Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Thiết kế, chế tạo máy gia công bọ ke góc tự động

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài "Thiết kế, chế tạo máy gia công bọ ke góc tự động" là giúp thay thế vai trò người công nhân trong việc ra phôi bọ ke góc nhằm đảm bảo an toàn lao động, đảm bảo chất lượng đồng đều cho sản phẩm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Thiết kế, chế tạo máy gia công bọ ke góc tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒNG LÂM GIA MINH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY GIA CÔNG BỌ KE GÓC TỰ ÐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 5 9 2 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒNG LÂM GIA MINH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY GIA CÔNG BỌ KE GÓC TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2017 i
ii
iii
LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ & tên: HỒNG LÂM GIA MINH Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 21/12/1992 Nơi sinh: TP. Hồ Chí Minh Quê quán: Thủ Đức TP. Hồ Chí Minh Dân tộc: Kinh. Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Kỹ sư quy trình – Công ty TNHH Scancom Việt Nam Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 6 đường 4, KP2, P. Linh Tây, Q. Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh Điện thoại cơ quan: Di động: 01688305876 Fax: E-mail: giaminh911@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 10/2010 đến 3/2015 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 07/2014, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh. 2. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh B2 (Khung Châu Âu). III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC iv
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty TNHH Scancom Việt 2015 - 2016 Kỹ sư quy trình Nam XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN Ngày 24 tháng 09 năm 2017 (Ký tên, đóng dấu) HỒNG LÂM GIA MINH v
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 09 năm 2017 Ký tên HỒNG LÂM GIA MINH vi
CẢM TẠ Trong thời gian thực hiện luận văn “ Thiết kế, chế tạo máy gia công bọ ke góc tự động” tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Vậy nay tôi: - Xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy PGS.TS. Nguyễn Trường Thịnh đã hết lòng giúp đỡ và hướng dẫn tận tình cho tôi những kiến thức thực tế quan trọng và dẫn hướng cho quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình. Đồng thời đã cung cấp cho tôi những tài liệu rất cần thiết liên quan đến đề tài. Thầy đã dành nhiều thời gian quí báu của mình để hướng dẫn tôi. - Tôi cũng không quên cám ơn đến quí thầy cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho tôi những kiến thức nền tảng và cơ bản. Từ đó, tôi có những kiến thức quan trọng, vững chắc cho những lập luận của mình trong đề tài luận văn tốt nghiệp này. Một lần nữa, Tôi xin chân thành cảm ơn ! Học Viên HỒNG LÂM GIA MINH vii
TÓM TẮT Khoa học - kỹ thuật và công nghệ phát triển nhằm mục đích giúp cho cuộc sống con người tốt hơn. Việc giải phóng sức lao động của con người trong môi trường làm việc khó khăn là vấn đề cần thiết. Việc gia công chi tiết bọ ke góc là việc lặp đi lặp lại, nguy hiểm , ảnh hưởng đến sức khỏe người công nhân. Luận văn được thực hiện nhằm mục đích thiết kế, chế tạo máy gia công bọ ke góc tự động. Máy gia công được thiết kế với khả năng tự động cấp liệu, xoay góc lưỡi cưa và cắt gọt, tối thiểu lượng phôi thừa. Máy hoạt động dựa trên sự kết hợp theo quy trình của các cylinder khí nén đặt dưới sự kiểm soát của PLC. Kết quả đạt được của đề tài là năng suất của máy gia công của máy đạt 67.5% yêu cầu đặt ra ban đầu. Tôi hy vọng rằng thành quả của nghiên cứu này sẽ góp phần cho các nghiên cứu sau này về máy được hoàn thiện hơn. viii
ABSTRACT Science and technology developments aim at helping people live better lives. The deliverance of human’s labour power from difficult working environment is neccesary issues. The wood pieces cutting is one of difficult and unsafe works which has dusty, dangerous working conditions, frequently repeated and directly affects to worker’s health. The purpose of thesis is design and manufacture an automatic wood pieces cutting machine. The machine is designed with automatic feeding, rotating the saw blade and cutting, minimizing the excess raw material. The machine is based on a combination of the pneumatic cylinders placed under the control of the PLC. The result of the project is that the productivity of the machine has reached 67.5% of the initial requirements. I hope that the results of this study will contribute to future research on the improved machine. ix
MỤC LỤC Trang tựa Trang CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................................ 1 1.1 Mở đầu ................................................................................................. 1 1.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu .................................... 3 1.2.1 Đối tượng nghiên cứu ...................................................................... 3 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 3 1.2.3 Nhiệm vụ nghiên cứu ....................................................................... 3 1.2.4 Phương pháp nghiên cứu ................................................................. 4 1.3 Lợi ích mang lại của đề tài .................................................................. 4 1.3.1 Các máy có sẵn trên thị trường ........................................................ 4 1.3.2 Lợi ích mang lại ............................................................................... 5 CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT CẮT GỌT.......................................................... 6 2.1 Gỗ Sồi (Oak) ........................................................................................ 6 2.2 Khái niệm chế biến gỗ. ........................................................................ 7 2.3 Quá trình tác động của mũi dao vào gỗ trong quá trình cắt ................ 9 2.4 Mối quan hệ giữa lực và ứng suất ....................................................... 9 2.5 Cắt xiên .............................................................................................. 12 2.6 Lý thuyết cắt gọt dùng lưỡi cưa tròn ................................................. 14 2.6.1 Các trường hợp cắt gọt ................................................................ 14 2.6.2 Chế độ cắt ..................................................................................... 14 x
2.6.3 Thông số lưỡi cắt .......................................................................... 16 2.5.3 Vật liệu làm lưỡi cưa đĩa ............................................................... 18 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY ....................................................... 20 3.1 Máy cưa xẻ gỗ. .................................................................................. 20 3.1.1 Định nghĩa: .................................................................................... 20 3.1.2 Phân loại. ..................................................................................... 20 3.2 Các bộ phận cơ bản của máy. ......................................................... 21 3.4 Phương án gia công chi tiết bọ ke góc .............................................. 24 CHƯƠNG 4 Ý TƯỞNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MÁY .......... 28 4.1 Trình tự thiết kế máy ......................................................................... 28 4.2 Tổng quát về kết cấu máy .................................................................. 28 4.3 Phương hướng và giải pháp thực hiện kết cấu cơ khí ....................... 29 4.3.1 Cụm cấp phôi ................................................................................. 29 4.3.2 Cụm kéo phôi ................................................................................. 31 4.3.3 Cụm nâng hạ lưỡi cưa .................................................................... 34 4.3.4 Cụm xoay góc ................................................................................ 38 4.3.5 Khung máy .................................................................................. 41 4.3.6 Các chi tiết khác .......................................................................... 42 4.4 Thiết kế hệ thống điện điều khiển ..................................................... 44 4.4.1 Bộ điều khiển PLC ......................................................................... 45 4.4.2 Chu trình hoạt động của máy ......................................................... 47 CHƯƠNG 5 CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ...................... 49 5.1 Chế tạo cơ khí ....................................................................................... 49 xi
5.2 Chế tạo hệ thống điều khiển ................................................................. 50 5.3 Thực nghiệm ......................................................................................... 50 5.3.1 Các vấn đề gặp phải khi tiến hành thực nghiệm ........................... 51 5.3.2 Kết quả thực nghiệm...................................................................... 51 CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN ............................................................................. 55 xii
DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Bọ ke góc ........................................................................................... 2 Hình 1.2 Bản vẽ chi tiết bọ ke góc ................................................................... 4 Hình 2.1 Khả năng gia công của gỗ sồi............................................................ 6 Hình 2.2 Các phương pháp chế biến gỗ ........................................................... 8 Hình 2.3 Hướng cắt chính và hướng cắt phụ ................................................... 8 Hình 2.4 Các giai đoạn cắt gọt. ........................................................................ 9 Hình 2.5 Mối quan hệ giữa lực và ứng suất ................................................... 10 Hình 2.6 Cắt thẳng góc và cắt xiên ................................................................ 12 Hình 2.7 Tỉ lệ hai thành phần lực khi cắt xiên ............................................... 13 Hình 2.8 Hình chiếu lưỡi cắt .......................................................................... 17 Hình 2.9 Các cạnh của dao và cạnh tròn ........................................................ 18 Hình 3.1 Sơ đồ phân chia các dạng cưa xẻ gỗ................................................ 21 Hình 3.2 Phương án gia công bọ ke góc 1 .................................................... 24 Hình 3.3 Phương án gia công bọ ke góc 2 ..................................................... 25 Hình 3.4 Phương án gia công bọ ke góc 3 .................................................... 26 Hình 4.1 Phôi gỗ ở vị trí sẵn sàng gia công ................................................... 29 Hình 4.2 Phương án cấp phôi 1. ..................................................................... 30 Hình 4.3 Phương án cấp phôi 2 ...................................................................... 30 Hình 4.4 Cụm cấp phôi ................................................................................... 31 Hình 4.5 Cylinder Rodless RMT .................................................................... 32 xiii
Hình 4.6 Tải trọng tối đa cho từng đường kính cylinder .............................. 33 Hình 4.7 Tọa độ trọng tâm của tải trọng ........................................................ 33 Hình 4.8 Thiết kế cụm kéo phôi ..................................................................... 34 Hình 4.9 Motor thông dụng trên thị trường .................................................... 35 Hình 4.10 Máy cưa đa góc Bosch GCM 12 GDL .......................................... 36 Hình 4.11 Cụm nâng hạ lưỡi cưa .................................................................. 37 Hình 4.12 Sơ đồ phân tích lực đè phôi ........................................................... 37 Hình 4.13 Cụm xoay góc ................................................................................ 39 Hình 4.14 Kết quả phân tích tải trọng tác động lên mâm xoay ...................... 40 Hình 4.15 Khung máy .................................................................................... 41 Hình 4.16 Các cụm, chi tiết khác ................................................................... 42 Hình 4.17 Kết quả phân tích lực của khung máy ........................................... 43 Hình 4.18 Mô hình 3D của máy ..................................................................... 44 Hình 4.19 Hệ thống điện và điều khiển .......................................................... 45 Hình 4.20 Ký hiệu cylinder khí nén ............................................................... 47 Hình 5.1 Kết quả thiết kế và chế tạo cơ khí ................................................... 49 Hình 5.2 Thiết bị điện điều khiển và hệ thống van solenoid.......................... 50 Hình 5.3 Sản phẩm từ thực nghiệm ................................................................ 50 xiv
DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 : Giá trị lượng chạy dao răng khuyên dùng ..................................... 16 Bảng 2.2: Góc sau α tương ứng với độ dày phôi ............................................ 17 Bảng 2.3 : Góc sau α tương ứng với các loại vật liệu khác nhau ................... 18 Bảng 3.1 Bảng so sánh các phương án ........................................................... 27 Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật của máy đã thiết kế ............................................ 49 Bảng 5.2 Thời gian hoàn thành chu trình của 3 lần chạy không tải ............... 51 Bảng 5.2 Kích thước chi tiết bọ lấy ngẫu nhiên từ 20 mẫu phôi dài. ............. 53 xv
DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1.1: Kim ngạch xuất khẩu Gỗ và sản phẩm gỗ của Việt Nam ............ 1 Biểu đồ 3.1 Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa vận tốc cắt và công suất cắt: ................................................................................................................... 23 Biểu đồ 5.1 Thời gian cắt phôi ........................................................................ 52 xvi
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Mở đầu Mặt hàng đỗ gỗ xuất khẩu là sản phẩm chủ lực của Việt Nam trong các năm gần đây. Theo số liệu thống kê của Tổng Cục Hải Quan trong 2 quý đầu năm 2016 kim ngạch xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ của nước ta đạt 3,21 tỷ USD, tăng 1,4% so với cùng kỳ năm 2015, đứng thứ 7 về kim ngạch trong số các mặt hàng/nhóm mặt hàng xuất khẩu của Việt Nam. Trong đó, kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ đạt 2,33 tỷ USD, tăng 5% so với cùng kỳ năm ngoái. Biểu đồ 1: Kim ngạch xuất khẩu Gỗ và sản phẩm gỗ của Việt Nam theo tháng trong giai đoạn 2014-2016 (ĐVT: triệu USD). (Nguồn:Tổng Cục Hải quan) Mặt hàng gỗ chủ yếu là các sản phẩm đồ nội thất như bàn, ghế, giường…Để tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm, các nhà máy, xưởng chế biến gỗ đã và đang đầu tư rất nhiều về khâu tự động hóa từ khâu ra phôi đến các khâu xử lý tinh. Tuy nhiên, các máy tự động này chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài như Đài Loan, Italy…nên giá thành đắt, các linh kiện phụ kiện thay thế khó tìm được trong nước. 1
Mặc dù vậy vẫn còn một số chi tiết vẫn còn phải làm thủ công, điển hình là công đoạn ra phôi chi tiết “bọ ke góc”. Bọ ke góc là chi tiết ngắn có dộ dài từ 90 mm đến 120 mm, kết cấu bọ gồm 2 cạnh vát 45°, 5 (6) lỗ nằm trên 3 mặt khác nhau. Bọ ke góc dùng để ke vuông góc khung bàn (ghế) và liên kết khung bàn (ghế) với chân. Cần 4 bọ ke góc cho 1 sản phẩm bàn hoặc ghế. Hình 1.1 Bọ ke góc Việc ra phôi bằng phương pháp thủ công mang nhiều nhược điểm như : năng suất thấp, sai số nhiều và đặc biệt việc gia công các chi tiết ngắn tiềm ẩn nhiều nguy hiểm do tay của công nhân để rất sát lưỡi cưa bàn. Từ thực tế trên, các doanh nghiệp cần một giải pháp để tối ưu hóa trong việc ra phôi có kích thước nhỏ. Do vậy, được sự chấp nhận của khoa Cơ khí máy trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, tôi chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo máy gia công bọ ke góc tự động” làm tên đề tài luận văn cao học của mình. Nội dung thực hiện của đề tài bao gồm: Ứng dụng tự động hóa vào việc ra phôi cho chi tiết bọ ke góc; Tối ưu hóa kết cấu các chi tiết máy; Gia công chế tạo máy hoàn chỉnh. Máy sẽ đảm bảo kích thước về chiều dài, góc độ và tối thiểu hóa phần phôi thừa. 2
Mục đích của đề tài là giúp thay thế vai trò người công nhân trong việc ra phôi bọ ke góc nhằm đảm bảo an toàn lao động, đảm bảo chất lượng đồng đều cho sản phẩm. 1.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 1.2.1 Đối tượng nghiên cứu Trong luận văn này, đối tượng nghiên cứu là các yếu tố liên quan đến quá trình thiết kế máy : chế độ cắt – tốc độ cắt, lực cắt và công suất cắt ; Phương án cắt phôi, quy trình cắt; Ứng suất sinh ra trong các cơ cấu máy, chi tiết ; Thông số đường kính và hành trình cylinder; Bộ điều khiển, cảm biến. Khi nhận được các tín hiệu đầu vào từ cảm biến (sensor) hoặc công tắc hành trình, các cơ cấu chép hình như trục xoay, ngàm kẹp chặt, bàn trượt… với nguồn động lực là khí nén hoặc motor điện sẽ được vận hành. Tất cả các thiết bị đầu vào, đầu ra đều đặt dưới sự điều khiển của bộ điều khiển lập trình (PLC), giúp máy vận hành theo quy trình tuần tự đã được thiết kế. 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu Thiết kế máy gia công bọ ke góc có yêu cầu về mặt kỹ thuật và năng suất như sau : Phôi bọ được làm từ gỗ Sồi (Oak) , có biên dạng hình thang cân với chiều dài cạnh ngắn 64 mm, cạnh dài 100 mm; rộng 56mm và dày 18mm. Dung sai các kích thước chiều dài đạt ± 0.2mm. Dung sai các kích thước góc ± 0.2°. Phôi ban đầu dài từ 400-500mm. Năng suất dự kiến đạt 1500 phôi bo/ca. 1.2.3 Nhiệm vụ nghiên cứu Tìm hiểu nhu cầu tự động hóa trong khẩu ra bọ gỗ. Xây dựng phương án gia công chi tiết bọ ke góc phù hợp với việc tự động hóa Để từ đó tìm và biện luận các phương án thiết kế để chọn được thiết kế tối ưu đảm bảo chỉ tiêu về tính khả thi, năng suất và tỉ lệ hao hụt phôi. Dựa vào tính chất cơ lý của vật liệu, chế độ cắt và hình học lưỡi cưa để tính toán được lực cắt và lực kẹp chặt 3