Bài giảng Tự động hóa quá trình sản xuất - Trần Thanh Tùng

hôi xảy ra trong quá trình chuyển động của nó theo máng xoắn vít. Các phương pháp định hướng phôi có thể là: + Chủ động (tất cả những phôi được định hướng không phụ thuộc vào vị trí của chúng trong máng xoắn vít). + Thụ động (chỉ có những phôi có vị trí chính xác mới được chuyển vào máng tiếp nhận, còn những phôi có vị trí không chính xác sẽ bị rơi xuống phễu). Dưới đây giới thiệu một số ví dụ về định hướng của các loại phôi khác nhau. Hình 4.21: Định hướng với phôi tròn có đáy phẳng, d >l Hình 4.21 các phôi tròn có đáy phẳng được di chuyển trên máng xoắn vít có tiết diện hướng kính nghiêng một góc β = 3÷50 so với tâm phễu. Độ cao m của gờ phễu được thiết kế nhỏ hơn chiều cao (chiều dày) h của phôi. Hình 4.22: Định hướng với phôi tròn có đáy phẳng, d >>h Hình 4.22 là cơ cấu định hướng dùng cho phôi tròn có đáy phẳng d>>h, phôi này nằm ở phần răng có gờ cho nên chúng định hướng để đi vào máng tiếp liệu. Còn những phôi nằm ở phần răng không có gờ sẽ bị rơi xuống. Giới thiệu một số phương án định hướng trong phễu tròn với các loại phôi có hình dáng khác nhau. Chương 4 Tự động hóa quá trình sản xuất 73 a) Dạng phôi bulong, vít b) Dạng phôi bậc dạng đĩa c) Dạng phôi trụ Hình 4.23: Một số phương án định hướng phôi trong phễu tròn Ví dụ: Phân tích một phương án định hướng phôi chi tiết bulong. 1. Thành phễu 2,3,4. Cơ cấu định hướng chi tiết sai hướng 5,6. Chi tiết sai hướng Hình 4.24: Phương án định hướng phôi trong phễu tròn cho bulong 4.4.3 Các loại phễu tròn Phễu tròn là thành phần cơ bản của cơ cấu cấp phôi rung động. Kết cấu của phễu tròn có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của cơ cấu cấp phôi rung động. Phễu có chức năng: tích trữ, định hướng và vận chuyển phôi tới máng tiếp nhận và nếu một trong các chức năng này không có thì cơ cấu cấp phôi sẽ hoạt động không hiệu quả. Phễu tròn được chia ra ba loại sau đây: Chương 4 Tự động hóa quá trình sản xuất 74 + Phễu tròn hình trụ có một hoặc một số máng xoắn vít nằm ở thành trong. + Phễu tròn hình côn có máng xoắn vít nằm ở thành tròn. + Phễu tổ hợp bao gồm: phễu hình côn là ổ tích, còn hình trụ với máng xoắn vít ở bên ngoài có chức năng lấy phôi. a) phễu tròn hình côn b) phễu tròn dạng tổ hợp c) phễu tròn hình trụ Hình 4.25: Phễu tròn hình côn có máng xoắn vít nằm ở trong 4.5 Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động 4.5.1 Phễu cấp phôi Là thành phần đầu tiên của hệ thống cấp phôi tự động có mục đích để chứa và dự trự một lượng phôi cần thiết nhằm đảm bảo cho hệ thống làm việc một cách liên tục và ổn định. Đồng thời phễu chứa phôi phải thực hiện được nhiệm vụ định hướng phôi cấp I (định hướng sơ bộ) để cung cấp cho máng chuyển phôi thực hiện được quá trình lưu thông và di chuyển phôi đều đặn. Do mục đích của phểu chứa phôi được đặt ra là quan trọng và cần thiết như vậy nên thường hiện nay người ta sử dụng chủ yếu các kiểu phễu kép mà trong đó phễu thứ nhất được dùng để chứa các phôi được cấp vào (có thể gián đoạn bằng tay theo chu kỳ, có thể liên tục nhờ băng tải, gàu tải) và dự trữ phôi. Phễu thứ hai làm nhiệm vụ định hướng cấp I và cung cấp phôi cho máng chuyển một cách đều đặn và liên tục, tránh tình trạng phôi bị kẹt không chuyển vào máng được hoặc bị dồn quá nhiều trên máng làm cho máng chuyển phôi không thực hiện được chức năng và nhiệm vụ của mình. Cấu tạo của một số loại phễu cấp phôi: + Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay: đặc điểm của kiểu phễu này đơn giản, làm việc tin cậy và đạt được năng suất cao, do vậy được sử dụng khá rộng rãi trong các hệ thống cấp phôi tự động. Hình 4.26 thể hiện nguyên lý hoạt động của phễu quay trục vít truyền chuyển động quay sang bánh vít 1 truyền chuyển động sang bánh vít 2, thông qua trục đĩa 3 quay. Đĩa 3 được đặt nghiêng một góc so với mặt phẳng nằm ngang. Chương 4 Tự động hóa quá trình sản xuất 75 Phôi 6 được cấp vaò phễu số 4 và sắp xếp một cách ngẫu nhiên. Trên đĩa 3 có khoét một số rãnh để định hướng phôi theo yêu cầu. Khi đĩa 3 gạt phôi đi qua khe hở với kích thước của khe hở được tính hợp lý thì phôi sẽ tự rơi xuống. + Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay. Hình 4.26: Phễu chứa phôi kiểu đĩa quay + Phễu cấp phôi kiểu gá nâng và cách gạt. Hình 4.27: Phễu chứa phôi kiểu gá nâng và cách gạt Để đảm bảo chứa lượng phôi cần thiết nhằm đảm bảo cho hệ thống sản xuất đạt năng suất theo yêu cầu, cần thiết phải xác định hình dáng và kích thước của phễu. Công thức xác định thể tích của phễu chứa: Chương 4 Tự động hóa quá trình sản xuất 76 (4.1) Trong đó: Vph: thể tích phễu [mm 3 ] Vf: là thể tích của phôi [mm 3 ] t: là thời gian gia công từng chiếc [ph] T: là thời gian làm việc liên tục giữa 2 lần cung cấp phôi vào phễu [ph] q: là hệ số khả năng láp kín của phễu, nó phụ thuộc vào hình dáng và kích thước của phôi. Với phôi có hình dáng đơn giản thì q = 0,4÷0,6; với phôi có hình dáng phức tạp hơn q = 0,2÷0,3. 4.5.2 Máng dẫn phôi Mục đích của máng chuyển phôi là vận chuyển phôi từ phễu đến máy công tác, đồng thời làm nhiệm vụ định hướng vị trí của phôi trong không gian một cách chính xác và dự trữ phôi để đảm bảo cho sự hoạt động bình thường của máy công tác. Để đảm bảo được yêu cầu trên, máng chuyển phôi phải được xác định về kích thước, hình dáng phù hợp với từng loại phôi, đồng thời phải lựa chọn và bố trí các cơ cấu định hướng phôi một cách tin cậy để tránh tình trường hợp phá vỡ điều kiện làm việc bình thường của máy công tác. Để đảm bảo cho cơ cấu nắm bắt phôi và cung cấp đến bộ phận công tác của máy, cần phải có cơ cấu làm phù hợp tốc độ di chuyển của phôi với cơ cấu bắt giữ phôi cũng như phân chia phôi và giữ khoảng cách phôi một cách chính xác. 4.5.2.1 Các dạng máng được sử dụng để vận chuyển phôi Theo hình dáng và kích thước của phôi, người ta có thể lựa chọn các kiểu máng dẫn phôi như một số kiểu trên hình 4.28. Chương 4 Tự động hóa quá trình sản xuất 77 Hình 4.28: Một số kiểu máng chuyển phôi 4.5.2.2 Tính toán các thông số cơ bản của máng Mục đích của phần này là xác định khe hở tối đa giữa phôi và máng dẫn phôi trên cơ sở hình dáng, kích thước của phôi, góc nghiêng của máng dẫn, hệ số ma sát giữa phôi và máng để tránh trường hợp mất định hướng hoặc kẹt phôi khi di chuyển trên máng. a. Xác định khe hở giữa máng và phôi Giả sử có một phôi dạng hình trụ có đường kính d và chiều dài l di chuyển theo phương vuông góc với đường tâm trục trong một máng dẫn tiết diện chữ U. Giả sử phôi trong quá trình di chuyển có thể bị lệch do một nguyên nhân nào đó như trên hình 4.29. Hình 4.29: Xác định khe hở phôi và máng Để đảm bảo rằng phôi không bị mất định hướng (tức là không thể quay đi một góc 90 0 ) thì khe hở giữa phôi và máng được xác định theo công thức sau: Chương 4 Tự động hóa quá trình sản xuất 78 c 1 (4.2) Trong đó,  là khe hở giữa máng và phôi ; l là chiều dài phôi ; c là thông số tính toán và được xác định : 22 ldc  (4.3) Tuy nhiên để tránh tình trạng phôi bị kẹt (do ma sát giữa phôi và máng) thì điều kiện về góc xoay của phôi  phải lớn hơn hoặc bằng góc ma sát trượt giữa phôi và máng để phôi tự trở về vị trí định hướng của mình và thực hiện việc di chuyển trong máng bình thường. Xét tại điểm I ta có : Fms = N.f (4.4) Trong đó, f là hệ số ma sát trượt giữa máng và phôi, thông thường f = 0,1 ÷ 0,25. Hợp lực R của lực ma sát Fms và lực pháp tuyến N tạo với N một góc  , gọi là ma sát trượt. f= tg (4.5) Từ đó ta có nhận xét : Nếu  <  thì hợp lực R tạo moomen quay xung quanh điểm O lên phía trên và làm cho phôi bị kẹt không di chuyển được . Nếu  > thì hợp lực R tạo ra mômen qua xung quanh O xuống phía dưới và làm phôi định hướng trở lại vị trí ban đầu và di chuyển được. Kết hợp cả hai điều kiện trên, ta có : 22 cos dl l c l      (4.6) Vậy : ldl  cos.22 (4.7) Xét đến góc ma sát  , ta có : 22 1 1 1 1 cos ftg       Khi góc   Ta có : 21 1 coscos f   Và khi đó là ứng với giá trị max : l fl dl     2 22 max (4.8) Hay biến đổi, ta có :  max= d df d . 1 1 1 1 2 2                        (4.9) Chương 4 Tự động hóa quá trình sản xuất 79 Nếu đặt S = d  là khe hở đơn vị theo chiều dài của đường kính thì ta có Smax được xác định như sau : df d d S 1 1 1 1 2 2 max max             (4.10) Như vậy Smax phụ thuộc vào f và tỷ số 1/d. Từ công thức trên, ta thấy rằng nếu f = const và tỷ số 1/d tăng thì khe hở Smax giảm. Còn nếu tỷ số 1/d = const thì khi f tăng lên thì Smax giảm. Trên cở sở tính toán như trên, người ta thiết lập được các công thức xác định khe hở giữa phôi và máng cho một số dạng chi tiết được trình bày trong bảng sau: Bảng 4.1: Một số công thức xác định khe hở phôi và máng √ √ ( ) √ ( ) √ Các loại chi tiết này không được định hướng. Chương 4 Tự động hóa quá trình sản xuất 80 b. Xác định kích thước chiều cao vách máng Tại những điểm cuối cùng của máng thì tốc độ dịch chuyển của phôi là khá lớn có thể gây ra sự mất định hướng do va dập. Để tránh những hiện tượng đó, người ta phải xác định tốc độ giới hạn của phôi trên cơ sở phải đảm bảo đủ năng suất cấp phôi nhưng không gây va đập làm mất định hướng . Đối với máng tự chảy, góc nghiêng của máng được bố trí sao cho lớn hơn góc ma sát giữa phôi và máng cũng như khắc phục một số ảnh hưởng khác như do kích thước của phôi không chính xác hoặc sai số về hình dánh hình học và vị trí tương quan của phôi gây ra. Trên hình 4.30 trình bày một số kiểu máng tự chảy với hình a là bố trí máng nghiêng một góc  ,máng nghiêng bố trí trên hình b bố trí với 2 góc nghiêng khác nhau có góc α2 thường lớn hơn góc ma sát khoảng từ 1,5 đến 2 lần, còn góc α1 thường được bố trí trên phần máng ngắn hơn và thường có giá trị nhỏ hơn góc ma sát  một ít. Giữa 2 máng nghiêng này được nối với nhau bằng một cung chuyển tiếp có bán kính R lớn hơn chiều dài của một ít để cho quá trình di chuyển phôi trên máng được dễ dàng. Còn ở hình c là máng chuyển phôi chỉ sử dụng một góc nghiêng nhưng với việc sử dụng hai loại vật liệu có hệ số ma sát khác nhau, thường chọn giá trị f1≤ tgα một ít và f2 > tgα. Hình 4.30: Kích thước chiều cao của một số loại máng dẫn phôi Tốc độ trượt của phôi trên máng được xác định theo công thức sau: 2 0)cot1(2 vgfgh   (4.11) Trong đó, v0 là vận tốc ban đầu ; h là độ cao của máng dẫn; g là gia tốc trọng trường; α là góc nghiêng của máng dẫn. Xác định chiều dài L : L = h. cotgα= fg vvhg .2 .2 220  (4.12) Chương 4 Tự động hóa quá trình sản xuất 81 Với f là hệ số ma sát trượt giữa phôi và máng dẫn : f = tg  (4.13) Để xác định độ dài của máng dẫn, từ hình 4.28 ta có: 2121 1 22 021 sin).sin.cot(cos2 sin).().sincos(2   ggf vvhfg s    (4.14) Trong đó, v là vận tốc yêu cầu của phôi ở cuối máng chuyển. Để cho phôi không bị trượt ra khỏi máng dẫn hoặc rơi ra ngoài khi di chuyển thì cần thiết phải xác định chiều cao vách máng một cách hợp lý. Trên bảng 4.2 giới thiệu một số kiểu máng chuyển đổi phôi và công thức xác định chiều cao tương ứng của từng loại. Bảng 4.2: Cách xác định chiều cao của một số loại máng dẫn phôi Sơ đồ Công thức Chiều rộng vách máng: B = (0,7÷0,8).d Góc V của máng: β = 450 đối với phôi có khối lượng đến 5 kg. β = 600 đối với phôi có khối lượng trên 5 kg. H = (0,3 ÷ 0,4).d đối với phôi có dạng cầu. H= (0,25 ÷0,3).d đối với phôi hình trụ. H > 0,6.d đối với phôi có dạng đĩa và vành. H = 0,4.d H1 = d + : chọn từ 2 đến 5mm tùy vào kích thước và trọng lượng của phôi. Đối với chi tiết vận chuyển trên ngỗng trục: Đối với chi tiết vận chuyển trên ngỗng bậc trục lớn: Chương 4 Tự động hóa quá trình sản xuất 82 Câu hỏi ôn tập chương 4 1. Cách thành phần chính của hệ thống cấp phôi tự động. 2. Trình bày cách định hướng phôi cho các chi tiết phôi rời bằng móc, chốt, rãnh, túi định hình, ống. 3. Các thành phần của cơ cấu định hướng phôi dạng ổ tích. 4. Các phương pháp định hướng phôi trong phễu tròn của cơ cấu cấp phôi rung động. (Cho chi tiết đưa ra phương án định hướng). 5. Tính toán một số thông số chính của hệ thống cấp phôi như: thể tích phễu, lựa chọn các loại máng và xác định kích thước của máng dẫn phôi. Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 83 CHƯƠNG 5 KIỂM TRA VÀ LẮP RÁP TỰ ĐỘNG Sau khi học xong chương này sinh viên cần nắm được những nội dung sau: + Phân loại được các thiết bị kiểm tra tự động và ứng dụng vào trong dây chuyển sản xuất. Các phương pháp nâng cao độ tin cậy khi áp dụng các hệ thống kiểm tra tự động. + Các yêu cầu đối với quá trình lắp ráp tự động, các phương pháp và ứng dụng robot vào lắp ráp tự động như thế nào. 5.1 Phân loại thiết bị kiểm tra tự động Trong công nghiệp, nhiều quá trình công nghệ đòi hỏi phải tiến hành trong những điều kiện công nghệ (như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, thành phần môi trường gọi chung là thông số công nghệ) cần khống chế trong một giới hạn nhất định. Đo và kiểm tra các thông số công nghệ cho phép người thực hiện biết được trạng thái của quá trình, từ đó tác động để đảm bảo sự hoạt động bình thường của hệ thống thiết bị cũng như đạt hiệu quả kinh tế và chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.Đối với hệ thống tự động, đo và kiểm tra thông số công nghệ là khâu không thể thiếu đảm nhận sự cung cấp tín hiệu cần thiết cho quá trình điều khiển hoạt động của thiết bị. Do vậy đo và kiểm tra có tầm quan trọng rất lớn trong công nghiệp. Hệ thống kiểm tra tự động là một khâu rất quan trọng bởi vì nó xác định khả năng không có sự tham gia của con người (khả năng tự động hóa). Hệ thống kiểm tra tự động giải quyết những vấn đề sau đây: - Nhận và trình thông tin về các tính chất, trạng thái kỹ thuật và cách bố trí không gian của các đối tượng được kiểm tra, đồng thời cả về trạng thái môi trường - So sánh giá trị thực tế với giá trị danh nghĩa của thông số. - Truyền thông tin về sự không tương thích với các mô hình của quá trình sản xuất để kịp thời hiệu chỉnh trên các cấp điều khiển khác nhau của hệ thống sản xuất tự động. - Nhận và trình thông tin về thực hiện chức năng . Hệ thống kiểm tra tự động cần đảm bảo: - Khả năng điều chỉnh tự động các thiết bị kiểm tra trong phạm vi một chủng loại của các đối tượng được kiểm tra. Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 84 - Phối hợp các đặc tính động lực học của hệ thống kiểm tra tự động với các tính chất động lực học của các đối tượng cần kiểm tra. - Độ tin cậy của kiểm tra, kể cả kiểm tra việc chuyển đổi và truyền thông tin. - Độ ổn định của thiết bị kiểm tra. Dựa theo mức độ tự động hóa người ta chia các thiết bị kiểm tra ra các loại sau đây: - Thiết bị kiểm tra bằng tay. - Thiết bị kiểm tra cơ khí. - Thiết bị kiểm tra bán tự động. - Thiết bị kiểm tra tự động. Tùy thuộc vào mục đích kiểm tra mà ta phân thành hai loại: - Thiết bị kiểm tra thụ động - Thiết bị kiểm tra tích cực Kiểm tra thụ động là khi một loạt chi tiết vừa chế tạo xong. Thiết bị kiểm tra phân chúng thành hai loại (thành phẩm và phế phẩm) hoặc nhiều nhóm. Kiểm tra tích cực là một phương pháp kiểm tra hoàn chỉnh. Dựa vào kết quả đo lường, thiết bị kiểm tra tự động để điều chỉnh máy, điều chỉnh lại quy trình công nghệ hoặc dừng máy. 5.2 Kiểm tra tích cực trong các quá trình sản xuất tự động Kiểm tra tích cực là một phương pháp kiểm tra hoàn chỉnh. Dựa vào kết quả đo lường, thiết bị kiểm tra tự động để điều chỉnh máy, điều chỉnh lại quy trình công nghệ hoặc dừng máy. Phương pháp này làm giảm lượng phế phẩm ở mức thấp nhất. Mức độ duy trì kích thước : Thiết bị kiểm tra kích thước ngay trong quá trình gia công để phát lệnh điều khiển bàn dao hay ụ đá mài tiến vào để khử sai số hệ thống thay đổi do mòn dụng cụ cắt gây ra. Ví dụ sơ đồ hệ thống kiểm tra khi mài: Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 85 Hình 5.1: Hệ thống kiểm tra tự động khi mài 1: đầu đo 2,3: bộ phận truyền tín hiệu 4: ụ đá mài 5: đá mài 6: chi tiết 1,2 Chi tiết kiểm tra 3 Calip 4 Thanh di chuyển 5,6 Công tắc 7 Calip hình chêm 8 Calip phẳng 9 Khối V 10 Thanh kiểm tra 11 Tay dòn lắc lư 12 Cơ cấu định dạng 13 Chi tiết kiểm tra Hình 5.2: Các sơ đồ kiểm tra kích thước ngoài bằng phương pháp trực tiếp Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 86 Hình 5.3: Các sơ đồ kiểm tra tự động đường kính ngoài bằng phương pháp không tiếp xúc trực tiếp Hình 5.4: Các sơ đồ kiểm tra tự động đường kính lỗ Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 87 Hình 5.5: Các sơ đồ kiểm tra tự động sai số hình dáng và sai số vị trí tương quan 5.3 Kiểm tra tự động khi gia công một số bề mặt cơ bản Các thiết bị kiểm tra tích cực được sử dụng rộng rãi khi gia công một số bề mặt cơ bản, bởi vì đây là nguyên công nhằm đạt được độ chính xác cao. Các thiết bị kiểm tra tích cực một số bề mặt cơ bản, ví dụ khi mài thông thường người ta thường dùng phương pháp kiểm tra tích cực: tiếp xúc một điểm, tiếp xúc hai điểm và ba điểm. Hình 5.6 Thiết bị kiểm tra tích cực rãnh của vòng đỡ bi Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 88 Hình 5.7 Thiết bị kiểm tra tích cực tiếp xúc hai điểm Hình 5.8 Thiết bị kiểm tra tích cực tiếp xúc ba điểm Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 89 Hình 5.9 Các sơ đồ kiểm tra tích cực khi mài tròn trong 1.calip 2,4,20. chi tiết mài 3. ụ sau 5,17,19,21. đầu đo 6,9,11. lò xo 7,14. Cán tỳ 8. đồng hồ so 10,11,12. công tắc 13,15,18. tay đòn 5.4 Các phương pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống kiểm tra tự động Để nâng cao độ tin cậy của hệ thống kiểm tra tự động đòi hỏi người thiết kế hệ thống kiểm tra tự động cần chú ý những bước sau đây: + Phân tích nhiệm vụ của hệ thống kiểm tra tự động. + Lựa chọn phương án kiểm tra. + Tính toán và thiết kế cụ thể. + Lắp ráp và vận hành thử. 5.4.1 Phân tích nhiệm vụ: * Trước khi thiết kế cần nghiên cứu chi tiết về quá trình công nghệ. * Nắm vững thiết bị gia công và mục tiêu của kiểm tra là gì. * Kiểm tra để điều khiển những thông số nào. * Thiết bị kiểm tra phát huy tính hiện đại, chính xác, công nghệ ổn định, sai số hình dáng hình học. Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 90 5.4.2 Lựa chọn phương án: * Thu thập các tài liệu liên quan đến hệ thống kiểm tra đã có. * Lựa chọn phương án đo. * Lựa chọn mức độ tự động hóa. * Xác định tính vạn năng của hệ thống kiểm tra. * Xác định điểm đặt thiết bị đo. 5.4.3 Tính toán và thiết kế cụ thể: * Độ chính xác cần thiết của thiết bị. * Độ an toàn của thiết bị. * Sử dụng thuận tiện và nhanh chóng điều chỉnh. * Phù hợp với máy gia công. * Dễ chế tạo, giá thành rẻ. 5.4..4 Lắp ráp và vận hành thử: Thông qua quá trình lắp ráp trên máy, cho làm việc thử, kiểm tra thử và điều chỉnh một số điểm không hợp lý của hệ thống kiểm tra. 5.5 Các vấn đề chung của lắp ráp tự động 5.5.1 Ý nghĩa của lắp ráp tự động Một sản phẩm cơ khí do nhiều chi tiết hợp thành, những chi tiết này đã được gia công đạt chất lượng ở phân xưởng cơ khí, sẽ được lắp thành các bộ phận hay thiết bị hoàn chỉnh. Nếu gia công cơ khí là giai đoạn chủ yếu của quá trình sản xuất, thì lắp ráp là giai đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất ấy. Vì sau quá trình lắp ráp, sản phẩm đạt được chất lượng yêu cầu và vận hành ổn định, thì quá trình sản xuất ấy mới có ý nghĩa, mới có tác dụng thiết thực trong nền kinh tế quốc dân. Quá trình lắp ráp là một quá trình lao động phức tạp. mức độ phức tạp, cũng như khối lượng lắp ráp có liên quan chặt chẽ tới quá trình công nghệ gia công cơ và cả quá trình thiết kế sản xuất, đó cũng là quá trình hiệu chỉnh theo thiết kế để thỏa mãn yêu cầu chất lượng sản phẩm và là quá trình lao động kỹ thuật phức tạp (ví dụ: khi lắp cần đảm bảo độ đồng tâm để tránh rung, lắc, đảo... ) 5.5.2 Nhiệm vụ của quá trình tự động hóa quá trình lắp ráp Xác định mức độ ảnh hưởng của quan hệ lắp ráp trong các mối lắp cố định tới các bề mặt thực hiện chuyển động công tác chính. Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 91 Xác định tải trọng vận hành tới chuỗi kích thước công nghệ khép kín khi lắp ghép. Xác định và đánh giá các sai số công nghệ lắp ráp trên mối lắp cố định , tìm kiếm các phương pháp hợp lý nhằm loại bỏ chúng, nâng cao chất lượng của mối lắp và sản phẩm. Sử dụng gia công cơ để loại bỏ ảnh hưởng của quan hệ lắp ghép và tải trọng vận hành cũng như sai số công nghệ khi vận hành. 5.5.3 Phân loại hệ thống lắp ráp tự động Có nhiều cách khác nhau cho việc hình thành các hệ thống lắp ráp tự động. Các hệ thống này được phân loại như sau: a) Theo dạng thiết bị vận chuyển : - Hệ thống vận chuyển liên tục - Hệ thống vận chuyển đồng bộ - Hệ thống vận chuyển không đồng bộ - Hệ thống vận chuyển với chi tiết cơ sở cố định b) Theo hình dáng vật lý: - Máy lắp ráp kiểu xoay vòng - Máy lắp ráp kiểu đường thẳng - Hệ thống lắp ráp kiểu Carousel Trong máy lắp ráp kiểu xoay vòng (hình 5.10) chi tiết cơ sở thường được kẹp trên một đồ gá tại vị trí đầu tiên, sau đó nó được xoay sang vị trí 2, 3.Tại mỗi vị trí các chi tiết ghép được lắp vào. Máy chuyển động liên tục hoặc ngắt quảng. Mặc dù không phổ biến, máy lắp ráp kiểu xoay vòng liên tục thỉnh thoảng vẫn được thiết kế để sử dụng trong hoạt động lắp ráp. Máy lắp ráp theo đường thẳng (hình 5.11) gồm một loạt những vị trí tự động được đặt dọc theo hệ thống vận chuyển. Đó là một biến thể tự động hóa của những dây chuyển láp ráp bằng tay. Hệ thống vận chuyển liên tục, đồng bộ và không đồng bộ có thể được sử dụng trong kiểu máy này. Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 92 Hình 5.10: Cấu hình của một hệ thống lắp ráp kiểu xoay vòng Hình 5.11: Cấu hình của một hệ thống lắp ráp theo đường thẳng Hệ thống lắp ráp tự động kiểu Carousel (hình 5.12) là hình thức lai giữa máy xoay vòng và máy dịch chuyển thẳng. Kiểu hệ thống lắp ráp này có thể hoạt động liên tục, đồng bộ hoặc không đồng bộ xung quanh vòng khép kín. Cấu hình Carousel không đồng bộ thường sử dụng trong hệ thống tự động hóa một phần. Sơ đồ kiểu hệ thống này được vẽ trên hình. Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 93 Hình 5.12: Cấu hình của một hệ thống lắp ráp kiểu Carousel 5.5.4 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống lắp ráp tự động Cấu trúc của một hệ thống lắp ráp tự động bao gồm: + Cơ cấu cấp phôi tự động. + Cơ cấu tiếp liệu để đưa chi tiết vào vị trí lắp ráp. + Cơ cấu nhận chi tiết từ cơ cấu tiếp liệu và định vị chi tiết ở vị trí xác định . + Cơ cấu thao tác công việc lắp ráp (vặn bulông, hàn mỗi ghép ..) + Cơ cấu chuyên dùng để tháo sản phẩm lắp ráp (có thể có hoặc không) Các công đoạn của một quá trình lắp ráp: + Tiếp nhận chi tiết cơ sở và chi tiết lắp ráp đưa vào vị trí công tác. + Gá đặt chi tiết cơ sở và định vị sơ bộ chi tiết lắp ráp. + Liên kết các chi tiết. + Kiểm tra vị trí tương quan chính xác của chi tiết cơ sở và chi tiết lắp ráp. + Đưa sản phẩm ra khỏi vị trí lắp ráp Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 94 CTCS: Chi tiết cơ sở TLK: chi tiết lắp ráp VC: cơ cấu vận chuyển ĐVLR: đơn vị lắp ráp TH: tín hiệu VLP : vật liệu phụ DG: đồ gá DC: dụng cụ NL: năng lượng Hình 5.13: Sơ đồ của quá trình lắp ráp tự động 5.6 Định vị và liên kết khi lắp ráp tự động 5.6.1 Định vị chi tiết trên vị trí lắp ráp Chi tiết ở vị trí lắp ráp phải được định vị, có nghĩa là phải có vị trí ổn định và phải được hạn chế cả 6 bậc tự do. Định vị chi tiết trên vị trí lắp ráp cũng được thực hiện như trong đồ gá để gia công (dựa theo nguyên tắc 6 điểm) và có thêm yêu cầu bổ sung là đảm bảo vị trí ổn định của bề mặt lắp ráp khi kích thước của chi tiết dao động trong phạm vi dung sai. Hình 5.14: Định vị chi tiết có hình dạng khác nhau Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 95 Khi định vị chi tiết lắp ghép, đường tâm của chúng có thể không trùng nhau và bị lệch đi một góc. Các sai lệch này do sai số kích thước đường kính : độ không trụ , độ không tròn, độ không vuông góc giửa mặc đầu bạc đối với các mặt chuẩn. Định vị mặt ren: giống như lắp trụ trơn, chỉ khác là đầu mối ren của bulong và đai ốc phải trùng nhau. Ngoài chuyển động lắc để lựa cho hai đường tâm của hai chi tiết trùng nhau và tịnh tiến còn chuyển động xoay tương đối của chi tiết này với chi tiết kia.Tuy nhiên việc tự định vị của hai chi tiết cần phải quan tâm vì dễ xảy ra hiện tượng cắt đức, hỏng ren. Vì vậy khi lắp ráp tự động khi lắp ráp phải có ít nhất một trong hai chi tiết có khả năng di chuyển và lắc trong không gian trong phạm vi cho phép. 5.6.2 Định hướng tương đối của các chi tiết lắp ráp Các chi tiết lắp ráp được chuyển đến vùng lắp ráp phải có vị trí xác định thuận lợi cho việc nối ghép tiếp theo. Tuy nhiên để đặt một chi tiết này lên một chi tiết khác cần phải đảm bảo độ chính xác hướng nhất định. Ví dụ, để lắp ráp trục vào bạc cần phải đảm bảo độ đồng tâm của trục và lỗ bạc. Xác định lượng dịch chuyển của độ đồng tâm cho phép, góc trong của tâm trục so với tâm lỗ. Hình 5.15: Sơ đồ xác định lượng dịch chuyển cho phép lớn nhất (a,b) và góc xoay của tâm trục trước khi lắp ráp Lượng dịch chuyển của độ đồng tâm cho phép: 2 max dD  Trường hợp trục và lỗ có giá trị giới hạn: 2 maxmin max dD   Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 96 Trường hợp trục và lỗ có thêm vát mép: 0 maxmin max 2 CC dD B    Trường hợp lắp ghép có độ dôi: 0max CCB  Định vị mặt ren: giống như lắp trụ trơn, chỉ khác là đầu mối ren của bulong và đai ốc phải trùng nhau Ngoài chuyển động lắc để lựa cho hai đường tâm của hai chi tiết trùng nhau và tịnh tiến còn chuyển động xoay tương đối của chi tiết này với chi tiết kia.Tuy nhiên việc tự định vị của hai chi tiết cần phải quan tâm vì dễ xảy ra hiện tượng cắt đức, hỏng ren. 5.7 Thiết kế quá trình công nghệ lắp ráp tự động Đối với đơn vị lắp ráp: + Kết cấu của sản phẩm phức tạp cần được chia làm các Modun. + Kết cấu của đơn vị lắp ráp phải được thiết kế sao cho khi lắp ráp không phải chia ra nữa. + Gá đặt chi tiết khi lắp ráp phải được thực hiện với số lượng chuyển động theo các trục là ít nhất. + Khi lắp ráp cần phải đảm bảo cho dụng cụ tiến vào vị trí lắp ráp được thuận lợi . + Cần phải giảm số chi tiết trong đơn vị lắp ráp. Đối với chi tiết lắp ráp: + Các chi tiết và các yếu tố kết cấu phải được tiêu chuẩn hoá . + Các chi tiết không được dính vào nhau khi lưu giữ, vận chuyển và cấp phát cho vị trí lắp rắp + Để định hướng thuận lợi thì chi tiết phải có kết cấu đối xứng, ở một số chi tiết người ta có thể bổ sung kết cấu, nhưng không làm ảnh hưởng đến chức năng của chúng. + Chi tiết phải vát mép mặt đầu để khi lắp ráp được thuận lợi. + Chi tiết phải có bề mặt thuận lợi cho Robot tóm nó. Phân tích chuỗi kích thước lắp ráp Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 97 Mục đích của phân tích chuỗi kích thước lắp ráp là đảm bảo chất lượng sản phẩm và khả năng lắp ráp tự động. Nhiệm vụ chính của phân tích chuỗi kích thước lắp ráp tự động là xác định mối quan hệ kích thước ở tất cả các giai đoạn của quá trình lắp ráp tự động, chọn phương pháp và thiết bị lắp ráp tự động, xác định yêu cầu đối với các chi tiết lắp ráp và đối với thiết bị lắp ráp. Một số thiết bị lắp ráp tự động điển hình: Hình 5.16: Sơ đồ máy lắp ráp bán tự động (a,b) và tự động (c) một vị trí (a) Chi tiết cơ sở được cấp bằng tay, chi tiết lắp ghép được cấp tự động (b) (c) Chi tiết cơ sở và chi tiết lắp ghép được cấp phát tự động Hình 5.17: Sơ đồ lắp ráp tự động 4 vị trí có bàn quay Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 98 Hình 5.18: Trung tâm lắp ráp có bàn quay 5.8. Ứng dụng robot trong lắp rắp tự động Công việc lắp ráp chi tiết sản phẩm đòi hỏi độ chính xác cao, đòi hỏi độ linh hoạt, cho nên nhiều hệ thống lắp ráp tự động được trang bị các robot lắp ráp để đảm bảo năng suất, độ chính xác, đáp ứng kịp thời trong dây chuyền lắp ráp. Cấu hình của một số loại robot cơ bản được sử dụng trong lắp ráp được thể hiện hình 5.20. Hầu hết các robot được thiết kế để phù hợp với dây chuyền lắp ráp cụ thể. Ví dụ robot kiểu trục quay được sử dụng cho dây chuyền lắp ráp được thể hiện trên hình 5.21, trong dây chuyền lắp ráp này sử dụng hai robot lắp ráp, một robot thực hiện việc lắp ghép các chi tiết với nhau (Screwing robot) và một robot thực hiện cung cấp chi tiết cho vị trí lắp ráp (part handing robot). Robot trong dây chuyền không chỉ có nhiệm vụ lắp ráp một chi tiết cụ thể, mà tùy thuộc và số lượng chi tiết lắp ráp, người ta Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 99 thiết kế kích thước robot hợp lý để có thể thực hiện thêm các nhiệm vụ lắp ráp các chi tiết. Hình 5.19: Một số kết cấu robot sử dụng trong dây chuyền lắp ráp tự động Hình 5.20: Một số kết cấu robot sử dụng trong dây chuyền lắp ráp tự động Chương 5 Tự động hóa quá trình sản xuất 100 Câu hỏi ôn tập chương 5 1. Phân biệt thế nào là kiểm tra thụ động và kiểm tra tích cực. Cho ví dụ minh họa. 2. Nắm rõ nguyên lý kiểm tra tích cực của một số thiết bị kiểm tra tự động. 3. Các công dụng chính của quá trình lắp ráp tự động. 4. Những phương pháp nâng cao độ tin cậy của phương pháp lắp ráp tự động. 5. Các loại robot nào thường được sử dụng trong lắp ráp tự động. Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 101 Chương 6 HỆ THỐNG SẢN XUẤT HIỆN ĐẠI Sau khi học xong chương này sinh viên cần nắm được những nội dung sau: + Hệ thống sản xuất FMS, CIM, RMS là gì. + Các thành phần chính của các hệ thống trên, phạm vi áp dụng và các ứng dụng trong thực tế của các hệ thống sản xuất hiện đại. + Cách xây dựng các hệ thống trên trong thực tế. 6.1 Hệ thống sản xuất tự động linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) 6.1.1 Cấu trúc của FMS Thành phần của FMS bao gồm: - Các thiết bị công nghệ và các thiết bị kiểm tra được trang bị các tay máy tự động và các máy tính để tính toán và điều khiển. - Các bộ chương trình để điều khiển FMS. - Các tế bào gia tự động (các môdun sản xuất linh hoạt) thông thường là các máy CNC có mối liên kết với các máy tính và hệ thống vận chuyển – tích trữ phôi (chi tiết) tự động và điều khiển nhờ mạng máy tính . 6.1.2 Sự tích hợp của FMS với các hệ thống tự động hóa. Sự tích hợp của hệ thống thiết kế tự động và hệ thống chuẩn bị công nghệ sản xuất tự động với FMS là rất cần thiết, bởi vì hệ thống tích hợp cho phép giải phóng con người khỏi sự tham gia trực tiếp trong quy trình công nghệ và như vậy, con người chỉ có chức năng kiểm tra và giám sát. Tích hợp chỉ có thể tạo ra hiệu quả sử dụng FMS trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ khi, ví dụ gia công 100.000 chi tiết với 2-3 lần cần xử lý 30.000-50.000 chương trình cho máy CNC và robot. Chỉ có máy tính mới tạo ra được khối lượng thông tin điền khiển khổng lồ như vậy. Như vậy, FMS cần phải làm việc trong thành phần hệ thống tích hợp toàn phần( hệ thống điều khiển tự động, hệ thống thiết kế tự động, hệ thống chuẩn bị công nghệ sản xuất tự động, hệ thống FMS). 6.1.3 Nguyên tắc thiết lập FMS Tiếp theo đó là thiết lập các cấu trúc chức năng, cấu trúc công nghệ và cấu trúc thông tin của FMS, đồng thời thiết lập mạng máy tính nội bộ. Sau giai đoạn này có thể giải quyết vấn đề Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 102 thuật toán và lập trình có tính đến tác động qua lại của các hệ thống điều khiển của FMS với các hệ thống tự động khác trong hệ thống tích hợp toàn phần. Song song với hệ thống này cần thiết lập các hệ thống cung cấp điện, nước, khí nén, thông tin v.v. Vấn đề tiêu chuẩn hóa của FMS phải được chú ý ngay từ đầu và phải được đặt trên cơ sở sử dụng rộng rãi nguyên tắc môdun ví dụ: có thể chọn các mẫu tiêu chuẩn của kho chứa tự động, các mẫu của cơ cấu vận chuyển tự động , các thiết bị công nghệ tiêu chuẩn và các robot v..v. 6.1.4 Phân loại FMS Dựa vào kinh nghiệm ứng dụng FMS ở các nước trên thế giới người ta phân ra các loại chính sau đây: Loại 1 không phụ thuộc vào dòng vật liệu của tế bào gia công tự động (đồng nghĩa với môdun sản xuất linh hoạt). Loại này được cấu tạo từ máy vạn năng với điều khiển theo chương trình số, cho phép liên kết với máy tính bậc cao để điều khiển. FMS loại 1 được sử dụng trong những trường hợp mà chi tiết có thời gian gia công lớn (quá trình gia công được tập trung trên một máy). Loại 2 gồm các tế bào gia công tự động vạn năng được điều khiển từ mạng máy tính và hệ thống vận chuyển – tích trữ phôi (chi tiết) tự động linh hoạt. Trong FMS loại này các chi tiết cùng loại có thể được gia công theo nhiều tiến trình công nghệ khác nhau trên một số tế bào gia công tự động (môđun sản xuất linh hoạt). FMS loại 2 này được sử dụng rộng rãi trong những trường hợp khi chi tiết có thời gian gia công không lớn. Loại 3 là dây chuyền tự động linh hoạt. Trong FMS loại này mỗi nguyên công được thực hiện chỉ trên một máy. Hệ thống vận chuyển – tích trữ phôi (chi tiết) đảm bảo tiến trình ứng dụng cho mỗi chi tiết và thông thường nó được thực hiện dưới dạng băng tải hay máy quay vòng. Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 103 Hình 6.1: Một số hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) 6.1.5 Thành phần các máy trong FMS Thành phần các máy trong hệ thống FMS thường khoảng 2-24 máy. Tuy nhiên phần lớn FMS có 4-10 máy với 2-4 kiểu máy được chọn theo nguyên tắc gia công nhóm chi tiết. Cần lưu ý rằng khi số máy trong FMS < 3-4 máy thì không nên sử dụng máy tính trung tâm để điều khiển và khi số máy trong FMS > 20 máy thì quá trình điều khiển lại rất phức tạp. Để đảm bảo cho FMS hoạt động liên tục khi có một máy nào đó bị hỏng hoặc phải sữa chữa theo định kỳ thì trong FMS có thể lắp đặt thêm các máy dự phòng. Về nguyên tắc các máy trong FMS đều phải là các máy CNC để đảm bảo quá trình điều khiển đồng nhất khi điều chỉnh công nghệ linh hoạt. 6.1.6 Ứng dụng robot trong hệ thống FMS Robot công nghiệp là thiết bị vạn năng để tự động hóa quá trình sản xuất nhiều chủng loại chi tiết và thường xuyên thay đổi đối tượng gia công. Robot công nghiệp có thể thực hiện Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 104 các nguyên công chính cũng như các nguyên công phụ, do đó chúng rất cần thiết trong hệ thống FMS. Hình 6.2: Robot được sử dụng trong hệ thống FMS 6.1.7 Hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển trong hệ thống FMS bao gồm một máy tính điều khiển trung tâm, các máy tính điều khiển ở các trạm, máy tính trung tâm có nhiệm vụ phối hợp tất cả các hoạt động của các thành phần trong hệ thống để đảm bảo hệ thống hoạt động nhịp nhàng và ổn định. Chức năng của hệ thống điều khiển trong hệ thống FMS bao gồm:  Điều khiển trạm: Trong một hệ thống sản xuất tự động tất cả các tiến trình sản xuất hoặc lắp ráp đều được điều khiển bởi máy tính (hoặc thiết bị điều khiển số).  Cung cấp những chỉ thị cần thiết đến các trạm: Ở những trạm thông minh thì cần phải phối hợp từng tiến trình của các máy tại trạm, những chương trình phải được nạp vào từng máy. Ở đây người ta thường dùng phương pháp điều khiển DNC.  Điều khiển qúa trình vận chuyển phôi liệu trong hệ thống.  Theo dõi trạng thái của từng phôi liệu trong hệ thống.  Theo dõi và thông báo tình trạng hoạt động của hệ thống. Máy tính điều khiển trung tâm phải được lập trình để thu thập dữ liệu về qúa trình hoạt động của toàn hệ thống theo địng kỳ và tổng kết, lập thành bảng báo cáo để chuẩn bị cho qúa trình quản lý sự vận hành hệ thống. Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 105  Chuẩn đoán: chức năng này sẽ cho biết chính xác vị trí bị lỗi trong hệ thống trong trường hợp hệ thống xảy ra sự cố hoặc hoạt động sai chức năng. 6.2 Hệ thống sản xuất tích hợp CIM Hệ thống sản xuất tích hợp – CIM (Computer Intergrated Manufacturing) là hệ thống sản xuất tự động hoàn chỉnh có sự trợ giúp của máy tính. Hệ thống CIM đang được ứng dụng ngày càng phổ biến trong các nước phát triển do hiệu quả của nó đem lại. Hình 6.3: Sơ đồ tổng quát hệ thống CIM 6.2.1 Hệ thống sản xuất tích hợp là gì? (CIM system) CIM là một nhà máy sản xuất tự động hóa toàn phần, nơi mà tất cả các quá trình sản xuất được tích hợp và được điều khiển bởi máy tính. CIM quản lý tự động thông qua sự tích hợp các phân hệ: CAD, CAM, CAP, CAPP; Các tế bào gia công (CN, CNC, DNC); Hệ thống cấp liệu; Hệ thống lắp ráp linh hoạt; Hệ thống mạng LAN nội bộ liên kết cácthành phần trong hệ thống và mạng Internet; Hệ thống kiểm tra và các thành phần khác Hình 6.4 là một mô hình hệ thống sản xuất CIM của hãng Seiky – Nhật Bản. Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 106 Hình 6.4: Hệ thống sản xuất CIM 6.2.2 Hiệu quả ứng dụng CIM trong sản xuất Hệ thống sản xuất CIM tạo ra lợi nhuận vững chắc cho người sử dụng hơn các hệ thống khác nhờ tính mềm dẻo của hệ thống và tích hợp thông tin. CIM cho phép một nhà máy sản xuất thích ứng nhanh chóng với sự thay đổi của thị trường và cung cấp các hướng phát triển cơ bản của sản phẩm trong tương lai. Với sự trợ giúp của máy tính, các họat động phân đoạn của quá trình sản xuất được tích hợp thành một hệ thống sản xuất thống nhất, hoạt động trôi chảy với sự giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm. Hệ thống CIM cho phép sử dụng tối ưu các thiết bị, nâng cao năng suất lao động, luôn ứng dụng các công nghệ tiên tiến và giảm thiểu sai số gây ra bởi con người, kinh nghiệm sử dụng CIM bởi các hãng sản xuất trên thế giới cho thấy những lợi ích điển hình: - Nhanh chóng cho ra đời sản phẩm mới kể từ lúc nhận đơn đặt hàng. - Giảm 15 – 30% giá thành thiết kế - Giảm 30 – 60% thời gian chế tạo chi tiết - Tăng năng suất lao động lên tới 40 – 70% - Nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm được 20 – 50% phế phẩm - Quản lý vật tư hàng hóa sát thực tế hơn - Tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của thị trường - Hoàn thiện được phương pháp thiết kế sản phẩm nhờ ứng dụng các gói phần mềm CAD, CAM, Cimastron, Cata, Unigraphic, Proengineer, MEC, CAPP, CAE trong đó các phân hệ này cho phép tính toán rất nhanh nhiều vấn đề cụ thể: giải bài toán thiết kế, thẩm định trong Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 107 đó phần tử hữu hạn cho phép tính toán nhanh gấp 30 lần so với tính toán thông thường để xác định ứng xuất tại từng điểm nhờ vậy mà hoàn thiện kết cấu cho sản phẩm nhanh hơn. 6.2.3 Các thành phần hệ thống CIM Các thành phần chính trong một hệ thống CIM bao gồm các modul: - Lập kế hoạch sản xuất - Thiết kế sản phẩm - Lập qui trình sản xuất - Lập trình cho các trạm gia công - Thiết bị sản xuất - Vận chuyển, tích trữ - Kiểm tra - Tiếp thị, phân phối sản phẩm - Tài chính, các vấn đề khác Lập kế hoạch sản xuất: Khi nhận được đơn đặt hàng trực tiếp hay qua các phương tiện giao tiếp (internet) cùng với chiến lược phát triển sản phẩm, CIM quản lý bằng phần mềm chuyên biệt (CIMSOFT) nó liên tục được truyền đi tới các phân hệ quản lý, điều khiển hệ thống. Dựa trên kế hoạch này các phân hệ tự động cập nhật, xử lý thông tin để đảm bảo sự hoạt động nhịp nhàng, lưu loát cho toàn hệ thống. Vì vậy, việc lập kế hoạch có ý nghĩa rất quan trọng, nó quản lý toàn bộ hệ thống trên tầng vĩ mô. Thiết kế sản phẩm: Thiết kế sản phẩm là modul nhằm tạo ra các thông số về đối tượng cần sản xuất. Khi nhận sản phẩm mới thì modul quản lý tự động dò tìm trong thư viện dữ liệu sản phẩm về sự tồn tại của sản phẩm, nếu đã có thì chuyển đến phân hệ gia công, nếu chưa có thì đưa ra dạng sản phẩm đã tồn tại với mức độ giống nhất và chuyển đến cho hệ thống thiết kế. - Phân hệ CAD/CAM: Thiết kế CAD (Computer Aided Design) là đưa ra được các hệ thống số hình học về thực thể với đầy đủ dữ liệu cần thiết để chuyển giao cho phân hệ CAM. Phân hệ CAM (Computer Aided Manufacturing) bản chất là phần mềm trợ giúp gia công, nhận các thông số hình học từ phân hệ CAD và thông số công nghệ sau đó chuyển thể thành dữ liệu đầu vào cho tế bào gia công. - Phân hệ RP (Rapid Prototyping): Là một phân hệ tạo mẫu nhanh cho dữ liệu CAD hoặc CAD/CAM. Khi mô hình CAD được tạo lập thì RP sẽ tạo ra vật thể thực đây cũng là thông tin để hoàn thiện mô hình vật thể trên CAD. Phân hệ RP giúp cho quá trình thiết kế giảm được Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 108 nhiều thời gian để đi đến kết quả cuối cùng cho ra dữ liệu CAD trước khi sản xuất. Ngoài ra công nghệ ngược của RP và RE (Revert Engineering) cho phép lấy thông tin CAD khi vật thể đã có, đây cũng là giải pháp rất hiệu quả cho quá trình thiết kế. Lập qui trình sản xuất: Là phân hệ mất nhiều thời gian và tài chính. CIM xử dụng các modul lập quy trình công nghệ tự động bằng giải pháp phần mềm lập trình. Phân hệ CAPP (Computer Aided Process Planning) là một giải pháp hữu hiệu. Với các thông tin đầy đủ phân hệ CAPP sẽ quyết định đưa ra một qui trình công nghệ hợp lý nhất để gia công chi tiết. Lập trình cho các trạm gia công: Các trạm gia công bao gồm các trang thiết bị tham gia trong quá trình chế tạo sản phẩm: Các máy CNC, Robot Lập trình cho các tế bào gia công CNC bao gồm các thông tin về hình học (CAD) và các thông tin công nghệ. Quá trình được mô phỏng trên phân hệ CAD/CAM. Lập trình cũng hoàn toàn tương tự với robot và các thiết bị khác và gửi lên mức xử lý thông tin cao hơn để phối hợp. Thiết bị sản xuất: Quá trình sản xuất được thiết lập khi các yếu tố chuẩn bị về kỹ thuật và tổ chức được thực hiện. Trong quá trình này chi tiết dần dần được hình thành. Đây cũng là quá trình trực tiếp làm biến đổi phôi liệu thông thành chi tiết. Trên các tế bào gia công chi tiết trực tiếp bị biến đổi về mặt hình học và cơ tính. Các tế bào gia công mà chủ yếu là các máy điều khiển số CNC, DNC Và các thiết bị khác. Hình 6.5: Tế bào gia công máy CNC Hệ thống vận chuyển-tích trữ: Vận chuyển các chi tiết gia công (phôi) trong kho hoặc trên các vệ tinh tới các vị trí tiếp nhận hay chuyển tích trữ dụng cụ. Hệ thống kiểm tra: Kiểm tra các thông số về đối tượng sản xuất trong hệ thống. CIM sử dụng nhiều máy kiểm tra tự động khả lập trình. Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 109 Hình 6.6: Dây chuyền kiểm tra tự động Tiếp thị, phân phối sản phẩm: Đây cũng là một modun quan trọng để phát triển chiến lược sản xuất. Doanh nghiệp phải có phương thức marketing và phân phối sản phẩm phù hợp đáp ứng các tiêu chuẩn thị trường. 6.2.4 Hướng phát triển CIM Để thúc đẩy sự phát triển của CIM cũng như phát triển sản xuất một số hướng nghiên cứu về CIM đang được tiến hành: - Hợp lý hóa CIM và chiến lược quản lý CIM. - Nhà máy tích hợp CIM với các ranh giới địa lý trên phạm vi toàn cầu: Cấu trúc và mô hình hóa các nhà máy tích hợp được nghiên cứu trên cơ sở hợp tác và liên kết nhằm nắm vững các nguyên tắc ứng dụng CIM trong sản xuất toàn cầu về quản lý và chia sẻ dữ liệu. - Mang liên kết của CIM: Nghiên cứu các ứng dụng mạng trên phạm vi rộng và Internet cho CIM, tăng cường sự trao đổi thông tin bằng dữ liệu tích hợp, mối quan hệ giữa khách hàng và nhà cung cấp, các dữ liệu về quản lí trong hệ thống CIM. - Công cụ và công nghệ tiên tiến cho việc ứng dụng CIM: Nghiên cứu về ứng dụng robot, nâng cao tính tự động hóa trong sản xuất, ứng dụng trí tuệ nhân tạo. Mô hình hệ thống sản xuất: Tích hợp các mô hình thông tin với các mô hình chức năng của CIM và các hệ thống thiết kế của CIM. - Ứng dụng trí tuệ nhân tạo như logic mờ, mạng nơron tích hợp và trong các hệ thống sản xuất. Dưới đây là vòng tròn CIM ảo với các mô tả: + Vòng ngoài cùng mô tả tình hình thị trường toàn cầu + Vòng thứ hai mô tả các hệ thống toàn cầu để đáp ứng với yêu cầu của thị trường toàn cầu. + Vòng thứ ba giải thích các khái niệm, cách thức hệ thống thực hiện. Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 110 + Vòng thứ tư mô tả sự liên kết thông tin và giao tiếp toàn cầu, chia sẻ dữ liệu và liên kết trong sản xuất + Vòng trung tâm thể hiện kết quả của hệ thống CIM như một nhà máy tích hợp về thông tin cũng như kết cấu hạ tầng trên phạm vi toàn cầu hay khu vực. Hình 6.7: Vòng tròn CIM ảo 6.2.5 Kết luận Qua những phân tích trên để thấy rằng công nghệ sản xuất tích hợp (CIM) là quá trình ứng dụng phát triển và tất yếu. Việc nghiên cứu và ứng dụng CIM ngày càng được thực hiện rộng rãi. Hệ thống sản xuất CIM sẽ là những nhà máy sản xuất trong tương lai. Với những tính ưu việt của nó, ngày nay CIM đang được hoàn thiện để đi đến một hệ thống sản xuất tự động hoàn hảo nhất. Trong môi trường cạnh tranh toàn cầu, hệ thống CIM là giải pháp tháo gỡ khó khăn mà những nền kinh tế còn chưa phát triển. Các tập đoàn kinh tế lớn còn chưa phát triển. Các tập đoàn kinh tế lớn trên thế giới đang tham gia vào nền kinh tế Việt Nam rất mạnh mẽ, các dây truyền sản xuất mang tính chất của FMS (Flexible Manufacturing System) & CIM Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 111 đang được chuyển giao do đó các doanh nghiệp Việt Nam cũng nên quan tâm nghiên cứu, ứng dụng hệ thống sản xuất này như một hướng phát triển mới. 6.3 Hệ thống sản xuất biến hình RMS (Reconfigurable Manufacturing System ) 6.3.1 Định nghĩa RMS: Hệ thống sản xuất biến hình RMS là hệ thống có khả năng thay đổi cả phần cứng và phần mềm để nhanh chóng có thể điều chỉnh công suất và chức năng của nó trong phạm vi của hệ thống để đáp ứng với thị trường thay đổi đột ngột hoặc thay đổi của hệ thống nội tại. Hình 6.8 : Sơ đồ của một hệ thống RMS 6.3.2 Cơ sở ra đời của RMS: Toàn cầu hóa đã tạo ra một cảnh quan mới cho ngành công nghiệp, một trong những cạnh tranh khốc liệt, cơ hội thị trường bị thu hẹp, và thường xuyên thay đổi trong nhu cầu sản phẩm. Sự thay đổi này thể hiện cả một mối đe dọa và cơ hội. Để tận dụng về cơ hội, công nghiệp cần phải có hệ thống sản xuất có thể sản xuất một loạt các sản phẩm trong một gia đình sản phẩm. Phạm vi sản phẩm phải đáp ứng các yêu cầu của nhiều quốc gia và nền văn hóa khác nhau, không chỉ là một trong những khu vực thị trường cụ thể . Một thiết kế có khả năng sản xuất được nhiều sản phẩm phải được kết hợp với các khả năng kỹ thuật mà cho phép chuyển đổi nhanh chóng sản phẩm và số lượng mà có thể thay đổi đáng kể, thậm chí trên cơ sở hàng tháng. Do đó sự ra đời của hệ thống RMS nhằm đáp ứng nhu cầu đó. 6.3.3 Các nguyên tắc RMS a) Các RMS được thiết kế cho các nguồn lực sản xuất có thể điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu sắp xảy ra. Các công suất RMS là nhanh chóng mở rộng nhỏ, gia số tối ưu. Các chức năng RMS là nhanh chóng thích nghi với việc sản xuất các sản phẩm mới. b) Để nâng cao tốc độ phản ứng của một hệ thống sản xuất, đặc điểm cốt lõi RMS nên được nhúng vào toàn bộ hệ thống cũng như trong các thành phần của nó (cơ khí, truyền thông và điều khiển). Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 112 c) Các RMS được thiết kế xung quanh một tập hợp các chi tiết, với sự linh hoạt, đủ tùy chỉnh chỉ cần thiết để sản xuất tất cả các phần trong tập hợp đó. c) RMS chứa một hỗn hợp các thiết bị linh hoạt như máy CNC, và máy biến hình với sự linh động tùy biến, chẳng hạn như máy công cụ biến hình (Reconfigurable Machine Tools) , máy kiểm tra biến hình (Reconfigurable Inspection Machine) , và máy lắp ráp biến hình (Reconfigurable Assembly Machine). d) RMS sở hữu phần cứng và phần mềm hoạt động có hiệu quả trong việc đáp ứng với các sự kiện không thể đoán trước - cả bên ngoài (thay đổi thị trường) và các sự kiện nội tại (máy hỏng). Hình 6.9: Cấu hình cơ bản của một RMS Chương 6 Tự động hóa quá trình sản xuất 113 Câu hỏi ôn tập chương 6 1. Phân biệt sự khác nhau giữa hệ thống sản xuất CIM và FMS. 2. Hiệu quả của việc ứng dụng hệ thống CIM trong sản xuất. 3. Kể tên và nêu rõ các thành phần chính của hệ thống CIM gồm những gì. 4. Hệ thống sản xuất biến hình là gì? MỤC LỤC ---- Lời nói đầu Chương 1. Tổng quan tự động hóa quá trình sản xuất 1.1. Lịch sử phát triển tự động hóa quá trình sản xuất... .....1 1.2. Các khái niệm tự động hóa2 1.3 Các dạng tự động hóa.4 1.4 Hiệu quả kinh tế của tự động hóa. .6 1.5 Cấu trúc chung của hệ thống tự động hóa. 8 Chương 2. Các thiết bị cơ bản của hệ thống tự động hóa 2.1. Cảm biến...12 2.2. Cơ cấu chấp hành20 2.3.Các hệ thống điều khiển tự động..32 Chương 3. Hệ thống vận chuyển và lưu kho tự động 3.1. Chức năng và nguyên tắc thiết kế hệ thống vận chuyển tự động37 3.2. Các phương pháp vận chuyển.38 3.3. Các hệ thống vận chuyển41 3.4. Lưu kho tự động trong quá trình sản xuất...48 Chương 4. Cấp phôi tự động 4.1. Ý nghĩa và phân loại hệ thống cấp phôi tự động 58 4.2. Cơ cấu định hướng phôi dạng phễu60 4.3. Cơ cấu định hướng phôi dạng ổ tích...66 4.4. Cơ cấu cấp phôi rung động. 70 4.5.Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động. 74 Chương 5: Kiểm tra và lắp ráp tự động 5.1. Phân loại các phương pháp kiểm tra tự động. 83 5.2. Kiểm tra tích cực trong các quá trình sản xuất tự động. 84 5.3. Kiểm tra tự động khi gia công một số bề mặt cơ bản 87 5.4. Các phương pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống kiểm tra tự động... 89 5.5. Các vấn đề chung của lắp ráp tự động 90 5.6. Định vị và liên kết chi tiết khi lắp ráp tự động. ..94 5.7. Thiết kế quá trình công nghệ lắp ráp tự động..96 5.8. Ứng dụng robot trong lắp rắp tự động.98 Chương 6: Hệ thống sản xuất hiện đại 6.1. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS)...101 6.2. Hệ thống sản xuất tích hợp (CIM).105 6.3. Hệ thống sản xuất biến hình (RMS). 111 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Trần Văn Địch, Tự Động Hóa Sản Xuất, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2006. [2] GS.TS Trần Văn Địch, Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và tích hợp CIM, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2001. [3] Geoffrey Boothroyd, Assembly Automation And Product Design. [4] Christopher Killian, Moder Control Technology Components and Systems.