(Luận văn) thiết kế, chế tạo máy cắt gas oxy điều khiển số

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ******&****** TRƯƠNG VĂN HÙNG lu THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CẮT GAS – OXY an n va ĐIỀU KHIỂN SỐ gh tn to p ie LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT d oa nl w CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si Thái Nguyên, 04/2016 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ******&****** TRƯƠNG VĂN HÙNG lu THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CẮT GAS – OXY an n va ĐIỀU KHIỂN SỐ gh tn to p ie LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT d oa nl w CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ nf va an lu z at nh oi lm ul NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: T.S PHẠM THÀNH LONG z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si Thái Nguyên, 04/2016 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ******&****** TRƯƠNG VĂN HÙNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CẮT GAS – OXY lu ĐIỀU KHIỂN SỐ an n va gh tn to LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT p ie CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ d oa nl w NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TRƯỞNG KHOA nf va an lu KHOA CHUYÊN MÔN z at nh oi lm ul PGS.TS NGUYỄN VĂN DỰ TS PHẠM THÀNH LONG z @ m co l gm PHÒNG ĐÀO TẠO an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si Thái Nguyên, 04/2016 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si i LỜI CAM ĐOAN Tên là: Trương Văn Hùng Học viên: Lớp Cao học K16 Đơn vị công tác: Trường cao đẳng nghề KTCN Việt Nam – Hàn Quốc Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo máy cắt Gas – Oxy điều khiển số Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: lu Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân Các ý tưởng, an thiết kế, chế tạo số liệu hoàn toàn trung thực, chưa công va n bố cơng trình khác to gh tn Thái Nguyên, ngày .tháng .năm 2016 p ie Học viên: d oa nl w an lu nf va Trương Văn Hùng z at nh oi lm ul z m co l gm @ http://www.lrc.tnu.edu.vn an Lu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN n va ac th si ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài, tác giả nhận nhiều giúp đỡ từ phía nhà trường, thấy giáo Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phịng Đào tạo, thầy giáo tham gia giảng dạy tạo điều kiện cho tác giả hồn thành chương trình học hồn thiện luận văn Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS Phạm Thành Long định hướng, theo dõi truyền đạt kiến thức để tác giả hồn thành luận văn lu an Tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Cao đẳng Nghề KTCN va n Việt Nam – Hàn Quốc tạo điều kiện cho tác giả học nâng cao trình tn to độ; xin cảm ơn bạn lớp Trần Nam Thắng, xin cảm ơn tập giáo viên khoa Công gh nghệ Hàn trường CĐN KTCN Việt Nam – Hàn Quốc giúp đỡ tác giả tháo gỡ p ie khó khăn làm luận văn nl w Mặc dù cố gắng song kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đề oa tài chắn cịn nhiều thiếu sót cần bổ sung Do vậy, kính mong q thầy cơ, d đồng nghiệp, bạn bè đóng góp để tác giả hồn thiện kiến thức ứng dụng lu nf va an kiến thức học vào thực tế Tác giả xin chân thành cảm ơn! z at nh oi lm ul z m co l gm @ http://www.lrc.tnu.edu.vn an Lu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN n va ac th si iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… lu ………………………………………………………………………………… an va ………………………………………………………………………………… n ………………………………………………………………………………… gh tn to ………………………………………………………………………………… p ie ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… oa nl w ………………………………………………………………………………… d ………………………………………………………………………………… an lu ………………………………………………………………………………… nf va ………………………………………………………………………………… lm ul ………………………………………………………………………………… z at nh oi ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… z gm @ ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… l http://www.lrc.tnu.edu.vn an Lu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN m co ………………………………………………………………………………… n va ac th si iv MỤC LỤC Lời cam đoan …………………………………………………… ……… ………i Lời cảm ơn …………………………………………………………….….……… ii Nhận xét giáo viên hướng dẫn…………………………………………………iii Mục lục ……………………………………………………………… …….…….iv Danh mục từ viết tắt, thuật ngữ …………………………………….…………vii Danh mục bảng biểu ………………………………………………………… vii Danh mục hình vẽ ……………………………………………………………… viii lu an CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẮT BẰNG NHIỆT n va 1.1 Các nguồn nhiệt cắt, vai trò cắt nhiệt công nghiệp tn to 1.1.1 Tổng quan nhu cầu thép công nghiệp p ie gh 1.1.2 Một số phương pháp cắt nhiệt 1.2 Yêu cầu kỹ thuật với sản phẩm sau cắt nhiệt .4 oa nl w 1.3 So sánh lực phương pháp cắt nhiệt .6 d 1.4 Lý chọn đề tài lu nf va an CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY 10 2.1 Bài toán động học robot .10 lm ul 2.1.1 Chuyển đổi tọa độ điểm không gian 10 z at nh oi 2.1.2 Lựa chọn khớp máy 12 2.1.3 Phương trình động học robot khâu (Bài toán thuận): 14 z gm @ 2.1.4 Giải toán động học phương pháp số 16 2.1.5 Xác định sai số định trước (bài toán ngược) 19 l http://www.lrc.tnu.edu.vn an Lu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN m co 2.1.6 Kích thước máy .21 n va ac th si 59 lu Hình 4.8 Sắp xếp chi tiết thép 1200x2500x10 Kết thay đổi kích thước phôi an n va p ie gh tn to Hình 4.9 Sắp xếp chi tiết thép 1200x1000x10 mm d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z l gm @ 4.4 Kết luận m co Ở trình bày điều chỉnh nguồn lượng cắt, cụ thể điều chỉnh áp lực khí, lưu lượng khí Trên máy cắt gas oxy điều khiển số sử dụng đầu bép cắt an Lu thông dụng thị trường giúp người sử dụng dễ dàng thay linh n va ac th si 60 kiện.Cung cấp bảng thông số cắt tối ưu tương ứng với chiều dày vật liệu cắt (bảng 4.1) Khả kết nối ngoại vị máy lợi sản phẩm thị trường, việc đa dạng hóa thiết bị kết nối ngoại vi (Lan, PCI, USB, RS232) giúp thích nghi nhiều điều kiện làm việc khác Khả kết nối thiết bị ngoại vi giúp máy đa dạng việc nhập liệu, trao đổi liệu cho máy Máy tích hợp phần mềm CAD - CAM – CNC giúp tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng tính đa năng, thực tế máy CNC hầu hết hỗ trợ gia công CNC giao diện mô đường chạy dao Việc chỉnh sửa thường khó khăn, thay đổi chiến lược chạy dao lu an Trình bày tốn tối ưu hóa xếp, cách thức giải tốn, đưa sơ va n đồ giải thuật toán tối ưu Đưa ví dụ phương pháp tối ưu thực p ie gh tn to tiễn d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si 61 CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ MÁY Sau thời gian nghiên cứu, tìm tịi học hỏi máy hồn thiện thực nghiệm trường Cao đẳng nghề kỹ thuật công nghiệp Việt Nam – Hàn Quốc đường Hồ Tông Thốc, Tp Vinh, Nghệ An Dưới số thống kê đánh giá máy 5.1 Đánh giá suất 5.1.1 So sánh với số máy CNC thị trường TT Tiêu chí MMC 1560 lu an n va Kích thước (LxWxH) mm 1500x3000x 500 Nguồn cắt GAS Tốc độ cắt(mm/phút) Chiều sâu cắt (mm) Độ xác (mm) Nguồn điện vào Khả mở rộng USB USB USB Giá thành (USD) Xuất xứ 9000 China 10.000 China 12.000 China Đang làm 1200 x 2100 x 500 GAS 0~550 6-120 0.5 220V USB, LAN, PCI 3.000 Việt Nam d oa nl w 3500 x 2200 x 340 GAS Plasma 0-3000 6-100 0.2 220V p - 4000 6-90 0.5 220v 3600x1000x 1000 GAS Plasma 0~8000 1~150 0.2 220V ie gh tn to Tên máy HNCYH 2560 1500W-3 nf va an Hình ảnh lu 10 5.1.2 So sánh với thợ bậc cao z at nh oi lm ul Hình 5.1 Tham chiếu đặc tính máy chế tạo với máy thị trường Đặc điểm máy so vượt trội so với thợ bậc cao suất, thời gian gia cơng độ xác gia công Người thợ bậc cao muốn gia công 01 sản phẩm z gm @ thực tế sau phải vẽ thiết kế cách đưa đường chạy mỏ cắt lên phơi Tiếp sử dụng mỏ cắt tay để cắt theo đường vẽ, phương pháp l co sử dụng phổ biến Việt Nam Với phương pháp thấy m ổn định đường cắt không lớn, điểm giao vị trí hoạt an Lu động Kích thước chi tiết phụ thuộc vào giới hạn tay người thợ, thông thường n va nhỏ 0,5m Hay chi tiết nhỏ việc gia công tay trở nên khó ac th si 62 khăn, ổn định góc thẳng đứng không cao Khả hoạt động liên tục máy cao so với thợ bậc cao 5.2 Đánh giá chấtlượng sản phẩm Đặc thù cắt Gas việc khống chế chiều rộng mạch cắt khó khăn, sai số thường lớn 0.2 -1 mm Vì đánh giá sản phẩm sử dụng với thiết kế trình sử phần mềm CAD/CAM khơng thay đổi kích thước để đạt kích thước mong muốn mà giữ nguyên giá trị Để hạn chế sai số tích lũy nhiều nguyên nhân gây nên tiêu chí đánh giá chế độ lữa Khi thiết kế 01 chi tiết để cắt thử thiết kế sản phẩm để giữ nguyên chế độ lửa cắt Tất chi tiết gia công sử dụng đầu lu an bép cắt số 1, cắt thép dày 12mm, áp suất Oxy 3at, áp suất gas 0,2at, lưu n va lượng khí tùy chỉnh tn to 5.2.1 Đánh giá độ xác p ie gh 5.2.1.1 Đánh giá sai số kích thước cắt đường thẳng d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z Hình 5.2 Kích thước vật cần gia cơng m co l gm @ an Lu n va ac th si 63 lu Kích thước thiết kế: 50.0mm Kích thước cắt thực tế: 46.48mm an Hình 5.3 Đo kích thước dài n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu Kích thước cắt thực tế: 23.82 z at nh oi lm ul Kích thước thiết kế: 27.1 mm Hình 5.4 Đo kích thước dài Sử dụng 02 kích thước dài 01 chế độ cắt cho 02 giá trị z (mm) co l gm @ , m Như giá trị sai số đo so với vẽ gốc 3,52 3,48 an Lu n va ac th si 64 5.2.1.2 Đánh giá sai số cắt cung tròn lu an n va p ie gh tn to nl w oa Kích thước thiết kế: 50 mm Kích thước cắt thực tế: 48.68 mm d Hình 5.4a Kích thước cắt cung tròn nf va an lu z at nh oi lm ul z co l gm @ Kích thước cắt thực tế: 32.3 m Kích thước thiết kế: 33.3 mm an Lu Hình 5.4b Kích thước cắt cung tròn n va ac th si 65 Kích thước thiết kế: 30 mm Kích thước cắt thực tế: 28.9 mm Hình 5.4c Kích thước cắt cung trịn lu an va n Có nhiều ngun nhân dẫn tới sai số, có nguyên nhân điều chỉnh tn to lửa cắt tác động lớn Khi cắt hỗn hợp khí cháy Gas – Oxy Oxy – ie gh Acetylen tạo thành mạch cắt lớn, phụ thuộc vào tip cắt lượng khí tiêu p thụ.Như để bù lượng cắt thiết kế cần cộng thêm khoảng giá trị định phụ thuộc vào đầu bép cắt Đối với bép cắt số Koike sản xuất w oa nl sử dụng điều kiện thí nghiệm chuẩn mạch cắt có độ lớn 2~3mm Chế độ d lửa cắt phụ thuộc vào tay nghề khả người thợ yếu lu 5.2.2 Kích thước góc nf va an điểm cần khắc phục thời gian tới lm ul Tương tự đánh giá kích thước dài tiến hành cắt đánh giá góc độ z at nh oi 01 chế độ cắt sản phẩm z m co l gm @ an Lu n va ac th si 66 5.2.2.1 Góc vng 900 lu an Góc đo 900 05` Góc đo ~900 07` n va Hình 5.5a Cắt góc 900 Sai số góc 900 tương đối nhỏ mức chấp nhận tn to p ie gh 5.2.2.2 Góc tù (>900) d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z Góc đo 1450 03` gm @ Góc thiết kế 1450 m co l Hình 5.5b Cắt góc lớn 900 an Lu n va ac th si 67 5.2.2.3 Góc bẹt (0 theo 01 hướng z gm @ 5.4 Kết luận Về thiết bị chế tạo đáp ứng yêu cầu gia cơng, song có l co số vấn đề đặc thù cắt nhiệt Sai số sử dụng đầu cắt, xét gia m công cắt gọt lớn, phương pháp cắt Oxy – Gas an Lu nguyên cơng cắt gọt thơ chủ yếu chất lượng sản phẩm người sử n va ac th si 71 dụng đánh giá tốt Hơn với giá trị sai số phần lớn đầu bép cắt gây người thiết kế bù lượng sai số phần mềm CAD CAM Đối với máy đánh giá khơng có đầu cắt đảm bảo độ xác theo yêu cầu đặt toán động học < 0,1mm Máy cắt Gas – Oxy điều khiển số hoành thành với thông số kỹ thuật sau: lu an n va Chiều dài dịch chuyển theo trục X: 700 mm - Chiều dài dịch chuyển theo trục Y: 700 mm - Chiều dài dịch chuyển theo trục Z: 100 mm - Khoảng cách từ đầu cắt tới bàn máy: 140mm – 240 mm - Tốc độ di chuyển bàn máy: – 800mm/phút - Tốc độ cắt : – 550mm/phút - Kích thước bàn máy: 1070x1220 mm - Kích thước phơi gia công tối đa: 1200 x 1500 mm - Công suất động trục X,Y: 200W p ie gh tn to - - Kích thước máy: 2100 x 1400 x 600 mm - Độ xác gia cơng: 0,5 mm d oa nl w Tổng trọng lượng máy: ~ 140 kg - lu micrsoft office exel nf va an Xây dựng giải toán động học ngược ứng dụng phần mềm lm ul Ứng dụng giải thuật tối ưu hóa xếp gia cơng cắt gas oxy, tích hợp z at nh oi vào máy Tích hợp phần mềm CAD – CAM máy Phần mềm CAD: Phần mềm Autocad 2007 - Phần mềm CAM: Lazy CAM z - co l gm @ 5.5 Kiến nghị m Trong luận văn tác giả hồn thành việc gia cơng trục X, an Lu Y, Z để phát huy cơng trình tiếp sau xin đề xuất phát triển thêm n va ac th si 72 trục xoay A để cắt phôi liệu dạng ống Đa dạng hóa sản phẩm cắt từ Gas – Oxy, việc tạo hình bề mặt ống tương đối khó khăn đặc biệt ống không thông Một giới hạn luận văn tác giả chưa điều khiển lượng khí tiêu hao Trong nghiên cứu bổ sung thêm phần điều khiển khí số hóa tối ưu lượng khí theo thơng số nhà sản xuất, tích hợp việc điều khiển lượng khí tiêu hao vào thiết bị mang lại lợi ích kinh tế to lớn cho nhà sản xuất, gia công lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Thành Long, Vũ Đức Bình, Vũ Quốc Hiền (2015),Giáo trình robot công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật [2]Trần Đăng Bổng, Phạm Ngọc Tuấn, Trần Đại Nguyên, Hồ Minh Tuấn (2010) – “Tối ưu hóa sơ đồ xếp loại chi tiết gia công cắt từ vật liệu mỏng gia cơng giày dép” – Tạp chí khoa học công nghệ , tập 13, số [3] Đào Văn Hiệp (2004), Kỹ thuật robot NXB khoa học kỹ thuật [4]Trần Thế San, (2008), Sổ tay chế tạo máy NXB Đà Nẵng lu [5] Phạm Thành Long, A New Method to Solve the Reverse Kinematic Robot Problem, , pp 43 – 46 ISTS 2012 an [6]ASM Handbook – Volum4 Heat treating – ASM international handbook va n 10 th Print at USA tn to [7]Mishubishi General Pupose AC Servo, Melservo – C Series [9] http://www.hypertherm.com/en-us/Products/Automated_cutting/ p ie gh [8]Catalog Cutting Tip, Koike Aronson, inc www.koike.com [10] http://www.orientalmotor.com d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si