1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thanh Phú NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỒ GÁ QUAY HAI TRỤC DÙNG CHO ROBOT Chuyên ngành Chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thanh Phú NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỒ GÁ QUAY HAI TRỤC DÙNG CHO ROBOT Chuyên ngành : Chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Bùi Văn Hạnh Hà Nội – Năm 2013 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132100941000000 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn không chép tài liệu hiện sử dụng (ngoại trừ tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm theo demo, tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm viết tiếng Anh làm tài liệu tham khảo kiến thức tài liệu học tập nghiên cứu phép sử dụng) Nội dung nghiên cứu bao gồm: Thiết kế truyền đồ gá, lựa chọn phương án thiết kế kết cấu khí, thiết lập vẽ chi tiết 2D phần mềm Autocad, thiết kế hệ thống điều khiển đồ gá Mô hoạt động đồ gá thông qua phần mềm Proengineer Kết giới thiệu thuyết minh ghi lại hình ảnh hồn tồn trung thực Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm lời cam đoan Hà Nội, tháng năm 2013 Tác giả Nguyễn Thanh Phú MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .2 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ PHẦN MỞ ĐẦU .10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ GÁ HÀN .13 1.1 Nhiệm vụ đồ gá hàn 13 1.2 Đặc điểm đồ gá hàn so với đồ gá gia công cắt gọt 13 1.3 Các loại đồ gá hàn .14 1.3 Xu hướng thiết kế chế tạo đồ gá 16 1.4 Đồ gá dùng cho robot hàn 17 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỒ GÁ HAI TRỤC QUAY 18 2.1 Thông số đầu vào hướng thiết kế đồ gá 18 2.2 Tính tốn, lựa chọn động hộp giảm tốc cho đồ gá 19 2.2.1 Cơ sở lựa chọn động hộp giảm tốc 19 2.2.2 Tính chọn động hộp giảm tốc cho trục 20 2.2.3 Tính tốn chọn động hộp giảm tốc cho trục 33 2.3 Tính tốn, thiết kế trục đồ gá .47 2.3.1 Tính tốn thiết kế trục 2: 47 2.3.2 Tính tốn thiết kế trục .54 2.4 Tính chọn ổ lăn cho trục đồ gá 59 2.4.1 Tính chọn ổ lăn cho trục 59 2.4.2 Tính chọn ổ lăn cho trục 63 2.5 Thiết kế chi tiết đồ gá 66 2.6 Kết luận chương 70 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .71 3.1 Yêu cầu điều khiển đồ gá 71 3.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển 72 3.2.1 Máy tính PC 74 3.2.2 Card điều khiển vị trí PCI-1202U-AE (Master Card) .75 3.2.3 Module điều khiển động AMAX-2243/YS2-AE (Slave Card) 80 3.2.4 Bo mạch giao tiếp (Interface Board) 81 3.2.5 Hộp vận hành tay .81 3.2.6 Hệ truyền động xoay chiều servo .81 3.2.8 Ghép nối máy tính PC card PCI-1202U-AE .83 3.2.9 Ghép nối ADAM-3940 điều khiển động SGDV .83 3.2.10 Ghép nối bảng điều khiển cầm tay (handheld control panel) điều khiển PCI-1202U-AE 84 3.3 Kết cấu lắp tủ điều khiển 85 CHƯƠNG 4: .88 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỒ GÁ QUAY HAI TRỤC .88 4.1 Giới thiệu phần mềm mô Proengineer 88 4.1.1 Giao diện phần mềm Proengineer 88 4.1.2 Chức thiết kế chi tiết 89 4.1.3 Chức lắp ráp chi tiết 90 4.2 Mơ q trình hoạt động 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO .95 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU T max , T p Mômen xoắn lớn tác dụng lên trục hộp giảm tốc N dm Số vòng quay định mức đầu hộp giảm tốc N dm* Mômen xoắn trung bình tác dụng lên trục hộp giảm tốc Tm, Tn Số vòng quay động N dc Số vòng quay trục V2 Tỷ số truyền truyền U bt ηbt : Hiệu suất truyền động ηbt Tỷ số truyền hộp giảm tốc 𝑈𝑈ℎ𝑔𝑔𝑔𝑔 Vận tốc điều khiển trục 2: 𝑉𝑉0 Gia tốc góc bàn quay ∝𝐶𝐶 Mơmen xoắn lớn tác dụng lên trục hộp giảm tốc TA Mômen xoắn lớn gây tải trọng đặt lệch tâm quay TB Mơmen qn tính vật quay IR Khối lượng chi tiết P ct Gia tốc trọng trường g Khoảng lệch tâm lớn a Vận tốc đầu hộp giảm tốc 𝑉𝑉đ𝑘𝑘 Vận tốc bàn quay đạt sau trình tăng tốc ∝ 𝑇𝑇 Gia tốc góc trục hộp giảm tốc T max Mômen xoắn lớn gây mômen quán tính N2 N Vận tốc đầu trung bình hộp giảm tốc giai đoạn tăng tốc N1 Vận tốc đầu trung bình hộp giảm tốc giai đoạn giảm tốc N3 Số vòng quay trung bình đầu hộp giảm tốc 𝑁𝑁𝑚𝑚 T1 Mômen xoắn tăng tốc; T2 Mômen xoắn vận tốc không đổi; T3 Mômen xoắn giảm tốc; Mômen xoắn trung bình tác dụng lên trục hộp giảm tốc 𝑇𝑇𝑚𝑚 T MP, T MAX Mômen xoắn lớn tác dụng lên trục động T MM , Mômen xoắn thực tác dụng lên trục động T RT Mômen xoắn thực tác dụng lên hộp giảm tốc N IPHGT Số vòng quay đầu vào hộp giảm tốc N dc Số vòng quay đầu vào động T MP Mômen xoắn lớn tác dụng lên trục động T MA Mômen xoắn gây mơmen qn tính T MB Mơmen xoắn gây tải trọng T CNLR : Mômen cản nhớt hộp giảm tốc I ML Mơmen qn tính vật quay I M1 Mơmen qn tính tác dụng lên trục hộp giảm tốc; I M2 Mơmen qn tính hộp giảm tốc I M3 Momen quán tính động C Hệ số qn tính T Mơmen xoắn tác dụng lên trục [τ] Ứng suất xoắn cho phép D Đường kính ngồi trục d Đường kính trục [S] Hệ số an toàn cho phép Sτ Hệ số an toàn xét riêng ứng suất tiếp tiết diện C τ -1 : Giới hạn mỏi xoắn ứng với chu kỳ đối xứng ψτ Hệ số kể đến ảnh hưởng ứng suất trung bình đến độ bền mỏi τa , τm Biên độ trị số trung bình ứng suất tiếp W0c Mơmen cản xoắn C K τd Hệ số kể đến ảnh hưởng ứng suất trung bình độ bền mỏi KX Hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt KY Hệ số tăng bền bề mặt trục Kτ Trị số hệ số tập trung ứng suất thực tế ετ Trị số hệ số kích thước với dạng chịu tải xoắn Cd Khả tải động Q Q Tải trọng động quy ước L L Tuổi thọ tính triệu vịng quay m Bậc đường cong mỏi thử ổ lăn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đồ gá hàn thủ cơng 14 Hình 1.2 Đồ gá quay trục ứng dụng hàn ống 15 Hình 1.3 Một số đồ gá hàn tự động 16 Hình1.4 Đồ gá di trượt dùng cho robot 17 Hình 1.5 Đồ gá quay dùng cho robot 17 Hình2.1 Mơ hình thiết kế sơ đồ gá 18 Hình 2.2 a.Động servo hãng YASKAWA 19 b Hộp giảm tốc hãng KUKEN 19 Hình 2.3 Sơ đồ động học trục 20 Hình 2.4 Chu trình tải trọng 21 Hình 2.5 Mơ hình bàn quay 23 Hình 2.6 Tải trọng trục 24 Hình 2.7 Sơ đồ vận tốc tải trọng theo thời gian trục 26 Hình 2.8 Thơng số hộp giảm tốc NN120F-225 27 Hình 2.9 Kích thước hộp giảm tốc NN120F-225 28 Hình 2.10 Hình dáng hộp giảm tốc NN120F- 225 28 Hình 2.11 Thông số động Servo SGMAV-08A 32 Hình 2.12 Thơng số kích thước động Servo SGMAV-08A 33 Hình 2.13 Thiết kế sơ ụ quay thông số 34 Hình 2.14 Sơ đồ động học trục 34 Hình 2.15 Vị trí mơmen xoắn lớn tác dụng lên trục hộp giảm tốc 37 Hình 2.16 Khối lượng mơ men quán tính tác dụng lên trục 37 Hình 2.18 Sơ đồ vận tốc tải trọng theo thời gian 39 Hình 2.19 Các thơng số hộp giảm tốc NN120F- 400 41 Hình 2.20 Thơng số động SGMAV-10A 45 Hình 2.21 Thơng số kích thước động SGMAV-10A 46 Hình2.22 Vị trí tính trục sơ đồ lực tác dụng lên trục 47 Hình 2.23 Sơ đồ tính phản lực tác dụng lên trục 49 Hình 2.24 Biểu dồ momen uốn xoắn 51 Hình 2.25 Sơ đồ tính phản lực tác dụng lên trục 54 Hình 2.26 Sơ đồ tính phản lực tác dụng lên trục 56 Hình 2.27 Biểu đồ mơmen kích thước trục 57 Hình 2.29 Sơ đồ bố trí ổ lăn trục 63 Hình 2.30 Thiết kế thân đồ gá 66 Hình 2.31 Thiết kế ụ quay 67 Hình 2.32 Thiết kế bàn quay 67 Hình 2.33 Trục số 68 Hình 2.34 Trục số 68 Hình 2.35 Đồ gá hai trục quay thiết kế 69 Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển thống điều khiển 72 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 73 Hình 3.3 Sơ đồ khối card điều khiển trục PCI-1202U-AE 78 Hình 3.4 Các tín hiệu điều khiển PCI-1202U-AE 79 Hình 3.5 Module điều khiển động 80 Hình 3.6 Bo mạch giao tiếp ADAM-3940 81 Hình 3.7 Sơ đồ ghép nối ADAM-3940 điều khiển động SGDV 83 Hình 3.8 Mặt trước tủ điều khiển 85 Hình 3.9 Mặt phải tủ điều khiển 86 Hình 3.10 Mặt trái tủ điều khiển 87 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật xu tự động hố q trình sản xuất ngành kinh tế diễn mạnh mẽ, thực nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao suất chất lượng sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện, môi trường lao động cho đội ngũ công nhân Đặc biệt lĩnh vực sản xuất yêu cầu cao chất lượng sản phẩm địi hỏi tay nghề người cơng nhân Vì tự động hố q trình sản xuất cần thiết quan trọng điều giải phóng nhiều sức lao động căng thẳng người thợ q trình thực cơng việc đồng thời nâng cao chất lượng hiệu sản xuất Do thực tế Việt Nam có nhu cầu lớn thợ hàn lành nghề yêu cầu chưa đáp ứng Vì cơng ty bắt đầu trang bị cho thiết bị tự động, điển hình robot hàn Song thực tế, kết cấu hàn, hay mẫu sản phẩm cần đạt lại có vị trí hàn phức tạp Vì yêu cầu người thiết kế cần phải đưa vị trí hàn phức tạp vị trí hàn đơn giản để dễ dàng thực Thuận lợi cho việc lập trình thiết kế kết cấu hàn, nhằm nâng cao suất Vì đồ gá đóng vai trị vơ quan trọng Tuy nhiên giá thành cao, phải nhập từ nước ngoài, nên đồ gá sử dụng hầu hết đồ gá cố định, chưa đáp ứng việc tự động hóa Vì q trình thực lập trình hàn rơ bốt gặp nhiều khó khăn Việc có đồ gá quay theo hai trục làm cho vị trí hàn kết cấu đơn giản hơn, lập trình hàn rô bốt dễ thực Dẫn đến suất chất lượng mối hàn cao Vì việc nghiên cứu thiết kế đồ gá quay hai trục cần thiết giúp ta bắt kịp với công nghệ nước Giá thành sản phẩm chế tạo giảm, tính hoạt động hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đặt Đặc biệt kinh tế nước ta cịn khó khăn Vì tác giả chọn đề tài 10