BÀI GIẢNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN

Ch-ơng 1- Một số khái niệm, định nghĩa cơ bản 1.1- Khái niệm cơ bản về cơ khí hoá trong sản xuất cơ khí và trong hàn 1.1.1- Định nghĩa Cơ khí hoá là sự thay thế sức lao động thủ cô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ME4214 Tự đụ̣ng hóa quá trình hàn

1 Tờn học phần: TỰ ĐỘNG HểA QUÁ TRèNH HÀN

 Học phần tiờn quyết: cỏc học phần thuộc chuyờn ngành Cụng nghệ hàn

 Học phần học trước: cỏc học phần thuộc khối kiến thức cơ bản, cơ sở và chuyờn ngành rộng của ngành Cơ Khớ

 Học phần song hành:

7 Mục tiờu học phần:

Sau khi học xong học phần này, sinh viờn nắm vững được: mục đớch, ý nghĩa, phạm vi của CKH, TĐH trong sản xuất cơ khớ và trong quỏ trỡnh hàn; một số định nghĩa, khỏi niệm cơ bản; cỏc cụng việc TĐH trong quỏ trỡnh hàn; cỏc trang thiết bị chủ yếu phục vụ cho quỏ trỡnh hàn bỏn

9 Nhiệm vụ của sinh viờn:

 Dự lớp: theo quy chế của nhà trường

 Thớ nghiệm: thực hiện bài thớ nghiệm tại phũng thớ nghiệm

 Dụng cụ học tập: thiết bị thớ nghiệm hàn bỏn tự động của Bộ mụn

 Cỏc nội dung khỏc:

10 Đánh giá kết quả: KT(0,3); T(0,7)

 Dự lớp: đỏnh giỏ sinh viờn theo qui chế dự lớp của Trường

 Thớ nghiệm: đỏnh giỏ qua nộp bỏo cỏo thớ nghiệm

 Kiểm tra định kỳ: đỏnh giỏ bằng kết quả điểm kiểm tra giữa kỳ

 Thi cuối học kỳ: thi tự luận

11 Tài liệu học tập

 Sỏch, giỏo trỡnh, bài giảng chớnh:

1- Bài giảng Tự động hoỏ quỏ trỡnh hàn, GVC TS Nguyễn Ngọc Thành, Bộ mụn Hàn - CNKL, Viện Cơ Khớ, ĐHBK Hà Nội, 2009 - 2010

 Sỏch tham khảo: xem đề cương chi tiết

12 Nụ̣i dung chi tiết học phần:

TỰ ĐỘNG HểA QUÁ TRèNH HÀN

Người soạn: GVC TS Nguyễn Ngọc Thành

Mở đầu

Mục đích, ý nghĩa, phạm vi của CKH, TĐH

CKH, TĐH trong sản xuất cơ khí và trong sản xuất hàn

Ch-ơng 1- Một số khái niệm, định nghĩa cơ bản

1.1- Khái niệm cơ bản về cơ khí hoá trong sản xuất cơ khí và trong hàn

1.3- Dây chuyền SXTĐH trong hàn

Ch-ơng 2- các công việc tự động hóa trong QUÁ TRèNH hàn

2.1- Khái niệm

2.1.1- Khỏi niệm về quỏ trỡnh hàn

2.1.2- Cỏc dạng quỏ trỡnh hàn

2.1.3- Quy trỡnh cụng nghệ hàn

2.2- Tự động hoá việc gá lắp phôi hà n

2.2.1- Khỏi niệm, đặc điểm và ứng dụng

2.2.2- Cỏc trang thiết bị dựng cho tự động hoá gá lắp phôi

2.3- Tự động hoá các thao tác hàn

2.3.1- Khỏi niệm, đặc điểm và ứng dụng

2.3.2- Cỏc trang thiết bị sử dụng thực hiện tự động hoỏ cỏc thao tác hàn

2.4- Tự động hoá vận chuyển phôi hà n

2.4.1- Khỏi niệm, đặc điểm và ứng dụng

2.4.2- Cỏc trang thiết bị sử dụng thực hiện tự động hoỏ vận chuyển phôi

2.5- Tự động hoá các thông số chế độ hàn (máy hàn tự động)

2.5.1- Khỏi niệm, đặc điểm và ứng dụng

2.5.2- Cỏc trang thiết bị, phần tử sử dụng tự động hoá các thông số chế độ hàn

Ch-ơng 3- các trang thiết bị chủ yếu phục vụ cho quá trình hàn tự

3.2.1- Khái niệm và những đặc điểm chớnh của hệ thống rụ bốt hà n

3.2.2- Không gian hoạt động, số bậc tự do, độ cơ động và hệ số phục vụ

4.2.1- Khỏi niệm và phõn loại

4.2.2- Một số dạng, kết cấu và kớch thước phụi hàn dạng đơn

4.2.3- Một số dạng, kết cấu và kớch thước phụi hàn dạng kết cấu hàn

4.3- Phõn loại, đặc điểm và phạm vi ứng dụng đồ gỏ hàn

4.3.1- Phõn loại

4.3.2- Đặc điểm và phạm vi ứng dụng

4.4- Nguyờn tắc gỏ lắp phụi trong hàn

13 Tài liệu tham khảo:

[1]- Trần Văn Đắc - Lý thuyết điều chỉnh tự động, tập 1, 2 Nhà xuất bản Đại học và Trung

học Chuyên nghiệp Hà Nội 1983

[2]- Đặng Vũ Giao - Cơ sở điều khiển hệ thống tự động, tập 1, 2, 3 Nhà xuất bản Đại học và

Trung học Chuyên nghiệp Hà Nội 1983

[3]- Đồ gá gia công cơ,Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, GS.TS Trần Văn Địch

[4]- Klaus Golduer - Điều khiển học và tương lai của nó Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ

0- Mở đầu

0.1- Mục đích, ý nghĩa CKH, TĐH (CKH, TĐH)

- Nâng cao năng suất lao động, chất l-ợng sản phẩm

- Cải thiện điều kiện, môi tr-ờng lao động (giảm c-ờng độ lao động, giải phóng công nhân khỏi những công việc đơn điệu, lặp đi lặp lại; bảo đảm an toàn môi tr-ờng lao động không bị ô nhiễm, độc hại), con ng-ời có điều kiện h-ớng tới các hoạt động dịch vụ, giải trí, nâng cao chất l-ợng cuộc sống

- Luôn hoàn thiện sản phẩm theo các tiêu chí: đẹp, tiện lợi, nhiều tính năng, tin cậy, rẻ tiền v.v., và h-ớng tới những sản phẩm có chứa đựng các yếu tố thông minh, phù hợp với lối sống, tập quán văn hóa từng địa ph-ơng, quốc gia

- Dần dần TĐH sẽ làm thay đổi mọi thứ trong hoạt động sản xuất, nh-: nâng cấp nhà x-ởng, chất l-ợng trang thiết bị, máy móc, dụng cụ, đồ gá; thay đổi tác phong, lề lối phong cách làm việc, cách tổ chức và quản lý sản xuất, và hầu hết các quá trình tính toán thiết kế đều đ-ợc TĐH,

do đó nâng cao không ngừng chất l-ợng thiết kế

0.2- Phạm vi của CKH, TĐH

CKH, TĐH là những phạm trù rộng, bao trùm mọi hoạt động nghiên cứu khoa học, sản xuất ở mọi ngành nghề, lĩnh vực

0.2.1- Trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất hàng tiêu dựng

Có thể thấy rất nhiều loại thiết bị, máy móc, dây chuyền TĐH, chẳng hạn:

- Các máy cơ khí: máy ép gạch men ốp lát, máy đóng số phục vụ cho bán vé tàu, xe, máy

đóng gói, cân, đo, đếm, phân loại, v.v

- Các máy tự động: máy đóng gói, cân đong, đo, đếm tự động, in nhãn mác, kiểm tra tự động, dệt vải, in, thêu tự động, sản xuất thuốc (viên, n-ớc), phân loại sản phẩm tự động v.v

- Trong dịch vụ công cộng: các máy bán hàng, rút tiền tự động, các cửa ra/vào, thang máy tự

động, hệ thống điều khiển phân luồng giao thông tự động, các thiết bị tự động đóng mở vòi n-ớc, sấy khô, các trạm thu phí, bán xăng tự động, các đèn chiếu sáng tự động, cảnh báo tự động hoả hoạn, động đất, khí độc v.v

- Các dây chuyền sản xuất tự động: chăn nuôi, vắt sữa, trồng cây, gieo hạt, sản xuất bánh kẹo, r-ợu bia, sản xuất xi măng, gạch ngói, sản xuất các thiết bị y tế, d-ợc phẩm, thông tin, điện tử (điện thoại, máy tính, ti vi, tủ lạnh, điều hoà, máy giặt, v.v.)

0.2.2- Trong lĩnh vực công nghiệp chế tạo máy móc, thiết bị

(Của các ngành: Chế tạo máy , Điện, Xây dựng, Giao thông, Công nghệ Thông tin, Y, D-ợc, Thực phẩm, Hoá chất, Dệt may, các ngành Khảo sát, thăm dò, Khai thác v.v.)

Ví dụ trong ngành Cơ khí chế tạo:

- Các máy công cụ truyền thống (vạn năng, chuyên dùng)

- Các máy và thiết bị gia công áp lực (máy gia công chuẩn bị phôi)

- Các máy và thiết bị đúc, gồm các trang thiết bị đúc trong khuôn cát, các máy đúc trong khuôn kim loại, v.v

- Các máy công cụ tự động cứng (nhóm I, II và III) điều khiển bằng trục phân phối

- Các máy công cụ tự động (mềm) điều khiển số (NC), điều khiển số bằng máy tính (CNC),

điều khiển khả lập trình (PLC)

- Các trung tâm gia công (NC hay CNC) có thể thực hiện đ-ợc rất nhiều công việc gia công thay cho nhiều máy, nh-: tiện, phay, khoan, khoét, doa, gia công ren, v.v (tổ hợp nhiều nguyên công trên một máy) với năng suất, chất l-ợng cao, ổn định

Các máy gia công kim loại, các trung tâm gia công nói trên có thể đ-ợc tổ hợp thành một dây chuyền cơ khí đồng bộ, hoặc tự động hoá từng công đoạn, từng phần, hoặc tự động hoá toàn bộ từ

“A” đến “Z” cả một quá trình công nghệ chế tạo, ví dụ:

- Dây chuyền sản xuất CKH: dây chuyền sản xuất đúc, dây chuyền gia công cơ khí, dây chuyền hàn, sơn, dây chuyền sản xuất lắp ráp, kiểm tra, bao gói v.v

- Dây chuyền sản xuất cũng thực hiện các chức năng nh- dây chuyền CKH, nh-ng bằng hình thức bán tự động hay tự động hoàn toàn

- Dây chuyền sản xuất tự động linh hoạt cũng là loại dây chuyền sản xuất TĐH đồng bộ, điều khác nhau cơ bản là ở chỗ, dây chuyền này đáp ứng rất nhanh khi quy trình công nghệ gia công thay đổi Chúng thích hợp với quy mô sản xuất loạt nhỏ và vừa

0.2.3- CKH, TĐH trong sản xuất hàn

CKH, TĐH trong sản xuất hàn - là một khỏi niệm rộng Trước hết cần hiểu rằng - cỏc nội

dung (hoạt động) cơ bản của sản xuất hàn sẽ bao gồm:

a- Hoạt động sản xuất vật liệu hàn (vớ dụ: vật liệu bảo vệ mối hàn (khớ, rắn); dõy/que hàn; vật

liệu làm sạch chỗ chuẩn bị hàn (thuốc hàn dạng lỏng/rắn), v.v.)

b- Hoạt động tổ chức, quản lý thiết kế và gia cụng, chế tạo cỏc kết cấu, sản phẩm hàn bằng

cỏc mức độ (hỡnh thức) CKH, bỏn tự động hay tự động húa

c- Cỏc hoạt động kiểm tra, thanh tra giỏm sỏt hàn

Cỏc hoạt động trờn đều cú thể ứng dụng CKH, TĐH nhằm nõng cao hiệu quả sản xuất Trong học phần này, sau khi tỡm hiểu một số khỏi niệm, định nghĩa cơ bản về CKH, TĐH trong sản xuất cơ khớ, trong hàn, sẽ tập trung vào tỡm hiểu cỏc cụng việc TĐH, cỏc trang thiết bị chủ yếu phục vụ cho quỏ trỡnh hàn tự động và thiết kế đồ gỏ hàn (mụ đun bỏn TĐ, TĐ)

Ch-ơng 1- Một số khái niệm, định nghĩa cơ bản

1.1- Khái niệm cơ bản về cơ khí hoá trong sản xuất cơ khí và trong hàn

1.1.1- Định nghĩa

Cơ khí hoá là sự thay thế sức lao động thủ công (bằng tay) của ng-ời thợ bằng máy móc để

thực hiện việc gia công, chế tạo các chi tiết máy, hay máy móc, thiết bị theo một quy trình công

nghệ xác định

1.1.2- Một số dạng (loại cụng việc) CKH cơ bản

Trong sản xuất cơ khí, có rất nhiều công việc cần đ-ợc CKH, có thể tạm chia ra năm dạng cơ bản sau:

- CKH quá trình gia công chuẩn bị phôi (trên các thiết bị: gia công áp lực, đúc, hàn)

- CKH quá trình gia công cắt gọt (trên các máy công cụ truyền thống)

- CKH quá trình vận chuyển (bằng nhiều loại ph-ơng tiện, thiết bị CKH khác nhau tuỳ theo

hình dạng, kích th-ớc và khối l-ợng phôi liệu, ví dụ: cổng trục, cầu trục, pa lăng điện, xe nâng/hạ, băng tải, băng lăn, máng tr-ợt, cơ cấu xếp phôi liệu v.v

- CKH công việc gá lắp phôi trên máy gia công kim loại (các loại đồ gá kẹp phôi cơ khí, khí

nén, hoặc kết hợp gá kẹp bằng cơ - điện, cơ - khí nén, v.v.)

- CKH quá trình lắp ráp (thực hiện bằng các trang thiết bị, đồ gá vạn năng hoặc chuyên

dùng, nh-: các dụng cụ lắp ráp (các bộ dụng cụ tháo/lắp, các loại súng lắp ráp, v.v.), các đồ gá lắp ráp (ê tô, mỏ kẹp, vam, bàn quay, phân độ, v.v.)

D-ới đây giới thiệu một số trang thiết bị chính để CKH quá trình vận chuyển phôi liệu

Băng lăn - là ph-ơng tiện vận chuyển phôi liệu, sản phẩm đến và đi qua các máy gia công

hay giữa các vị trí lắp ráp Băng lăn có kết cấu là những con lăn đ-ợc gá lắp song song trên giá

đỡ Phôi sẽ di chuyển vuông góc với trục các con lăn đến vị trí xác định nhờ độ nghiêng của băng lăn (hỡnh 1.3, hoặc dùng tay đẩy nhẹ phôi trên băng lăn)

Xích tải treo- (hình 1.1) là ph-ơng tiện vận chuyển phôi liệu, sản phẩm với nhiều hình dạng

khác nhau đến các vị trí gia công khác nhau Đ-ợc dùng trong sản xuất hàng loạt, nh- các dây chuyền lắp ráp, mạ, sơn v.v

Hình 1.1- Xích tải treo

Cầu trục - (hình 1.2) là ph-ơng tiện vận chuyển phôi liệu khối l-ợng, kích th-ớc lớn đến các

vị trí gia công theo yêu cầu hoặc phục vụ gá lắp trên máy gia công trong phân x-ởng

Chuyển động khối dầm 1 (dọc theo phân x-ởng) đ-ợc thực hiện bằng động cơ 2 thông qua hộp giảm tốc 3 (trên khối dầm 1, xe tời 4 di chuyển nhờ động cơ 5); điều khiển các chuyển

động của khối 1 và xe 4 trong buồng 6

nhờ các nút bấm bằng tay Cầu trục còn

có các con lăn 7, hệ thống dây tải điện

Máng tr-ợt - là ph-ơng tiện vận chuyển phôi đến cơ cấu cấp phôi, rồi từ đó cấp cho các máy

gia công (th-ờng là máy tự động cứng), hay vận chuyển phôi từ vị trí gia công này đến vị trí gia công khác Sự di chuyển của phôi nhờ độ nghiêng của máng (máng nghiêng) Hình dáng của máng đ-ợc thiết kế, chế tạo phù hợp với hình dáng phôi cần vận chuyển (hình 1.3)

Thiết bị xếp phôi (cơ cấu cấp phôi) - để xếp phôi tự động vào vị trí làm việc Hình 1.3 trình

bày cơ cấp phôi tự động kết hợp với máng nghiêng

Trong quá trình gia công chi tiết, CKH có thể thực hiện từng phần, ví dụ: trong các máy công

cụ truyền thống, hầu hết mọi hoạt động của máy đều đ-ợc CKH (nh- các chuyển động cắt gọt, chuyển động chạy dao, bôi trơn, làm mát v.v.), một số thao tác khác ch-a đ-ợc CKH, ví dụ: gá

lắp dụng cụ cắt, chọn chế độ cắt, kiểm tra chi tiết gia công v.v.; hoặc một số quá trình sản xuất

đ-ợc CKH toàn bộ, ví dụ: quá trình sản xuất thép cán, từ công đoạn chuẩn bị phôi đến vận

chuyển xếp sản phẩm vào kho đ-ợc CKH thành dây chuyền sản xuất v.v

Tuy nhiên, khi thiết kế một quy trình công nghệ hay một quá trình sản xuất, không nhất thiết phải CKH toàn bộ, có những thao tác, công việc nếu đ-a CKH vào thì rất phức tạp, tốn kém, trong khi thực hiện bằng tay (thủ công) thì đơn giản hơn nhiều, vấn đề là sự phù hợp với điều

kiện thực tế và hiệu quả kinh tế đem lại

1.2- Khái niệm cơ bản về tự động hoá trong sản xuất cơ khí và trong hàn

1.2.1- Mụ̣t số định nghĩa cơ bản

Trong sản xuất cơ khí, TĐH là mức độ phát triển cao hơn CKH Có đ-ợc sự khác biệt đó là

do hình thức điều khiển trong TĐH Vì vậy, tr-ớc khi hiểu TĐH là gì, cần làm quen một số khái niệm cơ bản liên quan d-ới đây

Điều khiển học (theo [ 2]) - là Khoa học về sự điều khiển, truyền và xử lý thông tin trong các

hệ thống kỹ thuật và phi kỹ thuật (trong các cơ thể sống, v.v.); hoặc rõ hơn - là Khoa học về điều

khiển các hệ thống động phức tạp, trong đó nghiên cứu, ứng dụng các lĩnh vực về công nghệ

thông tin, kỹ thuật điều khiển tự động và lý thuyết thuật toán vào việc điều khiển các hệ thống

đó

Điều khiển - là sự tác động có mục đích lên đối t-ợng điều khiển theo một quy luật xác định

tr-ớc Cụ thể hơn, điều khiển là quá trình thu nhận và xử lý thông tin, tác động lên đối t-ợng điều khiển để đạt đ-ợc các kết quả theo mục đích xác định tr-ớc

Hệ thống điều khiển - là một tập hợp các thành phần vật lý có mối liên hệ và tác động qua lại

với nhau, để chỉ huy hoặc hiệu chỉnh bản thân (các thành phần vật lý) hoặc một hệ thống khác Hình 1.5 - ví dụ về hệ điều khiển (kín) động cơ chạy dao máy tiện và một số máy gia công cắt gọt

Hình 1.5- Hệ thống điều khiển (kín) động cơ chạy dao

Tín hiệu vào V- l-ợng chạy dao (ngang hoặc dọc) yêu cầu Tín hiệu ra C- l-ợng chạy dao

(ngang hoặc dọc) thực tế R- Tín hiệu vào chuẩn E- Tín hiệu tác động B- Tín hiệu phản hồi M-

Tín hiệu điều khiển H- Phần tử phản hồi (cảm biến vị trí) GV- Phần tử vào chuẩn (hộp chạy

dao) G1- Các phần tử điều khiển của bộ điều khiển động cơ G2 - Đối t-ợng điều khiển U-

Nhiễu (tín hiệu vào không mong muốn), ảnh h-ởng nhiễu đến giá trị của tín hiệu ra C

V, R, M, C, B, E, U - các biến số của hệ G1, G2, GV H - các phần tử của hệ

Tuyến thuận - từ tín hiệu tác động E đến tín hiệu ra C

Tuyến phản hồi - từ tín hiệu ra C đến tín hiệu phản hồi B

Phản hồi âm - tại điểm tụ tồn tại phép trừ: E = R – B

Phản hồi d-ơng - tại điểm tụ tồn tại phép cộng: E = R + B

Điểm tụ (bộ so sánh)- Biểu diễn thuật toán cộng hoặc trừ, ký hiệu vòng tròn (A) Hai hay

nhiều biến vào có thể cộng hoặc trừ tại điểm tụ Đầu ra điểm tụ là tổng đại số các đầu vào

Điểm tán- khi cùng một tín hiệu hoặc biến số vào đ-ợc phân ra nhiều nhánh từ một điểm,

điểm đó gọi là điểm tán, ký hiệu nốt tròn đen (D)

Điều chỉnh- là sự tác động vào đối t-ợng nhằm khởi động, duy trì, làm thay đổi hoặc chấm

dứt một quá trình hoạt động kỹ thuật, công nghệ nào đó

Về bản chất, điều chỉnh cũng giống điều khiển, nh-ng ở phạm vi cụ thể và hẹp hơn

Phân loại hệ thống điều khiển

Hiện có nhiều cách phân loại hệ thống điều khiển, mỗi cách phân loại theo những chỉ tiêu

khác nhau, chẳng hạn, theo: dạng tín hiệu (rời rạc hay liên tục), lớp các ph-ơng trình vi phân mô

tả động lực học hệ thống, dạng năng l-ợng tiêu thụ, số vòng kín trong hệ, dạng truyền động trong

hệ, v.v Để làm cơ sở nghiên cứu các nội dung cơ bản của lý thuyết điều khiển, ng-ời ta phân

loại theo nguyên lý điều khiển; có hai nguyên lý điều khiển cơ bản: nguyên lý điều khiển kín (hệ

thống điều khiển kín) và nguyên lý điều khiển hở (hệ thống điều khiển hở)

Hệ thống điều khiển hở - là hệ thống mà tác động điều khiển R độc lập với đầu ra C (hình

1.6a) Hệ thống điều khiển hở có một số đặc điểm (so với hệ kín):

- Độ chính xác điều khiển cao

- Dễ bị tác động bởi các biến đổi xung quanh

- Đáp ứng chậm khi tác động vào thay đổi

- Đơn giản, gia thành thấp

Hệ thống điều khiển kín - là hệ thống mà tác động điều khiển R phụ thuộc đầu ra C (hình

1.5; 1.6b) Hệ thống điều khiển kín có một số đặc điểm (so với hệ hở):

Hình 1.6- Hệ điều khiển hở (a) và kín (b)

- Độ chính xác điều khiển đ-ợc nâng cao và phụ thuộc vào nhiều yếu tố

- Tốc độ điều khiển (đáp ứng) nhanh

- Hệ thống điều khiển phức tạp hơn, giá thành cao hơn

- Hạn chế đ-ợc các tác động khi có những biến đổi xung quanh

VẬY: Tự động hoá (trong sản xuất Cơ khí) - là quá trình điều khiển tự động các hoạt động

sản xuất cơ khí bằng ch-ơng trình điều khiển lập tr-ớc theo yêu cầu đặt ra Ng-ời thợ không phải

trực tiếp can thiệp hay tác động vào các hoạt động đó, mà chỉ cần kiểm tra, giám sát chúng

1.2.2- Các thiết bị, phần tử trong hệ thống điều khiển tự động

Trong hệ thống điều khiển tự động, những phần tử, thiết bị cơ bản gồm có:

Cảm biến (bộ cảm biến) - là phần tử (hay thiết bị) để xác định (đo) sự thay đổi trạng thái của

đại l-ợng vật lý (ví dụ: nhiệt độ, áp suất, dòng điện, điện áp, c-ờng độ ánh sáng, c-ờng độ âm thanh, lực, mô men, dịch chuyển, vận tốc, gia tốc, v.v.), rồi chuyển các thông tin về sự thay đổi này (ở dạng tín hiệu điện hoặc khí nén, hoặc thuỷ lực, v.v.) đến thiết bị so sánh của bộ điều khiển Phần tử phản hồi H (hình 6.8; 6.9b) chính là phần tử cảm biến

Bộ so sánh - là thiết bị để so sánh (thực hiện các phép toán so sánh hoặc số học) giữa đại

l-ợng ra (giá trị thực) với đại l-ợng vào (giá trị cần), rồi chuyển (sự chênh lệch vào/ra) thành tín hiệu tác động đến phần tử điều khiển để biến đổi, xử lý tiếp

Bộ khuếch đại - là thiết bị để khuếch đại (công suất) các tín hiệu đo l-ờng (th-ờng rất nhỏ,

cỡ phần trăm đến phần vạn của Watt), tr-ớc khi đ-ợc chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển tác

động đến cơ cấu chấp hành

Thiết bị khuếch đại cũng có rất nhiều loại, chẳng hạn: máy điện khuếch đại, khuếch đại từ, khuếch đại rơ le, khuếch đại điện tử bán dẫn, v.v Ngoài ra còn dùng các bộ khuếch đại thuỷ khí

có hệ số khuếch đại lớn, và th-ờng đ-ợc sử dụng làm luôn cả chức năng của thiết bị chấp hành, khi đó gọi là động cơ séc vô hay cơ cấu séc vô

Bộ chấp hành - là thiết bị thực hiện các quy luật điều khiển tác động lên đối t-ợng sản xuất;

trong kỹ thuật điều khiển tự động, th-ờng là các loại động cơ: b-ớc, một chiều, hai pha xoay chiều, sec vô mô tơ, v.v.; các loại động cơ thuỷ lực, khí nén; các cơ cấu cơ khí v.v

Bộ điều khiển - là thiết bị để l-u trữ, trao đổi, xử lý thông tin và phát lệnh (tín hiệu) điều

khiển Bộ phận chủ yếu của thiết bị là máy tính và các thiết bị ngoại vi (màn hình, bàn phím, máy

in, ca mê ra, v.v.)

Đối t-ợng điều khiển - là những đại l-ợng hay các quá trình vật lý tồn tại trong tự nhiên và

kỹ thuật, chúng nhiều vô hạn Riêng trong lĩnh vực sản xuất cơ khí, đối t-ợng điều khiển nhiều không có giới hạn Ví dụ: một quy trình công nghệ gia công chi tiết, hay hoạt động của các cơ cấu máy gia công cơ khí, các thiết bị nâng vận chuyển, các đồ gá, v.v là các đối t-ợng điều khiển

Để điều khiển các đối t-ợng, đầu tiên ng-ời ta phải mô tả chúng bằng lý thuyết (mô tả toán học) hay thử nghiệm (ví dụ, khi điều khiển rô bốt, ch-ơng trình điều khiển có thể lập bằng cách dạy học cho rô bốt, nó sẽ nhớ và ghi lại bài học thành ch-ơng trình) hay kết hợp cả hai

1.2.3- Mức độ TĐH

TĐH có thể thực hiện từng phần hoặc toàn bộ nguyên công hoặc quá trình sản xuất nào đó

Tự động hoá từng phần có thể đ-ợc thực hiện một số thao tác hay b-ớc trong một nguyên

công, hoặc một số nguyên công trong một quy trình công nghệ

Tự động hoá toàn bộ có thể đ-ợc thực hiện tại một nguyên công, hay cả một quy trình công

nghệ, hoặc một phân x-ởng, thậm chí cả một nhà máy sản xuất cơ khí, khi đó gọi là những dây chuyền sản xuất TĐH

Việc ứng dụng TĐH từng phần hay toàn bộ tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của nơi sản xuất, nh-: sản l-ợng, chất l-ợng, kiểu dáng, mẫu mã sản phẩm; chất l-ợng trang thiết bị, máy móc, trình độ tổ chức, quản lý sản xuất, v.v Có những dây chuyền sản xuất, nhiều khi ng-ời ta kết hợp cả CKH và TĐH, thậm chí có cả một số thao tác, công việc lại thực hiện thủ công thì hiệu quả kinh tế đem lại lớn hơn nhiều so với TĐH toàn bộ dây chuyền đó

1.2.4- Các hình thức tự động hoá

a-Tự động hoá cứng

Tự động hoá cứng - là TĐH mà quá trình điều khiển hoạt động của thiết bị, máy móc và

dụng cụ thực hiện bằng ch-ơng trình điều khiển cứng, đ-ợc thiết lập theo yêu cầu thiết kế, chế

tạo sản phẩm Quá trình điều khiển tự động, ng-ời thợ không phải trực tiếp can thiệp vào các hoạt

động đó, mà chỉ cần kiểm tra, giám sát chúng

Trong sản xuất cơ khí, các máy đ-ợc TĐH cứng th-ờng là các máy gia công cắt gọt, nh-: máy tiện rêvônve, các máy tự động điều khiển bằng trục phân phối (máy tự động nhóm I, nhóm II, nhóm III), nh-: tiện, phay, bào, khoan, v.v hay các máy gia công cơ khí khác, nh-: máy dập, máy cắt thép tấm, v.v

Ch-ơng trình điều khiển cứng đ-ợc l-u trữ trong một số cơ cấu cơ khí, phần lớn là cơ cấu

cam, v.v Việc tính toán, thiết kế cơ cấu cam đ-ợc trình bày trong môn học Nguyên Lý Máy Các máy TĐH cứng ứng dụng gia công các chi tiết máy trong sản xuất hàng loạt lớn hay hàng khối; chu kỳ sản xuất kéo dài (hàng tuần, hàng tháng hoặc lâu hơn nữa) Mối khi thay đổi chi tiết gia công, phải thay đổi ch-ơng trình cứng, tức là phải tính toán, thiết kế, chế tạo lại cơ cấu cam khác, nên thời gian “ lập trình” chuẩn bị sản xuất rất lâu, có khi hàng tháng trời

Một số hệ tự động điều khiển bằng công tắc hành trình hoặc bằng cam

Hệ thống tự động điều khiển vị trí (công tắc hành trình) - là hệ thống điều khiển khống chế và

đổi chiều chuyển động các cơ cấu chấp hành bằng cách sử dụng các cữ chặn (hay còn gọi là gối tựa) tác động lên các phần tử chuyển đổi (công tắc hành trình) từ tín hiệu tác động thành tín hiệu

điều khiển điện hoặc tín hiệu điều khiển cơ

Hình 1.7a, b mô tả nguyên lý hệ điều khiển vị trí, điều khiển chuyển động tự động qua lại của bàn máy (cơ cấu chấp hành): bàn 1 chuyển động (qua lại) trên sống tr-ợt của thân 2, khi các cữ chặn 4 hoặc 5 tác động vào các công tắc hành trình 3 hoặc 6, chuyển tín hiệu điện về bộ điều khiển, điều khiển động cơ đổi chiều quay, do đó đảo chiều chuyển động bàn 1

Hình 1.7b: bàn 1 chuyển động (qua lại), khi các cữ chặn 2 (lắp trên bàn 1) tác động lên đầu cần gạt 3, làm thanh đẩy 4 dịch chuyển, điều khiển van chỉnh h-ớng 5, do đó điều khiển chiều chuyển động của pít tông 6 và đảo chiều chuyển động bàn 1

Hình 1.7- Hệ điều khiển vị trí

Hệ thống tự động điều khiển chép hình - là hệ thống điều khiển sử dụng chi tiết mẫu có hình

dạng giống chi tiết cần gia công Quỹ đạo chuyển động của dụng cụ cắt đ-ợc điều khiển chép theo hình dạng chi tiết mẫu trong quá trình cắt gọt

Hiện có ba dạng điều khiển bằng chép hình: chép hình cơ khí, chép hình cơ điện, chép hình

thuỷ lực (hình 1.8a, b, c)

Hình 1.8- Hệ điều khiển chép hình cơ khí (a), cơ - điện (b)

Hình 1.8c- Hệ điều khiển thuỷ lực chép hình

Hệ thống tự động điều khiển bằng trục phân phối - là hệ thống điều khiển dùng nhiều cam

khác nhau lắp trên một trục quay, gọi là trục cam phân phối (gọi tắt là trục phân phối) Nh- vậy

trên trục phân phối l-u trữ nhiều ch-ơng trình gia công gồm nhiều chuyển động nối tiếp nhau

(chẳng hạn một số chuyển động: cắt gọt, chạy không, điều khiển v.v.) của một chu kỳ gia công

Hình 1.9 là trục phân phối quay tốc độ nPP (v/p), các cam Ci, i=1ữ5 quay theo Nhờ quy luật

chuyển động đ-ợc thiết, chế tạo trên từng cam, do đó tạo ra các chuyển động lắc (L2, L4, L5) và

tịnh tiến (T1, T3, T5) t-ơng ứng Các chuyển động này sẽ đ-ợc truyền tới các bộ chấp hành bằng

các xích truyền động cơ khí

Hình 1.9- Trục phân phối điều khiển bằng nhiều cam

b- Tự động hoá mềm

Tự động hoá mềm - là TĐH, trong đó quá trình ĐKTĐ các hoạt động của thiết bị, máy móc

và dụng cụ bằng ch-ơng trình điều khiển mềm Quá trình ĐKTĐ, ng-ời thợ không phải trực tiếp

can thiệp hay tác động vào các hoạt động đó, mà chỉ cần kiểm tra, giám sát chúng

ĐKTĐ bằng ch-ơng trình mềm là một b-ớc và h-ớng phát triển cao của TĐH, có nhiều -u

điểm hơn TĐH cứng Mỗi khi nhu cầu về sản phẩm thay đổi (số l-ợng tăng, kiểu dáng, mẫu mã, chất l-ợng v.v.) thì mọi công việc chuẩn bị cho sản xuất sản phẩm mới đ-ợc rút ngắn đi rất nhiều bằng việc lập lại ch-ơng trình gia công mới, thay vì việc phải tính toán, thiết kế, chế tạo thử nghiệm, hiệu chỉnh các cơ cấu điều khiển cơ khí mới, tr-ớc khi đ-a chúng vào sản xuất Vì vậy TĐH mềm rất phù hợp với sự thay đổi, biến động của sản phẩm và có thể áp dụng cho mọi

quy mô sản xuất, từ đơn chiếc, sửa chữa, loạt nhỏ cho đến loạt lớn hay hàng khối

Mụ̣t số khái niệm lien quan

a- Ch-ơng trình gia công, dữ liệu ch-ơng trình và mã hoá dữ liệu

Ch-ơng trình gia công

Để gia công chi tiết trên máy ĐK ch-ơng trình số, đầu tiên phải chuẩn hoá lại cách ghi kích th-ớc trên bản vẽ thiết kế chi tiết, sau đó thiết lập quy trình công nghệ gia công; tiếp đến là

chuyển toàn bộ nội dung của quy trình công nghệ gia công thành Ch-ơng trình gia công chi tiết

thông qua một ngôn ngữ lập trình nào đó Cuối cùng, muốn máy hoạt động theo ch-ơng trình vừa

lập, toàn bộ nội dung ch-ơng trình phải đ-ợc mã hoá thành tín hiệu số (để máy đọc và hiểu

đ-ợc) và chuyển thành tín hiệu điều khiển hoạt động các cơ cấu chấp hành trong máy

Hiện nay ngôn ngữ lập trình có rất nhiều loại, phát triển ở từng mức độ khác nhau tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng Có thể thấy một số loại sau:

- Ngôn ngữ bậc thấp (ngôn ngữ máy - Asembler), lập cho các mạch vi xử lý (thẻ điện tử)

- Ngôn ngữ bậc cao (Pascal, Fortran, Basic, C+

, C++

v.v.), lập cho các máy tính cá nhân

- Ngôn ngữ thiết kế cho các ứng dụng công nghiệp (d-ới dạng các biểu đồ lô gíc, sơ đồ bậc thang, dãy lệnh v.v.), lập cho các máy tính cá nhân, máy tính chuyên dụng công nghiệp trong hệ thống tự động khả lập trình

Do sự phát triển đa dạng của ngôn ngữ lập trình, Hội đồng Tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO đã nghiên cứu và thống nhất đ-a ra ngôn ngữ lập trình cho các máy NC, CNC Chẳng hạn tiêu chuẩn ISO 6983, ISO 646, ISO 2972 v.v Hoặc một số n-ớc cũng có những tiêu chuẩn riêng, ví dụ DIN

66025 (Đức), OCT 13052-74 (Nga) v.v

Dữ liệu ch-ơng trình

Toàn bộ nội dung quy trình công nghệ gia công (lập thành ch-ơng trình gia công) - gọi là dữ

liệu ch-ơng trình Trong gia công cơ khí, dữ liệu ch-ơng trình có ba loại:

- Dữ liệu hình học, động học: gồm các thông tin liên quan đến chuyển động bàn máy, chi tiết

gia công và dụng cụ cắt; cụ thể là: hệ trục toạ độ xác định vị trí t-ơng đối giữa bàn máy, chi tiết gia công và dụng cụ cắt; kích th-ớc chi tiết, dạng nội suy; các dạng dao, kích th-ớc và vị trí của chúng

- Dữ liệu kỹ thuật, công nghệ: gồm các thông tin liên quan đến chế độ cắt gọt, điều kiện gia

công; chẳng hạn: tốc độ quay trục chính, b-ớc tiến dao gia công, chạy không, v.v

- Dữ liệu phục vụ gia công: gồm các thông tin liên quan đến phục vụ cho quá trình gia công,

ví dụ: chu kỳ kích th-ớc và chu kỳ gia công; kho dao, số hiệu và sự lựa chọn dao, điểm thay dao; kiểm tra kích th-ớc chi tiết, chế độ bôi trơn, làm mát; dọn phoi; các điều kiện về an toàn, v.v

Mã hoá dữ liệu

Các dữ liệu trên đ-ợc mã hoá trên cơ sở hệ nhị phân, gồm các yếu tố:

- Bít - đơn vị thông tin nhỏ nhất và là phần tử cơ bản để mã hoá dữ liệu Một bít đ-ợc biểu

diễn bởi chữ số “ 0” hoặc “ 1”

- Byte - các bít đ-ợc xếp thành hàng ngang trên 8 cột dọc, gọi là một byte tuỳ theo vị trí của

các bít “ 0” hoặc “ 1” trong một byte, mà mỗi byte có thể biểu diễn: một chữ số hay một ký hiệu toán học (+, - , ) hay một chữ cái, v.v nào đó

- Từ - tập hợp hai byte nối tiếp gọi là một từ (Word) Với một từ, có thể biểu diễn một dữ liệu

nào đó của ch-ơng trình

- Câu hoặc khối lệnh - tập hợp nhiều từ sẽ tạo thành một câu hoặc khối lệnh để diễn tả một

quy trình gia công nào đó

Nh- vậy, sau khi mã hoá, ch-ơng trình gia công sẽ là tổ hợp các số “ 0” và “ 1” , rất thuận tiện cho kỹ thuật điều khiển số

b- Máy điều khiển theo ch-ơng trình số (máy NC, CNC)

Hiện nay, điều khiển số (NC - Numerical Control), điều khiển số qua máy tính (CNC - Computer Numerical Control) đ-ợc coi là một h-ớng phát triển riêng của ph-ơng pháp điều

khiển khả lập trình (PLC, xem mục d6) Điều khiển NC, CNC ra đời tr-ớc PLC rất lâu (1952,

chiếc máy công cụ điều khiển số đầu tiên - máy phay trục đứng ra đời tại Học viện Kỹ thuật Massachurett (MIT), Hoa Kỳ, còn PLC ra đời vào khoảng năm 1968 - 1970; tuy nhiên, ý t-ởng

và nguyên lý điều khiển số đã xuất hiện ở Châu âu từ hồi thế kỷ 14), và đi rất sâu theo h-ớng

điều khiển các máy công cụ cũng nh- các máy gia công cơ khí và rô bốt Do đó khi nói đến điều khiển số thì ng-ời ta th-ờng nghĩ ngay đến các máy công cụ NC hay CNC

Vậy điều khiển số là ph-ơng pháp ĐKTĐ các máy gia công cơ khí, rô bốt, v.v và quá trình

gia công, trong đó mọi hoạt động của máy, mọi hoạt động hỗ trợ kỹ thuật, công nghệ khi gia công đ-ợc lập thành ch-ơng trình gia công, mà dữ liệu ch-ơng trình đ-ợc mã hoá bởi mã số nhị phân “ 0” và “ 1” ; chúng biểu thị các con số thập phân, các chữ cái, các ký hiệu đặc tr-ng, v.v chứa đựng toàn bộ nội dung và hợp thành một ch-ơng trình hoạt động gia công của máy

c- Trung tâm gia công

Khái niệm – Trung tâm gia công là một máy công cụ NC hay CNC có thể thực hiện đ-ợc

nhiều “ nguyên công” gia công chi tiết với chỉ một lần gá Chẳng hạn, có thể phay, tiện, khoan, khoét, doa, cắt ren, v.v trên một chi tiết nào đó trong một lần gá Nh- vậy, trung tâm gia công

có thể thay thế cho nhiều máy công cụ khác Hình 1.10 giới thiệu một trung tâm gia công CNC; trên đó có thể: tiện, cắt ren, khoan, khoét, doa, phay, bào, xọc, nhờ chứa đủ dụng cụ trên ổ tích dao

Hình 1.10- Trung tâm gia công CNC

d- Điều khiển tự động khả lập trình (PLC)

Khái niệm - PLC (Programmable Logic Controller) là kỹ thuật điều khiển tự động khả lập

trình Bộ PLC đ-ợc thiết kế, chế tạo dựa trên kỹ thuật vi xử lý Tuy ra đời sau NC và CNC nh-ng lại có phạm vi ứng dụng rộng rãi hơn PLC có thể ứng dụng điều khiển từng thiết bị, máy móc

đơn lẻ cho đến các hệ thống hay các quá trình sản xuất trong nhiều lĩnh vực: hoá chất, thực phẩm, d-ợc, y học, sinh học, v.v.; hay các hệ thống sản xuất công nghiệp, nh-: các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện, các dây chuyền tự động sản xuất vật liệu xây dựng, các dây chuyền tự động sản xuất cơ khí; các thiết bị thăm dò, khai thác mỏ d-ới lòng đất, biển; các trung tâm điều khiển toàn bộ hệ thống giao thông thành phố, v.v

Có ứng dụng rộng rãi nh- vậy là do PLC dựa trên cơ sở phát triển công nghệ máy tính điện tử (mạch tích hợp điện tử IC -1959, mạch tích hợp gam rộng LSI - 1965, bộ vi xử lý - 1974, v.v.), tin học và kỹ thuật điều khiển tự động Ngoài ra, PLC còn đ-ợc thiết kế, chế tạo cho phép nhân viên kỹ thuật không đòi hỏi yêu cầu cao về trình độ máy tính, tin học cũng có thể sử dụng, vận hành đ-ợc Hình 1.11 là nguyên lý cấu tạo của bộ PLC

Hình 1.11- Nguyên lý cấu tạo bộ PLC

e- Khái niệm về CAD/CAM và CIM

Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD)

Khi ch-a có máy tính điện tử, thao tác tính toán, thiết kế của kỹ s- phải thực hiện thủ công (thiết kế truyền thống) Sự phát triển và ứng dụng của máy tính cũng nh- một loạt các thành tựu của công nghiệp điện tử - tin học, kỹ thuật điều khiển tự động, các ứng dụng toán học v.v trong những năm 80 - 90 của thập kỷ 20, thực sự đã tạo ra một b-ớc ngoặt có ý nghĩa hết sức to lớn

trong việc tự động hoá tính toán, thiết kế của kỹ s- Đó chính là quá trình thiết kế với sự trợ giúp

của máy tính (CAD - Computer Aided Design) Nhờ có máy tính, CAD có những khả năng sau:

- Thiết kế tạo dựng bản vẽ 2D, ghi kích th-ớc tự động một cách nhanh chóng

- Mô phỏng hình học 3D của vật thể từ bản vẽ 2D và ng-ợc lại, kể cả những vật thể có nhiều

- Thực hiện các phép nội suy hình học, biên dịch các đ-ờng chạy dao chính xác, tạo cơ sở cho công nghệ gia công điều khiển số

- Kết nối, giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D (CMM - Coordinate Measuring Machine, Scanner), từ đó nhanh chóng mô phỏng hình học vật thể từ dữ liệu số (Digitized Data)

do CMM cung cấp, trợ giúp cho việc chỉnh sửa, hoàn thiện sản phẩm nhanh chóng

- Giao tiếp dữ liệu với các định dạng đồ hoạ chuẩn của một số tổ chức và quốc gia, ví dụ: định dạng đồ hoạ chuẩn Autodesk (DIF - Drawing Interchange File), của Viện Công nghệ và Tiêu chuẩn Quốc gia Mỹ, của Hiệp hội Công nghiệp Ô tô Đức, v.v

- Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D ở dạng tập tin phục vụ giao tiếp với các máy điều khiển số

Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính (CAM)

Cũng nh- trong thiết kế, trong quá trình sản xuất, mọi công việc phục vụ cho gia công tạo hình sản phẩm, máy tính đã trở thành công cụ đắc lực trợ giúp cho quá trình này, bao gồm các việc: quản lý, điều khiển và vận hành sản xuất, ng-ời ta gọi đó là sản xuất với sự trợ giúp của máy tính (CAM - Computer Aided Manufacturing) Đặc tr-ng nổi bật nhất của CAM là các máy

NC và CNC đã giới thiệu ở trên

Trong sản xuất hiện đại, giữa CAD và CAM có sự kết hợp và mối quan hệ rất chặt chẽ, sự kết hợp đó (công nghệ CAD/CAM) là một trong những yếu tố quan trọng, tạo ra một hệ thống sản xuất, trong đó đáp ứng đ-ợc nhiều nội dung kinh tế, kỹ thuật cho các cở sở sản xuất cơ khí Ng-ời ta gọi đó là hệ thống sản xuất tích hợp (CIM - Computer Intergrated Manufacturing)

Công nghệ CAD/CAM (hình 1.12b) gồm các giai đoạn: tạo mẫu sản phẩm bằng các thiết bị

đo 3D; thiết kế kỹ thuật, công nghệ dùng CAD mô hình hoá hình học trực tiếp từ các dữ liệu 3D; tạo chi tiết mẫu hay mẫu chép hình bằng các mô hình hình học số l-u trữ trong bộ nhớ máy tính; xuất ra màn hình d-ới dạng mô hình khung l-ới; gia công chi tiết bằng điều khiển số (CAM)

Hình 1.12a Hình 1.12b

Từ đây quá trình sản xuất theo công nghệ CIM đ-ợc mô tả nh- sau (hình 1.13)

CAE - Computer Aided Enginnering; CAPP - Computer Aided Process Planning

MRP II - Manufacturing Resources Planning; PP - Production Planning; CAQ - Computer Aided

Quality Control

Công nghệ CIM trong sản xuất cơ khí giải quyết và đáp ứng các nội dung sau:

- Tự động hoá quá trình thiết kế, chế tạo

- Tự động hoá quá trình quản lý và tổ chức sản xuất

- Tự động hoá quá trình quá trình giám sát chất l-ợng sản phẩm

- Các quá trình trên đ-ợc liên kết thành một hệ thống thống nhất đ-ợc điều khiển bằng máy

tính (CIM)

Hình 1.13- Quá trình sản xuất theo công nghệ CIM

1.3- Dây chuyền SXTĐH trong hàn

Để hiểu rừ khỏi niệm dây chuyền SXTĐH trong hàn, trước hết cần tỡm hiểu thờm khỏi niệm

về dây chuyền sản xuất tự động hoá và hệ thống sản xuất linh hoạt

Dây chuyền SXTĐH - AMC (Automatically Manufacturing Chain) là một hệ thống gồm tập

hợp nhiều máy móc, thiết bị tự động chuyên dùng, hoạt động phối hợp với nhau (thành một dây

chuyền) để chế tạo (hoặc lắp ráp) ra một sản phẩm cơ khí nào đó theo một quy trình công nghệ

xác định tr-ớc

Dây chuyền SXTĐH có một số đặc điểm sau:

- Hầu hết mọi thao tác sản xuất (gia công, lắp ráp v.v.) trên dây chuyền đều đ-ợc TĐH

Ng-ời thợ chủ yếu quan sát, điều chỉnh máy khi cần thiết

- Áp dụng cho sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối

- Năng suất rất cao, chất l-ợng cao và ổn định

- Phôi sử dụng cho những dây chuyền này đ-ợc gia công đạt độ chính xác nhất định, có chuẩn

tinh để gá lắp và l-ợng d- gia công ít nhất

- Chỉ sản xuất hay lắp ráp ra một loại sản phẩm nhất định; khi thay đổi sản phẩm thì phải tổ

chức, thiết kế và bố trí sắp đặt lại thiết bị, máy móc trong dây chuyền theo một quy trình công

nghệ sản xuất khác Nh- vậy thời gian chuẩn bị sản xuất sẽ lâu, chi phí lớn

Hệ thống SXLH - FMS (Flexible Manufacturing System) là một hệ thống gồm tập hợp nhiều

máy móc, thiết bị TĐĐK, trong đó có một số rô bốt công nghiệp, hoạt động phối hợp (thành một

dây chuyền) để chế tạo (hoặc lắp ráp) ra một sản phẩm cơ khí nào đó theo một quy trình công

nghệ xác định tr-ớc Khi sản phẩm thay đổi trong một giới hạn xác định (vật liệu, mẫu mã, kiểu

dáng, kích th-ớc v.v.), không phải tổ chức, thiết kế và bố trí sắp đặt lại thiết bị, máy móc trong

dây chuyền, mà chỉ lập lại ch-ơng trình gia công (hoặc lắp ráp) theo một quy trình công nghệ sản

xuất mới

Ngoài các đặc điểm t-ơng tự nh- dây chuyền SXTĐH, dây chuyền SXLH có thêm một số đặc

điểm sau:

- Thích hợp với mọi loại hình sản xuất, kể cả sản xuất đơn chiếc, nhỏ lẻ

- Gia công, chế tạo đ-ợc nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau trong một phạm vi t-ơng đối

rộng, trong khi thời gian cho các công việc chuẩn bị sản xuất ngắn hơn rất nhiều (từ thiết kế cho

đến chế tạo)

- Mức độ TĐH gần nh- đồng bộ hoàn toàn

Dây chuyền SXTĐH trong hàn - là một dõy chuyền SXTĐH để chế tạo (bằng hà n) ra một

sản phẩm (kết cấu) hàn nào đó theo một quy trình công nghệ xác định tr-ớc

Trong dõy chuyền SXTĐH bằng hàn, thường sử dụng nhiều rụ bốt hàn Tựy mức độ TĐH mà

cỏc rụ bốt này cú thể hoạt động phối hợp với nhau trong dõy chuyền theo sự điều khiển thống

nhất của một trung tõm điều khiển hoặc làm việc độc lập trong một hệ thống hàn tự động (một

mô đun tự động) Hình 1.14 minh họa một dây chuyền SXTĐH hàn vỏ ô tô, hình 1.15 là hệ thống rô bốt hàn

H×nh 1.14- Dây chuyền SXTĐH hàn vỏ ô tô

H×nh 1.15- Hệ thống rô bốt hàn

Túm lại: Dõy chuyền sản xuất tự động hoỏ bằng hàn là dõy chuyền TĐH, chỳng tập hợp

thành một hệ thống gồm: cỏc trang thiết bị, mỏy múc, đồ gỏ, rụ bốt làm việc phối hợp với nhau bằng chương trỡnh lập trước để thực hiện hàn một số hay toàn bộ cỏc nguyờn cụng hàn của một kết cấu hàn nào đú (phụi hàn) Dõy chuyền SXTĐH được ỏp dụng cho sản lượng lớn cỏc phụi hàn

1.2.5- Vấn đề chuyên môn hoá, hiệp tác hoá trong sản xuất Cơ khí

Chuyên môn hoá, hiệp tác hoá trong sản xuất cơ khí là gì?

Chuyên môn hoá, hiệp tác hoá trong sản xuất Cơ khí là sự kết hợp chặt chẽ và khoa học giữa

hai lĩnh vực rất lớn, đó là: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo từng bán sản phẩm (mô đun), sau đó tổ hợp lại thành sản phẩm cơ khí hoàn chỉnh có quy mô, kích th-ớc, khối l-ợng và số l-ợng lớn hơn

Mục đích, ý nghĩa

Do sự phát triển vô cùng đa dạng, phong phú và mức độ phức tạp (về vật liệu, cấu tạo, số l-ợng chi tiết máy, công nghệ chế tạo v.v.) của sản phẩm trong hầu hết các ngành nghề, lĩnh vực sản xuất; ngày nay, chuyên môn hoá, hiệp tác hoá đã trở thành nhu cầu tất yếu của quá trình sản xuất Cơ khí Vì vậy chuyên môn hoá, hiệp tác hoá mang lại mục đích, ý nghĩa sau:

- Rút ngắn thời gian thiết kế, chu kỳ sản xuất

- Giảm nhẹ gánh nặng quản lý tổ chức sản xuất và sự đầu t- quá lớn từ khâu nghiên cứu thiết kế đến chế tạo ra một sản phẩm cơ khí lớn

- Tạo điều kiện đi vào

nghiên cứu chuyên sâu nhằm

không ngừng hoàn thiện chất

Thời gian qua, việc chuyên Hình 1.16- Phân chia máy bay ra nhiều bộ phận, mô đun

môn hoá, hiệp tác hoá đã phát triển với quy mô từ nhỏ (giữa các công ty, hãng, các nhà máy trong một n-ớc) đến phạm vi toàn cầu (giữa các công ty, hãng, các nhà máy của các n-ớc)

Những yếu tố cơ bản để chuyên môn hoá, hiệp tác hoá trong sản xuất cơ khí

Với ý nghĩa to lớn nh- vậy, để thực hiện chuyên môn hoá, hiệp tác hoá trong sản xuất Cơ khí,

cần quan tâm đến một số yếu tố sau:

- Trình độ tổ chức, quản lý sản xuất phải không ngừng đ-ợc nâng cao, luôn điều chỉnh sao cho

khoa học, hợp lý

- Tập trung và luôn đổi mới lĩnh vực tiêu chuẩn hoá và mô đun hoá việc thiết kế, chế tạo sản

phẩm

- Phải có một trình độ khoa học kỹ thuật, công nghệ tiên tiến, đủ mạnh làm cơ sở giải quyết

đ-ợc các vấn đề phức tạp, hóc búa trong thực tế sản xuất và đời sống

- Với xu thế toàn cầu hoá, cần có sự hợp tác giữa các quốc gia trong lĩnh vực sản xuất Cơ khí

và các lĩnh vực công nghiệp liên quan khác

Ch-ơng 2- các công việc tự động hóa trong QUÁ TRèNH hàn

2.1- Khái niệm

2.1.1- Khái niệm về quá trỡnh hàn và TĐH quá trỡnh hàn

Quỏ trỡnh hàn (chủ yếu tập trung vào quỏ trỡnh hàn hồ quang) - là quỏ trỡnh hàn hoàn thiện

một mối hàn hay một đường hàn theo yờu cầu đặt ra; quỏ trỡnh này được bắt đầu từ lỳc gõy hồ

quang - hàn - ngắt hồ quang kết thỳc hàn Trong quỏ trỡnh này, cỏc thụng số chế độ hàn (Uh, Ih,

Vcd, v.v.) được người thợ điều chỉnh đặt trước hoặc được lập trỡnh từ trước Cỏc thao tỏc hàn do

thợ thực hiện hoặc do tay hàn tự động hay rụ bốt hàn thực hiờn theo chương trỡnh Vớ dụ: v.v

TĐH quỏ trỡnh hàn- là quỏ trỡnh hàn hoàn thiện một mối hàn hay một đường hàn theo yờu

cầu đặt ra, trong đó toàn bộ các thao tác hàn và các thông số chế độ hàn được thực hiện tự động bằng chương trình lập trước cho tay hàn hay cho rô bốt hàn và cho các trang thiết bị hàn đi kèm (máy hàn, bộ cấp dây, bộ làm mát, cấp khí và đồ gá hàn (ĐGH))

Hay - TĐH Quá trình hàn là quá trình TĐH các thông số chế độ hàn (Ih, Uh, Vcd, v.v.) và các thao tác hàn (các chuyển động của mỏ hàn khi hàn) để thực hiện hàn một kết cấu hàn (sản phẩm hàn) nào đó Các thông số chế độ hàn và các thông số động hình học thực hiện thao tác hàn được lập trình trước; người thợ không phải can thiệp trực tiếp vào quá trình hàn mà chỉ giám sát và điều chỉnh hoặc giải quyết các sự cố khi cần thiết

mình Tuy nhiên, về cơ bản chúng không khác nhau nhiều lắm

Quy trình công nghệ chế tạo một sản phẩm hay một kết cấu hàn (QTCNCT) nào đó khắc hẳn

với việc thực hiện các công việc của một Phiếu quy trình hàn; phiếu này chỉ là một phần (nội

dung công việc) rất nhỏ của QTCNCT

QTCNCT một sản phẩm hay một kết cấu hàn nào đó là một tổ hợp của nhiều nguyên công gia công cơ khí, trong đó có các nguyên công hàn Quy trình này mô tả quá trình chế tạo sản phẩm

từ nguyên công ban đầu (chuẩn bị phôi) cho đến nguyên công cuối cùng (kiểm tra chất lượng sản phẩm; đôi khi là nguyên công bao gói, đóng kiện)

Như vậy, QTCNCT một sản phẩm hay một kết cấu hàn sẽ có các nguyên công chuẩn bị phôi, các nguyên công tạo hình dáng, kích thước, chất lượng bề mặt; chúng được thực hiện trên các

mỏy gia cụng cắt gọt, cỏc mỏy gia cụng bằng ỏp lực, cỏc mỏy hàn, v.v

2.2- Tự động hoá việc gá lắp phôi h à n

2.2.1- Khái niệm, đặc điểm và ứng dụng

Phụi hàn cũng là một đối tượng gia cụng cơ khớ, vỡ vậy, việc gỏ lắp phụi hàn cũng phải tuõn

theo nguyờn tắc gỏ lắp chi tiết gia cụng trong cơ khớ, cho dự quỏ trỡnh gỏ lắp được thực hiện bằng

cơ khớ hay bỏn tự động hay tự động

Trước khi gia cụng chi tiết, phụi được gỏ lắp theo nguyờn tắc: định vị trước và kẹp chặt sau Đối với phụi hàn cũng làm như vậy Tuy nhiờn, do cụng nghệ hàn cú những đặc thự riờng, nờn

để TĐH việc gỏ lắp phụi, cần chỳ ý những đặc điểm và ứng dụng quan trọng sau:

- Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt đến độ chớnh xỏc hỡnh dỏng, kớch thước, chất lượng mối hàn trong quỏ trỡnh hàn và sau khi kết thỳc hàn

- Nhiều khi khối lượng, kớch thước phụi rất lớn Cú trường hợp phải thực hiện gỏ lắp ngoài hiện trường (trường hợp này khụng ỏp dụng TĐH vỡ khụng hiệu quả kinh tế)

- Lực tỏc động của dụng cụ lờn phụi khụng đỏng kể

- Phụi cú độ chớnh xỏc khỏ cao và dựng cho sản xuất hàng loạt, nhất là trong cụng nghệ chế tạo khung vỏ ụ tụ, xe mỏy, cỏc sản phẩm cụng nghệ cao dung trong cụng nghệ thong tin, điện tử viễn thong (gỏ lắp để hàn cỏc bản mạch vi xử lý, cỏc linh kiện điện tử), v.v

2.2.2- Các trang thiết bị dựng cho tự động hoá gá lắp phôi

Gồm cú (minh họa hỡnh ảnh tĩnh, động):

- Cỏc cơ cấu kẹp thỏo lắp nhanh dung truyền dẫn và điều khiển khớ nộn

- Sử dụng cỏc rụ bốt

2.3- Tự động hoá các thao tác hàn

2.3.1- Khái niệm, đặc điểm và ứng dụng

Khi hàn hồ quang (TIG, MIG, MAX), cỏc thao tỏc mà người thợ phải thực hiện bao gồm:

- Gõy hồ quang - cỏc chuyển động khi hàn (di chuyển bỏm theo đường hàn, dao động ngang, duy trỡ khoảng cỏch điện cực) - ngắt hồ quang kết thỳc

- Di chuyển hoặc lật phụi phối hợp với mỏ hàn

- Làm vệ sinh đầu điện cực

- Điều chỉnh đặt cỏc thụng số: dũng và điện ỏp hàn, làm mỏt, lưu lượng, ỏp suất khớ bảo vệ, tốc độ cấp dõy

Cỏc thao tỏc trờn, dự ở hỡnh thức thủ cụng, cơ khớ hay bỏn tự động, tự động - đều phải cú trong quỏ trỡnh hàn Khi ỏp dụng TĐH cỏc thao tỏc này, yờu cầu quan trọng nhất là phải bảo đảm

độ chớnh xỏc, độ ổn định theo yờu cầu trong khi hàn

2.3.2- Các trang thiết bị sử dụng thực hiện tự đụ̣ng hoá các thao tác hàn

Trang thiết bị chủ yếu dựng cho TĐH cỏc thao tỏc hàn (di chuyển mỏ hàn, di chuyển hoặc lật phụi) gồm cú:

- Cỏc tay hàn tự động được thiết kế chuyờn dựng, hoặc cỏc rụ bốt hàn

- Cỏc ĐGH

2.4- Tự động hoá vận chuyển phôi hà n

2.4.1- Khái niệm

Cỏc yếu tố cơ bản và quan trọng khụng thể thiếu khi TĐH vận chuyển phụi hàn là:

- Độ chớnh xỏc phụi phải bảo đảm dựng cho sản xuất tự động và ổn định

- Sản lượng phụi phải đủ lớn (mức độ hàng loạt)

- Kớch thước, khối lượng phụi khụng quỏ lớn

2.4.2- Các trang thiết bị sử dụng thực hiện tự đụ̣ng hoá vận chuyển phôi

Gồm cú:

- Cỏc rụ bốt hàn (một hay nhiều rụ bốt cựng tham gia)

- Cỏc dõy chuyền gỏ lắp phụi (hoặc nhiều phụi cựng một lỳc) di chuyển phụi liờn tục hay giỏn đoạn nhờ cỏc cơ cấu truyền động điện, truyền động cơ khớ, khớ nộn, v.v

- Quỏ trỡnh vận chuyển phụi hàn được lập trỡnh và điều khiển phối hợp với hoạt động của cỏc tay hàn, rụ bốt hàn, ĐGH và mỏy hàn trong cựng một hệ thống (hệ thống MRĐP)

- Khoảng cỏch giữa điện cực hàn với bề mặt vật hàn (lhq)

- Gúc nghiờng của trục mỏ hàn với bề mặt vật hàn (α)

- Tốc độ cấp dõy hàn (Vcd)

- Lưu lượng nước làm mỏt (Qlm)