SCIENCE - TECHNOLOGY Số 12.2022 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
133
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TAY MÁY TRONG GẮP SẢN PHẨM TRÊN MÁY ÉP NHỰA
RESEARCH ON THE APPLICATION OF MANUFACTURER IN MEMBING PRODUCTS ON PLASTIC DURABLE MACHINE Nguyễn Đức Tịnh1, Vũ Hoàng Tâm1, Nguyễn Duy Chung1, Lê Anh Phương1, Ngô Xuân Toàn1, Trịnh Văn Long2,* TÓM TẮT Điều băn khoăn lớn nhất đối với các nhà doanh nghiệp là làm thế nào để lự
a
chọn và sử dụng hệ thống cánh tay Robot gắp sản phẩm cho máy ép nhựa chấ
t
lượng và phù hợp với nhu cầu của khách hàng? Đó là một bài toán rấ
t khó mà
nhiều nhà doanh nghiệp đang đi tìm lời giải đáp. Cánh tay robot gắp sản phẩ
m
nhựa được coi là con át chủ bài cho nền công nghiệp sản xuất nhựa. Là cánh ta
y
đắc lực trong quá trình sản xuất sản phẩm nhựa và có thể thay thế được lấy sả
n
phẩm nhựa ra từ khuôn đúc và xếp lại. Được thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt cùng vớ
lập trình đa chương trình và được điều khiển trên hệ thống máy tính PLC sả
n
phẩm này đã thay thế hoàn toàn bàn tay của con người trong việc lấy sản phẩ
m
nhựa ra khỏi khuôn đúc. Từ khóa: Tay máy, máy ép nhựa, cánh tay Robot ABSTRACT
The biggest concern for entrepreneurs is how to choose and use the robot
arm system to pick up products for plastic in
jection machines with quality and
suitable for customers' needs? That is a very difficult problem that many
entrepreneurs are looking for an answer to. The robotic arm picks up plastic
products considered the trump card for the plastic manufacturing indust
ry. It is
an effective arm in the production of plastic products and can be replaced by
taking out plastic products from the mold and folding them. Compact, flexible
design with multi-
program programming and controlled on a PLC computer
system, this produc
t has completely replaced human hands in taking plastic
products out of molds. Keywords: Manipulator, plastic injection machine, robot arm. 1Lớp Cơ Điện tử - K14, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 2Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: tvlongtv@yahoo.com 1. GIỚI THIỆU Với sự phát triển không ngừng của thời đại công nghệ 4.0, nhu cầu về máy móc công nghiệp hiện đại trong ngành sản xuất nhựa ngày càng đòi hỏi cao lại làm việc trong môi trường độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe lao động. Cánh tay robot gắp nhựa là thiết bị hiện đại thay thế sức người đáng kể, vừa tiết kiệm nguồn nhân công vừa tiết kiệm thời gian làm việc của doanh nghiệp. Giúp cho sản phẩm có tính thống nhất, đầu ra sản phẩm ổn định. Cánh tay robot gắp nhựa được xem cánh tay đắc lực trong ngành sản xuất nhựa công nghiệp. Kết cấu cánh tay robot gắp nhựa đơn giản, các chi tiết và linh kiện máy được gia công tỉ mỉ và được trau chuốt trong từng công đoạn lắp ráp. Hơn nữa ưu điểm nổi bật là giá cả hợp lí, dễ dàng vận hành, bảo hành và bảo trì sản phẩm. Cánh tay robot gắp nhựa là sản phẩm có mức cạnh tranh nhất trên thị trường hiện nay đối với các dòng cánh tay robot gắp nhựa nhập khẩu từ nước ngoài. Cánh tay robot gắp nhựa hoạt động bền bỉ và độ chính xác cao cho ra các sản phảm chất lượng thay vì công đoạn quản lí nhân công ta chỉ cần điều khiển hệ thống máy tính trung tâm để cho cánh tay robot gắp nhựa làm việc. Đồng thời cánh tay robot gắp nhựa hoạt động cho ra sản phẩm đồng đều hạn chế sản phẩm bị lỗi và bị hư. 2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Hình 1. Sơ đồ vận hành của thiết bị gắp sản phẩm máy ép nhựa [1] Nguyên lý hoạt động của cánh tay robot gồm có 8 chu trình chính được thể hiện trong hình 1. Chu trình 1: khởi động chu trình bằng cách ấn nút “Start” hoặc chạm vào công tác hành trình Chu trình 2: Trục Y đi xuống, chạm công tắc hành trình
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 12.2022
134
KHOA H
ỌC
Chu trình 3: Trục X đi vào, chạm công tắc hành trình Chu trình 4: Đầu hút chân không bặt, hút lấy sản phẩm Chu trình 5: Trục X đi ra để tháo khuôn, chạm công tắc hành trình Chu trình 6: Trục Y đi lên đến vị trí an toàn, chạm công tắc hành trình Chu trình 7: Trục X, Z chuyển động trước đến vị trí an toàn (chạm công tắc hành trình) thì trục Y chuyển động (chạm công tắc hành trình); sau khi đưa sản phẩm đến vị trí thả thì đầu hút chân không tắt (nhả vật) Chu trình 8: Trục Y chuyển động trước đến vị trí an toàn (chạm công tắc hành trình) thì trục X, Z chuyển động (chạm công tắc hành trình). Về vị trí chờ đợi vòng tiếp theo. 3. SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC CỦA THIẾT BỊ Hình 2. Sơ đồ động học của thiết bị. Để đảm bảo đặc tính của máy và đáp ứng được các chu trình đã đặt ra nhóm đã tham khảo nhiều dòng máy và bước đầu thiết kế ra sơ đồ động học của máy. Hệ thống dẫn hướng là thanh day con trượt (THK) đươc thê hiên trong hinh 3. Hình 3. Thanh ray con trượt (THK) Ứng dụng vòng bi: trong máy CNC, Máy drilling trong ngành điện tử, các máy cơ khí chính xác. Hãng sản xuất: THK, NSK, REXROTH, ABBA, TBI. Đặc tính sản phẩm: Vòng bi này bao gồm một thanh dẫn hướng xoắn ốc (rail) và một bạc đạn cầu chuyển động vừa tịnh tiến vừa xoay theo hình xoắn ốc trên đó gọi là nut. Chiều dài của thanh dẫn hướng có thể dài hay ngắn tùy ứng dụng thực tế. Hiện tại có các hãng sản xuất dòng bạc đạn này tuy nhiên nổi tiếng và chất lượng hơn cả là 3 hãng chính: REXROTH, NSK, THK. Ở các dòng máy Châu Âu thì đi theo máy thường là bạc đạn dẫn hướng của hãng Rexroth và NSK. 2 hãng này chất lượng bảo đảm nhất và chủng loại cũng rất phong phú. Riêng hãng THK thì giá cạnh tranh hơn và chuyên về những loại thanh dẫn hướng thk giá rẻ có kích thước nhỏ và thanh rail ngắn. Tuy nhiên có một điều cần lưu ý khi sử dụng để thay thế thanh dẫn hướng này là: nếu các bạn chỉ mua Nut để thay thế thì nhất định các bạn phải mua hàng cùng hãng với hãng của thanh rail (thanh NSK thì nut cũng phải NSK, nếu mua nut THK hay Rexroth sẽ lắp không được). Nếu các bạn muốn đổi hãng sử dụng vì nghi ngờ chất lượng của nó thì tôi khuyên các bạn nên thay cả rail và nut qua hãng muốn đổi. Ngoài ra, trường hợp rail các bạn đã sử dụng quá lâu thì cũng nên thay mới vì khi lắp nút mới vào thì dung sai sẽ lớn do đó độ chính xác của bộ dẫn hướng sẽ có sai số lớn điều này ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm đầu ra sẽ sai số lớn (không đạt yêu cầu). Hệ thống truyền động là puly đai răng. Ưu điểm chính của Dây curoa răng: Truyền động hiệu quả tới các trục pulley của các động cơ, kể cả những trục ở khoảng cách xa, trong những dây chuyền sản xuất lớn; Độ bám vào trục pulley tốt hơn các loại dây curoa mặt trơn rất nhiều; Có thể linh hoạt ứng dụng cho các dây chuyền truyền động khác nhau; Chịu nhiệt tốt và có thể vận hành liên tục; Dây có giá thành phải chăng, dễ dàng thay thế; Dây curoa răng có độ ăn khớp cao, ma sát tốt và tiết kiệm năng lượng. 4. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 4.1. Tính toán, lựa chọn chiều dài cánh tay Hình 4. Thông số kỹ thuật của thiết bị gắp sản ph ẩm máy ép nhựa hãng CARNO [1] Để đảm bảo kích thước thiết bị phù hợp với nhiều loại máy nhóm đã tham khảo hành trình và kích thước của nhiều cánh tay robot và kích thước máy ép nhựa được thể hiện trong hình 4.
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 12.2022 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
135
Kết quả thấy rằng Model ARH950DWE có thông số các cánh tay khá phù hợp và có thể tham khảo được: Chiều dài tổng thể của trục Z là E = 2455mm với hành trình là D = 1460mm Chiều dài tổng thể của trục X là 1350mm với hành trình là M = 1040mm Chiều dài tổng thể của trục Y là A = 1300 mm với hành trình là 1000mm Ngoài ra cần chú ý một số kích thước quan trọng như: Độ cao an toàn của cụm hút sản phẩm là B = 300mm (đảm bảo có thể nhắc vật có kích thước báo dưới 600mm) 4.2. Tính toán hệ thống dẫn hướng Hình 5. Catalogue Thanh day con trượt của THK (MISUMI) [12] Theo tính toán sơ bộ bằng phần mềm inventor thì: Hệ dẫn hướng trục Z chịu 654Nm (Mx = 395Nm; My = -0,67Nm; Mz = 20N.m) Hệ dẫn hướng trục X chịu 418Nm (Mx = 418Nm) Hệ dẫn hướng trục Y chịu momen không đáng kể Chọn thanh dẫn hướng EGH25CA - THK (tên hay gọi là thanh day bản 23) 5. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG (ĐAI RĂNG) 5.1. Xác định môđun (m) Tuỳ theo công suất và tốc độ quay của trục mà chọn môđun theo các giá trị tiêu chuẩn: 2; 3; 4; 5; 7; 10. Công suất truyền càng lớn thì dĩ nhiên môđun của đai tăng lên để các răng dây đai chịu đựng được tải. Với cùng một công suất truyền, nếu tốc độ đai tăng lên thì để đảm bảo khả năng ăn khớp êm ta phải giảm môđun, điều này có nghĩa là môđun tỉ lệ nghịch đối với tốc độ quay của trục. Thừa kế các nghiên cứu trước về đai răng, môđun được xác định bằng công thức [2]: 131Pm25.n (1) Trong đó: P1 - công suất trên bánh đai chủ động n1 - tốc độ quay của bánh đai chủ động hoặc chọn theo theo mômen xoắn T1 ở bảng 1. Bảng 1. Bảng chọn Modul đai răng (m) [2] 5.2. Xác định chiều rộng đai (b) Khả năng tải của đai phụ thuộc rất nhiều vào chiều rộng đai b. Khi chiều rộng tăng, diện tích tiếp xúc của các răng dây đai và răng bánh đai tăng, số sợi cốt của đai tăng tuyến tính theo chiều rộng nên khả năng chịu được lực vòng tăng lên. Theo công thức (1), sau khi tính chọn được môđun theo công suất và tốc độ quay trên bánh chủ động, căn cứ và sức bền cắt ở chân răng và sức bền kéo của lõi đai ta xác định được chiều rộng b của đai. Tuy nhiên để dễ dàng trong việc tính toán thiết kế cũng như giảm bớt chủng loại đai khi thiết kế, cần phải tiêu chuẩn hoá chiều rộng đai. Công thức xác định chiều rộng đai dựa theo [2]: b = ψđ.m (2) Chọn ψđ dao động từ 6 đến 9. Theo công thức (1) trị số m sẽ là số lẻ do vậy phải được làm tròn. Nếu m được làm tròn lớn lên thì chọn đai nhỏ và ngược lại. Với cùng một môđun và công suất, chiều rộng đai phụ thuộc nhiều vào vật liệu làm đai và vật liệu cốt, chiều rộng đai được sơ bộ chọn trước như bảng 2 [2]. Bảng 2. Bảng chọn chiều rộng đai răng (b) Chiều rộng bánh đai: B = b + m (3)
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 12.2022
136
KHOA H
ỌC
5.3. Số răng Z1 của bánh đai Để đảm bảo tuổi thọ cho đai thì số răng của bánh đai nhỏ phải lớn hơn một giá trị tối thiểu cho phép Z1min bởi hai lý do: thứ nhất, số răng bánh đai ít tức là số răng dây đai ăn khớp với bánh đai ít làm cho tải mà mỗi răng đai phải gánh lớn; thứ hai, số răng bánh đai bé thì đường kính bánh đai bé, dây đai bị uốn nhiều nên chóng hỏng. Số răng tối thiểu Z1 được chọn dựa vào môđun và tốc độ quay của bánh đai nhỏ. Dựa vào các bảng chọn ta chọn được kích thước puly phù hợp là: m = 4, Z1 = 25, b = 20. 6. KẾT QUẢ Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu về thiết bị gắp sản phẩm trên máy ép nhựa và tiến hành mô phỏng thiết bị gắp sản phẩm 3 trục X, Y, Z tích hợp trên máy ép nhựa. Thiết kế và lập quy trình chế tạo một số chi tiết trên thân thiết bị, tập bản vẽ lắp, bản vẽ phân rã, bản vẽ chi tiết về thiết bị. Hình 6. Bản vẽ lắp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng ứng duụng tay máy trong gắp sản phẩm trên máy ép nhựa. Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. [2]. Trần Ngọc Nhuần, 2006. Phương pháp tính toán truyền động đai răng. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản số 03-04, Đại học Nha Trang [3]. Trần Đức Quý. Hướng dẫn thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy. NXB Khoa học và Kỹ thuật. [4]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, 2010. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí. NXB Giáo dục. [5]. Nguyễn Đắc Lộc, 2006. Sổ tay công nghệ chế tạo máy, tập 1,2,3. NXB Khoa học và Kỹ thuật. [6]. Nguyễn Phương, Nguyễn Thị Phương Giang, 2005. Cơ sở tự động hoá trong ngành cơ khí. NXB Khoa học và Kỹ thuật. [7]. Nguyễn Thanh Nam, 2002. Phương pháp thiết kế kỹ thuật, NXB ĐHQG TP. HCM.