Tài liệu nghiên cứu về thiết kế và mô hình hóa hệ thống cấp phôi tự động, đặc biệt sử dụng phương pháp rung động, nhằm nâng cao hiệu quả trong sản xuất công nghiệp. Nghiên cứu sẽ hướng đến việc tối ưu hóa các thiết bị tự động hóa trong sản xuất, hỗ trợ cho các quá trình gia công cắt gọt kim loại. Đề tài nhấn mạnh tầm quan trọng của hệ thống cấp phôi trong việc tăng năng suất và chất lượng sản phẩm trong bối cảnh công nghiệp Việt Nam đang phát triển.

1. VIII
MỤC LỤC
Chương 1: TỔNG QUAN ..................................................................................................... 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................. 1
1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ............................................ 4
1.3 MỤC TIÊU, KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU.................................... 4
1.3.1 Mục tiêu................................................................................................................. 4
1.3.2 Khách thể............................................................................................................... 4
1.3.3 Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................ 5
1.4 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.......................................... 5
1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................ 5
Chƣơng 2: PHÂN TÍCH PHƢƠNG ÁN CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN
TỐI ƢU.................................................................................................................................. 7

2. IX
2.1 PHÔI RỜI..................................................................................................................... 7
2.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP PHÔI RỜI............................ 8
2.3 ĐỊNH HƢỚNG PHÔI RỜI.......................................................................................... 9
2.4 ĐƢA RA PHƢƠNG ÁN.............................................................................................10
2.4.1 Phễu cấp phôi kiểu giá nâng.................................................................................10
2.4.2 Phễu cấp phôi định hƣớng bằng khe và rãnh:.........................................................11
2.4.3 Phễu cấp phôi định hƣớng bằng ống quay: ............................................................12
2.4.4 Phễu cấp phôi kiểu ống hai nửa:............................................................................13
2.4.5 Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay..................................................................................14
2.4.6 Phễu cấp phôi rung động:......................................................................................15
2.4.7 Lựa chọn phƣơng án: ............................................................................................17
2.5 GIỚI THIỆU PHỄU RUNG CÓ MÁNG XOẮN VÍT ................................................17
2.5.1 Phân loại phễu tròn: ..............................................................................................18
2.5.1.1 Phân loại theo hình dáng: ...............................................................................18
2.5.2.1 Phân loại theo phƣơng pháp chế tạo: ..............................................................19
2.6 NGUYÊN LÝ VẬN CHUYỂN PHÔI TRÊN MÁNG XOẮN VÍT .............................19
Chƣơng 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG..................................................24
3.1 THỰC TRẠNG Ở CÔNG TY MARUEI VIET NAM PRECISION............................24
3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG..........................................................24
3.2.1 Đặc điểm cấp phôi cho các máy NC hiện tại..........................................................25
3.2.2 Yêu cầu hệ thông cấp phôi tự đông .......................................................................25
3.2.3 Sơ đồ hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động ........................................................26
3.2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động........................................27
3.2.5 Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp phôi.................................................27
Chƣơng 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHỄU RUNG..............................................................28
4.1 TÍNH TOÁN PHỄU ...................................................................................................28
4.1.1 Chọn vật liệu chế tạo phễu ....................................................................................28
4.1.2 Các thông số hình học của phễu ............................................................................28
4.2 KÍCH THUỚC ĐẾ .....................................................................................................33

3. X
4.3 ĐỊNH HƢỚNG PHÔI TRÊN MÁNG XOẮN.............................................................33
4.3.1 Giới thiệu về vấn đề định hƣớng phôi rời ..............................................................33
4.3.2 Thiết kế cơ cấu định hƣớng phôi nguyên liệu trên máng xoắn ...............................34
4.3.2.1 Các trạng thái và lƣu đồ di chuyển của phôi nguyên liệu trên máng xoắn........34
4.3.2.2 Thiết kế cơ cấu định hƣớng phôi nguyên liệu trên máng xoắn.........................34
4.4 MÁNG DẪN PHÔI ...................................................................................................36
4.4.1 Cấu tạo máng dẫn phôi..........................................................................................36
4.4.2 Tính toán máng dẫn phôi:......................................................................................39
4.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KÍCH THƢỚC CÁC CHÂN..............................................41
4.5.1 Kết cấu của các chân.............................................................................................41
4.5.2 Tính toán các chân ................................................................................................42
4.6 TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN.............................................................................44
4.6.1 Chọn số nam châm điện từ sử dụng trong cơ cấu rung...........................................44
4.6.1.1 Khi có một nam châm điện............................................................................44
4.6.1.2 Khi có bốn nam châm điện ...........................................................................45
4.7 CƠ CẤU RUNG ĐIỆN TỪ ........................................................................................46
4.7.1 Cơ cấu rung điện từ một nhịp ................................................................................46
4.7.2 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp .................................................................................47
4.7.3 Tính nam châm điện ...........................................................................................48
4.8 CƠ CẤU GẢM CHẤN...............................................................................................51
4.9 MÔ HÌNH 3D PHỄU RUNG......................................................................................54
4.10 ĐIỀU KHIỂN PHỄU RUNG ....................................................................................54
4.11 PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH NĂNG SUẤT PHỄU.............................................56
Chƣơng 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ROBOT ......................................................................57
5.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ROBOT...........................................................57
5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT ....................................................... 58
5.3. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT ...........................................................................59
5.3.1 Thiết lập phƣơng trình động học cơ bản của robot.................................................59
5.3.1.1 Xây dựng các hệ tọa độ .................................................................................59

4. XI
5.3.1.2 Lập bảng thông số Denavit- Hartenberg nhƣ sau: ..........................................59
5.3.1.3 Xác định các ma trận biến đổi........................................................................60
5.4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC KHÂU CỦA ROBOT ...............................................62
5.4.1 Khâu cố định.........................................................................................................62
5.4.2 Khâu 1 ..................................................................................................................62
5.4.3 Khâu 2 ..................................................................................................................63
5.4.4 Khâu 3 ..................................................................................................................63
5.4.5 Mô hình 3D của robot ...........................................................................................63
5.5 CƠ CẤU CHẤP HÀNH .............................................................................................64
5.5.1 Giới thiệu sơ lƣợc về xilanh ..................................................................................64
5.5.2 Tính toán và chọn xilanh dẫn động các khâu ........................................................65
5.6. CHỌN CÁC KHỚP ĐỘNG CHO ROBOT.................................................................67
5.6.1 Cấu tạo khớp động của robot.................................................................................67
5.6.2 Chọn khớp1 ..........................................................................................................67
5.6.3 Chọn khớp 2 .........................................................................................................68
5.7 HỆ THỐNG ĐIỀU KIỂN ROBOT...............................................................................69
5.7.1 Truyền dẫn động robot .................................................................................. 69
5.7.2 Truyền dẫn động khí nén.......................................................................................70
5.7.3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống dẫn động khí nén..............................................70
5.7.4 Thiết kế hệ thống điều kiển robot..........................................................................71
5.7.4.1 Mạch điều kiển khí nén .................................................................................71
5.7.4.2 Thiết kế sơ đồ trang thái của hệ thống điều khiển ..........................................72
5.7.4.3 Chƣơng trình PLC điều kiển hệ thống ...........................................................72
Chƣơng 6: TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ BĂNG TẢI ..................................................................76
6.1 GIỚI THIỆU CHUNG.................................................................................................76
6.2 PHÂN LOẠI BĂNG TẢI...........................................................................................77
6.3 CHỌN LOẠI BĂNG TẢI .........................................................................................78
6.4 CHỌN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG ...................................................................................78
6.5 THIẾT KẾ BĂNG TẢI ...............................................................................................79

5. XII
6.6 MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KIỂN BĂNG TẢI......................................................................80
Chƣơng 7 MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CẤP PHÔI ............................81
7.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG........................................................ 81
7.1.1 Giới thiệu về phần mềm................................................................................ 81
7.1.2 Giới thiệu về các tính năng mô phỏng của solidworks ................................... 81
7.2 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG .............................................. 82
7.2.1 Trình tự các bƣớc thực hiện.......................................................................... 82
7.2.2 Kết quả của quá trình mô phỏng ................................................................... 82
7.3 SƠ ĐỒ KHỐI ĐIẾU KIỂN HỆ THỐNG ............................................................. 82
Chƣơng 8: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ....................................................................................84
8.1 TÓM TẮT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI..........................................................84
8.2 ĐỀ NGHỊ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.................................................................85

6. XIII

7. Chương 1: Tổng quan
1
Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, các hệ thống sản xuất trong các ngành công nghiệp nói chung như: sản
xuất phân bón, vật liệu xây dựng, thực phẩm…vv. Các quá trình sản xuất các sản phẩm
trên máy cắt kim loại, các máy gia công bằng áp lực như: cán, uốn, dập, đột…vv, các
quá trình công nghệ lắp ráp sản phẩm cơ khí hay kiểm tra, đều phát triển theo xu hướng
tự động hóa ngày càng cao. Để đảm bảo được quá trình sản xuất ổn định thì nhất thiết
phải có quá trình cung cấp phôi chính xác về vị trí trong không gian theo đúng nhịp
(cấp đúng lúc) và liên tục theo chu trình hoạt động của máy một cách tin cậy.
Vì thế quá trình cấp phôi là một trong những yêu cầu cần thiết phải được nghiên
cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao năng
suất lao động, sử dụng và khai thác các máy móc, thiết bị một cách có hiệu quả nhất và
nâng cao chất lượng sản phẩm.
Trong thực tế hiện nay của các ngành sản xuất nói chung, người ta đang sử dụng
rộng rãi các hệ thống cấp phôi bằng cơ khí, phối hợp cơ khí- điện, cơ khí – khí nén.
Với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực điều khiển tự động và robot đã cho phép đưa
vào các tay máy, người máy làm việc theo chương trình và dễ dàng thay đổi được
chương trình một cách linh hoạt thích ứng với kiểu phôi liệu khác nhau khi cần thay
đổi các sản phẩm. Đây là một trong những tính chất rất quan trọng mà nhờ nó có thể áp
dụng công nghệ tiên tiến vào trong quá trình sản xuất hàng loạt.
Có thể thấy rằng, việc nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động có tính bao quát, bao
hàm nhiều lĩnh vực và liên quan đến nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Ngày nay, việc sử dụng các dây chuyền, hệ thống để chế tạo sản phẩm không còn
là điều mới mẻ đối với các quốc gia trên thế giới. Đối với các nước có nền công nghiệp

8. Chương 1: Tổng quan
2
phát triển thì các hệ thống gia công này được đầu tư thiết kế, trang bị đầy đủ và vô
cùng hiện đại, có các kết cấu cơ khí rất chính xác, các robot trong dây chuyền hết sức
linh hoạt. Đặc biệt, công việc điều khiển dây chuyền rất đơn giản, dễ dàng, thuận tiện
cho người sử dụng và có thể dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển hoạt động của
dây chuyền để chế tạo các chi tiết máy, các sản phẩm khác theo yêu cầu thực tế của thị
trường. Quy trình hoạt động của hệ thống là một chu trình liên tục khép kín, từ nguyên
công cấp phôi cho đến nguyên công đóng gói sản phẩm đưa vào kho dự trữ hay đưa
ra thị trường đều được tự động hóa.
Với Việt Nam là một quốc gia có nền công nghiệp đang phát triển, đang cố
gắng học hỏi, tiếp cận, kế thừa các công nghệ cao của thế giới. Hiện tại, ở nước ta các
máy gia công chính xác như NC, CNC…đang dần dần được các công ty, các trung
tâm gia công đưa vào để thay thế các máy gia công truyền thống. Do điều kiện kinh
tế, cơ sở vật chất, trình độ con người còn thấp nên các dây chuyền sản xuất tự động
công nghệ cao, các dây chuyền gia công tích hợp CIM chưa được sử dụng rộng rãi. Vì
vậy chúng còn tương đối mới mẻ, xa lạ đối với sinh viên, cán bộ kỹ thuật tại các trung
tâm gia công, các công ty chế tạo. Do vậy việc tính toán, thiết kế và từng bước chế tạo
mô hình cấp phôi tự là rất cần thiết.
Cấp phôi tự động hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng,
nhưng cấp phôi tự động bằng phương pháp rung động là một phương pháp phổ biến, áp
dụng cho nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau và mang lại hiệu quả cao.
Cấp phôi tự động sử dụng phương pháp rung trên thế giới và trong nước đã có
nhiều đề tài nghiên cứu cho nhiều lĩnh vực khác nhau như:
 Dana R.berkowitz-University of California, Designing Part Feeders Using
Dynamic Simulation. Đây là công trình nghiên cứu về phễu rung dựa vào
việc mô phỏng động năng của chi tiết trong phễu nhằm mục đích khắc phục
những nhược điểm của các thiết kế mới.

9. Chương 1: Tổng quan
3
 Martin maher-waterford institute of technology-2010, The design
/development of automated programmable orientation tools for vibratory
bowl feeder. Đây là công trình nghiên cứu hiệu quả của phễu rung trong sản
xuất hàng loạt đặc biệt là trong các dây chuyền lắp ráp và ảnh hưởng của
nhược điểm của phễu rung và đề xuất những biện pháp khắc phục những
nhược điểm này.
 Department of mechanical engineering national institute of technologe
Rourkela, Part Feedeing System For FMS. Đề tài nghiên cứu về các hình
thức cầp phôi rung cho các hệ thống sản xuất linh hoạt và phân tích động học
của phễu rung và động học của chi tiết trong phễu rung.
Bên cạnh những nghiên cứu trên thì hiện nay trên thế giới có rất nhiều công ty
chuyên sản xuất các phễu rung cấp phôi. Với nhiều kích cở và công xuất khác nhau.
Trong nước ta, cũng đã có nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụng phương pháp rung
động vào việc cấp phôi tự động.
 Luận văn Thạc sĩ của KS. Phan Minh Thanh – trường đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật Tp. HCM – năm 2002, đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình
phễu rung động và cân định lượng điện tử cho máy đóng gói.
 Đề tài tốt nghiệp đại học – trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM –
năm 2008, đã nghiên cứu, thiết kế hệ thống cấp phôi bạc sắt xốp cho dây
chuyền lắp ráp quạt tản nhiệt CPU.
Tuy nhiên, những nghiên cứu trên chưa áp dụng cho các lĩnh vực cấp phôi tự
động cho gia công cắt gọt cơ khí.
Trong gia công cắt gọt cơ khí, phôi rời chiếm số lượng lớn nhất và cũng đa dạng
nhất, các chi tiết dạng rời, nhỏ và có hình dạng đơn giản như: bulông, đai ốc, chốt trụ,
côn, bánh răng loại nhỏ, bạc trụ, các loại trục nhỏ có bậc hoặc trơn…vv, các chi tiết
này thường có số lượng rất nhiều. Mặt khác các chi tiết tiêu chuẩn đó có khối lượng gia
công không nhiều. Tỷ lệ thời gian cấp phôi và thời gian cơ bản cao. Vì vậy thiết kế chế

10. Chương 1: Tổng quan
4
tạo hệ thống cấp phôi loại này một cách hoàn chỉnh sẽ tăng năng suất đáng kể. Vì vậy
dưới sự giúp đỡ của thầy TS. Lê Hiếu Giang, tác giả chọn lĩnh vực này để làm cơ sở
nghiên cứu và thực hiện đề tài “Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống cấp phôi tự
động sử dụng phễu rung và tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC Takamaz”.
1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu, tính toán, thiết kế ra một hệ thống cấp phôi tự động là việc làm rất
cần thiết đối với đội ngũ cán bộ kĩ thuật, đặc biệt là đối với đội ngũ cán bộ kĩ thuật
chuyên ngành chế tạo máy. Chế tạo được một hệ thống cấp phôi tự động trong nước
mang lại rất nhiều lợi ích. Đặc biệt là về mặt kinh tế vì giá thành rẻ hơn rất nhiều so với
thiết bị ngoại nhập nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu sản xuất. Điều đó cũng khẳng
định được trình độ kĩ thuật công nghệ của chúng ta đang và sẽ theo kịp với thế giới.
1.3 MỤC TIÊU, KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
1.3.1 Mục tiêu
Hệ thống cấp phôi tự động trước hết phải nằm trong các hệ thống sản xuất mang
tính tự động từng phần hay toàn phần và không thể có hệ thống sản xuất tự động mà
không có quá trình cấp phôi tự động.
Quá trình cấp phôi tự động cần phải đạt được những mục tiêu sau:
 Nâng cao năng suất do giảm thời gian phụ.
 Chuyển các máy bán tự động trở thành tự động.
 Cải thiện được điều kiện làm việc cho công nhân: giải phóng cho con
người trong các công việc nhàm chán, trong công việc nặng nhọc.
 Đảm bảo độ chính xác gá đặt.
1.3.2 Khách thể
Do cạnh tranh trong nền kinh tế thị trường bắt buộc các nhà sản xuất phải cải tiến
công nghệ, áp dụng tự động hóa cho các quá trình sản xuất để nâng cao năng suất và
giảm chi phí sản xuất để giá thành thấp hơn. Vì thế, quá trình cấp phôi là một trong

11. Chương 1: Tổng quan
5
những yêu cầu cần thiết cần phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản
xuất tự động.
1.3.3 Đối tƣợng nghiên cứu
Các đặc trưng cơ bản của một hệ thống cấp phôi tự đông.
Nghiên cứu các thiết bị cơ bản của của hệ thống tự động bao gồm: cơ cấu chấp
hành, các thiết bị điều khiển…vv.
1.4 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tổng quan về lĩnh vực cấp phôi tự động và các thành phần của hệ
thống cấp phôi tự động.
Nghiên cứu tổng quan về lĩnh vực cấp phôi tự động bằng phương pháp rung.
Nghiên cứu thực trạng việc cấp phôi cho các máy NC-Takamaz ở nhà máy.
Nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC
–Takamaz.
Sử dụng phần mềm mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp phôi tự động
này.
Trong sản xuất cơ khí phôi rời chiếm số lượng lớn. Các loại phôi rời có kích
thước nhỏ, vừa này rất đa dạng và phong phú. Do vậy, giới hạn của đề tài chỉ tính toán,
thiết kế hệ thống cấp phôi cho chi tiết dạng trụ trơn hoặc trụ bậc có l ≥ d và có khối
lượng không lớn hơn 0,5 kg.
Việc cấp phôi cho loại này có rất nhiều cách khác nhau, nhưng trong đề tài nghiên
cứu này tác giả chỉ tập trung vào nghiên cứu, tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống
cấp phôi tự động bằng phương pháp rung. Đề tài chỉ tính toán, thiết kế và mô phỏng
nguyên lý hoạt động của hệ thống mà chưa chế tạo mô hình.
1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Dựa vào thực tiễn và cơ sở lý luận của các thế hệ anh chị đi trước để làm nền tảng
cho việc nghiên cứu lập luận để đưa ra hướng giải quyết đề tài.

12. Chương 1: Tổng quan
6
Tham khảo các công trình nghiên cứu về phễu rung đã có để nắm được tình hình,
thực trạng.
Tham khảo tài liệu có liên quan đến việc tính toán, thiết kế hệ thống cấp phôi tự
động sử dụng phễu rung kết hợp tay máy chuyên dùng.
Nghiên cứu các nguyên lý cơ học áp dụng vào việc phân tích, tính toán khi thiết
kế và điều kiển hệ thống.
Nghiên cứu phần mềm mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp phôi.

13. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
7
Chƣơng 2
PHÂN TÍCH PHƢƠNG ÁN CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG VÀ
CHỌN PHƢƠNG ÁN TỐI ƢU
2.1 PHÔI RỜI
Phôi rời là loại phôi sử dụng phổ biến trong quá trình sản xuất hàng loạt và hàng
khối, là loại phôi đa dạng về hình dáng, phong phú về chủng loại và kích thước. Vì
vậy, việc phân loại phôi rời có ý nghĩa rất lớn trong lựa chọn các cơ cấu cấp phôi.
Thông thường, phôi rời được phân loại theo hình dáng. Trong một số trường hợp
dựa vào các tính chất khác của phôi để phân loại.
Một số loại phôi rời mà chúng ta thường gặp trong thực tế sản xuất là:
 Chi tiết hình trụ có chiều dài lớn hơn đường kính (L > D) có 2 dạng sau:
- Dạng chi tiết có hai trục đối xứng vuông góc nhau
- Dạng chi tiết có 1 trục đối xứng
 Chi tiết hình trụ có chiều dài gần bằng đường kính ( DL  /( L=D  20%) ) là
chi tiết có hai trục đối xứng vuông góc

14. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
8
 Chi tiết có chiều dài nhỏ hơn đường kính ).8,0( DLDL  cũng là chi tiết có
hai trục đối xứng vuông góc nhau
 Chi tiết hình trụ có mũ là dạng chi tiết có một trục đối xứng
 Ngoài ra, còn có các chi tiết dạng đĩa, bulông, vít, ốc….
2.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG CẤP PHÔI RỜI
Hệ thống cấp phôi đầy đủ cần phải có các thành phần sau đây:
 Phễu chứa phôi hoặc ổ chứa phôi
 Máng dẫn phôi
 Cơ cấu định hướng phôi
 Cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi
 Cơ cấu bắt – nắm phôi khi gá đặt và tháo chi tiết sau khi gia công.
Mỗi thành phần trong hệ thống có một chức năng và nhiệm vụ nhất định và phải
được bố trí đồng bộ với nhau trong một thể thống nhất về không gian và thời gian. Tuy
vậy cũng phải thấy rằng không nhất thiết lúc nào cũng phải có đầy đủ các thành phần
của nó mà tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà chỉ cần một trong số chúng. Việc
phân chia hệ thống thành các thành phần như trên chỉ mang tính chất tương đối vì
người ta có thể kết hợp với một số thành phần trong chúng lại với nhau theo đặc điểm

15. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
9
về hình dáng, kích thước của phôi để giảm được kích thước của hệ thống, làm cho việc
thiết kế, chế tạo và lắp ráp đơn giản hơn.
2.3 ĐỊNH HƢỚNG PHÔI RỜI
Trong quá trình tự động cấp phôi rời, định hướng phôi là một vấn đề quan trọng
nhất và cũng khó khăn nhất. Hình dáng, kích thước, trọng lượng của phôi quyết định
khả năng tự định hướng của nó và quyết định phương pháp định hướng của hệ thống
cấp phôi.
Những chi tiết đơn giản thường được chia thành 2 loại:
 Loại phôi có 1 trục đối xứng.
 Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên.
Loại phôi có 2 trục đối xứng trở lên chỉ cần định hướng 1 lần còn những phôi có
1 trục đối xứng thường phải định hướng 2 lần hoặc định hướng kép.
Các phương pháp định hướng:
 Định hướng bằng tay: Đối với các chi tiết trụ dài (L/D từ 5  10), chi tiết trụ
hoặc côn có L/D xấp xỉ bằng 1, các chi tiết khó định hướng tự động.
 Định hướng tự động: cả 2 bước định hướng diễn ra trong phễu hoặc kết hợp
phễu và máng dẫn.
 Định hướng tự lựa: Để cho việc thiết kế hệ thống cấp phôi tự lựa được dễ
dàng, việc định hướng phôi thường tuân thủ một số nguyên tắc sau:
- Cơ cấu định hướng phải tạo điều kiện cho phôi tự nhận lấy vị trí ổn định
tự nhiên của nó trong quá trình chuyển động.
- Tìm cách thu nhận lấy những phôi có vị trí đúng và gạt bỏ hoặc sửa chữa
lại vị trí của những phôi sai yêu cầu.
- Những phôi bị gạt bỏ phải được vận chuyển ngược về phễu cấp phôi.
- Nếu cơ cấu định hướng có độ tin cậy không cao thì phải bố trí vài ba cơ
cấu trên đường vận chuyển phôi.

16. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
10
Chi tiết cần định hướng của đề tài là chi tiết hình trụ tròn có 2 trục đối xứng nên
chỉ cần định hướng 1 lần, dùng phương pháp định hướng tự lựa. Các chi tiết chuyển
động trên máng phễu ở trạng thái nằm
2.4 ĐƢA RA PHƢƠNG ÁN
Vì đây là phôi rời, trong đề tài là phôi có 2 trục đối xứng nên ta có một số
phương án cấp phôi.
2.4.1 Phễu cấp phôi kiểu giá nâng
Chức năng của nó là dự trữ, bảo quản, định hướng và cung cấp phôi cho máy.
 Cấu tạo:
Hình 2.1 : Phễu cấp phôi kiểu giá nâng [1]
1: Phễu chứa phôi
2: Cơ cấu cam đẩy
3: Cơ cấu định hướng đứng
4: Phôi
5: Máng dẫn
6: Cơ cấu gạt

17. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
11
 Nguyên lý làm việc của phễu cấp phôi kiểu giá nâng:
Phôi (4) được dự trữ và bảo quản trong phễu chứa (1). Nhờ cơ cấu cam (2) mà
phôi (4) được đưa lên máng dẫn (5). Những phôi có trục tâm nằm ngang sẽ lăn vào
máng (5) còn những phôi nghiêng hoặc thẳng đứng sẽ bị cơ cấu (6) gạt trở lại vào
phễu. Sau khi định hướng phôi nằm ngang đi theo máng dẫn (5). Sau đó phôi (4) lại
được định hướng một lần nữa bởi cơ cấu định hướng đứng của máng (5) để chuyển
trạng thái từ nằm ngang sang dọc và đi đến vị trí yêu cầu tiếp theo. Đồng thời, lúc này
cơ cấu cam (2) quay trở xuống tiếp tục thực hiện hành trình tiếp theo.
 Ưu điểm:
 Dễ thiết kế, gọn nhẹ
 Kết cấu đơn giản
 Giá thành chế tạo rẻ
Nhược điểm:
 Năng suất không cao
 Dễ kẹt phôi
2.4.2 Phễu cấp phôi định hƣớng bằng khe và rãnh:
Dùng để cấp phôi hình trụ ngắn.
 Cấu tạo:
Hình 2.2: Phễu cấp phôi định hướng bằng khe và rãnh [1]

18. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
12
 Nguyên lý làm việc của phễu cấp phôi định hướng bằng khe và rãnh:
Hình a: rãnh V được bố trí trên giá nâng nghiêng và đặt sát mặt bên của phễu, khi
giá nâng chuyển động xuống dưới đáy phễu, một chi tiết sẽ lăn vào rãnh V, khi giá
nâng tịnh tiến lên phía trên chi tiết sẽ trượt dọc theo máng ra ngoài. Giá nâng đi xuống
và tiếp tục thực hiện hành trình tiếp theo.
Hình b: giá nâng đặt ở giữa phễu và nguyên lý hoạt động cũng tương tự như hình a.
Hình d: rãnh V đặt bên trái giá nâng nghiêng và đặt sát mặt bên phễu. Nguyên lý
hoạt động tương tự hình a, b.
Hình e: rãnh V đặt ở giữa, 2 giá nâng ở 2 bên lần lượt lên xuống mang phôi đưa vào
rãnh V, năng suất gấp đôi hình d.
Hình c, g không sử dụng rãnh V nhưng dùng khe hẹp có kích thước lớn hơn đường
kính để chi tiết lăn qua khi giá nâng đẩy chi tiết lên cao.
2.4.3 Phễu cấp phôi định hƣớng bằng ống quay
 Cấu tạo:
Hình 2.3: Phễu cấp phôi định hướng bằng ống quay [1]
1: Phễu cố định
2: Phễu quay
3: Chốt gạt
b) c)
3

19. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
13
Cấu tạo của ống quay: Ống quay có thể được gắn thêm phễu phụ nhỏ 2 như hình
b, c và bên trên có gắn thêm một cái chốt 3 để đảo phôi tránh cho phôi bị kẹt trong qua
trình định hướng.
 Nguyên lý làm việc của phễu cấp phôi như sau:
Phôi được chứa lộn xộn trong phễu cố định 1. Khi hoạt động thì ống quay 2 sẽ
quay làm xáo trộn phôi và làm cho phôi rơi theo đường ống của phễu quay theo trục
tâm thẳng đứng theo đúng hướng ta mong muốn. Có thể dùng hệ thống bánh răng côn
hộp giảm tốc và động cơ để truyền động cho ống quay 2.
 Ưu điểm:
 Định hướng chính xác
 Không gây kẹt phôi
Nhược điểm:
 Năng suất không cao
 Kết cấu phức tạp, khó thi công
 Giá thành cao
2.4.4 Phễu cấp phôi kiểu ống hai nửa
 Cấu tạo:
Hình 2.4: Phễu cấp phôi kiểu ống hai nửa [1]

20. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
14
1: Phôi 7: Cam
2: Phễu chứa 8: Thanh gạt
3: Đáy phễu 9,10 : Đế
4: Ống bao 11, 13: Giá đỡ
5: Ống di trượt 12: Buly
6: Ống dẫn 14: Chốt
 Nguyên lý làm việc của phễu cấp phôi kiểu ống hai nữa:
Phôi 1 được đỏ lộn xộn vào cốc phễu 2. Hai nửa ống di trượt 5 chuyển động trong
ống bao 4 nhờ hai thanh gạt 8. Hai nửa ống sẽ tác động vào phôi làm cho phôi bị xáo
trộn và rơi vào ống dẫn 6 ra ngoài. Hai thanh gạt 8 được liên kết với hai nửa ống trượt
bằng các chốt 14 và một đầu tì vào các cam 7. Các cam lệch 7 và 7a lắp đồng trục, lệch
nhau 1800
và quay nhờ buly 12. Các giá đỡ 11 và 13 được bắt cứng trên đế 10 và trên
giá đỡ 11 gắn cứng ống bao 4. Ống bao 4 có nhiệm vụ định hướng cho ống trượt và giữ
vững cốc phễu nhờ đáy cốc 3 lắp vừa khít với ống 4. Có thể dùng động cơ và hộp giảm
tốc để truyền động cho cam 7
Đường kính lỗ ống định hướng phải tuân thủ nguyên tắc không để 2 phôi cùng
một lúc rơi vào ống, tránh được khoảng kích thước dễ bị kẹt phôi.
 Ưu điểm:
 Làm việc êm
 Không gây kẹt phôi
 Nhược điểm:
 Kết cấu phức tạp, khó gia công
 Giá thành cao
 Năng suất không cao
2.4.5 Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay
Dùng để cấp phôi chi tiết dạng trụ trơn hoặc trụ có bậc nhưng l ≥ d hoặc các
phôi có dạng đĩa, vòng.

21. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
15
 Cấu tạo:
Hình 2. 5: Phễu cấp phôi kiểu đĩa quay [1]
 Nguyên lý làm việc của phễu cấp phôi kiểu đĩa quay:
Phôi được đổ lộn xộn vào cốc phễu (1), đĩa (2) quay tròn nhờ hệ thống trục vít-
bánh vít. Quá trình đĩa quay tròn làm xáo động phôi. Khi rãnh trên đĩa ở vị trí thấp
nhất sẽ có 1 phôi rơi vào, khi rãnh đó quay lên vị trí cao nhất phôi sẽ vận chuyển ra
máng (3). Đĩa gồm nhiều rãnh nên quá trình cấp phôi được diễn ra liên tục.
Để tạo điều kiện cho phôi định hình dễ rơi vào rãnh, trên đĩa có thể bố trí thêm
một số cánh dẫn hướng. Đáy phễu được đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một
góc khoảng 300
 450
.
 Ưu điểm:
 Làm việc êm.
 Kết cấu đơn giản, dễ gia công.
 Định hướng chính xác.
 Không gây kẹt phôi.
 Nhược điểm:
 Giá thành cao.
 Năng suất thấp
2.4.6 Phễu cấp phôi rung động
 Cấu tạo:

22. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
16
Hình 2.6: Phễu cấp phôi rung động [1]
1: Phễu 2: Máng xoắn
3: Lò xo lá 4: Phần ứng từ của nam châm điện
5: Đế nam châm 6: Phần cảm ứng từ của nam châm điện
7: Vít 8: Đế
9: Giảm chấn
 Nguyên lý làm việc của phễu rung:
Khi cấp nguồn cho phần cảm từ 6 của nam châm điện, nó sẽ tạo ra dao động kéo
phễu đi xuống, nhưng nhờ có lò xo lá nên khi hệ thống dao động cốc phễu vừa chuyển
động lên xuống, vừa xoay quanh tâm nó một góc rất nhỏ. Phôi đang nằm hỗn độn
trong phễu sẽ tản ra xung quanh thành phễu và bắt đầu tiếp cận với đầu mối của cánh
xoắn, phôi sẽ chuyển động theo cánh xoắn từ dưới đáy phễu lên trên theo mặt phẳng
nghiêng cho tới khi ra khỏi phễu. Khi phôi đã ra khỏi phễu thì sẽ theo máng dẫn vào
vị trí gia công.
 Ưu điểm:
 Năng suất cao
 Không gây kẹt phôi
 Phổ biến trên thị trường

23. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
17
 Kết cấu đơn giản
 Dễ điều tiết phôi
 Nhược điểm:
 Rung động
 Gây ồn
2.4.7 Lựa chọn phƣơng án
Phương án dùng phễu cấp phôi dạng rung động là hợp lý nhất vì các lý do sau:
 Cấp phôi thuộc dạng phôi rời từng chiếc cho một máy tự động.
 Phễu đơn giản dễ gia công và giá thành để thi công không cao.
 Dễ dàng trong việc điều tiết phôi.
 Cấp phôi đáp ứng được năng suất đề ra.
2.5 GIỚI THIỆU PHỄU RUNG CÓ MÁNG XOẮN VÍT
Cơ cấu cấp phôi rung động có máng xoắn vít được dùng nhiều trong các lĩnh vực
khác nhau như gia công cắt gọt, đóng gói dược phẩm, thực phẩm, lắp ráp…Nó được
dùng để cấp phôi rời từng chiếc cho các máy riêng biệt hoặc các máy trên đường dây
tự động (dây chuyền tự động).
Phễu có chức năng tích trữ, định hướng và vận chuyển phôi đến máng tiếp nhận
và nếu một trong các chức năng này không có thì cơ cấu cấp phôi sẽ hoạt động không
hiệu quả.
Hình 2.7: Cơ cấu cấp phôi rung động

24. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
18
2.5.1 Phân loại phễu tròn
Phễu tròn là 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 tròn được phân loại theo hình dáng và phương pháp chế tạo.
2.5.1.1 Phân loại theo hình dáng
Phễu tròn hình trụ có máng xoắn vít nằm bên thành trong:
Hình 2.8: Phễu tròn hình trụ [1]
Phễu tròn hình côn có máng xoắn vít nằm bên thành trong:
Hình 2.9: Phễu tròn hình côn [1]

25. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
19
Phễu tổ hợp bao gồm phễu hình côn là ổ tích còn hình trụ và máng xoắn vít ở bên
ngoài có chức năng lấy phôi và vận chuyển phôi tới máng tiếp nhận và vùng gia công:
Hình 2.10: Phễu tổ hợp [1]
2.5.1.2 Phân loại theo phƣơng pháp chế tạo
Phương pháp chế tạo phễu rung: tiện, đúc, hàn.
 Phễu tiện: thường làm từ nhôm, phần đáy thường có kết cấu tháo lắp để có khả
năng điều chỉnh nhanh khi cần cấp phôi loại khác.
 Phễu đúc: thường được chế tạo có hình côn và trụ.
 Phễu hàn: thường dùng thép lá, đồng lá và đura. Chiều dày của vật liệu được
chọn tuỳ thuộc vào kích thước của phễu nằm trong khoảng 1÷5mm.
2.6 NGUYÊN LÝ VẬN CHUYỂN PHÔI TRÊN MÁNG XOẮN VÍT
Để nghiên cứu cơ cấu cấp phôi kiểu rung động, người ta xét một hệ cơ cấu 4 khâu
bản lề chuyển động lắc trong mặt phẳng nằm ngang hoặc nằm nghiêng được mô tả trên
hình 2.11 và 2.12.
Hình 2.11: Sơ đồ di chuyển phôi trên
mặt phẳng nằm ngang [2]

26. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
20
Xét một vật A có trọng lượng G đặt trên thanh BC trong mặt phẳng nằm ngang
(Hình 2.11). Khi thanh O1B quay sang phải 1 góc  - 1 với tốc độ góc là  thì vật A
cùng với thanh BC chuyển động song phẳng xuống phía dưới.
Gọi gia tốc chuyển động lớn nhất trong hành trình này là a, ta có:
 Fms = m (g-atđ).f
 Fqt = - m.an
Trong đó:
 atđ : là gia tốc theo phương thẳng đứng
 an : là gia tốc theo phương nằm ngang
Khi tay quay O1B quay sang trái 1 góc  - 1 với tốc độ góc  thì vật A cùng
với thanh B chuyển động lên phía trên. Khi đó ta có:
 F’ms = m (g + a’tđ).f
 F’qt = - m.a’n
Trong đó a’tđ và a’n là gia tốc theo hướng thẳng đứng và nằm ngang khi vật A
chuyển động lên phía trên. Nếu ta coi  = '
 thì về giá trị atđ = a’tđ và an = a’n . Khi đó
có thể xảy ra hiện tượng như sau:
Khi vật chuyển động cùng thanh xuống thấp sang phía phải thì nếu Fms < Fqt thì
vật A sẽ trượt trên thanh BC, hay nói cách khác vị trí của vật A so với thanh BC bây
giờ sẽ ở lại phía sau, có nghĩa vật A có chuyển động tương đối so với thanh BC về phía
trái.
Khi thanh chuyển động lên phía trên và sang trái, lúc này do Fms tăng lên trong
trường hợp khi mà Fms > Fqt thì vật bám chắc vào thanh BC, hay nói cách khác không
có sự chuyển động tương đối giữa vật A và thanh BC.
Tổng hợp một chu trình chuyển động của thanh O1B ta có nhận xét sau đây:
Vị trí của vật A so với thanh BC đã dịch chuyển sang trái một lượng s. Nếu chu
trình trên lại tiếp tục thì sau mỗi một chu trình như vậy thì A lại cứ dịch chuyển sang

27. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
21
trái so với thanh BC một lượng s. Quá trình hoạt động của cơ cấu trên là liên tục thì sau
một thời gian, vật A sẽ di chuyển tương đối với thanh BC và sẽ có xu hướng đi ra khỏi
thanh BC.
Trong trường hợp khi g < atđ thì Fms < 0, lúc này vật A sẽ không còn tiếp xúc với
thanh BC nữa mà nó có bước nhảy tương đối so với thanh BC về phía trái.
Xét trường hợp thanh BC đặt trong mặt phẳng nghiêng so với mặt phẳng ngang
1 góc  ( hình 2.12).
Cũng phân tích tương tự như trên chú ý trọng lượng G của vật A được phân
thành Gn và Gđ tương ứng với phương nằm ngang và phương thẳng đứng, ta có:
 G

= đn GG


Thiết lập công thức tính toán Fms, Fqt theo giá trụ Gđ và Gn, atđ và an ta có nhận
xét sau:
Khi thanh BC chuyển động về phía phải xuống dưới, để vật A có khả năng
chuyển động tương đối so với thanh BC sang bên trái như trường hợp trên, thì điều
kiện của nó là:
 Fqt > Fms + Gn
Khi thanh quay về phía bên trái và lên phía trên thì điều kiện để vật không trượt
trên thanh BC thì:
Hình 2.12: Sơ đồ di chuyển phôi trên
mặt phẳng nằm nghiêng [2]

28. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
22
 Fqt < Fms – Gn
Nếu thỏa mãn được cả hai điều kiện trên thì sau một chu trình chuyển động của
thanh O1B, vật A sẽ dịch chuyển tương đối so với thanh BC một lượng s. Nếu cho cơ
cấu hoạt động liên tục thì sau một thời gian, vật A sẽ dịch chuyển sang phía trái và sẽ
có xu hướng rời khỏi thanh BC.
Từ những kết quả tính toán như trên, người ta chế tạo các kiểu phiễu rung động
dựa theo nguyên lý đó (hình 2.12), nhưng lúc này thanh BC được thay bằng một cánh
xoắn có góc nghiêng là  để tăng chiều dài cho nó và đồng thời có thể cho vật A di
chuyển trên khoảng chiều dài lớn hơn để có thời gian định hướng và điều chỉnh vị trí
trước khi chuyển đến máng phôi.
Kết cấu 4 khâu bản lề trong sơ đồ nguyên lý được thay thế bằng cơ cấu rung
động tựa trên thanh đàn hồi với lực tạo rung sử dụng kiểu nam châm điện từ. Ưu điểm
của bộ tạo rung kiểu này là có thể dễ dàng thay đổi tần số rung và biên độ của nó, tức
là dễ dàng điều chỉnh để thay đổi tốc độ và gia tốc cho phễu cấp phôi.
Cấu tạo – Nguyên lý hoạt động của phễu:
 Cấu tạo:
Hình 2.13: Cấu tạo phễu rung [1]

29. Chương 2: Phân tích phương án và chọn phương án tối ưu
23
1: Phễu 2: Máng xoắn
3: Lò xo lá 4: Phần ứng từ của nam châm điện
5: Đế nam châm 6: Phần cảm ứng từ của nam châm điện
7: Vít 8: Đế
9: Giảm chấn
 Nguyên lý hoạt động:
Phôi là chi tiết dạng rời rạc được cấp vào phễu. Khi cấp nguồn cho phần cảm từ
6 của nam châm điện, nó sẽ tạo ra dao động kéo phễu đi xuống, nhưng nhờ có lò xo lá
nên khi hệ thống dao động cốc phễu vừa chuyển động lên xuống và vừa xoay quanh
tâm nó một góc rất nhỏ. Phôi đang nằm hỗn độn trong phễu sẽ tản ra xung quanh
thành phễu và bắt đầu tiếp cận với đầu mối của cánh xoắn, phôi sẽ chuyển động theo
cánh xoắn từ dưới đáy phễu lên trên theo mặt phẳng nghiêng cho tới khi ra khỏi phễu.
Phôi nằm trong máng xoắn vít sẽ trượt hoặc bay tùy thuộc vào biên độ dao động và
góc nghiêng  của các chân. Trong quá trình dao động phôi chịu tác dụng của lực ly
tâm nhờ đó mà nó được chuyển lên phía trên ra khỏi phễu rung.

30. Chương 3: Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động
24
Chương 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG
3.1 THỰC TRẠNG Ở CÔNG TY MARUEI VIET NAM PRECISION
Công ty TNHH Maruei Việt nam Precision là doanh nghiệp chế xuất 100% vốn của
Nhật Bản, chuyên gia công cơ khí chính xác các linh kiện xe ô tô của các hãng xe nổi tiếng
trên thế giới như : Toyota, Honda, Mitsubishi, Chrysler…vv. Hiện công ty có khoảng 350 máy
gia công cắt gọt NC và CNC. Trong đó, công ty có khoảng 200 máy tiện NC Takamaz.
Sản lượng sản xuất mỗi tháng dao động từ 4 triệu cho đến 5 triệu sản phẩm. Gia công
khoảng 30 loại sản phẩm khác nhau. Trong đó sản phẩm dạng trụ trơn, trụ bậc và dạng bạc
có kích thước l/d = 1~2 và khối lượng của chi tiết m ≤ 0.5 kg, chiếm khoảng 80% sản lượng
của toàn nhà máy.
Thực tế hiện nay, việc gá đặt phôi vào máy NC để gia công và lấy sản phẩm sau
khi gia công xong được thực hiện bằng công nhân vận hành máy. Vì các chủng loại sản
phẩm của nhà máy chủ yếu là chi tiết dạng trụ trơn, trụ bậc và dạng bạc ,có kích thước l/d
= 1~2 và khối lượng của chi tiết m ≤ 0.5 kg. Nên thời gian thao tác gắn phôi vào máy gia
công và thời gian lấy sản phẩm ra chiếm một tỷ lệ lớn so với thời gian gia công của
máy, bên cạnh đó chất lượng sản phẩm sau khi gia công và năng suất là không ổn định
và phụ thuộc vào yếu tố con ngừơi.
3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG
Để thiết kế hệ thống cấp phôi tự động, tác giả đã chọn 1 sản phẩm dạng bạc đặc
trưng của nhà máy như hình, được gia công trên máy tiện NC Takamaz để tính toán
thiết kế.

31. Chương 3: Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động
25
Hình 3.1: phôi nguyên liệu sản phẩm Core Stator- 0310
3.2.1 Đặc điểm cấp phôi cho các máy NC hiện tại
Sơ đồ cấp phôi:
Năng suất gia công của dây chuyên hiện tại:
 Thời gian gia công của máy: 60giây/1sản phẩm
 Mỗi công nhân vận hành 1 máy NC
 Thời gian cấp phôi và lấy phôi ( thời gian thao tác người vận hành máy):
20 giây
 Thời gian làm việc 1 ca trong ngày: 7 giờ (25200 giây)
 Hiệu suất tính năng suất gia công : 80%
→ Sản lượng gia công trong 1 ca là: 252 sản phẩm/ 1 công nhân vận hành.
 Tỷ lệ phế phẩm là: 0.05%, trong tỷ lệ phế phầm do thao tác của người
vận hành máy 0.01%.
3.2.2 Yêu cầu hệ thống cấp phôi tự động
Năng suất gia công của dây chuyền cấp phôi tự động:
 Thời gian gia công của máy: 60giây/1sản phẩm
 Mỗi công nhân vận hành 4 máy NC
 Thời gian cấp phôi và lấy phôi tự động: 10 giây
 Thời gian việc 1 ca trong ngày: 7 giờ (25200 giây)
 Hiệu suất tính năng suất gia công: 100%
→ Sản lượng gia công trong 1 ca là: 360 sản phẩm/ 1 máy NC.

32. Chương 3: Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động
26
→ Sản lượng 1 công nhân/ 1 ca: 360x4=1440 sản phẩm/ 1 người.
→ Tỷ lệ phế phẩm là: 0.04%, trong đó tỷ lệ phế phẩm do thao tác của người
vận hành máy 0 %.
Nhận xét: như vậy khi sử dụng hệ thống cấp phôi tự động năng suất của 1 người
vận hành máy sẽ tăng lên 4 lần so với cách làm hiện tại. Tỷ lệ phế phẩm do thao tác sai
của người vận hành máy là 0%.
3.2.3 Sơ đồ hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động
Với sơ đồ khối cấp phôi tự động như trên, thì toàn bộ quá trình cấp phôi điều
được thực hiện tự động. Người công nhân chỉ có nhiệm vụ đổ phôi vào phễu rung.
Thao tác này chỉ thực hiện 2 lần/ca làm việc.
Đặc điểm của hệ thống cấp phôi tự động này:
 Không phụ thuộc vào yếu tố con người
 Tính ổn định cao
 Năng suất tăng lên do 1 công nhân có thể vận hành nhiều máy
 Giảm phế phẩm sau gia công do nguyên nhân gá đặt

33. Chương 3: Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động
27
3.2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp phôi nguyên liệu tự động
Từ sơ đồ trên ta có sơ đồ nguyên lý cấp phôi cho máy NC như sau:
Hình 3.2: Nguyên lý hệ thống cấp phôi tự động
3.2.5 Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp phôi
Phôi nguyên liệu được công nhân đỗ vào phễu rung, phễu rung hoạt động liên tục.
Phễu rung có nhiệm vụ định hướng và đưa phôi nguyên liệu ra máng dẫn nhờ rảnh
xoắn và quá trình rung của phễu. Khi phôi ra khỏi phễu nó ở trạng thái nằm và máng
dẫn đưa phôi lên băng tải. Băng tải đưa phôi vào dừng ở cuối băng tải nhờ cơ cấu chặn

34. Chương 3: Thiết kế hệ thống cấp phôi tự động
28
và robot gắp phôi đưa vào máy NC gia công. Sau khi gia công xong sản phẩm được lấy
ra nhờ cơ cấu lấy sản phẩm ra và hệ thống bắt đầu chu kỳ khác.

35. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
28
Chƣơng 4
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHỄU RUNG
4.1 TÍNH TOÁN PHỄU
4.1.1 Chọn vật liệu chế tạo phễu
Phễu cấp phôi rung động được làm bằng thép cacbon kết cấu (CT3), cánh xoắn có
dạng hình vành khăn có đường kính ngoài gần bằng đường kính trong của phễu và
được hàn vào thành trong của phễu theo đường xoắn ốc.
Thành phần hoá học và cơ tính của thép CT3:
C: chiếm 0.14  0.22
Mn: chiếm 0.4  0.65
Si: chiếm 0.12  0.3
S: không quá 0.055
P: không quá 0.05
Cơ tính: b = 410  430 MN/m2
4.1.2 Các thông số hình học của phễu
Yêu cầu của đề tài là: tính toán, thiết kế mô hình cấp phôi tự động dạng rời rạc, có
kích thước như hình 4.1, trọng lượng của 1 chi tiết (phôi): Q = 0.02 (kg). Yêu cầu mỗi
lần đổ phôi vào phễu là 250 chi tiết.
Hình: 4.1 phôi nguyên liệu

36. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
29
Chọn Phễu cấp phôi rung động có dạng hình trụ.
Cơ cấu cấp phôi rung động phải đảm bảo cấp phôi liên tục cho máy và đảm bảo
năng suất công nghệ (năng suất thực tế) QP của nó phải lớn hơn năng suất của máy Qm
khoảng 1,3 lần.
QP = K1. Qm = 1,3 x1 = 1,3 (phôi/phút) [1]
Trong đó:
 Qm: 1phút/1chi tiết
 K1 : hệ số tăng năng suất của máy_ K1= (1.31.5)
Tốc độ vận chuyển chi tiết theo máng của cơ cấu cấp phôi rung động:
.
2 3
,
2
.
p
c
Q L 1 3.0,0316
V = = 0,
K K 0,8.0,25
 (m/phút) [1]
Trong đó:
 L: chiều dài của chi tiết
 K2: hệ số dự phòng năng suất_ K2= 0,8
 K3: hệ số cấp phôi định hướng
n
m
K 3
Trong đó:
 m: số trạng thái được chấp nhận( m = 1)
 n: tất cả số trạng thái của chi tiết có trên máng(n = 4)
Suy ra: K3 = 0,25
Thông số hình học của phễu:
 Góc nâng lớn nhất max của máng
0
2
max  tgftg  [1]
2
max 0
max
( ) 2 0
0
arctg f tg arctg(0,35 tg15 )
1,8
 

 


37. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
30
Chọn  =1,50
Trong đó:
 f= 0,35: hệ số ma sát tỉnh giữa phôi và máng
 0 ( 0
0 15  ): góc nghiêng tối ưu của nhíp (thép lá)
Chọn đường kính của phễu D= 400 (mm) (tra bảng 6.11-[1])
Chiều dày thành phễu 2 (mm)
Bước xoắn của máng là:
. . 0
t Dtg 3,14×400×tg1,5 = 32.9   (mm)
Chiều rộng của cánh xoắn là:
B r+(2-3)=17,4+2,6 = 20 (mm)
Trong đó :
 r: là đường kính lớn nhất của phôi
Cánh xoắn được làm bằng thép CT3 có độ dày là 2 (mm)
Cánh xoắn được gắn lên thành phễu bằng cách hàn hồ quang điện.
20

38. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
31
2
Hình 4.2 Cánh xoắn vít
Dung lượng E của phễu phải có khả năng chứa được số chi tiết đủ cho máy làm
việc trong khoảng thời gian là: tmax= 4 (giờ) = 240 (phút)
max.mE Q t =1×240= 240 (chi tiết) [1]
Số chi tiết z có khả năng được xếp thành một lớp trong phễu: [1]
n
i
i=0
2 .r 2 .17,2 2 .34,4 2 .51,6 2 .68,8 2 .86
z =1+ =1+ + + + + 53
L 31,6 31,6 31,6 31,6 31,6
     

Trong đó:
 ri = 1, 2, 3, 4, : số lần đường kính phôi
 L: chiều dài của phôi
Số lớp phôi có khả năng được xếp cùng lúc trong toàn bộ dung lượng của phễu:
E 240
n = 4,5 5
z 53
   (lớp)
Chiều cao H của phễu
. ΔcH n h = 5×31,6+47,4= 205  (mm)
Trong đó:
 hc: chiều cao của chi tiết
  ( ∆=1,5.hc ):chiều cao dự phòng của phễu
Đáy phễu được làm bằng thép CT3 và được làm có hình côn ngược 170o
để khi
đổ phôi vào phễu, phôi sẽ lăn ra thành phễu và sẽ theo cánh xoắn đi lên khi hệ thống
dao động.

39. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
32
Hình 4.3: Mô hình 2D Mô hình 3D
Đáy phễu gắn với lõi sắt, lõi sắt này được chế tạo từ 1 miếng thép có kích thước
Ø = 250 (mm), h = 10 (mm).
Xác định khối lượng của phễu:
Chia phễu ra các phần đơn giản để tính khối lượng:
dp t m oM m m m m   
 Mp: khối lượng phễu
 mt: khối lượng thành phễu
 mm: khối lượng máng phễu
 md: khối lượng đày phễu
 mo:khối lượng đế phễu
dp t m oM m m m m 4+1,47+1,766+3,826 =11,062     (kg)
Khối lượng của tất cả chi tiết được chất lên phễu
mct= 0,02.250= 5 (kg)
170°
Ø10
Ø250
Ø400
88°
32.9
205

40. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
33
4.2 KÍCH THUỚC ĐẾ
Để bảo đảm cho hệ thống dao động đúng yêu cầu đã tính toán và năng suất không
đổi trong quá trình làm việc thì trọng lượng của phần đế máy phải lớn hơn 3 5 lần so
với trọng lượng phễu.
Chọn vật liệu chế tạo đế là thép CT3.
Chọn đường kính D = 320 mm. Như vậy chiều cao của đế sẽ là:
2
4. .
. . 2
m g 4.16.980
h = 10
R 7,8.3,14.16 
  (cm) [1]
4.3 ĐỊNH HƢỚNG PHÔI TRÊN MÁNG XOẮN
4.3.1 Giới thiệu về vấn đề định hƣớng phôi rời
Trong quá trình tự động cấp phôi rời định hướng phôi là một vấn đề quan trọng
nhất và cũng khó khăn nhất. Hình dáng, kích thước, trọng lượng của phôi quyết định
khả năng tự định hướng của nó và quyết định phương pháp định hướng của hệ thống
cấp phôi.
Trong các cơ cấu cấp phôi rung động thì việc định hướng phôi xảy ra trong quá
trình chuyển động của nó theo máng xoắn vít.
Có 2 phương pháp định hướng phôi là:
 Chủ động: tất cả các phôi được định hướng không phụ thuộc vào vị trí của
chúng ở trong máng xoắn vít.
 Thụ động: chỉ có những phôi có vị trí chính xác mới được chuyển vào vị trí
tiếp nhận, còn những phôi có vị trí không chính xác sẽ bị rơi trở về phễu chứa.
Để cho việc thiết kế hệ thống cấp phôi dễ dàng thì việc định hướng phôi thường
tuân thủ các nguyên tắc sau đây:
 Phải tạo điều kiện cho phôi tự nhận lấy vị trí ổn định tự nhiêncuar nó trong
quá trình chuyển động.
 Tìm cách thu nhận lấy những phôi có vị trí đúng và gạt bỏ hoặc sửa chữa
những phôi có vị trí sai.

41. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
34
 Những phôi bị gạt bỏ phải được vận chuyển ngược trở lại phễu cấp phôi.
 Nếu cơ cấu định hướng có độ tin cậy không cao thì cần bổ sung vài ba cơ cấu
trên đường vận chuyển phôi.
4.3.2 Thiết kế cơ cấu định hƣớng phôi nguyên liệu trên máng xoắn
4.3.2.1 Các trạng thái và lƣu đồ di chuyển của phôi nguyên liệu trên máng xoắn
4.3.2.2 Thiết kế cơ cấu định hƣớng phôi nguyên liệu trên máng xoắn

42. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
35
Sơ đồ lưu chuyển phôi nguyên liệu trong phễu rung
Tính toán kích thước L,L1,H của cơ cấu định hướng phôi
 Kích thước máng xoắn tại vị trí định hướng 1:
Để đảm bảo cho phôi nguyên liệu trong quá trình chuyển động trên máng
xoắn, các trạng thái không đúng A và B sẽ được loại bỏ rơi ngược lại phễu và
trạng thái C và D tiếp tục, thì kích thước L của máng xoắn tại vị trí 1 phải thỏa
mãn điều kiện sau:
2 2
d l
L 
Trong đó:
- d: đường kính lớn nhất của phôi( d=17.2mm)
- l: chiều dài của phôi (l=31.6mm)
- L: kích thước máng xoắn tại vị trí 1

43. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
36
8.6 15.8L  
Vậy ta chọn :L=15 (mm)
 Kích thước tại vị trí định hướng 2 :
Để đảm bảo cho phôi nguyên liệu trong quá trình chuyển động trên máng
xoắn, trạng thái không đúng D sẽ được loại bỏ rơi ngược lại phễu và trạng thái C
tiếp tục chuyển động xuống băng tải, thì kích thước L1 và H tại vị trí 2 bố trí tay
gạt phôi phải thỏa mãn điều kiện sau:
d H l  và
d
L L1
2
 
17.2 H 31.6   và L1 6.4
Vậy ta chọn :H=20 (mm) và L1=14 (mm)
Như vậy, phôi nguyên liệu trong phễu trong quá trình di chuyển trên máng dẫn
phôi khi qua các vị trí loại phôi có trạng thái sai trên máng sẽ bị loại bỏ và sẽ rơi
ngược loại phễu. Chỉ có 1 trạng thái đúng( trạng thái C) sẽ tiếp tục di chuyển xuống
băng tải.
4.4 MÁNG DẪN PHÔI
4.4.1Cấu tạo máng dẫn phôi
Máng dẫn phôi là bộ phận quan trọng của hệ thống cấp phôi. Nó có nhiệm vụ dẫn
phôi từ phễu tới vị trí gia công hoặc từ vị trí gia công tới bộ phận tích trữ phôi cho
giai đoạn tiếp theo. Như vậy, máng dẫn phôi có mặt từ lúc cấp phôi cho đến thành
phẩm được tạo ra. Tùy theo hình dáng và kích thước cũng như trọng lượng của phôi
mà có các loại kết cấu máng tương ứng.
Các loại máng có kết cấu ở hình 4.4 dùng cho các chi tiết có trọng lượng nhỏ,
phôi có thể lăn hoặc trượt trên đáy máng không sợ bị hư hỏng bề mặt của phôi. Khi
phôi có trọng lượng lớn và cần bảo vệ bề mặt phôi ta giảm diện tích tiếp xúc giữa phôi
và máng dẫn hoặc gắn các con lăn trên đáy máng.

44. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
37
Hình 4.4: Cấu tạo máng dẫn phôi [1]
 Hình a, b, c, d là máng chữ nhật dùng cho các chi tiết trụ có l/d < 3.5 và các chi
tiết dẹt có chiều dày nhỏ hơn đường kính nhiều lần.
 Hình e là máng chữ T dùng cho các chi tiết trụ có mũ dạng bu lông.
 Hình f: máng chữ V, hình g: máng chữ C dùng cho các chi tiết trụ có
l/d > 3.5.
 Hình i: máng chữ U có rãnh dùng cho các chi tiết có mũ theo phương pháp đổ
phôi vào máng.
 Hình j: máng chữ T ngược dùng cho các phôi có dạng hơn nữa hình trụ.
 Hình k: máng một thanh.
 Hình l: máng hai thanh.
 Hình m: máng một thanh treo.
 Hình n: máng hai thanh đỡ.

45. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
38
Trong thực tế, người ta thường sử dụng trọng lượng của chính chi tiết cấp phôi để
định hướng và di chuyển phôi trong máng đến vị trí gia công haylắp ráp:
Hình 4.5: Phôi di chuyển trên máng dẫn nhờ trọng lượng [1]
Chi tiết cần cấp phôi của đề tài có dạng hình trụ 2 trục đối xứng cho nên ta chọn
máng dẫn phôi có dạng hình chữ nhật như hình sau:
Hình 4.6: Cấu tạo máng dẫn phôi sử dụng trong đề tài

46. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
39
4.4.2 Tính toán máng dẫn phôi
Để phôi di chuyển được trên máng ta phải tác dụng lực vào phôi. Có nhiều cách
tạo ra lực di chuyển phôi như:
 Dùng trọng lực của phôi bằng cách đặt máng nghiêng một góc so với phương
nằm ngang. Nếu phôi lăn thì độ dốc của máng nhỏ khoảng 50
 70
. Nếu phôi trượt
thì góc nghiêng phải lớn hơn góc ma sát giữa phôi và đáy máng (khoảng 300
).
 Dùng phương pháp rung động.
 Dùng lực cơ khí hoặc thủy lực để đẩy phôi.
Phôi dịch chuyển trong máng của đề tài dưới tác dụng của lực rung động của
phễu rung và máng rung được đặt nghiêng một góc 300
so với mặt phẳng nằm ngang
để phôi dễ dàng trượt xuống mà không bị kẹt.
Khi tính toán chiều cao của máng dùng cho chi tiết dạng trượt thì ta cần chú ý
đến kích thước kẹt phôi hay còn gọi là điều kiện kẹt phôi.
Trên hình vẽ có biểu diễn một phôi có kích thước L, D đang trượt trong máng có
chiều rộng H. Trong quá trình trượt phôi có thể bị nghiêng đi như hình vẽ. Khi phôi
chạm vào máng tại điểm A thì phôi sẽ chịu tác dụng của các lực pháp tuyến N và lực
ma sát F. Hợp lực của chúng là T, T tạo với N một góc β là góc ma sát, đường chéo
OA tạo với N một góc α.
Hình 4.7: Lực tác dụng khi phôi trượt trong máng [2]

47. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
40
Nếu α> β thì T sẽ tạo với điểm A một mômen mà mômen đó sẽ làm cho phôi bớt
nghiêng nghĩa là phôi hết kẹt.
Nếu α<β thì T sẽ tạo với điểm A một mômen mà mômen đó càng làm cho phôi bị
nghiêng thêm tức là bị kẹt.
Vậy α = β là giới hạn giữa trạng thái kẹt và trạng thái có khả năng trở về trạng
thái ban đầu.
Góc α lại phụ thuộc vào khe hở giữa máng. H càng nhỏ thì α càng lớn, α lớn nhất
khi D = H.
Nhưng để phôi dễ dàng di chuyển trong máng và không bị đổi hướng thì:
D< H < Hmax . Trong đó, Hmax đạt được khi α = β
Từ hình vẽ ta có: 22
cos
DL
H


Mà:
2
1
1
cos


tg

Suy ra: 222
1
1
tgDL
H



Khi α = β thì
2222
1
1
1
1max
 



 tgDL
H
Với μ = tg β : là hệ số ma sát
Vậy:
2
22
1
max



DL
H
Để phôi di chuyển trong máng không bị kẹt thì :
D+ Δmin< H <
2
22
1 
 DL
Trong đó: D: đường kính phôi(D=17.2mm)
μ: hệ số ma sát (μ= 0,3 vì máng làm bằng thép)
Δ min: khe hở nhỏ nhất giữa phôi và máng (Δmin=0,5mm)

48. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
41
Suy ra: 17.2 +0,5< H <
2 2
2
17.2 31.6
34
1 0,3



Vậy ta chọn H = 20(mm)
4.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KÍCH THƢỚC CÁC CHÂN
4.5.1 Kết cấu của các chân
Kết cấu của các chân trong các cơ cấu cấp phôi rung động thường có các loại
sau: lò xo phẳng, lò xo phẳng nhiều lớp và lò xo có tiết diện tròn.
 Lò xo phẳng
Hình 4.8: Lò xo phẳng một lớp [1]
 Lò xo phẳng nhiều lớp:
Hình 4.9: Lò xo phẳng nhiều lớp [1]
 Lò xo có tiết diện tròn:
Hình 4.10: Lò xo có tiết diện tròn [1]

49. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
42
Chế độ hoạt động của cơ cấu cấp phôi rung động phụ thuộc vào độ cứng vững
của các chân đó như nhau hay không. Nguyên nhân gây ra độ cứng vững khác nhau là:
 Kích thước chế tạo không giống nhau
 Vật liệu khác nhau
 Lắp chân vào đáy phễu không chính xác
Độ cứng vững không đồng đều (khác nhau) sẽ làm cho máng dao động đứt quãng
(không đều). Do đó dịch chuyển của chi tiết trên máng không đồng đều. Vì vậy tính
toán các chân có hiệu quả khi các yếu tố làm thay đổi độ cứng vững của các chân được
loại bỏ.
4.5.2 Tính toán các chân
Vật liệu chế tạo lò xo là thép đàn hồi có lượng cacbon (0,55 0,65%).
Xét trong điều kiện thanh chịu uốn thuần tuý (nghĩa là dao động lên xuống mà
không có xoắn).
Hình 4.11: Thép lá lò xo
Thông số hình học của lò xo như hình vẽ. Trong ba thông số này ta chọn hai
thông số và ta tính thông số còn lại:
Chọn: b = 25 (mm)
L = 200 (mm)
Tính h = ? (vì độ cứng của lò xo sẽ phụ thuộc vào thông số còn lại này )
 Ta có tần số dao động cưỡng bức :
L
b
h

50. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
43
 = 2f =2 .3,14 . 50 = 314 (rad/s) [7]
Trong thực tế thì tần số dao động cưỡng bức  luôn nhỏ hơn tần số dao động
riêng 0 (<0).
Hay
0
1


 . Vì vậy xét trong điều kiện hệ thống ổn định ta sẽ chọn
0
0,8 ÷0,95



 Suy ra tần số dao động riêng :
0 (rad/s)
0,95
314
= 320
0,95


 
 Độ cứng tương đương của lò xo:
2
0.mc 
Trong đó:
- m: tổng khối lượng phía trên lò xo (bao gồm mphễu và  mchi tiết)
m= mphễu+ mchi tiết = 11+5=16 (Kg)
(N/m) (N/mm)2
c 16.(320) 1638400 1639   
Vì sử dụng 4 lò xo lá giống nhau nên ta có:
c = c1 +c2+c3 +c4=4c1  c1 = 410 (N/mm)
Từ công thức: 31
3
l
EJ
c  [7]
Trong đó:
 E: mô đun đàn hồi của vật liệu E = 2.105
(N/mm2
)
 J: mômen quán tính
Vì lò xo có tiết diện hình chữ nhật nên:
12
3
bh
J  [7]

51. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
44
b
h
Hình 4.11: Tiết diện thép lá
1
3
13 3
. .
14(mm)
3
3
3
5
3Ebh
c
12l
12 c l 12.410.200
h
3Eb 3.2.10 .25
 
   
4.6 TÍNH TOÁN NAM CHÂM ĐIỆN
4.6.1 Chọn số nam châm điện từ sử dụng trong cơ cấu rung
Khi thiết kế cơ cấu cấp phôi rung động có rãnh xoắn vấn đề xác định số lượng
nam châm điện trong cơ cấu là rất quan trọng. Chỉ tiêu xác định số nam châm điện là tỉ
lệ tương quan giữa lực kéo tác dụng lên các chân và độ cứng vững của đáy phễu.
4.6.1.1 Cơ cấu có một nam châm điện
Khi có một nam châm điện


P
P1
P2
P0
Hình 4.12: Sơ đồ tác dụng lực khi có một nam châm điện [1]
Ta có: P1 = P.Sin
P2 = P.Cos

52. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
45
Khi cơ cấu có bốn chân thì P = P0 /4
2
4
6
8
10
P ( Kg)
10 20 30 40 50 
2
1
Hình 4.13: Quan hệ phụ thuộc giữa thành phần
lực P1, P2 và góc nghiêng  [1]
Như vậy, khi có một nam châm trong cơ cấu thì nên chọn  lớn trong trường
hợp này công suất để tạo ra lực kéo yêu cầu là thấp nhất.
Đường kính của phễu cũng phụ thuộc vào số nam châm điện trong cơ cấu. Khi
đường kính phễu tăng thì độ cứng vững của đáy phễu giảm bởi vì khối lượng của đáy
và thành phễu tăng không tỷ lệ với nhau, còn độ cứng vững không đủ của đáy phễu có
thể làm cho nó dao động như một cái máng và biên độ của dao động xoắn có thể rất
nhỏ và không có khả năng làm cho phôi chuyển động theo bề mặt.
4.6.1.2 Khi có bốn nam châm điện

P
Hình 4.13: Sơ đồ tác dụng lực khi có ba nam châm điện [1]

53. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
46
Các nam châm điện được gá đối diện với các chân và chúng tác dụng lên phễu ở
các vị trí có độ cứng vững cao nhất, có nghĩa là theo chu vi ngoài của phễu.
Khi có bốn nam châm điện trong cơ cấu thì lực kéo P do một nam châm điện tạo
ra sẽ tác dụng lên một chân theo phương có độ cứng vững thấp nhất.
Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy: cơ cấu có một nam châm điện được dùng
trong cơ cấu cấp phôi rung động với phễu nhỏ (đường kính < 0,4m) để cấp phôi nhỏ và
nhẹ, còn cơ cấu có bốn nam châm điện được dùng trong cơ cấu cấp phôi rung động với
phễu lớn (đường kính > 0,3÷1m) để cấp phôi có kích thước trung bình và lớn bởi vì
bốn nam châm có khả năng tạo ra lực kéo lớn.
Vì vậy, đối với chi tiết được tính toán thiết kế trong đề tài, thì ở đây sẽ sử dụng
một nam châm điện từ đặt tại đường tâm phễu.
4.7 CƠ CẤU RUNG ĐIỆN TỪ
Cơ cấu rung điện từ cần được xem như hệ dao động cơ điện thuần nhất, nơi mà
điện năng chuyển thành cơ năng dao động. Sự thay đổi độ cứng vững của các chân,
khối lượng của các phần di động, trạng thái vật lý của vật liệu chi tiết và các yếu tố
khác sẽ làm cho biên độ dao động của cơ cấu thay đổi, vì vậy để có được các quy luật
chuyển động cần thiết của máng chứa trong cơ cấu cấp phôi rung động người ta sử
dụng các loại cơ cấu rung điện từ và các sơ đồ cấp điện khác nhau.Theo nguyên tắc
hoạt động thì các cơ cấu rung điện từ được chia ra làm hai loại:
 Cơ cấu rung điện từ một nhịp (một nam châm điện)
 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp (hai nam châm điện)
4.7.1 Cơ cấu rung điện từ một nhịp
Hình 4.14: Cơ cấu rung điện từ một nhịp [1]

54. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
47
Cơ cấu rung điện từ một nhịp cấu tạo gồm một nam châm điện, trong đó xuất hiện
lực một hướng. Hành trình ngược lại của phần ứng (của nam châm điện) được thực
hiện nhờ năng lực đàn hồi được tích tụ ở các chân khi thực hiện hành trình thuận. Như
vậy, trong cơ cấu rung điện từ một nhịp nhờ có tác dụng một phía của lực kéo đã xuất
hiện tải trọng bổ sung ở các phần tử đàn hồi của cơ cấu.
Khi cấp dòng điện xoay chiều có tần số 50Hz cho cuộn dây trong mỗi nữa chu
kỳ chuyển động của dòng điện sức kéo của phần ứng đạt giá trị cực đại, còn khi giảm
dòng điện độ nén đàn hồi của thép lá trở về vị trí ban đầu. Như vậy, tần số dao động
của máng chứa so với tần số cấp điện tăng lên hai lần .
I
t
P(t)
t
Hình 4.15: Tần số dao động [1]
4.7.2 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp
Có cấu tạo gồm 2 nam châm điện và các phần ứng của chúng được nối cứng với
nhau
Hình 4.16: Cơ cấu rung điện từ hai nhịp [1]

55. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
48
Với kết cấu như vậy lực kéo nam châm điện tác dụng ở hai phía đối xứng và
không gây ra tải trọng bổ sung cho hệ thống đàn hồi.
Cơ cấu rung điện từ hai nhịp là cơ cấu hoàn thiện bởi vì chúng đảm bảo sự đối
xứng của đường cong thay đổi dòng điện, loại bỏ khả năng xuất hiện sai số, đảm bảo
độ ổn định của cơ cấu và nâng cao công suất hoạt động.
4.7.3 Tính nam châm điện [1]
Trong phễu cấp phôi rung động. Dẫn động của các cơ cấu cấp phôi kiểu này có
thể là các đầu rung điện từ, cơ khí, khí nén hoặc thủy lực. Thông dụng nhất là đầu rung
điện từ vì chúng cho phép điều chỉnh vô cấp năng suất cấp phôi. Vì vậy trong phần tính
dẫn động cho phễu ta sẽ tính toán dẫn động bằng nam châm điện xoay chiều, có tần số
là 50 (Hz) tương ứng với 3000(dao động /phút). Lực kích động ban đầu là H = 320 (N).
Lực kéo của nam châm điện P0 = 320 (N). Hiệu điện thế U=220 (V). Cảm ứng
điện từ B=10000 Gaus(1 Gaus = 10- 4Tecla). Vật liệu của phần cảm là thép  1(A).
Lực kéo P0 của nam châm điện khi cấp dòng điện hình sin cho cuộn dây được
viết bằng biểu thức: P0 = H.sinωt
Với: H – lực kích ban đầu
→ P0max = 320 (N)
b
S
c
lb
l
nlcnc
h
Hình 4.17: Nam châm điện [1]

56. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
49
Tiết diện của phần cảm:
22
0
5000 5000
320 12.5( )
. 0,8.10000
cS P cm
K B
  
     
   
Trong đó:
 P0 (P0=320N): lực kéo trung bình do nam châm điện sinh ra (N)
 B(B=10000): cảm ứng từ lớn nhất trong thép (T- tecla)
 K(K=0,8): hệ số phân tán cảm ứng từ trong khe hở
Chiều dày của phần cảm trung tâm
.c cS l b
Chọn: lc = 3,2 (cm)
( )c
c
S 12,5
b = 4 cm
l 3,2
  
Trong đó:
 b: chiều dày của thanh
 lc: bề rộng của phần cảm trung tâm
Bề rộng của phần cảm ngoài
(cm)cl 3,2
c = 1,6
2 2
 
Bề rộng cửa sổ: n = lc=3,2 (cm)
Chiều cao của phần cảm
h = (2,5-3)n = 8  9,6 (cm)
Chiều cao của thép
bl h c= 8+1,6 = 9,6  (cm)
Bề rộng khuôn khổ của thép
cl = l +2c+2n= 3,2+2.1,6+2.3,2=12,8 (cm)
Theo kích thước hình học của thép có thể xác định số Ampe - vòng được cuốn
vòng phần cửa sổ:

57. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
50
0. . . .2
A h n 10 K 8.3,2.100.2.0,3=1536  
Trong đó:
 2(A/cm) 
 K0: Hệ số điền đầy của dây đồng (K0= 0.25  0.3)
Số vòng cần thiết là:
0. . .
8 8
c
10 U 10 .220
=793
4,44 f B S 4,44.50.10000.12,5
   (vòng)
Trong đó: f0 = 50 (Hz): tần số của dòng điện
Tiết diện của dây
2. .
(mm )
2 2
d
h n 0,35.10 8.3,2.0,35.10
S =1,13
793
 
Đường kính dây
.
3.14
d4 S 4.1,13
d = 1,2

 
  
 
(mm)
Dòng điện của cuộn dây
Số vòng ở hàng thứ nhất
0.9 k
B
n 0,9.28
K 21
d 1,2

   (vòng)
Trong đó:
 nk : bề rộng của cuộn dây. Chọn nk = 28 (mm)
 0.9: hệ số tính đến các cuộn dây
Số hàng trong cuộn dây:
k0.8 h 0,8.70
m 46
d 1,2

   (hàng)
Trong đó:
(A)
A 1536
I 1,94
793


  

58. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
51
 hk: chiều cao của cuộn dây(mm). Chọn hk = 70 (mm)
 0.8: hệ số tính đến lớp cách điện giữa các hàng trong cuộn dây
Số vòng trong cuộn dây:
 mKBk . 21.46 = 966 (vòng)
Công suất sinh ra nhiệt Pa được tính theo công thức:
2
.cos IRUIP aa  
Trong đó:
 cos: hệ số công suất.
 Ra : điện trở của cuộn dây, được tính như sau:
d
a
S
l
R
 .. 0
 [1]
Với:
  : điện trở riêng của đồng :
2
W.mm
( )
m
0,0175 
 l0: chiều dài của một vòng ở giữa cuộn dây
l0 = (7+7).2 = 28 (cm) = 0,28 (m)
0. . 0,28
( )a
d
l 0,0175. .793
R = 3,7
S 1,2
 
  
2
cos . (W)2
a aP UI R I 3,7.1,94 13,9    
4.8 CƠ CẤU GẢM CHẤN
Khi làm việc, cơ cấu cấp phôi rung động truyền lực kích thích lên máy làm cho
máy bị rung động gây hậu quả xấu đến chất lượng gia công. Vì vậy, sử dụng cơ cấu
cấp phôi rung động đòi hỏi phải có cơ cấu giảm rung.
Để giảm rung động người ta thường dùng các đế tỳ đàn hồi hay còn gọi là các cơ
cấu giảm chấn. Cơ cấu giảm chấn có thể là lò xo, đệm cao su, chúng có khả năng giảm
rung động, tạo điều kiện cho máy làm việc ổn định hơn.
Cơ cấu giảm chấn cao su thường được lắp giữa hai tấm đệm bằng thép.

59. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
52
Hình 4.18: Cơ cấu giảm chấn bằng cao su [1]
Cơ cấu giảm chấn bằng lò xo
Hình 4.19: Cơ cấu giảm chấn bằng lò xo [1]
Giảm chấn bằng lò xo có ưu điểm là có thể điều chỉnh độ cứng vững do đó có thể
đạt được tần số dao động riêng theo yêu cầu. Ngoài ra, giảm chấn lò xo còn giữ được
tính đàn hồi lâu hơn giảm chấn cao su. Tuy nhiên, trong thực tế người ta sử dụng giảm
chấn cao su nhiều hơn bởi vì chúng có khả năng chống rung tốt hơn, kết cấu đơn giản
dễ chế tạo hơn.Trong quá trình làm viêc, cơ cấu giảm chấn hoạt động tốt chỉ khi tỷ số
a
1.41


 . Nếu tỷ số
a
1.41


 thì hiệu quả giảm chấn không cao( tham khảo biểu đồ
6.31- [1]).
Trong đó:
 : tần số dao động cưỡng bức( =314rad/s)
a : tần số dao động riêng của cơ cấu giảm chấn
Vậy để cơ cấu giảm chấn hoạt động tốt thì
314
222.7
1,41
a   (rad/s).
Xác định kích thước của giảm chấn cao su:

60. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
53
 Để tính được kích thước của giảm chấn cần chọn trước thông số chiều
cao: h (h=30mm).
 Xác định đường kính của giảm chấn cao su:
Độ cứng của giảm chấn:
 
22
. 78. 222,7
1290000( / ) 1290( / )
3
am
C N m N mm
n

   
 (1)
Mặt khác:
4
3 3
3. . 3. . .
64.
E J E D
C
h h

  (2)
Từ (1) và (2) ta có:
3 3
4 4
1290.64. 1290.64.30
44( )
3. . 3.3.14.60
h
D mm
E
  
Trong đó:
a : tần số dao động riêng của cơ cấu giảm chấn( a =222.7 rad/s)
m : tổng khối lượng của cả cơ cấu rung( m =78 kg)
h: chiều cao của cơ cấu giảm chấn (h=30 mm)
n: số lượng giảm chấn (n=3)
E : môđun đàn hồi vật liệu cao su (E=60 N/mm2
)
J: mômen quán tính tiết diện tròn (
4
.
64
D
J

 )
Vậy giảm chấn có kích thước: chiều cao h=30 mm và đường kính D= 44 mm.

61. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
54
4.9 MÔ HÌNH 3D PHỄU RUNG
Hình 4.20: Mô hình phễu rung cấp phôi
4.10 ĐIỀU KHIỂN PHỄU RUNG
Mô tả yêu cầu điều khiển phễu rung:
Hoạt động của phễu rung được điều khiển bởi 3 cảm biến S1, S2 và S3
được bố trí trên băng tải như hình.

62. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
55
Theo chiều di chuyển của phôi từ phễu rung xuống băng tải thì khi nhấn nút
star thì phễu rung hoạt động. Phôi từ phễu rung sẽ di chuyển xuống băng tải và
cảm biến S1 sẽ thấy sản phẩm trước. Phễu rung hoạt động cho tới khi S1, S2, S3
cùng nhìn thấy sản phẩm thì sẽ dừng. Phễu sẽ hoạt động trở lại khi cả hai cảm
biến S2 và S3 không nhìn thấy sản phẩm nữa. Như vậy, ngoại trừ chu kỳ đầu tiên
các chu kỳ tiếp theo phôi lúc nào cũng được dự trữ trên băng tải đảm bảo cho hệ
thống hoạt động liên tục trong lùc chờ phễu rung tiếp tục cấp phôi cho chu kỳ
sau.
Lập bảng địa chỉ ngõ vào và ra của thiết bị và lưu đồ điều khiển:

63. Chương 4: Tính toán, thiết kế phễu rung
56
Chương trình điều kiển PLC
4.11 PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH NĂNG SUẤT PHỄU
Để thay đổi năng suất của phễu, phương pháp thường dùng là thay đổi khoảng
cách khe hở giữa lõi sắt từ và nam châm điện, thay đổi hiệu điện thế hay tần số dòng
điện, hoặc thay đổi khối lượng của chi tiết trong cốc phễu.

64. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
57
Chương 5
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ROBOT
5.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ROBOT
Robot công nghiệp rất đa dạng về kết cấu và tính năng, được đánh giá bằng
các thông số kỹ thuật rất khác nhau.
Robot được thiết kế trong hệ thống cấp phôi này là robot kiểu phẳng vì kết
cấu robot kiều này khá đơn giản, dễ chế tạo, có thể đáp ứng được những yêu cầu của
hệ thống.
Vì Robot trong hệ thống chỉ dùng để vẩn chuyển phôi từ băng tải, cấp cho
máy NC nên chỉ cần 3 bậc tự do là đủ.
Một số thông số kỹ thuật của robot:
 Sức nâng của robot: là khối lượng lớn nhất của vật mà robot có thể nâng
được trong điều kiện nhất định ( như khi tốc độ dịch chuyển cao nhất hoặc khi
tay với dài nhất ). Trọng lượng của chi tiết mà robot cần phải nâng lớn nhất 0.5
kg.
 Truyền động cho robot: dùng truyền động khí nén để nâng và mang vật.
 Số bậc tự do: đây là robot 3 bậc tự do (robot có 3 bậc tự do chuyển
động tịnh tiến).
 Vùng công tác:vùng công tác của robot có dạng phẳng.
 Tầm với: là 33 (cm).
 Đặc tính của hệ điều khiển: Có hai kiểu điều khiển hay dùng cho
robot đó là:
-Điều khiển điểm - điểm : được dùng cho các robot hàn điểm, vận
chuyển,...vv.
- Điều khiển contour: vạn năng hơn nhưng trước đây được dùng ít hơn

65. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
58
vì phải sử dụng hệ thống điều khiển phức tạp và đắt tiền.
Vì robot trong đề tài chỉ có nhiệm vụ vận chuyển là chính nên dùng kiểu điều
khiển điểm - điểm ( point to point ). Các điểm mà robot cần tới được đặt cố định và
được xác định bằng cảm biến đặt tại điểm đó. Khi cảm biến báo robot đã tới điểm cần
tới thì hệ điều khiển sẽ hoạt động thực hiện công việc đã được lập trình tại điểm đó.
Giao tiếp với thiết bị ngoại vi: Robot có nhiệm vụ cung cấp phôi phục vụ một
máy tiện NC. Vì vậy hệ thống điều kiển robot phải kết nối được với hệ điều kiển của
máy NC.
5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT
Phôi nguyên liệu từ phễu rung cung cấp cho băng tải, được đưa vào đúng vị trí
cấp phôi cho robot. Sau đó cơ cấu nâng phôi cấp cho robot. Robot gắp phôi di
chuyển và gá phôi vào mâm cặp của máy NC. Sau đó di chuyển đến vị trí ban đầu
chờ đến khi máy Nc gia công xong robot thực hiện chu kỳ tiếp theo.
Để thực hiện được nhiệm vụ này robot cần có 3 bậc tự do chuyển động tịnh
tiến. Mô hình của robot như sau:
Hình 5.1: Sơ đồ động robot cấp phôi

66. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
59
5.3. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT
5.3.1 Thiết lập phương trình động học cơ bản của robot
5.3.1.1 Xây dựng các hệ tọa độ
Gắn các hệ trục lên các khâu của robot như hình.
[3]
Hình 5.2: Hệ tọa độ gắn lên các khâu
5.3.1.2 Lập bảng thông số Denavit- Hartenberg như sau:
Khâu 𝛉i 𝛂i ai di
1 0 -90o
0 d1
2 0 -90o
0 d2
*
3 0 -90o
0 d3
*
4 0 0o
0 d4
*

67. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
60
Trong đó:
d1= 400, d2= 330, d3= 450, d4=100
d2, d3, d4: là các biến khớp
5.3.1.3 Xác định các ma trận biến đổi
Xác định các ma trận biến đổi theo các thông số DH [3]
 Ma trận mô tả vị trí và hướng của O1x1y1z1 đối với O0x0y0z0:
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1
1 1 1
0
0
0
0 0 0 1
C S C S S
S C C C S
A
S C d
    
    
 
 
 
 
 
 
 
1
1
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0
0 0 0 1
A
d
 
 
 
 
 
 
 Ma trận mô tả vị trí và hướng của O2x2y2z2 đối với O1x1y1z1:
2 2 2 2 2
2 2 2 2 2
2
2 2 2
0
0
0
0 0 0 1
C S C S S
S C C C S
A
S C d
    
    
 
 
 
 
 
 
 
2
1
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0
0 0 0 1
A
d
 
 
 
 
 
 
 Ma trận mô tả vị trí và hướng của O3x3y3z3 đối với O2x2y2z2:
3 3 3 3 3
3 3 3 3 3
3
3 3 3
0
0
0
0 0 0 1
C S C S S
S C C C S
A
S C d
    
    
 
 
 
 
 
 
 

68. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
61
3
3
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0
0 0 0 1
A
d
 
 
 
 
 
 
 Ma trận mô tả vị trí và hướng của O4x4y4z4 đối với O3x3y3z3:
4 4 4 4 4
4 4 4 4 4
4
4 4 4
0
0
0
0 0 0 1
C S C S S
S C C C S
A
S C d
    
    
 
 
 
 
 
 
 
4
4
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0
0 0 0 1
A
d
 
 
 
 
 
 
Tính các ma trận biến đổi thuần nhất [3]
 Ma trận 3
T4=A4
 Ma trận 2
T4=A3. 3
T4
 Ma trận 1
T4=A2. 2
T4
 Ma trận T4=A1. 1
T4
4
1
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0
0 0 0 1
T
d
 
 
 
 
 
 
2
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0
0 0 0 1
d
 
 
 
 
 
 
3
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0
0 0 0 1
d
 
 
 
 
 
 
4
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0
0 0 0 1
d
 
 
 
 
 
 
2 4
4
1 3
1 0 0 0
0 1 0
0 0 1
0 0 0 1
d d
T
d d
 
  
 
 
 

69. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
62
Ta có ma trận chuyển vị T4:
4
0 0 0 1
x x x x
y y y y
z z z z
n s a p
n s a p
T
n s a p
 
 
 
 
 
 
[3]
Từ đó ta có hệ phương trình sau:
nx= 1 ny= 0 nz= 0
sx= 0 sy= 1 sz= 0
ax= 0 ay= 0 az= 1
px= 0 py= d2-d4= 230 pz= d1-d3= -50
5.4 THIẾT KẾ CÁC KHÂU CỦA ROBOT
5.4.1 Khâu cố định
5.4.2 Khâu 1

70. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
63
5.4.3 Khâu 2
5.4.4 Khâu 3
5.4.5 Mô hình 3D của robot

71. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
64
5.5 CƠ CẤU CHẤP HÀNH
5.5.1 Giới thiệu sơ lược về xilanh
Xilanh tác dụng đơn: hay còn gọi là xilanh tác động một chiều là cơ cấu tác động
tạo ra lực khí nén chỉ ở một hướng. Những cơ cấu dẫn động này có thể gắn theo hướng
thẳng đứng, như vậy cho phép tải trọng nâng hoặc tải trọng được dịch chuyển trở về vị
trí ban đầu của nó nhờ tải trọng bản thân trọng lượng của chúng. Khi cơ cấu dẫn động
bắt buộc phải gắn theo hướng nằm ngang hoặc khi không có lực bên ngoài nào được
sử dụng để trả piston trở về trạng thái ban đầu, thì một lò xo được gắn bên trong sẽ làm
nhiệm vụ đẩy piston trở về trạng thái cũ.
Hình 5.3: Xilanh tác dụng một chiều
a. Chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực
b. Chiều tác dụng ngược lại do lò xo
Xilanh tác dụng hai chiều: hay còn gọi là xilanh tác dụng kép là cơ cấu dẫn động
cho phép ứng dụng lực đẩy khí nén trong cả hai hướng của hành trình. Tuy nhiên, ở
hành trình thụt lùi về lực đẩy nhỏ hơn nhiều so với hành trình duỗi ra.
a. b.
Hình 5.4: Xilanh tác dụng hai chiều
a. Xilanh tác dụng hai chiều không có giảm chấn
b. Xilanh tác dụng hai chiều có giảm chấn

72. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
65
5.5.2 Tính toán và chọn xilanh dẫn động các khâu
 Tính toán và chọn xilanh dẫn động cho khâu 1
Hình 5.5: Hợp lực tác dụng lên tấm trượt
Xét khâu1chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang, nó chịu tác dụng của các
lực, có phương trình động học:
0 NPFF ms

[7]
Chiếu lên phương nằm ngang, chiều dương từ trái qua phải:
F – Fms = 0 (1)
Chiếu lên phương thẳng đứng, chiều dương hướng từ dưới lên trên:
N – P = 0 (2)
Từ (2)  N = P = m.g
Từ (1)  F = Fms = f.N = f.m.g (3)
Trong đó: P: Trọng lượng khâu 1
N: Phản lực tác động lên khâu 1
Fms: Lực ma sát của khớp 1
F: Lực đẩy xilanh tác dụng lên khâu 1
f: Hệ số ma sát (f = 0.2)
g: Gia tốc trọng trường (g = 9.81m/s2
)
mk1: Khối lượng khâu 1 (kg)_ được xác định: mk1 = .vk1
Với: : Trọng lượng riêng của khâu 1 (thép= 7.8kg/dm3
)
Ta có : mk1 = 17.675 (kg)
Từ (3) F=f.m.g=0.2×17.675 ×9.81 = 33.67(N)

73. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
66
Vậy lực đẩy Fđ ≥ 33.67(N) chọn Fđ=100(N)
Ta có: Fđ= A.P
Trong đó:
2
.
4
D
A

 : diện tích hữu ích của piston (m2
) [3]
P = 0.2( Mpa ): áp xuất làm việc
Ta có:
2d
( )6
F 100
A = 0.00049 m
p 0.2.10
 
.
( )
4 A 4.0,00049
D 0.025 m
3.14
   
→ Chọn xilanh có chiều dài hành trình l = 350(mm), đường kính ti d = 10(mm),
đường kính piston D = 25(mm).
 Tính toán và chọn xilanh dẫn động cho khâu 2
Tương tự, chọn xilanh cho khâu 2 có chiều dài hành trình l = 250(mm), đường kính ti
d = 12 (mm), đường kính piston D = 32(mm).
Tính toán và chọn xilanh dẫn động cho khâu 3
Tương tự, chọn xilanh cho khâu 3 có chiều dài hành trình l = 100 (mm), đường kính ti
d = 10 (mm), đường kính piston D = 20(mm).

74. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
67
5.6. CHỌN CÁC KHỚP ĐỘNG CHO ROBOT
5.6.1 Cấu tạo khớp động của robot
Hình 5.6: Cấu tạo khớp (trích cataloge IKO)
5.6.2 Chọn khớp 1
Mã của khớp: LWH 30 C2 R600
Nhà sản xuất: IKO
 Ý nghĩa các thông số của mã khớp
 Thông số kỹ thuật của khớp

75. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
68
Hình 5.7: Thông số khớp (trích cataloge IKO)
5.6.3 Chọn khớp 2
Mã của khớp: LWE 25 C2 R460
Nhà sản xuất: IKO
 Ý nghĩa các thông số của mã khớp

76. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
69
 Thông số kỹ thuật của khớp
Hình 5.8 : Thông số khớp (trích cataloge IKO)
5.7 HỆ THỐNG ĐIỀU KIỂN ROBOT
5.7.1 Truyền dẫn động robot
Thiết bị truyền dẫn động là phần quan trọng để thực hiện các sơ đồ động của cơ
cấu robot và là phần quyết định kết cấu của robot.
Về nguyên tắc trong kết cấu robot có thể dùng hầu hết các thiết bị truyền dẫn
động thông thường. Tuy nhiên cũng có những yêu cầu riêng như :gọn nhẹ ,linh hoạt,
dễ điều kiển…vv. Vì vậy trong cơ cấu tay máy thường dùng truyền dẫn động bằng
động cơ điện và truyền dẫn động thủy khí.

77. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
70
5.7.2 Truyền dẫn động khí nén
Dùng khí nén trong hệ truyền dẫn động robot có nhiều thuận lợi. Trước hết do
các nhà máy, xi nghiệp công nghiệp đều có mạng lưới máy nén khí, cho nên đơn giản
hóa được phần thiết bị nguồn động lực cho robot.
Hệ truyền dẫn động khi nén tương đối gọn nhẹ, dễ sử dụng dễ đảo chiều, không
quá nhạy với nhiệt độ khi làm việc. Tuy nhiên, dùng hệ truyền dẫn động khí nén cũng
có không ít nhược điểm.
5.7.3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống dẫn động khí nén
Hình 5.9: Cấu trúc hệ thống dẫn động khí nén(trích
Phần tử nhận tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lý như là đại lượng
đưa vào, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ: công tắc, nút nhấn, công tắc
hành trình, cảm biến …
Phần tử xử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic xác định,
làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: van một chiều, van tiết lưu, van

78. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
71
logic OR hoặc AND, bộ định thời ….
Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng (lưu lượng) theo yêu cầu, thay
đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành. Ví dụ: van đảo chiều, ly hợp…
Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lựơng ra
của mạch điều khiển. Ví dụ: xy lanh, động cơ khí nén…
5.7.4 Thiết kế hệ thống điều kiển robot
5.7.4.1 Mạch điều kiển khí nén
Hệ thống truyền dẫn động cho hệ thống cấp phôi gồm 7 xilanh:
 Xilanh A: đóng/mở kẹp phôi cơ cấu đưa phôi tới robot
 Xilanh B: nâng/ hạ cơ cấu đưa phôi tới robot
 Xilanh C: đóng/mở tay kẹp của robot
 Xilanh D: dẫn động tới/lui khâu 1 của robot
 Xilanh E: dẫn động lên/xuống khâu 2 của robot
 Xilanh F: dẫn động tới/lui khâu 3 của robot
 Xilanh G: dẫn động tới/lui cơ cấu đẩy phôi vào mâm cặp
Sơ đồ mạch điều khiển khí nén 7 xilanh

79. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
72
Các thiết bị sử dụng trong mạch khí nén:
 7 xilanh tác dụng hai phía
 7 van đảo chiều 5/2 hai đầu điện từ
 1 bộ thiết bị lọc nước và chỉnh áp
5.7.4.2 Thiết kế sơ đồ trang thái của hệ thống điều khiển
5.7.4.3 Chương trình PLC điều kiển hệ thống
Lập bảng địa chỉ vào và ngõ ra của thiết bị

80. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
73
Chương trình điều kiển PLC

81. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
74

82. Chương 5: Tính toán, thiết kế robot
75

83. Chương 6: Tính toán, thiết kế băng tải
76
Chương 6
TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ BĂNG TẢI
6.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Băng tải thường được sử dụng để di chuyển các loại vật liệu đơn chiếc và vật
liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất,
các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cấu
kiện nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò
trên các trạm thủy điện thì dùng để vận chuyển nhiên liệu. Trên các kho, bãi thì dùng
để vận chuyển các loại hàng bao kiện, vật liệu hạt, hoặc một số sản phẩm khác;
trong một số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hoá chất thì dùng để
vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các
phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không sử dụng được.
Băng tải có ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn
chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp nằm ngang và nghiêng.
Vốn đầu tư không lớn lắm có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ
dàng, làm việc không ồn ảo, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận
chuyển khác không lớn lắm.
Tuy vậy phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế vì chúng có độ dốc cho phép
không cao (160
-200
, tuỳ theo tính chất vận chuyển) không đi theo đường cong được.
Hình 6.1: Cấu tạo chung của băng tải

84. Chương 6: Tính toán, thiết kế băng tải
77
Trong đó:
1. Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật
2. Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo
3. Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.
4. Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ…) làm phần trượt cho bộ phận kéo và
các yếu tố làm việc.
5. Bộ phận đổi hướng cho bộ phận kéo.
Các thông số chủ yếu của băng tải chủ yếu là:
- Năng suất.
- Vận tốc di chuyển
- Chiều dài và chiều cao vận chuyển
6.2 PHÂN LOẠI BĂNG TẢI
Trong sản xuất và láp ráp chi tiết, băng tải được phân loại dựa vào tải trọng vận
chuyển và phạm vi làm việc.
Băng tải đai:
- Tải trọng : ≤ 50 kg
- Dùng vận chuyển chi tiết hoặc phôi liệu trong gia công cơ hoặc trong dây
chuyền lắp ráp.
Băng tải lá:
- Tải trọng: 25÷125 kg
- Dùng vận chuyển chi tiết hoặc phôi liệu trong gia công cơ hoặc trong dây
chuyền lắp ráp.
Băng tải thanh đẩy:
- Tải trọng: 50÷250 kg
- Dùng để vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách
≥50 m.
Băng tải con lăn:

85. Chương 6: Tính toán, thiết kế băng tải
78
- Tải trọng: 30÷500 kg
- Dùng để vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách
≥50 m
6.3 CHỌN LOẠI BĂNG TẢI
Khi thiết kế hệ thống vận chuyển phôi nguyên liệu cho hệ thống ta chọn băng
tải đai là phù hợp nhất vì :
- Khi vận chuyển có độ ổn định cao
- Kết cấu đơn giản
- Dễ chế tạo
- Gia thành thấp
Thông số kỹ thuật băng tải:
- Chiều dài băng tải: 800 (mm)
- Chiều rộng băng tải: 50 (mm)
- Vận tốc băng tải: 0.2 (m/s) Hình 6.2: Băng tải đai
6.4 CHỌN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG
Trong băng tải sử dụng các bộ phận dẫn động sau:
- Động cơ điện
- Hộp giảm tốc
Động cơ điện lựa chọn làm bộ phận dẫn động cho băng tải là động cơ điện 3
pha vì :
- Chỉ cần cung cấp phôi cho robot.
- Băng tải chạy liên tục, có các cơ cấu chặn.
- Không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng tải nhẹ.
- Dễ điều khiển, giá thành rẻ

86. Chương 6: Tính toán, thiết kế băng tải
79
 Chọn motor
- Mã motor: 4IK25GN-SW2
- Nhà sản xuất: Oriental motor
- Loại: 3pha- 220V-60Hz
- Công suất: 25W
- Số vòng quay: 1750 v/ph
 Chọn hộp giảm tốc
- Mã :4GN 12.5SA
- Tỉ số truyền:12,5:1
- Số vòng quay đầu ra: 140 v/ph
6.5 THIẾT KẾ BĂNG TẢI
Hình 6.3: Mô hình băng tải của hệ thống cấp phôi

87. Chương 6: Tính toán, thiết kế băng tải
80
6.6 MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KIỂN BĂNG TẢI
Sơ đồ mạch điện:
Các thiết bị sử dụng trong mạch:
 Nút nhấn ON,OFF
 Rơ le nhiệt F0
 Áptomat F2
 Khởi động từ KM
 Motor 3 pha
Ghi chú: tiếp điểm thường đóng K4 là tiếp điểm của rơle K4 được sử dụng trong
mạch điện điều kiển phễu rung. Tiếp điểm thường đóng này mở khi cảm biến S3 nhìn
thấy phôi trên băng tải. Nghĩa là băng tải sẽ chạy khi cảm biến S3 không thấy phôi và
khi S3 thấy phôi thì tiếp điểm K4 mở băng tải sẽ dừng.

88. Chương 7: Mô phỏng chuyển động của hệ thống cấp phôi
81
Chương 7
MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
CẤP PHÔI
7.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG
7.1.1 Giới thiệu về phần mềm
Phần mềm Solidworks được biết đến rộng rãi và tính phổ biến của nó hiện nay,
là một trong những phần mềm chuyên về thiết kế 3D, đáp ứng hầu hết các nhu cầu
thiết kế cơ khí hiện nay. Ưu điểm của phần mềm là dễ sữ dụng và dễ chỉnh sửa lại bản
thiết kế khi cần thay đổi.
Phần mềm solidworks có ba tùy chọn chính cho người sữ dụng tùy vào mục
đích khi thiết kế.
 Phần Part: dùng thiết kế các mô hình 3D
 Phần Drawing: dùng để tạo các bản vẽ kỹ thuật 2D
 Phần Assembly: dùng để tạo các mô hình lắp ráp các cụm chi tiết, các
cụm máy. Trong phần lắp ráp còn chia ra các chức năng khác nhau:
 Lắp ráp tĩnh cụm chi tiết máy
 Lắp ráp động
7.1.2 Giới thiệu về các tính năng mô phỏng của solidworks
Phần mềm solidworks có một số chức năng mô phỏng như sau:
 Mô phỏng chuyển động bằng công cụ Simulation.
 Mô phỏng quá trình tháo lắp cụm chi tiết và máy bằng công cụ
Exploded.
 Mô phỏng quá trình láp ráp chi tiết bằng công cụ Animator.

89. Chương 7: Mô phỏng chuyển động của hệ thống cấp phôi
82
7.2 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG
7.2.1 Trình tự các bước thực hiện
Thiết kế mô hình 3D các chi tiết trong hệ thống cấp phôi trong môi trường
part.
Xuất các chi tiết 3D vào môi trường assembly, sữ dụng công cụ lắp ráp
Simulation và gắn các ràng buộc lên từng chi tiết theo đúng yêu cầu.
7.2.2 Kết quả của quá trình mô phỏng
Dùng công cụ replay simulation, thực hiện quá trình mô phỏng từ vị trí ban
đầu đến vị trí cuối cùng.
Ghi lại quá trình mô phỏng chuyển động của hệ thống cấp phôi tự động thành
một file dữ liệu có dạng đuôi mặc định (*. Avi).
he-thong.avi
7.3 SƠ ĐỒ KHỐI ĐIẾU KIỂN HỆ THỐNG

90. Chương 7: Mô phỏng chuyển động của hệ thống cấp phôi
83

91. Chương 8: Kết luận- Đề nghị
84
Chương 8
KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ
8.1 TÓM TẮT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI
Đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống cấp phôi tự động sử
dụng phễu rung và tay máy cấp phôi tự động cho loại máy tiện NC TAKAMAZ “,
được thực hiện trong thời gian khoảng 6 tháng. Trong khoảng thời gian đó, bản thân
em đã tham khảo các tài liệu và được sự hướng dẫn vào giúp tận tình của thầy hướng
dẫn. Đến nay em đã hoàn thành đề tài với mục tiêu đề ra.
Sản phẩm cuối cùng của đề tài là:
1. Nghiên cứu tổng quan về tính toán thiết kế một cơ cấu máy.
2. Lựa chọn phương án tối ưu từ các phương án đã đề ra thông qua thực tế
của quá trình sản xuất tại nhà máy.
3. Vận dụng kiến thức vào việc tính toán và thiết kế hệ thống sao cho đảm
bảo tính công nghệ, tính kinh tế và tính thẩm mỹ của hệ thống.
4. Sử dụng phần mềm mô phỏng, mô phỏng được chuyển động thực tế của
toàn bộ hệ thống, qua đó thấy được vai trò và chức năng của từng cụm
kết cấu trong toàn bộ hệ thống.
5. Kết quả nghiên cứu của đề tài có khả năng áp dụng tại công ty Maruei
Viet Nam Presicion .
Trên cơ sở đó, kết quả của đề tài có thể sử dụng để áp dụng vào thực tế cho các
nhà máy sữ dụng máy NC gia công cắt gọt bán tự động muốn cải tiến theo hướng tự
động hóa hoàn toàn nhằm nâng cao năng suất của quá trình sản xuất.

92. Chương 8: Kết luận- Đề nghị
85
8.2 ĐỀ NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Những kết quả tính toán bằng lý thuyết mà đề tài đạt được có thể xem như một
giải pháp cần được áp dụng rộng rãi vào thực tiễn. Bên cạnh đó, do hạn chế về mặt
kịến thức, kinh nghiệm nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận
được đóng góp, chỉ bảo quý báu của quý thầy cô.
Hướng phát triển của đề tài là : nếu có thời gian và điều kiện nghiên cứu dựa trên
kết quả đã đạt được thì đề tài này cần hoàn thiện thêm nội dung.
 Dựa vào kết quả nghiên cứu sẽ tiến hành chế tạo hệ thống và đưa vào sản
xuất thực tế
 Nghiên cứu thiết kế gắn thêm thiết bị điều chỉnh tần số rung cho phễu
rung cấp phôi.

93. Tài liệu tham khảo
86
TÀI LIỆU THAM KHẢO
----
[1] Trần Văn Địch, Tự Động Hóa Sản Xuất, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[2] Hồ Viết Bình, Tự Động Hóa Quá Trình Sản Xuất, Trường Đại Học Sư Phạm
Kỹ Thuật.
[3] Nguyễn Thiện Phúc, Robot Công Nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật
[4] Nguyễn Tiến Dũng, Cơ Sở Nguyên Cứu & Sáng Tạo Robot, Nhà xuất bản
thông kê.
[5] Nguyễn Ngọc Phương, Hệ Thống Điều Khiển Bằng Khí Nén, Nhà xuất bản
Giáo dục.
[6] Nguyễn Ngọc Cẩn, Giáo Trình Trang Bị Điện Trên Máy Cắt Kim Loại, Nhà
xuất bản Đại Học Quốc Gia.
[7] Nguyễn Hoài Sơn, Dao Động Trong Kỹ Thuật, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật .
[8]Lê Thanh Phong, Giáo Trình Sức Bền Vật Liệu, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật.
[9] Nguyễn Tiến Dũng, Thực Hành Thiết Kế Solidworks 2005, Nhà xuất bản
Khoa học và Kỹ thuật.
[10] Nguyễn Việt Hùng, Solidworks Trong Thiết Kế 3 Chiều, Nhà xuất bản Xây
Dựng.