Các dạng máng chuyển phôi trong gia công tự động

12-3. Máng chuyển phôi

Mục dích của máng chuyên phôi là vận chuyển phôi từ phễu đến máy công tác, đồng thời làm nhiệm vụ định hưổng vị trí của phôi trong không gian một cách
chính xác và dự trữ phôi để đảm bảo cho sự hoạt động bình thường của máy công tác. Căn cứ vào sự vận chuyển của phôi trên máng mà người ta phân thành kiểu máng tự chảy, bán tự chảy, cưổng bức và hỗn hợp.
Để đảm bảo được yêu cầu trên, máng chuyển phôi phải được xác định về kích thước, hình dáng phù hợp với từng loại phôi, đồng thời phải lựa chọn và bố trí các cơ cấu định hưóng phôi một cách tin cậy để tránh trường hợp phá vô điều kiện làm việc bình thường của máy công tác.
Để đảm bảo cho cơ cấu nắm bắt phôi và cung cấp đến bộ phận công tác của máy, cần phải có cơ cấu làm phù hợp tốc độ di chuyển của phôi với cơ cấu bắt giữ phôi cũng như phân chia phôi và giữ khoảng cách các phôi một cách chính xác.

12-3-1. Các dạng máng được sử dụng để vận chuyển phôi

Theo hình dáng và kích thước của phôi, ngúòi ta có thể lựa chọn các kiểu máng dẫn phôi như một số kiểu trên hình 12-20.

12-3-2. Tính toán các thông số cơ bản của máng

Mục đích của phần này là xác định khe hở tối da giừa phôi và máng dẫn phôi trên cơ sở hình dáng, kích thước của phôi, góc nghiêng của máng dẫn, hệ số ma sát giữa phôi và máng để tránh trường hợp mất định hưóng hoặc kẹt phôi khi di chuyển trên máng.
a. Xác định khe hở giữa máng và phôi
Giả sử có 1 phôi dạng hình trụ có đường kính d và chiều dài 1 di chuyên theo phương vuông góc với đường tâm trục trong một máng dẫn tiết diện chữ U.
Giả sử phôi trong quá trình di chuyển có thể bị lệch do một nguyên nhân nào đó như trên hình 12 21.

Để đảm bảo rằng phôi không bị mất định hướng (tức là không thể quay đi một góc > 90°) thì khe hỏ giữa phôi và máng được xác định theo công thức sau:
Δ+1 <c
Trong đó, A là khe hở giữa máng và phôi; 1 là chiều dài phôi; c là thông số tính toán và được xác định:

Tuy nhiên để tránh tình trạng phôi bị kẹt (do ma sát giữa phôi và máng) thì điều kiện về góc xoay của phôi a phải lớn hơn hoặc bằng góc ma sát trượt giữa phôi và máng để phôi tự trở về vị ưí định hướng của mình và thực hiện việc di chuyển trong máng bình thường.
Xét tại điểm I, ta có:
Fms = N. f
Trong đó, f là hệ số ma sát trượt giừa máng và phôi, thông thường                    f = 0,1: 0,25.
Hợp lực R của lực ma sát Fms và lực pháp tuyến N tạo với N một góc ϕ , gọi là góc ma sát trượt.
f=tgϕ
Từ đó, ta có nhận xét:
Nếu α< ϕ thì hợp lực R tạo ra mô men quay xung quanh điểm o lên phía trên và làm cho phôi bị kẹt không di chuyển được. Nếu α >= ϕ thì hợp lực R tạo ra mô men quay xung quanh O xuống phía dưới và làm phôi định hưóng trở lại vị trí ban dầu và di chuyên được.
Kết hợp cả 2 điều kiện trên, ta có:

Như vậy Smax phụ thuộc vào f và tỹ số 1/d.
Từ công thức trên, ta thấy rằng nếu f = const và lỹ sô 1/d tăng thì khe hở Smax giảm . Còn nếu tỹ số 1/d = const thì khi f tăng lên thì Smax giảm.
Trên cơ sở tính toán như trên, người ta thiết lập được các công thức xác định khe hở giữa phôi và máng cho một sổ dạng chi tiết được trình bày trong bảng 12-2.

b. Xác định kích thước chiều cao vách máng
Tại những điểm cuối cùng của máng thì tốc độ dịch chuyển của phôi là khá lớn có thể gây ra sự mất định hướng do va đập. Để tránh những hiện tượng đó, người ta phải xác định tốc độ giới hạn của phôi trên cơ sở phải đảm bảo đủ năng suất cấp phôi nhưng không gây va đập làm mất định hướng.

Đối với các máng tự chảy, góc nghiêng của máng được bó ưí sao cho lớn hơn góc ma sát giữa phôi và máng cũng như khắc phục một só ảnh hưổng khác như do kích thước của phôi không chính xác hoặc sai số về hình dáng hình học và vị trí tương quan của phôi gây ra.
Trên hình 12-22 trình bày một số kiểu máng tự chảy với hình a là bố trí máng nghiêng một góc α, máng nghiêng trên hình b bổ trí với 2 góc nghiêng khác nhau có góc α2 thường lớn hơn góc ma sát khoảng từ 1,5 đến 2 lần, còn góc α1 thường được bố trí trên phần máng ngắn hơn và thường có giá trị nhỏ hơn góc ma sát ϕ một ít. Giữa 2 máng nghiêng này được nối với nhau bằng một cung chuyển tiếp có bán kính R lớn hơn chiều dài của phôi một ít để cho quá trình di chuyển phôi trên máng được dễ dàng. Còn ở hình c là máng chuyển phôi chỉ sử dụng một góc nghiêng nhưng với việc sử dụng hai loại vật liệu có hệ sổ ma sát khác nhau, thường chọn giá trị f1 <= tg α một ít và f2 > tg α.

Để cho phôi không bị trượt khỏi máng dẫn hoặc rơi ra ngoài khi di chuyển thì cần thiết phải xác định chiều cao vách máng một cách hợp lý. Trên bảng 12-3 giới thiệu một sổ kiểu máng chuyển phôi và công thức xác định chiều cao tương ứng của từng loại.
c Cơ cấu định hướng phôi
Vấn đề định hướng phôi là một trong những nội dung rất quan trọng nhưng đồng thời cũng rất phức tạp và khó khăn. Chúng ta có thể thấy rằng, các chi tiết cơ khí có hình dáng và kích thước vô cùng phong phú. Việc đưa ra từng kiểu chi tiết nào đó rồi nghiên cứu tìm phương án định hướng cho nó là hoàn toàn mang tính lý thuyết và khó có thể áp dụng vào thực tế được vì các chi tiết chỉ khác nhau rất ít thôi thì quá trình định hướng cho nó cùng đã khác nhau khá xa. Ngay cả khi chỉ một loại phôi mà nếu dung sai kích thước quá lớn thì quá trình định hưóng cũng chưa hẳn là hoàn toàn tin cậy. Như trên một số hệ thống dây chuyền sản xuất hiện đại ngày nay thì ngay cả khi nó chỉ sử dụng duy nhất một loại phôi mà người ta phải bố trí thêm cơ cấu loại bỏ khỏi máng dẫn đối với các phôi định hưống không chính xác. Điều này cũng nói lên rằng công việc định hướng phôi trong hệ thống cấp phôi tự động là một vấn đề khó khăn nhất và đòi hỏi người làm công tác thiết kế phải có tính sáng tạo và nếu có thêm kinh nghiệm nữa thì có thể lựa chọn được các kiểu định hướng tốt nhất, tức là vừa đơn giản về mặt nguyên lý và kết cấu, vừa có độ tin cậy cao.

Nguyên tắc chung khi lựa chọn nguyên lý và cơ cấu định hướng là căn cứ vào sự phân bố trọng lượng ưong bản thân vật thể, hình dáng bên ngoài và tỷ lệ các kích thước bao của chúng.
Đối với các phôi cần định vị qua nhiều cấp thì thông thường trên phều chúa phôi ngũồi ta dà thực hiện định hưóng cấp I cho nó và các cơ cấu định hưóng cấp II và cấp III được bố trí trên máng dẫn. Người ta có thể sử dụng nguyên tắc định hưổng nhò sự phân bố trọng lượng của phôi để lật các phôi cho đúng vị trí định hướng như hình 12-23a, hoặc sử dụng nguyên lý lật hoặc quay phôi căn cứ và hình dáng của phôi như hình 12-23b hoặc căn cứ theo kích thước khác nhau của phôi khi cần định hướng như hình 12-24.
Trên các hình 12-23, 12-24 chí giới thiệu một số sơ dồ định hưổng phôi. Các sơ đồ này chỉ mô tả về mặt nguyên lý mà không biểu diễn bằng kết cấu vì không thể giới thiệu hết tất cả các loại phôi cụ thể trong ngành gia công cơ khí.

Dựa trên cơ sở của một số nguyên lý này, chúng ta có thể tiến hành nghiên cứu và phân tích thêm để lựa chọn và thiết kế được một kết cấu định hướng cho loại phôi cụ thể.

12-4. Bộ phận làm phù hợp tốc độ phôi, phân chia phôi và chuyến hướng

Để cho quá trình bắt giữ phôi một cách chính xác và thuận lợi để cung cấp cho máy công tác thì cần thiết phải có một số bộ phận được bố trí  trên máng chuyển phôi ngoài cơ cấu định hướng, đó là bộ phận làm giảm tốc độ của phôi, rãi phôi, chuyển hướng phôi và phân chia phôi.

12-4-1. Cơ cấu làm phù hợp tổc độ phôi

Làm phù hợp tốc độ phôi bao hàm cả 2 vấn đề là làm thế nào để tốc độ của phôi khi chuyên giao sang máy công tác phải đồng bộ, tức là cùng tốc độ ưong trường hợp không sử dụng cơ cấu nắm bắt phôi hoặc phải đồng bộ với tốc độ của cơ cấu nắm bắt để cung cấp cho máy công tác.
Về thực tế thì ta thấy rằng, các máng chuyển phôi làm nhiệm vụ di chuyển phôi đén vùng công tác, tuy nhiên vị ưí của phôi ổ trên máng chuyên là hoàn toàn ngẫu nhiên và tốc độ di chuyển của phôi cùng khác nhau, ngay cả các hệ thống chuyền phôi cưỡng bức như các băng tải, xích tải, trục xoắn…. thì tốc độ của phôi
ở trên đoạn cuối cùng của máng chuyên là khá lớn. Vì thế cần phải có một số cơ cấu làm giảm tốc độ di chuyển của phôi cho phù hợp với tốc độ yêu cầu. Tuy nhiên cùng cần chú ý là cơ cấu này phải đảm bảo được khi tiếp xúc với phôi đang di chuyển không được làm mất định hướng của phôi, không tạo ra những xung lực gây biến dạng hoặc làm hư hỏng bề mặt phôi, phải đảm bảo quá trình làm việc ổn định.
Dưới đây giới thiệu một só kiểu cơ cấu làm giảm tốc độ của phôi:

a. Máng dẫn phôi có đáy kiểu gợn sóng
Máng dẫn phôi kiểu có đáy gợn sóng có mục đích làm giảm tốc độ trượt của phôi trên các máng tự chảy. Khi phôi trượt trên đó, do sự mấp mô của các sóng mà năng lượng dịch chuyển của phôi bị tiêu tán dần và vì vậy mà tốc độ di chuyển cùng chậm dần lại. Tuỳ theo yêu cầu của tốc độ chi tiết tại thời điểm cuối của máng và căn cứ vào kích thước của phôi, hệ số ma sát và góc nghiêng máng mà ta chọn kiểu sóng có thông sô và hình dáng hợp lý. Độ cao của sóng thông thường chọn từ (0,3 : 0,4 )d, góc biên dạng của đáy sóng thường chọn khoảng 120° ( hình 12-25a).

b. Máng dần phôi có lá chắn
Trên hình 12-25b mô tả kiểu máng dẫn phôi có cơ cấu làm giảm tốc độ của phôi bằng các lá chắn. Khi phôi di chuyên và vào lá chắn, nó truyền một phẳn năng lượng sang lá chắn và thông qua khổp bản lề tạo mô men quay làm quay lá chắn và phôi sẽ đi qua, quá trình lại tiếp tục khi phôi gặp phải lá chắn tiếp theo. Thông thường các lá chắn làm việc theo nguyên lý tự quay do trọng lượng của lá chắn tạo ra đối với trục quay. Trong trường hợp góc nghiêng của máng là 5° và lá chắn làm việc theo nguyên tắc trên thì người ta thường chọn tỹ số của trọng lượng lá chắn với trọng lượng phôi là 0,2. Nhược điểm của cơ cấu này là không điều chỉnh được mô men quay và do đó không điều chỉnh tốc độ di chuyển của phôi. Hiện nay nguôi ta sử dụng thêm một cơ cấu lò xo có thể điều chỉnh được mô men quay của lá chắn và do vậy có thể điều chỉnh được tốc độ theo yêu cầu.
c. Giảm tốc độ phôi hằng cơ cấu thủy lực
Hình 12-26 mô tả một cơ cấu thanh gạt làm giảm tốc độ của phôi thông qua hệ thống càng và được giảm chấn bằng thuỷ lực. Càng gạt 2 có 3 cánh mà một đầu của nó có gắn 1 con lăn để tiếp xúc với phôi, một đầu nối với cần piston của xi lanh thuỷ lực và đẩu còn lại nối vói một lò xo kéo để giữ càng gạt luôn luôn nằm ổ vị trí chắn phôi và đưa piston nằm ổ vị trí trên cùng của xi lanh thuỷ lực. Khi có phôi đến và tác dụng vào cánh thứ nhất sẽ gây ra mô men quay càng xung quanh chốt. Néu mô men này lớn hơn mô men do lò xo tạo ra và ma sát trong piston – xi lanh thuỷ lực thì càng sẽ quay và mổ cho phôi qua, khi đó tốc độ của phôi bắt đầu trở về không tại vị trí xuất phát này.

Kiểu piston – xilanh giảm chấn này có cấu tạo đặc biệt là dầu được chứa cả buồng trên và buồng dưới và chúng thông nhau qua lồ tiết lưu. Để điều chỉnh thời gian mỏ càng cho phôi qua, người ta chỉ cần thay đổi tiết diện lồ tiết lưu đó bằng cách trong kết cấu người ta chế tạo piston gồm có 2 đĩa và khi xoay vị trí của 1 đĩa của piston thì thay đổi được kích thước lỗ tiết lưu.

12-4-2. Bộ phận phân chia phôi và chuyển hướng

Trong quá trình cấp phôi tự động cho nhiều máy công tác cùng làm một chức năng như nhau, thường người ta bố trí chỉ một hệ thống cấp phôi chung cho tất cả. Như vậy ở trên đoạn cuối của máng chuyển phôi chung, ngũòi ta phải bố trí cơ cấu phân chia phôi cũng như chuyển hướng phôi đến vị trí các máy công tác. Hoặc có trường hợp khi di chuyển các phôi bằng phương pháp cưổng bức, vị trí các phôi trên máng chuyển có thể là phân bố ngẫu nhiên hoặc được dồn sát nhau, khi đó cần phải có một cơ cấu phân chia phôi cách nhau 1 khoảng đều đặn phù hợp với cơ cấu nhận phôi của máy.
a. Cơ cấu chia phôi

Hình 12-27 mô tả một cơ cấu phân chia phôi theo một số hướng. Để cho cơ cấu phân chia phôi làm việc một cách ổn định thì yêu cầu trước khi phôi di chuyển đến bộ phận này thì nó phải được gom phôi, tức là vị ưí của phôi được phân bố với khoảng cách đều đặn. Cơ cấu này được dẫn động thông qua một cơ cấu thanh truyền tạo nên chuyển động lắc để rẽ phôi đi theo các hướng theo yêu cầu.
b. Cơ cáu dẫn phôi.
Mục đích của bộ phận này là dẫn từng phôi một đã được định hưống chính xác từ cuối máng dẫn hay ngay sau bộ phận phân chia phôi đến cơ cấu bắt giữ phôi hoặc chuyển giao trực tiếp cho máy công tác.

Đây là bộ phận cuối cùng của hệ thống máng cấp phôi. Do vậy chất lượng hoạt động của nó mang tính quyết định đến khả năng làm việc chính xác và ổn định của cả hệ thống sản xuất.
Để đảm bảo yêu cầu trên, thường người ta bố trí ở khâu này một số công tắc hành trình, các cảm biến giám sát trạng thái của phôi ở trong máng cùng như giám sát sự hoạt động của bộ phận đó. Các cơ cấu thường được sử dụng là cơ khí, cơ khí – điện; cơ khí – khí nén. Hình 12- 28 mô tả nguyên lý của một cơ cấu dẫn phôi.
c. Cơ cấu chuyển hướng.
Trong quá trình cấp phôi, do tính chất làm việc thực tế của các loại phôi và hệ thống sản xuất khác nhau mà phải sử dụng máng chuyển phôi rất dài, điều này trước hết là gây nên sự phức tạp trong thiết kế nhà xưởng, tiếp nữa nó gây trở ngại cho việc lưu thông và các hoạt động của con người trong nhà máy… Để tránh tình trạng này, người ta thu gọn diện tích cúa chúng lại bằng cách bố trí các máng dẫn theo các đường zich zăc hoặc các dạng đường bao hình vuông, chữ nhật, đa giác… tuỳ theo cấu trúc của máy công tác, do vậy để phôi có thể di chuyên được trên những đường đó cần thiết phải có bộ phận chuyển hướng. Hình 12-29 giới thiệu một số kiểu chuyển hướng.

12-5. Cơ cấu nắm bắt phôi

Để có thể thực hiện việc gá đặt phôi lên các máy công tác, cần thiết phải có cơ cấu bắt giữ phôi. Nhiệm vụ của cơ cấu này là tiếp nhận phôi đà được định hưổng chính xác và bắt giữ nó rồi di chuyên đến vị trí cần thiết như các ống kẹp đàn hồi, mâm cặp khí nén hoặc các loại êtô thủy lực hoặc khí nén để các cơ cấu kẹp thực hiện quá trình kẹp chặt phôi.
Để đảm bảo được mục tiêu trên, các cơ cấu nắm bắt phôi phải có kết cấu và hình dáng của phần tiếp xúc với phôi phù hợp với hình dáng và kích thước của phôi cần bắt giữ và đảm bảo giữ chắc nhưng không được làm hư hỏng phôi như làm biến dạng đẽo hay hư hỏng lớp bề mặt đối với các phôi đà qua gia công tinh. Trên hình 12-30 giới thiệu một cơ cấu bắt giữ phôi và di chuyển đến cơ cấu gá đặt của máy công tác. Nguyên lý làm việc của cơ cấu như sau: Các phôi dạng ưụ được dẫn trên máng 1, khi đến đúng vị trí sẽ tác động vào công tác hành trình và thông qua cơ cấu nam châm điện từ đẩy tấm chắn 3 chặn giữ các phôi ở phía trên. Chỉ có 1 phôi được đũa vào tay kẹp 4 và thông qua cơ cấu cam thùng đẩy tay kẹp sang phía trái và nâng máng hứng 8 đi lên phía trên. Khi tay kẹp đà nằm ở vị trí cuối cùng phía trái, hệ thống cam và lò xo sẽ tác động và đẩy phôi ra khỏi cơ cấu kẹp và phôi được rơi xuống máng hứng 8 do tự trọng bản thân. Sau đó cam thùng lại đưa tay kẹp 6 chuyển động sang phải và máng hứng 8 chuyển động xuống dưới để chi tiết trượt hoặc lăn khỏi máng đến vị trí yêu cầu

Trên hình 12-31a,c,d giới thiệu một số kết cấu đầu kẹp phôi làm việc theo nguyên tắc dùng lực kẹp của lò xo. Khi đầu kẹp đi xuống, do tác dụng của phôi vào má của mỏ kẹp sẽ làm cho má kẹp động quay xung quanh chổt để mổ rộng miệng của cơ cấu và lò xo bị nén lại. Khi phôi đà trượt trên các má và nằm vào đúng vị trí trong má kẹp, lò xo nén sẽ đẩy má kẹp động và sẽ kẹp chặt phôi lại. Trên hình 12-31b sử dụng cơ cấu nắm giữ phôi bằng lò xo lá, chính lò xo lá cùng là má kẹp phôi. Nguyên lý làm việc giống với các sơ đồ trên hình 12-31 a,c,d.

Trên hình 12-32 giới thiệu một số kết cấu và các thông số về kích thước, góc độ của một cơ cấu kẹp phôi dạng tại. Để tạo điều kiện cho phôi đi vào má kẹp thuận lợi thì vị trí của máng dẫn và các phần công tác của má kẹp phải được bố trí một cách chính xác thì cơ cấu mới có thể làm việc được tin cậy.

Đây là một cơ cấu nắm bắt phôi dạng hình trụ có đường kính D. Phôi đang di chuyển trên máng dẫn phôi đến vị trí của cơ cấu nắm bắt phôi lúc đó đang ở vị trí nhận phôi (hình 12-32 b). Phôi sẽ được định vị chính xác vào vị trí tay nắm và tấm gạt 2 có cơ cấu lò xo kéo sẽ cố định phôi trong cơ cấu nắm giữ. Khi có tác động của cơ cấu nhận phôi của máy công tác, tay nắm phôi 1 được di chuyển sang trái để cung cấp phôi (hình 12-32 a,c,d), phần trên của tay nắm sẽ trượt trên bề mặt của một phôi kế tiếp đang di chuyển trên máng dẫn và giữ cho phôi này không di chuyển được xuống phía dưới. Để đảm bảo cho quá trình này hoạt động chính xác và tin cậy, các thông số p, a, a và R phải được xác định theo giá trị của D.