- TÊN ĐỀ TÀI:
Thiết kế máy mài đế và mũ giày
- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
- Trình bày tổng quan về máy mài đế và mũ giày.
- Xác định các chức năng và đặc tính kỹ thuật của máy mài đế và mũ giày.
- Phân tích, lựa chọn các nguyên lý làm việc, các sơ đồ động của máy mài đế và mũ giày.
- Thiết kế hệ thống cơ khí cho máy mài đế và mũ giày.
- Xác định các đối tượng, yêu cầu điều khiển và giải thuật điều khiển cho máy mài.
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY MÀI ĐẾ VÀ MŨ GIÀY.. 1
1.1 Tình hình sản xuất giày dép tại Việt Nam.. 1
1.2 Quy trình công nghệ sản xuất giày dép. 2
1.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy mài đế và mũ giày trên thế giới4
1.4 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy mài đế và mũ giày ở Việt Nam.. 9
1.5 Tính cấp thiết của đề tài11
1.6 Mục tiêu của đề tài11
1.7 Nội dung nghiên cứu. 11
1.8 Giới hạn phạm vi nghiên cứu của đề tài11
1.9 Các phương pháp nghiên cứu. 11
1.10 Ý nghĩa khoa học của luận văn. 12
1.11 Ý nghĩa thực tiễn của luận văn. 12
CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC CHỨC NĂNG VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MÁY MÀI ĐẾ VÀ MŨ GIÀY.. 13
2.1 Khảo sát quá trình mài13
2.2 Phân tích các chuyển động tạo hình của máy mài15
2.3 Xác định các chức năng và đặc tính kỹ thuật của máy mài đế và mũ giày. 17
2.4 Xác định cấu hình và qui trình vận hành cho hệ thống mài đế và mũ giày. 21
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CÁC NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, CÁC SƠ ĐỒ ĐỘNG CỦA MÁY MÀI ĐẾ VÀ MŨ GIÀY.. 25
3.1 Phân tích các nguyên lý làm việc của máy mài và lựa chọn phương án phù hợp. 25
3.2 Thiết kế sơ đồ động cho máy mài đế và mũ giày. 38
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ CHO MÁY MÀI ĐẾ VÀ MŨ GIÀY.. 45
4.1 Sơ đồ cấu trúc của máy mài đế và mũ giày. 45
4.2 Thiết kế đồ gá đế và mũ giày. 46
4.3 Thiết kế cụm đầu mài đế giày của máy mài49
4.4 Thiết kế cụm đầu mài mũ giày của máy mài52
4.5 Thiết kế cụm dẫn hướng đầu mài theo phương thẳng đứng Oz. 59
4.6 Thiết kế cụm dẫn hướng đầu mài theo phương ngang Ox. 66
4.7 Thiết kế cụm dẫn hướng đồ gá chi tiết giày theo phương Oy. 74
4.8 Thiết kế hệ thống hút bụi81
4.9 Thiết kế cụm thân máy mài83
4.10 Thiết kế hệ thống khí nén. 88
CHƯƠNG 5: XÁC ĐỊNH CÁC ĐỐI TƯỢNG, YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY MÀI90
5.1 Phân tích, xác định các đối tượng điều khiển và yêu cầu điều khiển. 90
5.2 Xây dựng các giải thuật điều khiển cho máy mài đế và mũ giày. 95
KẾT LUẬN........................................................................................................................... 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 99
DANH MỤC HÌNH MINH HỌA
Hình 1.1: Quy trình công nghệ gia công giày điển hình ở Công ty cổ phần Giày Việt.3
Hình 1.2: Mô hình thiết bị mài mũ giày 5 bậc tự do.......................................................... 5
Hình 1.3: Máy mài mũ giày Model K176 của hãng CERIM............................................. 6
Hình 1.4: Máy mài mũ giày CD3-dr của hãng MOLINAeBIANCHI............................... 7
Hình 1.5: Máy mài chi tiết giày Model RA1 hãng LEIBROCK....................................... 8
Hình 1.6: Máy mài đế giày ở công ty CP Giày Việt........................................................ 10
Hình 1.7: Máy mài mũ giày ở công ty CP Giày Việt....................................................... 10
Hình 2.1: Diễu (a) và đế giày sau khi gắn diễu (b)......................................................... 13
Hình 2.2: Bề mặt cần mài (a) và bề mặt sau khi mài (b) của đế giày........................... 13
Hình 2.3: Chi tiết mũ giày................................................................................................... 14
Hình 2.4: Bề mặt cần mài (a) và bề mặt sau khi mài (b) của mũ giày.......................... 14
Hình 2.5: Chổi mài đế và mũ giày..................................................................................... 15
Hình 2.6: Chuyển động của dụng cụ mài trên mặt phẳng Oyz...................................... 16
Hình 2.7: Chuyển động của dụng cụ trên mặt phẳng Oxy............................................. 16
Hình 2.8: Cấu hình hệ thống mài đế và mũ giày.............................................................. 22
Hình 2.9: Sơ đồ bố trí hai trạm mài đế giày và mũ giày................................................. 23
Hình 3.1: Máy CNC gia công gỗ 5 trục của hãng Doughty Drive................................. 26
Hình 3.2: Robot mài mũ giày của hãng Autec................................................................. 26
Hình 3.3: Máy mài mũ giày của hãng LEIBROCK.......................................................... 27
Hình 3.4: Máy mài tự động 4 bâc tự do theo patent [5].................................................. 28
Hình 3.5: Máy mài và bôi keo mũ giày 4 bậc tự do theo patent [6]............................. 29
Hình 3.6: Máy mài mũ giày 5 bậc tự do theo patent [7]................................................. 30
Hình 3.7: Đồ gá mũ giày theo patent [7]........................................................................... 30
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý cánh tay robot........................................................................ 31
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý phương án 2............................................................................ 32
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý phương án 3......................................................................... 33
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý phương án 4......................................................................... 34
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý của máy mài đế và mũ giày............................................... 37
Hình 3.13: Biên dạng 3D của đường bao chi tiết giày.................................................... 39
Hình 3.14: Chu vi đế giày nam size 43............................................................................. 40
Hình 3.15: Sơ đồ thời gian quá trình mài chi tiết giày.................................................... 40
Hình 3.16: Sơ đồ động của máy mài đế và mũ giày........................................................ 43
Hình 4.1: Sơ đồ cấu trúc của máy mài đế và mũ giày..................................................... 45
Hình 4.2: Sơ đồ gá đặt mũ giày.......................................................................................... 46
Hình 4.3: Nguyên lý định vị và kẹp chặt mũ giày........................................................... 47
Hình 4.4: Sơ đồ gá đặt đế giày............................................................................................ 48
Hình 4.5: Nguyên lý định vị và kẹp chặt đế giày............................................................ 48
Hình 4.6: Động cơ mài đế giày........................................................................................... 49
Hình 4.7: Các thông số kỹ thuật cuẩ chổi mài SAF-259E.............................................. 50
Hình 4.8: Cơ cấu quay đầu mài đế giày quanh trục Ox.................................................. 50
Hình 4.9: Động cơ giảm tốc FHA-14C.............................................................................. 51
Hình 4.10: Cơ cấu quay đầu mài đế giày quanh trục Oz................................................ 52
Hình 4.11: Hệ thống truyền động cho chổi mài............................................................... 53
Hình 4.12: Động cơ mài mũ giày....................................................................................... 53
Hình 4.13: Các thông số kỹ thuật cuẩ chổi mài SAF-241E............................................ 54
Hình 4.14: Cơ cấu quay cụm đầu mài quanh trục Ox..................................................... 55
Hình 4.15: Cơ cấu dẫn hướng theo biên dạng cong........................................................ 55
Hình 4.16: Các thông số của dẫn hướng vòng................................................................. 56
Hình 4.17: Kết cấu của con trượt....................................................................................... 57
Hình 4.18:Khả năng tải của con trượt FCC 25 255 DR.................................................. 57
Hình 4.19: Xy lanh khí nén................................................................................................ 58
Hình 4.20: Cụm đầu mài mũ giày...................................................................................... 58
Hình 4.21: Thông số bộ truyền vít me trục Oz................................................................ 62
Hình 4.22: Thông số động cơ servo trục Oz..................................................................... 63
Hình 4.23: Sơ đồ tải trọng sóng trượt trục Oz.................................................................. 63
Hình 4.24: Các thông số sóng trượt trục Oz..................................................................... 64
Hình 4.25: Kiểu lắp ổ lăn 2 đầu cố định........................................................................... 65
Hình 4.26: Thông số ổ lăn đỡ chặn 7204 BECBM trục Z............................................... 66
Hình 4.27: Gối đỡ ổ lăn BGSBB6202ZZ-35.................................................................... 66
Hình 4.28: Các thông số của bộ truyền vít me trục Ox.................................................. 69
Hình 4.29: Thông số động cơ servo trục Ox.................................................................... 70
Hình 4.30: Sơ đồ tải trọng sóng trượt X............................................................................ 70
Hình 4.31: Thông số sóng trượt trục Ox........................................................................... 72
Hình 4.32: Kiểu lắp ổ lăn 2 đầu cố định........................................................................... 73
Hình 4.33: Thông số ổ lăn đỡ chặn 7204 BECBM trục Oy............................................ 73
Hình 4.34: Gối đỡ ổ lăn BGSBB6202ZZ-35.................................................................... 74
Hình 4.35: Thông số bộ truyền vít me trục Oy................................................................ 77
Hình 4.36: Thông số động cơ servo trục Oy.................................................................... 78
Hình 4.37: Sơ đồ tải trọng sóng trượt trục Oy.................................................................. 78
Hình 4.38: Các thông số sóng trượt trục Oy..................................................................... 79
Hình 4.39: Kiểu lắp ổ lăn 2 đầu cố định........................................................................... 80
Hình 4.40: Thông số ổ lăn đỡ chặn 7204 BECBM trục Oy............................................ 81
Hình 4.41: Gối đỡ ổ lăn BGSBB6202ZZ-35.................................................................... 81
Hình 4.42: Hệ thống hút và lọc bụi................................................................................... 82
Hình 4.43: Hệ thống hút bụi của công ty Tdin JSC......................................................... 83
Hình 4.44: Kết cấu thân máy.............................................................................................. 84
Hình 4.45: Kích thước khung máy..................................................................................... 84
Hình 4.46: Đặt giá trị lực lên mô hình thân máy............................................................. 86
Hình 4.47: Kết quả chia lưới trên mô hình thân máy...................................................... 86
Hình 4.48: Kết quả mô phỏng ứng suất tên thân máy..................................................... 87
Hình 4.49: Kết quả mô phỏng biến dạng trên thân máy................................................. 87
Hình 4.50: Sơ đồ mạch khí nén.......................................................................................... 88
Hình 4.51: Sơ đồ chức năng................................................................................................ 89
Hình 5.1: Cấu hình thiết bị mài chi tiết giày.................................................................... 90
Hình 5.2: Giải thuật điều khiển máy mài.......................................................................... 95
Hình 5.3: Giải thuật điều khiển động cơ servo................................................................ 97
DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 1.1: Kim ngạch xuất khẩu của ngành da giày Việt Nam vào các thị trường chính...... 1
Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của máy mài mũ giày Model K176.................................... 7
Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật của máy mài mũ giày CD3-dr............................................. 8
Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật của máy mài mũ giày Model RA1..................................... 9
Bảng 2.1: Tổng hợp các chức năng của các máy mài đế và mũ giày trên thế giới...... 18
Bảng 2.2: Tổng hợp các đặc tính kỹ thuật của máy mài đế và mũ giày trên thế giới.19
Bảng 2.3: Các chức năng lựa chọn cho máy mài đế và mũ giày.................................... 20
Bảng 2.4: Các đặc tính kỹ thuật của máy mài đế và mũ giày........................................ 21
Bảng 3.1: So sánh ưu điểm và nhược điểm của các phương án.................................... 35
Bảng 4.1: Các thông số kích thước của dẫn hướng vòng................................................ 56
Bảng 4.2: Các thông số kích thước của con trượt............................................................ 57
Bảng 4.3: Các thông số của gối đỡ ổ lăn BGSBB6202ZZ-35........................................ 66
Bảng 4.4: Các thông số của gối đỡ ổ lăn BGSBB6204ZZ-45........................................ 74
Bảng 4.5: Các thông số của gối đỡ ổ lăn BGSBB6204ZZ-45........................................ 81
Bảng 4.6: Các chi tiết của cụm thân máy.......................................................................... 85
Bảng 4.7: Định nghĩa I/O..................................................................................................... 88
Bảng 5.1: Các đối tượng điều khiển và các yêu cầu điều khiển của máy mài đế và mũ giày. 92
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY MÀI ĐẾ VÀ MŨ GIÀY
1.1 Tình hình sản xuất giày dép tại Việt Nam
Trong năm 2011, kim ngạch xuất khẩu của ngành da giày đạt 6.523 triệu la Mỹ, tăng 27,3% so với năm 2010, ba vùng thị trường chính hiện nay của ngành da giày là EU, Mỹ, Nhật với kim ngạch xuất khẩu được trình bày ở bảng 1.1 [1].
Bảng 1.1: Kim ngạch xuất khẩu của ngành da giày Việt Nam vào các thị trường chính
Đơn vị tính: triệu USD
|
Thị trường |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
2011 |
|
EU |
2.176,83 |
2.484,72 |
2.007,27 |
2.403,75 |
3.110,80 |
|
America |
885,12 |
1.075,13 |
1.038,82 |
1.407,31 |
1.846,80 |
|
Japan |
114,75 |
137,35 |
122,47 |
171,96 |
209,60 |
|
Các nước khác |
817,54 |
1.060,35 |
1.060,35 |
1.138,62 |
1.381,80 |
|
Tổng số |
3.994,24 |
4.767,22 |
4.066,76 |
5.122,25 |
6.549,00 |
Giày dép xuất khẩu của Việt Nam vào thị trường Mỹ đang đứng hàng thứ 2 sau Trung Quốc và dẫn đầu tại một số thị trường như Mexico, Brazil, …
Trong thị trường nội địa, tổng dung lượng thị trường ước chừng 130 – 140 triệu đôi/năm, có tổng trị giá tương đương 1,5 tỷ USD. Dự kiến sản lượng giày dép do doanh nghiệp trong nước sản xuất và tiêu thụ nội địa đạt ở mức gần 70 triệu đôi, chiếm tỷ trọng gần 50% [1].
Mặc dù được xếp hạng là nước sản xuất giày dép lớn thứ 4 thế giới, nhưng nhìn tổng thể, quy mô sản xuất của ngành da giày nước ta còn khá manh mún, do 80% nguyên phụ liệu phụ thuộc vào nhập khẩu, trình độ công nghệ và nguồn nhân lực còn thấp.
Bên cạnh đó, các hoạt động nghiên cứu triển khai ở các doanh nghiệp còn rất yếu. Phần lớn các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất chưa có bộ phận nghiên cứu và triển khai công nghệ, hoạt động nghiên cứu và triển khai công nghệ do đối tác nước ngoài thực hiện.
Gần đây, Hiệp hội Da giày Việt Nam (Lefaso) đã kết hợp cùng Viện Nghiên cứu Da giày Việt Nam xây dựng một chiến lược phát triển bền vững cho ngành giày dép Việt Nam giai đoạn 2010-2020, tầm nhìn đến 2025 với mục tiêu chiến lược của ngành là đến năm 2020 xuất khẩu 13-14 tỉ USD sản phẩm giày dép các loại [2].
Một trong những nội dung quan trọng của chiến lược này, theo Ông Diệp Thành Kiệt, Phó chủ tịch Lefaso, là “Bám sát công nghệ của thế giới, đặc biệt quan tâm đến công nghệ tự động hóa trong các công đoạn mài, bôi keo, tạo phom, gò dán, ...” [2].
1.2 Quy trình công nghệ sản xuất giày dép
Giày được chia ra làm nhiều loại nhưng nhìn chung quy trình công nghệ và thiết bị gia công các loại giày không khác nhau nhiều lắm. Ba nhóm chi tiết chính của một chiếc giày là đế ngoài (còn được gọi chung là đế giày), đế trong và mũ giày. Quy trình công nghệ sản xuất giày điển hình của Công ty cổ phần Giày Việt được trình bày ở hình 1.1.
Trong quy trình này, hai nhóm công đoạn làm mất nhiều thời gian, dễ gây ách tắc sản xuất là các công đoạn mài và bôi keo mũ giày, đế giày. Các công đoạn này được thực hiện thủ công kết hợp với thiết bị đơn giản, cần nhiều công nhân có tay nghề cao nhưng năng suất thường rất thấp, tỷ lệ phế phẩm lớn, có nhiều chất độc hại (bụi cao su, các hóa chất từ hơi keo) phát sinh gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và điều kiện làm việc của các công nhân, không đảm bảo tiêu chuẩn về trách nhiệm xã hội SA8000. Vì vậy một số khách hàng nước ngoài không dám ký hợp đồng với các công ty này và đó cũng là một rào cản kỹ thuật được dựng lên bởi các nước tiên tiến nhằm hạn chế nhập khẩu sản phẩm giày dép của Việt Nam.
Hình 1.1: Quy trình công nghệ gia công giày điển hình ở Công ty cổ phần Giày Việt.
Tình hình nêu trên trở thành yêu cầu cấp thiết cần đổi mới công nghệ và thiết bị theo hướng tự động hóa các công đoạn mài và bôi keo để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, thu nhập của công nhân, đồng thời cải thiện sức khỏe và điều kiện làm việc cho hàng trăm ngàn công nhân của các doanh nghiệp sản xuất giày dép Việt Nam.
1.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy mài đế và mũ giày trên thế giới
1.3.1 Tình hình nghiên cứu máy mài đế và mũ giày trên thế giới
Các máy mài đế và mũ giày đã được nghiên cứu và giới thiệu trong các tạp chí và các patent như trình bày dưới đây.
Bài báo “Implementation of 5-DOF Apparatus Used for Adhesive Spray and Roughing of Shoe Upper” [3] giới thiệu về thiết bị mài và bôi keo mũ giày 5 bậc tự do (hình 1.2). Trong bài báo cũng đề cập mức độ cấp thiết của việc tự động hóa quy trình mài và bôi keo mũ giày. Đây là quy trình quan trọng, quyết định chính đến độ bền của một chiếc giày. Tuy nhiên công đoạn này thường tốn nhiều sức lao động do thực hiện bằng thủ công và bán tự động, trình độ tay nghề công nhân ảnh hưởng quyết định đến chất lượng sản phẩm, mức độ đồng đều của sản phẩm không đảm bảo, năng suất lao động không cao, gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe của người lao động.
Để thực hiện việc tự động hóa công đoạn nêu trên, cần đưa ra một thiết bị mài cho chi tiết mũ giày và đế giày bằng máy mài 5 bậc tự do. Trên thiết bị này, chổi mài chạy theo một quỹ đạo nhất đinh. Quỹ đạo được xác định thông qua hệ thống máy quét laser khi quét đế và mũ giày mẫu. Việc xác định đường quỹ đạo cần thiết cho quá trình mài, đảm bảo sao cho sai số nhỏ nhất là yếu tố chính ảnh hưởng quyết định cho quá trình tự động hóa các công đoạn này.
Bề mặt cần mài là một bề mặt bất kỳ trong không gian 3 chiều. Do đó, để đầu thiết bị mài có thể di chuyển được hết quỹ đạo mài cần một thiết bị có năm bậc tự do. Nó bao gồm hai phần chính: phần chuyển động tịnh tiến và phần chuyển động xoay. Chuyển động tịnh tiến được truyền động bằng vít me bi thực hiện các chuyển động dọc theo trục X, trục Y và trục Z. Hai chuyển động xoay bao gồm chuyển động xoay quanh trục Z và trục Y.
Hình 1.2: Mô hình thiết bị mài mũ giày 5 bậc tự do.
Bài báo “Automation in Shoe Assembly” [4] trình bày những ứng dụng robot trong công nghiệp sản xuất giày. Trong đó, ứng dụng robot trong các công đoạn cuối cùng bao gồm gò mũ, mài, bôi keo và làm bóng là những công đoạn khó thực hiện tự động hóa nhất. Bài báo cũng tập trung vào việc tạo ra quỹ đạo trực tiếp cho robot từ dữ liệu CAD, các giải pháp động học nhằm giảm sai số trong quá trình làm việc. Một nhược điểm của robot trong công nghiệp là độ cứng vững thấp, độ chính xác động học không cao, do đó khó làm việc với tốc độ cao.
Patent EP0655207A1, “Automatic machine for the controlled roughening of the edge of an upper” [5], trình bày một thiết kế máy mài tự động 4 bậc tự do để mài theo biên dạng của mũ giày.
Patent EP0596570B, “Carding-cementing machine for shoe” [6], trình bày một thiết kế máy mài và bôi keo mũ giày 4 bậc tự do.
PatentUS4491001, ”Appatus for roughing and cementing shoe” [7], trình bày một thiết kế máy mài và bôi keo mũ giày 5 bậc tự do để mài và bôi keo chính xác theo biên dạng của mũ giày. Ngoài ra trong patent cũng trình bày thiết kế về hệ thống gá đặt mũ giày.
1.3.2 Tình hình sử dụng máy mài đế và mũ giày trên thế giới
Các hãng Desma, Mohrbach (Đức), Autec, Atom, Crispin (Ý),… và đặc biệt các hãng Leibrock (Đức), CERIM (Ý) là những công ty đi tiên phong trong việc chế tạo một số thiết bị giày dép với mức độ tự động hóa cao.
- Máy mài mũ giày Model K176 của hãng CERIM [8].
Một số chức năng chính và đặc tính kỹ thuật của máy được trình bày dưới đây.
Hình 1.3: Máy mài mũ giày Model K176 của hãng CERIM.
+ Một số chức năng chính của máy mài mũ giày Model K176 như sau:
- Mài tự động được điều khiển bằng máy tính.
- Máy có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ mài theo vật liệu được mài.
- Tự động điều chỉnh vị trí đầu mài theo độ mòn của bánh mài.
- Dễ dàng thay đổi chương trình gia công.
- Mài được tất cả các loại giày nam, nữ và trẻ em.
- Dễ dàng chỉnh sửa biên dạng mài từ màn hình máy tính.
+ Các đặc tính kỹ thuật của máy được trình bày ở bảng 1.2.
Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của máy mài mũ giày Model K176.
|
Thông số kỹ thuật |
Giá trị |
|
Năng suất (chi tiết/giờ) |
350 |
|
Số bậc tự do |
5 |
|
Kích thước (LxWxH) (mm) |
1880x1150x2200 |
|
Công suất động cơ mài (kW) |
3 |
|
Khối lượng máy (kg) |
950 |
|
Số trạm gia công |
2 |
|
Công suất tiêu thụ (kW) |
4,7 |
- Máy mài mũ giày CD3-dr của hãng MOLINAeBIANCHI [9].
Một số chức năng chính và đặc tính kỹ thuật của máy được trình bày dưới đây.
Hình 1.4: Máy mài mũ giày CD3-dr của hãng MOLINAeBIANCHI.
+ Một số chức năng chính của máy mài mũ giày CD3-dr như sau:
- Mài tự động được điều khiển bằng máy tính.
- Lực ép giữa đầu mài và chi tiết được thực hiện bằng hệ thống khí nén.
- Chương trình biên dạng mài được lấy từ hệ thống.
- Tự động điều chỉnh kích thước.
- Dễ dàng chỉnh sửa biên dạng mài từ màn hình máy tính.
- Dễ dàng thay đổi chương trình gia công.
- Giao diện thân thiện, dễ dàng sử dụng.
+ Các đặc tính kỹ thuật của máy được trình bày ở bảng 1.3.
Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật của máy mài mũ giày CD3-dr.
|
Thông số kỹ thuật |
Giá trị |
|
Năng suất (chi tiết/giờ) |
250 |
|
Số bậc tự do |
5 |
|
Kích thước (LxWxH) (mm) |
1640x780x1900 |
|
Áp suất khí nén (bar) |
6 – 8 |
|
Khối lượng máy (kg) |
740 |
|
Số trạm gia công |
1 |
|
Công suất tiêu thụ (kW) |
4,8 |
- Máy mài mũ giày Model RA1 của hãng LEIBROCK [10].
Một số chức năng chính và đặc tính kỹ thuật của máy được trình bày dưới đây.
Hình 1.5: Máy mài chi tiết giày Model RA1 hãng LEIBROCK.
+ Một số chức năng chính của máy mài mũ giày Model RA1:
- Mài tự động được điều khiển bằng máy tính.
- Tự động điều chỉnh vị trí đầu mài theo độ mòn của bánh mài.
- Lực ép giữa đầu mài và chi tiết được thực hiện bằng hệ thống khí nén.
- Mài được các loại giày cao gót.
- Các chức năng quan trọng được hiển thị lên màn hình.
- Chương trình biên dạng mài được lấy từ hệ thống.
- Mài được tất cả các loại giày nam, nữ và giày trẻ em.
- Tự động điều chỉnh kích thước các size.
- Dễ dàng chỉnh sửa biên dạng mài từ màn hình máy tính.
+ Các đặc tính kỹ thuật của máy được trình bày ở bảng 1.4.
Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật của máy mài mũ giày Model RA1.
|
Thông số kỹ thuật |
Giá trị |
|
Năng suất (chi tiết/giờ) |
350 |
|
Số bậc tự do |
5 |
|
Kích thước (LxWxH) (mm) |
1500x900x1800 |
|
Công suất động cơ mài (kW) |
3 |
|
Khối lượng máy (kg) |
700 |
|
Số trạm gia công |
1 |
Có thể nhận thấy rằng việc nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa và công nghệ CAD/CAM trong công nghiệp sản xuất giày dép ở một số nước tiên tiến đã được tiến hành trong nhiều thập kỷ qua, nhưng còn rời rạc, riêng biệt, không mang tính phổ biến. Có thể lý giải là các tổ chức nghiên cứu và các công ty chế tạo máy ở các nước này đủ khả năng để tạo ra những ứng dụng tự động hóa ở mức độ cao nhưng họ không tập trung vào lĩnh vực này bởi vì sản xuất giày dép là ngành thâm dụng lao động, có xu hướng chuyển dịch sang các nước đang phát triển, chủ yếu là ở các nước Nam Mỹ và ở Châu Á (Trung Quốc, Việt Nam, Indonesia, Pakistan, …). Vì vậy các công ty chế tạo máy làm giày hiện nay tập trung ở Châu Á, đặc biệt là ở Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan và Hồng Công.
1.4 Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy mài đế và mũ giày ở Việt Nam
Hiện nay, việc nghiên cứu ứng dụng CAD/CAM và tự động hóa cho ngành giày dép Việt Nam chưa được phổ biến. Một số ít công ty trong nước (Công ty cổ phần giày An Lạc, Công ty cổ phần giày Thái Bình,…) đã trang bị phần mềm CAD để thiết kế giày dép. Tuy nhiên, việc trang bị cả một hệ thống CAD/CAM và tự động hóa một số thiết bị giày dép quan trọng thì ít có công ty Việt Nam nào nghĩ đến do chi phí đầu tư quá cao.
Các loại máy mài đế và mũ giày đang được sử dụng ở Việt Nam đều thuộc loại bán tự động, trong đó chuyển động quay của đá mài được truyền động bằng động cơ, còn chuyển động của đế và mũ giày do người công nhân thực hiện. Do đó chất lượng gia công không đồng đều, phụ thuộc vào tay nghề người công nhân, năng suất thấp, không an toàn và phát sinh bụi khi làm việc.
Hình 1.6: Máy mài đế giày ở công ty CP Giày Việt.
Hình 1.7: Máy mài mũ giày ở công ty CP Giày Việt.
1.5 Tính cấp thiết của đề tài
Từ những phân tích ở trên cho thấy, hiện nay việc nghiên cứu và sử dụng máy mài đế và mũ giày trên thế giới đã được thực hiện nhưng ở nước ta lại chưa được chú trọng nghiên cứu, trong khi đó thị trường giày dép ở nước ta rất nhiều tiềm năng. Từ đó đặt ra một yêu cầu cấp thiết cần phải nghiên cứu, phát triển máy mài đế và mũ giày để thực hiện việc tự động hóa trong công nghiệp sản xuất giày dép.
1.6 Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu thiết kế một máy mài đế và mũ giày, có khả năng mài được các loại đế và mũ giày khác nhau với năng suất (500 chi tiết đế + 500 chi tiết mũ giày)/giờ.
1.7 Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu đề ra cần thực hiện các nội dung sau:
- Khảo sát tổng quan về máy mài đế và mũ giày.
- Thiết kế cấu hình và qui trình vận hành của máy mài đế và mũ giày.
- Phân tích, lựa chọn các nguyên lý làm việc, các sơ đồ động của máy mài đế và mũ giày.
- Thiết kế hệ thống cơ khí cho máy mài đế và mũ giày.
- Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy mài.
1.8 Giới hạn phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Tập trung vào tính toán thiết kế hệ thống cơ khí của máy mài đế và mũ giày, không phân tích chi tiết về phần hệ thống điện điều khiển.
- Không tính toán toàn bộ kết cấu, chỉ tập trung vào phân tích một số kết cấu chính của máy.
1.9 Các phương pháp nghiên cứu
Trong luận văn này sử dụng các phương pháp sau:
- Phương pháp thiết kế ngược: trên cơ sở tham khảo các máy gia công CNC giày dép trong và ngoài nước, các nghiên cứu, patent để thiết kế máy mài đế và mũ giày tự động, phù hợp với thực tiễn sản xuất ở Việt Nam.
- Phương pháp thiết kế đồng thời trong thiết kế máy: Thiết kế đồng thời các cụm máy và tích hợp lại thành máy hoàn chỉnh.
1.10 Ý nghĩa khoa học của luận văn
Luận văn áp dụng các phương pháp thiết kế hiện đại như phương pháp thiết kế ngược, phương pháp thiết kế đồng thời để thiết kế máy mài đế và mũ giày tự động 5 bậc tự do.
1.11 Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
Máy mài đế và mũ giày được thiết kế và sẽ được chế tạo trong khuôn khổ đề tài NCKH cấp Nhà nước “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống tự động mài và bôi keo đế giày, mũ giày trong dây chuyền sản xuất giày dép”, dự kiến được triển khai ứng dụng vào thực tiễn sản xuất tại Công ty CP Giày Việt.
CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH CÁC CHỨC NĂNG VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MÁY MÀI ĐẾ VÀ MŨ GIÀY
1.1 Khảo sát quá trình mài
1.1.1 Bản chất quá trình mài
Quá trình mài, thực chất là chà nhám bề mặt diễu (mài đế) và bề mặt mũ giày, tạo độ nhám giữa hai bề mặt vật liệu để sau đó bôi keo, rồi dán, ép đế và mũ giày với nhau đảm bảo chất lượng kết dính yêu cầu.
1.1.2 Mô tả chi tiết gia công
+ Đế giày:
(a) (b)
Hình 2.1: Diễu (a) và đế giày sau khi gắn diễu (b).
Hình 2.2: Bề mặt cần mài (a) và bề mặt sau khi mài (b) của đế giày.
Đối tượng gia công khi mài đế giày là bề mặt phần diễu giày, diễu giày làm bằng vật liệu nhựa PVC dùng cho loại giày đế thấp nam, loại diễu này sau khi cắt ngắn theo biên dạng giày sẽ được may vào đế giày.
+ Mũ giày:
Hình 2.3: Chi tiết mũ giày.
Mũ giày thường được làm bằng vật liệu da trâu bò, dê, cừu, … hoặc da nhân tạo. Mũ giày sau khi được ép vào phom giày cần được mài nhám để chuẩn bị cho công đoạn bôi keo sau đó dán chi tiết mũ giày và đế giày lại với nhau.
Hình 2.4: Bề mặt cần mài (a) và bề mặt sau khi mài (b) của mũ giày.
Tóm lại, vật liệu gia công ở đây là vật liệu nhựa PVC và da có tính chất dai và đàn hồi, quá trình gia công không hoàn toàn tuân theo quy luật như khi gia công cắt gọt kim loại, do đó các giá trị lực cắt và công suất cắt được xác định từ thực nghiệm.
1.1.3 Dụng cụ mài
Hiện nay, trên thị trường cung cấp các loại chổi mài và đá mài để mài đế và mũ giày.
Chổi mài được tạo thành từ các sợi kim loại được gắn kết với nhau dạng hình đĩa. Mỗi sợi kim loại đóng vai trò như một lưỡi cắt tham gia vào quá trình mài nhám đế và mũ giày. Công ty Vina giày và một số hãng trên thế giới như LEIBROCK, CERIM, … đang sử dụng loại chổi mài này cho các máy mài tự động và máy mài thủ công.
Hình 2.5: Chổi mài đế và mũ giày.
Các loại chổi mài này có ưu điểm là giá rẻ, dễ kiếm trên thị trường, có thể nén vào bề mặt cần mài để tạo lực mài, đảm bảo biên dạng mài đều và đẹp. Tuy nhiên dụng cụ này có nhược điểm là tuổi thọ thấp, nhanh bị mòn.
Các loại đá mài có độ bền cao hơn, tuy nhiên đối với các bề mặt 3D phức tạp như đế và mũ giày, khi lập trình gia công tự động sẽ xảy ra hai trường hợp: phần vật liệu chi tiết bị cắt vào quá sâu làm hỏng chi tiết giày hoặc ngược lại không cắt vào bề mặt chi tiết. Do đó, dụng cụ đá mài chỉ thích hợp đối với các loại máy mài thủ công.
1.2 Phân tích các chuyển động tạo hình của máy mài
Khảo sát chuyển động tương đối giữa dụng cụ và bề mặt mài. Giả thuyết chi tiết giày được gắn cố định với hệ trục tọa độ Oxyz,để xác định số bậc tự do cần thiết để mài hết bề mặt yêu cầu cần tiến hành khảo sát các chuyển động mài trên các mặt phẳng mài.
1.2.1 Mài mũ giày
Quỹ đạo mài và các chuyển động của dụng cụ mài được thể hiện trên hình 2.6 và 2.7.
Hình 2.6: Chuyển động của dụng cụ mài trên mặt phẳng Oyz.
Hình 2.7: Chuyển động của dụng cụ trên mặt phẳng Oxy.
Trên cơ sở phân tích quỹ đạo mài và các chuyển động của dụng cụ mài (hình 2.6, 2.7), có thể xác định các chuyển động tạo hình cần thiết để hình thành bề mặt mài như sau:
- Trên mặt phẳng Oxy: Dụng cụ mài thực hiện các chuyển động tịnh tiến Sx, Sy theo các phương Ox, Oy. Do biên dạng cong của mũ giày, dụng cụ cần thực hiện chuyển động quay Rz quanh trục Oz.
