Thiết kế mô phỏng hệ thống tay gắp thay dao trong trung tâm gia công điều khiển kỹ thuật số

Chia sẻ: Do Xuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

885
lượt xem 213
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự phát triển của công nghiệp máy tính và các phần mềm ứng dụng trong kỹ nghệ đã mở ra nhiều biện pháp giải quyết các bài toán kỹ thuật hoàn chỉnh và hiểu quả cao. Trên ý tưởng này bài viết " Thiết kế mô phỏng hệ thống tay gắp thay dao trong trung tâm gia công điều khiển kỹ thuật số" nghiên cứu nguyên lý động học và động lực học thay tay gắp, ứng dụng phần mềm Solid- Edge, Visual Nastran Dekstop và Matlab mô phỏng kết cấu, động học, động lực học, kiểm tra bền ,...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế mô phỏng hệ thống tay gắp thay dao trong trung tâm gia công điều khiển kỹ thuật số

THIEÁT KEÁ MOÂ PHOÛNG HEÄ THOÁNG TAY GAÉP THAY DAO TRONG TRUNG TAÂM GIA COÂNG ÑIEÀU KHIEÅN KYÕ THUAÄT SOÁ TS. Nguyeãn Ngoïc Phöông, KS. Hoà Ngoïc Boán, Th.S.Vuõ Nhö Phan Thieän Tröôøng Ñaïi hoïc Sö phaïm Kyõ thuaät T.p Hoà Chí Minh Toùm taét: Söï phaùt trieån cuûa coâng nghieäp maùy tính vaø caùc phaàn meàm öùng duïng trong kyõ ngheä ñaõ môû ra nhieàu bieän phaùp giaûi quyeát caùc baøi toaùn kyõ thuaät hoaøn chænh vaø hieäu quaû cao. Treân yù töôûng naøy baøi vieát “ Thieát keá moâ phoûng heä thoáng tay gaép thay dao trong trung taâm gia coâng ñieàu khieån kyõ thuaät soá” nghieân cöùu nguyeân lyù ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc tay gaép, öùng duïng phaàn meàm Solid-Edge, Visual Nastran Desktop vaø Matlab moâ phoûng keát caáu, ñoäng hoïc , ñoäng löïc hoïc, kieåm tra beàn, tính dao ñoäng… Chöông trình ñaõ xaây döïng moâ hình 3D hôn moät traêm chi tieát, coù theå söõa chöõa daïng hình hoïc cô caáu deã daøng, kieåm tra beàn, tính dao ñoäng chính xaùc. Thieát keá ñöôïc caùc ñoaïn phim moâ phoûng, phaân tích nguyeân lyù hoaït ñoäng vaø ñoäng löïc hoïc tay gaép. Abstract: The development of computer technology and software applying in all industries led a number of methods to resolute completely and effectively technical problems. From this idea, the theme “ Design and simulate a robotic arm system for exchange tools of CNC – center ” studies the principle kinetics and dynamics for robotic arm, using the Solid-Edge, Visual Nastran and Matlab softwares for kinetic, dynamic simulation, resistant inspection, oscillation calculus… The theme develops 3D for more hundred details, which can be modified geometries easily, inspected resistance and calculated oscillation exactly. Design short animationclips for simulation, analysis of operating principle and dynamics of the robotic arm. I. TOÅNG QUAN Ñeå thieát keá cheá taïo moät thieát bò naøo ñoù, vieäc ñaàu tieân laø phaûi thöïc nghieäm nguyeân lyù, sau ñoù cheá taïo vaø chaïy thöû. Caùc coâng vieäc ñoù coù theå moâ phoûng tröôùc treân maùy tính, tìm ra nhöõng choã chöa ñaït yeâu caàu, söõa chöõa ngay treân moâ hình. Thoâng qua vieäc xaây döïng caùc moâ hình moâ phoûng coù theå caûm nhaän tröïc quan. Ñöa laïi söï hieåu bieát chi tieát vaø cuï theå trong vaán ñeà laøm keá hoaïch. Trình baøy, thaûo luaän vaø ñaùnh giaù vôùi nhöõng ngöôøi ñieàu haønh cuõng nhö ngöôøi saûn xuaát. Thaáy tröôùc ñöôïc nhöõng maâu thuaån kyõ thuaät giaûm ñöôïc sai laàm trong keá hoaïch. Hoäi nhaäp nhöõng ñieàu kieän khaùc bieät trong saûn xuaát. Moâ phoûng thöïc teá aûo phaân tích kyõ ñöôïc qui trình saûn xuaát, nhaèm boû bôùt coâng ngheä khoâng caàn thieát, boå sung khieám khuyeát tröôùc khi gia coâng, ruùt ngaén thôøi gian thöïc hieän. Maùy gia coâng ñaàu tieân kieåu “trung taâm gia coâng caét goït kyõ thuaät soá” xuaát hieän vaøo naêm 1958 vaø töø ñoù ñeán nay ñaõ phaùt trieån roäng raõi. Trung taâm gia coâng caét goït coù khaû naêng thöïc hieän caùc nguyeân coâng khaùc nhau cho moät saûn phaåm. Ví duï trung taâm gia coâng caét goït kyõ thuaät soá MC FHC80 vaø MC FVH80 coù theå thöïc hieän caùc nguyeân coâng phay, khoan, doa vaø caét ren treân caùc beà maët ñôn giaûn hoaëc phöùc taïp [10], ñöôïc duøng trong saûn xuaát caùc chi tieát baùn töï ñoäng vôùi cheá ñoä saûn xuaát haøng loaït nhoû hoaëc ñôn chieác. Neáu ñaùnh giaù trung taâm caét goït theo quan ñieåm coâng ngheä, coù theå khaúng ñònh raèng phaàn lôùn caùc thieát bò naøy coù theå gia coâng saûn phaåm töø nhieàu phía vôùi moät laàn ñònh vò vaø keïp chaët, ví duï caùc loaïi dao caét khaùc nhau. Ñieàu naøy cho pheùp ñaït ñöôïc ñoä chính xaùc kích thöôùc vaø beà maët hình hoïc cao hôn, giaûm thôøi gian toån thaát giöõa caùc nguyeân coâng. Trung taâm caét goït coù theå laøm vieäc trong nhieàu chu kyø khaùc nhau. Hieän nay haàu heát caùc trung taâm naøy ñeàu ñöôïc trang bò heä thoáng ñieàu khieån cho pheùp laøm vieäc vôùi caùc chu kyø hoaøn chænh, ñoàng thôøi giaûi quyeát vieäc chuyeån ñoäng töông ñoái cuûa duïng cuï caét vaø chi tieát theo 3, 4, 5 truïc. Taïi Vieät nam, trang thieát bò vaø coâng ngheä gia coâng tieân tieán xuaát hieän ngaøy caøng nhieàu, ñaùp öùng yeâu caàu phaùt trieån coâng nghieäp vaø hoäi nhaäp Quoác teá, trong ñoù caùc maùy coâng cuï CNC chieám vai troø quan troïng. Moät soá cô sôû coâng nghieäp, ñang söû duïng caùc loaïi maùy CNC, hieäu MAZAC nhaäp töø Nhaät Baûn, trong ñoù coù caû maùy phay CNC ñöôïc trang bò tay gaép thay dao töï ñoäng. Söï töï ñoäng hoaù treân maùy bao goàm töï ñoäng taùch phoâi, töï ñoäng ñoåi dao, töï ñoäng ñònh vò… vôùi heä thoáng ñieàu khieån rieâng. Boä thay dao töï ñoäng ñöôïc laép ñaët cuøng vôùi boä chöùa dao vaø heä thoáng ñieàu khieån, chuû yeáu baèng cô caáu Cô -Thuûy löïc, caùc chuyeån ñoäng ñoåi dao thöôøng goàm hai chu kyø: - Tìm dao theo maõ soá vaø chuyeån dao ñeán vò trí thay ñoåi. - Ñoåi dao, phaûi baét ñaàu töø vieäc laép dao ôû hoäp dao, ñöa dao ñeán ñaàu ñònh vò dao vaø keïp chaët dao. -1-
Heä thoáng naøy caàn ñöôïc chænh söûa vaø caûi tieán nhaèm taêng tính linh hoaït, giaûm thôøi gian thay dao. Ñeå ñaït ñöôïc ñieàu ñoù caàn nghieân cöùu theâm veà ñoäng hoïc, ñoäng löïc hoïc vaø moâ phoûng söï hoaït ñoäng cuûa tay gaép thay dao treân maùy tính. Tay gaép thay dao laø boä phaän caàn thieát ñeå ñoåi dao töï ñoäng trong trung taâm caét goït CNC, ñaõ coù nhieàu daïng ôû caùc maùy gia coâng caét goït treân theá giôùi. Thieát keá moâ phoûng heä thoáng tay gaép theo kieåu module cho pheùp söû duïng boä duïng cuï thöïc hieän nhieàu nguyeân coâng coù theå gia coâng theo nhoùm chi tieát. Boä Module ñöôïc söû duïng treân cuïm gia coâng baùn töï ñoäng hoaëc töï ñoäng ñieàu khieån baèng kyõ thuaät soá. Xaây döïng moâ hình döïa treân thöïc teá ñoàng thôøi thu thaäp thoâng tin töø caùc taøi lieäu lieân quan ñeán vieäc nghieân cöùu tay gaép trong vaø ngoaøi nöôùc. Baøi vieát “ Thieát keá moâ phoûng heä thoáng tay gaép thay dao trong trung taâm gia coâng ñieàu khieån kyõ thuaät soá” öùng duïng phaàn meàm Solid-Edge, Visual Nastran Desktop vaø Matlab ñeå moâ phoûng. II. MOÂ TAÛ CHÖÙC NAÊNG BOÄ ÑOÅI DAO TÖÏ ÑOÄNG Cô caáu cuûa boä ñoåi dao töï ñoäng thöïc hieän caùc chuyeån ñoäng sau – Hình 1: - Chuyeån ñoäng quay 2700, vôùi söï thieát laäp vò trí ban ñaàu 900. - Ñònh vò dao. - Chuyeån ñoäng tònh tieán 200mm, caân baèng vôùi truïc cuûa trung taâm caét goït. Vieäc chuyeån ñoäng tònh tieán cuûa pít-toâng thanh raêng laøm quay baùnh raêng lieân keát vôùi then truyeàn chuyeån ñoäng quay leân truïc. Vieäc xaùc ñònh vò trí nhôø vaøo caùc van ñaûo chieàu R1, R2 vaø R3. Trình töï laøm vieäc cuûa boä ñoåi dao töï ñoäng: ♦. Giai ñoaïn laép dao. 1. Vò trí ban ñaàu (cô baûn), ngaøm keïp môû. 2. Tay gaép quay +900. 3. OÅn ñònh ñuùng vò trí laáy dao. 4. Ñoùng ngaøm keïp – Boä ñoåi dao dòch chuyeån tònh tieán. 5. Quay theâm +1800 . 6. Dòch chuyeån vaø môû ngaøm keïp tay gaép. 7. Ñònh vò boä ñoåi dao vaøo vò trí. 8. Quay ngöôïc -900 . Baét ñaàu gia coâng. ♦. Giai ñoaïn thaùo dao. 9. Quay theo chieàu kim ñoàng hoà +900. 10. Ñöa boä ñoåi dao vaøo vò trí. 11. Ñoùng ngaøm keïp – Boä ñoåi dao tònh tieán . 12. Quay ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà –1800 . 13. Dòch chuyeån vaø môû ngaøm keïp tay gaép. 14. Ñònh vò boä ñoåi dao vaøo vò trí. 15. Quay theâm -900 veà vò trí ban ñaàu. Döïa vaøo nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa cô caáu ôû treân, xaây döïng moâ hình 3D vaø moâ phoûng heä thoáng tay gaép- Hình 2 THANH RAÊNG BAÙNH RAÊNG PISTON KEÏP VAN ÑAÛO CHIEÀU R1 PISTON PHUÏ OÅ DAO OÀ TRUÏC MAÙY ÑÖÔØNG DAÀU R3 TAY GAÉP Hình 1 Nguyeân lyù hoaït ñoäng vaø sô ñoà Hình 2 Moâ phoûng heä thoáng tay gaép thuyû löïc tay gaép thay dao III. THIEÁT KEÁ VAØ MOÂ PHOÛNG TAY GAÉP -2-
! PHAÀN MEÀM HOÅ TRÔÏ SOLID EDGE, UGS, MSC.VISUALNASTRAN. AUTOCAD, PRO/E MATLAB, MICROSOFT Keát quaû EXCEL ! TRÌNH TÖÏ THÖÏC HIEÄN Laäp qui trình coâng Moâ phoûng ngheä -Ñoäng hoïc, ñoänglöïc hoïc. Caùc Chi tieát Laép gheùp gia coâng -Phaân tích PTHH. -Dao ñoäng… Kieåm tra saûn phaåm thöïc teá Hình 3 Sô ñoà moâ phoûng Phaàn meàm Solid Edge thuoäc hoï caùc phaàn meàm Unigraphics Solutions, laø coâng cuï taïo saûn phaåm 3D hieäu quaû, nhanh, chính xaùc. Ñeå thöïc hieän moâ phoûng, ñaàu tieân caàn taïo caùc chi tieát 3D, sau ñoù tieán haønh laép gheùp caùc chi tieát theo cuïm, cuoái cuøng laép gheùp toång theå [2] – xem Sô ñoà hình 3. • TOÅNG QUAN HEÄ THOÁNG TAY GAÉP – Hình 4a, 4b, 4c, 4d Hình 4 a Sô ñoà toång quaùt Hình 4 b Sô ñoà thuûy löïc Hình 4 c Heä thoáng thuûy löïc Hình 4 d Sô ñoà tay gaép • CAÙC BÖÔÙC TOÅNG QUAÙT TRONG PHAÂN TÍCH PHAÀN TÖÛ HÖÕU HAÏN Phaàn meàm Nastran laø moät trong soá nhöõng phaàn tính toaùn giaûi quyeát caùc baøi toaùn kyõ thuaät haøng ñaàu -3-
theá giôùi, ñöôïc taïo bôûi coâng ty MSC. Nastran laø moät phaàn meàm trong hoï caùc phaàn meàm thuoäc MSC Software. Caùc baøi toaùn coù theå ñöôïc giaûi quyeát goàm: tính toaùn ñoäng hoïc - ñoäng löïc hoïc, tính söùc beàn (FEM), baøi toaùn toái öu theo kích thöôùc – taàn soá …, baøi toaùn truyeàn daãn nhieät treân vaät theå [8] theo sô ñoà khoái – Hình 5. Daïng hình hoïc keát caáu. Tính chaát vaät lieäu (E, ρ, ν). Rôøi raïc – maõ hoaù keát caáu. Aùp ñaët lieân keát (ngaøm, goái töïa). Baøi toaùn ñoäng [M ].{q&}+ [K ].{q} = 0 & Tính chaát taûi troïng taùc duïng. (Löïc taäp trung - momen taäp trung, löïc – Baøi toaùn tónh momen phaân boá, löïc kích ñoäng). [K ].{q} = { f } Baøi toaùn ñaùp öùng [M ].{q&} + [K ].{q} = { f (t )} & Hình 5 Sô ñoà khoái tính toaùn " Baøi toaùn ñoäng hoïc, ñoäng löïc hoïc. - Chuyeån file döõ lieäu chi tieát 3D ñöôïc thieát keá baèng Solid Edge sang phaàn meàm MSC Nastran. - Ñònh nghóa caùc töông quan chuyeån ñoäng giöõa caùc khaâu, nghóa laø thieát laäp caùc khôùp (quay, tònh tieán, baùnh raêng, ñai…) - Thieát laäp caùc nguyeân nhaân taïo chuyeån ñoäng nhö motor, actuator, löïc, moment moät caùch töông öùng, tuøy thuoäc töøng loaïi moâ hình. " Baøi toaùn tính söùc beàn. - Aùp ñaët taûi taùc duïng, taùc duïng leân maët trong cuûa vaät theå. - Aùp ñaët ñieàu kieän bieân (ñieàu kieän raøng buoäc). - Tính toaùn, coù theå tính sô boä hay tính chính xaùc theo ñieàu kieän cho tröôùc ñoù laø sai soá tính toaùn, sai soá chaát löôïng löôùi. Thôøi gian tính nhanh hay chaäm phuï thuoäc vaøo vieäc thieát laäp caùc ñieàu kieän sai soá cho pheùp. Sau khi tính toaùn xong thì seõ kieåm tra ñieàu kieän beàn, giaù trò öùng suaát cho pheùp cuûa vaät lieäu ñöôïc nhaäp tröôùc khi tính toaùn. - Xuaát döõ lieäu daïng hình aûnh, daïng soá lieäu theå hieän ôû daïng trang Web. " Moâ hình tay gaép ñöôïc thöïc hieän nhôø phaàn meàm Solid Edge vaø MSC Nastran, caùc soá lieäu nhaäp ñöôïc laáy töø caùc keát quûa tính toaùn trình baøy ôû phaàn treân, moät soá keát quaû nhaän ñöôïc sau: " Baøi toaùn dao ñoäng: xaùc ñònh daïng vaø tìm soá dao ñoäng möùc thaáp nhaát. • TÍNH TOAÙN ÖÙNG SUAÁT NAÉP ÑAÄY – Hình 6 -4-
Hình 6 Tính toaùn aùp suaát naép • TÍNH TOAÙN ÖÙNG SUAÁT PISTON KEÏP VAØ ÖÙNG SUAÁT BAÏC ÑÔÕ TRUÏC – Hình 7 Hình 7 Tính toaùn öùng suaát pittoâng keïp vaø öùng suaát baïc ñôõ truïc • TÍNH DAO ÑOÄNG CUÛA TRUÏC VAØ GIAÙ KEÏP CAÙN DAO – Hình 8 Mode 1: 261Hz Mode 1: 560Hz Hình 8 Tính toaùn dao ñoäng cuû a truïc vaø keïp caùn dao IV. KEÁT LUAÄN VAØ ÑEÀ NGHÒ • Thieát keá cheá taïo tay gaép ñeå phuïc vuï cho vieäc thay ñoåi dao töï ñoäng ñoøi hoûi ñoä chính xaùc cao, raát caàn thieát cho caùc maùy gia coâng theo kieåu “ trung taâm gia coâng caét goït kyõ thuaät soá “. Vieäc moâ phoûng laø böôùc chuaån bò caàn thieát tröùôc khi gia coâng thöïc teá. • Moâ hình aûo khoâng nhöõng phaân tích kyõ ñöôïc nguyeân lyù hoaït ñoäng maø coøn kieåm tra tính toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc cuûa cô caáu. Vieäc thöïc hieän moâ phoûng tay gaép seõ mang laïi hieäu quaû kinh teá hôn laø vieäc cheá taïo “thöû vaø sai”. • Thoâng qua vieäc xaây döïng moâ hình moâ phoûng ñöa laïi söï hieåu bieát chi tieát, coù theå söõa chöõa daïng hình hoïc cô caáu deã daøng, vaø cuï theå trong vaán ñeà laøm keá hoaïch, qui trình saûn xuaát. -5-
• Trình baøy, thaûo luaän vôùi nhöõng ngöôøi ñieàu haønh cuõng nhö ngöôøi saûn xuaát. Ñöôïc ñaùnh giaù, phaân tích vaø caûi tieán tröôùc khi thöïc hieän. Ñieàu naøy goùp phaàn giaûm ñöôïc nhöõng thieáu soùt trong quyeát ñònh, vaø giuùp phaùt hieän sôùm nhöõng khoù khaên hoaëc maâu thuaån trong saûn xuaát. • Giaûm sai laàm trong keá hoaïch cuõng nhö trong thieát keá kyõ thuaät, kieåm tra vaø hôïp lyù hoùa nhöõng coâng ñoaïn kyõ thuaät, boû bôùt nhöõng böôùc khoâng caàn thieát trong coâng ngheä, thôøiø gian laøm ra saûn phaåm ñöôïc ruùt ngaén laïi. • Khoâng nhöõng coù tính tröïc quan maø coøn giaûi quyeát baøi toaùn kyõ thuaät trieät ñeå, thieát laäp ñöôïc boä baûn veõ cheá taïo chi tieát gia coâng. Hôn nuõa döõ lieäu vi tính taäp trung ñöôïc quaûn lyù deã daøng vaø tieän lôïi hôn, öùng duïng nhöõng keát quûa ñaït ñöôïc cho nhöõng coâng trình sau. • Gaàn ñaây maùy gia coâng caét goït ñieàu khieån theo chöông trình soá thaâm nhaäp vaøo nöôùc ta maïnh meõ. Vôùi keát quaû maø baøi vieát ñaït ñöôïc, hy voïng seõ giuùp cho nhöõng ngöôøi laøm coâng taùc nghieân cöùu vaø cho sinh vieân ñaït ñöôïc keát quaû toát hôn trong coâng vieäc lieân quan. • Ñeå thieát keá moâ phoûng moät heä thoáng thieát bò naøo ñoù, caàn phaûi phaân tích veà nguyeân lyù hoïat ñoäng, tính toaùn thieát keá, naém chaéc coâng ngheä, khaû naêng moâ phoûng 3D, coâng vieäc ñöôïc tieán haønh nhôø söï coäng taùc cuûa nhieàu ngöôøi. Höôùng ñang ñeà nghò vaø töøng böôùc tieán haønh xaây döïng ngaønh “ Thieát keá & moâ phoûng” taïi tröôøng ÑH.SPKT. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO . [1]. Stephen J. Chapman, MATLAB Programming for Engineers by Stephen J. Chapman. [2]. Jerry Craig, Engineering and Technical Drawing Using Solid Edge, Version 9. [3]. Desmond J. Higham, Nicholas J. Higham, MATLAB Guide. [4]. Nguyeãn Ngoïc Caån, Truyeàn ñoäng daàu eùp trong maùy caét kim loaïi, Ñ.H. Baùch khoa Haø noäi, 1974. [5]. Cernoch, Strojne technicka prirucka, Praha, 1977. [6]. Chvaùla, Mechanizace a automatizace obraùbecích stroju, Praha, 1970. [7]. Nguyeãn Troïng Hieäp, Chi tieát maùy T1&2, NXB Giaùo Duïc, 1996 [8]. MSC, MSC/NASTRAN Quick Reference Guide by MSC. [9]. Necmec, Casti stroju III, Praha, 1969. [10]. Píc, Vybraneù state z konstrukce NC obraùbecích stroju, VUT 1974. [11]. Nguyeãn Ngoïc Phöông, Heä thoáng ñieàu khieån baèng thuûy löïc, NXB Giaùo Duïc,2000. Ñòa chæ lieân heä: NGUYEÃN NGOÏC PHÖÔNG Khoa Cô khí Cheá taïo maùy Boä moân Cô ñieän töû Tröôøng ÑHSPKT Thuû ñöùc, TP. HCM ÑT: 8 960986 Mobil: 0913 702 581 E-Mail: phuongnn@hcmute.edu.vn -6-