức tạp hơn

Trang 14


CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Bảng 2.3. So sánh 2 phương án



Kết luận



2.2.3. Xây dựng sơ đồ động học cụm cung cấp phôi.

Hình 2.7. Sơ đồ động học cụm cung cấp phôi.
Các điểm cần tính toán và kiểm tra động lực học:
 Loại, và kích thước của xi lanh.
 Chọn phiểu rung phù hợp với phôi.
 Chọn loại cảm biến.

Trang 15


CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.3. Cụm gá phôi
2.3.1. Phân tích và lựa chọn nguyên lý
Nhóm đề tài sử dụng nguyên lý dùng cánh tay máy là một phương pháp tiêu
chuẩn và phổ biến trong công nghiệp. Phương pháp này chủ yếu áp dụng đối với phôi
dạng cầu, dạng hộp, dạng thanh… có thể thấy nhiều trong: ngành dày da, ngành thực
phẩm, gia công cơ khí,… Rất phù hợp với việc cấp phôi dạng cầu đúng vị trí, phôi đầu
vào của sản phẩm đề tài. Do đây là nguyên lý phổ biến nên nhóm sẽ chọn nguyên lý
này để thiết kế cụm cấp phôi.
Phôi nguyên liệu từ phiểu rung được định vị 2 tâm lỗ ở đầu ra đúng vị trí cấp
phôi cho cánh tay máy. Sau đó cơ cấu cánh tay máy gắp phôi di chuyển và gá phôi vào
đầu kim kẹp phôi của máy. Tiếp đó di chuyển về vị trí ban đầu chờ đến khi máy gia
công hoa văn xong cánh tay máy thực hiện chu kỳ tiếp theo.

Trang 17


CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Hình 2.9. Xi lanh xoay khí nén
2.3.3. Chọn nguồn động lực để nâng hạ phôi vào đúng
vị trí
Đầu kẹp phôi chỉ nâng lên và hạ xuống trong hành trình ngắn, do đó ta xử dụng
một xi lanh nhận nhiệm vụ nâng hạ.
Hiện tại có hai nguồn động lực cho xi lanh là khí nén và thủy lực:
 Xi lanh khí nén
Ưu điểm: sử dụng không khí làm môi chất nên sạch sẽ, áp suất thường sử dụng từ
4-6 bar nên rất an toàn, độ tin cậy cao.
Nhược điểm: ồn khi hoạt động, lực tạo ra không lớn, có kích thước lơn hơn hệ
thống thủy lực cùng công suất.

Trang 18


CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Hình 2.10. Xi lanh khí nén
 Xi lanh thủy lực
Ưu điểm: độ chính xác cao vì dầu không có độ đàn hồi, lực tao ra lớn.
Nhược điểm: sử dụng chất lỏng như dầu, nước làm môi chất nên khi xảy ra sự cố
có thể bị tràn dầu ảnh hưởng đến sản phẩm, áp suất làm việc hớn hơn hệ thống khí nén
nên có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng.

Hình 2.11. Xi lanh thủy lực




Kết luận



Trang 19