Bản tóm tắt này đi sâu vào sự phát triển theo trình tự thời gian của nghề hàn, truy tìm nguồn gốc của nó từ các hoạt động thời tiền sử, nơi nhiệt từ lửa được khai thác để nung chảy kim l
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Lịch sử ra đời và phát triển của ngành hàn
- Sơ lược về lịch sử ngành hàn:
Ngành hàn hay còn gọi là công nghệ hàn, đã tồn tại và phát triển qua nhiều thời kì Hàn đã có từ thời cổ đại, những minh chững đã được tìm thấy từ thời đồng khi các nhà khoa học tìm thấy được những hộp nhỏ được làm bằng vàng và đồng, các vật liệu này được làm bằng áp lực hàn các khớp nối với nhau Người ta ước tính chúng đã tồn tại khoảng 2000 năm Trong thời kì đồ sắt, người Ai Cập và người ven Địa Trung Hải đã học được cách hàn các mảnh sắt lại với nhau Nhiều vũ khí và công cụ được tìm thấy ước tính tuổi thọ đến 1000 năm Đến tận thế kỉ 19 thì chúng ta mới biết đến hàn và phát triển đến nay
Hình 1.1 Công nghệ hàn rèn những năm 1800
- Lịch sử phát triển của ngành hàn:
Nghệ thuật hàn có một lịch sử phong phú kéo dài hàng thế kỷ, phát triển từ những kỹ thuật thô sơ thời cổ đại đến những phương pháp phức tạp và chính xác được sử dụng trong ngành công nghiệp hiện đại Bản tóm tắt này đi sâu vào sự phát triển theo trình tự thời gian của nghề hàn, truy tìm nguồn gốc của nó từ các hoạt động thời tiền sử, nơi nhiệt từ lửa được khai thác để nung chảy kim loại Quá trình chuyển đổi qua thời kỳ trung cổ chứng kiến sự hoàn thiện của các dụng cụ cầm tay và kỹ thuật cơ bản, đặt nền móng cho cuộc cách mạng công nghiệp
Thế kỷ 20 chứng kiến sự thay đổi mô hình với sự ra đời của hàn điện, mang đến những khả năng và hiệu quả mới Sự xuất hiện của các quy trình như: Khí trơ kim loại (MIG), Khí trơ vonfram (TIG) và hàn plasma đã tiếp tục cách mạng hóa lĩnh vực này Tự động hóa và robot gần đây đã chiếm vị trí trung tâm, nâng cao độ chính xác và an toàn trong hoạt động hàn.
Tính cấp thiết và lí do chọn đề tài
- Để các chi tiết riêng lẻ có thể liên kết với nhau thì có hai cách để tạo nên mối nối là mối ghép cố định và mối ghép động Trong đó, mối ghép cố định được sử dụng rỗng rãi vì dễ dàng tạo nên mối nối và nhanh như là đinh tán, hàn, chốt,… Có thể nói là hàn thủ công là một trong những mối nối có độ cứng vững cao nhưng đòi hỏi sự chính xác và lành nghề của người thợ
- Hàn thủ công là phương pháp khá phụ thuộc vào độ lành nghề của người thợ cho nên việc có thể làm trong nhiều giờ liên tục là một điều khá khó khăn Bên cạnh những lợi ích có được thì đi kèm là những tác hại như là gây đau mắt và hô hấp ở người thợ, nếu hàn không tốt thì độ cứng vững không cao dễ xảy ra rủi ro Cho nên để đảm bảo năng suất và chất lượng thì ngoài hàn thủ công ra thì con người cũng phát triển thêm hàn bán tự động và tự động
- Căn cứ vào nhu cầu sản xuất, nhóm em quyết định thực hiện đề tài: “Thử nghiệm mô hình hàn ống và mặt phẳng”, chúng em hy vọng sẽ góp một phần sức nhỏ vào việc giảm tải thời gian, sức lực, an toàn và chất lượng đáp ứng nhu cầu của khách hàng.
Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài
Trong thời kì hiện nay, ngành hàn đóng vai trò rất quạn trọng đối với ngành công nghiệp để phát triển đất nước sánh ngang với cường quốc năm châu Điều nay dẫn đến sự đa dạng trong thiết bị và phương pháp hàn được thiết kế để đáp ứng yêu cầu về hiệu suất nhanh chóng và vận hành đơn giản đồng thời đảm bảo an toàn lao động
13 và giảm bớt sức lao động của con người Vì vậy nhóm thử nghiệm mô hình hàn lỗ và mặt phẳng để phục vụ cho công nghiệp.
Mục tiêu của đồ án
- Giúp giảm thời gian hàn sản phẩm, tiết kiệm giá thành nhân công, đảm bảo an toàn lao động, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm
- Chế tạo và thử nghiệm mô hình hàn ống và mặt phẳng dựa trên nguyên lí hàn TIG.
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
- Cơ chế hàn ống và mặt phẳng theo phương Z (phương thẳng đứng) Hàn ống ỉ40 mm
- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: thu thập tất cả các thông tin, các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài, lựa chọn lọc các thông tin cần thiết và đưa ra phương án giải quyết cho đề tài
- Phương pháp giả thuyết khoa học: Phác thảo ý tưởng các chi tiết theo 2D và 3D, lựa chọn dung sai phù hợp, tính toán dòng điện hàn và thời gian động cơ quay bao nhiêu vòng/phút
- Phương pháp thực nghiệm khoa học: lắp ráp mô hình máy hàn ống và mặt phẳng, đấu điện vào động cơ và que hàn Chạy thực nghiệm, khảo sát mối hàn, tạo bảng kèm hình ảnh về các mối hàn.
Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài
- Nghiên cứu công nghệ hàn bán tự động
- Hàn sản phẩm ống Inox 304 với kớch thước lỗ ỉ42 mm
- Thực nghiệm, thống kế số liệu và hình ảnh kèm theo
1.6.2 Giới hạn của đề tài
- Chế tạo và thử nghiệm mô hình hàn ống và mặt phẳng dựa trên nguyên lí hàn TIG
- Mô hình đã hoạt động và tạo ra được đường hàn
- Hiện tại thỡ mỏy hàn chỉ cú thể hàn được cỏc ống ỉ40 mm - ỉ50 mm với độ dày ống là 2 mm và mặt phẳng dày 1.5 mm với yêu cầu ống và mặt phẳng lỗ phải đồng tâm, đã được định vị bởi trục côn gia công
CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Cơ sở lí thuyết về công nghệ hàn
- Hàn là quá trình nối hai hoặc nhiều chi tiết kim loại bằng cách sử dụng nhiệt độ cao để chảy kim loại và tạo ra liên kết cứng cáp sau khi nguội Quá trình này thường được thực hiện bằng cách sử dụng nguồn nhiệt như ngọn lửa hoặc dòng điện để làm nóng kim loại đến nhiệt độ chảy, sau đó chi tiết được kết hợp lại khi kim loại đóng lại Đặc điểm:
Khi so sánh với các phương pháp ghép nối khác, phương pháp hàn kim loại không chỉ giúp tiết kiệm khoảng 10-20% khối lượng kim loại, mà còn tạo ra các kết cấu đặc biệt Mối hàn trong quá trình hàn không chỉ có độ bền kim loại cao mà còn đảm bảo độ khăng khít giữa các mối nối Thường thì, mối hàn kim loại được hợp kim hóa tốt hơn vật liệu hàn
Phương pháp hàn không chỉ đạt được năng suất cao do giới hạn số lượng nguyên công, giảm cường độ lao động, mà còn có khả năng dễ dàng tự động hóa và cơ khí hóa
Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp hàn là nguồn nhiệt nung nóng cao, tạo ra ứng suất dư lớn Điều này có thể ảnh hưởng đến tổ chức kim loại trong vùng gần mối hàn, làm thay đổi chiều hướng một cách xấu, giảm khả năng chịu tải trọng và dễ gây biến dạng cho mối hàn
Hiện nay có rất nhiều phương pháp hàn khác nhau:
- Hàn que (Stick welding): Sử dụng que hàn chứa điện cực được bao phủ bởi một lớp vỏ chất bảo vệ Khi que hàn chạm vào vật liệu, có một cường độ điện cực cao tạo ra cảm ứng nhiệt, chảy kim loại và tạo ra liên kết
Hình 2.1 Công nghệ hàn que
- Hàn MIG/MAG (Metal insert gas/ Metal active gas): Sử dụng dòng điện liên tục để nối hai chi tiết kim loại, trong đó que hàn được sử dụng và có thể kết hợp với khí bảo vệ (MIG) hoặc khí hoạt động (MAG)
Hình 2.2 Công nghệ hàn MIG/MAG
- Hàn TIG (Tungsten insert gas): Sử dụng một que hàn không được bao phủ và khí bảo vệ, thường là argon Que hàn được làm từ wolfram và cung cấp nhiệt độ rất cao, cho phép hàn kim loại mà không cần sử dụng que hàn
Hình 2.3 Công nghệ hàn TIG
- Hàn Oxy- acetylene: Sử dụng một nguồn nhiệt mạnh từ sự oxi hóa của acetylene khi hòa trộn với oxi Thích hợp cho hàn và cắt kim loại mỏng
Hình 2.4 Công nghệ hàn Gas
- Sử dụng tia laser để tạo ra nhiệt độ cao và chảy kim loại Phương pháp này chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng chính xác và trong sản xuất điện tử
Hình 2.5 Công nghệ hàn Laser
Hàn ốc( Spot welding): Sử dụng điện trở để tạo ra nhiệt độ và liên kết kim loại ở các điểm cụ thể Thường được sử dụng để nối các lá kim loại mỏng trong sản xuất ô tô
Hình 2.6 Công nghệ hàn Trở
* Hàn Plasma (Plasma arc welding):
Kết hợp giữa hàn TIG và cắt plasma, sử dụng tia plasma để tạo ra nhiệt độ cao và que hàn không được bao phủ
Hình 2.7 Công nghệ hàn Plasma
*Hàn tự động (Automatic welding):
Sử dụng hệ thống tự động để thực hiện quá trình hàn mà không cần sự can thiệp của người làm
Mỗi phương pháp hàn đều có ưu điểm và nhược điểm của nó, sự lựa chọn phương pháp hàn phù hợp phải phụ thuộc vào dự án và kim loại sử dụng trong dự án đó
2.1.2 Các dạng máy hàn phổ biến trên thị trường hiện nay
- Máy hàn que (SMAW- Shielded Metal Arc Welding): Sử dụng que hàn được bọc trong vỏ chống oxy hóa để tạo điện cực và bảo vệ nó khỏi không khí
Hình 2.8: Máy hàn que Tayor
- Máy hàn CO2 (GMAW- GAS Metal Arc Welding): Sử dụng dây hàn liền mạch và khí bảo vệ để tạo điều kiện hàn
- Máy hàn TIG (GTAW – GAS Tungsten Arc Welding): Sử dụng điện cực từ tungsten và khí bảo vệ để hàn
- Máy hàn điện tử: Sử dụng công nghệ inverter để chuyển đổi dòng điện từ nguồn điện AC thành DC, giúp kiểm soát hiệu suất hàn tốt hơn
Hình 2.11: Máy hàn điện tử
- Máy hàn hồ quang (Submerged Arc Welding – SAW): Sử dụng que hàn không khí và lớp phủ để bảo vệ hồ quang hàn
Hình 2.12: Máy hàn hồ quang
- Máy hàn Laser: Sử dụng tia laser để tạo nhiệt độ cao và hàn các vật liệu kim loại một cách chính xác
- Máy hàn nhóm (Friction Stir Welding - FSW): Sử dụng sự ma sát và áp lực để kết hợp vật liệu mà không cần sử dụng lửa hàn truyền thống
- Máy hàn Plasma: Sử dụng cột plasma ion hóa để tạo nhiệt độ cao và hàn các vật liệu kim loại
2.1.3 Lựa chọn phương pháp hàn TIG
Hàn TIG (Tungsten Inert Gas) là một phương pháp hàn chất lượng cao và linh hoạt, nhưng cũng có những ưu và nhược điểm cụ thể Dưới đây là một số ưu nhược điểm của quá trình hàn TIG
- Ưu điểm của hàn TIG:
+ Chất lượng cao của mối hàn: Mối hàn TIG thường có chất lượng cao, không có tia lửa hoặc bọt khí, giúp tạo ra mối hàn sạch sẽ và đẹp mắt
+ Kiểm soát nhiệt độ cao: Người hàn có thể kiểm soát nhiệt độ rất chính xác, giúp tránh hiện tượng biến dạng và mất cường độ cơ học của kim loại
+ Áp dụng cho nhiều loại kim loại: Phương pháp hàn TIG có thể được áp dụng cho nhiều loại kim loại, bao gồm cả các kim loại như nhôm và titan
+ Không sử dụng chất nổ: Hàn TIG không sử dụng chất nổ, không tạo ra khói độc hại, và ít gây ô nhiễm môi trường
Tính toán lực và tỉ số truyền
- Công suất của động cơ:
- Khoảng cách trục giữa 2 bánh răng
2.2.1 Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép 45 có 𝜎 𝑏 = 600 𝑀𝑃𝑎, ứng suất xoắn cho phép [𝜏] = 12 … 20 𝑀𝑃𝑎 a Các tải trọng tác dụng lên trục
2.2.2 Xác định lực tác dụng lên gối đỡ
Bảng 2.1: Thông số tính toán lực Động cơ Trục 1 Trục 2
- Chọn động cơ NEMA 17 với các thông số như trên bảng 3.1
- Số vòng quay của động cơ: 𝑛 đ𝑐 = 200 𝑣𝑔
Trong đó : T: momen xoắn danh nghĩa (N mm) k: hệ số an toàn làm việc
- Phân tích lực tác dụng của khớp nối:
- Lực hướng tâm của khớp nối lên trục:
Trong đó : m là khối lượng vật (kg) g là gia tốc trọng trường (m/s 2 )
Hình 2.16: Sơ đồ lực tác dụng lên trục 1
Hình 2.17: Sơ đồ lực tác dụng lên trục 2
Phương trình cân bằng tại A:
Phương trình cân bằng tại A:
Hình 2.18: Biểu đồ lực và moment uốn lên trục
- Bánh răng Ưu điểm của bánh răng là tất cả các mặt tiếp xúc giữa chúng đều tiếp xúc trực tiếp với các hướng của trục quay, tạo thành một hệ thống thống nhất Trong trường hợp xảy ra lỗi kỹ thuật, hậu quả không gây nguy hiểm cho người sử dụng và không ảnh hưởng lớn đến toàn bộ hệ thống
Tuy bánh răng thẳng được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao, nhưng vẫn có một số nhược điểm Khi hoạt động ở tốc độ nhanh và với một số thiết bị khác, bánh răng thẳng có thể gây ra tiếng ồn và không chịu được tải nhiều, dẫn đến quá tải Mặc dù có nhược điểm, ngành công nghiệp cơ khí vẫn ưa chuộng bánh răng thẳng vì hiệu quả và chi phí sản xuất thấp
Lý do chọn bánh răng thẳng là vì hiệu suất, cấu tạo đơn giản và chi phí thấp khi chế tạo Đặc biệt, khi sử dụng động cơ bước NEMA 17 có điện năng thấp, bánh răng thẳng tiết kiệm điện năng, phù hợp với mô hình máy của chúng tôi
Bảng 2.2: Thông số bánh răng
Khoảng cách trục aw= 31.5 mm
Số răng bánh răng Z1 = 18 răng
Z2 = 24 răng Chiều rộng vành răng bw1 = 15 mm bw2 = 15 mm
X2 = 0 Đường kính vòng chia d1 = 27 mm d2= 36 mm Đường kính đỉnh răng da1 = 30 mm da2= 38 mm Đường kính đáy răng df1= 24 mm df2 = 32 mm
THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Tổng quan các cơ cấu của máy
- Hình ảnh mô hình toàn máy
Hình 3.1: Mô hình toàn máy
Mô hình thiết kế dựa trên nguyên lí hàn TIG, hàn theo phương thẳng đứng, chuyển động tròn và kim hàn hợp với mặt phẳng hàn một góc là 90 độ
*Hình ảnh phân rã của máy
Hình 3.3: Mô hình cụm động cơ Ốc lục giác M4
Tấm đỡ Động cơ bước
Hình 3.4: Tháo lắp cụm động cơ
Hình 3.5: Hình ảnh thực tế của cụm động cơ
Bao gồm những vật liệu sau:
+ Động cơ Nema17: đóng vai trò tạo chuyển động chính cho máy, với thiết kế nhỏ gọn nhưng vẫn tạo được chuyển động lớn moment xoắn lên tới 0.45 Nm, ít tỏa nhiệt và chuyển động êm
+ Tấm đỡ động cơ: được thiết kế theo hình chữ L, độ lớn bao quanh động cơ nhằm cố định động cơ trên không theo phương thẳng đứng, có các lỗ ren cố định để hạn chế rung lắc, xê dịch của động cơ
+ Trục động cơ: được làm vật liệu thộp C45, với đường kớnh trong là ỉ6mm, liờn kết với trục động cơ Thiết kế trục rỗng nhằm giảm trọng lượng tải
+ Then tròn: cố định bánh răng với trụ động cơ
+ Bánh răng ∅30 mm: sử dụng bánh răng thẳng vì tính phổ biến, mang lại hiệu quả cao, truyền moment xoắn từ động cơ, giảm tốc chuyển động tới trục hàn
+ Vòng đệm: vì phương của động cụm động cơ là theo phương thẳng đứng cho nên thiết kế vòng đệm nhằm giữ cho trụ và bánh răng không bị rớt xuống
- Nhiệm vụ chính của cụm động cơ: tạo chuyển động tròn theo phương thẳng đứng, truyền lực moment xoắn thông qua trụ tới bánh răng
Bao gồm hai phần đó là cụm trục chính và cụm hàn:
- Cụm trục chính: đóng vai trò chịu lực từ động cơ và giữ cụm hàn chuyển động, cố định hạn chế rung lắc từ máy
+ Bỏnh răng ∅38 mm: là nơi tiếp xỳc với bỏnh răng ỉ30 mm, truyền lực moment xoắn tới trục chính
+ Chân đế: nâng cho gối đỡ trục, được thiết kế theo hình hộp chữ nhật
+ Gối đỡ trục ∅26 mm: cố định trục chính và hạn chế lực tác động nhằm đảm bảo chuyển động không bị rung lắc
+ Ổ lăn ∅22 mm: nhằm cố định trục chính vào vỏ hộp nhưng vẫn đảm bảo chuyển động, hạn chế ma sát
+ Trục chính: là nơi liên kết với bánh răng và cụm hàn
- Cụm hàn: đóng vai thay cố kích thước hàn lỗ theo yêu cầu, là nơi sử dụng kim hàn, khí bảo vệ và dòng điện hàn, nơi tạo ra mối hàn
+ Cầu nối: để chuyển động tròn được thì cầu nối sẽ tạo khoảng cách từ trục chính với điểm hàn
+ Thanh chữ T: dựng để điều chỉnh theo yờu của kớch thước lỗ nhỏ nhất là ỉ18 mm lờn đến ỉ30 mm
+ Ống cover que hàn: nơi bao quanh que hàn, có các lỗ ren để gắn ống dẫn khí bảo vệ và dòng điện hàn tới que hàn
Hình 3.6: Mô hình mô phỏng cụm trục chính Ốc lục giác M4
Then tròn Bánh răng Trục chính Bạc đạn
Hình 3.7: Tháo lắp cụm trục chính
Hình 3.8: Hình ảnh thực tế của cụm trục chính
Hình 3.9: Mô hình cụm hàn
Hình 3.10: Tháo lắp cụm trục hàn
Hình 3.11: Hình ảnh thực tế của cụm hàn
- Cụm định vị tâm lỗ
Hình 3.12: Mô hình định vị tâm lỗ Đầu côn
Trục nối dài Trục nối côn
Hình 3.13: Tháo lắp cụm định tâm
Hình 3.13: hình ảnh côn định vị tâm lỗ thực tế
Bao gồm các chi tiết:
+ Đầu hình côn: nhiệm vụ cố định ống với máy để xác định tâm định vị
+ Thanh nối dài: tạo khoảng cách chiều dài tới lỗ, có thể thu hẹp hoặc nới rộng khoảng cách
+ Trục nối: để nối với trụ chính
- Nhiệm vụ của cụm định vị: xác định tâm lỗ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LẬP TRÌNH
Các thiết bị điện trong hệ thống
- Động cơ bước NEMA 17: Động cơ bước, hay được biết đến là Stepper Motor, là một dạng động cơ điện vận hành theo cách khác biệt so với hầu hết các động cơ điện thông thường Được xem như một động cơ đồng bộ, nó sử dụng nguyên lý chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành các xung điện rời rạc liên tiếp để tạo ra chuyển động góc quay hoặc chuyển động của rotor với khả năng cố định ở các vị trí cụ thể Nói chung, động cơ bước là một loại động cơ có khả năng điều chỉnh góc quay, ví dụ như động cơ bước 1,8 độ/bước, để hoàn thành một vòng quay 360 độ, cần 200 bước (gọi là FULL STEP) Sử dụng các chế độ quay với số lượng xung nhiều hơn có thể làm cho quá trình quay của động cơ trở nên mượt mà hơn
- Cách hoạt động: Đối lập với cơ chế quay thông thường, Stepper Motor thực hiện quay từng bước một, mang lại độ chính xác cao trong điều khiển học Để hoạt động, chúng tận dụng các bộ chuyển mạch điện tử Các mạch này chuyển đổi tín hiệu từ lệnh điều khiển thành các trạng thái theo một thứ tự và tần số cụ thể Góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như hướng quay và tốc độ quay của rotor, phụ thuộc vào thứ tự và tần số chuyển đổi được áp dụng
- Độ chính xác và kiểm soát vị trí cao: Động cơ bước cung cấp độ chính xác cao trong việc kiểm soát vị trí và vị trí cuối cùng của rotor, đặc biệt là khi được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao
- Khả năng giữ vị trí khi mất nguồn điện: Đối với một số ứng dụng, động cơ bước có khả năng giữ vị trí khi mất nguồn điện, do rotor cố định ở các bước cụ thể mà không cần nguồn điện để duy trì vị trí
- Không cần hệ thống phanh: Do tính chất cố định ở từng bước, động cơ bước có thể không đòi hỏi hệ thống phanh để giữ vị trí khi tắt nguồn
- Dễ điều khiển: Sử dụng các tín hiệu điều khiển rời rạc, giúp dễ dàng điều khiển chuyển động và vị trí của động cơ
- Dùng năng lượng hiệu quả ở tốc độ thấp và trung bình: Ở tốc độ cao, hiệu suất của động cơ bước có thể giảm do nguyên lý hoạt động
- Có thể tạo ra rung động và tiếng ồn: Trong quá trình hoạt động, động cơ bước có thể tạo ra rung động và tiếng ồn, đặc biệt ở các tốc độ cao
- Khả năng mất bước: Trong một số trường hợp, đặc biệt là ở tốc độ cao, động cơ bước có thể mất bước, dẫn đến mất thông tin về vị trí
- Khối lượng và kích thước: So với một số động cơ khác, động cơ bước có thể có kích thước lớn hơn và nặng hơn đối với cùng công suất
- Lý do chọn động cơ bước: có thể dễ dàng quy định được góc quay của động cơ, không theo cơ chế thông thương như các động cơ quay khác, step motor quay theo từng bước nên có độ chính xác cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử, có thể liên kết với các thiết bị điều khiển khác dễ dàng Với mô hình hoạt động của máy đa ứng các yêu cầu về giá thành, cũng như cung cấp moment xoắn cực lớn ở dải vận tốc thấp và trung bình phù hợp với yêu cầu hàn tốc độ chậm
Bảng 4.1 : Thông số động cơ NEMA 17
Kích thước mặt bích 42 x 42mm Đường kính trục 5mm
Góc bước 1.8 o / step (200 bước/ vòng) Độ chính xác góc bước ± 5% (Bước đầy đủ không tải)
- Arduino là một nền tảng đa nhiệm bao gồm cả phần cứng và phần mềm mã nguồn mở, được thiết kế nhằm hỗ trợ quá trình phát triển và thử nghiệm các dự án điện tử tương tác Trụ cột của Arduino là bo mạch chủ, điểm mạnh của nó nằm ở khả năng tích hợp các thành phần như vi xử lý, cổng kết nối và chân đầu vào/ra Hệ thống này còn đi kèm với một môi trường phát triển tích hợp (IDE) giúp người sử dụng lập trình một cách thuận tiện Bằng cách này, Arduino không chỉ giảm độ phức tạp của quá trình lập trình, mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho người mới bắt đầu vào lĩnh vực này
- Lý do chọn mạch Arduino: tuy có nhiều hạn chế về vi xử lý, giới hạn bộ nhớ và tần số clock không cao, nhưng vì mô hình của nhóm đề ra đơn giản cho nên phù hợp cho việc lập trình code cơ bản không đòi hỏi cao và tính phổ biến tương đối rộng rãi
- Arduino Uno là một bo mạch phổ biến và dễ sử dụng trong dự án điện tử, nhưng cũng có những ưu và nhược điểm cần xem xét: Ưu điểm:
- Dễ sử dụng và Học: Arduino Uno được thiết kế với sự đơn giản và dễ sử dụng, làm cho nó lý tưởng cho người mới học và làm quen với lập trình và điện tử
- Hỗ trợ Cộng đồng Lớn: Arduino có một cộng đồng lớn và tích cực
- Người dùng có thể tìm thấy nhiều tài nguyên, mã nguồn mở, và hỗ trợ trực tuyến từ cộng đồng này Phong cách Lập trình Dựa trên Ngôn ngữ C/C++: Arduino sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++, là ngôn ngữ phổ biến trong lĩnh vực lập trình
- Hỗ trợ Đa Nền Tảng: Arduino IDE (môi trường phát triển tích hợp) có sẵn trên nhiều hệ điều hành như Windows, macOS, và Linux, giúp làm cho nó linh hoạt trên nhiều nền tảng
- Độ mở rộng và Tương thích: Arduino Uno có thể kết hợp với nhiều mô-đun mở rộng (shields) và cảm biến khác nhau để mở rộng khả năng
Lập trình hệ thống điện
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
- Sử dụng động cơ Nema17 tạo chuyển động quay di chuyển theo đường tròn kết hợp hai bánh răng thẳng để giảm tốc cho trục chính nối với cover kim hàn - Mạch điều khiển động cơ là mạch Arduino, thêm code vào mạch để giảm trực tiếp vận tốc quay của động cơ, kết hợp nút bấm công tắc thường mở khi mạch chạy đèn vàng sáng
- Mô hình hàn được dựa vào hàn TIG, sử dụng khí Ar với lưu lượng khí là 10 lít/phút và nguồn điện hàn là 40A
- Trước khi hàn, đặt kim hàn gần mép giữa lỗ và mặt phẳng sử dụng đầu côn để định vị tâm của máy và lỗ, cho máy chạy thử để rà kim hàn đã đúng chỗ mối hàn hay chưa, sau đó sử dụng nút bấm xung để hàn
4.2.1 Sơ đồ hệ thống điện
Hình 4.4: Sơ đồ mạch điện
Chú thích sơ đồ mạch:
- Sử dụng mạch Arduino được nối thứ tự chân 8, 9, 10, 11 vô chân IN1, IN2 IN3, IN4 của mạch điều khiển L298N
- Chân OUT 1, OUT 2, OUT 3, OUT 4 được nối thứ tự vào chân A, B, C, D của động cơ bước để điều khiển chiều quay của động cơ
- Sử dụng nguồn Adapter 12V cấp nguồn cho mạch điều khiển L298N
- Sử dụng nguồn 5V cấp nguồn cho mạch Arduino
-Chân dương nút nhấn K được nối với chân D2 của Arduino và chân âm được nối vào chân GND
- Chân dương đèn LED nối với chân D13, chân âm đèn LED nối với một chân điện trở và chân còn lại của điện trở nối với chân GND
4.2.3 Chương trình của hệ thống
// Khai báo số bước mỗi vòng của động cơ bước const int stepsPerRevolution = 200; int pulse = 0;
// Khai báo chân điều khiển động cơ const int motorPin1 = 8; const int motorPin2 = 9; const int motorPin3 = 10; const int motorPin4 = 11;
// Khai báo chân cho nút Start const int startButtonPin = 2;
// Khai báo chân cho đèn tín hiệu const int ledPin = 13;
// Khai báo đối tượng Stepper
Stepper myStepper(stepsPerRevolution, motorPin1, motorPin2, motorPin3, motorPin4); void setup() {
// Cài đặt tốc độ quay của động cơ (RPM) myStepper.setSpeed(10); // Thay đổi giá trị tốc độ theo nhu cầu
// Cài đặt chân cho nút Start pinMode(startButtonPin, INPUT_PULLUP);
// Cài đặt chân cho đèn tín hiệu pinMode(ledPin, OUTPUT);
Serial.begin(9600); // Mở cổng serial để hiển thị thông tin
// Đọc trạng thái của nút Start int buttonState = digitalRead(startButtonPin);
// Nếu nút Start được nhấn, bắt đầu quay động cơ và bật đèn tín hiệu if (buttonState == LOW) { digitalWrite(ledPin, HIGH); // Bật đèn tín hiệu pulse++; rotateClockwise(); // Bắt đầu quay động cơ
} else { digitalWrite(ledPin, LOW); // Tắt đèn tín hiệu nếu nút không được nhấn
// Hàm quay theo chiều kim đồng hồ void rotateClockwise() {
// int totalSteps = stepsPerRevolution * 2; // Quay 2 vòng myStepper.step(pulse); //Max Step của động cơ bước trong đầu DVD/CD là 250 hihe
Hình 4.5: Hình ảnh tủ điện của mô hình
Sau khi gia công và lắp ráp hoàn thiện được mô hình hoàn chỉnh:
Hình 4.6: Mô hình thực tế
