Tính toán và lựa chọn hệ thống cấp phôi tự động

 Một số kết cấu phễu chứa phôi

Để đảm bảo chứa đủ lượng phôi cần thiết nhằm đảm bảo cho hệ thống sản xuất đạt được năng suất theo yêu cầu, cần thiết phải xác định được hình dáng và kích thước của phễu
Công thức xác định thể tích của phễu chứa:

a. Phễu chứa phôi có đĩa
Đặc điểm của kiểu phễu này là kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy và đạt năng suất cao, do vậy được sử dụng khá rộng rãi trong các hệ thống cấp phôi tự động nói chung.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của phễu được mô tả như trên hình 12-9, trong đó trục vít 1 truyền chuyển động quay sang bánh vít 2, thông qua trục làm đĩa 3 quay. Đĩa 3 được đặt nghiêng một góc a so với mặt phăng nằm ngang. Phôi 6 được cấp vào phễu số 4 và sắp xếp một cách ngẫu nhiên. Trên đĩa 3 có khoét một số rãnh để định hưóng phôi theo vị trí yêu cầu (trong hình là định hưống theo mặt phẳng). Khi đĩa quay sẽ mang phôi di chuyến lên phía cao hôn và tạo nên sự xáo trộn phôi để tạo diều kiện định hưóng phôi tiên dĩa 3 dễ dàng hơn. Tại vị trí trên cùng, người ta bố trí một khe hở dưới đáy phễu cố định và được nối vào một dầu của máng dẫn phôi 5. Khi đĩa 3 gạt phôi đi qua khe hở với kích thước của khe hở được tính toán hợp lý thì phôi sẽ tự rơi xuống máng dẫn 5 do tự trọng bản thân.

Trên hình 12-10 biểu diễn một số kiểu kết cấu của dĩa 3. Phụ thuộc vào hình dáng và kích thước của phôi mà người ta có thể bố trí các rãnh định hướng trên đĩa 3 theo chu vi (a), hướng kính (b) hay vuông góc với mặt phẳng của đĩa (c) theo yêu cầu cần định hướng.

Xác định các thông số của cơ cấu:
* Lựa chọn vận tốc dĩa:
Vận tốc của đĩa quay V có ý nghĩa rất quan trọng vì nó quyết định đến năng suất và các thông số khác của cố cấu định hướng.
Với trường hợp bố trí rãnh theo chu vi như ổ hình 12-10a, để phôi có thể thoát khỏi rãnh định hướng của đĩa và rồi được khỏi mặt phăng của đáy phễu đi xuống máng dẫn mà không mất định hưóng thì nó cần phải đi hết một quãng đường:
h = d-S
Trong đó, s là khe hở giữa mặt dưới cúa đĩa với mặt trên của đáy phễu; d là đường kính của phôi.
Đồng thời cũng trong thời gian đó, đĩa đã quay được một góc sao cho quãng đường dịch chuyển của phôi ổ trong rãnh đảm bảo không bị kẹt và mất định hưóng. Từ đó ta thấy quãng đường dịch chuyển của đĩa là :
H<= B-l
Trong đó, B là chiều rộng của rãnh trên đáy phễu; l là chiều dài của phôi.
Quãng đường dịch chuyển khi rơi tự do của phôi được tính:

Trong thực tế, phụ thuộc vào hình dáng và kích thước phôi cũng như yêu cầu cần định hướng mà giá trị k sẽ được chọn một cách thích hợp bằng cách tiến hành làm thực nghiệm. Trong trường hợp không có điều kiện để tiến hành làm thực nghiệm thì người ta thường chọn giá trị k = 0,4 4- 0,6 để làm thông số tính toán và sau khi lắp đặt và chạy thử, người ta có thể căn cứ vào giá trị thực tế để lựa chọn lại số rãnh z một cách hợp lý.
Có thể xác định năng suất của phễu theo vận tốc di chuyển của phôi:
Nếu gọi D là đường kính ngoài của đĩa [mm], m là bước của rãnh [mm] và V là vận tốc dịch chuyển của phôi [m/ph], ta có:
Q= (1000v/ m)*k  [chiếc/ph] * Xác định công suất truyền động cho đĩa:

Ví dụ: Tính số vòng quay n và số rãnh cần thiết z, kích thước D của đĩa khi phễu chứa phôi có các thông số sau dây: Kích thước phôi d = 16m; 1 = 50mm; khe hở  S = 2,2mm; chiều rộng rãnh B = 55mm và góc nghiêng a = 45°; hệ số ma sát f =0,15. Biết rằng yêu cầu về năng suất cấp phôi của phễu là 100 chiếc /ph. Cho hệ số lấp kín k = 0,5.
b. Phễu cấp phôi có ống:
Kiểu phễu này được sử dụng đối với các phôi có kích thước nhỏ dạng ống, dạng bạc, con lăn, hình vành khăn…
Sơ đồ nguyên lý hoạt động được biểu diễn trên hình 12 12. Các ống được bố trí theo kiểu ống liền hoặc 2 nữa có các chuyển động tịnh tiến khứ hồi (hình 12-12a, b) hoặc quay (hình 12 12c) được dẫn động từ các cơ cấu bánh vít – trục vít hoặc qua cơ cấu bánh lệch tâm…Trong quá trình chuyển động, người ta có thể gắn thêm một cánh gạt trên các kiểu ống quay để làm nhiệm vụ định hướng cấp I cho phôi.

Độ nghiêng của thành phễu được lựa chọn sao cho các phôi hoàn toàn có khả năng trượt về vị trí thấp nhất của đáy phễu. Để tránh tình trạng phôi bịt miệng ống, góc thành phễu thường được chọn là a = 45° : 55°; góc đáy phễu a, = 55° : 60 độ
Đối với kiểu phễu như ở hình 12 12a, thông thường được sử dụng dễ cấp phôi và định hướng các phôi có kích thước nhỏ hoặc các phôi dạng hình trụ hoặc cầu có d <20mm hoặc phôi dạng ống có d < 25mm và chiều dài 1 = (1,1: 1,4) d.

Kiểu phễu ở hình 12- 12b dùng khi định hưổng hoặc cấp các loại phôi đúc, dập có các bề mặt thô ráp, có rìa mép và ba vía.
Với kiểu phễu ồ hình 12 12c được dùng cho các phôi có dạng con lăn hoặc bề mặt côn có chiều dài 1 = (1,3 -ỉ- 3,5)d, d <20mm và l<60mm hoặc các phôi có dạng vành khăn có d<100mm và 1= (0,2 : 0,4)d.
– Năng suất cấp phôi của phễu có ống chuyển động tịnh tiến trên hình 12-12a được xác định theo công thức:
Q = nx.p.k [chiếc/ph] Trong đó, nx là số hành trình kép của ống trong 1 phút, thông thường nx = 50: 80 htk/ph với chiều dài hành trình H — (1,2 : 1,7)l; p là hệ số khả năng nhận phôi, nó phụ thuộc vào tỹ số giữa chiều dài và đường kính phôi, trị số nx và chiều cao của lớp phôi chứa trong phễu, thường chọn p = 0,7; k là hệ số năng suất và được xác định theo công thức: k = căn H/l ở dây, l là kích thước lớn nhất của phôi,  như đã nói ở trên.
* Công suất dẫn động lớn nhất thường được tính theo công thức kinh nghiệm:
Nmax= 0,0051 [kW] Đối với kiểu ống 2 nữa trên hình 12-12b:
Năng suất của phễu cấp phôi dược tính:
Q = nx.p [chiếc/ph]

Ưu điểm của cơ cấu cấp phôi kiểu này là kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy và dễ diều chỉnh đối với các phôi có kích thước khác nhau, không cần có thêm cơ cấu loại trừ phôi thừa và dễ dàng định hướng cấp I cho phôi.
Tuy nhiên do điều kiện làm việc của cơ cấu là tịnh tiến khứ hồi hay có cơ cấu gạt phôi trong kiểu ống quay nên chóng mài mòn ống, công suất dẫn động phải lón và gây ra tiếng ồn khá lớn trong quá trình làm việc.

c. Phễu có dao mang phôi.
Kiểu phễu này được mô tả trên hình 12-13, các dao được bố trí để định hướng phôi có chuyển động tịnh tiến khứ hồi để nhận phôi dã dược định hưóng cấp I rồi sau đó chuyển nó sang máng chuyển phôi. Các dao được bố trí ổ phía sau máng dẫn hay song song với máng dẫn.

Dao mang phôi có thể thực hiện chuyển động tịnh tiến khứ hồi (hình 12-13) hay chuyển động lắc (hình 12 14). ở tại vị trí dưới cùng trong phễu nó định hướng phôi và chuyển động lên phía trên đến vị trí máng chuyển phôi. Tại vị trí này, dao mang phôi sẽ dừng lại trong một khoảng thời gian đủ để phôi trên dao trượt hẳn vào máng và sau đó nó lại chuyển động xuống phía dưới. Mỗi lần mang

phôi, nó có thể chứa được một số phôi tuỳ theo kích thước chiều dài phôi và vị trí định hướng tự nhiên của nó trong phễu.
Đối với loại trên hình 12 -13a, năng suất có thể đạt được từ 90 : 100 chiếc/phút, còn với loại b và c thì có thể đạt đến 450 :550 chiếc /phút.
Thông thường phễu cấp phôi kiểu này thường dùng để cấp các phôi như bu long, vít, dai ốc… Bề mặt làm việc của dao thuồng dược bố trí nghiêng 1 góc a so với mặt phẳng nằm ngang sao cho phôi có thê trượt được hoặc lăn được một cách dễ dàng xuống máng chuyển phôi.
Độ sâu của kiểu phễu này phụ thuộc vào chiều dài của bề mặt định huống của dao và góc nghiêng α . Thường độ sâu của phễu được chọn là h = (0,25 : 0,3)L, với L là chiều dài bề mặt làm việc của dao và được xác định như sau: L = (7 : 10)l, trong đó, l là chiều dài lớn nhất của phôi.

d. Phễu cấp phôi kiểu rung động
Nguyên tắc làm việc của phễu cấp phôi kiểu rung động là dưới tác dụng của lực quán tính của phôi do cơ cấu rung truyền sang sẽ làm cho phôi thực hiện các dịch chuyển cưỡng bức trên cơ cấu rung và thực hiện việc cấp phôi.
Cơ cấu cấp phôi kiêu phễu rung động có rất nhiều loại như loại máng phăng năm ngang, nằm nghiêng, hoặc loại đường xoắn ốc v.v…Kiễu phễu này có nhiều ưu điểm như kết cấu đơn giản, ít xảy ra hiện tượng tắc hoặc kẹt phôi khi di chuyển. Tốc độ dịch chuyển phôi đều đặn, năng suất cao. Đặc biệt là đối với các phôi có hình dạng phức tạp và khó định hướng, các phôi thô sau khi đúc, rèn, dập hoặc cắt, hàn…còn có các ba via và rìa mép. Có thể cấp được các loại phôi có hình dáng và kích thước rất khác nhau và dễ dàng điều chỉnh được năng suất của phôi nhò việc diều chỉnh biên độ rung động thông qua việc diều chỉnh dòng điện hay khe hở của lõi từ. Tuy nhiên với các phôi có khối lượng lớn thì phễu cấp phôi kiểu rung động trong quá trình làm việc sẽ gây ra tiếng ồn lớn.
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 12-15 và 12-16.

 

Xét một vật A có trọng lượng G đặt trên thanh BC trong mặt phăng nằm ngang (hình 12-15). Khi thanh O1B quay sang phải 1 góc a -a1 với tốc độ góc là ω’ có thì vật A cùng với thanh BC chuyển động song phăng xuống phía dưới.
Gọi gia tốc chuyển động lớn nhất trong hành trình này là a, ta có:
F’ms = m(g-a’td).f
F’qt = – m.a’n

Trong đó αtđ là gia tốc theo phương thẳng đứng; αn là gia tốc theo phương nằm ngang.
Khi tay quay O1B quay sang trái 1 góc α- α1 với tốc độ góc ω’ thì vật A cùng với thanh B chuyển động lên phía trên. Khi đó ta có:

Khi vật chuyển động cùng thanh xuống thấp sang phía phải thì nêu Fms < Fqt thì vật A sẽ trượt trên thanh BC, hay nói cách khác vị trí của vật A so với thanh BC bây giò sẽ ổ lại ỏ phía sau, có nghĩa là 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 nên trong trường hợp khi mà Fms > Fqt thì vật được bám chắc vào thanh BC, hay nói cách khác không có sự chuyến động tương đối giữa vật A và thanh BC.
Tổng hợp một chu trình chuyển dộng của thanh OịB ta có nhận xét sau dây:
Vị trí của vật A so với thanh BC đã bị dịch chuyển sang trái một lượng s. Nếu chu trình trên lại tiếp tục thì sau mỗi một chu trình như vậy thì vật A lại cứ dịch chuyên sang 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 di ra khỏi thanh BC.
Trong trường hợp khi g < ald 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 dặt trong mặt phẳng nghiêng so với mặt phẳng ngang 1 góc p (hình 12-16).

Cũng phân tích tương tự như trên với chú ý trọng lượng G của vật A được phân thành Gn và Gd tương ứng vói phương nằm ngang và phương thẳng đứng, ta có:
G = Gn + Gđ .
Thiết lập công thức tính toán Fms, Fqt theo gía trị của Gd và Gn, atd và an, ta có nhận xét sau:
Khi thanh BC chuyển động về phía phải và xuống dưới, để vật A có khả năng chuyển động tương đối so với thanh BC sang bên trái như trường hợp trên, thi 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:
Fqt < Fms – Gn
Nếu thỏa mãn được cả 2 điều kiện trên thì sau một chu trình chuyên 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 sê dịch chuyển sang phía trái và sẽ có xu hướng rồi khỏi thanh BC.
Từ những kết quả tính toán như trên, người ta chế tạo các kiểu phễu rung động dựa theo nguyên lý đó (hình 12-16), nhưng lúc này thanh BC được thay bằng một cánh xoắn có góc nghiêng là β 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 diều chỉnh vị trí trước khi di chuyển đến máng chuyển phôi.
Kết cấu 4 khâu bản lề trong sơ dồ 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 diều chỉnh để thay đổi tốc độ và gia tốc cho phễu cáp phôi.
Trên hình 12-17 là sơ dồ kết cấu của phễu cấp phôi kiểu rung động có bộ tạo rung đặt thẳng đứng.

Phễu được đặt trên 3 lò xo lá được xếp nghiêng so với phương thẳng đứng một góc 20° theo cùng 1 hướng. Mục đích của nó là khi nam châm diện từ hút đáy phễu xuống phía dưới theo phương thẳng đứng thì các thanh lò xo lá bị uốn và đồng thời xoay di một góc và mang phễu quay xung quanh tâm nó một góc. Như vậy chuyển động tuyệt đối của phễu và các cánh xoắn trong phễu là chuyển động  đi xuống và xoay quanh tâm phễu. Khi lực nam châm diện từ mất đi, lò xo lại trả phễu về lại trạng thái ban đầu tức là phễu sẽ có chuyển động lên phía trên và xoay ngựợc lại xung quanh tâm nó 1 góc bằng với góc quay khi chuyển động đi xuống. Quá trình này hoàn toàn tương tự như chuyên động của cơ cấu 4 khâu bản lề ta đã xét trên dây. Như vậy, nếu có một vật A nằm ở trên cánh xoắn, thì với các thông số thích hợp như dà tính toán ở trên, vật A sẽ có chuyển động tương đối so với cánh xoắn đi dần lên phía trên.
Để có thể tạo khả năng dễ dàng cho vật tiếp vào cánh xoăn và thực hiện các di chuyển, thường người ta chế tạo phễu có đáy hình côn ở giữa cao và xung quanh  thấp để phôi dễ dàng trượt trên mặt côn đó để tiếp vào cánh xoắn khi phễu rung động. Quá trình rung động của phễu sẽ làm cho phôi dịch chuyển đi lên theo hướng cánh xoắn. Trên cánh xoắn, người ta còn bố trí một số cơ cấu để định hướng cho phôi hoặc sửa lại các phôi định hướng chưa đúng hoặc gạt các phôi có định hướng sai ra khỏi rãnh xoắn.

Kết cấu của phễu phải đựơc cách ly với hệ thống công tác thông qua các dế cao su hay cơ cấu giảm chấn, do vậy phễu chỉ thực hiện chuyển động rung động với biên độ và tần số đã định một cách ổn định mà không bị ảnh hưởng do nhiễu từ các máy công tác tác động.
Trên hình 12-18 giới thiệu một kiểu phễu cấp phôi rung động có phễu chứa phôi riêng để dự trữ và cấp phôi cho phễu rung, các phôi được cấp ở phễu chứa sẽ lần lượt rơi xuống phễu rung đặt ở phía dưới. Khi rơi xuống sẽ gặp cánh hướng được bố trí theo một góc nghiêng và tiếp tuyến với cánh xoắn, do vậy các phôi có thể dễ dàng trượt vào cánh xoắn và thực hiện các chuyển động lên phía trên khi phễu hoạt động. Phễu chứa phôi được gắn cố định với tấm đáy thông qua các trụ ghép bu long và không rung động cùng vói phễu rung. Tấm đáy và bộ phận phễu rung cũng được cách ly bằng các lò xo giảm chấn. Trên bệ của phễu rung, ngứôi ta lắp 3 lò xo tiếp tuyến với vòng tròn bán kính r. Giữa phễu rung và bệ của nó có một liên kết trụ trượt với mục đích có thể cho phép phễu rung được chuyển động lên xuống theo phương thẳng đứng và vừa quay xung quanh tâm của nó. 3 nam châm diện từ được bố trí theo hưống tiếp tuyến với vòng tròn bán kính r. Nhờ vậy mà khi có lực hút của nam châm phễu sẽ chuyển động trượt trên bạc xuống phía dưới và đồng thời chuyển động quay quanh tâm của nó để tạo nên sự dịch chuyển các phôi trên cánh xoắn, ở phía cuối của đường xoắn, người ta bố trí bộ phận thu gom phôi để chuyên nó cho máng dẫn phôi.
Đối với phễu cấp phôi kiểu rung động, tần số dao động thường có thể thay đổi trong khoảng 16 : 100Hz bằng cách thay đổi tần số dòng diện cung cấp cho nam châm điện từ. Với các phôi có kích thước nhỏ thì tần số thường dùng là  100Hz và đường kính phễu trong khoảng 250mm. Đối với các phễu có đường kính
đến 500mm thì tần số thường dùng là 50Hz và với chi tiết có kích thước lớn hơn thì đường kính của phễu cũng lớn hơn và tần số thường dùng là 16Hz.

 

Trong đó, vp là vận tốc dịch chuyển của phôi trên cánh xoắn [mm/s]; Ip là kích thước của phôi do theo phương di chuyên trên cánh xoắn; k là hệ số lấp đầy, thường k = 0,4 4- 0,9, nó phụ thuộc vào độ chính xác và độ bóng của phôi.
Đổ thay đổi năng suất Q của phễu cấp phôi thì người ta thay đổi vp bằng việc thay đổi khe hở δ giữa nam châm và lõi thép gắn với phễu hoặc thay đổi dòng diện trong mạch.
Hiện nay, các loại phễu cấp phôi kiểu rung động đã được tiêu chuẩn hoá.
Đối với quá trình định hướng phôi trên cánh xoắn, người ta có thể dùng một số kiểu kết cấu như trên hình 1219.
Trên sơ dồ hình 12-19a, các phôi hình trụ đang di chuyển trên rãnh xoắn và nó có thể được gạt khỏi rãnh xoắn hoặc xoay lại cho đứng với sự định hưóng theo yêu cầu bằng các tay gạt hoặc các rãnh lõm dược bố trí trên thành phễu hay trên bề mặt cánh xoăn.
Trên sơ dồ hình 12- 19b là dạng phôi đĩa 2 bậc cần được định hưống bậc có đường kính nhỏ xuống phía dưới. Trong quá trình trượt ưên rành xoắn, nếu phôi nào dà định hưóng đúng thì sẽ đi qua cơ cấu định hưống bình thường để đi vào máng chuyên phôi, nếu định hưống sai nó sẽ được rơi xuống trên phần khoét lôm ỏ trên cánh xoắn và rơi lại xuống phễu.