Đồ án chuyên ngành thiết kế thiết bị hỗ trợ hàn mig tự động

Nhược điểm của phương pháp này chủyếu đến từ giá thànhĐối với những xưởng nhỏ, hiện nay thao tác hàn mig đa số được thực hiện bán tự động hoặctự động một phần nhờ các thiết bị hỗ trợ như

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN THIẾT BỊ VÀ CNVL CƠ KHÍ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH THIẾT KẾ THIẾT BỊ HỖ TRỢ HÀN MIG TỰ ĐỘNG Giảng viên hướng dẫn: Bùi Duy Khanh Sinh viên thực ` Họ tên Kiều Hà Quân Trịnh Văn Quân MSSV 1813697 1914850 TP HCM – 2022 i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG v Chương TỔNG QUAN .8 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.1.2 Tình hình hình cứu ngồi nước .8 1.2 NHẬN XÉT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.3 TÍNH CẤP THIẾT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.4 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN .9 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .9 1.5.1 Phương pháp tổng hợp tài liệu 1.5.2 Phương pháp phân tích thực nghiệm 1.5.3 Phương pháp phân tích so sánh 1.4 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỒ ÁN 10 1.5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỒ ÁN 10 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 CÔNG NGHỆ HÀN MIG 11 2.1.1 Khái niệm hàn MIG 11 2.1.2 Các thiết bị sử dụng hệ thống hàn MIG 11 2.1.3 Dịch chuyển kim loại điện cực vào vũng hàn 12 2.1.4 Máy hàn MIG inverter 16 2.1.5 Các phương pháp di chuyển đưởng hàn 17 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN CƠ KHÍ 18 2.2.2 Bộ truyền vít me đai ốc 20 2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN ĐIỀU KHIỂN 23 2.3.1 Khái niệm CNC .23 2.3.2 Lịch sử phát triển máy CNC .24 i 2.3.3 Định nghĩa máy trục máy 25 2.3.4 Phân loại hệ thống điều khiển máy công cụ điều khiển số .25 2.3.5 Phần mềm CNC 29 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 31 Chương KẾT CẤU THIẾT BỊ 32 3.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU 32 3.1.1 Yêu cầu hoạt động thiết bị .32 3.1.2 Giải pháp .32 3.1.3 Lựa chọn kích thước vật liệu 33 3.2 MƠ HÌNH HĨA 33 3.1.1 Nhôm định hình 33 3.1.2 Kích thước mơ hình hóa trục 33 3.3 CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ 36 3.2.1 Mơ hình 36 3.2.2 Chuyển động trục bố trí vật cần hàn .36 3.2.3 Cơ chế dao động làm dày mối hàn 40 Chương THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG 41 4.1 LỰA CHỌN BỘ TRUYỀN 41 4.2 TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN VÍT ME TRỤC Z 41 4.2.1 Chọn vật liệu làm trục vít đai ốc 41 4.2.2 Tính tốn thiết kế truyền động 42 4.2.3 Chọn trục Z 44 4.3 TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN VÍT ME TRỤC Y 45 4.3.1 Chọn vật liệu làm trục vít đai ốc 45 4.3.2 Tính tốn truyền động 45 4.3.3 Chọn trục vít 48 4.4 TÍNH TỐN BỘ TRUYỀN VÍT ME TRỤC X 48 4.4.1 Chọn vật liệu làm trục vít đai ốc 48 4.4.2 Tính tốn thiết kế truyền động 48 4.4.3 Chọn trục vít 50 ii 4.5 CHỌN ĐỘNG CƠ .51 4.5.1 Động trục X 51 4.5.2 Động trục Y 54 4.5.3 Động trục Z .55 4.5.4 Thiết kế chọn động trục A .57 4.6 GÁ ĐỘNG CƠ 59 4.6.1 Gá động trục X .59 4.6.2 Gá động trục Y .60 4.6.3 Gá động trục Z 61 4.6.4 Gá động trục A 62 4.7 TRUYỀN ĐỘNG .64 4.7.1 Truyền động trục X 64 4.7.2 Truyền động trục Y 67 4.8 XÍCH NHỰA ĐI DÂY ĐIỆN 68 Chương THIẾT KẾ PHẦN ĐẾ VÀ BẢN VẼ 70 5.1 NHIỆM VỤ PHẦN ĐẾ .70 5.2 CẤU TẠO 70 5.2.1 Mơ hình đế kích thước 70 5.2.2 Phần đặt máy hàn thiết bị điều khiển 71 5.2.3 Phần đặt phôi 72 5.2.4 Phần đỡ thiết bị 72 5.3 LẮP RÁP THIẾT BỊ VỚI PHẦN ĐẾ 73 5.3.1 Phương án lắp ráp .73 5.3.2 Mơ mơ hình lắp ráp 74 5.4 BẢN VẼ LẮP MÁY(PHỤ LỤC) 74 Chương PHẦN ĐIỀU KHIỂN 75 6.1 LỰA CHỌN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .75 6.1.1 Lựa chọn phần cứng 75 6.1.2 Module Mach3 CNC 76 6.2 CHUẨN BỊ PHẦN CỨNG 76 iii 6.2.1 Nguồn cho hệ thống 76 6.1.2 Mạch điều khiển Bob Mach3 CNC v2.4.3 78 6.1.3 Mạch driver TB6600 80 6.1.4 Kết nối mạch điều khiển mạch driver 81 6.1.5 Kết nối mạch driver với step motor 83 6.1.6 Kết nối cảm biến home công tắc giới hạn hành trình 83 6.1.7 Nút emergency 84 6.3 SƠ ĐỒ KẾT NỐI .85 6.3.1 Nguồn công công tắc hành trình, nút emergency 85 6.3.2 Kết nối với driver motor 86 6.3.3 Mạch kích cị 86 6.3.4 Sơ đồ mạch điện 87 6.4 PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 87 6.4.1 Tổng quan phần mềm điều khiển .87 6.4.2 Thiết lập cổng vào ra(IO) 88 6.4.3 Thiết lập đơn vị đo cho motor tuning 91 6.4.4 Thiết lập motor tuning 92 6.2.5 Chạy thử thiết bị 94 6.2.6 Chạy thử file G-Code 95 Chương DỰ TÍNH CHI PHÍ, VẤN ĐỀ GẶP PHẢI VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .96 7.1 DỰ TÍNH CHI PHÍ 96 7.2 VẤN ĐỀ GẶP PHẢI VÀ HƯỚNG KHẮC PHỤC TRONG QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ 97 7.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .98 Chương KẾT LUẬN 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO .101 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG Chương Hình 2.1: Sơ đồ hàn MIG .11 Hình 2.2: Dịch chuyển ngắn mạch .12 Hình 2.3: Sơ đồ dịch chuyển ngắn mạch 13 Hình 2.4: Dịch chuyển cầu giọt lớn 14 Hình 2.5: Dịch chuyển tia dọc trục .15 Hình 2.6: Sơ đồ khối hệ thống nguồn inverter .16 Hình 2.7: Động step thực tế(HSTM42) 19 Hình 2.8: Trục vít me đai ốc 20 Hình 2.9: Các kiểu ren vít me 21 Hình 2.10: Hai phương án chuyển động dụng cụ song song với hệ tục tọa độ 26 Hình 2.11: Phương án chuyển động dụng cụ nghiêng góc 45o .26 Hình 2.12: Phương án chuyển động dụng cụ theo đường thẳng 27 Hình 2.13: Sơ đồ khối hệ điều khiển hở dùng động bước .28 Hình 2.14: Sơ đồ khối hệ điều khiển kín 28 Hình 2.15: Mối liên hệ PMC với cụm CNC máy 30 Hình 2.16: Cấu trúc Post Processor .31 Chương Hình 3.1: Phác thảo kết cấu thiết bị 32 Hình 3.2: Xây dựng trục XY 34 Hình 3.3: Kích thước trục X Y 34 Hình 3.4: Kích thước hành trình trục Z 35 Hình 3.5: Mơ hình 3D thiết bị 36 Hình 3.6: Ray trượt vít me trục X 37 Hình 3.7: Vị trí trục 37 Hình 3.8: Trục Z trục A 38 Hình 3.9: Vị trí kẹp mỏ hàn 38 Hình 3.10: Kích thước kẹp mỏ hàn 39 Hình 3.11: Mơ hình thân máy phần đế 39 Chương Hình 4.1: Trục Z CNC mã KUT1205-340 45 Hình 4.2: Kích thước trục A 57 Hình 4.3: Gối đỡ trục A .58 Hình 4.4: Kích thước gá trục X 59 Hình 4.5: Vị trí gá mơ tơ trục X 60 Hình 4.6: Kích thước gá mơ tơ trục Y 60 Hình 4.7: Vị trí gá mơ tơ trục Y 61 Hình 4.8: Kích thước gá mơ tơ trục Z 61 v Hình 4.9: Vị trí gá mơ tơ trục Z 62 Hình 4.10: Kích thước khung đỡ trục A .62 Hình 4.11: Kích thước gá mơ tơ trục A 63 Hình 4.12: Nối động trục A trục A .63 Hình 4.13: Vị trí gá mơ tơ trục A 64 Hình 4.14: Kích thước trượt trục X .65 Hình 4.15: Kích thước đỡ 65 Hình 4.16: Bố trí ray trượt trục X 66 Hình 4.17: Kích thước nối X 66 Hình 4.18: Kích thước nối Y 68 Hình 4.19: Bố trí xích nhựa dây điện .69 Chương Hình 5.1: Mơ hình 3D phần đế thiết bị 70 Hình 5.2: Kích thước phần đế 71 Hình 5.3: Kích thước phần đặt phôi phần đặt thiết bị điều khiển/máy hàn .72 Hình 5.4: Khung đỡ 73 Hình 5.5: Thanh nối thiết bị phần đế .73 Hình 5.6: Mơ hình lắp ráp phần đế với thiết bị 74 Chương Hình 6.1: Module Mach3 v2.4.3 76 Hình 6.2: Nguồn tổ ong 24V/20A 77 Hình 6.3: Nguồn 24V cỡ nhỏ .78 Hình 6.4: Cổng kết nối module Mach3 78 Hình 6.5: Sơ đồ chân kết nối module driver 81 Hình 6.6: Kết nối trục 82 Hình 6.7: Cảm biến tiệm cận 83 Hình 6.8: Cơng tắc hành trình 84 Hình 6.9: Nút emergency .84 Hình 6.10: Sơ đồ kết nối nguồn công tắc/cảm biến 85 Hình 6.11: Kết nối với driver motor 86 Hình 6.12: Mạch kích cị 86 Hình 6.13: Chọn trình điều khiển 88 Hình 6.14: Chọn thiết lập cổng IO 88 Hình 6.15: Thiết lập cổng giao tiếp RS232 88 Hình 6.16: Thiết lập số trục 89 Hình 6.17: Thiết lập tín hiệu vào 90 Hình 6.18: Thiết lập tín hiệu 91 Hình 6.19: Chọn đơn vị chuẩn 92 Hình 6.20: Chọn đơn vị mm’s 92 vi Hình 6.21: Thiết lập trục 93 DANH MỤC BẢNG Chương Bảng 2.1: Các loại dao động hàn MIG 17 Bảng 2.2: So sánh động step động servo .18 Bảng 2.3: Phân loại động bước 19 Chương Bảng 3.1: Kích thước trục XY 35 Chương Bảng 4.1: So sánh số truyền .41 Bảng 4.2: Thơng số vít me trục Y 46 Bảng 4.3: Thơng số kỹ thuật vít me trục Y 48 Bảng 4.4: Thơng số vít me trục X 49 Bảng 4.5: Thơng số kỹ thuật vít me trục X 50 Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật động trục X 53 Bảng 4.7: Thông số lựa chọn động trục Y .54 Bảng 4.8: Thông số kỹ thuật động trục Y 55 Bảng 4.9: Thông số lựa chọn động trục Z .56 Bảng 4.10: Thông số kỹ thuật động trục Z 56 Bảng 4.11: Thông số kỹ thuật động trục A 58 Chương Bảng 6.1: Phân loại module CNC thị trường 75 Bảng 6.2: Các cổng nguồn module 79 Bảng 6.3: Các cổng xuất module 79 Bảng 6.4: Các cổng nhập module 80 Bảng 6.5: Các cổng kết nối module driver TB6600 81 Bảng 6.6: Kết nối mạch điều khiển driver .82 Bảng 6.7: Kết nối driver motor 83 Bảng 6.8: Ưu nhược điểm phần mềm Mach3 87 Bảng 6.9: Giải thích thiết lập motor .89 Bảng 6.10: Tính tốn thiết lập thơng số ứng với truyền vít me .93 Chương Bảng 7.1: Chi phí sơ 96 Bảng 7.2: Vấn đề hướng khắc phục 98 vii Chương TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước Hiện có số thiết bị hỗ trợ hàn MIG tự động bán tự động, đặc biệt robot hàn, thay phần lớn thao tác người, cho chất lượng mối hàn đồng đều, phù hợp với sản xuất, lắp ráp có quy mơ vừa đến lớn Nhược điểm phương pháp chủ yếu đến từ giá thành Đối với xưởng nhỏ, thao tác hàn mig đa số thực bán tự động tự động phần nhờ thiết bị hỗ trợ loại rùa hàn Hoạt động nghiên cứu chế tạo thiết bị hỗ trợ hàn mig cịn hạn chế 1.1.2 Tình hình hình cứu ngồi nước Đã có số sản phẩm hỗ trợ hàn mig tự động dạng trục, mức độ phổ biến hạn chế chưa tối ưu hóa, giá thành cịn cao Qua tìm hiểu nhóm chúng em biết có đề tài thiết bị hỗ trợ hàn MIG tự động sử dụng adruino motor servo, thiết bị có hạn chế hàn kích thước nhỏ, có kết cấu dạng chữ T, khó ứng dụng vào gia cơng sản phẩm thực tế 1.2 NHẬN XÉT TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Đối với thiết bị hỗ trợ hàn mig nay, có đề tài nghiên cứu loại hình thiết bị 1.3 TÍNH CẤP THIẾT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hàn MIG nói riêng phương pháp hàn, cắt nói chung sử dụng dịng điện có cường độ cao điện áp để tạo trì hồ quang hàn làm nóng chảy vật liệu hàn, khơng tránh khỏi tác hại người sử dụng, tác hại bao gồm: + Nhiệt độ cao: gây bỏng da + Ánh sáng cường độ cao: tiếp xúc với ánh sáng cường độ cao lâu dài gây hại cho mắt, gây viêm giác mạc + Các xạ tử ngoại: ánh sáng hồ quang hàn có chưa tia UV bước sóng 315mm tác động lên vùng da, mắt thợ hàn + Độc từ khói hàn + Ngồi cịn có nguy an tồn điện, cháy nổ thực thao tác hàn Chương 1|Tổng quan Do điều thực hàn MIG phương pháp hàn khác, người thao tác cần trang bị bảo hộ đảm bảo an toàn trước sử dụng Hiện trình độ khoa học kỹ thuật phát triển, hệ thống tự động trở nên phổ biến rộng rãi, xuất phát từ vấn đề nhóm chúng em định hướng phát triển thiết bị hỗ trợ hàn MIG, thay thao tác người q trình gia cơng sản phẩm khí nhằm hạn chế tối đa nguy xảy người thợ thao tác nâng cao chất lượng sản phẩm 1.4 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN Mục tiêu đồ án nhằm: + Hệ thống, vận dụng tối đa kiến thức học khí, điện-điện tử, tự động hóa vào thực tế để chế thiết kế chế tạo thiết bị cụ thể đáp ứng nhu cầu sử dụng cách tốt nắm quy trình thiết kế khó khăn gặp phải trình thiết kế + Thiết kế thiết bị hỗ trợ hàn MIG tự động tối ưu hóa chất lượng mối hàn thời gian thao tác + Trên sở có định hướngphát triển, chế tạo thiết bị cải tiến tương lai 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5.1 Phương pháp tổng hợp tài liệu - Phương pháp thu thập tài liệu: + Thu thập tài liệu có chọn lọc từ nguồn khác như: internet, giáo trình mơn học, đề tài nghiên cứu + Thu thập tài liệu liên quan từ sản phẩm thực tế chế tạo thành công - Phương pháp tổng hợp tài liệu: + Chọn lọc kiến thức liên quan chi tiết hỗ trợ cho việc thực đề tài + Đa dạng hóa kiến thức nhằm có lựa chọn tối ưu cho việc thiết kế 1.5.2 Phương pháp phân tích thực nghiệm Dựa thao tác thực nghiệm, trực tiếp thao tác với thiết bị để nắm quy trình bước hàn Mig, đặc tính điểm cần lưu ý hàn để tiến hành thiết kế máy khí hóa hóa thay thao tác người 1.5.3 Phương pháp phân tích so sánh So sánh với sản phẩm khác công để cải thiện khắc phục nhược điểm gặp phải sản phẩm