Nghiên ứu, thiết kế và điều khiển ơ ấu dao động đầu hàn sử dụng bộ vi xử lý

Trang 1 bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội --- PHẠM HUY HOÀNG NGHIấN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU DAO ĐỘNG ĐẦU HÀN SỬ DỤNG BỘ VI XỬ Lí LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌCC

bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội

-

PHẠM HUY HOÀNG

NGHIấN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU DAO ĐỘNG ĐẦU HÀN SỬ DỤNG BỘ VI XỬ Lí

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

CHUYấN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS BÙI VĂN HẠNH

Hà Nội - 2016

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17062858003271000000 f886e845-c831-41c6-93f9-6ea08528dddc

c công b trong b t k tài li u nào N u sai, tác gi xin hoàn toàn ch u trách        nhim.

Hà Nộ i, ngà y tháng năm 201 6

H ọ c viên

Phạm Huy Hoàng

2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 7

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN - 12

1.1   12

1.2  13

1.2.1 Thông số cơ cấu dao động đầu hàn 13

1.2.2 Tổng quan về cơ cấu dao động đầu hàn 13

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ CƠ CẤU DAO - ĐỘNG ĐẦU HÀN 16

2.1  16

2.1.1 Lựa chọn giải pháp truyền động 16

2.1.2 Phân tích lựa chọn kết cấu cơ khí truyền chuyển động 18

2.2   22

2.2.1 Kết cấu bộ truyền vít me đai ốc bi - 22

2.2.2 Tính toán và chọn đường kính trục vít me bi 24

2.3  25

2.3.1 Thông số kỹ thuật và điều kiện hoạt động của cơ cấu 25

2.3.2 Tính góc độ vi bước yêu cầu θs 25

2.3.3 Xác định mô hình hoạt động 25

2.3.4 Tính mô men xoắn yêu cầu T - M [N.m] 26

2.3.5 Lựa chọn động cơ 27

3

2.4  28

2.4.1 Cơ sở lý thuyết tính toán bộ truyền đai 28

2.4.2 Tính toán thiết kế bộ truyền đai răng 29

2.5  34

2.6  34

2.6.1 Thiết kế gối đỡ 34

2.6.2 Chọn vòng bi 36

2.7   36

2.7.1 Giới thiệu hệ thống thanh dẫn trượt 36

2.7.2 Chọn hệ thống thanh dẫn trượt 37

2.8  38

2.9  39

2.9.1 Thiết kế thân cơ cấu 39

2.9.2 Thiết kế vỏ cơ cấu 40

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN - 42

3.1  42

3.1.1 Lý thuyết điều khiển tự động 42

3.1.2 Lý thuyết điều khiển cổ điển 42

3.1.3 Lý thuyết điều khiển hiện đại 43

3.1.4 Tính điều khiển và quan sát được 43

3.1.5 Những phương thức điều khiển chính 44

3.2  44

3.2.1 Nguyên tắc điều khiển 44

3.2.2 Thiết kế hệ điều khiển 46

3.3  61

4

3.3.1 Động cơ bước 61

3.3.2 Chíp điều khiển trung tâm 67

3.3.3 Màn hình hiển thị 68

3.3.4 Các phím điều khiển 69

3.3.5 Bộ cấp nguồn 70

CHƯƠNG 4 - X ÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 72

4.1  72

4.1.1 Giới thiệu khái quát về thuật toán điều khiển 72

4.1.2 Thuật toán điều khiển PID 72

4.1.3 Xây dựng sơ đồ khối thuật toán điều khiển 75

4.2  76

CHƯƠNG 5 – CHẾ TẠO VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM 77

5.1  77

5.1.1 Chế tạo kết cấu cơ khí 77

5.1.2 Lắp ráp mạch điều khiển 81

5.2  84

5.3  86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

PHỤ LỤC 90

5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

tích phân t  l )

6

DANH MỤC CÁC BẢNG

B ng 2.2  Các thông s b truy n vít me     c bi Model 1204-3 24

7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.1  nguyên lý truy n chuy ng t  i trc

chính thông qua b truy

Hình 3.9  Jam c m m r ng thi   t k trên Orcad 54

10

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CH Ọ N Đ Ề TÀI

Trong quá trình hàn h    i th hàn ph i th c hi   ng th i 3 chuyng: Chuyng ngang t o b r ng m i hàn, chuy     ng dc tr   c c n c c cung c p kim lo p cho m i hàn và  nh chiu dài h quang, chuy ng d c theo tr c c a m i hàn t     ng hàn Trên c t , thi t b hàn bán t ng b ng máy hàn MIG/MAG chuyth        n ng d c tr c  

cn cc c   c p t ng và ng b trong quá trình hàn  

Là m t giáo viên d y ngh Hàn cùng v i lòng yêu ngh và say mê khoa h c k      thu t m i, tác gi   i h c ngành Công ngh hàn Trong quá trình gi ng  

d y và h c t p t   ng, tác gi mong mu n thi t k m    u t ng th c hi   n chuyng ng ngang ng d ng cho máy hàn bán t ng MIG/MAG v i m     c



- Ch  t o ra mu hàn có ch c ngoài mà giá thành ch t o l i r     

- Nâng cao ki n th c b n thân trong vi c nghiên c u khoa h      ph c v công  tác ging d y t 

- Là m cho sinh viên h c t p, nghiên c u và ng d ng trong quá     trình hc nh m nâng cao ki n th  c v lý thuy

- M ục đích và đố i tƣ ợ ng nghiên cứu:

12

CHƯƠNG 1 TỔNG - QUAN

1.1 Tính cấ p thi ế t sử ụng cơ cấu dao động đầu hàn d

Cùng v i s phát tri n c a khoa h và công ngh     c  

n h t s c mnh m   , ng thnh v trí c a mình trong quá trình  CNH   - c c S   i c a máy móc có kh 

 và linh ho t ngày càng cao  t và

chng c s n ph m a   Vic ng d ng rô b t vào s d ng trong công nghi p      ch

y u là hàn và l p ráp: G n 25% rô b t công nghi p là rô b t hàn, rô b t l p ráp         chim 33% dân s r b ô t trên th gi i R b   ô  thành m t trong nh ng ng d ng    quan tr ng trong cu c s ng, rô b   n d n thay th   i làm nh ng công vi c

t  n nh ng vi  i s chính xác cao Các nhà máy l n trên th gi  i

rô b t vào tham gia s n xu  t bi t 

là h  thng rô b     H thng rô b  i h p ho  ng nh p nhàng, t o ra s n ph m v    su t cao, ít ph ph  chính xác cao, làm vic 

nh ng v   c h ô nhi m cao,  tit kim si

Nh nh  t tr i nói trên mà ngày nay các doanh nghi p    Vit

 các lo i máy   và rô b t trong nhi u khâu s n xu t    Tuy nhiên,  n s n xu t có s tham gia c a các thi t b thì        i

ng v   u r t l n   a, c thù s n xu t ca các doanh nghi p là 

nh l ng b   Do v y, c n ph i có s d ng linh ho các thi t b    áp  t   vào t ng  n s n xu t và t ng s n ph m c   th  tránh lãng phí

Trong quá trình hàn i th hàn hay rô b t hàn ph  m b o các thông s  hình h c c a m i hàn M t trong các thông s      u r ng m  c chi u r ng m i hàn ta  có các gi i pháp  :

 thu c vào các thi t b nh p ngo i     

1.2 T ng quan v ổ ề cơ cấu dao độ ng đầ u hàn

1.2.1 Thông số cơ cấu dao động đầu hàn

 m Code Vision AVR (CVA ) VR 

 CVAVR là mng phát tri n tích h p ph n m   u khi n Atmel AVR Nó cung c p s h r ng rãi cho các thi t b AVR và t o ra m  tr     n

mã nh g n và hi u qu    

16

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ CƠ CẤU -

DAO ĐỘNG ĐẦU HÀN 2.1 Phân tích l a ch ự ọ n giải pháp truyề ộ n đ ng

B truy t trong nh ng b truy  c s d ng s m nh t và    

hi n nay v c s  d ng r ng rãi B truy  m sau:

17

Truyng tr c ti p là nó c n m   c bic thit k   c mô men xo n cao nh   t t vòng quay l n Do v 

      c l c t t k và t t nhiên giá thành  

          i vi  u truy n chuyn 

ng tr c ti p s b     n chuyng gián ti p B ng mn  

t c u truyng tr c ti p ph c t   i truyn chuyng gián ti p 

t nhi u d n t i chi phí s a ch a các b ng m ch này s         t nhi u so v i máy truyng gián ti p 

2.1.1.3 Giải pháp 3: Truyn chuyng t   i tr c chính thông qua bánh 

- Hiu su t cao = 0,96 ~ 0,98, th m chí = 0,99 cho m t c     

- c b truyi nh g n, kh     i l n

- Tui th  tin c y cao 

- Làm vi c trong ph m vi công su t, t    và t s truy n khá r ng    

b Nhƣợc điểm:

- Không thc hic truyng vô c p 

- Không có kh    b o v an toàn khi quá t i

- Có nhi  u ti ng n khi v n t c ln

-   chính xác cao trong ch t o và l p ráp   

- Ch  c ng ca b truy n khá cao 

T 3 gi i p  ác gi chn chuyng t ng  

i tr c chính thông qua b truy  

- S k t h p t t gi a mô men và t        t o ra nhi u s l a ch n cho các    thông s  ch  làm vi c Vì v y, thích h  u m  

u ch nh t n s     ng linh ho

- c nh  g n chuyng tr c ti p (chi u dài ng   

 nguyên lý truyn chuyng t  i tr c chính thông qua b  

21

Hình   ch n lo  

Phân tích so sánh 3 lotác gi chm chung nó còn khc ph  c hit gi  s truy n l n và

i, v n t c v  maxcao lên ti 80m/s, l c tác d ng lên tr  c và  nh

2.1.2.3 L a ch n tr c vít me ự ọ ụ

B truy n vít me - c làm vip c a c p ren (gi a ren   

c v  bi i chuyng quay thành t nh tin

Tùy theo tính ch t ti p xúc c a c p ren ta có th chia b truy n làm hai lo i: Ma        

22

- Có th i tr khe h và t o slo    m b  c ng v ng d c trc cao

- m b chính xác làm vi c lâu dài 

Phân tích so sánh 2 loi trc vít me tác gi ch n tr c vít me -   t o di chuy n 

u hàn

2.2 Tính toán thiế ế ộ t k b truy n vít me ề – đai ố c bi

2.2.1 Kết cấu bộ truyền vít me - đai ốc bi

B truy n vít me - c g i là tr c vít vòng bi, tr c vít bi tu n    

m m t tr c tr  c tích h p v i r t nhi u viên bi và các viên    

bi tu n hoàn quay tr l i nh k t c u h i bi B truy n vít me -          c bi là lo i ph  

bi n nh t c a tr c vít s d ng trong thi t b công nghi        c

a m t tr   chu y i chuyng quay thành chuy n 

ng tuy n tính ho c mô men xo    y và kéo tr l i, v    chính xác, s o chi u và hi u qu     cao

K t c u b truy n vít me bi r    u có c u t sau:

Hình 2.4 B truy n vít me  c bi

 Dạng profil răng vít và răng đai ốc:

V quan tr ng nh t trong k t c u c a b truy      

ng hình ch nh t và hình thang là d   ch  t o nh t Tuy nhiên, do cong c a hai b m    t khác nhau quá l n lên d  n ng su    t ti i c a b truy n th p Vì v y, hai d ng profil này ít    

  c s d ng

23

c a b truy  n và gi m mô men ma sát thì ta ph   m t làm vi  m b o 

u này thì ta ph i thi t k profil d ng tròn N u bán kính c a bi là r      1, bán kính ca profil ren là r2 nên ch n r 1/r2 i profil là n a cung tròn thì góc ti p xúc  

c a b truy  n có th  600, tuy nhiên b truy n v i góc ti 450 s có khe 

- M t d ng khác c a k t c u kh khe h và t o s           c nh mt

T nh ng tính toán trên tác gi   ch n b truy n vít me -  c bi Model 1204 -

ng kính 12 mm c a OME Technology Co.,Ltd có các thông s   n theo b

 phân gi i mong mu n (chi u dài di chuy n trên m    c]

26

① Tính s xung ho  ng A [Xung]

A= × 3600 = 20

4 × 36002,70 = 666,67 [Xung]

n áp ch u t i

Góc

b c 

Kích

thc mt bích

Chiu dài thân

76 (mm)

2.4 Tính toán thiế ế ộ t k b truy ền đai răng

2.4.1 Cơ sở lý thuy t tính toán b truy n đai ế ộ ề

2.4.1.1 Thông số hình h c bộ ọ truy n đai ề

2.4.2 Tính toán thiế ế ộ t k b truy ền đai răng

2.4.2.1 Các thông số ộ b truy ền đai răng

Ký hiệu bước Bước đai p, mm Ký hiệu bước Bước đai p, mm

33

2.4.2.2 Tính toán và chọn bộ truy ền đai răng

a Mô nh theo công th c th c nghi m:   

T các tính toán trên theo bng 2.7 và tiêu chuác gi ch 

g hình thang ký hi u 120XL-025 hay 1/5-inch (XL)  

Hình 2.13

34

B ng 2.8 Các thông s k   thut dây -025

Ký hiệu Chiều dài

đai

Ký hiệu bướ c

Chiều r ng ộ đai S ố răng Trọ ng lư ợ ng

Bc



L b t vít hãm

Bc



L b t vít hãm

35

Hình 2.15 G  vít me bi 1

Hình 2.16 G  vít me bi 2

2.7.1 Giới thiệu hệ thống thanh dẫn trƣợt

H ng dth t cho phép các thi t b ph có th di chuy  tr  

B ng cách s d ng vòng h   a thanh ray và kht, h ng này có th  th 

 t t chính xác l p cao So v i các s    t c n, h s ma sát c a các h    thng này ch b ng 1/50 l n D a trên l c c n gi a thanh ray và kh       t, h ng th

- Tui th  l chính xác chuyng cao

- V n t t cao, gim thi c l t

- Công su i là t t ng

u hàn là h th ng thanh d  t vuông TBI TRH15VN

B ng 2.11 Các thông s   c thanh dt vuông TRH15VN

39,5

M4x5

9,

5

M4x0,7

0

My (kgf-mm)

Mz

t (kg)

Thanh

d n (kg/m)

39

Hình 2.19 Bàn k p gi u m hàn    

2.9 Thiết k ế ế k t c ấ u thân và v ỏ cho cơ cấu dao độ ng đ ầ u hàn

2.9.1 Thiết kế thân cơ cấ u

u nh , làm vi c v i t i tr ng nh gi m kh

cc ch t o b ng h    c l

u m   n thân ph  c ng v m bchính xác, t  o s nh và cân bu