<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI </b>

NGUYỄN DUY HƯNG

THIẾT KẾ LẬP TRÌNH GIAO DIỆN NGƯỜI MÁY ĐIỀU KHIỂN THEO DÕI MÁY PHUN SƠN <b>HAI TR</b>ỤC TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HÀ NỘI, NĂM 2023

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI </b>

THIẾT KẾ LẬP TRÌNH GIAO DIỆN NGƯỜI MÁY ĐIỀU

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>LỜI CAM ĐOAN </b>

Tác giả xin cam đoan đây là Đồ án tốt nghiệp của bản thân tác giả. Các kết quả trong Đồ án tốt nghiệp này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả ĐATN

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>Lời cảm ơn </b>

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hùng Anh đã hướng dẫn, góp ý, giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp, cảm ơn hai bạn Hưng và Tùng đã tận tâm giúp đỡ trong quá trình thực hiện đồ án. Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trường Đại học Thủy Lợi đã truyền dạy, chia sẻ ững kiến thức, kinh nghiệm trong quá trình học tập . Trong qua nhtrình làm đồ án, em đã cố gắng, nỗ lực để hồn thiện đồ án nhưng do kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cơ để đồ án của em được hồn thiện hơn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

DANH MỤC HÌNH ẢNH ... 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU ... 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY PHUN SƠN TỰ ĐỘNG ... 6

1. 1 Giới thiệu chung về máy phun sơn ... 6

1.1.1 Khái niệm về máy phun sơn ... 6

1.1.2 Các loại máy phun sơn tự động ... 7

1.1.2.1 Máy phun sơn tuyến tính tự động ... 7

1.1.2.2 Máy sơn UV cho gỗ... 8

1.1.2.3 Dây chuyền phun sơn tự động ... 9

1.1.3 ng d ng cỨ ụ ủa máy phun sơn tự động... 10

1.2 Tình hình phát triển máy phun sơn tự động ... 11

1.2.1 Trên thế giới ... 11

1.2.2 Ở Việt Nam ... 11

1.3 Nội dung tìm hiểu trong đồ án ... 12

1.3.1 Các phương án đề xuất cho máy phun sơn tự động ... 12

2.3.1 Một số ại động cơ phổ biến trong công nghiệplo ... 20

2.3.1 Tổng quan về Động cơ bước: ... 26

2.3.2 Phân loạ ộng cơ bướci đ ... 26

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

2.4.3 Thanh dẫn hướng ... 32

2.4.4 Thiết kế chuyển động hai trục trên phần mềm SolidWorks ... 35

2.5 Tính tốn lựa chọn động cơ hai trục X,Y ... 37

2.6 Thiế ế phun sơnt k ... 41

2.6.1 Đầu xịt ... 41

2.6.2 Lựa chọn thơng số bơm ... 42

2.7 Mơ hình tổng qt trên SolidWorks ... 44

CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY PHUN SƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC... 49

3.1 Thành phần của hệ ống điều khiển máy phunth ... 49

3.2 Sơ đồ bố trí hệ ống điều khiểnth ... 59

3.2.1 Bản vẽ layout thiế ị t b trên tủ điện ... 59

3.2.2 Bản vẽ đấu nố ệ i h thống ... 60

4.1 Mơ hình sau khi hồn thiện ... 67

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ Đ NH HƯỊ ỚNG PHÁT TRIỂN ... 71

4.1 Đánh giá mơ hình ... 71

4.2. Định hướng phát triển của đề tài : ... 71

Kết lu ... 72ậnTÀI LIỆU THAM KHẢO ... 73

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>DANH MỤC HÌNH ẢNH </b>

Hình 1. 1: Máy phun sơn lật mặt ... 6

Hình 1. 2 : Máy phun sơn tuyến tính tự động... 7

Hình 1. 3 : Máy sơn UV cố định ... 8

Hình 1. 4 : Dây chuyển phun sơn tự động ... 9

Hình 1. 5 : Hình ảnh máy phun sơn 2 trục ... 12

Hình 1. 6 : Máy phun sơn 3 trục ... 13

Hình 1. 7 : Băng tải chuyền ... 13

Hình 2. 1 : Mô tả hoạt động của máy phun sơn ... 16

Hình 2. 2 : Mơ tả ngun lý hoạ ộng của mơ hìnht đ ... 17

Hình 2. 3 : Cơ cấu bộ truyền vitme ... 18

Hình 2. 4 : Chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến ... 18

Hình 2. 5 : Cơ cấu bộ trục vít bi ... 19

Hình 2. 6 : Trục vít liên kế ới động cơ qua cơ cấu bánh răngt v ... 19

Hình 2. 7 : Bộ truyền động dây đai – puly bánh răng ... 20

Hình 2. 15 : Con trượt vng ... 34

Hình 2. 16 : Phác họa kết cấu trục X trên SolidWork ... 36

Hình 2. 17 : : Liên kết giữa tr c X và tr c Yụ ụ ... 36

Hình 2. 18 : Kết cấu trục Y ... 37

Hình 2. 19 : Kết cấu hai trục X-Y ... 37

Hình 2. 20 : : Thơng số catalog của động cở theo datasheet nhà sản xuẩt ... 39

Hình 2. 21 : Thơng số kích thước của động cơ ... 40

Hình 2. 22 : Béc phun sương ... 42

Hình 2. 23 : : Mơ hình 3D dựng trên phần mềm SolidWorks ... 44

Hình 2. 24 : Hệ ục X,Y đượtr c gắn vào hệ truyền động ... 45

Hình 2. 25 : Bản vẽ phác họa mơ hình từ các mặt phẳng Front, Top, Right ... 46

Hình 2. 26 : Cụm cơ cấu trục X ... 46

Hình 2. 27 : Cụm cơ cấu trục Y ... 47

Hình 2. 28 : Bơm và đầu xịt ... 48

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Hình 4. 2 : Vị trí bố trí cụm vịi phun và động cơ bơm ... 69

Hình 4. 3 : Tồn thể mơ hình và tủ điện ... 69

Hình 4. 4 : Bên trong tủ điện ... 70

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>DANH MỤC BẢNG BIỂU </b>

Bảng 2. 1 : Thông số Puly GT2 ... 29

Bảng 2. 2 : Số ợng linh kiện Puly GT2lư ... 29

Bảng 2. 3 : Danh sách linh kiện khung nhôm máy ... 32

Bảng 2. 4 : Danh sách linh kiện hai trục... 35

Bảng 2. 5: Thông số động cơ bước NEMA 17 ... 41

Bảng 2. 6 : Thông số động cơ bơm ... 43

Bảng 3. 1 : Bảng thông số kỹ thuật của driver TB6600 ... 53

Bảng 3. 2 : : Bảng ký hiệu chân của Driver TB6600 ... 53

Bảng 3. 3 : : Bảng cài đặt cường độ dòng điện cho driver TB6600 ... 54

Bảng 3. 4 : Phân địa chỉ vào/ra cho PLC ... 55

Bảng 3. 5 : Công suất các thiết bị ... 57

Bảng 3. 6 : Thông số nguồn ... 57

Bảng 3. 7 : Bảng thông số Aptomat ... 58

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY PHUN SƠN TỰ ĐỘ<b>NG </b>

1. 1 ới thiệu chung về máy phun sơnGi

1.1.1 Khái niệm về máy phun sơn

Công việc sơn thủ công vừa tiêu tốn nhiều thời gian, công sức vừa tiềm tàng những nguy hiểm về tai nạn lao động nên việc ra đời của máy phun sơn tự động là một điều tuyệt vời với những người thợ sơn. Máy phun sơn có thể hiểu là máy được điều khiển, kiểm sốt cơng việc phun sơn giúp con người tiết kiệm được thời gian và công sức trong việc sơn các loại sản phẩm.

Hình 1. 1: Máy phun sơn lật mặt

Máy phun sơn thường sẽ có bộ phận chính đó chính là súng phun, phần bơm sơn. Trong đó, súng phun sẽ là bộ phận tiếp nhận sơn và phun lên bề mặt sản phẩm theo quy trình đã đặt. Phần bơm sơn có nhiệm vụ cung cấp lượng sơn đến bộ phận súng phun liên tục chứ không cần nghỉ tay như máy phun sơn cầm tay. Ngoài ra, có một số máy sẽ có

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

thêm bộ điều khiển trung tâm để giúp con người điều chỉnh được quá trình phun sơn của máy

1.1.2 Các loại máy phun sơn tự động

<b>1.1.2.1 Máy phun sơn tuyến tính t ự động </b>

Hình 1. 2 Máy phun sơn tuyến tính tự độ: ng

Hệ thống phun tuyến tính này cho phép chúng tôi cung cấp cho khách hàng giải pháp sơn phủ hiệu quả về chi phí cho nhu cầu hồn thiện của họ. Máy phun tuyến tính của chúng tơi là một máy hồn thiện tuyến tính tự động dùng để sơn lót, nhuộm màu, hàn kín và sơn phết tuyến tính. Nó có khả năng áp dụng sơn mài truyền thống và vết bẩn. Hệ thống đọc khi bảng đang vào; nó kích hoạt các khẩu súng theo trình tự khi khn đi qua. Hệ thống có khả năng chứa nhiều súng trong 1 hoặc 2 cấu hình riêng biệt mang lại sự linh hoạt tối đa

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

1.1.2.2 Máy sơn UV cho gỗ

Hình 1. 3 : Máy sơn UV cố định

Tính linh hoạt, độ tin cậy, dễ sử dụng, kết hợp với chi phí vận hành hạn chế và đầu tư hợp lý khiến Máy sơn UV trở thành loại máy lý tưởng để thay thế việc phun sản phẩm thủ công, như các bộ phận nội thất, tấm và thanh định hình bằng gỗ hoặc vật liệu khác. Được thiết kế đặc biệt để vận hành linh hoạt các lô sản xuất vừa và nhỏ, đảm bảo kết quả chất lượng cao. Tính đồng nhất của ứng dụng và chất lượng nhất quán, Khả năng áp dụng trên các cạnh một lượng sản phẩm độc lập với số lượng được áp dụng trên mặt phẳng, Môi trường làm việc sạch sẽ và lành mạnh, tăng năng suất, tiết kiệm sơn, chất lượng cao trên các cạnh.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

1.1.2.3 Dây chuyền phun sơn tự động

Hình 1. 4 : Dây chuyển phun sơn tự động

Đây là các hệ thống gần đây được áp dụng khá là phổ biến trong các xí nghiệp phân xưởng. Phù hợp với mục đích sản xuất đại trà.

Nguyên lý hoạt động:

Loại bỏ các chất dầu mỡ, hoặc bụi bẩn, hay các gỉ sắt…bám trên bề mặt sản phẩm bằng các chất có trong bể chứa hoặc phun hóa chất tự động.

<b> Đưa sản phẩm lên hệ thống xích tải</b> của Của dây chuyền thiết bị.

Sấy khô sản phẩm sau khi được làm sạch bằng lị sấy khơ.

Sau khi sản phẩm được sấy khơ thì tự động chuyển đến buồng phun sơn, tại đó robot tịnh tiến sẽ làm nhiệm vụ phủ sơn lên bề mặt sản phẩm.

Sấy sản phẩm bằng lị sấy sơn tự động, cơng đoạn sấy sơn khá quan trọng, vì thế chúng ta phải điều chỉnh sao cho lượng thời gian và nhiệt độ lò sấy phù hợp để cho ra những sản phẩm có chất lượng.

Kiểm tra và đóng gói sản phẩ<b>m. </b>Dây chuyền sơn tĩnh điện tự động Dựa trên nguyên

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

rất nhanh chóng và chính xác. Do vậy các thiết bị hệ thống công nghệ sơn tĩnh điện chưa bao giờ làm người dùng cảm thấy thất vọng.

Ưu điểm:

• Có thể sản xuất đại trà quy mơ lớn.

• Có thể sản xuất hàng loạt với nhiều loại vật liệu khác nhau. • Ít gây ô nhiễm môi trường hơn so với các máy phun sơn cầm tay. • Hiệu suất sản xuất cao.

Nhược điểm:

• Hệ thống dây chuyền phức tạp chi phí đầu tư lớn.

• Địi hỏi người sản xuất phải có kỹ năng được đào tạo bài bản.

• Khi hỏng hóc gặp khá nhiều khó khăn trong quá trình bảo trì sửa chữa.

1.1.3 Ứng dụng của máy phun sơn tự động

Máy phun sơn kiểu tự động được sử dụng rộng rãi, phổ biến trong nhiều ngành sản xuất khác nhau. Dưới đây là một số ngành sản xuất thường sử dụng hệ thống tự động của máy phun sơn:

Ngành sản xuất ô tô, xe máy: Những lớp sơn ngoài của ô tô hay xe máy thường được sơn bởi máy phun sơn tự động để mang đến lớp sơn đẹp mắt.

Ngành nội thất, đồ gỗ: Để làm đa dạng về màu sắc cho các loại đồ nội thất, đồ gỗ thì máy phun sơn sẽ mang đến lớp sơn mịn, mỏng và đều. Một số sản phẩm phun sơn như: vách gỗ, mặt bàn, cửa gỗ, tấm gỗ,...

Máy phun sơn được sử dụng trong nhiều ngành sản xuất

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Ngồi ra, máy phun sơn tự động cịn được sử dụng trong ngành dược phẩm, sơn mạ kẽm, sơn khuôn mẫu, sơn ngói,... Máy phun sơn cịn được sử dụng trong gia đình như sơn tường, sơn vách, sơn tường rào gỗ,...

<b>1.2 Tình hình phát triển máy phun sơn tự động </b>

1.2.1 Trên thế giới

Hiện nay trên Thế Giới có rất nhiều các nước đã tự sản xuất được các loại máy phun sơn tự động kích thước lớn đa dạng về mẫu mã hình thức phù hợp với nhu cầu thiết yếu của thị trường tiêu thụ ta có thế kể đến một số lĩnh vực mà cần đến máy phun sơn tự động như dùng trong phun xe oto xe máy phun cửa kính phun sơn chống tia UV tia, sơn lên bề mặt kim loại chống mài mịn chống gỉ sét,sơn lên.Ta có thể kể đến một số loại máy phun sơn phổ biến được sử dụng rộng rãi do thị trường nước ngoài sản xuất ra như là của các hãng nổi tiếng và quen thuộc GOON;WUFU;Wagner Spraytech Control Spray Max;Paint Electric Germany;…

1.2.2 Ở Việt Nam

Về cơ bản hiện nay trên thị trường Việt Nam thì đa phần chỉ các máy phun sơn trong nước đều có nguồn gốc nhập khẩu từ các nước khác trên thị trường đa số là nhập khẩu bên Trung Quốc vì giá thành hợp lý nhiều loại đa dạng phù hợp vs mục đích sử dụng trọng nước.

Việt Nam hiện tại ngành công nghiệp sản xuất đồ gỗ khá là phát triển. Giá trị đồ gỗ từ xưa đến nay đều có sức hút đối với người dùng vì những tinh tế trong thiết kế đã nâng tầm thẩm mỹ cho những không gian mà nó xuất hiện. Bên cạnh đó, việc dùng đồ nội thất bằng gỗ còn mang cảm giác ấm cúng cho khơng gian sống và làm việc. Vì vậy, các sản phẩm về gỗ ngày càng được ưa chuộng. Và đây cũng là một tiêu chuẩn để đánh giá sự giàu có của một ngơi nhà.Khơng chỉ vậy ngành cơng nghiệp phun sương nó cịn có mặt tại rất nhiều thị trường phun như là phun tôn phun phun bề mặt kinh cơng trình của các tồn nà xây dựng.Mặc dù vậy thì hầu như quá trình sản xuất vẫn cịn khá là thủ cơng và hiệu xuất đạt được vẫn chưa cao. Từ những vấn đề trên kết hợp với các kiến thức đã

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>1.3 Nội dung tìm hiểu trong đồ án </b>

Từ tình hình phát tri n các h ể ệ thống phun sơn tự động tại Việt Nam, tác giả đã đưa ra ý tưở ng thiết kế một chiếc máy phun sơn tự động.Dưới đây là mộ ố các phương án mà t stác giả đã đề ra ở bên dưới để cùng chọn ra được một chiếc máy phun sơn phù hợp với mục đích đề <b>tài đồ án </b>

1.3.1 Các phương án đề xuất cho máy phun sơn tự động

Căn cứ vào thực tết thì tác giả đã đưa ra được một số loại máy phun sơn tự động như là máy phun sơn 2 trục tự động,3 trục tự động và băng chuyển băng tải tự động.Tuy vậy thì các loại máy phun sơn cũng đều có ưu nhược điểm khác nhau

• Máy phun sơn tự động 2 trục

Hình 1. 5 Hình ảnh máy phun sơn 2 trục: Ưu điểm:

- Hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

- Không dùng trong sản xuất quy mô lớn được hạn chế giông gian di chuyển. - Không sơn nhiều vật thể trong m t lộ ần được bị hạn chế bề mặt sơn.• Máy phun sơn tự động 3 trục

Hình 1. 6 : Máy phun sơn 3 trục

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

-Các băng tải đường trục cũng cực kỳ an toàn để mọi người làm việc xung quanh bởi vì các dây đai đàn hồi có thể kéo dài và khơng làm tổn thương các ngón tay nên bất kỳ bị kẹt bên dưới chúng. Hơn nữa, các cuộn sẽ trượt và cho phép các con lăn ngừng di chuyển nếu quần áo, bàn tay hoặc tóc bị kẹt trong chúng

Nhược điểm:

- Một ưu điểm của con lăn băng tải là nó chỉ có thể sử dụng để truyền tải các sản phẩm có ít nhất 3 con lăn, nhưng con lăn có đường kính nhỏ đến 17mm và gần nhau với 18,5 mm. Đối với các mặt hàng ngắn hơn 74mm, hệ thống băng tải thường được sử dụng như một lựa chọn thay thế.

- Chi phí giá thành đắt hơn máy phun sơn 2 trục và 3 trục 1.3.2 Lựa chọn kết cấu mơ hình

Qua những gì nêu ra ở trên thì tác giả đã đưa ra quyết định chọn đề tài sử dụng máy phun sơn điều khiển 2 trục tự động để phù hợp với thời gian làm đồ án có hạn của tác

<b>giả. </b>

1.3.3 Mục tiêu thiết kế

• Mơ hình thiết kế có thể tự động. • Mơ hình vận hành một cách ổn định.• Mơ hình có giá tối thiểu về chi phí.

• Thời gian phun sơn và hiệu suất phủ bề mặt là tối ưu.

=> Dựa trên các tiêu trí cơ bả ở trên tác giả đặt mục tiêu thiết kế mơ hình máy có n thể vận hành một cách ổn định, các cơ cấu chuyển động phải linh ạt, máy phải đạho t được hiểu quả và hiệu xuất cao hơn nữa mơ hình thiết kế phải nhỏ gọn khơng chiếm diện tích. Khơng chỉ vậy các chi tiết linh kiện máy được lựa chọn cần phổ biến trên th trưị ờng nhằm phục vụ cho quá trình thay thế, bảo dưỡng, sửa chữa máy.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY PHUN SƠN 2 TRỤC TỰ ĐỘNG

Như vậy ý tưởng thiết kế máy được đưa ra ở đây là thiế ế mơ hình máy theo dạng 2 t ktrục chuyển động gồm có trục chuyển động X,Y. Phác họa minh họa mơ hình được thể hiện trong hình.

Máy sẽ được thiết kế dựa trên nguyên lý hoạt động của các dạng máy CNC bao gồm có 2 trục chuyển động. Chi tiết về cơ cấu các hệ ục chuyển động được lựa chọn sẽ trđược trình bày dưới đây.

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<small>Động cơĐộng cơ</small>

<small>Cụm đầu phun</small>

<small>Vật thể cần sơn</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Tính tốn mơ hình cần sơn

Phần mềm điều khiển

<small>Driver động cơ trục X</small>

Động cơ trục X

<small>Driver động cơ trục Y</small>

Động cơ trục Y

Hình 2. 2 Mơ tả ngun lý hoạt động của mơ hình: 2.2 Hệ ống chuyển độth <b>ng </b>

2.2.1 Hệ chuyển động tuyến tính

Các cơ cấu truyền động ngày nay sử dụng vít me bi, ray trượt, dây đai là chi tiết máy được sử dụng r t nhi u trong các thi t b dân d ng, máy móc cơng nghi p. V i m i loấ ề ế ị ụ ệ ớ ỗ ại chi ti t sế ẽ có những đặc điểm phù hợp v i t ng mớ ừ ục đích, điều kiện khác nhau. Thi t k ế ếmáy c n l a ch n tầ ự ọ ối ưu hóa nhất trong quá trình hoạt động.Dưới đây là mộ ố phương t s án tác giả đề xu t ấ

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

Hình 2. 3 : Cơ cấu bộ truyền vitme

Ren trên trục vít me là một dạng con trượt với các ren xoắn ốc khớp chính xác với trục. Con trượt thường được cố định và ngăn khơng cho quay cùng với trục vít. Khi trục vít quay, con trượt được điều khiển chuyển động dọc theo trục. Hướng chuyển động của con trượt sẽ phụ thuộc vào hướng quay của vít dẫn. Kết nối tải với con trượt, chuyển động quay có thể được chuyển đổi thành chuyển động tịnh tiến.

Hình 2. 4 : Chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến

Trục vít sử dụng vịng bi, đắt hơn nhưng tạo ra ít ma sát hơn so với thiết bị truyền động trục vít me.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

Trong ổ trục vít bi, các dãy bi di chuyển dọc theo các rãnh trong một trục ren và lưu thông qua một đai ốc.

Hình 2. 5 : Cơ cấu bộ ục vít bitr

Trong trường hợp, trục vít có thể được kết nối trực tiếp với động cơ hoặc thông qua một loạt các bánh răng. Bánh răng được sử dụng để khiến động cơ được giảm tốc độ và cung cấp mơ-men xoắn cần thiết để xoay vít với tải nặng hơn.

Hình 2. 6 : Trục vít liên kết với động cơ qua cơ cấu bánh răng 2.1.1.2 Bộ truyền động dây đai

Cơ cấu sử dụng pully răng gắn vào trục động cơ và dây đai răng kéo tải di chuyển. Cơ cấu đại hoạt động yên tĩnh và phù hợp cho các ứng dụng tốc độ cao, tải trọng lớn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Hình 2. 7 : Bộ truyền động dây đai – puly bánh răng Nhược điểm của bộ truyền động dây đai:

• Hiệu suất bộ truyền thấp .

• Tỷ số truyền thay đổi do sự trượt đàn hồi giữa pully và dây đai. • Tuổi thọ đai thấp.

• Kích thước bộ truyền lớn.

• Tải trọng tác dụng lên trục lớn do phải căng đai ban đầu.

Qua các tiêu chí so sánh ở trên tác giả quyết định sử dụng bộ truyền động dây đai và Puly để thiết mơ hình.

<b>2.3 Động cơ </b>

2.3.1 Một số ại động cơ phổ ến trong công nghiệplo bi

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại động cơ ta có thể kể đến một số loại thường dùng như “Động cơ điện, Động cơ sever, Động cơ bước”

Động cơ điện : Động cơ điện là thiế ị biến đổt b i điện năng thành cơ năng. Nói cách khác, các thiế ị tạo ra lựt b c quay được gọi là động cơ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Hình 2. 8 : Động cơ điện

Cấu tạo của động cơ điện:

Một động cơ điện có cấu tạo cơ bản bao gồm một số bộ phận nhất định, chúng là: Cuộn dây rôto : Cuộn dây được làm bằng dây đồng, bởi vì đồng là chất dẫn điện tuyệt vời. Nó được quấn trên một phần ứng. Cuộn dây trở thành nam châm điện khi có dịng điện chạy qua nó.

Phần ứng : Phần ứng hỗ trợ cuộn dây và có thể giúp nam châm điện mạnh hơn. Điều này làm cho động cơ hoạt động hiệu quả hơn.

Nam châm vĩnh cửu : Có hai nam châm vĩnh cửu. Chúng tạo ra một từ trường ổn định để cuộn dây sẽ quay khi có dịng điện chạy trong nó. Một số động cơ có nam châm điện thay vì nam châm vĩnh cửu. Chúng được làm từ nhiều cuộn dây đồng hơn.

Cổ góp : Mỗi đầu của cuộn dây được nối với một trong hai nửa của cổ góp. Cổ góp hốn đổi các cuộn dây qua mỗi nửa lượt.

Động cơ servo : Servo là một hệ thống truyền động điều khiển hồ ếp vịng kín, i tinhận tín hiệu và thực hiện một cách nhanh chóng và chính xác theo lệnh từ PLC. Bộ

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

chính xác, điều chỉnh mô-men phù hợp với các ứng dụng khác nhau và thay đổi tốc độ cực kỳ nhanh (đáp ứng ở ms).

Cấu tạo của động cơ servo :

Động cơ servo là một thành phần trong hệ ống servo. Động cơ servo nhận tín hiệth u từ bộ điều khiển và cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao.

Động cơ servo được chia thành 2 loại: động cơ servo AC, động cơ servo DC. AC servo có thể xử lý các dịng điện cao hơn và có xu hướng được sử dụng trong máy móc cơng

Hình 2. 9 : Động cơ Servo

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

nghiệp. DC servo không được thiết kế cho các dòng điện cao và thường phù hợp hơn cho các ứng dụng nhỏ hơn.

Cấu tạo của động cơ AC servo bao gồm 3 phần: stator, rotor (thường là loại nam châm vĩnh cửu) và encoder.Stator bao gồm một cuộn dây được quấn quanh lõi, được cấp nguồn để cung cấp lực cần thiết làm quay rotor.Rotor được cấu tạo bởi nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh.

Encoder được gắn sau đuôi động cơ để phản hồi chính xác tốc độ và vị trí của động cơ về bộ điều khiển.

Bộ điều khiển (Servo drive) có nhiệm vụ nhận tín hiệu lệnh điều khiển (xung/analog) từ PLC và truyề ệnh đến động cơ servo để điều khi n n l ể động cơ servo hoạt động theo lệnh, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi liên tục về vị trí và tốc độ hiện tại của động cơservo từ encoder.

Khi động cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này thơng qua bộ mã hóa (encoder). Khi đó bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động và làm sai lệch tốc độ cũng như vị trí mong muốn, cơ cấu hồi tiếp sẽ phản hồi tín hiệu về bộ điều khiển. Từ tín hiệu phản hồi về, bộ điều khiển servo sẽ so sánh với tín hiệu lệnh và đưa ra điều chỉnh phù hợp, đảm bảo động cơ servo hoạt động đúng theo yêu cầu đạt được tốc độ và vị trí chính xác nhất.

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Động cơ bước :

Hình 2. : Động cơ bước11

Động cơ bước hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổ các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rờ ạc kế i i rtiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rotor có khả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết.Trên thị trường có nhiều loạ ộng cơ bưới đ c theo số pha và theo số cực.

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Cấu tạo:Động cơ bước cũng có cấu tạo cơ bản gồm hai phần chính: - Rotor: Là nam châm vĩnh cửu gắn với trục động cơ.

- Stator: Gồm các cuộn dây cuốn trên lõi sắt từ.

Nhìn vào có thể thấy rõ được hai bộ phận chính của động cơ bước đó là Rotor và Stator. Nguyên lý hoạt động ương tự như động cơ thông thường, Stator s t o ra t ẽ ạ ừtrường và dẫn dắt Rotor quay theo chiều từ trường nh các lá nam châm vĩnh cửu được ờxếp rất cẩn th n v i nhau ậ ớ .

<b>Nguyên lý hoạt động Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, động cơ : </b>

bước sẽ quay theo từng bước một nên nó có độ chính xác cao v mề ặt điều khi n. Chúng ểlàm việc nh các b chuy n mờ ộ ể ạch điệ ử, đóng cắt dịng điện t n vào các pha của động cơ theo th t và t n sứ ự ầ ố điều khi n. T ng sể ổ ố bước quay được b ng s l n chuy n mằ ố ầ ể ạch,chiều quay phụ thuộc th t ứ ự đóng cắt đong điện, tốc đ ộphụ thuộc tần số điều khiển.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

- Đa dạng, dễ dàng lựa chọn lắp đặt và thay thế. - Giá thành tương đối thấp.

<b>Nhược điểm: </b>

- Step Motor hay xảy ra có hiện tượng bị trượt bước khi hoạt động ở dải tốc độ cao - Khơng có vòng phản hồi điều khiểnTừ những vấn đề trên tác giả đã đưa ra chọn loại động cơ bước vì nó có giá thành hợp lý phù hợp với kinh phí và nhu cầu sử dụng của đ án cồ ần làm

Do điều khiện về kinh tế và tính tơi ưu. Qua các so sánh về động cơ ở trên tác gải quyết định lựa chọn động cơ bước để sử dụng <b>ở trong đồ án. </b>

2.3.1 Tổng quan về Động cơ bước: Phân loại động cơ bước:

Loại 1 : động cơ bước 2 pha là loại động cơ bước 4 dây, động cơ bước 6 dây hoặc động cơ bước 8 dây.

Loại 2: động cơ bước 3 pha là loại động cơ bước 3 dây ho c đặ ộng cơ bước 4 dây. Loại 3: động cơ bước 5 pha là loại động cơ bước có 5 dâyPhân loại theo loại cực: •Động cơ đơn cực Dịng điện trong một động cơ đơn cực ln chạy qua cuộn dây : theo cùng một hướng. Điều này cho phép sử dụng mạch điều khiển đơn giản, nó tạo ra mơ-men xoắn ít hơn động cơ lưỡng cực.

•Động cơ lưỡng cực Dịng điện trong một động cơ lưỡng cực có thể ạy qua cuộ: ch n dây theo một trong hai hướng. Trong khi điều này đòi hỏi một mạch điều khiển phức tạp hơn động cơ đơn cực, nó tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn.Căn cứ vào những loại động cơ bước trên thì tác giả đã chọn ra được loại động cơ bước 2 pha phù hợp với mơ hình tính chế tạo

2.3.2 Phân loại động cơ bước

Căn cứ trên nhiều phương diện về mặt cấu tạo mà có các cách phân loại động cơ bước khác nhau.

Cách 1: Phân loại động cơ Step theo số pha động cơ • Động cơ Step 2 pha

• Động cơ Step 3 pha

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

• Động cơ Step 5 pha

Cách 2: Phân loại động cơ bước theo rotor • Động cơ bước nam châm vĩnh cửu.

- Động cơ bước biển đổi từ trở. - Động cơ bước đồng bộ lai. Cách 3: Phân loại theo cực động cơ. - Động cơ đơn cực.

- Động cơ lưỡng cực.

2.4 Lựa chọn thiết kế cơ khí

Trước khi đi vào tính tốn các chi tiết cơ khí cơ bản tác giả đặt ra các thông số thiết kế cơ bản như sau :

+ Kích thước mơ hình dựng theo dạng hình lập phương. + Chiều dài lần lượt các cạnh là 50x50x50.

+ Tốc độ dịch chuyển tối đa của tr c X và trụ ục Y là (1,5 m/s).2.4.1 Bộ truyền đai và dây Puly

Để có thể lựa chọn thơng số của bộ truyền đai tác giả đưa ra giả thiết như sau: Module được xác định theo cơng thức

Trong đó - P₁ công suất trên bánh đai chủ động, (kW) tác giả lựa chọn P₁= 5 (W). -n₁số vòng quay trên bánh đai chủ động vg/ph, tác giả lựa chọn n₁= 20 (vg/ph).(Căn cứ theo gi thuyết tả ốc độ tối đa trục X,Y đã được đặt ra)

(2.1)

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

Trong đó: _d= 6…..9 là hệ số chiều rộng đai, chọn giá trị ỏ nhất khi lấy module nhtiêu chuẩn lớn hơn m tính tốn và lấy giá trị lớn trong trường hợp ngược lại. chiều rộng b lấy trong bảng tiêu chuẩn.

Bảng 2. 1 : Mô đun và chiều rộng đai tiêu chuẩn

Từ kết quả tính ở phần trước ta chọn đai răng có chiều rộng: b 5mm (mm) Xác định các thông số của bộ truyền:

+ Số răng z₁của bánh đai được chọn =20 răng

+ Số răng _z₂ được tính theo cơng thức z₂=k z* 1 1* 20= =20 k là tỷ số truyền do tác giả lựa chọn.

Puly là phần rất quan trọng, chúng có chức năng truyền động từ trục động cơ ra dây đai nhằm kéo các con trượt chuyển động dọc hai trục. Tác giả đã chọn loại Puly GT2 để sử dụng cho mơ hình cơ khí.

Dây đai dẫn động là loại dây đai răng có bước răng 2mm. Chúng là bộ phận kết nối chuyển động quay giữa động cơ và chuyển động tịnh tiến giữa các trục x, y.

Lựa chọn thông số dây đai : Bề rộng của dây đai sẽ được tác giả lựa chọn thông số đi theo thông số của Puly. Chi tiết thông số các thiết bị được chọn ở trong hai bảng dưới đây.

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Bảng 2. 3 : Số ợng linh kiện Puly GT2lư

(*) Đây là tổng chiều dài day của c trả ục X và trục Y.

Cần biết rõ thông số của Puly mới lựa chọn dây đai phù hợp. Bước răng và bán kính của Puly cũng là một yếu tố rất quan trọng trong việc kiểm sốt việc tính tốn hành trình của các trục theo vịng quay của trục động cơ.

2.4.2 Phần khung cố định

Khung nhôm cố định là phần rất quan trọng trong mơ hình cơ khí của sản phẩm cũng như được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp. Sử dụng khung nhôm giúp sản phẩm

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Mơ hình máy được phác họa qua phần mềm SolidWorks như sau: Hình 2. : Kẹp góc vng cố định các thanh nhơm định hình14

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

Chi tiết các linh kiện của thân khung được liệt kê trong bảng dưới đây:Hình 2.14 : Khung nhơm thân máy trên Solid Works

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

Bảng 2. 4 Danh sách linh ện khung nhôm máy: ki

Thanh trượt dẫn hướng hoạt động dựa trên nguyên tắc tịnh tiến giữa ray trượt và con trượt tạo nên hệ thống dẫn hướng là kim chỉ nam cho mọi hoạt động của máy móc. Nhờ có thanh trượt hướng máy móc có thể hoạt động ổn định với độ chính xác cao ngay cả khi ở tốc độ lớn, từ đó làm tăng hiệu suất trong công việc và giúp cho máy móc hoạt động trơn tru, giảm tiếng ồn.

Con trượt được thiết kế phù hợp để có thể di chuyển trên thanh trượt mang lại khả năng dẫn hướng chính xác. Con trượt thường được thiết kế có hai loại khác nhau là con

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

thực tế, tác giả đã lựa chọn con trượt và thanh trượt hai loại khác nhau cho hai trục x và trục y. Dựa vào kích thước di chuyển của hệ theo trục x tác giả đã lựa chọn con trượt vng và thanh trượt như sau:

Thanh trượt • Chiều dài: 50 (cm) • Đường kính ray trượt: 8 (mm)

Hình 2. Ty trượt15 :

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

Con trượt vuông : Trục 8mm

Tương tự như vậy tác giả cũng lần lượt cũng lựa chọn kích thước của con trượt vng và ty trượt cho trục Y là 10mm. Sở dĩ kích thước của trục Y lớn hơn trục X là do trục Y có nhiệm vụ di chuyển hệ trục X.

Chi tiết về các danh sách vật liệu sử dụng trong kết cấu khung trục X,Y trong bảng dưới dây:

Hình 2. : Con trượt vuông16

</div>