Luận Văn Thiết kế, chế tạo hệ thống chấp hành dây chuyền máy khoan gỗ tự động

Đồ án tốt nghiệp năm 2011
Đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống chấp hành dây chuyền máy khoan gỗ tự động


MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP . ii
MỤC LỤC . iii
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG 1
1.1.GIỚI THIỆU CHUNG . 2
1.2. HIỆU QUẢ KINH TẾ, ƯU ĐIỂM CỦA MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG 2
1.3. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI MÁY CÔNG CỤ TỰ ĐỘNG ĐANG
DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP HIỆN NAY . 3
1.3.1 Máy khoan va taro nhiều đầu LG-250 3
1.3.2 Máy taro tự động T-50 5
1.3.3 MÁY TA RÔ TỰ ĐỘNG KTK T-140 . 6
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 8
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 9
2.2. CÁC KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
KHOAN TỰ ĐỘNG . 10
2.2.1. Các khái niệm khoan tự động . 10
2.2.1.1. Định nghĩa máy và trục máy 10
2.2.2.2. Cấu trúc hệ trục khoan tự dộng 10
2.2.2.3. Tọa độ quy chiếu 12
2.2.2 Định nghĩa về điều khiển máy khoan tự động . 13
2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU . 15
2.3.1. Các phương án thiết kế . 15
2.3.1.1. Phương án 1 . 15
2.3.1.2. Phương án 2 . 16
2.3.1.3. Phương án 3 . 17
2.3.1.4. Kết luận, lựa chọn phương án thiết kế 18
iv
2.3.2 Lựa chọn thiết kế cơ khí cho hệ thống chấp hành dây chuyền máy
khoan gỗ tự động 20
2.3.2.1 Lựa chọn động cơ truyền động cho trục X, Y,Z, động cơ khoan
và các động cơ kéo băng tải, cơ cấu kẹp . 20
2.3.2.2. Bộ truyền, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến . 24
2.3.2.3. Bộ truyền chuyển động quay cho puli băng tải 26
2.3.3. Thiết kế, chế tạo phần cơ khí 27
2.3.3.1. Vật liệu chế tạo máy khoan gỗ tự động . 27
2.3.3.2. Thiết kế, chế tạo máy khoan gỗ tự động . 35
2.3.3.3. Mô hình cơ khí thực tế . 43
2.3.3.4. Khái niệm và tính toán, thiết kế bộ truyềntrục vít – đai ốc . 46
2.3.4. Thiết kế, chế tạo phần điều khiển . 49
2.3.4.1. Động cơ bước (stepping motor) . 49
2.3.4.2. Giới thiệu về Vi điều khiển AVR 60
2.3.4.3. Truyền thông . 74
2.3.4.4. Sơ lược các linh kiện dùng trong mạch . 78
2.3.4.5. Sơ đồ nguyên lý động cơ bước . 84
2.3.4.6. Thiết kế mạch . 85
2.3.5. Sơ đồ giải thuật . 98
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 101
3.1. THỰC NGHIỆM KIỂM TRA KẾT CẤU CƠ KHÍ MÁY KHOAN TỰ
ĐỘNG . 102
3.2. THỰC NGHIỆM KIỂM TRA ĐỘNG CƠ 105
3.3. KIỂM TRA NGUỒN 106
3.4. KIỂM TRA MẠCH ĐIỀU KHIỂN, CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH . 106
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 107
4.1. KẾT LUẬN . 108
4.2. ĐỀ XUẤT 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật .5
Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật .7
Bảng 2.1. Sơ đồ chân. .81
vi
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Máy khoan va taro nhiều đầu LG-250 3
Hình 1.2. Đầu khoan nhiều mũi 4
Hình 1.3. Các sản phẩm được làm từ máy khoan nhiều đầu 4
Hình 1.4. Máy taro tự động T-50 5
Hình 1.5. MÁY TA RÔ TỰ ĐỘNG KTK T-140 .6
Hình 2.1. Sơ đồ khối tổng quát 9
Hình 2.2. Quy tắc bàn tay phải 11
Hình 2.3. Hệ tọa độ Descartes .11
Hình 2.4. Ví dụ về việc xác định chiều dương cho các trục quay 12
Hình 2.5. Hai phương án chuyển động dụng cụ song song trục của hệ tọa độ .13
Hình 2.6. Phương án chuyển động dụng cụ nghiêng góc45° .14
Hình 2.7. Phương án chuyển động dụng cụ theo đường thẳng .14
Hình 2.8. Mô hình máy khoan gỗ theophương án 1 .15
Hình 2.9. Mô hình máy khoan gỗ theophương án 2 .16
Hình 2.10. Mô hình máy khoan gỗ theophương án 3 .17
Hình 2.11. Mô hình được chọn .19
Hình 2.12. Một số loại động cơ bước 20
Hình 2.13. Động cơ bước sử dụng tại 3 trục x, y, z 21
Hình 2.14. Một số loại động cơ DC có hộp giảm tốc .21
Hình 2.15. Động cơ kéo gương .22
Hình 2.16. Động cơ khoan 23
Hình 2.17. Động cơ DC có hộp giảm tốc trục ngang 23
Hình 2.18. Một số loại truc vit_ đai ốc .24
Hình 2.19. Xích truyền động .25
Hình 2.20. Bộ truyền động xích tại cơ cấu kẹp .26
Hình 2.21. Líp truyền động .27
Hình 2.22. Bộ truyên động xích 27
vii
Hình 2.23. Thép hình hộp .27
Hình 2.24. Thép ống 28
Hình 2.25. Trục vít inox đường kính 10- 16mm .30
Hình 2.26. Trục bằng inox đường kính 10-16mm 30
Hình 2.27. Các loại que hàn 31
Hình 2.28. Các loại bulông – đai ốc 32
Hình 2.29. Kết cấu ổ lăn 33
Hình 2.30. ổ lăn và mặt cắt ổ lăn .33
Hình 2.31. Một số loại ổ trượt .34
Hình 2.32. Trục trượt dùng bạc trượt bi 34
Hình 2.33. Mặt cắt và bảng tra kích thước các loại bạc trượt bi .35
Hình 2.34. Bản vẽ 3D khung chính .36
Hình 2.35. Bản vẽ 2D hình chiếu kích thước của khung chính 36
Hình 2.36. Bản vẽ khung trượt 3D 37
Hình 2.37. Bản vẽ kích thước khung trượt 2D 37
Hình 2.38. Lắp ráp các phần khung 38
Hình 2.39. Trục dẫn hướng .38
Hình 2.40. ổ đỡ ổ bi trượt 39
Hình 2.41. Cơ cấu trượt .39
Hình 2.42. Khớp nối 40
Hình 2.43. Cơ cấu kẹp .41
Hình 2.44. Băng tải .41
Hình 2.45. Trường công tác của máy 42
Hình 2.46. Tổng thể mô hình 43
Hình 2.47. Cơ cấu băng tải 44
Hình 2.48. Cơ cấu trục vít-đai ốc 44
Hình 2.49. Cơ cấu kẹp chi tiết gia công 45
Hình 2.50. Cơ cấu chạy trục x,z 45
Hình 2.51. Bộ truyền trục vít_đai ốc .46
viii
Hình 2.52. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu 51
Hình 2.53. Sơ đồ cấu trúc động cơ bước nam châm vĩnh cửu 2 pha. .52
Hình 2.54. Động cơ bước biến từ trở ba pha, bốn cặpcực .53
Hình 2.55. Cấu trúc trong động cơ lai .55
Hình 2.56. Cách quấn dây trong động cơ lai .55
Hình 2.57. Kết cấu thực tế của động cơ lai. 56
Hình 2.58. Đồ thị quan hệ giữa momen – tần số bước. 58
Hình 2.59. Giản đồ thời gian – điều khiển động cơ bước. 60
Hình 2.60. Cấu trúc bộ nhớ của AVR .61
Hình 2.61. Thanh ghi 8 bit 62
Hình 2.62. Register file .62
Hình 2.63. Cấu trúc bên trong của AVR .64
Hình 2.64. Cấu trúc chân trong PORT của Vi điều khiển AVR .65
Hình 2.65. Thanh ghi DDRA 65
Hình 2.66. Thanh ghi PORTA 65
Hình 2.67. Thanh ghi PINA 66
Hình 2.68. Cấu hình các chân của cổng 66
Hình 2.69. Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 8bit 67
Hình 2.70. Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16 bit .67
Hình 2.71. Thanh ghi TCCR0 .68
Hình 2.72. Bảng chọn chế độ hoạt động của Timer 68
Hình 2.73. Chế độ so sánh không PWM .68
Hình 2.74. Thanh ghi TCNT0 .69
Hình 2.75. Thanh ghi 0CR0 69
Hình 2.76. Thanh ghi mặt nạ ngắt .69
Hình 2.77. Thanh ghi cờ ngắt 70
Hình 2.78. Sơ đồ thời gian của chế độ so sánh .71
Hình 2.79. Sơ đồ chân của ATMEGA 32 .71
Hình 2.80. Hình dạng bên ngoài của ATMEGA32 .72
ix
Hình 2.81. Sơ đồ chân của ATMEGA 8 .73
Hình 2.82. Hình dạng bên ngoài của ATMEGA8 .74
Hình 2.83. Tín hiệu tương đương của UART và RS232. .75
Hình 2.84. Truyền 8 bit theo phương pháp song song và nối tiếp. .76
Hình 2.85. Diode bán dẫn. 78
Hình 2.86. Ký hiệu của Transistor 79
Hình 2.87. Transistor .79
Hình 2.88. Linh kiện Opto 80
Hình 2.89. Linh kiện IRF540 80
Hình 2.90. Text LCD 16x2 .81
Hình 2.91. keypad 4x4 82
Hình 2.92. mô hình keypad 4x4 82
Hình 2.94. Rơle 8 chân 84
Hình 2.95. Sơ đồ nối dây trong động cơ bước đơn cực2 pha. .84
Hình 2.96. Nguồn máy tính .85
Hình 2.97. Nguồn nối giữa nguồn máy tính với vi điều khiển .86
Hình 2.98. Nguồn nối giữa nguồn máy tính với mạch công suất .86
Hình 2.99. Sơ đồ mạch vi điều khiển và các header kết nối .87
Hình 2.100. Sơ đồ mạch vi điều khiển và các header kết nối .88
Hình 2.101. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 1(trục X) .89
Hình 2.102. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 2(trục Y) .90
Hình 2.103. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước 2(trục Z) 91
Hình 2.104. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ kẹp eto .92
Hình 2.105. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ khoan .93
Hình 2.106. Mạch kết nối công tắc hành trình 94
Hình 2.107. Cảm biến quang E3JK-DS30MM1 US của OMRON. .94
Hình 2.108. Sơ đồ mạch layout(BOTTOM) .95
Hình 2.109. Sơ đồ mạch layout(TOP) 96
Hình 2.110. Khối công suất và vi điều khiển 97
x
Hình 2.111. LCD .97
Hình 2.112. Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ bước 98
Hình 2.113. Lưu đồ giải thuật quét keypad .99
Hình 2.114. Lưu đồ giải thuật khoan tự động .100
Hình 3.1. Tổng quan mô hình máy khoan tự động .102
Hình 3.2. Băng tải .102
Hình 3.3. Cơ cấu truc vit- đai ốc .103
Hình 3.4. Trục trượt 103
Hình 3.5. Cơ cấu kẹp chi tiết gia công 104
Hình 3.6. Cơ cấu chặn chi tiết gia công 105
xi
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóahiện đại hóa đất nước.
Để hội nhập với quốc tế và tránh bị tụt lùi thì nước ta không ngừng nâng cao trình
độ khoa học kĩ thuật, ứng dụng tự động hóa trong đời sống và sản xuất. Và ngành
cơ điện tử đã và đang đóng góp rất lớn cho sự phát triển đó.
Cơ - Điện tử là ngành khoa học tổng hợp liên ngành của cơ khí chính xác,
điện tử, điều khiển và tư duy hệ thống trong thiết kế và phát triển sản phẩm.
Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa tronglĩnh vực sản xuất công
nghiệp đang trở nên ngày càng phổ biến đặc biệt là việc ứng dụng các máy móc để
thay thế con người trong môi trường độc hại và chịunhiều ô nhiểm như sản xuất và
gia công các sản phẩm từ gỗ. Hơn nữa nước ta có rấtnhiều xưởng chế biến gỗ và đa
số là làm thủ công.
Từ những cơ sở trên, chúng em quyết định chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ
thống dây chuyền máy khoan gỗ tự động”làm đề tài nghiên cứu.


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN MÁY KHOAN
TỰ ĐỘNG
2
1.1.GIỚI THIỆU CHUNG
Máy khoan tự động (automatic drilling machines) là sự kết hợp cơ-điện giữa
1 loại máy công cụ là máy khoan và phần điều khiển tự động. Đối với việc sử dụng
một loại máy khoan cơ thông thường sẽ mất nhiều thời gian trong khâu hiệu chỉnh
vị trí và đòi hỏi tay nghề trong gia công. Máy khoan tự động ngoài việc cho phép
cấp phôi tự động nó còn xác định vị trí khoan dựa trên phương pháp tọa độ. Cũng
giống như các loại máy tự động khác máy khoan tự động cho phép khả năng hiệu
chỉnh bán tự động (semi-automatic) bằng việc sử dụng bàn phím (keyboard).
Việc ra đời của các loại máy công cụ tự động (máy khoan, máy mài, doa,
khoét lỗ ) đã cải thiện được nhiều lỗi trong quá trình gia công cũng như thời gian
gia công được rút ngắn, thay thế được một lượng lớnthao tác của con người giảm
thiểu các tai nạn lao động.
Việc gia tăng tự động hóa cho các loại máy công cụ nâng cao độ chính xác
cũng như chất lượng của sản phẩm. Ngoài ra còn cho phép thay đỗi linh hoạt kich
thước của sản phẩm
1.2. HIỆU QUẢ KINH TẾ, ƯU ĐIỂM CỦA MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG:
- Tự động hóa sản xuất:
Trong lĩnh vực cơ khí thì các máy công cụ đóng vai trò rất quan trọng, việc
ra đời các các loại máy công cụ tự động giúp tạo racác sản phẩm nhanh hơn, chính
xác hơn , tăng hiệu quả trong công việc, giảm số lượng nhân công vì một công nhân
có khả năng điều khiển dây chuyền gồm nhiều máy tự động. Việc tự động hóa đảm
bảo sản xuất hàng hóa một cách liên tục vì ít phụ thuộc vào sức người.
- Độ chính xác, khả năng sản xuất hàng loạt cao :
Máy khoan tự động sử dụng xác định điểm khoan dựa trên phương pháp tọa
độ nên đảm bảo được độ chính xác của điểm cần khoan. Thêm vào đó ở chế độ bán
tự động cho phép người điều khiển tinh chỉnh lại điểm mong muốn khoan chính xác
hơn. Máy khoan có chế độ cấp phôi tự động nên khả năng sản xuất theo dây chuyền
cao, tạo ra hàng loạt sản phẩm giống nhau đáp ứng nhu cầu sản phẩm cả về thời
gian và chất lượng.
3
- Sự linh hoạt trong gia công:
Máy khoan tự động cho phép thay đổi nhiều loại mũi khoan, doa,
khoét như vậy ta có thể gia công tạo ra được nhiều sản phẩm theo mong muốn
hơn. Thêm nữa với chế độ tinh chỉnh độ sâu khoan cho phép ta có thể dễ dàng tạo ra
các lỗ khoan nông sâu theo tiêu chuẩn.
1.3. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI MÁY CÔNG CỤ TỰ ĐỘNG ĐANGDÙNG
TRONG CÔNG NGHIỆP HIỆN NAY
1.3.1 Máy khoan va taro nhiều đầu LG-250 :
Máy khoan và taro nhiều đầu xuất xứ Đài Loan, hãng sản xuất KTK có 2
loại: loại sử dụng bằng tay và loại tự động. Đầu khoan nhiều đầu có khả năng điều
chỉnh được vị trí hoặc cố định với độ chính xác tuyệt đối, được trang bị hệ thống
truyền động bằng bánh răng hoặc cáp (dạng cầu xe) giúp máy hoạt động mạnh mẽ
và chính xác.
Hình 1.1 : Máy khoan va taro nhiều đầu LG-250


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phạm Hùng Thắng, Hướng dẫn, thiết kế chi tiết máy, các wedsite.
[2]. Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, NXB giáo dục.
[3]. www.Google.com
[4]. www.dientuvietnam.net
[5]. www.hocavr.com
[6]. www.cdtvn.net
[7]. www.alldatasheet.com
[8].www.***********