Nghiên cứu thiết kế đồ gá hàn dầm tải trọng lớn dùng cho Robot hàn Hồ quang

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….1 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr−êng ®¹i häc n«ng nghiÖp I NguyÔn träng th«ng Nghiªn cøu thiÕt kÕ ®å g¸ hµn dÇm t¶i träng lín dïng cho robot hµn hå quang LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt Chuyªn ngµnh: Kü thuËt m¸y vµ thiÕt bÞ c¬ giíi ho¸ N«ng – L©m NghiÖp M· sè: 60.52.14 Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: ts. Bïi v¨n h¹nh Hµ Néi – 2008 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….2 Lời cam ñoan Tôi xin cam ñoan các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực, trích dẫn có ñịa chỉ rõ ràng và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ ñề tài nào. Ngày 10 tháng 12 năm 2007 Người cam ñoan Nguyễn Trọng Thông Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….3 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của TS.Bùi Văn Hạnh - BM Hàn & CNKL - Trường ðại học Bách khoa Hà nội, các thầy cô giáo khoa Cơ ñiện - Trường ðại học Nông nghiệp I Hà nội, ñã tạo ñiều kiện cung cấp tài liệu cũng như kiến thức chuyên ngành, làm cho công việc hoàn thành luận văn tốt nghiệp có nhiều thuận lợi và thu ñược những thành quả nhất ñịnh. Do trong quá trình làm luận tốt nghiệp, tài liệu tham khảo con hạn chế, cộng với kiến thức chuyên môn còn chưa chuyên sâu, khả năng ñặt vấn ñề chưa cao nên không thể tránh khỏi những thiếu sót còn mắc phải. Vậy kính mong ñược sự ñóng góp ý kiến của các thầy giáo, cùng toàn thể các bạn ñồng nghiệp, ñể bản luận này có tính thực tiễn cao hơn. Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2007 Tác giả Nguyễn Trọng Thông Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….4 LỜI NÓI ðẦU Cùng với nhu cầu ngày càng cao của con người, nền khoa học kỹ thuật ñã và ñang có sự phát triển với tốc ñộ mạnh mẽ. Ngày càng có nhiều sản phẩm mới ñược tạo ra với ñòi hỏi chất lượng và yêu cầu kỹ thuật cao. Hoà nhập cùng không khí ñó nghành hàn cũng ñã và ñang có nhiều bước tiến mạnh mẽ, ngày càng sản sinh ra các sản phẩm có chất lượng cao mang tính kỹ thuật cao ñáp ứng nhu cầu của khoa học kỹ thuật nhằm khẳng ñịnh vai trò to lớn trong nền sản xuất hiện ñại. Vị thế của ngành hàn ngày càng ñược nâng cao, ñóng một vị trí quan trọng trong các khối ngành sản xuất cơ khí. ðể ñạt ñược nhiều thành tựu mới, ngành hàn ñã không ngừng ñược nghiên cứu và luôn có sự ñầu tư ñáng kể. Xu thế tự ñộng hoá và sản xuất ra các mặt hàng chất lượng cao ngày càng ñược quan tâm ñúng mức. Số lượng robot tham gia vào quá trình sản xuất ngày càng nhiều nhằm nâng cao chất lượng cũng như sản lượng sản phẩm hàn. Song hiện nay ñối với nước ta, ñể tạo ñiều kiện thuận lợi nhất ñể có thể ñầu tư nhiều hơn nữa sự tham gia của robot vào sản xuất hàn còn nhiều vấn ñề cần quan tâm nghiên cứu. Vì trong hệ thống robot hàn: Robot - nguồn hàn - ðồ gá thì yếu tố ñồ gá không những chỉ nước ta mà hầu hết các nước có nền sản xuất bằng hàn phát triển cũng ñặc biệt quan tâm. Vì ñồ gá luôn phải thay ñổi theo từng loại sản phẩm cần chế tạo còn robot và nguồn hàn thì có thể sử dụng mang tính “thay thế” ñược. Mặt khác, ngày càng có nhiều sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật cao và mức ñộ phức tạp mà người thợ mặc dù có tay nghề cao cũng không thể hoặc Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….5 thực hiện với mức hạn chế mà chỉ hệ thống robot hàn mới thực hiện ñạt kết quả cao. Tuy nhiên ñể ñạt ñược ñiều ñó vấn ñề nghiên cứu và chế tạo các ñồ gá cho robot là thực sự cần thiết hiện nay. Bên cạnh ñó, phát triển của công nghệ thông tin thì công nghệ thiết kế ñã chuyển hẳn sang một giai ñoạn mới, chính xác hóa và tự ñộng hóa. Kèm theo ñó, các tiêu chuẩn thiết kế và thi công của các nước trên thế giới cũng ñồng loạt thay ñổi ñể phù hợp với công nghệ thiết kế và thi công hiện ñại. Các phần mềm mô phỏng ñược phát triển và ứng dụng sâu rộng nhằm giảm ñược thời gian tính toán cho người thiết kế, ñồng thời có thể thẩm ñịnh, khảo sát kết quả một cách nhanh chóng nhờ mô phỏng trên máy tính thay cho việc chế tạo hay vận hành thử hết sức tốn kém. Trong số ñó, phần mềm ANSYS là một phần mềm dựa trên phân tích bằng phần tử hữu hạn, mô phỏng các ứng xử của hệ vật lý khi chịu tác ñộng của các loại tải trọng khác nhau. Phần mềm ANSYS có thể ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau như: cơ khí, vũ trụ, hàng không, xây dựng, cầu ñường với các dạng mô phỏng khác nhau như: kết cấu, ñiện từ, nhiệt, dòng chảy, v.v.. Trên tinh thần ñó tác giả ñược giao nhiệm vụ: “ Nghiên cứu, thiết kế ñồ gá hàn tải trọng lớn dùng cho robot hàn hồ quang”. ðồ án ñược trình bày trong những chương sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Tính toán ứng suất và biến dạng khi hàn dầm có tiết diện ngang thay ñổi và lựa chọn phương án thiết kế. Chương 3: Tính toán và thiết kế ñồ gá hàn dầm Chương 4: Thiết kế hệ thống ñiều khiển Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….6 Chương 5: Kết luận và kiến nghị Luận văn ñược hoàn thành với sự cố gắng của bản thân và sự giúp ñỡ, chỉ bảo tận tình của TS.Bùi Văn Hạnh Bộ môn Hàn và Công nghệ kim loại - Trường ðại học Bách khoa – Hà nội cùng các thầy cô trong khoa Cơ ñiện Trường ðại học Nông nghiệp I – Hà nội làm cho công việc của tôi tiến triển thuận lợi và ñạt ñược kết quả nhất ñịnh. Song do sự hạn chế về trình ñộ, chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế của bản thân nên không thể tránh khỏi sai sót. Rất mong ñược sự góp ý, chỉ bảo của các thầy, cô giáo và các bạn ñồng nghiệp ñể luận văn ñạt kết quả cao hơn. Qua ñây, tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Văn Hạnh, ThS Vũ ðình Toại - Bộ môn hàn & CNKL Trường ðại học Bách khoa Hà nội, cũng như toàn thể các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ ñiện -Trường ñại học Nông nghiệp I - HN. Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2007 Người thực hiện NguyÔn Trọng Thông Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….7 Danh mục các ký hiệu Ký hiệu ðơn vị Ý nghĩa b [mm] Kích thước các vùng tính toán δ [mm] Chiều dày vật liệu h [mm] Kích thước các chi tiết F [mm2] Diện tích tiết diện P [N] Lực tác dụng J [mm] Mô men quán tính б [N/m2] Ứng suất pháp τ [N/m2] Ứng suất tiếp E [N/m2] Mô ñun ñàn hồi γ [g/cm3] Khối lượng riêng µ Hệ số Possion YA [mm] Chuyển vị F [mm2] Diện tích V [mm3] Thể tích m [kg] Khối lượng δ [%] ðộ dãn dài tương ñối ak [kp.m/cm2] ðộ dai va ñập M (Nm) Mômen k mm Cạnh mối hàn T Hàn hồ quang tay Ih (A) Cường ñộ dòng ñiện hàn Uh (V) ðiện áp hàn Vh (mm/p) Vận tốc hàn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….8 qñ (cal/s) Năng lượng ñường Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….9 Danh mục các chữ viết tắt MAG Hàn tự ñộng và bán tự ñộng trong môi trường khí bảo vệ CO2 MIG Hàn tự ñộng và bán tự ñộng trong môi trường khí trơ Ar, He FMS Flexible Manufacturing System PTHH Phần tử hữu hạn TCVN Tiêu chuẩn Việt nam Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….10 Chương I: TỔNG QUAN 1.1/Tổng quan về các loại ñồ gá hàn Trong nền sản xuất cơ khí, sản lượng sản xuất bằng hàn hoặc liên quan ñến hàn chiếm 1 tỷ trọng rất lớn. Hàn ñã và ñang ñóng vai trò quan trọng trong ngành sản xuất cơ khí. Một số ngành, hàn có thể nói là không thể thiếu vì nó chiếm tới 90% sản lượng. Ví dụ: ðóng tàu, Ôtô,…Và theo sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành hàn ñã và ñang phát triển rất mạnh mẽ. Các phương pháp hàn mới, các thiết bị hàn mới ngày càng hiện ñại, ñem lại cho nền sản xuất cơ khí những sản lượng khổng lồ với chất lượng ngày càng ñược nâng cao. ðồng thời giảm rất ñáng kể sức lao ñộng cho con người thậm chí không cần tham gia trực tiếp. VD: Tại một số nước có nền công nghiệp ôtô hiện ñại, các nhà máy sản xuất ôtô có những dây chuyền không có con người làm việc. ðể có ñược sản phẩm ñật yêu cầu kỹ thuật, trong sản xuất cơ khí ñồ gá ñóng vai trò quan trọng. ðồ gá giúp cho quá trình gia công ñược thuận tiện, giúp các thiết bị máy móc làm việc linh hoạt và chính xác. Cũng như vậy, ñồ gá hàn ñã ñược hình thành ngay từ khi ngành hàn ra ñời. Nó ñã cùng với các H×nh 1.1. HÖ thèng robot hµn trong CN s¶n xuÊt «t« H×nh 1.2. HÖ thèng robot hµn trong s¶n xuÊt c¬ khÝ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….11 loại máy hàn làm nên những sản phẩm ñạt chất lượng cao cả về kỹ thuật cũng như kinh tế và giá thành. Từ các chi tiết hay kết cấu ñơn giản ñến các kết cấu phức tạp ñều có các dạng ñồ gá khác nhau tham gia. Và theo sự phát triển của các máy móc, các phương pháp hàn, ñồ gá hàn cũng ngày càng phát triển, phong phú. Ứng với từng loại, dạng của kết cấu hay thiết bị hàn, ñồ gá hàn có rất nhiều loại, dạng khác nhau, từ ñồ gá ñơn chiếc dùng cho sản xuất nhỏ lẻ ñến ñồ gá dùng cho sản xuất hàng loạt, sản xuất dây chuyền. ðồ gá và hệ thống ñồ gá ñã trở thành vấn ñề quan tâm nhất trong các ngành sản xuất bằng hàn. ðồ gá hàn, ngoài tác dụng ñể kẹp chặt và ñịnh vị chi tiết gia công, nó còn có nhiệm vụ: Giảm tối ña ứng suất và biến dạng trong hàn. ðồ gá hàn rất phong phú và ña dạng. Nó ñược sử dụng tuỳ theo loại hình, quy mô sản xuất, từng phương pháp hàn khác nhau. Có khi chỉ là thanh chèng th«ng th−êng khi hµn c¸c s¶n phÈm nhá lÎ vµ ®¬n chiÕc, cã khi lµ c¶ mét tæ hîp ®å g¸ khi dïng cho s¶n xuÊt hµng lo¹t vµ mang tÝnh chuyªn dïng. Nghiªn cøu vµ chÕ t¹o ®å g¸ hµn ®/ vµ ®ang trë nªn cùc kú quan träng trong nÒn s¶n xuÊt c¬ khÝ hµn hiÖn nay. Bëi v× ®å g¸ lµ 1 trong 3 bé phËn chÝnh trong hÖ thèng hµn: Nguån hµn – M¸y hµn - §å g¸. §Ó hÖ thèng hµn lµm viÖc thùc sù hiÖu qu¶ th× 3 bé phËn trªn ph¶i lu«n ®−îc ®¶m b¶o tÝnh ®ång bé cao. Ngµy nay, trªn thÕ giíi xuÊt hiÖn rÊt nhiÒu m¸y hµn hiÖn ®¹i. Nguån hµn lµ vÊn ®Ò dÔ dµng ®−îc xö lý, cßn ®å g¸ hµn lµ vÊn ®Ò rÊt phøc t¹p ®èi víi hÇu hÕt c¸c tËp ®oµn còng nh− c¸c c«ng ty s¶n xuÊt thiÕt bÞ. Bëi v×: kh«ng nh÷ng nã lu«n phong phó cïng víi c¸c lo¹i m¸y hµn nh−ng quan nh−ng quan träng h¬n, nã cµng ®a d¹ng h¬n H×nh 1.3. Robot vµ ®å g¸ chuyªn dïng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….12 v× cµng ngµy cµng cã nh÷ng s¶n phÈm míi phøc t¹p cña yªu cÇu ph¸t triÓn ®ång thêi xu thÕ x/ héi ngµy cµng quan t©m tíi viÖc gi¶m thiÓu sù can thiÖp trùc tiÕp søc lao ®éng cña con ng−êi vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Tuy nhiªn vÊn ®Ò quan träng h¬n cña ®å g¸ trong qu¸ tr×nh hµn lµ: víi sè l−îng kh«ng nhá chi tiÕt, kÕt cÇu hµn mµ chØ víi ng−êi thî ®¬n thuÇn kh«ng thùc hiÖn ®−îc hoÆc thùc hiÖn víi kÕt qu¶ kh«ng cao hoÆc møc ®é ®¹t yªu cÇu lµ h¹n chÕ. Nh÷ng tr−êng hîp ®ã hÖ thèng hµn ®ång bé sÏ gi¶i quyÕt ®−îc triÖt ®Ó. §Æc biÖt trong hµn tù ®éng vµ b¸n tù ®éng th× ®å g¸ thùc sù cÇn thiÕt ®−îc nghiªn cøu vµ chÕ t¹o víi yªu cÇu cao vÒ tÝnh ®ång bé víi c¶ hÖ thèng. Nã mang tÝnh chuyªn dïng vµ chØ ®¹t hiÖu qu¶ cao khi s¶n xuÊt hµng lo¹t. Trong hàn, ñồ gá có thể phân loai như sau: * Phân theo quy mô sản xuất: - ðồ gá ñơn chiếc: Các dạng ñồ gá dùng ñể sản xuất các mặt hàng mang tính ñơn chiếc. Loại ñồ gá này là không cố ñịnh về thiết kế, chúng có thể thay ñổi tuỳ theo sự thay ñổi của mặt hàng sản xuất. Ví dụ: Khi tổ hợp dầm hàn, người ta dùng ñồ gá là các thanh vật liệu thừa với kích thước ñủ lớn rồi gá vào bản bụng và bản cánh của dầm. ðồ gá dạng này chỉ ñảm bảo ñược 2 yếu tố: ðịnh vị và chống biến dạng. - ðồ gá chuyên dùng: Dạng ñồ gá dùng cho sản suất mang tính hàng loạt. Loại ñồ gá này ñược thiết kế có sự ổn ñịnh cao, hầu như không có sự thay ñổi về cấu tạo cũng như hình dáng. ðồng thời nó ñược chế tạo với hình thức hệ thống, có nghĩa là thường tạo thành dây chuyền. Ví dụ: ðồ gá dùng cho sản xuất ôtô, xe máy,… * Phân theo khả năng tự làm việc: - ðồ gá ñiều khiển thủ công: Các dạng ñồ gá chỉ làm việc khi có sự trực tiếp ñiều khiển của con người. Mỗi bước làm việc, mỗi di chuyển của ñồ gá là mỗi lần Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….13 con người thực hiện. Loại ñồ gá này mang tính thô sơ và sử dụng ñể chế tạo các kết cầu hàn có yêu cầu kỹ thuật không cao và tính phức tạp không cao. - ðồ gá tự ñộng và bán tự ñộng: ðây là loại ñồ gá ñang ñược phát triển mạnh và ngày càng ñược sử dụng rộng rãi. Bởi nó ñược kết hợp ñiều khiển hoạt ñộng bằng ñiện, ñiện tử và thuỷ lực, khí nén. Do không những không ñòi hỏi sự can thiệp thường xuyên của con người trong quá trình làm việc mà nó còn mang ñến sự chính xác cao cho kết cấu hàn. ðặc biệt với kết cấu có hình dạng phức tạp ñòi hỏi thực hiện hàn ở các vị trí mà người thợ khó thực hiện ñược thì ñồ gá tự ñộng kết hợp với mày hàn tự ñộng sẽ là giải pháp tốt nhất ñể sản xuất. Mặt khác, ñồ gá tự ñộng mang lại hiệu quả vô cùng cao cả về sản lượng cũng như chất lượng. Song ñồ gá tự ñộng và bán tự ñộng có cấu tạo phức tạp mà không chỉ chủ ñộng mà thực hiện ñược. Thậm chí có loại ñồ gá rất khó chế tạo. Ngay nước ta, con có rất nhiều ñồ gá chưa tự sản xuất ñược mà hoàn toàn phải nhập từ nước ngoài. Do ñó có khi ñồ gá lại yêu cầu kinh phí cao hơn nhiều so với thiết bị hàn. ðây chính là vấn ñề mà ngành hàn hiện nay cực kỳ quan tâm. ðã có rất nhiều ñề tài, dự án thiết kế chế tạo ñồ gá tự ñộng và bán tự ñộng dùng cho robot hàn. Chỉ có vậy mới có ñược sản phẩm chất lượng cao và phát huy tối ña khả năng làm việc của robot. H×nh 1.4. Robot hµn trong CN «t« Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….14 1.2. Các ñặc ñiểm công nghệ và tính chất làm việc của ñồ gá hàn Các sản phẩm trong chế tạo bằng hàn thường có khối lượng lớn và kết cấu phức tạp. Do ñó ñồ gá hàn phải có kết cấu ñủ lớn và cứng vững nghĩa là phải chịu ñược hoàn toàn tải trọng của kết cấu gia công khi gá hàn. Mặt khác, hàn là dạng gia công có biến dạng về hình dáng rất lớn. Bản thân lực gây ra biến dạng có cường ñộ rất cao. Trong khi hàn và sau khi hàn, chi tiết hay kết cấu thường bị biến dạng ngoài ý muốn. Do ñó ñồ gá hàn phải có kết cấu ñủ bền ñể thắng hoàn toàn lực biến dạng gây ra. Với mỗi loại chi tiết, kết cấu khác nhau thì vật liệu chế tạo là khác nhau, về kích thước cũng như chủng loại vật liệu. Với mỗi loại vật liệu như vậy thì lực biến dạng cũng khác nhau hoàn toàn. Do ñó, ñồ gá làm việc trong ñiều kiện nào thì sẽ có yêu cầu cụ thể cho trường hợp ñó. Hàn cũng là một phương pháp công, do ñó khi hàn rất cần ñến tính chính xác của sản phẩm hay nói cách khác là sản phẩm hàn phải ñạt ñược ñộ sai lệch cho phép. ðồ gá có tác dụng rất lớn ñến vấn ñề này. ðồ gá phải làm việc chính xác và liên hoàn cùng với máy hàn. Khi ñồng bộ giữa máy hàn và ñồ gá, không những ñảm bảo tính chính xác cho sản phẩm mà còn nâng cao tuổi thọ cho thiết bị. ðồ gá cũng phải thay ñổi theo vật liệu chế tạo sản phẩm và phương pháp hàn sử dụng. ðặc biệt trong các dây chuyền sản xuất hiện ñại và mang tính liên tục, ñồ H×nh 1.5. R«bèt sö dông trong ngµnh c¬ khÝ hµn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….15 gá hàn càng ñược chế tạo với ñộ chính xác cao và tính linh hoạt ổn ñịnh. Trình tự làm việc của các bộ phận trong hệ thống ñồ gá ñảm bảo liên hoàn. Ngoài ra, ñồ gá còn phải thay ñổi vị trí của sản phẩm gia công trong quá trình hàn sao cho sản phẩm hàn luôn ở vị trí thuận lợi cho máy hàn thực hiện hàn. Ví dụ: Hàn ống: ðồ gá hàn phải quay ống ñể máy hàn hàn hết chu vi của ống (Mỏ hàn ở vị trí cố ñịnh). Hàn dầm, ñồ gá dịch chuyển tịnh tiến dầm ñể máy hàn hàn hết chiều dài của dầm,… Tuy vậy, dù khi hàn các sản phẩm ñơn giản hay phức tạp. Khi hàn ñơn chiếc hay hàng loạt, dù hàn bất cứ vật liệu nào, bất cứ phương pháp hàn nào, thì ñồ gá phải luôn ñạt ñược các yêu cầu sau: - ðịnh vị: ðồ gá hàn phải cố ñịnh ñược vị trí của chi tiết cần hàn trong suốt quá trình hàn. - Kẹp chặt: ñể ñịnh vị ñược chi tiết khi hàn thì yêu cầu các chi tiết rời rác khi hàn phải ñược kẹp chặt. Nếu không kẹp chặt ñược thì cũng không ñịnh vị ñược. - Chống biến dạng trong quá trình hàn: ñể chống ñược biến dạng của vật hàn thì trước hết các chi tiết phải ñược ñồ gá kẹp chặt và ñịnh vị. Song ñồ gá phải ñủ bền ñể thắng ñược lực biến dạng sẽ gây ra. Nói chung 3 yêu cầu này của ñồ gá hàn liên quan chặt chẽ ñến nhau. Tuy nhiên với những kết cấu hàn ñơn giản: Hàn các dầm nhỏ hoặc hàn giáp mối,… thì ñồ gá không cần tính ñến sự kẹp chặt (Do trước khi hàn vật hàn ñã ñược hàn ñính). - Ngoài ra, ñồ gá dùng cho robot phải luôn làm việc ñồng bộ với robot, làm sao cho hệ thống hàn luôn ñược ñồng bộ. ðể nâng cao sản lượng trong tự ñộng hoá quá trình hàn, ñồ gá ñược chế tạo với các kết cấu và công nghệ khác nhau. Có thể kết hợp thuỷ lực, khí nén hoặc ñiều khiển ñiện tử. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….16 1.3. Tính cấp thiết của việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo ñồ gá hàn tải trọng lớn dùng cho Robot 1.3.1 T×nh h×nh thÕ giíi vÒ R«b«t c«ng nghiÖp . H¬n nöa thÕ kû (tõ nh÷ng n¨m 50) cã mÆt trong s¶n suÊt, R«b«t c«ng nghiÖp ®/ cã mét lÞch sö ph¸t triÓn hÊp dÉn. Tõ n¨m 1960 do xuÊt hiÖn m¸y vi tÝnh, R«b«t c«ng nghiÖp ®/ tiÕp thu ®−îc nh÷ng thµnh tùu míi ®ã. Cao trµo ph¸t triÓn vµo nh÷ng n¨m 70 vµ ®¸nh dÊu mèc b»ng héi nghÞ quèc tÕ lÇn thø 6 vÒ “thiÕt kÕ chÕ t¹o vµ øng dông r«b«t c«ng nghiÖp” Chicago n¨m 1972. Sau ®ã l¹i l¾ng dÇn xuèng, nhÊt lµ sau khñng ho¶ng dÇu má n¨m 1975 vµ ®Ó rót kinh nghiÖm ¸p dông vµo chç nµo lµ ph¸t huy hiÖu qu¶ cao h¬n. §Õn n¨m 80 th× xuÊt hiÖn nhu cÇu h×nh thµnh c¸c hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t FMS (Flexible Manufacturing System) mµ r«b«t nh− lµ bé phËn cÊu thµnh FMS. Nhu cÇu ®ã kÝch thÝch b−íc ph¸t triÓn cña r«b«t c«ng nghiÖp. Trong nh÷ng n¨m 90 r«b«t c«ng nghiÖp còng cã b−íc ph¸t triÓn míi theo h−íng ®ång bé hÖ thèng trªn c¬ së vËn dông nh÷ng thµnh tùu cña th«ng tin øng dông. 1.3.2. LÞch sö ph¸t triÓn R«b«t c«ng nghiÖp t¹i ViÖt Nam T×nh h×nh tiÕp cËn r«b«t c«ng nghiÖp ë ViÖt Nam t−¬ng ®èi muén. Tr−íc nh÷ng n¨m 1990 hÇu nh− trong n−íc hoµn toµn ch−a du nhËp vÒ kü thuËt r«b«t, thËm chÝ ch−a nhËn ®−îc nhiÒu th«ng tin kü thuËt vÒ lÜnh vùc nµy. Tuy vËy, víi môc tiªu chñ yÕu lµ tiÕp cËn kü thuËt míi mÎ nµy, trong n−íc ®/ triÓn khai ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc cÊp nhµ n−íc: §Ò tµi 58.01.03 trong giai ®o¹n 81 – 85 vµ ®Ò tµi 52B.03.01 trong giai ®o¹n 86-89. KÕt qu¶ nghiªn cøu cña c¸c ®Ò tµi nµy kh«ng H×nh 1.6. C¸c lo¹i robot c«ng nghiÖp Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….17 nh÷ng ®¸p øng ®−îc yªu cÇu tiÕp cËn mµ cßn cã nh÷ng øng dông ban ®Çu trong kü thuËt b¶o hé lao ®éng vµ phôc vô c«ng t¸c ®µo t¹o c¸n bé kü thuËt ë n−íc ta. Sau n¨m 1990 th× ngµnh c«ng nghiÖp cña ta b¾t ®Çu ®æi míi, nhiÒu c¬ së ®/ ®/ nhËp ngo¹i nh÷ng thiÕt bÞ míi, ®Æc biÖt lµ mét sè c¬ së liªn doanh ®/ nhËp ngo¹i nhiÒu r«b«t phôc vô cho nhiÒu c«ng viÖc nh−: th¸o l¾p dông cô cho c¸c trung t©m gia c«ng, l¾p r¸p c¸c linh kiÖn ®iÖn tö, th¸o s¶n phÈm ë c¸c m¸y Ðp nhùa tù ®éng, hµn vá xe, phun phñ bÒ mÆt v...v. Tuy nhiªn cßn cã mét sè c¬ së trong n−íc lóc mua d©y truyÒn ®/ kh«ng nhËp c¸c r«b«t cã trong danh môc c¸c thiÕt bÞ cña d©y truyÒn chµo hµng, trong ®ã cã mét sè c¬ së ®/ nhËn ra nhu cÇu lµ ph¶i cã r«b«t míi ®¶m b¶o ®−îc chÊt l−îng s¶n phÈm cña d©y truyÒn nh− thiÕt kÕ. V× vËy ®/ xuÊt hiÖn c¸c nhu cÇu bæ sung c¸c r«b«t ®ã. Mét b−íc ngÆt träng ®¹i cña ngµnh r«b«t ViÖt Nam lµ tõ th¸ng 4 n¨m 1998 Nhµ m¸y Rorze R«b«tech ®/ b−íc vµo ho¹t ®éng ë khu c«ng nghiÖp Nomura H¶i Phßng. §©y lµ nhµ m¸y ®Çu tiªn ë ViÖt Nam chÕ t¹o vµ l¾p r¸p r«b«t. §ã lµ lo¹i r«b«t cã cÊu tróc ®¬n gi¶n nh−ng rÊt chÝnh x¸c dïng trong s¶n xuÊt chÊt b¸n dÉn. Nhµ m¸y Rorze R«b«tech cã vèn ®Çu t− lµ 46 triÖu ®« la Mü do NhËt B¶n ®Çu t−. Cho ®Õn nay, tr−êng §¹i häc B¸ch khoa – Hµ Néi ®/ nghiªn cøu tÝnh to¸n thiÕt kÕ mét kiÓu r«b«t míi, ký hiÖu lµ r«b«t RP. R«b«t RP thuéc lo¹i r«b«t pháng sinh, r«b«t nµy dïng c¬ cÊu Pantograph víi hai con tr−ît dÉn ®éng lµm m«®un chñ yÕu cña c¬ cÊu tay m¸y. Ngoµi ra tr−êng cßn chÕ t¹o ra hai mÉu: R«b«t RPS – 406 dïng ®Ó phun men, cã hÖ truyÒn dÉn thuû lùc víi 5 bËc tù do vµ r«b«t RPS – 4102 dïng trong c«ng nghÖ bÒ mÆt, cã 6 bËc tù do, 3 ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu vµ 3 ®éng c¬ b−íc. Kh«ng nh÷ng thiÕt kÕ chÕ t¹o c¸c r«b«t nãi trªn mµ tr−êng §¹i häc B¸ch khoa – Hµ Néi cßn nghiªn cøu, x©y dùng thµnh c«ng c¸c thuËt to¸n míi ®Ó x©y dùng ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n ®iÒu khiÓn r«b«t, x©y dùng ph−¬ng ph¸p tù ®éng thiÕt lËp vµ gi¶i c¸c bµi to¸n ®éng häc trªn c¬ së dïng MATLAB. Trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, chÕ t¹o r«b«t, tr−êng §¹i häc B¸ch khoa –Hµ Néi ®/ tiÕn hµnh x©y dùng th− viÖn c¸c m« h×nh ®éng cña r«b«t trong m¸y tÝnh. C¸c r«b«t Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….18 nµy kh«ng nh÷ng ®−îc thiÕt kÕ theo th«ng sè kü thuËt cña c¬ së s¶n xuÊt, mµ cßn ®−îc m« pháng ho¹t h×nh vµ ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn chóng. Víi c¸c ch−¬ng tr×nh nµy cã thÓ t×m hiÓu, häc tËp, kh¶o s¸t c¸c lo¹i r«b«t næi tiÕng trªn thÕ giíi vµ cã thÓ tr×nh diÔn, giíi thiÖu víi kh¸ch hµng vÒ ho¹t ®éng cña r«b«t míi ®−îc thiÕt kÕ. Qua ®ã còng cã thÓ trao ®æi, hiÖu chØnh thiÕt kÕ theo yªu cÇu cña kh¸ch hµng. Nh− vËy ta thÊy tÇm quan träng to lín cña r«b«t c«ng nghiÖp trong nÒn s¶n xuÊt hiÖn ®¹i còng nh− trong häc tËp nghiªn cøu theo kÞp thêi ®¹i. Sù ph¸t triÓn ngµy cµng cao cña khoa häc kü thuËt vµ viÖc ¸p dông nh÷ng thµnh tùu cña khoa häc kü thuËt vµo s¶n xuÊt trë nªn cÊp thiÕt cho mçi quèc gia. §Ó ®¸nh gi¸ tr×nh ®é khoa häc vµ viÖc ¸p dông thµnh tùu khoa häc vµo s¶n xuÊt, ng−êi ta nh×n vµo møc ®é øng dông R«b«t c«ng nghiÖp trong s¶n xuÊt. Nh− vËy, R«b«t ®ãng vai trß rÊt quan träng trong nÒn s¶n xuÊt hiÖn ®¹i. R«b«t c«ng nghiÖp lµ nh÷ng thiÕt bÞ tù ®éng ®a chøc n¨ng ®−îc lËp tr×nh cho mét hay nhiÒu c«ng viÖc vµ ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh. Chóng cã thÓ sö dông nh− mét thiÕt bÞ ®éc lËp, cã kh¶ n¨ng thay ®æi nhanh, dÔ hiÖu chØnh. Mét trong nh÷ng bé phËn chøc n¨ng chÝnh cña R«b«t ®ã lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn. Nã cã nhiÖm vô xö lý c¸c th«ng tin nhËn ®−îc ®Ó t¹o ra c¸c chuçi lÖnh cÇn thiÕt. HÖ thèng ®iÒu khiÓn còng coi nh− mét kho chøa vµ trung chuyÓn d÷ liÖu khi sö dông cho c¸c c«ng viÖc kh¸c nhau. C¸c R«b«t th−êng ®−îc trang bÞ c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn thÝch nghi, c¸c hÖ thèng theo ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn logic – PLC (Programable Logic Control), c¸c hÖ thèng c¶m biÕn thùc hiÖn theo c¸c chøc n¨ng nh−: nghe, nãi, ®äc, viÕt, sê, ngöi v...v. V× vËy chóng cã thÓ sö dông hÇu hÕt trong c¸c lÜnh vùc nh−: y tÕ, thÓ thao, v¨n ho¸, gia c«ng, l¾p r¸p vµ c¸c lÜnh vùc kh¸c mµ m¸y tù ®éng th−êng kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc. Trong nh÷ng tr−êng hîp khi yªu cÇu vËn tèc sö lý t×nh huèng nhanh, chÝnh x¸c, khi lùa chän t×m kiÕm c¸c gi¶i ph¸p nhiÒu ph−¬ng ¸n, khi yªu cÇu kh¶ n¨ng suy nghÜ logic vµ ph¸n ®o¸n t×nh huèng theo bèi c¶nh, sö dông R«b«t sÏ cho hiÖu qu¶ rÊt cao. R«b«t lµ thiÕt bÞ duy nhÊt cã thÓ ®¸p øng ®−îc ®Æc Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….19 tÝnh thay ®æi cña nÒn s¶n xuÊt hiÖn ®¹i, më réng ®¸ng kÓ kh¶ n¨ng cña c¸c thiÕt bÞ vµ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt víi hiÖu qu¶ cao nhÊt. 1.3.3 §Þnh nghÜa R«b«t c«ng nghiÖp (IR) R«b«t c«ng nghiÖp lµ nh÷ng thiÕt bÞ v¹n n¨ng ®Ó tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt nhiÒu chñng lo¹i chi tiÕt vµ th−êng xuyªn thay ®æi ®èi t−îng gia c«ng. R«b«t c«ng nghiÖp cã thÓ thùc hiÖn c¸c nguyªn c«ng chÝnh còng nh− c¸c nguyªn c«ng phô, do ®ã chóng rÊt cÇn thiÕt trong hÖ thèng s¶n xuÊt tÝch hîp R«b«t c«ng nghiÖp lµ mét m¸y tù ®éng ®−îc lËp tr×nh nh¾c l¹i, cã kh¶ n¨ng thay thÕ con ng−êi ®Ó thùc hiÖn chøc n¨ng di chuyÓn ®èi t−îng s¶n xuÊt hoÆc thiÕt bÞ c«ng nghÖ. R«b«t c«ng nghiÖp kh¸c c¸c thiÕt bÞ tù ®éng ho¸ truyÒn thèng ë tÝnh v¹n n¨ng di chuyÓn vµ ®iÒu chØnh nhanh ®Ó thùc hiÖn nguyªn c«ng míi. R«b«t c«ng nghiÖp cã kh¶ n¨ng thay thÕ nhiÒu thiÕt bÞ kh¸c nhau trong hÖ thèng s¶n xuÊt tÝch hîp, vÝ dô nh−: thiÕt bÞ cÊp ph«i vµ th¸o chi tiÕt ®/ gia c«ng, thiÕt bÞ kiÓm tra, thiÕt bÞ thay dao vµ dän s¹ch phoi, ®ång thêi r«b«t c«ng nghiÖp còng ®¶m b¶o g¸ ®Æt vµ thay ®æi thiÕt bÞ kiÓm tra mét c¸ch tù ®éng. Nh− vËy th× r«b«t lµ g× ? Trªn thùc tÕ , cã nhiÒu ®Þnh nghÜa vÒ r«b«tc«ng nghiÖp cïng tån t¹i. Sau ®©y lµ mét sè ®Þnh nghÜa trªn thÕ giíi: H×nh 1.7. Mét d¹ng r«bèt hµn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….20 • §Þnh nghÜa theo tiªu chuÈn AFNOR Ph¸p: R«b«t c«ng nghiÖp lµ mét c¬ cÊu chuyÓn ®æi tù ®éng cã thÓ ch−¬ng tr×nh ho¸, lËp l¹i c¸c ch−¬ng tr×nh, tæng hîp c¸c ch−¬ng tr×nh ®Æt ra trªn c¸c trôc to¹ ®é; cã kh¶ n¨ng ®Þnh vÞ, di chuyÓn c¸c ®èi t−îng vËt chÊt: chi tiÕt, dao, g¸ l¾p… theo nh÷ng hµnh tr×nh thay ®æi ®/ ch−¬ng tr×nh ho¸ nh»m thùc hiÖn c¸c nhiÖm vô c«ng nghÖ kh¸c nhau. • §Þnh nghÜa theo tiªu chuÈn VDI 2860/BRD R«b«tc«ng nghiÖp lµ mét thiÕt bÞ cã nhiÒu trôc, thùc hiÖn c¸c chuyÓn ®éng cã thÓ ch−¬ng tr×nh ho¸ vµ ghÐp nèi c¸c chuyÓn ®éng cña chóng trong nh÷ng kho¶ng c¸ch tuyÕn tÝnh hay phi tuyÕn cña ®éng tr×nh. Chóng ®−îc ®iÒu khiÓn bëi c¸c bé phËn hîp nhÊt ghÐp nèi víi nhau, cã kh¶ n¨ng häc vµ ghi nhí c¸c ch−¬ng tr×nh; chóng ®−îc trang bÞ dông cô hoÆc c¸c ph−¬ng tiÖn c«ng nghÖ kh¸c ®Ó thùc hiÖn c¸c nhiÖm vô s¶n xuÊt trùc tiÕp vµ gi¸n tiÕp. • §Þnh nghÜa theo ΓOCT-1980 R«b«tc«ng nghiÖp lµ m¸y tù ®éng liªn kÕt gi÷a mét tay m¸y vµ mét côm ®iÒu khiÓn ch−¬ng tr×nh ho¸, thùc hiÖn mét chu tr×nh c«ng nghÖ mét c¸ch chñ ®éng víi sù ®iÒu khiÓn cã thÓ thay thÕ nh÷ng chøc n¨ng t−¬ng tù nh− con ng−êi. Nh− vËy cã 3 nÐt ®Æc tr−ng cÇn thiÕt ®Ó ®Þnh râ mét kÕt cÊu m¸y nh− lµ mét r«b«t. Chóng lµ: - §−îc tù ®éng hãa: cã thÓ vËn hµnh kh«ng cÇn mét ai gióp ®ì nã. H×nh 1.8. M« pháng toµn bé hÖ thèng r«bèt hµn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….21 - LËp tr×nh l¹i: cã thÓ ®−îc lËp tr×nh l¹i thùc hiÖn c«ng viÖc cña nã b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau. - ChÕ ®é ®a nhiÖm (Multitasky)- cã thÓ ®−îc lËp tr×nh l¹i lµm c¸c c«ng viÖc kh¸c trän vÑn nh− mét nhãm ng−êi hoÆc nguån t¶i m¸y mãc… Nhu cÇu n©ng cao n¨ng suÊt vµ chÊt l−îng s¶n phÈm ngµy cµng ®ßi hái øng dông réng r/i c¸c ph−¬ng tiÖn tù ®éng ho¸ s¶n xuÊt. §Æc biÖt lµ trong c¸c hÖ thèng CIM, tÝnh tù ®éng ho¸ cña hÖ thèng s¶n xuÊt tÝch hîp vµ yªu cÇu linh ho¹t trong viÖc thay ®æi s¶n phÈm ®ßi hái øng dông mét sè l−îng lín c¸c r«b«t c«ng nghiÖp thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng chñ yÕu nh− cÊp ph«i cho c¸c trung t©m gia c«ng, g¾p c¸c chi tiÕt ra sau khi ®/ gia c«ng, thùc hiÖn qu¸ tr×nh l¾p r¸p tù ®éng. 1.3.4 Các bộ phận cấu thành robot công nghiệp C¸c bé phËn chñ yÕu cña r«b«t ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ: M¸y tÝnh C¶m biÕn ngo¹i tÝn hiÖu C¶m biÕn néi tÝn hiÖu HÖ thèng ®iÒu khiÓn HÖ thèng truyÒn dÉn ®éng Dông cô thao t¸c H×nh 1.9. c¸c bé phËn chñ yÕu cña hÖ thèng lµm viÖc cña r«bèt Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….22 ðể tiêu chuẩn hoá công việc thiết kế, R«b«t ñược chia làm ba phần chính: nguồn cung cấp năng lượng, bộ ñiều khiển và phần tay máy. Mỗi phần trong ba phần chính trên bao gồm nhiều bộ phận và các bộ phận có thể biến ñổi ñể ñáp ứng tiêu chuẩn và các thông số thiết kế của mỗi R«b«t nhất ñịnh. Robot ñã và ñang phát triển và ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như dân dụng. Hầu hết các lĩnh vực sản xuất có tính ñộc hại hoặc cường ñộ làm việc trực tiếp cao ñều có sự tham gia của robot. Và tuỳ theo loại hình công việc mà các robot ñược chế tạo với nhiều hình dáng và kết cấu khác nhau. Robot ñược ứng dụng trong hàn ñã ñược thế giới thực hiện rất có hiệu quả rất cao. Nước ta cũng ñã và ñang ñưa phương pháp hàn này vào các ngành công nghiệp: ôtô, tàu thuỷ,… 1.3.5. Tính cấp thiết chế tạo ñồ gá hàn cho robot * Tính kinh tế: §Ó hÖ thèng robot hµn ho¹t ®éng ®¹t hiÖu qu¶ kinh tÕ cao th× hÖ thèng gåm 3 bé phËn chÝnh trong hÖ thèng hµn: Nguån hµn – M¸y hµn - §å g¸ ph¶i lu«n ®−îc ®ång bé. Trªn thùc tÕ nh− ®/ ®Ò cËp ë trªn, Robot hµn vµ nguån hµn lµ dÔ xö lý. Song ®èi víi ®å g¸, do ngµy cµng cã rÊt nhiÒu d¹ng s¶n phÈm cã kÕt cÊu, h×nh d¸ng vµ yªu cÇu lµm viÖc kh¸c nhau. Do vËy ®å g¸ còng theo ®ã sÏ cã nhiÒu yªu cÇu chÕ t¹o kh¸c nhau. Nãi c¸ch kh¸c, ®å g¸ kh«ng gièng nh− robot hay nguån hµn mµ cã thÓ sö dông mang tÝnh chÊt “ l¾p lÉn” ®−îc. V× vËy yªu cÇu chÕ t¹o ®å g¸ hµn lµ khèi l−îng cùc kú lín nÕu nh− muèn ®¹t ®−îc n¨ng suÊt s¶n xuÊt cao víi robot. Còng do lý do trªn mµ ®¬n gi¸ chÕ t¹o ®å g¸ hµn hiÖn nay lµ rÊt ®¾t so víi gi¸ trÞ cña robot còng nh− nguån hµn. VÊn ®Ò nµy kh«ng nh÷ng chØ x¶y ra ë n−íc ta mµ thÕ giíi còng r¬i vµo t×nh tr¹ng nh− vËy. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….23 * TÝnh c«ng nghÖ: - Hàn là phương pháp gia công có ñộ biến dạng rất lớn. Do ñó trong và sau khi gia công, các chi tiết hoặc kết cầu thường bị thay ñổi hình dáng cũng như kích thước. Vấn ñề này sẽ ñược nhiệm vụ “ñịnh vị và kẹp chặt” của ñồ gá hạn chế tối ña. - Trên thực tế, có rất nhiều dạng kết cầu , chi tiết với những ñường hàn phức tạp, biên dạng ñặc biệt mà nếu ñơn thuần người công nhân dù tay nghề rất cao cũng rất khó hoặc không thực hiện ñược. Vấn ñề này sẽ ñược ñồ gá hàn với nhiệm vụ: “Luôn ñưa chi tiết hàn về vị trí thuận lợi nhất ñể thực hiện hàn” thực hiện. - Dùng ñồ gá, không những nâng cao chất lượng sản phẩm mà nó còn mang lại năng suất lao ñộng cự kỳ cao. Khác với các ngành công nghiệp khác, ñể ñưa ñược robot vào làm việc ñạt hiệu quả cao, ngành hàn phải chế tạo ñược ñồ gá với yêu cầu cao như sau: - Chuyển ñộng của ñồ gá phải ñồng bộ với chuyển ñộng của robot. - ðồ gá có kết cấu vững chắc, các cơ cấu kẹp chặt ñòi hỏi phải thao tác nhanh và ñủ lực kẹp cần thiết nằm hạn chế tối ña biến dạng sinh ra khi hàn. - ðồ gá dùng cho robot hàn thường có kết cấu khá lớn vì robot thường ñược ứng dụng hàn các dạng liên kết có kết cấu phức tạp và có tải trọng cao. Do vậy sự cần thiết ñược nghiên cứu nghiêm túc ñồ gá hàn là một trong những yêu cầu cấp bách cần thực hiện. Ở nước ta hiện nay, hầu hết tại các công ty, xí nghiệp vẫn ñang sử dụng ñồ gá hàn có kết cấu ñơn giản. ðồ gá hiện ñại có tính tự ñộng ñề._.u nằm trong các nhà máy, công ty nước ngoài hoặc liên doanh với nước ngoài. Bởi vì cho ñến nay, ñồ gá hiện ñại có ñơn giá rất cao, ñôi khi tương ñương với thiết bị (robot). Không những vậy ñồ gá lại không ñễ dàng mua ngay ñược. ðể giải quyết vấn ñề này chúng ta rất cần có sự ñầu tư ñáng kêt cho công việc nghiên cứu, chế tạo và sử dụng ñồ gá hàn nội ñịa. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….24 Kết luận chương I: Toàn bộ nội dung chương I ñã hoàn thành ñược các nội dung sau: 1/ Khái quát về ñồ gá hàn, tình hình sử dụng hệ thống rôbốt hàn nói chung và ñồ gá hàn nói riêng. Các phương pháp phân loại ñồ gá trong hàn 2/ Phân tích ñược các ñặc ñiểm công nghệ và tính chất làm việc của ñồ gá hàn 3/ Tìm hiểu tình hình sử dụng rôbốt công nghiệp của thế giới hiện nay 4/ Tìm hiểu lịch sử phát triển rôbốt công nghiệp tại Việt nam 5/ Phân tích các cơ cấu, bộ phận cấu thành hệ thống rôbốt công nghiệp 6/ Phân tích các tính chất công nghệ và ñi ñến kết luận về tính cấp thiết của công việc nghiên cứu và chế tạo ñồ gá cho rôbốt hàn. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….25 Chương II: TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG DƯ KHI HÀN DẦM CÓ TIẾT DIỆN NGANG THAY ðỔI VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1/Dầm sử dụng trong ngành cơ khí Dầm ñã và ñang ñược ứng dụng cực kỳ rộng rãi trong ngành công nghiệp cơ khí, ñặc biệt là các ngành sản xuất bằng hàn: ðóng tàu, ôtô, xây dựng dân dụng và công nghiệp,…Dầm dùng làm cột, xà, ñà, ray,… Dầm có nhiều hình dạng khác nhau: Chữ I, U, V, dầm hộp,… Hình: 2.1 Dầm sử dụng trong kết nhà thép Jamin Hình: 2.2 Dầm sử dụng trong ñóng tàu Hình: 2.3 Dầm sử dụng ché tạo cầu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….26 Dầm ñược chế tạo chủ yếu bằng hai dạng: ðúc và tổ hợp hàn. Dầm sản xuất bằng phương pháp ñúc thường có kích thước nhỏ, ñơn giản dùng ñể chế tạo các kết cấu nhỏ và có yêu cầu thấp về chịu lực. Hiện nay, dầm sử dụng trong ngành cơ khí có hình dáng rất ña dạng, phù hợp với nhiều dạng kết cấu và yêu cầu sản xuất. a) Dầm chữ H b) Dầm chữ I c) Dầm chữ T Hình 2.4 Một số loại dầm có biên dạng không thay ñổi Hình 2.5. Dầm có biên dạng thay ñổi 1 23 Hình 2.6 Cấu tạo dầm hàn chữ I 1: Bản cánh; 2: Bản bụng: 3: Mối hàn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….27 Với những kết cấu lớn và cần chịu tải lớn thì dầm phải ñược tổ hợp bằng hàn. Và dầm hàn thường là dầm chữ I. Khi chế tạo dầm hàn các yếu tố công nghệ ñược ñặc biệt quan tâm, kết cấu, hình dáng của dầm hàn bị thay ñổi rất lớn trong và sau quá trình tổ hợp. 2.2/Ảnh hưởng của các thông số công nghệ hàn ñến biến dạng của dầm 2.2.1)Chế ñộ hàn: Tính toán chế ñộ hàn là công việc bắt buộc trước khi hàn. Các thông số chế ñộ hàn: d- ðường kính que hàn (dây hàn), Ih - Cường ñộ dòng ñiện hàn, Uh - ðiện áp hàn, n - số lớp hàn, Vh - vận tốc hàn,… Chọn chế ñộ hàn sao cho chiều rộng vùng ứng suất tác ñộng là nhỏ nhất. ðể nung ñều kim loại theo chiều dày, cần tăng mật ñộ dòng ñiện ñể hàn ngấu sâu. Việc hàn ngấu sâu các mối hàn giáp biên và các liên kết hàn giáp mối sẽ cân bằng co ngang theo chiều dày mối hàn và giảm biến dạng góc. Trong một số trường hợp, khi thực hiện mối hàn thứ 2 trong cặp mối hàn ñối xứng qua trục của vật hàn, nên tăng chế ñộ hàn ñể tăng vùng ứng suất tác ñộng ñể cho lực co của mối hàn này khử toàn bộ võng dư do mối hàn thứ nhất gây ra. 2.2.2)Dạng liên kết hàn: Dạng liên kết hàn có ảnh hưởng rất lớn ñến hình dáng của kết cấu sau hàn, chất lượng mối hàn và cả liên kết hàn. Liên kết hàn có lượng vát mép càng lớn thì càng bị biến dạng khi hàn. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….28 Liên kết hàn thường ñược chọn theo tiêu chuẩn. 2.2.3)Trình tự thực hiện các mối hàn: Trình tự thực hiện các mối hàn nên ñảm bảo cho biến dạng của các mối hàn trước ñó ñược biến dạng của mối hàn sau (có hướng ngược lại) khử hết. Các mối hàn ñối xứng hoặc song song nên ñược hàn ñồng thời hoặc hàn theo thứ tự từng ñoạn xen kẽ. Phương pháp hàn phân ñoạn nghịch tạo biến dạng nhỏ hơn. 2.2.4) ðồ gá: Sử dụng ñồ gá trong quá trình hàn là giải pháp tốt nhất ñể giảm biến dạng khi hàn. Bởi vì một trong các nhiệm vụ quan trọng cần chú ý khi chế tạo ñồ gá là: ðịnh vị và kẹp chặt. Khi ñã ñịnh vị và kẹp chặt ñược thì việc khống chế và giảm biến dạng kết cấu hàn là rõ rệt. 2.3/Chọn phương án thiết kế ñồ gá hàn (các phương án ñịnh vị, kẹp chặt, truyền ñộng,…) ðồ gá hàn dầm tải trọng lớn ñược thiết kế gồm: Khi góc vát nhỏ Khi góc vát lớn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….29 - Khung - Cơ cấu dẫn ñộng (ðộng cơ, bộ ñổi tốc) - Cơ cấu ñịnh vị - Cơ cấu kẹp chặt - Cơ cấu thay ñổi vị trí trạng thái 2.3.1/ Khung: Khung ñồ gá dùng cho hàn dầm tải trọng lớn phải có ñộ cứng vững ñủ lớn ñể chịu ñược tải trọng của dầm hàn cũng như tải trọng của toàn bộ hệ thống ñồ gá, ñồng thời khung còn phải thiết kế sao cho chịu ñược tải trọng gây ra khi hàn dầm bị biến dạng. Khung ñược thiết kế bằng phương pháp tổ hợp thép ñịnh hình. 2.3.2/ Cơ cấu dẫn ñộng Cơ cấu dẫn ñộng có nhiệm vụ: - Thay ñổi vị trí của dầm trong không gian khi hà - Thay ñổi linh hoạt góc ñộ làm việc của ñồ gá cũng như ñiều chỉnh khoảng thay ñổi vị trí làm việc của ñồ gá khi cần thiết. Cơ cấu dẫn ñộng thiết kế sao cho ñảm bảo sự linh hoạt khi sử dụng các loại dầm hàn có tiết diện khác nhau. 2.3.3/ Cơ cấu ñịnh vị Cơ cấu ñịnh vị ñảm bảo cố ñịnh hoàn toàn dầm hàn trong toàn bộ thời gian thực hiện 1 ñường hàn. Nó có ñủ ñộ cứng vững ñặc biệt khi biến dạng hàn sinh ra. ðồng thời phải không chế ñược 3 bậc tự do: Theo phương dầm tịnh tiến, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….30 theo phương vuông góc với phương dầm tịnh tiến và theo phương chiều cao của dầm. Cơ cấu này thiết kế sao cho ñồng bộ với cơ cấu dẫn ñộng và cơ cấu kẹp chặt. Phải ñảm bảo cho quá trình gá kẹp nhanh, ñạt ñộ chính xác yêu cầu. Cơ cấu này thường ñược chế tạo bằng các dạng ngàm thuỷ lực hoặc khí nén. 2.3.4/ Cơ cấu kẹp chặt Cơ cấu này ñồng bộ hoàn toàn với cơ cấu ñịnh vị. ðảm bảo thời gian thực hiện nhanh, chính xác. ðược chế tạo bằng các dạng nàgm hoặc kết cấu piston – xi lanh thuỷ lực, khí nén. Cơ cấu tạo lực kẹp hợp lý nhất là một mặt phải kéo ñược 2 phía ngòai của biên dầm (bản cánh), ñồng thời phải tỳ ñược vào phần giữa của biên dầm(bản bụng), tạo thành cơ cấu ñòn bẩy. 2.3.5/ Cơ cấu thay ñổi vị trí trạng thái Cơ cấu này có nhiệm vụ thay ñổi trạng thái vị trí của dầm khi ñã hàn xong 1 ñường hàn nào ñó cần thay ñổi vị trí khác của mối hàn lần sau. Như vậy cơ cấu này chế tạo sao cho có thể quay ñược dầm 1800 ñể hàn ñường hàn ñối diện. Dùng ñộng cơ xoay chiều 3 pha có gắn hộp giảm tốc, ñược ñiều khiển tự ñộng hòan tòan bằng Robot. ðộng cơ này có tác dụng quay tòan bộ ñồ gá ñể thay ñổi vị trí hàn khi hàn lần lượt 4 mối hàn trên dầm. Mỗi lần tiến hành hàn ñồ gá phải quay về vị trí hàn thuận lợi nhất (vị trí hàn bằng) nhằm ñảm bảo mối hàn ñạt chất lượng cao nhất ðồ gá hàn dầm tải trọng lớn ñược thiết kế gồm phần khung, cơ cấu ñịnh vị dầm và hế thống tạo lực kẹp. Phần khung phải ñảm bảo ñủ ñộ cứng vững ñể có Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….31 thể hạn chế ñược biến dạng của dầm. Tính tóan thiết kế khung ñồ gá phải dựa vào ứng suất và biến dạng sinh ra trong quá trình hàn, và ñược ñưa ra rất cụ thể trong chương 3. Cơ cấu ñịnh dầm phải ñảm bảo cho quá trình gá kẹp phải nhanh, ñạt ñộ chính xác yêu cầu. ðối với các dầm có kích thước lớn ta sử dụng các vấu chặn ñược hàn vào khung ñồ gá ñể hạn chế 3 bậc tự do của dầm theo 3 trục x, y, z (thể hiện bằng bản vẽ). Trục x theo chiều dài của khung ñồ gá, trục y theo chiều rộng, trục z theo chiều cao. Chọn gốc tọa ñộ như hình vẽ. Khi ñịnh vị dầm trên ñồ gá ta cho gốc tọa ñộ trên dầm và trên ñồ gá trùng nhau, sau ñó tiến hành kẹp chặt. Kẹp chặt ñảm bảo lực kẹp ñủ lớn và tác dụng nhanh. Trong trường hợp này hiệu quả nhất là sử dụng piston-xylanh khí nén. Áp suất khí nén cần thiết và các kích thước xy lanh,... (ñược tính toán cụ thể trong chương sau). Cơ cấu tạo lực kẹp hợp lý nhất là một mặt phải kéo ñược 2 phía ngoài của biên dầm, ñồng thời phải tỳ ñược vào phần giữa của biên dầm, tao thành cơ cấu ñòn bẩy (xem hình vẽ). Truyền ñộng: dùng ñộng cơ xoay chiều 3 pha có gắn hộp giảm tốc, ñược ñiều khiển tự ñộng hòan toàn bằng Robot. ðộng cơ này có tác dụng quay toàn bộ ñồ gá ñể thay ñổi vị trí hàn khi hàn lần lượt 4 mối hàn trên dầm. Mỗi lần tiến hành hàn ñồ gá phải quay về vị trí hàn thuận lợi nhất (vị trí hàn bằng) nhằm ñảm bảo mối hàn ñạt chất lượng cao nhất. Hai ñầu khung ñồ gá ñược ñặt lên 2 gối ñỡ. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….32 2.4/Tính toán ứng suất và biến dạng dư sau khi hàn dầm chữ I có tiết diện ngang thay ñổi 2.4.1. Ứng suất và biến dạng trong liên kết chữ I: * Ứng suất và biến dạng do co dọc gây ra: Liên kết dạng chữ I có 2 thành phần: Tấm biên (Bản cánh) và Tấm vách (bản bụng). Khi hàn, nguồn nhiệt truyền từ trục mối hàn vào tấm biên theo hai hướng và vào tấm vách theo một hướng. Ta xét kết cấu của ½ liên kết chữ I: Có: - Hai mối hàn góc của liên kết. - Vùng ứng suất tác ñộng nằm ñối xứng qua trục ñứng của vách. - Do trong thực tế các mối hàn thực hiện không ñồng thời, do vậy khi xác ñịnh vùng ứng suất tác ñộng cần xét tới khả năng vùng ứng suất tác ñộng do từng mối hàn gây ra sẽ chồng một phần lên nhau. Phương pháp xác ñịnh: δ2 Hình 2.7 Các kích thước liên kết hàn góc Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….33 Tổng chiều dày truyền nhiệt: ∑ += 212 δδδ (2-1) Tổng diện tích vùng ứng suất tác ñộng: 2 222112211 )()22( kbbbbFc +++++= δδδ Nội lực dọc trục: cT FP .σ= (2-2) Ứng suất phản kháng dọc trục: c cT FF F − = . 2 σ σ (2-3) F: Tiết diện ngang của liên kết Hình 2.8 Phân bố nội lực trong tiết diện dầm hàn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….34 Từ ñó ta dựng ñược biểu ñồ ứng suất: Hình a, b: Biểu ñồ ứng suất do nội lực dọc trục gây ra Hình c: Biểu ñồ ứng suất uốn do nội lực dọc trục gây ra Hình d, e: Biểu ñồ tổng ứng suất dư tại các tấm vách và biên Dạng liên kết chữ I vùng ứng suất tác ñộng của trọng tâm không trùng với trọng tâm của liên kết. ðó là nguyên nhân gây ra uốn. Giả sử có các hạn chế giả tạo (ngoại liên kết) ở các mép trên và dưới, khiến liên kết không thể uốn ngang ñược. Theo ñiều kiện cân bằng nội lực (Hình trên) ta có: P = 2P1 + P2 (2-4) Hình 2.9 Biểu ñồ ứng suất a) b) d) b) e) σT Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….35 Trong ñó: P1: Nội lực phản kháng dọc trục, tác ñộng vào các phần còn lại của mỗi nửa tấm biên. P2: Nội lực phản kháng của vách. 1 2 211121 .2 δδσ       −−−= bbhP (2-5) 2221222 )..( δσ bbhP −−= (2-6) ðể tìm mômen uốn, ta thấy cả hai nội lực phản kháng P1 bằng một lực tập trung 2P1 và ñặt nó vào trọng tâm của tấm biên. Còn nội lực phản kháng P ñặt vào trọng tâm Oc của vùng ứng tác ñộng và chia nó thành 2 phần là 2 P1 và P2. Lúc ñó ta sẽ có hai cặp lực tạo ra hai mô men uốn tác ñộng theo chiều ngược nhau trong liên kết là 2P1y1 và P2y2, trong ñó y1 và y2 là khoảng cách từ ñiểm ñặt lực phản kháng tới tâm của vùng ứng suất tác ñộng (ñiểm ñặt của nội lực tác ñộng P) Mômen uốn toàn phần sẽ là: 1122 2. yFyPM −= (2-7) Hoặc: 0200 ).( yFyPM eT σσ +== (2-8) Nếu ta bỏ qua các hạn chế giả tạo, do tác ñộng của mômen uốn M, liên kết sẽ bị uốn ngang và gây ra ứng suất uốn: J lM u 2 . =σ (2-9) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….36 Trong ñó: y là khoảng cách từ thớ ñang xét ñến trọng tâm O của liên kết. J là mô men quán tính của tiết diện ngang của liên kết ñối với trọng tâm của nó. ðộ võng dư: J8 . 2 E lMf = (2-10) Với l là chiều dài mối hàn. Căn cứ vào giá trị tính toán, có thể dựng ñược biểu ñồ ứng suất uốn σu. Trên thực tế, không có các hạn chế giả tạo và biến dạng uốn dư hình thành từ sự tích luỹ dần dần trong quá trình nguội mối hàn (tích luỹ biến dạng dẻo). ðồng thời trong quá trình nguội mối hàn sẽ có sự phát triển ứng suất kéo bởi co dọc trong các thớ của vùng ứng suất tác ñộng (cho tới 6000C, tức là nhiệt ñộ khi mà kim loại ñang nguội chuyển từ trạng thái dẻo sang ñàn hồi). Sự cân bằng nhiệt ñộ tiếp theo sẽ ảnh hưởng rất ít ñến biến dạng dư và ứng suất kéo. Sau khi nhiệt ñộ ñã cân bằng hoàn toàn, ứng suất kéo toàn phần ở vùng ứng suất tác ñộng là σT. Trong thực tiễn, ñể tăng ñộ cứng vững của liên kết, người ta lấy chiều cao của tấm vách lớn hơn chiều rộng của tấm biên và bố trí vị trí mối hàn sao cho trọng tâm của liên kết nằm cao hơn trọng tâm của vùng ứng suất tác ñộng. Khi ñó ñộ võng của liên kết sẽ lồi từ phía tấm vách và lõm từ phía tấm biên. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….37 Nếu tăng chiều dày của tấm biên và giảm chiều cao của tấm vách, trọng tâm của tiết diện sẽ bị hạ thấp, có thể làm cho tiết diện ngang vùng ứng suất tác ñộng có trọng tâm trùng với trọng tâm liên kết. (M=0; f = 0) Nếu trọng tâm tiết diện nằm thấp hơn trọng tâm vùng ứng suất tác ñộng, sau khi hàn, liên kết sẽ bị uốn theo chiều ngược lại. Trọng liên kết chữ I: Các mối hàn góc nằm ñối xứng với nhau qua vách ñứng. Nhiệt ñộ theo chiều dày tấm vách là ñồng ñều và vách sẽ bị uốn ngang khi ta hàn ñắp dọc mép của nó. Nếu sau khi hàn ta cắt tấm vách ra khỏi tấm biên thì ñặc ñiểm uốn của nó cũng giống như trước khi cắt. Còn tấm biên, do có vùng ứng suất tác ñộng nằm lệch, sẽ bị uốn theo hướng ngược lại. O cao hơn Oc O trùng với Oc O thấp hơn Oc O Oc O Oc Oc O= Hình 2.10 Các dạng tồn tại trọng tâm của liên kết Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….38 * Ứng suất và biến dạng do co ngang gây ra: Các liên kết chữ I thường ñược hàn lần lượt. Giả sử ta hàn mối hàn bên phải (hình vẽ). Trước và quá trình nguội của toàn bộ mối hàn là ñồng ñều trên suốt chiều dài và chiều dày. Do hiện tượng co ngang, tấm vách quay ñi một góc β so với vị trí ban ñầu. ∆ = α.Ttb.b = α.Ttb.1,4k (2-11) tg tbT.22 α β = ∆ = (2-12) vì 22 ββ tg= nên β = 2.α.Ttb (2-13) σ δv β Hình 2.11 Góc biến dạng của bản bụng khi hàn liên kết chữ T Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….39 Khi thực hiện mối hàn thứ hai (Phía ñối diện) thì sự co tự do của nó bị cản trở ñàn hồi từ phía mối hàn thứ nhất. Do ñó trong kim loại ñắp của mối hàn thứ hai sẽ xuất hiện ứng suất ngang. Ứng suất kéo ngang cũng xuất hiện trong mối hàn thứ nhất do chống lại sự quay tự do của mối hàn thứ hai. Nếu hai mối hàn giống nhau, do nội lực cân bằng, ứng suất kéo ngang cũng như nhau. Tức là tấm vách sẽ quay về vị trí ban ñầu và ñược giữ ở trạng thái này bởi các nội lực giằng co nhau trong hai mối hàn. Giá trị ứng suất này có thể rất lớn. Giải thích: Chẳng hạn ta có thể tính ñộ co tương ñối: 0072,0600.10.12. 6 ===∆= −tbTb αε (2-14) Và với thép, tại giới hạn ñàn hồi: 0012,0 /10.1,2 /2500 26 2 === cmkg cmkg E T T σ ε Như vậy ứng suất kéo do co ngang các môi hàn này có thể vượt quá giới hạn chảy rất nhiều (về mặt lý thuyết): 6 10.12 10.72 4 4 == − − Tε ε lần (2-15) Tuy nhiên do vật liệu thép kết cấu có khả năng biến dạng dẻo tốt nên ứng suất kéo dư chỉ ñạt tới giới hạn chảy σT. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….40 Do có ứng suất kéo ngang, 2 phần biên sẽ bị kéo quay ñi 1 góc θ nào ñó (2 nửa của biên bị uốn như dầm conson – hình vẽ) Nếu gọi yA là chuyển vị của ñiểm A (ñầu nút của tấm biên) và θ là góc quay của nửa biên sau khi hàn, ta có: 3 1 3 11 1 . ).075,0( ).(075,0 b k bb b tg b b b δ δ δθ ++ + = (2-16) YA = θtg B . 2 (2-17) Trong ñó: k là cạnh mối hàn góc b1: Chiều rộng kim loại ñắp δv δb σ Hình 2.12 Góc biến dạng của bản cánh khi hàn liên kết chữ T Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….41 b1 = 2 vk δ+ (hàn dưới lớp thuốc) b1 = k + 1 (cm) (hàn tay) δb - Chiều dày tấm biên δv - Chiều dày tấm vách *Khi xét cả dầm chữ I: σT σ2 σ2 σT σ2 σT Fc Fc Hình 2.13 Biểu ñồ ứng xuất khi hàn liên kết chữ I Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….42 Gọi Fc là tiết diện vùng ứng suất tác ñộng do một cặp mối hàn (tại hai bên vách về cùng một phía biên trên hoặc dưới) gây ra, nội lực tác ñộng của nó sẽ là: P = Fc.σT (2-18) Do vậy ứng suất phản kháng dọc trục của cả dầm sẽ gấp ñôi và giá trị là: )2(.22 cFF P − =σ (2-19) F: Tiết diện của dầm Nội lực tác dụng toàn phần, nếu các mối hàn ñược thực hiện như nhau (lực 2P), sẽ bñặt ở trọng tâm tiết diện ngang của dầm. Vì vậy mômen uốn và ñộ võng dư toàn phần ñều bằng không. Sau khi hàn xong, dầm sẽ ngắn ñi 1 ñoạn là: l E ll ..2 εσ ==∆ (2-20) ε: biến dạng co dọc tương ñối l: chiều dài của dầm (của mối hàn) Trong thực tế, ñộ võng dư f = 0 nếu cả 4 mối hàn ñược thực hiện ñồng thời, hoặc ñược thực hiện theo một thứ tự sao cho biến dạng uốn do các mối hàn trước ñây gây ra ñược triệt tiêu hoàn toàn bởi biến dạng ngược chiều do các mối hàn sau gây ra. ðây là ñiều khó khăn thực hiện, vì vậy thực sự sau khi hàn, các dầm này thường có một ñộ võng dư nhất ñịnh. Biến dạng hàn thay ñổi theo chiều dài mối hàn. Còn biến dạng dư ñược tích luỹ dần dần trong quá trình hàn và lắp ráp. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….43 ðộ lớn của biến dạng dư chủ yếu phụ thuộc vào thứ tự công nghệ của quá trình hàn và lắp ráp. ðể giảm ñộ võng dư xuống mức tối thiểu, thứ tự hàn ñược coi là hợp lý khi ñộ võng dư do một mối hàn hoặc một loạt mối hàn ñã thực hiện, ñược triệt tiêu bởi ñộ võng ngược lại của một hoặc một loạt mối hàn ñược thực hiện sau. Xét một số trường hợp: * Trường hợp 1: Hàn từng cặp mối hàn giáp biên. Từ việc giảm công việc xoay lật, ñây là một phương án thuận lợi. Mômen uốn do nội lực tác ñộng dọc trục của mối hàn 1 và 2 gây ra sẽ tác ñộng trong mặt phẳng tấm vách và có giá trị : M1 = P2y2 - 2P1y1 (2-21) Biên trên của dầm ñược hàn ñính với tấm vách nên coi như chúng không có ảnh hưởng ñáng kể tới hiện tượng uốn của dầm và thực chất thì mômen uốn M1 do các mối hàn số 1 và 2 gây ra chỉ tác dụng lên phần tiét diện chữ T vừa hàn xong. 1 1 1 1 Hình 2.14 Thứ tự các mối hàn khi hàn liên kết chữ I Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….44 ðộ võng dư f1 sau khi hàn cặp mối hàn giáp biên số 1 và 2 sẽ là: 1 2 1 1 ..8 . JE lMf = (2-22) Trong ñó: M1: Mômen uốn do nội lực tác ñộng của các mối hàn số 1 và 2 gây ra. L: Chiều dài của dầm (của mối hàn) J1: Momen quán tính của phần dầm gồm tấm vách và tấm biên dưới. E: Mô ñun ñàn hồi của vật liệu Bước tiếp theo sau khi hoàn thành 2 mối hàn trên là xoay dầm 1800 (lật ngược dầm) và thực hiện nốt cặp mối hàn số 3 và 4 còn lại. Ta coi như khoảng cách trọng tâm vùng ứng suất tác ñộng của cặp mối hàn 3 và 4 tới trọng tâm tiết diện ngang dầm chứ I là gần bằng một nửa chiều cao của dầm (0,5h). Ta có mômen uốn M2 do nội lực các mối hàn 3 và 4 gây ra: M2 = 2 .02 hP (2-23) Trong ñó: P02 : Lực ban ñầu quy ước của mối hàn 3 và 4. P02 = σ0.bn.δ = (σ1 + σ2).bn.δ = (σT + σ2).Fc2 (2-24) Với Fc2 : tiết diện vùng ứng suất tác ñộng của cặp mối hàn 3 và 4. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….45 Chú ý: Lực co ban ñầu P02 ñược dùng trong sơ ñồ tính ñộ võng dư, với giả thiết vùng ứng suất tác ñộng bn có ứng suất là σ0 = σT + σ2 và các thớ còn lại của tấm không có ứng suất. Mômen M2 sẽ tác ñộng theo hướng ngược với M1. Mo men quán tính J tiết diện ngang của toàn bộ liên kết dầm hàn chữ I (lớn hơn J1 ) sẽ chống lại tác dụng uốn của mômen M2. ðộ vóng dư do M2 gây ra: JE lMf ..8 . 2 2 2 = (2-25) Vì chế ñộ hàn là như nhau nên: 0201 PP = và 21 cc FF = (2-26) hJ Jy JhP JyP J J M M JM JM f f . .2 ..5,0. .. . 1 01 102 0101 12 1 12 1 2 1 ==== (2-27) Thông thường: = 2 1 M M 0,5 ÷0, 66 và 2 1 > J J     ÷= hy ) 3 1 4 1(01 (2-28) Như vậy : )66,05,0( 2 1 ÷>f f và 1 2 1 >f f (2-29) Khi ñó, sau khi hàn, ñộ võng dư f0 = f1 – f2 Tức là dầm bị lõm về phía các mối hàn 1 và 2. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….46 * Trường hợp 2: Các mối hàn ñược thực hiện theo thứ tự chéo nhau Lúc này chỉ có nội lực của mối hàn ñầu tiên (số 1) gây ra hiện tượng uốn của dầm , gồm biên dưới và vách. Nội lực của 3 mối hàn còn lại sẽ tác ñộng lên toàn bộ tiết diện của dầm chữ I. Vì vậy ñộ võng dư cuối cùng không ñáng kể do các ñộ võng dư: ; ..8 . 1 2 1 1 JE lMf = ; ..8 . 2 2 3,2 3,2 JE lMf = JE lMf ..8 . 2 4 4 = (2-30) triệt tiêu lẫn nhau. Theo phương án này, phải lật dầm nhiều lần (hai lần quay 1800) Nếu hàn dưới lớp thuốc, hợp lý nhất là ñể các mối hàn ở vị trí hàn sấp (hình vẽ). sẽ ñảm bảo nung ñồng ñều các tấm vách và biên, chân mối hàn ngấu tốt và dữ thuốc hàn thuận tiện. Tuy nhiên, số lần lật dầm lại tăng lên (ba lần). 2 3 4 1 2 3 1 4 Hình 2.15 Thứ tự các mối hàn khi hàn liên kết chữ I Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….47 Trường hợp 3: ðầu tiên hàn các mối hàn 1 và 2, sau ñó xoay lật 1800 và hàn các mối hàn 3 và mối hàn 4. * ðộ võng dư hầu như không ñáng kể vì các lý do: - Nội lực của các cặp mối hàn (1 và 2) và (3 và 4) tác ñộng lên toàn bộ dầm chữ I nên ñộ võng do mỗi mối hàn gây ra ñều bị triệt tiêu bởi các mối hàn khác. - Cụ thể: trong mặt phẳng tấm vách: f1 bị f2 khử (M1 = - M2; J1 = J2 - J f3 bị f4 khử (M3 = - M4; J3 = J4 – J Trong mặt phẳng vuông góc với vách: f1’ bị f3’ khử; f2’bị f4’ khử. ðể tăng khả năng chịu tải của kết cấu dầm chữ I, cũng như dầm hộp người ta tăng chiều cao của tấm vách. Mặt khác giảm chiều dày vách và tăng chiều dày hai tấm biên cũng có tác dụng tiết kiệm vật liệu. Vì vậy sau khi hàn, do mỏng quá, tấm vách dễ bị mất ổn ñịnh do không chịu ñược ứng suất nén của các mối hàn giáp biên gây ra, và có thể xuất hiện các chỗ lồi lõm trên tấm vách. 2 1 4 3 Hình 2.16 Thứ tự các mối hàn khi hàn liên kết chữ I Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….48 2.4.2. Tính toán ứng suất và biến dạng của dầm có tiết diện thay ñổi. Hiện nay, các dạng dầm có tiết diện thay ñổi ngày càng ñược sử dụng vào ngành cơ khí ñặc biệt là trong cơ khí chế tạo kết cấu và chế tạo máy. Và công việc tính toán ứng suất và biến dạng cho các loại dầm này ngày càng ñược quan tâm và ñầu tư. Tính toán, thiết kế các loại dầm có tiết diện thay ñổi là một quá trình phức tạp. Kết cấu dầm có ñủ tải, giá trị về kinh tế hay tính kết cấu có tối ưu hay không là bài toán rất khó giải quyết. Nói chung phương pháp tính toán biến dạng và ứng suất cho dầm có tiết diện ngang thay ñổi về cơ bản giống như tính toán dầm thường. Song vì có tiết diện thay ñổi nên nếu tính toán thông thường thì dầm chế tạo khó ñạt ñược giá trị tối ưu. Do vậy, hiện nay, ñể tính toán và thiết kế dầm hàn có tiết diện thay ñổi, thường phải sử dụng các phần mềm kỹ thuật. Trong khuôn khổ ñề tài này, tác giả trình bày phương pháp tính toán dầm có tiết diện thay ñổi theo một kết cấu cụ thể với mong muốn trở thành cơ sở có thể áp dụng cho các kết cấu dầm tương tự. Phần tính toán cụ thể sẽ ñược trình bày ở chương sau. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….49 Kết luận chương II: Nội dung chương II ñã thực hiện ñược các nội dung sau: 1/ Tình hình sử dụng kết cấu thép dạng dầm hàn trong ngành chế tạo và sản xuất cơ khí của nước ta hiện nay. 2/ Phân tích ñược các ảnh hưởng của thông số công nghệ ảnh hưởng ñến mức ñộ biến dạng của dầm hàn: - Chế ñộ hàn - Dạng liên kết hàn - ðồ gá sử dụng khi hàn. 3/ Từ các ñặc ñiểm cấu tạo, tính chất làm việc và công nghệ hàn dầm, tiến hành xây dựng các phương án chế tạo ñồ gá ñể hàn dầm: - Phương án ñịnh vị - Phương án kẹp chặt - Phương án chống biến dạng - Phương án truyền ñộng 4/ Nghiên cứu các phương pháp tính toán ứng suất và biến dạng sau khi hàn dầm chữ I và dầm chữ I có tiết diện ngang thay ñổi. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….50 Chương III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ðỒ GÁ HÀN DẦM 3.1. Lựa chọn phần mềm tính toán Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các phần mềm tính toán lần lượt ra ñời nhằm ñáp ứng tính tối ưu trong quá trình thiết kế và chế tạo. ða số hiện nay các phần mềm tính toán trong kết cấu cơ khí ñềuusử dụng nguyên lý của phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH). Có những phần mềm chỉ ñược dùng trong một lĩnh vực hẹp, có những phần mềm dùng ñược trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các phần mềm hiện nay ñang có mặt tại Việt nam: ANSYS, SAP2000, SAMCEF, STAADIII, MEAMS, FEAP,…. Trong ñó ANSYS là một phần mềm lớn và rất mạnh mẽ, có thể dùng trong rất nhiều lĩnh vực tính toán khác nhau. ANSYS có thể giải các bài toán tuyến tính, phi tuyến trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật. Do vậy trong khuôn khổ ñề tài này, tác giả sử dụng phần mềm ANSYS ñể tính toán, mô phỏng nhằm giải quyết các vấn ñề sau: + Thiết kế sơ bộ và kiểm tra ñộ bền của kết cấu + Giải bài toán tối ưu hoá thiết kế. 3.1.1. Giới thiệu về phần mềm ANSYS 3.1.1.1. Giới thiệu chung ANSYS là một trong nhiều chương trình phần mềm công nghiệp, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn – PTHH (FEM) ñể phân tích các bài toán vật lý – cơ học, chuyển các phương trình vi phân, phương trình ñạo hảm riêng từ dạng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….51 giải tích về dạng số, với việc sử dụng phương pháp rời rạc hoá và gần ñúng ñể giải. Nhờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật về cơ, nhiệt, thuỷ khí, ñiện từ, sau khi mô hình hoá và xây dựng mô hình toán học, cho phép giải chúng với các ñiều kiện biên cụ thể với số bậc tự do lớn. Trong bài toán kết cấu ( Structural), phần mềm ANSYS dùng ñể giải các bài toán trường ứng suất - biến dạng, trường nhiệt cho các kết cấu. Giải các bài toán dạng tĩnh, dao ñộng, cộng hưởng, bài toán ổn ñịnh, bài toán va dập, bài toán tiếp xúc. Các bài toán ñược giải cho các dạng phần tử kết cấu thanh, dầm, 2D, 3D, giải các bài toán với các vật liệu ñàn hồi, ñàn hồi phi tuyến, ñàn dẻo lý tưởng, dẻo nhớt, ñàn nhớt…Trước hết, cần chọn ñược kiểu phần tử, phù hợp với bài toán giải. ANSYS cung cấp trên 200 kiểu phần tử khác nhau. Mỗi kiểu phần tử, tương ứng với một dạng bài toán. Khi chọn một phần tử , bộ lọc sẽ chọn các môñun tính toán phù hợp, và ñưa ra các yêu cầu về việc nhập các tham số tương ứng ñể giải. ðồng thời việc chọn phần tử, ANSYS yêu cầu chọn dạng bài toán riêng cho từng phần tử . Việc tính toán còn phụ thuộc vào vật liệu. Mỗi bài toán cần ñưa mô hình vật liệu, cần xác lập rõ là vật liệu ñàn hồi hay dẻo, là vật liệu tuyến tính hay phi tuyến, với mỗi vật liệu, cần nhập ñủ các thông số ñủ các thông số vật lý của vật liệu. ANSYS là phần mềm giải các bài toán bằng phương pháp số, chúng giải trên mô hình hình học thực. Vì vậy, cần ñưa vào mô hình hình học ñúng. ANSYS cho phép xây dựng các mô hình hình học 2D và 3D, với các kích thước thực, hình dáng ñược ñơn giản hoặc mô hình như vật thật. ANSYS có khả năng mô phỏng theo mô hình hình học với các ñiểm, ñường, diện tích, và mô hình phần tử hữu hạn với các nút và phần tử. Hai dạng mô hình ñược trao ñổi và thống nhất với nhau ñể tính toán. ANSYS là phần mềm giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH), nên sau khi dựng mô hình hình học, ANSYS cho phép chia lưới phần tử do người sử dụng chọn hoặc tự ñộng chia Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….52 lưới. Số lượng nút và phần tử quyết ñịnh ñến ñộ chính xác của bài toán, nên cần chia lưới càng nhỏ càng tốt. Nhưng việc chia nhỏ phần tử phụ thuộc vào năng lực từng phần mềm. Nếu sử dụng phiên bản công nghiệp, số nút và phần tử có thể ñến con số hàng trăm ngàn, phiên bản ñại học, ñến hàng ngàn, phiên bản sinh viên ñến hàng ngàn. ðể giải một bài toán bằng phần mềm ANSYS , cần ñưa vào các ñiều kiện ban ñầu và ñiều kiện biên cho mô hình hình học. Các ràng buộc và các ngoại lực hoặc nội lực (lực, chuyển vị, nhiệt ñộ, mật ñộ) ñược ñưa vào tại từng nút, từng phần tử trong mô hình hình học. Sau khi xác lập các ñiều kiện bài toán, ñể giải chúng, ANSYS cho phép chọn các dạng bài toán. Khi giải các bài toán phi tuyến, vấn ñề ñặt ra là sự hội tụ của bài toán. ANSYS cho phép xác lập các bước lặp ñể giải bài toán lặp với ñộ chính xác cao. ðể theo dõi bước tính, ANSYS cho biểu ñồ quan hệ các bước lặp và ñộ hội tụ. Các kết quả tính toán ñược ghi lưu vào các file dữ liệu. Việc xuất các dữ liệu ñược tính toán và lưu trữ, ANSYS có hệ hậu xử lý rất mạnh, cho phép xuất dữ liệu dưới dạng ñồ thị, ảnh ñồ, ñể có thể quan sát trường ứng suất và biến dạng, ñồng thời cũng cho phép xuất kết quả dưới dạng bảng số. Việc ANSYS có hệ hậu xử lý mạnh, ñã ñem lại một thế mạnh, ñể các phần mềm khác phải sử dụng ANSYS là một phần mềm liên kết xử lý phân tích trường ứng suất - biến dạng và các thông số vật lý khác. 3.1.1.2. Lĩnh vực ứng dụng của ANSYS. Do có rất nhiều tính ưu việt nên ANSYS ñược sử dụng._. quy ®Þnh J6 5.9 Nm J4 0.30 Kgm² J5 0.25 Kgm² Träng t¶i khíp nèi Momen qu¸n tÝnh quy ®Þnh J6 0.06 Kgm² DiÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña tay m¸y ho¹t ®éng 3.14 m² X 340º Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….95 NhiÖt ®é vïng bao quanh 0º ~ 45ºC §é Èm vïng bao quanh 0 ~ 80% RH Khèi lưîng 155 Kg Träng t¶i phÇn trªn tay m¸y 10 Kg (22lb) KiÓu ho¹t ®éng cña m¸y Sµn, trÇn , vµ khung tưêng §iÓm gèc quay l¹i Tay m¸y : mµu tr¾ng Mµu s¬n m¸y §Õ m¸y : mµu xanh 4.2.2. Các cổng ghép nối và ñiều khiển các thiết bị ngoại vi trong Robot AX-V6 (Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn logic PLC cña Robot ) - Chøc n¨ng kiÓm tra tr×nh tù. NÕu R«bot ®−îc liªn kÕt víi ®å g¸ bªn ngoµi (external jig) cÇn ph¶i kiÓm tra tr×nh tù c¸c thao t¸c cña nh÷ng thiÕt bÞ nµy b»ng c¸c tÝn hiÖu sau: - Nh÷ng tÝn hiÖu cho biÕt t×nh tr¹ng cña r«bot. - Nh÷ng tÝn hiÖu cho biÕt t×nh tr¹ng cña ®å g¸ bªn ngoµi. - Nh÷ng tÝn hiÖu míi ®−îc t¹o ra kÕt hîp víi nh÷ng tÝn hiÖu trªn. Bé ®iÒu khiÓn Robot cã s½n chøc n¨ng kiÓm tra tr×nh tù lµm nhiÖm vô göi vµ nhËn nh÷ng tÝn hiÖu nãi trªn tõ ®å g¸ bªn ngoµi tíi bé ®iÒu khiÓn trung t©m. 4.2.3 KÕt nèi robot víi ®å g¸ vµ thiÕt kÕ c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn §Ó thùc hiÖn ®−îc yªu cÇu cña ®iÒu khiÓn lµ : Ên EMG á t¹i vÞ trÝ l¾p ph«i,vÞ trÝ ng−êi ®iÒu hµnh ,hay t¹i b¶ng d¹y th× robot ®Òu dõng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….96 ë chÕ ®é d¹y th× ®å g¸ míi quay b»ng tay ®−îc,ë chÕ ®é tù ®éng th× khång ch¹y b»ng tay ®−îc. Muèn quay ®å g¸ qua c¶m biÕn khi ch¹y b»ng tay cÇn ph¶i Ên EMG ta ph¶i nèi b¶ng m¹ch TB1 cña Robot víi ®å g¸ nh− sau: C¸c EMG nèi tiÕp víi nhau vµ nèi vµo EMG in cña Robot . EMG out cña robot nèi víi I09 cña PLC . AUTO OUT cña Robot nèi víi I07 cña PLC. Hình 4.9 Sơ ñồ mạch PC Board Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….97 §Ó thùc hiÖn yªu cÇu ®−a tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn quay thuËn ®å g¸, quay nghÞch ®å g¸ ta nèi b¶ng m¹ch TB7 nh− sau: • Cæng O001 víi I01 cña PLC • Cæng O002 víi I02 cña PLC §Ó thùc hiÖn yªu cÇu ®−a tÝn hiÖu b¸o gÆp c¶m biÕn quay thuËn ®å g¸ tõ PLC tíi Robot, §−a tÝn hiÖu b¸o gÆp c¶m biÕn quay nghÞch ®å g¸ tõ PLC tíi Robot ta nèi b¶ng m¹ch TB5 nh− sau: • Cæng I001 víi Q03 cña PLC • Cæng I002 víi Q04 cña PLC Hình 4.10 Sơ ñồ mạch I/O Board Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….98 4.2.4 Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®ång bé chuyÓn ®éng Robot-§å g¸: SET 001 DELAY 0.0 s IN 001 DELAY 0.0s NOP RESET 001 DELAY 0.0s ………………. ……………. SET 002 DELAY 0.0s Hình 3.7 Sơ ñồ cổng nối ghép Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….99 IN 002 DELAY 0.0s NOP IN 001 DELAY 0.0s NOP IN 002 DELAY 0.0s NOP RESET 002 DELAY 0.0s ……………………………. SET 001 DELAY 0.0 s IN 001 DELAY 0.0s NOP RESET 001 DELAY 0.0s ……………………………. SET 002 DELAY 0.0S IN 002 DELAY 0.0s NOP IN 001 DELAY 0.0s NOP IN 002 DELAY 0.0s NOP RESET 002 DELAY 0.0s ……………………………….. end. 4.2.5. Lập trình ñiều khiển toàn bộ hệ thống Tõ yªu cÇu cña kÕt cÊu hµn ta lËp ch−¬ng tr×nh hµn nh− sau: + C¸c th«ng sè tÝnh to¸n ®−îc: C−êng ®é dßng ®iÖn hµn Ih = 471A Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….100 HiÖu ®iÖn thÕ hµn Uh = 37V TÇn sè dao ®éng f = 1.8 Hz Biªn ®é dao ®éng ngang b = 8 mm HiÖu ®iÖn thÕ t¾t hå quang Uthq=30V C−êng ®é dßng ®iÖn t¾t hå quang Ithq=180A … 4.2.5.1 ) C¸c lÖnh lËp tr×nh c¬ b¶n + P – positioning Chøc n¨ng Di chuyÓn ®Çu hµn ®Õn 1 ®iÓm víi con ®−êng ng¾n nhÊt . Th«ng sè kü thu©t Tèc ®é [ 1-- 100%] Overlap [on/off] Ký hiÖu P + L – linear interpolation Chøc n¨ng Di chuyÓn ®Çu hµn theo ®−êng th¼ng. Trong qu¸ tr×nh di chuyÓn gãc nghiªng ®Çu hµn thay ®æ theo gãc ®é ®Þnh s½n , hoÆc kh«ng thay ®æi tèc ®é Th«ng sè kü thu©t Tèc ®é [1—9999 cm/phót] Overlap [on/off] Ký hiÖu L C1/C2 Circular Interpolation Chøc n¨ng Di chuyÓn ®Çu hµn the ®−êng cong . Trong qu¸ tr×nh di chuyÓn gãc nghiªng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….101 ®Çu hµn kh«ng thay ®æ hoÆc thay ®æi theo gãc ®é dÞnh s½n Th«ng sè kü thu©t Tèc ®é [1—9999 cm/phót] Overlap [on/off] Ký hiÖu C1/C2 T—Time Wait Chøc n¨ng Robot dõng l¹i trong 1 kho¶ng thêi gian ®Æt tr−íc Th«ng sè kü thu©t Thêi gian dõng [0.1—99.9 cm/phót] Ký hiÖu T NOP no operation Chøc n¨ng Robot dõng l¹i chê tÝn hiÖu cña thiÕt bÞ ngo¹i vi Th«ng sè kü thu©t Thêi gian dõng [0.1—99.9 cm/phót] Ký hiÖu T S—SET Chøc n¨ng Robot ®ãng m¹ch cho r¬ le Th«ng sè kü thu©t Sè r¬le [1—20 cm/phót] Ký hiÖu S R-- Reset Chøc n¨ng Robot ng¾t m¹ch cho r¬ le Th«ng sè kü thu©t Sè r¬le [1—20 cm/phót] Ký hiÖu R AS – Star Welding Chøc n¨ng G©y hå quang Th«ng sè kü thu©t I hµn : [1..500A] U hµn : [1..50V] Tèc ®é hµn [1..9999 cm/phót] Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….102 File ASC001--999 Ký hiÖu AS/AS File AE Ending Welding Chøc n¨ng T¾t hå quang Th«ng sè kü thu©t I hµn : [1..500A] U hµn : [1..50V] Tèc ®é hµn [1..9999 cm/phót] Thêi gian ®iÒn ®Çy:[0,1--9,9 gi©y] Thêi gian thæi khÝ sau:[0,1—9,9 gi©y] File AEC001--999 Ký hiÖu AE/AE File Weaving --Instruction Chøc n¨ng Dao ®éng ngang ®Çu hµn Th«ng sè kü thu©t Kho¶ng dao ®éng ph¶i [0.0—50.0mm] Kho¶ng dao ®éng tr¸i [0.0—50.0mm] KØÓu dao ®éng [tam gi¸c/ cung trßn] TÇn sè dao ®éng [0.1—20.0 Hz] Dõng t¹i t©m [0.0—9.9 gi©y] Dõng t¹i 1/4 [0.0—9.9 gi©y] Dõng t¹i 3/4 [0.0—9.9 gi©y] Cung dao ®éng tr¸i [-180—1800] Cung dao ®éng ph¶i [-180—1800] File WC001--999 Ký hiÖu W/W File 4.2.5.2) LËp Ch−¬ng tr×nh hµn Trình bày trong Phụ lục chương trình - Phần phụ lục Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….103 4.3 TÝnh kinh phÝ cho s¶n phÈm Chi phÝ cho s¶n xuÊt bé ®å g¸ tù ®éng nh− sau: Thø tù Tªn linh kiÖn Sè l−îng Giá ®¬n vÞ Gi¸ 1 Bé PLC 1 5.000.000® 5.000.000® 2 Bé biÕn tÇn 1 6.000.000® 6.000.000® 3 C¶m biÕn 2 500.000® 1.000.000® 4 R¬ le 3 50.000® 150.000® 5 Diot 1 5.000® 5.000® 6 §iÖn trë 1 1.000.000® 1.000.000® 7 Motor 1 10.000.000® 10.000.000® 8 ðÌn b¸o 8 40.000® 320.000® 9 Nót Ên 2 40.000® 80.000® 10 Nót EMG 2 40.000® 80.000® 11 D©y diÖn 40 mm 2.000® 80.000® 12 Piston - xilanh 8 500.000® 4.000.000® 13 Khèi nguån ®iÒu khiÓn thuû lùc 1 4.000.000® 4.000.000® 14 èng dÉn khÝ nÐn 20 15.000® 300.000® 15 Khung 1 15.707.400 Tæng chi phÝ 47.722.400® Gi¸ thµnh ®−îc tÝnh theo gi¸ thÞ tr−êng vµo thêi ®iÓm ( s¬ bé) a. PhÇn khung thÐp: Khèi l−îng toµn bé: Kho¶ng 850kg Gi¸ t¹i thêi ®iÓm hiÖn nay: 18.000®/kg gia c«ng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….104 Tæng sè tiÒn gia c«ng phÇn khung cña ®å g¸: 850 x 18.000®/kg = 15.300.000® b. Chi phÝ vËt liÖu Khèi l−îng d©y hµn L−îng kim lo¹i ®¾p trong c¸c mèi hµn tù ®éng, tæng chiÒu dµi c¸c mèi hµn tù ®éng dÇm: 2 . 2482 + 2 . 2600 = 10164 (mm) = 10,164 (m) DiÖn tÝch kim lo¹i ®¾p: F® = 60 (mm 2) = 0,6 (cm2) L−îng kim lo¹i ®¾p: G® = 7,86 . 10,164 . 0,6 = 4793,3 (g) ≈ 4,79 (kg). HÖ sè sö dông ®iÖn cùc khi hµn tù ®éng trong m«i tr−êng khÝ b¶o vÖ 95%. ⇒ L−îng d©y hµn cÇn thiÕt: GK = 4,79 . 100/ 95 = 5,04 (kg). Chi phÝ d©y hµn: 5,04 . 28 000 = 141.000 (®ång). L−îng khÝ CO2 cÇn ®Ó hµn 1 dÇm gi¸ chuyÓn h−íng lµ 8,3 kg thÓ láng. 8,3 x 8000®/kg = 66.400® Chi phÝ c¾t ph«i: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….105 TÝnh tæng chi phÝ c¾t ph«i bao gåm nh©n lùc m¸y mãc, ®iÖn tiªu thô, khÝ c¾t lµ 60.000 ® mét dÇm . + Chi phÝ ®iÖn n¨ng hµn : 5,5 x 4 x 1500 = 55.000® §iÖn dïng cho c¸c c«ng viÖc kh¸c nh−: mµi, khoan,… kho¶ng 145.000® Tæng chi phÝ c¬ b¶n: 15.300.000 + 141.000 + 66.400 + 200.000 = 15.707.400 ® (M−êi l¨m triÖu b¶y tr¨m linh b¶y ngµn bèn tr¨m ngµn ®ång) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….106 KÕt luËn ch−¬ng IV: Néi dung ch−¬ng IV ®^ thùc hiÖn ®−îc c¸c néi dung sau: 1/ Ph©n tÝch vµ lùa chän ®−îc ph−¬ng ¸n ®iÒu khiÓn cho hÖ thèng. 2/ ThiÕt kÕ ®−îc quy tr×nh thùc hiÖn toµn bé chu tr×nh lµm viÖc cña hÖ thèng ®å g¸. 3/ ThiÕt kÕ ®−îc c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn trªn c¬ së c¸c m¹ch cña r«bèt. 4/ ViÕt ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn vµ t¶i vµo bé nhí cña thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn. - LËp tr×nh cho PLC - M« t¶ qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña bé ®iÒu khiÓn ®å g¸. 5/ KÕt nèi víi R«bèt hµn hå quang AX-V6 hiÖn cã t¹i tr−êng §¹i häc S− ph¹m kü thuËt H−ng yªn vµ lËp tr×nh ®iÒu khiÓn toµn bé hÖ thèng: - Giíi thiÖu vÒ R«bèt AX-V6 - T×m hiÓu, nghiªn cøu c¸c cæng nèi ghÐp vµ thiÕt bÞ ngo¹i vi trong R«bèt AX-V6. - KÕt nèi R«bèt AX-V6 víi ®å g¸ vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn. - ViÕt c¸c ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®ång bé R«b«t - §å g¸. - LËp ch−¬ng tr×nh hµn. 6/ TÝnh chi phÝ cho s¶n phÈm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….107 Chương V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận Trên cơ sở kết quả thu ñược trong thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, thực hiện toàn bộ nội dung ñề tài. Có thể rút ra ñược các kết luận sau: 1. Robot ñã và ñang ñược nhiều ngành trong công nghiệp trên thế giới cũng như nước ta áp dụng ngày càng mạnh mẽ. Một số ngành công nghiệp ñã sử dụng toàn bộ công nhân làm việc trực tiếp là robot. Robot ñã có thể làm một số công việc mà ngay cả những người công nhân lành nghề, bậc cao cũng không thể thực hiện ñược hoặc rất khó thực hiện, thực hiện với chất lượng không cao. Cùng với xu thế phát triển ñó, ngành hàn ñã và ñang có sự ñầu tư ñáng kể về robot trong các lĩnh vực sản xuất. Tiên phong trong lĩnh vực này là các ngành: Công nghiệp ôtô, công nghiệp tàu thuỷ, cầu ñường,… và thực sự ñã ñem lại những kết quả ñáng kể. 2. Khoa học công nghệ ngày càng phát triển mạnh, các sản phẩm cơ khí bằng hàn cũng ngày càng phong phú. Do ñó ñã nảy sinh một số vấn ñề: - ðể phát huy tối ña khả năng làm việc của robot hàn thì ñòi hỏi luôn luôn sử dụng ñồ gá. ðặc biệt là ñồ gá tự ñộng, bán tự ñộng. - Trong hệ thống robot hàn gồm: robot – nguồn hàn - ñồ gá thì hai loại thiết bị là robot và nguồn hàn rất dễ dạng ñầu tư vì chúng có thể sử dụng thay thế vào rất nhiều công việc sản xuất, rất nhiều cơ sở chuyên thiết kế, chế tạo. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….108 - ðồ gá cho robot mang tính chuyên dùng rất cao và rất khó có thể sử dụng với nhiều loại sản phẩm. Mặt khác ñể chế tạo ra nó cần rất nhiều sự ñầu tư cả về kỹ thuật cũng như về kinh tế. Do vậy ñồ gá cho robot hàn hiện nay có giá rất cao kể cả trên thế giới cũng như nước ta. - Việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo ñã trở nên cấp bách trong ngành công nghiệp hàn. Khi ñã chế tạo ñược ñồ gá trong nước sẽ ñạt ñược nhiều kết quả: + Giảm rất nhiều giá thành cho hệ thống robot hàn + Chất lượng và năng suất các sản phẩm tăng cao + Công nghiệp hoá, hiện ñại hoá rất cao +… 3. Hàn là ngành chế tạo kết cấu nhưng có nhiều ảnh hưởng lớn của các yếu tố thực sự phải quan tâm trước, trong và ngay sau khi hàn. Sản phẩm trong hàn rất dễ bị huỷ bỏ khi không khống chế ñược các vấn ñề như Ứng suất và biến dạng. Có nhiều phương pháp tính toán cũng như xử lý ñược vấn ñè này. Nhưng ñể kết hợp ñược cả về công nghệ và phương pháp thực hiện ngay trong quá trình hàn là một vấn ñề không ñơn giản. Do ñó nghiên cứu ñồ gá hàn kết hợp ñược các yêu cầu ñó là rất cần thiết mặc dù phải ñược ñầu tư ñáng kể. ðặc biệt khi chế tạo ñồ gá cho robot phải càng ñược tính toán kỹ ñến vấn ñề này. 4. Nhu cầu sử dụng các phần mềm tính toán trong kỹ thuật ngày càng phát triển và mang tính ứng dụng cao. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….109 ANSYS là một trong một số phần mềm ñang ñược các ngành chế tạo chú ý và quan tâm vì nó có nhiều ưu ñiểm về tính ứng dụng cao. Trong kết cấu hàn rất cần ñược sử dụng loại phần mềm này. Nó sẽ cho kết quả tính toán có tính chính xác cao. ðơn giản hoá quá trình tính toán và kiểm nghiệm bền. ðề tài này, tác giả ñã nghiên cứu thiết kế thành công một dạng ñồ gá chuyên ñẻ hàn dầm có biên dạng thay ñổi từ ứng dạng ANSYS. 5. ðể ñạt ñược tính tự ñộng hoá cao, cần nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp ñiều khiển phù hợp. ðối với chế tạo ñồ gá cho robot nên sử dụng phương pháp ñiều khiển là khí nén (hoặc thuỷ lực) kết hợp với PLC. Khi ñã có ñược sự kết hợp các phương pháp ñiều khiển ñồ gá hàn sẽ có tính tự ñộng hoá rất cao. Tuy vậy ñể ñạt ñược ñiều ñó cần có sự ñầu tư ñáng kể. 5.2 Kiến nghị 1. Từ những yếu tố ñã kết luận trên, thực sự vấn ñề ñầu tư cho nghiên cứu thiết kế và chế tạo ñồ gá cho hệ thống robot hàn là cực kỳ cần thiết. 2. Hiện nay nước ta ñã có một vài cơ sở sử dụng ñồ gá cho hệ thống robot hàn nhưng chưa mang tính tự ñộng hoá cao và do vậy hiệu quả kinh tế còn nhiều hạn chế: - Sản phẩm chế tạo có chất lượng chưa cao vì chưa thực hiện ñầy ñủ vai trò của ñò gá nói chung: ðịnh vị - Kẹp chặt - Chống biến dạng. - Các ñồ gá hiện nay mới chỉ dựng lại ở kẹp chặt và tự ñộng thay ñổi vị trí theo yêu cầu của chu trình hàn. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….110 Vậy cần ñược thay ñổi ñể chất lượng sản phẩm hàn ñạt cao hơn. 4. Trường ðại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên là một trong những cơ sở ñào tạo ngành hàn có uy tín cao trong nước. Nhà trường ñã có sự ñầu tư ñáng kể về thiết bị, ngay cả thiết bị hiện ñại nhất như: Robot hàn, máy hàn trong môi trường nước, rượu,… Tuy vậy vấn ñề nghiên cứu thiết kế và chế tạo ñồ gá hàn cho robot là còn rất mới mẻ trong toàn bộ sinh viên cũng như ñội ngũ cán bộ giáo viên. ðiều này rất cần ñược khơi dậy, phát huy. ðặc biệt với robot AX-V6 hiện có tại Khoa Cơ khí của trường tác giả ñã nghiên cứu và thiết kế hệ thống ñồ gá và rất cần ñược ñầu tư ñể chế tạo. ðây sẽ là một bước tiến mới trong ngành hàn của nhà trường. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….111 PhÇn phô lôc Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….112 PHỤ LỤC I: Chương trình tính toán lực biến dạng của dầm bằng phần mềm ANSYS. * ðặt các dữ liệu ban ñầu: !================ /Filname,Tinhluc !Ten file “Tinh luc” /Units,SI !He don vi chuan *AFUN,DEG !Don vi do goc la "do" /view,,-1,2,2 !Diem nhin 3D !-------------------- !Khai bao a=16e-3 b=100e-3 c=8e-3 d=74e-3 d1=1 d2=2 d3=3 d4=4 d5=5 d6=6 d7=7 d8=8 d9=9 d10=10 n=2.3e-3 F0=1000 ![N]-Tai so bo ban dau DeltaF=100 ![N]-Gia so cua tai F Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….113 * Vẽ mô hình !----------------------- ! Ve ½ mo hinh /PREP7 !====Xay dung cac diem keypoint: K,1 K,2,a K,3,a,b K,4,a+c,b+c K,5,a,b+c K,6,a+c+d,b+c K,7,a+c+d,b+c+a K,8,-c-d,b+c+a K,9,-c-d,b+c K,10,-c,b+c K,11,,b+c K,12,,b !------------------------ Ve cac mat A,1,2,3,5,11,12 A,3,4,5 A,10,11,12 A,5,6,7,8,9,10,11 AADD,1,2,3,4 !------------- Ve phan con lai K,13,,-b K,14,,-b-c K,15,-c,-b-c K,16,-c-d,-b-c K,17,-c-d,-b-c-a Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….114 K,18,a+c+d,-b-c-a K,19,a+c+d,-b-c K,20,a+c,-b-c K,21,a,-b-c K,22,a,-b A,1,2,21,14 A,20,21,22 A,13,14,15 A,16,17,18,19 AADD,1,2,3,4,5 * Chia lưới !------------------- Chia luoi Lesize,10,,,d1 Lesize,7,,,d1 Lesize,19,,,d1 Lesize,11,,,d1 Lesize,15,,,d4,0.5 Lesize,27,,,d4,0.5 Lesize,26,,,d4,2 Lesize,16,,,d4,2 Lesize,6,,,d5 Lesize,2,,,d5 Lesize,24,,,d5 Lesize,25,,,d5 Lesize,13,,,d6 Lesize,21,,,d6 Lesize,14,,,d1 Lesize,12,,,d1 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….115 Lesize,20,,,d1 Lesize,22,,,d1 Lesize,21,,,d6 * Khai báo các phần tử !------------------- Khai bao phan tu: ET,1,plane2,,,3 !keopt(3)=3 R,1,10e-3 !hang so cua phan tu !--------------- Khai bao vat lieu: MP,Ex,1,210e9 ![Pa] MP,NUXY,1,0.33 !Poisson MP,DENS,1,7800 ![kg] * Chia lưới !------------------ Amesh,all !Chia luoi tat ca * ðặt tải và các ñiều kiện biên !-----------Dat dieu kien bien: Ngàm cứng ñường số 2,6,24,25 ( Các ñường thuộc bản bụng của kết cấu – Khoá cứng bản bụng) Lsel,s,line,,2,,,2 !Lsel,s,line,,1,,,1 !Chon duong so 1 Lsel,a,line,,6,,,6 !Lsel,s,line,,1,,,1 !Chon duong so 1 Lsel,a,line,,24,,,24 Lsel,a,line,,25,,,25 NSLL,s,1 D,all,all !Ngam toan bo nut tren line so 1 Alls Finish !================Ket thuc Pre-processor Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….116 * Chạy chương trình /SOLU Antype,static Rescontrol,,last,last !Cho phep chay noi tiep - Restart solution OutRES,nsol,last !Dieu khien viec ghi du lieu tinh toan Solcontrol,on !Dieu khien tu dong viec noi suy Pstres,on !Ung suat truoc --> Pre-Stress !----------- F,90,Fy,-F0 !Dat tai so bo vao nut 90 F,92,Fy,-F0 !Dat tai so bo vao nut 92 F,36,Fy,F0 !Dat tai so bo vao nut 36 F,34,Fy,F0 !Dat tai so bo vao nut 34 Alls !Chon toan bo mo hinh truoc khi tinh Solve !Tinh lan 1 Fdele,all,Fy !Xoa tai F0 cu Save !Luu ket qua tinh vao file "Tinhluc.rst" Finish * Xuất kết quả !-----------Xuat ket qua de kiem tra /POST1 Set,last,last !Goi ket qua da tinh Plnsol,U,y !Ve chuyen vi theo phuong Y *GET,cvY,NODE,90,U,y !Gan cvY bang Uy tai nut 90 Stop=n+cvY !Dieu kien cua vong lap *Dowhile Finish *DOWHILE,Stop Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….117 !----------------- /Filname,Tinhluc !Goi lai file du lieu "Tinhluc" da tinh truoc do RESUME !Goi lai cac buoc tinh truoc do F0=F0+DeltaF !Chieu dai dat tai /Solu !Quay lai tinh tiep Antype,,RESTART,last,last !Restart solution F,90,Fy,-F0 !Dat tai so bo vao nut 90 F,92,Fy,-F0 !Dat tai so bo vao nut 92 F,34,Fy,F0 F,36,Fy,F0 Alls !Chon toan bo mo hinh truoc khi tinh Solve !Tinh lan n Fdele,all,Fy !Xoa tai F0 cu Save !Luu ket qua tinh vao file "Tinhluc.rst" Finish !Vi dung truoc lenh /Post1 /POST1 Set,last,last !Goi ket qua da tinh Plnsol,U,y !Ve chuyen vi theo phuong Y *GET,cvY,NODE,90,U,y !Gan cvY bang Uy tai nut 90 Stop=n+cvY !Dieu kien cua vong lap *Dowhile Finish *ENDDO !Ket thuc vong lap *Dowhile Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….118 PHỤ LỤC II: Ch−¬ng tr×nh LAD viÕt cho m¹ch ®iÒu khiÓn ®å g¸ • LD I0.7 • NETWORK 1 • AN I0.2 • AN I0.6 • LD I0.7 • AN I0.9 • AN I0.6 • OLD • LD I0.0 • A I0.9 • A I0.6 • OLD • = Q0.0 • NETWORK 2 • LD I0.5 • AN I0.2 • AN I0.6 • LD I0.5 • AN I0.4 • AN I0.6 • OLD • LD I0.1 • A I0.4 • A I0.6 • OLD • A I0.4 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….119 • A I0.6 • OLD • = Q0.1 • NETWORK 3 • LD I0.6 • = TT0 • LD T0 • = Q0.6 • NETWORK 4 • LD I0.6 • = Q0.7 • NETWORK 5 • LD I0.2 • = TT1 • LD T1 • = Q0.3 • NETWORK 6 • LD I0.3 • = TT2 • LD T2 • = Q0.4 PHỤ LỤC III: Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®ång bé chuyÓn ®éng Robot-§å g¸: SET 001 DELAY 0.0 s IN 001 DELAY 0.0s NOP RESET 001 DELAY 0.0s Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….120 ………………. ……………. SET 002 DELAY 0.0s IN 002 DELAY 0.0s NOP IN 001 DELAY 0.0s NOP IN 002 DELAY 0.0s NOP RESET 002 DELAY 0.0s ……………………………. SET 001 DELAY 0.0 s IN 001 DELAY 0.0s NOP RESET 001 DELAY 0.0s ……………………………. SET 002 DELAY 0.0S IN 002 DELAY 0.0s NOP IN 001 DELAY 0.0s NOP IN 002 DELAY 0.0s NOP RESET 002 DELAY 0.0s ……………………………….. end. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….121 PHỤ LỤC IV: LËp Ch−¬ng tr×nh hµn 001 P 50% BASE M1 S 001 DL 0.0s IN 001 DL 0.0s 002 NOP R 001 DL 0.0s 003 P 50% BASE M1 004 P 20% BASE M1 AS 230A,25V,18cm WFP 6,6,1.8Hz 005 C1 18cm 006 C2 18cm 007 L 18cm 008 C1 18cm 009 C2 18cm 010 L 18cm 011 L 18cm WE AE 180A,20V,3,3 012 P 20% BASE M1 013 P 50% BASE M1 014 P 50% BASE M1 015 P 20% BASE M1 AS 230A,25V,18cm WFP 6,6,1.8Hz 016 C1 18cm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….122 017 C2 18cm 018 L 18cm 019 C1 18cm 020 C2 18cm 021 L 18cm 022 L 18cm WE AE 180A,20V,3,3 023 P 20% BASE M1 024 P 50% BASE M1 S 002 DL 0.0s IN 002 DL 0.0s 025 NOP IN 001 DL 0.0s 026 NOP IN 002 DL 0.0s 074 P 20% BASE M1 075 P 50% BASE M1 END. 027 NOP R 002 DL 0.0s 028 P 50% BASE M1 029 P 20% BASE M1 AS 230A,25V,18cm WFP 6,6,1.8Hz 030 C1 18cm 031 C2 18cm 032 L 18cm 033 C1 18cm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….123 034 C2 18cm 035 L 18cm 036 L 18cm WE AE 180A,20V,3,3 037 P 20% BASE M1 038 P 50% BASE M1 039 P 50% BASE M1 040 P 20% BASE M1 AS 230A,25V,18cm WFP 6,6,1.8Hz 041 C1 18cm 042 C2 18cm 043 L 18cm 044 C1 18cm 045 C2 18cm 046 L 18cm 047 L 18cm WE AE 180A,20V,3,3 048 P 20% BASE M1 049 P 50% BASE M1 S 001 DL 0.0s IN 001 DL 0.0s 050 NOP R 001 DL 0.0s 051 P 50% BASE M1 052 P 20% BASE M1 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….124 AS 230A,25V,18cm WFP 6,6,1.8Hz 053 L 18cm 054 L 18cm WE AE 180A,20V,3,3 055 P 20% BASE M1 056 P 50% BASE M1 057 P 50% BASE M1 058 P 20% BASE M1 AS 230A,25V,18cm WFP 6,6,1.8Hz AE 180A,20V,3,3 059 L 18cm 060 L 18cm WE AE 180A,20V,3,3 061 P 20% BASE M1 062 P 50% BASE M1 S 002 DL 0.0s IN 002 DL 0.0s 063 NOP R 002 DL 0.0s 064 P 50% BASE M1 065 P 20% BASE M1 AS 230A,25V,18cm WFP 6,6,1.8Hz 066 L 18cm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….125 067 L 18cm WE AE 180A,20V,3,3 058 P 20% BASE M1 069 P 50% BASE M1 070 P 50% BASE M1 071 P 20% BASE M1 AS 230A,25V,18cm WFP 6,6,1.8Hz AE 180A,20V,3,3 072 L 18cm 073 L 18cm WE AE 180A,20V,3,3 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….126 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: Lê ðình Tâm, Phạm Duy Hòa, “Cầu dây văng”, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2001. [2]: Lê ðình Tâm, “Cầu thép”, NXB Giao Thông Vận Tải. [3]: Nguyễn Viết Trung, “Ví dụ tính toán mố trụ cầu”, NXB Giao Thông Vận Tải, 2005. [4]: Bộ Xây Dựng, “Giáo trình kết cấu thép-gỗ”, NXB Xây Dựng. [5]: ðoàn ðịnh Kiến, Phạm Văn Tư, Nguyễn Quang Viên, “Thiết kế kết cấu thép-nhà công nghiệp”, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật. [6]: ðặng Việt Cương, Nhữ Phương Mai, Nguyễn Nhật Thăng, “Sức bền vật liệu”, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2001. [7]: Lều Thọ Trình, “Cơ học kết cấu”, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2003. [8]: Nguyễn Nhật Thăng, Nhữ Phương Mai, “ðàn hồi ứng dụng”, NXB Giáo Dục, 2003. [9]: Tiêu chuẩn kỹ thuật hàn cầu thép 22 TCN-280-01. [10]: Hoàng Tùng, “Sổ tay ñịnh mức tiêu hao vật liệu và năng lượng ñiện trong hàn”, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2001. [11]: Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Ngô Lê Thông, Chu Văn Khang, “Cẩm nang hàn”, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2002. [12]: Ngô Lê Thông, “Giáo trình công nghệ hàn ñiện nóng chảy - Tập 1”, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật. [13]: Kobelco, welding handbook. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….127 MỤC LỤC Chương I: TỔNG QUAN ....................................................................................... 1 1.1/Tổng quan về các loại ñồ gá hàn ................................................................... 10 1.2. Các ñặc ñiểm công nghệ và tính chất làm việc của ñồ gá hàn...................... 14 1.3. Tính cấp thiết của việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo ñồ gá hàn tải trọng lớn dùng cho Robot .................................................................................................... 16 1.3.1 T×nh h×nh thÕ giíi vÒ R«b«t c«ng nghiÖp . .................................................. 16 1.3.2. LÞch sö ph¸t triÓn R«b«t c«ng nghiÖp t¹i ViÖt Nam ................................... 16 1.3.3 §Þnh nghÜa R«b«t c«ng nghiÖp (IR)............................................................ 19 1.3.4 Các bộ phận cấu thành robot công nghiệp ................................................. 21 1.3.5. Tính cấp thiết chế tạo ñồ gá hàn cho robot ................................................ 22 Chương II: ........................................................................................................... 25 TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG DƯ KHI HÀN DẦM CÓ TIẾT DIỆN NGANG THAY ðỔI VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ............ 25 2.1/Dầm sử dụng trong ngành cơ khí .................................................................. 25 2.2/Ảnh hưởng của các thông số công nghệ hàn ñến biến dạng của dầm .......... 27 2.2.1)Chế ñộ hàn:................................................................................................. 27 2.2.2)Dạng liên kết hàn: ...................................................................................... 27 2.2.3)Trình tự thực hiện các mối hàn:................................................................. 28 2.2.4) ðồ gá:......................................................................................................... 28 2.3/Chọn phương án thiết kế ñồ gá hàn (các phương án ñịnh vị, kẹp chặt, truyền ñộng,…) ............................................................................................................... 28 2.3.1/ Khung: ....................................................................................................... 29 2.3.2/ Cơ cấu dẫn ñộng ........................................................................................ 29 2.3.3/ Cơ cấu ñịnh vị ............................................................................................ 29 2.3.4/ Cơ cấu kẹp chặt.......................................................................................... 30 2.3.5/ Cơ cấu thay ñổi vị trí trạng thái ................................................................. 30 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….128 2.4/Tính toán ứng suất và biến dạng dư sau khi hàn dầm chữ I có tiết diện ngang thay ñổi................................................................................................................. 32 2.4.1. Ứng suất và biến dạng trong liên kết chữ I:............................................... 32 2.4.2. Tính toán ứng suất và biến dạng của dầm có tiết diện thay ñổi. ................ 48 Chương III: ......................................................................................................... 50 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ðỒ GÁ HÀN DẦM ............................................... 50 3.1. Lựa chọn phần mềm tính toán...................................................................... 50 3.1.1. Giới thiệu về phần mềm ANSYS ................................................................ 50 3.1.2.Xây dựng sơ ñồ tính toán ............................................................................ 56 3.1.4. Thiết kế sơ bộ các cụm chi tiết ................................................................... 65 3.2.Thiết kế chi tiết từng cụm............................................................................... 66 3.2.1. C
m thay ñi v trí dm............................................................................. 66 3.2.2. Cụm chi tiết khung chính........................................................................... 78 3.2.3. Cụm ñộng cơ và ñiều khiển chuyển ñộng quay.......................................... 79 Chương IV. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN.......................................... 83 4.1.ðiều khiển chuyển ñộng quay của ñồ gá ....................................................... 83 4.1.1. Phân tích, lựa chọn phương án ñiều khiển................................................ 83 4.1.2. Thiết kế quy trình thực hiện toàn bộ chu trình làm việc của hệ thống ñồ gá: ............................................................................................................................. 85 4.1.3. Thiết kế mạch ñiều khiển ........................................................................... 88 4.1.4. Chọn thiết bị (bộ ñiều khiển, cảm biến,…) ................................................ 89 4.1.5. Viết chương trình ñiều khiển và tải vào bộ nhớ của thiết bị ñiều khiển .... 90 4.2.Kết nối ñồ gá với Robot hàn hồ quang AX-V6 hiện có tại Trường ðHSPKT Hưng Yên và lập trình ñiều khiển toàn bộ hệ thống............................................ 93 4.2.1. Giới thiệu về Robot AX-V6......................................................................... 93 4.2.2. Các cổng ghép nối và ñiều khiển các thiết bị ngoại vi trong Robot AX-V6 95 4.2.3 KÕt nèi robot víi ®å g¸ vµ thiÕt kÕ c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn ............................. 95 4.2.4 Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®ång bé chuyÓn ®éng Robot-§å g¸: .................. 98 4.2.5. Lập trình ñiều khiển toàn bộ hệ thống....................................................... 99 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….129 Chương V: ......................................................................................................... 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 107 5.1. Kết luận ....................................................................................................... 107 5.2 Kiến nghị ...................................................................................................... 109 ._.