Học phần trang bị cho sinh viên các kiến cơ bản nhất về CKH, TĐH trong sản xuất cơ khí và trong quá trình hàn. Nӝi dung học phần được thể hiện ӣ các chương cӫa đề cương này, gӗm có: Mӣ đầu; Chương1- Mӝt sӕ khái niệm, định nghĩa cơ bҧn; Chương 2- Các công việc TĐH trong quá trình hàn; Chương 3- Các trang thiếtt bị chủ yếu phục vụ cho quá trình hàn tự động;
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN HÀN - CÔNG NGH KIM LO I ************ BÀI GIẢNG TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH HÀN GVC.TS Nguyễn Ngọc Thành HÀ NỘI 08 - 2011 ME4214 Tự đ̣ng hoa qú trinh han Tên học phần: T ĐỘNG HĨA Q TRÌNH HÀN Mã s : ME4214 Kh i lượng: 2(2-1-0,5-4) Lên lớp: 30 ti t Thí nghiệm: 10 ti t Thực tập sau môn học: Học phần thay thế: Đ i tượng tham d : cho sinh viên năm th chuyên ngành Công nghệ hàn - học kỳ Điều ki n học phần: Học phần tiên quy t: học phần thu c chuyên ngành Công nghệ hàn Học phần học trước: học phần thu c kh i ki n th c b n, s chuyên ngành r ng c a ngành Cơ Khí Học phần song hành: Mục tiêu học phần: Sau học xong học phần này, sinh viên nắm vững được: mục đích, ý nghĩa, ph m vi c a CKH, TĐH s n xuất khí q trình hàn; m t s định nghĩa, khái niệm b n; công việc TĐH trình hàn; trang thi t bị ch y u phục vụ cho trình hàn bán TĐ TĐ; nguyên tắc thi t k đ gá hàn Ṇi dung vắn tắt học phần: Học phần trang bị cho sinh viên ki n b n CKH, TĐH s n xuất khí q trình hàn N i dung học phần thể chương c a đề cương này, g m có: M đầu; Chương1- M t s khái niệm, định nghĩa b n; Chương 2- Các cơng việc TĐH q trình hàn; Chương 3- Các trang thi t bị ch y u phục vụ cho trình hàn tự đ ng; Chương 4- Thi t k đ gá hàn Nhi m vụ sinh viên: Dự lớp: theo quy ch c a nhà trư ng Thí nghiệm: thực thí nghiệm t i phịng thí nghiệm Dụng cụ học tập: thi t bị thí nghiệm hàn bán tự đ ng c a B môn Các n i dung khác: 10 Đ́nh gí kết quả: KT(0,3); T(0,7) Dự lớp: đánh giá sinh viên theo qui ch dự lớp c a Trư ng Thí nghiệm: đánh giá qua n p báo cáo thí nghiệm Kiểm tra định kỳ: đánh giá k t qu điểm kiểm tra kỳ Thi cu i học kỳ: thi tự luận 11 Tài li u học t p Sách, giáo trình, gi ng chính: 1- Bài gi ng Tự đ ng hố q trình hàn, GVC TS Nguyễn Ngọc Thành, B mơn Hàn CNKL, Viện Cơ Khí, ĐHBK Hà N i, 2009 - 2010 Sách tham kh o: xem đề cương chi ti t 12 Ṇi dung chi tiết học phần: T ĐỘNG HĨA Q TRÌNH HÀN Ngư i so n: GVC TS Nguyn Ngc Thnh Mở đầu Mục đích, ý nghĩa, phạm vi CKH, TĐH CKH, TĐH sản xuất khí sản xuất hàn Ch- ơng 1- Một số khái niệm, định nghĩa 1.1- Khái niệm khí hoá sản xuất khí hàn 1.1.1- Định nghĩa 1.1.2- Một số dạng CKH 1.1.3- Mức độ CKH 1.2- Khái niệm tự động hoá sản xuất khí hàn 1.2.1- Định nghĩa 1.2.2- Các thiết bị, phần tử hƯ thèng ®iỊu khiĨn tù ®éng 1.2.3- Møc ®é TĐH 1.2.4- Các hình thức tự động hoá a-Tự động hoá cứng b- Tự động hoá mềm 1.3- Dây chuyền SXTĐH hàn Ch- ơng 2- công việc tự động hóa QU TRèNH hàn 2.1- Khái niệm 2.1.1- Khái niệm trình hàn 2.1.2- Các d ng q trình hàn 2.1.3- Quy trình cơng nghệ hàn 2.2- Tự động hoá việc gá lắp phôi h n 2.2.1- Khái niệm, đặc điểm ng dụng 2.2.2- Các trang thi t b dựng cho tự động hoá gá lắp phôi 2.3- Tự động hoá thao tác hàn 2.3.1- Khái niệm, đặc điểm ng dụng 2.3.2- Các trang thi t bị sử dụng thực tự đ ng hoỏ cỏc thao tác hàn 2.4- Tự động hoá vận chun ph«i hà n 2.4.1- Khái niệm, đặc điểm ng dụng 2.4.2- Các trang thi t bị sử dụng thực tự đ ng hố vËn chun ph«i 2.5- Tự động hoá thông số chế độ hàn (máy hàn tự động) 2.5.1- Khỏi nim, c im v ng dụng 2.5.2- Các trang thi t bị, phần tử sử dng tự động hoá thông số chế độ hàn Ch- ơng 3- trang thiết bị chủ yếu phục vụ cho trình hàn tự NG 3.1- Đồ gḠdùng s n xuất khí hn 3.1.1- Khái niệm 3.1.2- Phân loại v ng dng 3.1.3- Một s đồ gá hàn điển hình 3.2- H th ng rơ b t hàn 3.2.1- Kh¸i niƯm đặc điểm c a hệ th ng rơ b t h n 3.2.2- Không gian hoạt động, số bậc tự do, độ động hệ số phục vụ 3.3- Tổ chức chỗ làm việc hệ thống hàn tự động 3.3.1- H th ng lm vic c lập 3.3.2- Hệ th ng làm việc m t dây chuyền Chương 4- THI T K Đ GÁ HÀN 4.1- M đầu 4.2- Phôi hàn 4.2.1- Khái niệm phân lo i 4.2.2- M t s d ng, k t cấu kích thước phơi hàn d ng đơn 4.2.3- M t s d ng, k t cấu kích thước phơi hàn d ng k t cấu hàn 4.3- Phân lo i, đặc điểm ph m vi ng dụng đ gá hàn 4.3.1- Phân lo i 4.3.2- Đặc điểm ph m vi ng dụng 4.4- Nguyên tắc gá lắp phôi hàn 4.4.1- Nguyên tắc định vị 4.4.2- Nguyên tắc kẹp chặt 4.5- Nguyên tắc thi t k đ gá hàn khí 4.5.1- Đ gá hàn v n 4.5.2- Đ gá hàn chuyên dùng 4.6- Nguyên tắc thi t k đ gá hàn bán tự đ ng, tự đ ng 4.6.1- Đ gá hàn v n 4.6.2- Đ gá hàn chuyên dùng 13 Tài li u tham khảo: [1]- Trần Văn Đắc - Lý thuy t điều chỉnh tự đ ng, tập 1, Nhà xuất b n Đ i học Trung học Chuyên nghiệp Hà N i 1983 [2]- Đặng Vũ Giao - Cơ s điều khiển hệ th ng tự đ ng, tập 1, 2, Nhà xuất b n Đ i học Trung học Chuyên nghiệp Hà N i 1983 [3]- Đ gá gia công cơ,Nhà xuất b n Khoa học kỹ thuật, GS.TS Trần Văn Địch [4]- Klaus Golduer - Điều khiển học tương lai c a Nhà xuất b n Khoa học Kỹ thuật Hà N i 1986 [5]- Trần Doãn Tiến - Tự đ ng điều khiển trình công nghệ Nhà xuất b n Giáo dục Hà N i 1995 [6]- Kỹ thuật Vi xử lý Nhà xuất b n Th ng kê Hà N i 1983 - 0- Mở đầu 0.1- Mục đích, ý nghĩa CKH, TĐH (CKH, TĐH) - Nâng cao 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 công việc đơn điệu, lặp lặp lại; bảo đảm an toàn môi tr- ờng lao động không bị ô nhiễm, độc hại), ng- ời có điều kiện h- ớng tới hoạt động dịch vụ, giải trí, nâng cao chất l- ợng sống - Luôn hoàn thiện sản phẩm theo tiêu chí: đẹp, tiện lợi, nhiều tính năng, tin cậy, rẻ tiền v.v., h- ớng tới sản phẩm có chứa đựng yếu tố thông minh, phù hợp với lối sống, tập quán văn hóa địa ph- ơng, quốc gia - Dần dần TĐH làm thay đổi thứ 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 quản lý sản xuất, hầu hết trình tính toán thiết kế đ- ợc TĐH, nâng cao không ngừng chất l- ợng thiết kế 0.2- Phạm vi CKH, TĐH CKH, TĐH phạm trù rộng, bao trùm hoạt động nghiên cứu khoa học, sản xuất ngành nghề, lĩnh vực 0.2.1- Trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất hàng tiêu dựng Có thể thấy nhiều loại thiết bị, máy móc, dây chuyền TĐH, chẳng hạn: - Các máy 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, ®o, ®Õm tù ®éng, in nh·n m¸c, kiĨm tra tù 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: máy bán hàng, rút tiền tự động, cửa ra/vào, thang máy tự động, hệ thống điều khiển phân luồng giao thông tự động, thiết bị tự động đóng mở vòi n- ớc, sấy khô, trạm thu phí, bán xăng tự động, 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 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 ngành: Chế tạo máy, Điện, Xây dựng, Giao thông, Công nghệ Thông tin, Y, D-ợc, Thực phẩm, Hoá chất, Dệt may, ngành Khảo sát, thăm dò, Khai thác v.v.) Ví dụ ngành Cơ khí chế tạo: - Các máy công cụ truyền thống (vạn năng, chuyên dùng) - Các máy thiết bị gia công áp lực (máy gia công chuẩn bị phôi) - Các máy thiết bị đúc, gồm trang thiết bị đúc khuôn cát, máy đúc khuôn kim loại, v.v - Các máy công cụ tự động cứng (nhóm I, II III) điều khiển trục phân phối - Các máy công cụ tự động (mềm) điều khiển số (NC), điều khiển số máy tính (CNC), điều khiển khả lập trình (PLC) - Các trung tâm gia công (NC hay CNC) thực đ- ợc 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 máy) với suất, chất l- ợng cao, ổn định Các máy gia công kim loại, trung tâm gia công nói đ- ợc tổ hợp thành dây chuyền khí đồng bộ, tự động hoá công đoạn, phần, tự động hoá toàn từ A đến Z trình công nghệ chế tạo, ví dụ: - Dây chuyền sản xuất CKH: dây chuyền sản xuất đúc, dây chuyền gia công khí, dây chuyền hàn, sơn, dây chuyền sản xuất lắp ráp, kiểm tra, bao gói v.v - Dây chuyền sản xuất thực chức nh- dây chuyền CKH, nh- ng hình thức bán tự động hay tự động hoàn toàn - Dây chuyền sản xuất tự động linh hoạt loại dây chuyền sản xuất TĐH đồng bộ, điều khác chỗ, dây chuyền đáp ứng nhanh quy trình công nghệ gia công thay đổi Chúng thích hợp với quy mô sản xuất loạt nhỏ vừa 0.2.3- CKH, TĐH sản xuất hàn CKH, TĐH s n xuất hàn - m t khái niệm r ng Trước h t cần hiểu - n i dung (ho t đ ng) b n c a s n xuất hàn s bao g m: a- Ho t đ ng s n xuất vật liệu hàn (ví dụ: vật liệu b o vệ m i hàn (khí, rắn); dây/que hàn; vật liệu làm s ch ch chuẩn bị hàn (thu c hàn d ng lỏng/rắn), v.v.) b- Ho t đ ng tổ ch c, qu n lý thi t k gia công, ch t o k t cấu, s n phẩm hàn m c đ (hình th c) CKH, bán tự đ ng hay tự đ ng hóa c- Các ho t đ ng kiểm tra, tra giám sát hàn Các ho t đ ng ng dụng CKH, TĐH nhằm nâng cao hiệu qu s n xuất Trong học phần này, sau tìm hiểu m t s khái niệm, định nghĩa b n CKH, TĐH s n xuất khí, hàn, s tập trung vào tìm hiểu cơng việc TĐH, trang thi t bị ch y u phục vụ cho trình hàn tự đ ng thi t k đ gá hàn (mơ đun bán TĐ, TĐ) Ch- ¬ng 1- Một số khái niệm, định nghĩa 1.1- Khái niệm khí hoá sản xuất khí hàn 1.1.1- Định nghĩa Cơ khí hoá thay sức lao động thủ công (bằng tay) ng- ời thợ máy móc để thực việc gia công, chế tạo chi tiết máy, hay máy móc, thiết bị theo quy trình công nghệ xác định 1.1.2- Một số dạng (loi cụng vic) CKH Trong sản xuất khí, có nhiều công việc cần đ- ợc CKH, tạm chia năm dạng sau: - CKH trình gia công chuẩn bị phôi (trên thiết bị: gia công áp lực, đúc, hàn) - CKH trình gia công cắt gọt (trên máy công cụ truyền thống) - CKH trình vận chuyển (bằng nhiều loại ph- ơng tiện, thiết bị CKH khác tuỳ theo hình dạng, kích th- ớc khối l- ợng phôi liệu, ví dụ: cổng trục, cầu trục, pa lăng điện, xe nâng/hạ, băng tải, băng lăn, máng tr- ợt, cấu xếp phôi liệu v.v - CKH công việc gá lắp phôi máy gia công kim loại (các loại đồ gá kẹp phôi khí, khí nén, kết hợp gá kẹp - điện, - khí nén, v.v.) - CKH trình lắp ráp (thực trang thiết bị, đồ gá vạn chuyên dùng, nh- : dụng cụ lắp ráp (các dụng cụ tháo/lắp, loại súng lắp ráp, v.v.), đồ gá lắp ráp (ê tô, mỏ kẹp, vam, bàn quay, phân độ, v.v.) D- ới giới thiệu số trang thiết bị để CKH trình vận chuyển phôi liệu Băng lăn - ph- ơng tiện vận chuyển phôi liệu, sản phẩm đến qua máy gia công hay vị trí lắp ráp Băng lăn có kết cấu lăn đ- ợc gá lắp song song giá đỡ Phôi di chuyển vuông góc với trục lăn đến vị trí xác định nhờ độ nghiêng băng lăn (hỡnh 1.3, dùng tay đẩy nhẹ phôi băng lăn) Xích tải treo- (hình 1.1) ph- ơng tiện vận chuyển phôi liệu, sản phẩm với nhiều hình dạng khác đến vị trí gia công khác Đ- ợc dùng sản xuất hàng loạt, nh- dây chuyền lắp ráp, mạ, sơn v.v Hình 1.1- Xích tải treo Cầu trục - (hình 1.2) ph- ơng tiện vận chuyển phôi liệu khối l- ợng, kích th- ớc lớn đến vị trí gia công theo yêu cầu phục vụ gá lắp máy gia công phân x- ởng Chuyển động khối dầm (dọc theo phân x- ởng) đ- ợc thực động thông qua hộp giảm tốc (trên khối dầm 1, xe tời di chuyển nhờ động 5); điều khiển chuyển ®éng cđa khèi vµ xe bng nhờ nút bấm tay Cầu trục có lăn 7, hệ thống dây tải điện 8, mãc treo KhÈu ®é (chiỊu réng L) th- êng từ 10 mét trở lên Tải trọng nâng từ: 5, 8, 10, 15, 20, 40, v.v tÊn, thËm chÝ cßn có loại siêu trọng đến 120 Hình 1.2- Cầu trục Máng tr-ợt - ph- ơng tiện vận chuyển phôi đến cấu cấp phôi, từ cấp cho máy gia công (th- ờng máy tự động cứng), hay vận chuyển phôi từ vị trí gia công đến vị trí gia công khác Sự di chuyển phôi nhờ độ nghiêng máng (máng nghiêng) Hình dáng 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 cấp phôi tự động kết hợp với máng nghiêng Thiết bị xếp phôi (cơ cấu cấp phôi) - để xếp phôi tự động vào vị trí làm việc Hình 1.3 trình bày cấp phôi tự động kết hợp với máng nghiêng Hình 1.3 - Kết cấu máng nghiêng cấu xếp phôi 1.1.3- Mức độ CKH Trong trình gia công chi tiết, CKH cã thĨ thùc hiƯn tõng phÇn, vÝ dơ: máy công cụ truyền thống, hầu hết hoạt động máy đ- ợc CKH (nh- chuyển động cắt gọt, chuyển động chạy dao, bôi trơn, làm mát v.v.), 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.; số trình sản xuất đ- ợc CKH toàn bộ, ví dụ: 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, thiết kế quy trình công nghệ hay trình sản xuất, không thiết phải CKH toàn bộ, có thao tác, công việc đ- a CKH vào phøc t¹p, tèn kÐm, thùc hiƯn b»ng tay (thủ công) đơn giản nhiều, vấn đề phù hợp với điều kiện thực tế hiệu kinh tế đem lại 1.2- Khái niệm tự động hoá sản xuất khí hµn 1.2.1- Ṃt s định nghĩa Trong sản xuất khí, TĐH mức độ phát triển cao CKH Có đ- ợc khác biệt hình thức điều khiển TĐH Vì vậy, tr- ớc hiểu TĐH gì, cần làm quen số khái niệm liên quan d- ới Điều khiển học (theo [ 2]) - Khoa học điều khiển, truyền xử lý thông tin hệ thống kỹ thuật phi kỹ thuật (trong thể sống, v.v.); rõ - Khoa học điều khiển hệ thống động phức tạp, nghiên cứu, ứng dụng lĩnh vực công nghệ thông tin, kỹ thuật điều khiển tự động lý thuyết thuật toán vào việc điều khiển hệ thống Điều khiển - tác động có mục đích lên đối t- ợng điều khiển theo quy luật xác định tr- ớc Cụ thể hơn, điều khiển trình thu nhận xử lý thông tin, tác động lên đối t- ợng điều khiển để đạt đ- ợc kết theo mục đích xác định tr- ớc Hệ thống điều khiển - tập hợp thành phần vật lý có mối liên hệ tác động qua lại với nhau, để huy hiệu chỉnh thân (các thành phần vật lý) hệ thống khác Hình 1.5 - ví dụ hệ điều khiển (kín) động chạy dao máy tiện số máy gia công cắt gọt Hình 1.5- Hệ thống điều khiển (kín) động chạy dao Tín hiệu vào V- l- ợng chạy dao (ngang dọc) yêu cầu Tín hiệu C- l- ợng chạy dao (ngang dọc) thùc tÕ R- TÝn hiƯu vµo chn E- TÝn hiƯu tác động B- Tín hiệu phản hồi MTín 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 điều khiển động G2 - Đối t- ợng điều khiển UNhiễu (tín hiệu vào không mong muốn), ảnh h- ởng nhiễu đến giá trÞ cđa tÝn hiƯu C V, R, M, C, B, E, U - c¸c biÕn sè cđa hƯ G1, G2, GV H - phần tử hệ Tuyến thuận - từ tín hiệu tác động E đến tín hiƯu C Tun ph¶n håi - tõ tÝn hiƯu C đến tín hiệu phản hồi B Phản hồi âm - điểm tụ tồn phép trừ: E = R B Phản hồi d-ơng - điểm tơ tån t¹i phÐp céng: E = R + B §iĨm tơ (bé so s¸nh)- BiĨu diƠn tht to¸n céng trừ, ký hiệu vòng tròn (A) Hai hay nhiều biến vào cộng trừ điểm tụ Đầu điểm tụ tổng đại số đầu vào Điểm tán- tín hiệu biến số vào đ- ợc phân nhiều nhánh từ điểm, điểm gọi điểm tán, ký hiệu nốt tròn đen (D) Điều chỉnh- tác động vào đối t- ợng nhằm khởi động, trì, làm thay đổi chấm dứt trình hoạt động kỹ thuật, công nghệ Về chất, điều chỉnh giống điều khiển, nh- ng phạm vi cụ thể hẹp Phân loại hệ thống điều khiển Hiện có nhiều cách phân loại hệ thống điều khiển, cách phân loại theo tiêu khác nhau, chẳng hạn, theo: dạng tín hiệu (rời rạc hay liên tục), lớp ph- ơng trình vi phân mô tả động lực học hệ thống, dạng l- ợng tiêu thụ, số vòng kín hệ, dạng truyền động hệ, v.v Để làm sở nghiên cứu nội dung lý thuyết điều khiển, ng- ời ta phân loại theo nguyên lý điều khiển; có hai nguyên lý điều khiển bản: nguyên lý điều khiển kín (hệ thống điều khiển kín) nguyên lý điều khiĨn hë (hƯ thèng ®iỊu khiĨn hë) HƯ thèng ®iỊu khiển hở - hệ thống mà tác động điều khiển R độc lập với đầu C (hình 1.6a) Hệ thống điều khiển hở có số đặc điểm (so với hệ kín): - Độ xác điều khiển cao 10 3.2.2- Không gian hoạt động, số bậc tự do, độ động hệ số phục vụ ca rụ b t Không gian hoạt động (Vựng hot ng)- m t vùng phẳng không gian xác định, bàn tay kẹp thực thao tác kỹ thuật, cơng nghệ định ng với thơng s hình học s bậc tự c a Với m i rơ b t, xét lý thuy t, vùng ho t đ ng chia làm nhiều d ng khác nhau, vùng ho t đ ng cực đ i, vùng ho t đ ng m t phần, vùng ho t đ ng có hướng khơng đổi vùng ho t đ ng tồn phần Hình 3.17 mơ t m t s d ng vùng ho t đ ng c a m t s rơ b t Hình 3.17- M t s d ng vùng ho t đ ng rô b t Hình 3.17- M t s d ng vùng ho t đ ng rô b t (ti p) Định nghĩa ćc d ng vùng ho t đ̣ng Vùng hoạt động cực đại - vùng tập hợp vị trí mặt phẳng hay khơng gian mà tâm bàn tay kẹp (điểm M) đ t tới ng với thơng s hình học bậc tự xác định c a rô b t (hình 3.17) Vùng ho t đ ng cực đ i ln có kích thước (thể tích) lớn Vùng ho t đ ng cực đ i chưa tính đ n định hướng c a bàn tay kẹp Các vùng ho t đ ng l i tính đ n định hướng c a bàn tay kẹp Vùng hoạt động phần - vùng tập hợp vị trí mặt phẳng hay khơng gian mà tâm bàn tay kẹp (điểm M) đ t tới theo m t s hướng khác ng với thơng s hình học bậc tự xác định c a rô b t 41 Hình 3.18 mơ t kh c a bàn tay kẹp đ t tới vị trí hàn M hay M* m t s hướng khác vùng ho t đ ng cực đ i ABCDEF Các vị trí lân cận M*, bàn tay (đầu mỏ hàn) ti p cận chi ti t hàn (hàn được) theo m t s hướng (chẳng h n: hướng 1, hướng 2); h n ch kích thước hay bậc tự mà bàn tay kẹp đưa mỏ hàn để hàn t i vị trí M* theo hướng khác (chẳng h n hướng 3, hướng 4, hướng 5, hướng đ i với vị trí M) Khi đó, vùng tập hợp b i điểm lân cận M* (xung quanh M*) mặt phẳng hay không gian, gọi vùng làm việc m t phần Nhưng t i vị trí M, mỏ hàn hàn nhiều hướng khác hơn, chí n u t i M vị trí xung quanh M, mỏ hàn hàn điểm M điểm hướng, vùng tập hợp b i xung quanh M gọi vùng ho t đ ng toàn phần Dưới định nghĩa vùng ho t đ ng toàn phần Vùng hoạt động toàn phần - vùng tập hợp vị trí mặt phẳng hay không gian mà tâm bàn tay kẹp (điểm M) đ t tới theo hướng ng với thơng s hình học bậc tự xác định c a rơ b t Hình 3.18, vùng ho t đ ng toàn phần t o b i tập hợp điểm M điểm xung quanh M, mỏ hàn hàn hướng Hình 3.18- Các kh định hướng c a rơ b t Vùng hoạt động có hướng khơng đổi - vùng tập hợp vị trí mặt phẳng hay không gian mà tâm bàn tay kẹp (điểm M) đ t tới theo m t hướng không đổi ng với thơng s hình học bậc tự xác định c a rô b t 42 Hình 3.19- Vùng ho t đ ng có hướng khơng đổi Hình 3.19 mơ t vùng ho t đ ng có hướng khơng đổi c a hai rơ b t ba bậc tự do, ho t đ ng hệ to đ Đề Đ i với rô b t này, ti p cận đ i tượng hay hàn, tâm bàn kẹp đ t theo m t hướng (rô b t bên trái có hướng ti p cận đ i tượng theo hướng chuyển đ ng q1, cịn rơ b t bên ph i, ti p cận đ i tượng theo hướng q3) Những rô b t d ng này, ti p cận đ i tượng theo m t hướng d ng cấu trúc đ ng học c a b n thân rô b t quy t định, cụ thể d ng (lo i) khớp đ ng học liên k t khâu c a rơ b t cách b trí vị trí khớp chu i đ ng học quy t định kh định hướng c a chúng Chẳng h n, rơ b t tồn khớp trượt (hình 3.19), rơ b t có m t s khớp quay khớp trượt (hình 3.17c) ti p cận định hướng vào đ i tượng công tác theo m t hướng Vùng hoạt động thực tế - thực t , lắp đặt rô b t t i nơi làm việc, không gian nơi làm việc bị h n ch b i trang thi t bị kèm (chẳng h n, máy gia công (máy tiện, máy hàn, v.v.), đ gá, phôi, trang thi t bị phụ, v.v.) cách b trí lắp đặt mà m t s vị trí vùng ho t đ ng, cánh tay rơ b t, theo lý thuy t với tới, làm việc thực t l i bị h n ch ; chí vùng ho t đ ng cịn bị h n ch Hình 3.20- Vùng ho t đ ng thực t c a rô b t b i c rơ b t làm việc ph i hợp (hình 3.20) Do vậy, thể tích c a vùng ho t đ ng thực t c a rô b t s thể tích vùng ho t đ ng cực đ i trừ thể tích vùng ho t đ ng bị h n ch (do không gian lắp đặt cách b trí rơ b t) 43 Sè bËc tù - s thông s định vị đ để xác định vị trí rơ b t khơng gian xác định (hệ tọa đ xác định); m t s nguyên, ký hiệu n, n ≥ Đ i vơi rô b t chu i đ ng h , s bậc tự s khâu đ ng (không kể chuyển đ ng kẹp vật c a bàn tay kẹp) Trong công nghiệp, rô b t hàn, lắp ráp thư ng có sáu bậc tự Các khớp liên k t khâu thư ng khớp b n lề hay khớp trụ (khớp lo i 5) khớp trượt Vị trí định hướng bàn tay kẹp Khi kẹp vật (chẳng h n kẹp mỏ hàn), bàn kẹp ph i xác định vị trí cần đ t tới đ i tượng công nghệ (điểm hàn bề mặt vật hàn) định hướng c a bàn tay kẹp ti p cận đ i tượng (hướng c a trục mỏ hàn so với vật hàn t i điểm hàn M, hình 3.21) 1, 2, 3, góc định hướng theo phương Mn, Ms, Ma c a trục mỏ hàn hàn so với hệ tọa đ c định Mxyz (khi cho g c c định O trùng M) Như vậy, để thực thao tác kỹ thuật, công nghệ, chuyển đ ng c a rơ b t, chuyển đ ng c a bàn tay kẹp ph i xác định vị trí hướng c a (trong kỹ thuật Hình 3.21- Vị trí định hướng c a mỏ hàn rơ b t, vị trí hướng gọi th c a bàn tay kẹp) Chú ý rằng, góc 1, 2 3 xác định theo cơng nghệ hàn tương ng Theo phép bi n đổi Denavit - Hartenberg, ma trận xác định vị trí hướng c a khâu n so với khâu (giá) c định O (hệ Oxyz) rô b t chu i đ ng h có d ng: n x0 n T0 (q ) 0y n z s x0 a x0 s 0y a 0y s z0 a z0 0 M x0 M y0 A10 (q1 ).A21 (q ) Ann 1 (q n ) 0 Mz (3.1) Trong đó, phần tử c a c t th nhất, th hai th côsin phương c a trục Mn, Ms, Ma so với trục Mx, My, Mz (khi tính tốn góc định hướng, cho M trùng O) Ba phần từ đầu c a c t th tư vị trí c a tâm M bàn tay kẹp hệ Oxyz Aii 1 , i = 1n - ma trận chuyển hệ tọa đ từ hệ i hệ i-1 qi, i = 1n - tọa đ suy r ng c a khớp th i 44 Độ c¬ ®éng vµ hƯ sè phơc vơ Về b n chất, khái niệm Độ động Hệ số phục vụ c a rơ b t ph n ánh tính linh ho t, mềm dẻo c a rô b t làm việc Điều khác biệt là: đ đ ng ch y u ph n ánh tính linh ho t, mềm dẻo c a rô b t xác định vị trí; cịn hệ s phục vụ ch y u ph n ánh kh linh ho t, mềm dẻo c a rô b t định hướng Các khái niệm có m i liên quan rõ nét với khái niệm vùng ho t đ ng c a rô b t Độ động - lý thuy t, m t rô b t có bậc tự n = đáp ng nhiều thao tác kỹ thuật, công nghệ Tuy nhiên, rô b t thi t k , ch t o có s bâc tự n nhỏ tùy thu c vào nhiệm vụ rơ b t đ m nhiệm Khi đó, đ đ ng định nghĩa: hiệu s n - = m, m nguyên N u m = 0, tốn đ ng học ln có l i gi i Khi đó, ng với 12 phần tử c t đầu c a phương trình (3.1) ln xác định (gi i nghiệm c a phương trình (3.1)) m t b tọa đ suy r ng qi tương ng N u m < đ đ ng bị h n ch (3.1) không ph i lúc thỏa mãn, nghĩa với 12 phần tử c t đầu c a phương trình (3.1), khơng ph i lúc xác định (gi i phương trình (3.1)) m t b qi tương ng m > 0, tốn đ ng học ln có nhiều l i gi i Khi đó, t i m t vị trí s có nhiều b thơng s định hướng ng với b qi khác nhau, kh đ ng c a rô b t tăng lên nhiều lần Như vậy, n u liên hệ với khái niệm vùng ho t đ ng c a rô b t, s thấy: - Vùng ho t đ ng m t phần, vùng ho t đ ng có hướng khơng đổi s có m ≤ 0, vùng ho t đ ng tồn phần s có m > - Đ i với m t s rô b t có bâc tự n ≥ 6, vùng ho t đ ng cực đ i, s g m vùng có m = m< m > Những nhật xét có ý nghĩa lớn thực t việc b trí, lắp đặt rô b t cho hiệu qu sử dụng cao Hệ số phục vụ - hệ s phục vụ (i) định nghĩa sau: i = i/i.2 (3.2) Trong đó: i - góc phục vụ, i = 1, góc mặt phẳng; i = 2, góc (nón) khơng gian ng với cấu trúc đ ng học thơng s hình học xác định c a rơ b t, góc i xác định m t giới h n, mà tâm bàn tay kẹp đ t định hướng tới Như vậy, với rơ b t có góc i lớn, kh định hướng tăng (ti p cận đ i tượng m t vị trí theo nhiều hướng khác nhau) Đ i với rơ b t phẳng, ta có: 1 = 1/2 (3.3) 45 Do đó: min = ≤ 1 ≤ 2 = max min = ≤ 1 ≤ = max (3.4) (3.5) Đ i với rô b t không gian, ta có: 2 = 2/4 Do đó: min = ≤ 1 ≤ 4 = max min = ≤ 1 ≤ = max (3.6) (3.7) (3.8) Trư ng hợp i = min = ng với rơ b t có vùng ho t đ ng có hướng khơng đổi Khi đó, t i điểm vùng ho t đ ng, bàn tay kẹp ti p cận vật theo m t hướng Trư ng hợp > i > ng với rơ b t có vùng ho t đ ng m t phần Trư ng hợp i =1 ng với rô b t có vùng ho t đ ng tồn phần Giá trị c a i phụ thu c vào cấu trúc đ ng học s bậc tự c a rô b t Ý nghĩa ứng dụng thực tế - vùng ho t đ ng c a rơ b t m t tính kỹ thuật quan trọng, cho bi t giới h n không gian ho t đ ng, kh định hướng c a bàn tay kẹp c a rô b t t i vị trí khác Nghiên c u kh o sát vùng ho t đ ng s t o s khai thác triệt để tính kỹ thuật q trình lắp đặt, sử dụng rơ b t Khi nghiên c u kh o sát vùng ho t đ ng, s tính giá trị hệ s phục vụ t i điểm vùng ho t đ ng, từ bi t việc b trí, lắp đặt rô b t th hợp lý Có thể thấy rõ ng dụng sau đây: - B trí lắp đặt rơ b t làm việc ph i hợp với trang thi t bị, dụng cụ, đ gá kèm cho thể tích vùng ho t đ ng thực t lớn - B trí lắp đặt đồ gá động gá phôi (làm việc ph i hợp với rô b t) vào vùng ho t đ ng c a rô b t cho bàn tay kẹp ti p cận vị trí thao tác định hướng dễ dàng - Trư ng hợp đồ gá tĩnh, s b trí lắp đặt vào vùng ho t đ ng c a rô b t mà hệ s phục vụ có giá trị lớn (càng lớn t t), s gi m s lần gá lắp phôi ph i hàn đư ng hàn ph c t p, ti t kiệm cho việc ph i chi phí đầu tư mua đ gá đ ng - Tránh b trí đ gá (đ ng, tĩnh) vào vùng ho t đ ng c a rô b t với hệ s phục vụ có giá trị nhỏ Cu i cùng, đ i với doanh nghiệp, có nhu cầu đầu tư rơ b t vào s n xuất, s bi t chọn lo i rơ b t (ngồi tiêu, tính kỹ thuật thơng thư ng, cần bi t thêm thông tin tiêu d ng vùng ho t đ ng mà rơ b t có để lựa chọn) hợp lý hiệu qu nht 3.3- Tổ chức chỗ làm việc hệ thống hàn tự động 3.3.1- H th ng lm vi c đ̣c l p 46 Ch làm việc c a hệ th ng hàn TĐH làm việc đ c lập thư ng b trí m t rơ b t tĩnh (lắp đặt c định t i m t vị trí xác định phân xư ng c a nhà máy) T i đây, máy hàn trang thi t bị kèm theo, cịn b trí thêm m t đ n hai ĐGH làm việc ph i hợp với rơ b t (hình 3.22) Rơ b t s đ m nhiệm tất c thao tác hàn cụm k t cấu khí theo quy trình cơng nghệ thi t k lập trình từ trước Hình 3.22- Ch làm việc c a hệ th ng RMĐP Các ĐGH (thu c lo i ĐGH v n năng) làm việc, điều khiển tự đ ng theo chương trình Ngồi ra, có trư ng hợp ĐGH hệ th ng RMĐP lo i ĐGH tĩnh (ĐGH khí lắp đặt c định t i m t vị trí) Khi đó, phơi gá lắp đ gá thư ng lắp đặt vùng ho t đ ng tồn phần (hình 3.23) nhằm h n ch t i đa việc thay đổi vị trí gắp lắp phơi su t q trình hàn 47 Hình 3.23- Ch làm việc c a hệ th ng RMĐP với ĐGH tĩnh Hình 3.23- Ch làm việc c a hệ th ng RMĐP với ĐGH tự đ ng đ ng hai rô b t 3.3.2- H th ng làm vi c ṃt dây chuyền Khi cần hàn s n phẩm (s lượng lớn) có k t cấu ph c t p, kích thước lớn mà t i m t vị trí trí khơng thể hồn thành tất c m i hàn, đư ng hàn chúng, đó, để hồn thành cơng việc hàn theo yêu cầu, ngư i ta thi t tồn b quy trình cơng nghệ hàn thành m t 48 dây chuyền có nhiều rơ b t tham gia hàn M i rô b t đ m nhiệm hàn m t s điểm, đư ng s n phẩm Lúc này, ĐGH thi t k thành m t dây chuyền với hai ch c năng: dùng để gá lắp di chuyển phôi qua vị trí hàn u cầu Các hình 3.24, 3.25 3.26 minh họa dây chuyền Hình 3.24- Dây chuyền hàn tự đ ng c a hệ th ng RMĐP Hình 3.25- Dây chuyền hàn tự đ ng c a hệ th ng RMĐP 49 Hình 3.26- Dây chuyền hàn khung, vỏ ô tô tự đ ng c a hệ th ng RMĐP Chương 4- THI T K Đ GÁ HÀN 4.1- Mở đầu Vai trò c a ĐGH hệ th ng RMĐP: - Tăng suất, tăng ổn định đ xác gia cơng chi ti t - M r ng kh công nghệ cho hệ th ng RMĐP - Gi m cư ng đ lao đ ng, c i thiện điều kiện lao đ ng cho ngư i thợ - B o đ m an toàn cho thợ trang thi t bị, máy móc 4.2- Phơi hàn 4.2.1- Kh́i ni m phân lo i Trong gia cơng khí, tuỳ u cầu kỹ thuật, chi ti t máy lựa chọn ch t o từ lo i phôi khác (phôi cán, phôi đúc, phôi rèn hay phôi hàn, v.v.) Trong hàn, phơi có nhiều hình d ng, kích thước khác Để dễ kh o sát, ta chia phơi hàn hai lo i chính: phơi hàn dạng đơn phôi hàn dạng kết cấu hàn Phôi hàn dạng đơn - phôi t o để chuẩn bị cho trình ch t o k t cấu, s n phẩm ti p theo Phôi d ng thư ng ch t o phương pháp cắt hàn nóng ch y (cắt h quang khí); ch t o phương pháp gia công cắt gọt hay gia công áp lực 50 Phôi hàn dạng kết cấu hàn hay kết cấu hỗn hợp khí hàn - phôi d ng k t cấu thép ghép n i từ phôi hàn d ng đơn cơng nghệ hàn nóng ch y hay cơng nghệ hàn áp lực hay công nghệ hàn khác; ghép n i khí từ phơi đơn xen lẫn lắp ghép hàn từ phôi đơn t o thành m t cụm phôi bán thành phẩm, chuẩn bị cho ngun cơng gia cơng hồn thiện ti p theo 4.2.2- Ṃt s d ng, kết cấu kích thước phơi hàn d ng đơn Về hình dạng, kết cấu, g m lo i phôi: - D ng trục (đặc, r ng) - D ng đĩa, (mỏng, dày) - D ng (r ng, đặc) - D ng - D ng ng/b c Về kích thước, khối lượng, g m có: cỡ nhỏ; cỡ trung bình; cỡ lớn; cỡ lớn (siêu trư ng, siêu trọng) 4.2.3- Ṃt s d ng, kết cấu kích thước phơi hàn d ng kết cấu hàn Về hình dạng, kết cấu, g m lo i phơi: - D ng h p (từ phôi dày, mỏng) - D ng đĩa, (mỏng, dày) - D ng (r ng, đặc) - D ng - D ng ng/b c - D ng h n hợp (k t cấu t o từ d ng trên) Về kích thước, khối lượng, g m có: cỡ nhỏ; cỡ trung bình; cỡ lớn; cỡ lớn (siêu trư ng, siêu trọng) 4.3- Phân lo i, đặc điểm ph m vi ứng dụng đồ ǵ hàn (xem mục 3.12) 4.3.1- Phân lo i (xem mục 3.12) 4.3.2- Đặc điểm ph m vi ứng dụng Các đặc điểm ph m vi ng dụng dựa theo tiêu chí phân lo i ĐGH tĩnh ĐGH đ ng Đồ gá tĩnh - đ gá đ ng yên, nên có đặc điểm sau: - Ph m vi kh i lượng, kích thước phơi hàn r ng - Thao tác hàn khó thực đ i với phơi, hàn tư th hàn khó 51 - Khó hàn đư ng hàn ph c t p - Khơng điều khiển đ gá (vì đ gá đ ng yên) - K t cấu đơn gi n đ gá đ ng - Ch t o dễ hơn, đầu tư thấp Đồ gá động - đ gá chuyển đ ng, nên có đặc điểm sau: - Ph m vi kh i lượng, kích thước phôi hàn h n ch - Thao tác hàn dễ thực đ i với phôi, hàn tư th hàn khó - Dễ hàn đư ng hàn ph c t p - Điều khiển chuyển đ ng c a đ gá - K t cấu ph c t p đ gá tĩnh - Ch t o khó hơn, đầu tư cao 4.4- Nguyên tắc ǵ lắp phôi hàn 4.4.1- Nguyên tắc định vị Khi định vị phôi hàn, cần ý đặc điểm sau: Nguyên tắc định vị: hồn tồn ngun tắc định vị khí (đã học) Tuy nhiên, với đặc thù c a s n phẩm k t cấu hàn, có trư ng hợp - để thực trình định vị, cần k t hợp m t s biện pháp bổ trợ, là: hàn đính cách đều, hàn đính đ i x ng (trong mặt phẳng hay không gian) để xác định vị trí chuẩn ban đầu c a phơi trước hàn Ví dụ q trình định vị hàn dầm chữ I , chữ T , hay hàn t o phôi k t cấu hàn cho h p gi m t c v.v (v hình minh ho ) Đặc biệt, có s n phẩm hàn, chẳng h n hàn ng đư ng kính lớn, khơng có q trình kẹp chặt phơi với đ gá; sau định vị hai phôi với (theo nguyên tắc định vị c a đ gá) để b o đ m đ đ ng tâm, chúng kẹp chặt vào hàn đính, t o thành m t kh i ng trụ đ ng tâm, q trình hàn tồn b chu vi kh i trụ ti n hành nh trình “định vị đ ng” lăn chữ V c a đ gá mà khơng có việc kẹp chặt kh i trụ vào đ gá (hình 4.1) 52 Hình 4.1- Đ gá hàn kh i trụ r ng Độ xác định vị - tuỳ thu c yêu cầu chất lượng s n phẩm hàn, thông thư ng thấp v.v Sau hàn xong, n u cần, thư ng có biện pháp chỉnh sửa để đ t chất lượng hình dáng, kích thước 4.4.2- Ngun tắc kẹp chặt Khi kẹp chặt phơi hàn, kẹp m t s hình th c sau: kẹp khí, kẹp hàn, k t hợp, “tự kẹp” nh trọng lượng b n thân phôi hàn: Kẹp khí - cấu kẹp, nguyên lý truyền đ ng, tính tốn lực kẹp, thi t k ngun lý k t cấu, v.v., hồn tồn tham kh o tài liệu, giáo trình hay sách chuyên ngành vi t đ gá khí Các chi ti t kẹp khí, sau trình làm việc (sử dụng) s tháo/lắp tuỳ theo yêu cầu Kẹp hàn - trình kẹp ti n hành cho đ n hoàn chỉnh đư ng hàn theo yêu cầu (như b n v thi t k ) việc kẹp hàn k t thúc Quá trình ph i ti n hành dần dần, b i hàn, nh hư ng c a nhiệt đ , chi ti t s bị bi n d ng nhiệt; nên việc hàn ph i ti n hành với biện pháp kỹ thuật (các biện pháp hàn ch ng bi n d ng) cho nhiệt phân b đều, b o đ m đ xác hình d ng, kích thước theo yêu cầu Các trư ng hợp kẹp hàn: kẹp chặt phôi với đ gá; kẹp chặt phôi với đặt (định vị) lên đ gá 53 Các chi ti t kẹp hàn sau q trình làm việc (sử dụng) s khơng tháo Như vậy, trình kẹp hàn thực q trình cơng nghệ gia cơng hàn Kẹp chặt kết hợp khí - hàn - k t hợp hai hình th c Ví dụ: v.v “Tự kẹp” nhờ trọng lượng thân phơi hàn - Ví dụ: v.v 4.5- Ngun tắc thiết kế đồ ǵ hàn khí 4.5.1- Đồ ǵ hàn v n Thi t k ĐGH v n cần tuân theo nguyên tắc sau: Dựa (bám sát) vào đặc điểm ĐGH vạn năng: - Các bề mặt lắp ghép phôi hàn với đ gá hầu h t thi t k tiêu chuẩn hố - Trên m t đ gá, ng dụng hàn nhiều l i phơi có hình d ng, k t cấu khác - Ph m vi kh i lượng, kích thước từ lớn, trung bình tr xu ng - M c đ TĐH cao, chí thi t k c ĐGH có m c đ TĐH linh ho t - ĐGH tĩnh áp dụng m c đ khác Vận dụng nguyên tắc, kiến thức thiết kế máy khí 4.5.2- Đồ ǵ hàn chuyên dùng Thi t k ĐGH v n cần tuân theo nguyên tắc sau: Dựa (bám sát) vào đặc điểm ĐGH chuyên dùng: - Các bề mặt lắp ghép phôi hàn với đ gá thi t k ph i dựa vào hình d ng, k t cấu phơi hàn Vì th , m i lo i phơi hàn, l i có m t ĐGH tương ng thi t k , ch ng lo i ĐGH chuyên dùng khơng có giới h n! - Trên m t đ gá, ng dụng hàn m t d ng phơi với ph m vi kích thước m t giới h n định - Ph m vi kh i lượng, kích thước “bất kỳ” (nhỏ, trung bình, lớn lớn) - M c đ TĐH thấp lo i ĐGH vạn năng, t c ĐGH chun dùng khơng có lo i ĐGH tự đ ng linh ho t - ĐGH tĩnh áp dụng r ng rãi Vận dụng nguyên tắc, kiến thức thiết kế máy khí 4.6- Nguyên tắc thiết kế đồ ǵ hàn b́n t đ̣ng, t đ̣ng 4.6.1- Đồ ǵ hàn v n Ngoài việc tuân theo nguyên tắc thi t k ĐGH v n nêu trên, cần bổ sung thêm nguyên tắc sau: 54 - QTCN tự đ ng hóa - Tổng hợp chu kỳ ho t đ ng hệ th ng 4.6.2- Đồ ǵ hàn chuyên dùng 55