Luận văn Thiết kế hệ thống máy khoan gỗ tự động

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG LỜI CÁM ƠN Chúng con xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến ba mẹ, người đã sinh thành, nuôi dưỡng, chăm sóc và tạo mọi điều kiện để chúng con được cắp sách đến trường. Chúng tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Th.S Phạm Văn Toản đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm thực tế và cung cấp tài liệu tạo điều kiện cho chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng đào tạo, ban chủ nhiệm khoa Cơ Điện trường Đại học Lạc Hồng đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn tập thể giảng viên khoa Cơ Điện trường Đại Học Lạc Hồng đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng tôi trong suốt quá trình học Đại Học. THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................1 PHẦN NỘI DUNG ........................................................................................................2 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................2 1.1 Mặt hàng thủ công mỹ nghệ .....................................................................................2 1.1.1 Nguyên vật liệu của mặt hàng thủ công mỹ nghệ .........................................2 1.1.2 Sản phẩm thủ công mỹ nghệ. ........................................................................2 1.2 Quy trình sản xuất sản phẩm: kệ hoặc vali...............................................................4 1.3 Quy trình khi người công nhân khoan gỗ bằng tay ..................................................5 1.4 Kiến thức cơ bản về vật liệu gỗ ................................................................................5 1.5 Quá trình cắt và các yếu tố cắt khi khoan.................................................................7 1.6 Lý thuyết về khí nén ...............................................................................................13 1.6.1 Cấu trúc của hệ thống truyền động bằng khí nén ........................................13 1.6.2 Các yêu cầu về khí nén. ...............................................................................14 1.7 Hệ thống khí nén. ...................................................................................................15 1.7.1 Máy nén khí. ................................................................................................15 1.7.2 Xilanh tác động đơn. ...................................................................................15 1.7.3 Xilanh tác động kép....................................................................................17 1.7.4 Van đảo chiều 5/2........................................................................................20 1.7.5 Van tiết lưu. .................................................................................................21 1.8 Các thiết bị chỉ báo. ................................................................................................23 CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG TẠI DOANH NGHIỆP .............................................24 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG ......................................................................................................................................28 3.1 Cơ sở thiết kế hệ thống khoan gỗ trong sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ.............28 3.2 Phương án thiết kế cơ khí. ......................................................................................29 3.2.1 Phương án thiết kế cơ cấu cấp gỗ. ...............................................................29 3.2.2 Phương án thiết kế cơ cấu kẹp gỗ................................................................34 3.2.3 Phương án thiết kế cơ cấu khoan gỗ............................................................36 3.2.4 Phương án thiết kế cơ cấu gạt gỗ.................................................................39 3.3 Lựa chọn thiết bị.....................................................................................................44 3.3.1 Xilanh đẩy gỗ ..............................................................................................44 3.3.2 Xilanh kẹp gỗ ..............................................................................................44 3.3.3 Xilanh đẩy dàn khoan..................................................................................45 3.3.4 Xilanh gạt gỗ ...............................................................................................46 3.3.5 Động cơ khoan ............................................................................................47 3.3.6 Động cơ kéo băng tải...................................................................................47 3.3.7 Cảm biến từ dùng cho xilanh và công tắc hành trình..................................48 3.4 Thiết kế phần điều khiển. .......................................................................................48 3.5 Ưu - nhược điểm khi khoan gỗ bằng máy khoan tự động......................................51 3.6 So sánh năng suất – hiệu quả kinh tế......................................................................52 3.7 Một số hình ảnh thực tế của hệ thống máy khoan gỗ tự động................................53 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................56 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU A. HÌNH ẢNH Hình 1.1 Nguyên vật liệu từ cây mây – tre – lá. ............................................................2 Hình 1.2 Các sản phẩm: kệ, vali....................................................................................3 Hình 1.3 Các sản phẩm: giỏ đựng hoa quả. ..................................................................3 Hình 1.4 Laptop có vỏ ngoài làm từ tre thiên nhiên .....................................................4 Hình 1.5 Sơ đồ khối các công đoạn chính hoàn thành sản phẩm kệ hoặc vali .............4 Hình 1.6 Sơ đồ khối các công đoạn khoan hai lỗ cho thanh gỗ bằng tay. ....................5 Hình 1.7 Nguyên liệu gỗ. ...............................................................................................7 Hình 1.8 Các yếu tố của chế độ cắt khi khoan. .............................................................7 Hình 1.9 Lực cắt khi khoan............................................................................................9 Hình 1.10 Máy nén khí.................................................................................................15 Hình 1.11 Ký hiệu xilanh tác động đơn .......................................................................16 Hình 1.12 Tải trọng lên cần Piston..............................................................................19 Hình 1.13 Trạng thái 0 của van 5/2.............................................................................20 Hình 1.14 Trạng thái van 5/2 có tín hiệu tác động......................................................20 Hình 1.15 Cấu tạo van tiết lưu hai chiều có tiết diện thay đổi....................................21 Hình 1.16 Cấu tạo và ký hiệu van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay..................22 Hình 1.17 Hình dạng thực tế van tiết lưu một chiều của hãng Festo..........................22 Hình 2.1 Khoan gỗ bằng máy khoan bàn tại DNTN Kim Long...................................24 Hình 2.2 Các thanh gỗ có kích thước 20 x 20 x 300 mm.............................................25 Hình 2.3 Dùng máy khoan bàn hoặc khoan tay để khoan lỗ .......................................25 Hình 2.4 Người thợ mất nhiều thời gian canh chỉnh cữ. .............................................26 Hình 2.5 Thanh thép chữ U được bắt vào thanh gỗ ....................................................26 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG Hình 2.6 Khung kệ hoàn chỉnh ....................................................................................27 Hình 2.7 Thợ thủ công đang thực hiện công đoạn đan lát. .........................................27 Hình 3.1 Thanh gỗ dùng làm khung kệ........................................................................28 Hình 3.2 Kích thước và các hình chiếu của thanh gỗ..................................................28 Hình 3.3 Cơ cấu cấp gỗ ...............................................................................................30 Hình 3.4 Bản vẽ tách chi tiết cơ cấu cấp gỗ. ...............................................................30 Hình 3.5 Kích thước của phễu cấp gỗ. ........................................................................31 Hình 3.6 Cơ cấu băng tải.............................................................................................31 Hình 3.7 Cơ cấu băng tải có gai dọc. ..........................................................................32 Hình 3.8 Xilanh đẩy gỗ ................................................................................................32 Hình 3.9 Thanh dẫn hướng..........................................................................................32 Hình 3.10 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu cấp gỗ .....................................................33 Hình 3.11 Cơ cấu kẹp gỗ .............................................................................................34 Hình 3.12 Bản vẽ lắp ráp các chi tiết của cơ cấu kẹp gỗ. ...........................................34 Hình 3.13 Hai thanh sắt vuông lồng vào nhau. ...........................................................35 Hình 3.14 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu kẹp gỗ .....................................................35 Hình 3.15 Bộ khung của cơ cấu khoan ........................................................................36 Hình 3.16 Cơ cấu khoan gỗ. ........................................................................................36 Hình 3.17 Bản vẽ tách chi tiết cơ cấu khoan gỗ. .........................................................37 Hình 3.18 Bộ phận khoan ............................................................................................37 Hình 3.19 Bản vẽ tách chi tiết bộ phận khoan.............................................................38 Hình 3.20 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu khoan gỗ .................................................38 Hình 3.21 Cơ cấu gạt gỗ đã khoan. .............................................................................39 Hình 3.22 Bản vẽ tách chi tiết cơ cấu gạt gỗ đã khoan ...............................................39 Hình 3.23 Rãnh dẫn hướng thanh gỗ...........................................................................40 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG Hình 3.24 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu gạt gỗ......................................................40 Hình 3.25 Hệ thống máy khoan gỗ tự động hoàn chỉnh. .............................................41 Hình 3.26 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống máy khoan gỗ tự động ................................41 Hình 3.27 Bản vẽ tách chi tiết hệ thống máy khoan gỗ tự động..................................42 Hình 3.28 Khung bàn đặt hệ thống..............................................................................42 Hình 3.29 Các hình chiếu và kích thước khung bàn đặt hệ thống...............................43 Hình 3.30 Xilanh đẩy gỗ. .............................................................................................44 Hình 3.31 Xilanh kẹp gỗ. .............................................................................................45 Hình 3.32 Xilanh đẫy dàn khoan. ................................................................................46 Hình 3.33 Xilanh gạt gỗ...............................................................................................46 Hình 3.34 Động cơ khoan ............................................................................................47 Hình 3.35 Động cơ kéo băng tải ..................................................................................47 Hình 3.36 Cảm biến từ dùng cho xilanh và công tắc hành trình.................................48 Hình 3.37 Biểu đồ trạng thái của hệ thống. ................................................................50 Hình 3.38 Sơ đồ mạch khí nén. ....................................................................................50 Hình 3.39 Sơ đồ mạch điều khiển. ...............................................................................51 Hình 3.40 Sơ đồ mạch động lực...................................................................................51 Hình 3.41 Hình ảnh thực tế của hệ thống đã được thiết kế. ........................................53 Hình 3.42Xilanh đẩy gỗ. ..............................................................................................53 Hình 3.43 Phễu cấp gỗ ................................................................................................53 Hình 3.44 Thanh gỗ được đẩy vào vị trí kẹp ...............................................................53 Hình 3.45 Thanh gỗ được kẹp bởi Xylanh kẹp. ...........................................................53 Hình 3.46 Động cơ khoan lỗ........................................................................................54 Hình 3.47 Xilanh gạt gỗ ra thùng chứa .......................................................................54 Hình 3.48 Tủ điện điều khiển.......................................................................................54 THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG B. BẢNG BIỂU Bảng đơn vị thứ nguyên tính lực ..................................................................................16 Bảng mã màu VDI/ VDE 0113/57113.........................................................................23 - 1 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG PHẦN MỞ ĐẦU Mặt hàng thủ công mỹ nghệ hiện nay đang rất phát triển tại Biên Hòa và nhiều nơi khác có giá trị xuất khẩu cao. Trong đó để làm ra các sản phẩm như: kệ, vali, … phải thông qua công đoạn làm khung. Trong công đoạn này phải tiến hành các bước như cắt cây, khoan cửa, ghép khung…. Và hầu hết các doanh nghiệp đang sản xuất dưới hình thức là thủ công. Vì vậy năng suất thấp đồng thời gây ra sai số lớn đặc biệt là công đoạn khoan cửa kệ hoặc vali. Khi khoan cửa người công nhân thường dùng máy khoan bàn và tốn rất nhiều thời gian cho việc khoan, làm cử. Thiết kế hệ thống máy khoan gỗ tự động từ khâu cấp liệu đến khoan hai lỗ cho thanh gỗ cung cấp cho các công đoạn tiếp theo, hệ thống còn có thể thay đổi khoảng cách giữa hai lỗ một cách nhanh chóng. Do đó việc tăng năng suất sản xuất, nâng cao độ chính xác, giảm tối thiểu các sai lệch trong quá trình khoan gỗ là yêu cầu cần thiết đối với các doanh nghiệp sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ. Được sự chấp thuận của Hội đồng khoa học và đào tạo khoa Cơ Điện trường Đại học Lạc Hồng, đề tài được mang tên: “Thiết kế hệ thống máy khoan gỗ tự động”. Đề tài được tiến hành dưới sự hướng dẫn của Th.S Phạm Văn Toản, các sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Chung và Lưu Đăng Khoa. Nội dung thực hiện của đề tài là ứng dụng tự động hóa để thực hiện công việc khoan hai lỗ cho thanh gỗ cung cấp cho các doanh nghiệp sản xuất mặt hàng thủ công mỹ nghệ. Hệ thống sẽ đảm bảo độ chính xác của hai lỗ khoan trên thanh gỗ cao hơn so với các thanh gỗ sau khi được người công nhân tiến hành khoan bằng tay. Mục đích của đề tài là nâng cao độ chính xác của hai lỗ khoan trên thanh gỗ và nâng cao năng suất. - 2 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Mặt hàng thủ công mỹ nghệ 1.1.1 Nguyên vật liệu của mặt hàng thủ công mỹ nghệ. [12] Các làng nghề truyền thống ở nước ta rất đa dạng và phong phú, nổi bật nhất là các ngành nghề chạm trổ, điêu khắc gỗ, đan mây - tre - lá … đang rất thịnh hành, đặc biệt ở Biên Hòa, tạo ra nhiều sản phẩm như: kệ, vali, túi xách, bình hoa, bàn ghế, … từ nguồn nguyên vật liệu dân dã như: lá bèo, dây chuối sứ, lục bình khô, dây đai, cói, tre trúc, rơm rạ, … các nghệ nhân tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế và nghệ thuật cao, được thị trường các nước: Mỹ, Pháp, Đức, Ý, Hàn Quốc, … rất ưa chuộng. Hình 1.1 Nguyên vật liệu từ cây mây – tre – lá. - 3 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG 1.1.2 Sản phẩm thủ công mỹ nghệ. [12] Sau khi nguyên liệu thô từ thân cây đay, lục bình được người dân thu hoạch, xử lý sơ bộ trở thành nguyên liệu chính để sản xuất các mặt hàng thủ công mỹ nghệ. Nguyên liệu được chuyển đến tay nghệ nhân để tạo ra các sản phẩm xuất khẩu. Hình 1.2 Các sản phẩm: kệ, vali. Hình 1.3 Các sản phẩm: giỏ đựng hoa quả. - 4 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG Hình 1.4 Laptop có vỏ ngoài làm từ tre thiên nhiên . 1.2 Quy trình sản xuất sản phẩm: kệ hoặc vali. [13] Để hình thành đươc một sản phẩm có giá trị cao về mặt kinh tế, doanh nghiệp phải bắt tay vào việc làm chuẩn bị nguyên liệu gỗ để làm khung, từ khung đó người nghệ nhân mới hình thành các loại mặt hàng. Làm sạch các thành phần dư thừa của sản phẩm là công đoạn kế tiếp cuối cùng là hoàn thiện, đóng gói sản phẩm. Hình 1.5 Sơ đồ khối các công đoạn chính hoàn thành sản phẩm kệ hoặc vali. - 5 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG Trong các công đoạn được trình bày trên hình thì làm khung là một trong các công đoạn quan trọng để có thể hình thành nên một sản phẩm đạt tiêu chuẩn, có chất lượng mà khách hàng yêu cầu. 1.3 Quy trình khi người công nhân khoan gỗ bằng tay. [13] Hình 1.6 Sơ đồ khối các công đoạn khoan hai lỗ cho thanh gỗ bằng tay. Ưu điểm: - Chi phí đầu tư thấp. - Phù hợp cho sản xuất đơn chiếc. .Nhược điểm: - Phế phẩm nhiều. - Tốn khá nhiều thời gian cho việc canh chỉnh cử. - Năng suất tương đối thấp. 1.4 Kiến thức cơ bản về vật liệu gỗ. [5] Gỗ có các ưu điểm như: nhẹ, cường độ cao, đàn hồi, có thể chịu đựng va đập và chấn động, lại có hoa văn đẹp. Gỗ là vật liệu không thể thiếu trong xây dựng kinh tế và đời sống. - 6 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG Gỗ là vật liệu thiên nhiên, phân biệt gỗ một cách chính xác, sử dụng gỗ một cách đúng đắn, tìm hiểu và nắm vững đặc trưng của gỗ là việc hết sức cần thiết. Gọi vật liệu gỗ là để chỉ bộ phận thân cây có tác dụng trong công nghệ mộc sau khi đã loại bỏ lá cành và rể. Tính chất vật liệu của gỗ: Nước và hàm lượng nước trong gỗ, thành phần nước và hàm lượng nước trong gỗ chiếm phần lớn trọng lượng gỗ. Thành phần nước này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của gỗ. Gỗ sẽ thay đổi theo sự tăng giảm của nước. Phương pháp xác định hàm lượng nước: Gỗ tươi: hàm lượng nước 50 – 100 %. Gỗ ướt: gỗ vận chuyển dưới nước hoặc bảo quản dưới nước thường có hàm lượng nước trên 100 %. Gỗ tự nhiên: gỗ để khô tự nhiên hàm lượng nước khoảng 12 -18 %. Gỗ sấy khô: gỗ sấy nhân tạo hàm lượng nước khoảng 4 – 15 %. Phương pháp tính tỷ số nước: Tỷ số nước là tỷ số giữa trọng lượng nước chứa trong gỗ so với trong lượng gỗ gọi là tỷ số chứa nước. %.100×−= kho khouot G GGW Trong đó: Gướt : là trọng lượng gỗ ướt (gam). Gkhô : là trọng lượng gỗ khô hoàn toàn (gam). W : tỷ số chứa nước của gỗ (%). Các thanh gỗ dùng trong ngành sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ được lấy từ các loại cây được trồng đại trà ở nước ta như: Thông, Điều, Xà Cừ, Tràm, … - 7 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY KHOAN GỖ TỰ ĐỘNG Hình 1.7 Nguyên liệu gỗ. [12] Đây là những loại gỗ có cấu tạo và cơ tính không cứng c