Nghiên cứu thiết kế và điều khiển đồ gá quay hai trục kết nối với robot hàn hồ quang

Tổng quan về đồ gá trong lĩnh vực hàn; phân tích chuyển động khi hàn hồ quang và ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn đến chất lượng mối hàn; tính toán, thiết kế và chế tạo kết cấu cơ khí của đồ gá hàn hai trục quay; thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển đồ gá; xây dựng thuật toán, viết chương trình điều khiển và kết nối robot hàn; hướng dẫn vận hành sử dụng đồ gá xoay quanh ha... Tổng quan về đồ gá trong lĩnh vực hàn; phân tích chuyển động khi hàn hồ quang và ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn đến chất lượng mối hàn; tính toán, thiết kế và chế tạo kết cấu cơ khí của đồ gá hàn hai trục quay; thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển đồ gá; xây dựng thuật toán, viết chương trình điều khiển và kết nối robot hàn; hướng dẫn vận hành sử dụng đồ gá xoay quanh ha...

M ỤC LỤC

L ỜI CẢM ƠN

L ỜI CAM ĐOAN

PH ẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do ch ọn đề tài

2 M ục đích nghiên cứu

3 Nhi ệm vụ nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

5 C ấu trúc luận văn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ GÁ TRONG LĨNH VỰC HÀN 1

1.1 Khái ni ệm về đồ gá hàn 1

1.2 Yêu c ầu của đồ gá trong lĩnh vực hàn 1

1.3 T ầm quan trọng của đồ gá 2

1.4 Phân lo ại đồ gá hàn: 3

1.5 Các thành ph ần của đồ gá 8

1.6.V ật liệu làm đồ gá: 8

1.7 Các chi ti ết định vị: 9

1.7.1 Khái niệm – phân loại – yêu cầu 9

7.1 2 Các chi tiết định vị để gia công mặt phẳng 10

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG KHI HÀN HỒ QUANG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC NGHIÊNG MỎ HÀN ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN 15

2.1 Phân tích chuy ển động khi hàn hồ quang 15

2.1.1 Các chuyển động chính của que hàn, mỏ hàn 15

2.1.2 Các phương pháp dao động của mỏ hàn, que hàn 16

2.2 Phân tích ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn đến chất lượng mối hàn 19

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KẾT CẤU CƠ KHÍ C ỦA ĐỒ GÁ HÀN HAI TRỤC QUAY 26

3.1 Sơ đồ nguyên lý của đồ hàn hai trục quay 26

3.2 Tính toán k ết cấu cơ khí của đồ gá hàn hai trục quay 28

3.2.1 Lựa chọn mâm quay 28

3.2.3 Tính toán trục đỡ: 34

3.2.4 Tính toán lựa chọn thanh V đỡ máy: 36

3.2.5 Tính toán kết cấu khung đỡ máy 37

3.2.6 Tính toán thiết kế mối ghép giữa trục mang mâm quay và động cơ 37

3.2.7 Bản thiết kế trước khi chế tạo: 39

3.3 Ch ế tạo kết cấu cơ khí của đồ gá hàn hai trục quay 41

3.3.1: Khung đồ gá: 41

3.3.3 Chế tạo mâm quay: 43

3.3.4: Chế tạo thanh đỡ máy: 44

3.3.5: Chế tạo hộp đỡ máy: 45

3.3.6: Chế tạo tấm bảo vệ máy: 46

3.3.7: Chế tạo hệ thống điều chỉnh trục quay + mâm quay nghiêng một góc α 47

3.4 Sơn hoàn thiện các chi tiết: 47

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỒ GÁ50 4.1 Thi ết kế hệ thống điều khiển đồ gá 50

4.1.1 Tính toán chọn tốc độ quay khi vận hành: 50

4.1.2 Tính năng kỹ thuật của biến tần 51

4.2 Ch ế tạo hệ thống điều khiển đồ gá 57

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN, VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHI ỂN VÀ KẾT NỐI ROBOT HÀN 58

5.1 Xây d ựng thuật toán 58

5.2 Vi ết chương trình điều khiển: 58

5.3 K ết nối robot hàn 64

5.3.1 Lựa chọn nguồn, rơ le điều khiển 64

5.3.2 Kết nối nguồn, rơ le điều khiển 65

CHƯƠNG 6: HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH SỬ DỤNG ĐỒ GÁ XOAY QUANH HAI TR ỤC KẾT NỐI ROBOT HÀN 71

6.1 Các quy t ắc an toàn khi sử dụng đồ gá hàn xoay quanh hai trục kết robot hàn 71

6.2 Hướng dẫn vận hành sử dụng đồ gá xoay quanh hai trục có kết nối robot hàn 72

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

1 K ết luận: 78

2 Ki ến nghị 79

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 80

PH Ụ LỤC 81

M ỤC CÁC KỸ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

SMAW Shield Metal Arc Welding Hàn hồ quang que hàn

có lớp thuốc bọc

MAG Welding Metal Active Gas

Hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ là khí

hoạt tính (khí CO2)

TIG Welding Tungsten Inert Gas Welding

Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ, khí trơ (Ar)

Hàn hồ quang kim loại nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Đồ gá dùng để hàn các chi tiết dạng trục

Hình 1.2: Tăng đơ thủy lực – đồ gá hàn tôn đáy và đà ngang

trong ch ế tạo tàu thủy

Hình 1.3: Quy cách và sơ đồ hàn mã răng lược

Hình 1.4: Đồ gá hàn - Vam từ dùng để ép các dầm dọc với tôn

đáy trong chế tạo tàu thủy

Hình 2.1: Các chuy ển động của que hàn

Hình 2.2: Di chuy ển que hàn theo đường thẳng

Hình 2.3: Di chuy ển que hàn theo đường thẳng đi lại

Hình 2.4: Di chuy ển que hàn theo hình răng cưa

Hình 2.5: Di chuy ển que hàn theo hình bán nguyệt

Hình 2.6: Di chuy ển que hàn theo hình tam giác xếp nghiêng

Hình 2.7: Di chuy ển que hàn theo hình tam giác cân

Hình 2.8: Di chuy ển que hàn theo hình tròn

Hình 2.9: Di chuy ển que hàn theo hình vòng tròn lệch

Hình 2.10: T ầm với điện cực (Contact tip to work Distance)

Hình 2.11: S ự thay đổi hình dạng mối hàn khi thay đổi tầm với điện

c ực

Hình 2.12: Chi ều dài điện cực phía bên ngoài mỏ hàn

Hình 2.13: Kho ảng cách làm việc tính từ đầu chụp khí phụ thuộc

vào dòng điện hàn

Hình 2.14: Góc độ mỏ hàn khi hàn đẩy

Hình 3.1: Đồ gá hàn quay quanh hai trục

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của đồ gá hàn hai trục quay

Hình 3.3: Sơ đồ tác dụng lực lên trục quay

Hình 3.4: Động cơ giảm tốc cốt âm mitsubishi 100w

Hình 3.5: Sơ đồ tác dụng mô men xoắn lên trục quay

Hình 3.6: Động cơ Giảm Tốc Cốt Âm TL4070

Hình 3.6: Sơ đồ chịu lực trục đỡ

Hình 3.7: B ảng thông số tiêu chuẩn gối đỡ

Hình 3.8: Sơ đồ chịu lựctrục quay

Hình 3.9: Sơ đồ chịu lực thanh đỡ máy

Hình 3.10: M ặt cắt ngang của lắp ghép then bằng

Hình 3.11: Sơ đồ kiểu lắp ghép then cố định trên trục (a)- then dẫn

hướng (b)

Hình 3.12: Sơ đồ kiểu lắp ghép then có chiều dài then lớn

Hình 3.13: B ản vẽ tổng thể của đồ gá xoay

Hình 3.14: Gá l ắp và hàn đính

Hình 3.15: Mài s ửa hoàn thiện

Hình 3.16: Đường kính ban đầu của trục

Hình 3.17: Gia công chi ti ết trục trên máy tiện vạn năng tại

Trường cao đẳng nghề công nghệ cao Hà Nội

Hình 3.18: Phôi trên máy c ắt CNC laser fiber

Hình 3.19: Mâm quay hoàn thi ện

Hình 3.20: Khoan l ỗ trên thanh bắt máy

Hình 3.21: Hàn chi ti ết bảo vệ máy

Hình 3.22: Phôi trên máy c ắt CNC laser fiber

Hình 3.23: T ấm bảo vệ khi hoàn thiện

Hình 3.24: H ệ thống điều khiển góc nghiêng

Hình 4.2: B ộ giao diện hiển thị

Hình 4.3: C ấu tạo chung của biến tần

Hình 4.4: Kh ối đầu nối dây của biến tần

Hình 4.5: Các đầu dây

Hình 4.6: Các đầu dây mạch chính

Hình 4.7: Các đầu kết nối mạch điều khiển

Hình 4.8: V ị trí các bộ phận trên hộp điều khiển

Hình 4.9: H ộp điều khiển chuyển động quay của động cơ

Hình 5.1: Sơ đồ các bước lập trình điều khiển hàn robot kết nối

v ới hệ thống đồ gá xoay

Hình 5.2: Thu ật toán điều khiển

Hình 5.3: Ngu ồn OMRON

Hình 5.4: Các v ị trí đầu nối dây trên nguồn OMRON

Hình 5.5: Sơ đồ điều khiển

Hình 5.6: Đấu nối các đầu dây vào nguồn OMRON

Hình 5.7: Đấu dây cấp điện vào nguồn OMRON

Hình 5.8: Đấu dây đầu vào của 2 rơ le

Hình 5.9: Đấu dây điều khiển chiều quay của động cơ

Hình 5.10: Đấu dây điều khiển với biến tần OMRON

Hình 5.11: K ết nối đầu dây vào bộ điều khiển của robot

Hình 6.1: Ki ểm tra sự hoạt động bình thường của các vị trí kết nối

ngu ồn điện cơ

Hình 6.2: L ắp dây hàn lên hệ thống hàn robot

Hình 6.3: Nút điều chỉnh khoảng cách từ đầu bép hàn đến bề mặt

v ật hàn

Hình 6.4: K ết nối khí bảo vệ CO 2 v ới hệ thống hàn robot

Hình 6.5: Nút điều chỉnh lượng khí bảo vệ

Hình 6.6: V ị trí tay quay trên trục vít me

Hình 6.7: Chương trình điều khiển robot thực hiện hàn

Hình 6.8: Chuy ển công tắc sang chế độ hàn liên tục

L ỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các quý thầy, cô đã giảng dạy trong chương trình học cao học ngành công nghệ hàn, Viện cơ khí- Trường Đại học bách khoa Hà Nội Những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức vô cùng hữu ích về chuyên ngành Công nghệ Hàn để làm cơ sở cho tôi thực hiện luận văn này

Đặc biệt tôi cũng xin chân thành cảm ơn PGS TS Nguyễn Tiến Dương

Thầy đã tận tình hướng dẫn cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn Mặc dù trong

thời gian làm luận văn cũng có lúc không được thuận lợi, nhưng với sự nhiệt tình và kinh nghiệm của các Thầy đã tạo điều kiện thúc đẩy giúp đỡ tôi trong thời gian thực

hiện đề tài

Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy, cô đang giảng dạy tại

Viện Cơ Khí- Trường Đại học bách khoa Hà Nội, đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và xưởng thực hành hàn đã tạo điều kiện cho tôi thiết kế

và chế tạo đồ gá xoay quanh hai trục kết nối robot hàn của đề tài luận văn Đồng

thời tôi cũng xin trân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa cơ khí trường Cao đẳng nghề công nghệ cao Hà Nội đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành đề tài

Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên luận văn tôi thực hiện còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được ý kiến của quý thầy/ cô

và các bạn đồng nghiệp góp ý

Hà N ội, Ngày ……tháng … năm 2019

Học viên

L ỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Đào Đức Thùy, học viên lớp cao học 17ACNH.KH Sau 2 năm học

tập, nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa Hà nội, được sự hướng dẫn và giúp

đỡ của các thầy cô giáo, đặc biệt là sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn tốt nghiệp

PGS.TS Nguy ễn Tiến Dương tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khóa

học

Với đề tài Luận văn tốt nghiệp là: "Nghiên cứu thiết kế và điều khiển đồ gá

quay hai tr ục kết nối với robot hàn hồ quang" Tôi xin cam đoan đây là công trình

nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Tiến Dương

và chỉ tham khảo các tài liệu được liệt kê, tôi không sao chép công trình của các cá

nhân khác dưới bất kì hình thức nào Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà N ội, Ngày … tháng … năm 2019

Học viên

PH ẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do ch ọn đề tài

Trên thực tế có rất nhiều dạng kết cấu, chi tiết với những đường hàn phức tạp, biên dạng đặc biệt mà nếu đơn thuần người công nhân dù tay nghề rất cao cũng rất khó hoặc không thực hiện được Vấn đề này sẽ được đồ gá hàn thực hiện với nhiệm

vụ: “Luôn đưa chi tiết hàn về vị trí thuận lợi nhất để thực hiện hàn” Dùng đồ gá, không những nâng cao chất lượng sản phẩm mà nó còn mang lại năng suất lao động

rất cao

Thiết kế được đồ gá hàn hai trục quay kết nối với robot hàn sẽ trở thành một

hệ thống hàn tự động, các đường hàn được thực hiện với chất lượng và năng suất rất cao

Ở nước ta hiện nay, hầu hết tại các công ty, xí nghiệp vẫn đang sử dụng đồ gá hàn có kết cấu đơn giản Đồ gá hiện đại có tính tự động đều nằm trong các nhà máy, công ty nước ngoài hoặc liên doanh với nước ngoài Bởi vì cho đến nay, đồ gá hiện đại có đơn giá rất cao, đôi khi tương đương với thiết bị (robot) Không những vậy

đồ gá lại không đễ dàng mua ngay được Để giải quyết vấn đề này chúng ta rất cần

có sự đầu tư đáng kể cho công việc nghiên cứu, chế tạo và sử dụng đồ gá hàn nội địa

2 M ục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài là: Nghiên cứu thiết kế và điều khiển đồ gá quay hai trục kết nối với robot hàn hồ quang góp phần nâng cao chất lượng và tăng

năng suất khi chế tạo các sản phẩm hàn

Hiện nay, ở một số cao đẳng nghề và trung cấp nghề có đào tạo nghề Hàn, Chế

tạo thiết bị cơ khí được học các môn đồ gá cơ khí, hàn robot,… cũng cần phải có hệ

thống đồ gá xoay quanh hai trục để giúp các em có mô hình thiết kế, chế tạo Đề tài còn được thực hiện với mục đích để đào tạo và nghiên cứu khoa học

3 Nhi ệm vụ nghiên cứu

Làm chủ thiết kế và chế tạo mô hình đồ gá hàn hai trục quay kết nối với robot hàn

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích, tổng hợp các tài liệu đã có trên thế giới về hướng nghiên cứu của

đề tài

- Nghiên cứu thử nghiệm trên thiết bị được chế tạo

5 C ấu trúc luận văn

Luận văn được chia thành 3 phần:

PH ẦN MỞ ĐẦU: Trình bày về mục đích, lý do, tính cấp thiết của đề tài, nội dung,

phương pháp nghiên cứu

PH ẦN NỘI DUNG:

- Tổng quan về đồ gá trong lĩnh vực hàn

- Phân tích các chuyển động khi hàn hồ quang

- Phân tích ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn đến chất lượng mối hàn

- Tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí của đồ gá hàn hai trục quay

- Thiết kế hệ thống điều khiển đồ gá

- Xây dựng thuật toán, viết chương trình điều khiển và kết nối với robot hàn

- Viết bài báo, viết luận văn và chuẩn bị thủ tục bảo vệ

K ẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ

PH Ụ LỤC

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ GÁ TRONG LĨNH VỰC

HÀN

1.1 Khái ni ệm về đồ gá hàn

Đồ gá là một thiết bị dùng để hỗ trợ và giải phỏng sức lao động của con người

Nó giúp cho công việc của người công nhân được nhẹ nhàng và hoàn thành một cách nhanh chóng bởi vì khi có đồ gá thì các chi tiết cần gia công được định vị và

kẹp chặt một cách chính xác và nhanh chóng

Đồ gá hàn là một thiết bị đồ gá chuyên dụng, dùng để lắp ráp và hàn các chi

tiết với nhau Đồ gá hàn đảm bảo cho các chi tiết cần hàn được định vị, kẹp chặt

một cách nhanh chóng và chính xác làm cho năng suất sản xuất được nâng cao,

giảm giá thành sản phẩm

1.2 Yêu c ầu của đồ gá trong lĩnh vực hàn

Bộ đồ gá được chế tạo giúp cho quá trình gá lắp các chi tiết cần hàn nhanh hơn

và dễ dàng hơn với độ chính xác cao Do đó khi thiết kế, chế tạo đồ gá cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đảm bảo độ chính xác, không gây ra biến dạng cong vênh trong qúa trình hàn cũng như sau khi hàn xong Cơ cấu định vị cũng như kẹp chặt phải đảm bảo không làm biến dạng hay làm giảm chất lượng bề mặt của các chi tiết cần hàn

- Có thể điều chỉnh được kích thước của đồ gá trong phạm vi cho phép để có

thể áp dụng gá lắp cho nhiều loại sản phẩm trên cùng một bộ đồ gá

- Đồ gá phải đảm bảo cứng vững

- Dễ dàng tiến hành thay thế một bộ phận nào đó bị hỏng hóc trong toàn bộ hệ

thống, tức là dễ dàng tháo dời từng bộ phận trong tổng thành chung

- Quá trình điều khiển phải thuận lợi, số lượng người điều khiển hệ thống không quá nhiều

- Việc đưa sản phẩm vào gá lắp cũng như khi đưa sản phẩm ra ngoài phải đảm

bảo nhanh và dễ dàng

- Bộ đồ gá gọn nhẹ, thuận tiện trong việc vận chuyển

- Kết cấu của đồ gá đơn giản, dễ chế tạo

- Giá thành không quá cao khi chế tạo một bộ đồ gá

- Vật liệu chế tạo đồ gá dễ kiếm, giẻ tiền

1.3 T ầm quan trọng của đồ gá

Nâng cao năng suất để giảm chi phí là một trong những mục tiêu của nền sản

xuất hiện đại Việc sử dụng đồ gá đã làm giảm thời gian chu kỳ gia công sản phẩm

Việc sử dụng đồ gá trong gia công mang lại nhiều lợi ích như sau:

- Nâng cao năng suất:

Nhờ sử dụng đồ gá mà đã loại trừ việc vạch dấu, định vị bằng tay (rà gá) và

kiểm tra thường xuyên vị trí tương đối giữa chi tiết gia công Điều này đã làm giảm

thời gian phụ Bằng cách sử dụng đồ gá có kết cấu cứng vững cũng cho phép cắt vơi

tốc độ cao vì thế giảm được thời gian gia công cơ bản Việc giảm thời gian phụ và

thời gian gia công cơ bản đã nâng cao năng suất gia công

- Nâng cao độ chính xác:

Khi chi tiết được gá trong đồ gá vị trí của chi tiết so với máy và dụng cụ cắt được xác định một cách chính xác

- Không c ần sử dụng thợ bậc cao:

Nhờ vào đồ gá mà việc định vị và kẹp chặt chi tiết trở nên dễ dàng và đơn

giản Do đó, không cần nhiều đến kỹ năng gá lắp và điều chỉnh Bất cứ người bình thường nào cũng có thể được huấn luyện để sử dụng đồ gá thay cho thợ bậc cao Điều này cũng góp phần giảm chi phí gia công

- M ở rộng khả năng công nghệ của máy:

Có thể thiết kế những đồ gá thích hợp cho các yêu cầu công nghệ khác nhau

3

Điều này có thể cho phép gia công các bề mặt phức tạp hay các nguyên công khác nhau trên các máy thông thường

- Đảm bảo tính đồng đều của chi tiết được gia công:

Nhờ đồ gá mà loạt chi tiết được gia công đồng nhất về chất lượng chế tạo vì

thế đảm bảo tính đổi lẫn khi lắp ráp Bất kỳ chi tiết nào trong loạt cũng phù hợp với yêu cầu lắp ráp và tất cả các chi tiết đều có thể thay thế cho nhau

- Gi ảm chi phí:

Như đã nói ở trên, việc sử dụng đồ gá đã nâng cao năng suất gia công và giảm chi phí nhân công Bên cạnh đó, việc sử dụng đồ gá còn làm giảm phế phẩm khi gia công Kết quả là làm giảm đáng kể chi phí gia công

Phân lo ại theo nguyên công:

- Đồ gá gia công cơ, đồ gá gia công nhiệt, đồ gá hàn…

- Đồ gá lắp ráp

- Đồ gá đo lường, kiểm tra

Phân lo ại theo nhóm máy:

5

- Đồ gá trên máy gia công cơ: tiện, phay, khoan,…

- Đồ gá trên thiết bị đo kiểm

+ Đồ gá vạn năng – lắp ghép:

Đồ gá vạn năng – lắp ghép được sử dụng trong sản xuất đơn chiếc hoặc hàng

loạt nhỏ Đồ gá này được lắp ghép từ những chi tiết được chế tạo sẵn và được lưu

giữ trong kho Độ chính xác gia công chi tiết trên đồ gá vạn năng – lắp ghép phụ thuộc vàochất lượng lắp ráp, độ mòn và trạng thái của các chi tiết định vị

6

Hình 1.5: Đồ gá vạn năng -lắp ghép a) k ết cấu; b) sơ đồ; c) các chi tiết:

1 – cơ cấu tỳ với chốt định vị; 2- cơ cấu định vị; 3- mỏ kẹp; 4- đai ốc kẹp;

5- phi ến tỳ mặt bên; 6- phiến tỳ mặt đáy; 7- phiến tỳ mặt đầu

+ Đồ gá vạn năng - điều chỉnh:

Hình 1.6: Đồ gá vạn năng - điều chỉnh

Đồ gá vạn năng - điều chỉnh được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa khi

việc sử dụng đồ gá vạn năng không mang lại hiệu quả kinh tế Đồ gá vạn năng điều

7

chỉnh gồm các chi tiết được lắp với nhau có điều chỉnh thay đổi Khi thay đổi chi

tiết điều chỉnh thì thân đồ gá và các cơ cấu truyền động được giữ nguyên

Hệ lỗ trên đế đồ gá lắp ghép điều chỉnh đảm bảo độ chính xác, độ cứng vững và độ

ổn định cao hơn hệ rãnh trên đồ gá vạn năng – lắp ghép

+ Đồ gá chuyên dùng:

Đồ gá chuyên dùng chỉ được sử dụng cho một nguyên công nhất định vì vậy

nó chỉ được thiết kế để gia công một chi tiết nhất định Các loại đồ gá này cho phép

gá đặt nhanh và đạt được độ chính xác gá đặt cao Để giảm giá thành chế tạo đồ gá người ta sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn Thời gian sử dụng đồ gá chuyên dùng từ 3

÷ 5 năm

Thông thường loại đồ gá này được sử dụng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối Kết cấu của đổ gá chỉ được dùng để gia công một loại chi tiết nhất định

Hình 1.7: Đồ gá chuyên dụng để hàn thùng đựng dầu – công ty TNHH Thành Long

+ Trong sản xuất ô tô thì đồ gá giữ kẹp chặt khung ô tô để cho robot hàn có vai trò cực kì quan trọng Góp phần tăng năng suất, hiểu quả làm việc

Cơ cấu định vị thường được cố định trong đồ gá Nó được dùng để thiết lập

và duy trì vị trí của chi tiết gia công trong đồ gá bằng cách ràng buột các chuyển động của chi tiết Đối với những chi tiết có sự thay đổi nhiều về hình dáng cũng như điều kiện bề mặt thì người ta thường dùng cơ cấu định vị điều chỉnh được

- Các cơ cấu kẹp chặt:

Cơ cấu kẹp chặt dùng để kẹp chặt chi tiết gia công, đảm bảo giữ nguyên vị trí của chi tiết dưới tác dụng của ngoại lực

- Thân đồ gá:

Thân đồ gá là phần tử kết cấu chính của đồ gá Các cơ cấu khác của đồ gá

sẽ được lắp trên thân đồ gá và thân đồ gá duy trì mối quan hệ không gian giữa các

phần tử đồ gá với nhau

1.6.V ật liệu làm đồ gá:

Đồ gá được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau tùy theo mục đích sử

dụng Có loại được tôi cứng đạt độ cứng (58 ÷ 63) HRC nhằm tăng tính chống mòn,

có loại được giữ nguyên tính chất ban đầu của nó Đôi khi người ta sử dụng vật liệu không chứa sắt như đồng đỏ pha phốt pho để giảm mài mòn bề mặt của cặp lắp

9

ghép Hoặc người ta sử dụng nylon hay vật liệu sợi để ngăn cản sự hư hỏng chi tiết gia công Sau đây là một số vật liệu thường dùng để chế tạo đồ gá gá đặt chi tiết cũng như đồ gá gá dao:

- Thép gió (High Speed Steel –HSS)

Các cơ cấu của đồ gá có tác dụng để xác định chính xác vị trí yêu cầu của chi

tiết gia công đối với các dụng cụ cắt gọt gọi là các chi tiết định vị của đồ gá

Phân lo ại:

+ Các chi tiết định vị chính: là các chi tiết có thể khử được một số hoặc toàn

bộ bậc tự do của chi tiết gia công Loại này có thể điều chỉnh được

+ Các chi tiết định vị phụ: Là các chi tiết dùng để tăng thêm độ cứng vững

của chi tiết gia công mà không tác dụng khử bậc tự do

Yêu c ầu đối với chi tiết định vị:

- Số lượng và sự phân bố các chi tiết định vị chính được phân bố sao cho phôi

dễ dàng định vị tại vị trí cần thiết trong đồ gá và vị trí đó không bị thay đổi trọng lượng bản thân

- Các chi tiết định vị cần đủ độ cứng vững để không bị biến dạng bởi lực cắt hay lực kẹp

- Các chi tiết định vị cần được phân bố sao cho phương tác dụng của lực cắt hay lực kẹp không tách rời hoặc làm dịch phôi với các chi tiết định vị Muốn vậy thì

10

các chi tiết định vị cần được phân bố sao cho lực cắt hay lực kẹp hướng vào nó hoặc

gần một chi tiết nào đó

- Độ bền mòn bề mặt làm việc của chi tiết định vị phải nằm trong phạm vi cho phép vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác định vị của phôi trong đồ gá

Do đó, các chi tiết định vị được làm bằng thép thấm các bon trên bề mặt để đạt được

- Chốt tỳ đầu phẳng dùng để định vị mặt phẳng đã qua gia công

Chốt tỳ chỏm cầu, chốt tỳ đầu có khía nhám dùng để định vị mặt phẳng thợ

- Để dễ thay thế chốt khi bị mòn người ta dùng chốt tỳ cuống có bạc lót Các chốt tỳ cố định được lắp với thân đồ gá theo mối ghép H7/r6; H7/n6 Bạc lắp

với cuống theo mối ghép H7/j6 hoặc H7/h6

11

Hình 1.9: Phi ến tỳ cố định

- Loại có rãnh nghiêng loại này rất hay dùng

Hình 1.10: Phi ến tỳ cố định loại có rãnh nghiêng

12

Chốt tỳ tự lựa được sử dụng khi chuẩn định vị là mặt thô, có sai số lớn hoặc

có bậc Chốt tỳ tự lựa cho phép nâng cao độ cứng vững của chi tiết gia công và

giảm áp lực trên các điểm tỳ

- Ch ốt tỳ phụ

Chốt tì phụ không tham gia khống chế bậc tự do mà chỉ có tác dụng làm tăng

độ cứng vững cho chi tiết gia công

K ết luận chương 1:

- Trong chương này tác giả đã trình bày tổng quan về đồ gá và đồ gá hàn cũng như các cơ cấu, chi tiết dùng trong đồ gá

- Tác giả đã đi vào phân tích và làm rõ yêu cầu, tầm quan trọng của đồ gá hàn

- Tiếp theo tác giả đi phân tích một số loại vật liệu dùng để gia công các chi

tiết để tạo nên bộ đồ gá, đồ gá hàn

15

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG KHI HÀN HỒ

ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN 2.1 Phân tích chuy ển động khi hàn hồ quang

2.1.1 Các chuy ển động chính của que hàn, mỏ hàn

Trong kỹ thuật hàn hồ quang muốn hình thành mối hàn, người thợ hàn phải

thực hiện chuyển động que hàn, mỏ hàn đáp ứng được các yêu cầu sau: Đưa dọc

trục que hàn từ trên xuống dưới, chuyển động theo trục dọc của mối hàn nhằm phủ

hết chiều dài mối hàn, chuyển động ngang mối hàn nhằm đảm bảo chiều rộng mối hàn theo yêu cầu

1- Chuy ển động dọc trục que hàn; 2- Chuyển động dọc trục đường hàn;

3- Dao động ngang

Hình 2.1: Các chuy ển động của que hàn

* Chuy ển động dọc trục que hàn:

- Nhiệm vụ của chuyển động này là duy trì hồ quang Nếu dịch chuyển que hàn

chậm hơn so với tốc độ nóng chảy thì chiều dài hồ quang tăng dần lên đến một giá

trị nào đó sẽ làm tắt hồ quang, nếu tốc độ dịch chuyển que hàn dọc trục nhanh quá làm rút ngắn khoảng cách hồ quang dẫn đến ngắn mạch

- Khoảng cách hồ quang dài hay ngắn có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mối hàn, trong hầu hết mọi trường hợp chiều dài hồ quang không lớn hơn đường kính que hàn

16

- Nếu dùng hồ quang dài để hàn, chất lượng mối hàn kém đi, rất dễ bị thổi lệch

hồ quang làm tăng khả năng mất mất nhiệt của hồ quang và vùng nóng chảy nên chiều sâu nóng chảy tương đối thấp Sự bắn tóe kim loại cũng xảy ra mạnh hơn, lãng phí que hàn Do vậy, khi hàn nên dùng hồ quang ngắn để hàn

-Trong hàn GMAW, GTAW thì người thợ sẽ không phải thực hiện thao tác

dịch chuyển này Vì trong hàn GMAW thì dây hàn được cấp tự động, khi hàn GTAW thì dây hàn được cấp vào bể hàn thông qua bộ cấp dây hoặc do tay còn lại

của người thợ cấp

*Chuy ển động dọc trục đường hàn (chuyển động về phía trước theo đường hàn):

Chủ yếu làm cho kim loại que hàn và kim loại nóng chảy vật hàn tạo thành

mối hàn Tốc độ chuyển động của que hàn có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn Nếu chuyển động nhanh quá, hồ quang không kịp làm cho que hàn và vật hàn nóng chảy nhiều dẫn đến mối hàn có kích thước nhỏ cũng như chất lượng mối hàn kém (hàn chưa thấu) Nếu tốc độ chậm quá lượng nóng chảy kim loại nhiều, mối hàn to, ngoài ra kim loại vật hàn bị nung nóng nhiều nếu vật hàn mỏng gây thủng hay biến dạng vật hàn

Cho nên tốc độ hàn cần căn cứ vào: Chiều dày vật hàn, đường kính que hàn, chiều rộng mối hàn mà chọn phù hợp

* Dao động theo phương ngang:

Dao động theo phương ngang của que hàn đảm bảo cho mối hàn đạt kích thước chiều rộng, phạm vi dao động ngang có quan hệ với chiều rộng và đường kính que hàn Nếu dao động ngang lớn thì chiều rộng mối hàn lớn Chiều rộng mối hàn thông thường không quá (2÷5) lần đường kính que hàn (chiều rộng mối hàn có quan hệ với chiều dày vật hàn)

2.1.2 Các phương pháp dao động của mỏ hàn, que hàn

Dao động que hàn hình đường thẳng:

Hình 2.2: Di chuy ển que hàn theo đường thẳng

17

Do không có dao động ngang của que hàn, hồ quang hàn cháy ổn định, độ sâu nóng

chảy lớn, chiều rộng mối hàn hẹp, thông thường không quá 1,5 lần đường kính que hàn Cho nên cách này dùng để hàn lớp hàn thứ nhất của mối hàn nhiều lớp và khi hàn tấm dày từ (3÷5) mm không vát cạnh

Dao động que hàn theo đường thẳng đi lại:

Hình 2.3: Di chuy ển que hàn theo đường thẳng đi lại theo đường thẳng đi lại theo

hướng hàn

Đặc điểm của cách dao dao động này được ứng dụng khi hàn lớp hàn thứ nhất kiểu nhiều lớp, những đầu nối có khe hở tương đối, hàn thép tấm mỏng

Dao động que hàn hình răng cưa:

Hình 2.4: Di chuy ển que hàn theo hình răng cưa

Cách đưa que hàn hình răng cưa là do đầu que hàn di động liên tục theo hình răng cưa và di động về phía trước, ở hai cạnh thì dừng mọt lúc để đề phòng khuyết tật

Mục đích là khống chế tính lưu động của kim loại chảy và đảm bảo bề rộng mối hàn

cần thiết để cho mối hàn hình thành tốt

Phương pháp này dễ thao tác, trong sản xuất thường áp dụng nhiều Phạm vi ứng

dụng: Hàn bằng, hàn ngửa, hàn đứng giáp mối, hàn ke góc

Dao động que hàn hình bán nguyệt:

Hình 2.5: Di chuy ển que hàn theo hình bán nguyệt

Được dùng rộng rãi trong quá trình hàn Theo cách này cho đầu que hàn chuyển động sang trái, sang phải theo hình bán nguyệt và theo hướng hàn

Dao động que hàn theo hình tam giác nghiêng:

Hình 2.6: Di chuy ển que hàn theo hình tam giác xếp nghiêng

Phương pháp này thích hợp với những mối hàn vát mép ở vị trí ngang, mối hàn góc ở vị trí bằng (sấp), hàn leo (hàn theo phương thẳng đứng) và hàn ngửa (hàn

trần)

Ưu điểm: Phương pháp này dựa vào sự dịch chuyển dao động của que hàn để

khống chế kim lại chảy, làm cho mối hàn hình thành tốt

Dao động que hàn theo hình tam giác cân:

Hình 2.7: Di chuy ển que hàn theo hình tam giác cân

Cách đưa que hàn theo hình tam giác cân thích hợp khi hàn đứng vát mép và hàn góc đứng Đặc điểm của nó là một lần có thể hàn được mặt cắt của mối hàn tương đối dày, mối hàn ít bị khuyết tật, nâng cao hiệu suất

Dao d ộng que theo hình tròn:

19

Hình 2.8: Di chuy ển que hàn theo hình tròn

Thích hợp khi hàn những vật tương đối dày ở vị trí bằng

Ưu điểm: Khả năng làm cho kim loại nóng chảy có nhiệt độ cao, bảo đảm cho

Ôxy, Ni tơ hòa tan trong vùng nóng chảy có dịp thoát ra đồng thời làm cho xỉ hàn

nổi lên

Dao động que hàn theo hình vòng tròn lệch:

Hình 2.9: Di chuy ển que hàn theo hình vòng tròn lệch

Thích hợp khi hàn ngang, hàn ngửa Đưa que hàn theo hình vòng tròn lệch

chủ yếu khống chế kim loại nóng chảy không cho chảy xệ, nhỏ giọt xuống hình thành mối hàn

2.2 Phân tích ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn đến chất lượng mối hàn

Trong kỹ thuật hàn, để mối hàn đẹp có nhiều yếu tố, trong đó góc nghiêng mỏ hàn so với mặt phẳng chứa sản phẩm và khoảng cách từ điện cực đến sản phẩm cực

kỳ quan trọng

Góc nghiêng m ỏ hàn:

Tư thế cầm mỏ hàn ảnh hưởng tới chất lượng mối hàn khi giữ nguyên việc điều chỉnh chế độ hàn

Khi thay đổi góc nghiêng của mỏ hàn thì tầm với điện cực cũng bị thay đổi

- Tầm với điện cực (B) là khoảng cách giữa đầu dây hàn (điện cực) và mép pép tiếp điện Khi tăng dần tầm với điện cực, nhiệt nung nóng đoạn dây hàn này sẽ

20

tăng, dẫn tới giảm cường độ dòng điện hàn cần thiết để nóng chảy điện cực theo tốc

độ cấp dây nhất định Khoảng cách này rất quan trọng khi hàn thép không gỉ, sự

biến thiên nhỏ cũng có thể làm tăng sự biến thiên của dòng điện một cách rõ rệt

Tầm với điện cực tỷ lệ thuận với lượng nhiệt Joule - Lentz sinh ra (R.I2.t)

Hình 2.10: T ầm với điện cực (Contact tip to work Distance)

- Tầm với điện cực quá lớn sẽ làm dư kim loại nóng chảy ở mối hàn, giảm độ

ngấu và lãng phí kim loại hàn, tính ổn định của hồ quang sẽ bị ảnh hưởng Khi tầm

với điện cực quá lớn thì dễ dẫn đến hiện tượng khí bảo vệ không thể bảo vệ hoàn toàn bể hàn khỏi môi trường không khí xung quanh dễ dẫn đến hiện tượng rỗ khí

Tầm với điện cực quá nhỏ sẽ làm cho ống tiếp xúc (ống kẹp điện cực) bị quá

tải về nhiệt, làm các giọt kim loại bắn tóe dính vào mỏ hàn, chụp khí, làm cản trở dòng khí bảo vệ gây ra rỗ xốp trong mối hàn Bên cạnh đó nếu tầm với điện cực quá

nhỏ thì khó kiểm soát được hồ quang và dễ làm cho kim loại bắn tóe đọng lại ở đầu phun cho nên không tạo được hồ quang liên tục trong khoảng thời gian dài và khó nhìn thấy đường hàn khi thực hiện hàn

21

T ầm với điện cực nhỏ T ầm với điện cực trung bình T ầm với điện cực lớn

Hình 2.11: S ự thay đổi hình dạng mối hàn khi thay đổi tầm với điện cực

- Giá trị của tầm với điện cực phụ thuộc vào đường kính điện cực và loại khí bảo

B

22

Nozzle - ch ụp khí; Contact tip - bép hàn; Nozzle – to – work distance – khoảng

cách làm vi ệc tính từ chụp khí; Wire extension – phần nhô điện cực; Contact tip –

to – work distance – kho ảng cách làm việc tính từ bép hàn; Arc length – chiều dài

Trong thực tế khi hàn GMAW với các giá trị dòng điện hàn xác định thì người

thợ có thể thực hiện hàn với định hướng sau:

Dây hàn đường kính Ø0.8 Dây hàn đường kính Ø1.2

23

Hình 2.13: Kho ảng cách làm việc tính từ đầu chụp khí phụ thuộc vào dòng điện hàn

Trong thực tế khi thực hiện hàn bán tự động trong môi trường khí bảo vệ thì người thợ có sẽ thao tác với ba trường hợp: Mỏ hàn nghiêng về phía trước, mỏ hàn nghiêng về phía sau và mỏ hàn thẳng đứng

Mỏ hàn nghiêng về phía trước còn gọi là phương pháp hàn kéo, hồ quang tập trung vào kim loại cơ bản chưa nóng chảy, còn phần nhỏ hướng vào kim loại vũng hàn đang nóng chảy

Ph ương pháp hàn kéo

Ph ương pháp hàn đẩy

24

Nghiêng v ề phía trước (phương pháp hàn kéo)

Th ẳng đứng

Nghiêng v ề phía sau (phương pháp hàn đẩy)

Tính ổn định của hồ quang Kém hơn Trung bình Khá hơn

Chiều rộng mối hàn Rộng hơn Trung bình Hẹp hơn

Do vậy, chiều sâu ngấu mối hàn sẽ nông, diện tích tiếp xúc của hồ quang với

vật hàn rộng nên chiều rộng mối hàn lớn, đồng thời do hồ quang chủ yếu tập trung vào kim loại cơ bản chưa nóng chảy nên mật độ hạt mang điện ít do đó hồ quang không ổn định, mức độ bắn tóe tăng, áp lực hồ quang vào vũng hàn nhẹ nên không

thể khuấy trộn kim loại lỏng của vũng hàn, các loại khí và các tạp chất không thể

nổi lên hết bề mặt vũng hàn do đó chất lượng mối hàn không cao

Phương pháp này áp dụng khi hàn chi tiết có chiều dày mỏng hoặc lấp khe hở

để hạn chế sự chảy thủng của vật hàn Tuy nhiên, nghiêng mỏ hàn như vậy người

thợ hàn dễ khống chế vũng hàn và di chuyển mỏ hàn

Ngược lại, nghiêng mỏ hàn về phía sau nhiệt hồ quang phần lớn tập trung vào vũng hàn nóng chảy, còn phần nhỏ hướng vào kim loại vật hàn chưa nóng chảy nên

khả năng đảo lộn kim loại lỏng của vũng hàn tốt hơn làm cho các tạp chất dễ nổi lên

bề mặt vũng hàn đem lại chất lượng mối hàn cao, đồng thời chiều sâu ngấu của mối hàn sẽ cao hơn, mật độ hạt mang điện tích trong không gian hồ quang cũng tăng do

vậy hồ quang cháy ổn định hơn, sự bắn tóe giảm xuống

25

Hình 2.14: Góc độ mỏ hàn khi hàn đẩy

Tuy nhiên, diện tích mặt cắt ngang của cột hồ quang cũng giảm nên bề rộng

mối hàn giảm, ứng dụng khi hàn chi tiết có chiều dày lớn để đảm bảo chiều sâu

ngấu

K ết luận chương 2:

- Trong quá trình hàn, người thợ thực hiện ít nhất là 2 hoặc 3 chuyển động

để hoàn thiện 1 đường hàn Tùy theo yêu cầu về kích thước của mối hàn

Qua phân tích ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn khi thực hiện hàn GMAW đến chất lượng mối hàn tác giả sẽ lựa chọn thực hiện hàn đồ gá xoay quanh hai trục kết nối với robot hàn hồ quang là phương pháp hàn đẩy để cho mối hàn có chiều sâu ngấu tốt hơn, ít bắn tóe hơn

26

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KẾT

3.1 Sơ đồ nguyên lý của đồ hàn hai trục quay

Hiện nay, để giải quyết các công đoạn gá đính và hàn các chi tiết dạng tròn,

dạng ống với số lượng lớn thì các doanh nghiệp đòi hỏi phải có đồ gá hàn có thế quay quanh các trục Qua khảo sát thì tác giả thấy, hiện nay có rất nhiều loại đồ gá hàn quay quanh hai trục:

Hình 3.1: Đồ gá hàn quay quanh hai trục

Tuy nhiên, đề tài của tác giả chủ yếu đi vào nghiên cứu, chế tạo đồ gá hàn xoay quanh hai trục, để hàn các chi tiết dạng ống, trụ tròn và hàn mặt bích giữa chi

tiết ống với chi tiết tấm, sản phẩm hàn có khối lượng nhỏ hơn 20Kg Đặc biệt có thể đưa vào ứng dụng để làm đồ gá xoay phục vụ cho cắt ống và đào tạo một số mô đun, môn học chế tạo phôi, đồ gá cơ khí, hàn robot tại Trường cao đẳng nghề Công nghệ cao Hà Nội nên tác giả đã lựa chọn sơ đồ nguyên lý cho luận văn này như hình

vẽ 3.2

27

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của đồ gá hàn hai trục quay

1 Mâm quay; 2 – Tr ục quay; 3 – động cơ; 4 – trục đỡ; 5 - ổ đỡ; 6 – khung đỡ; 7 – dây k ết nối; 8- hệ thống điều khiển

Nguyên lý hoạt động: Khi cấp điện nguồn cho hệ thống điều khiển 8 thì động

cơ 3 cũng được cấp điện Chúng ta cài đặt tốc độ quay, chiều quay ở trên hệ thống điều khiển 8, đồng thời ấn nút điều khiền quay thuận hay quay nghịch thì lúc này động cơ 3 sẽ quay Khi động cơ 3 quay thì trục quay 2 và mâm quay 1 sẽ quay theo

một tỉ số truyền nhất định Để có tốc độ quay phù hợp cho các quá trình hàn TIG, MIG/MAG, SMAW, hàn robot,… thì ở trên hệ thống điều khiển 8 sử dụng hệ thống điều khiển vô cấp

1

2

345

86

7