Dưới đõy là một số hỡnh ảnh lấy từ chương trỡnh mụ phỏng kết cấu và động học của hệ thống MĐTP hàn đường thẳng.
Hỡnh 3.6- Khởi đầu đường hàn.
Hỡnh 3.8- Kết thỳc đường hàn.
3.3- Nghiờn cứu, tớnh toỏn thiết kế mụ phỏng kết cấu động học ĐGH chuyển động quay liờn tục
3.3.1- Cụng nghệ hàn đường trũn
Nhiệm vụ của hệ thống hàn là - cần phải hàn (dựng hàn MAG) nối ống với mặt bớch vuụng gúc với trục ống (trựng trục chớnh của ĐGH), đường hàn là đường trũn thuộc mặt phẳng vuụng gúc với trục chớnh, liờn kết hàn giỏp mối (ống dày S mm,
đường kớnh ngoài D mm, độ dài ống L mm, vật liệu thộp C45). Phụi ban đầu đó được vỏt mộp, lốc trũn, vờ trũn, nắn thẳng, hàn đớnh với mặt bớch trũn và được gỏ lắp sẵn sàng trờn ĐGH như hỡnh 3.9 và hỡnh 3.10.
Hỡnh 3.9- Gỏ lắp phụi trờn ĐGH để hàn đường trũn.
QUY TRèNH CễNG NGHỆ (hàn phải) như sau:
Bước 1- Gỏ lắp phụi trờn khối V ngắn và mõm cặp tự định tõm (như hỡnh 3.9, hỡnh 3.10).
Bước 2- Chuẩn bị và gõy hồ quang (coi như mỏy hàn đó bật (đúng/khởi động) nguồn):
Động tỏc 1- Đưa mỏ hàn từ vị trớ ban đầu (vị trớ P) đến vị trớ A (điểm bắt đầu hàn, tại đú trục điện cực nghiờng 45o so với phương ngang trong mặt phẳng OZY).
Động tỏc 2- Cho đầu điện cực tiếp xỳc với phụi hàn (theo phương trục điện cực) tại điểm A trong thời gian khoảng 1/10 giõy, rồi nhấc lờn cỏch điểm A một khoảng lhq
≈ 3 mm.
Bước 3- Hàn:
Động tỏc 1- Cho phụi quay trũn (từđiểm A) với vận tốc hàn (vh).
Động tỏc 2- Khi điểm A trở lại vị trớ cũ (đỳng một vũng trũn) thỡ tắt hồ quang.
Bước 4- Kết thỳc:
Động tỏc 1- Tại A đưa mỏ hàn về vị trớ P.
Động tỏc 2- Thỏo phụi để vào chỗ quy định.
Tương tự, tụi chọn kết cấu ĐGH đường trũn nhưĐGH đường thẳng.
Từ cỏc bước cơ bản của quy trỡnh cụng nghệ (trỡnh tự thao tỏc) trờn đõy, thuật toỏn mụ phỏng kết cấu và động học ĐGH hoạt động trong hệ thống hàn đường trũn bỏn tựđộng (MĐTP) được trỡnh bày dưới đõy.
3.3.2- Thuật toỏn và chương trỡnh a- Thiết lập hệ toạ độ và cỏc điểm chuẩn a- Thiết lập hệ toạ độ và cỏc điểm chuẩn
Với phụi gỏ lắp như hỡnh 3.9 (phụi dạng ống trụ và đường hàn (nối ống với mặt bớch trũn) là đường trũn thuộc mặt phẳng vuụng gúc với đường tõm trục chớnh), hệ toạ độ thiết lập như sau (hỡnh 3.9):
- Điểm chuẩn của ĐGH là gốc toạ độ O nằm trờn đường tõm trục chớnh đồ gỏ và là giao điểm của đường tõm này với mặt phẳng qua mặt đầu mõm cặp. Trục OZ trựng trục chớnh đồ gỏ, hướng dương từ mõm cặp ra ngoài, trục Oy vuụng gúc với OZ theo phương thẳng đứng, hướng dương từ dưới lờn, trục OX vuụng gúc với OY và OZ, hướng dương vào trong (về phớa người vận hành hệ thống hàn bỏn tựđộng).
- Điểm chuẩn của bàn gỏ phụi: điểm M0(0, z0,- y0) Є OZY và gắn trờn khối V ngắn. - Vị trớ phụi xỏc định bằng toạđộ zo* so với gốc M0 theo phương OZ.
- Điểm chuẩn của “dụng cụ” - điểm P, là điểm thuộc đầu điện cực hàn, cú toạđộ
xỏc định trong hệ OXYZ.
- Điểm A Є OZY hoàn toàn xỏc định theo toạ độ zo* và kớch thước phụi hàn (đường kớnh và chiều dài phụi).
b- Xõy dựng thuật toỏn
Cỏc bước thực hiện
Bước 0- Xõy dựng cỏc thủ tục thiết kế vẽ kết cấu ĐGH.
Bước 1- Gắn hệ toạ độ và cỏc điểm chuẩn trờn ĐGH và phụi (sau khi đó vẽ kết cấu ĐGH).
Bước 2- Trong hệ OXYZ (hỡnh 3.9) xỏc định cỏc yếu tố: - Toạđộđiểm chuẩn bàn gỏ M0(0, z0, -y0).
- Vị trớ phụi (trờn bàn gỏ) xỏc định bằng toạđộ zo* (so với gốc M0). - Toạđộđiểm A(0, z0A, y0A).
- Toạđộđiểm chuẩn đầu điện cực P(0, z0P, -y0P).
Bước 3- Trong hệ OXYZ thực hiện chuyển động phụ (tự động) di chuyển đầu hàn từđiểm chuẩn P đến điểm A, nghiờng trục mỏ hàn một gúc 75o rồi gõy hồ quang; giữđầu
Hỡnh 3.10- Chuyển động phụ của đầu hàn tới vị trớ A gõy hồ quang.
điện cực cỏch A một khoảng lhq khụng đổi (hỡnh 3.10).
Bước 4- Hàn: mõm cặp tự động thực hiện chuyển động chớnh quay trũn với vận tốc hàn (vh) từđiểm A (hàn phải) cho đến hết một vũng (hỡnh 3.11, 3.12).
Hỡnh 3.11- Chuyển động chớnh của mõm cặp hàn đường trũn.
Bước 5- Kết thỳc hàn: tại A (ngắt hồ quang) và mõm cặp tự động dừng chuyển
động; đưa đầu hàn (bằng tay hoặc tự động) về điểm P; thỏo phụi, kết thỳc quỏ trỡnh hàn BTĐ (hỡnh 3.11, 3.12).
c - Thiết lập chương trỡnh
Dựa vào thuật toỏn trờn, sử dụng phần mềm Inventor, chương trỡnh mụ phỏng kết cấu và điều khiển động học ĐGH chuyển động thẳng liờn tục như sau:
3.3.3 - Kết quả mụ phỏng
Dưới đõy là một số hỡnh ảnh lấy từ chương trỡnh mụ phỏng kết cấu và động học của hệ thống MĐTP hàn đường trũn.
Hỡnh 3.14- Tiến hành hàn.
Với cỏch làm tương tự trờn, dưới đõy là một số kết quả nghiờn cứu mụ phỏng kết cấu và động học ĐGH bỏn tựđộng hàn nối ống trụ với bớch trũn trong hệ thống MĐTP
(hỡnh 3.16 đến 3.19).
Hỡnh 3.16- Hệ toạđộ và gỏ lắp phụi.
Hỡnh 3.18- Chuyển động chớnh hàn đường trũn.
3.4- Nghiờn cứu, tớnh toỏn thiết kế mụ phỏng kết cấu và động học ĐGH chuyển động thẳng hàn kết cấu hộp
3.4.1- Cụng nghệ hàn cỏc đoạn thẳng
Nhiệm vụ của hệ thống hàn: cần hàn (dựng hàn MAG) trờn phụi kết cấu hộp chữ
nhật cỏc đoạn thẳng AB, CD, HG, EF song song với trục chớnh, liờn kết hàn chữ L (dày S mm, độ lớn cỏc cạnh là AD và FH mm, độ dài hộp L mm, vật liệu thộp C45). Phụi đó được hàn đớnh, nắn thẳng và được gỏ lắp sẵn sàng trờn ĐGH như hỡnh 3.20.
QUY TRèNH CễNG NGHỆ (hàn phải) như sau:
Bước 1- Gỏ lắp phụi trờn mặt phẳng bàn gỏ song song với mặt phẳng ngang OXZ (hỡnh 3.20).
Bước 2- Chuẩn bị và gõy hồ quang (mỏy hàn đó bật (đúng/khởi động) nguồn):
Động tỏc 1- Đưa mỏ hàn từ điểm chuẩn P đến điểm A (điểm bắt đầu hàn, tại đú trục điện cực vuụng gúc với mặt phẳng chứa đường hàn và song song với mặt phẳng OXZ).
Động tỏc 2- Gõy hồ quang: cho đầu điện cực tiếp xỳc với phụi hàn tại điểm A trong thời gian khoảng 1/10 giõy, rồi nhấc lờn cỏch điểm A một khoảng lhq≈ 3 mm.
Bước 3- Hàn đoạn AB:
Hỡnh 3.20-Gỏ lắp phụi trờn ĐGH để hàn đoạn thẳng AB.
Động tỏc 2- Từ A, di chuyển mỏ chạy sang trỏi (với vh hàn) thực hiện hàn đoạn thẳng AB.
Động tỏc 3- Tại B, tắt hồ quang và đưa mỏ hàn về vị trớ C với trục vuụng gúc với mặt phẳng chứa đường hàn và song song với mặt phẳng ngang OXZ; tiếp theo gõy hồ
quang tại C (tương tự nhưĐộng tỏc 2 của Bước 2).
Bước 4- Hàn đoạn CD:
Động tỏc 1- Tại C, đỏnh lệch trục mỏ hàn một gúc khoảng 75o.
Động tỏc 2- Di chuyển mỏ chạy sang phải (với vận tốc hàn) hàn đoạn thẳng CD.
Động tỏc 3- Tại D, tắt hồ quang và đưa mỏ hàn về vị trớ P.
Bước 5- Gỏ lắp (quay phụi 90o) chuyển sang mặt EFGH chuẩn bị hàn hai đoạn FE, GH:
Động tỏc 1- Quay phụi 90o chuyển sang mặt EFGH.
Động tỏc 2- Gỏ lắp phụi lờn mặt phẳng của bàn gỏ.
Bước 6- Hàn đoạn FE:
Động tỏc 1- Đưa mỏ hàn từ điểm P tới điểm F và gõy hồ quang (tương tự như
Động tỏc 2- Từ F, di chuyển mỏ chạy sang trỏi (với vh hàn) thực hiện hàn đoạn thẳng FE.
Động tỏc 3- Tại E, tắt hồ quang và đưa mỏ hàn về vị trớ G với trục vuụng gúc với mặt phẳng chứa đường hàn và song song với mặt phẳng OXZ; tiếp theo gõy hồ quang tại G (tương tự nhưĐộng tỏc 2 của Bước 2). Bước 7- Hàn đoạn GH: Động tỏc 1- Tại G, đỏnh lệch trục mỏ hàn một gúc khoảng 75o. Động tỏc 2- Di chuyển mỏ chạy sang phải (với vhhàn) hàn đoạn thẳng GH. Động tỏc 3- Tại H, tắt hồ quang và đưa mỏ hàn về vị trớ P. Bước 8- Tiếp tục hoặc kết thỳc:
Động tỏc 1- Thỏo phụi, nếu tiếp tục, quay về Bước 1, nếu kết thỳc, chuyển sang
động tỏc 2.
Động tỏc 2- Tắt nguồn và kết thỳc.
Để thực hiện tự động hoỏ ĐGH cho quy trỡnh cụng nghệ trờn, qua nghiờn cứu, tham khảo, ĐGH được thiết kế cú kết cấu như hỡnh 3.20. Đồ gỏ này cú ba bậc tự do: quay quanh OZ, tịnh tiến song song với OZ, tịnh tiến song song với OY.
3.4.2- Thuật toỏn và chương trỡnh a- Thiết lập hệ toạ độ và cỏc điểm chuẩn a- Thiết lập hệ toạ độ và cỏc điểm chuẩn
Với phụi gỏ lắp như hỡnh 3.20, hệ toạđộ thiết lập như sau (hỡnh 3.20, 3.21, .v.v.): - Điểm chuẩn của ĐGH là gốc toạ độ O nằm trờn đường tõm trục chớnh đồ gỏ và là giao điểm của đường tõm này với mặt phẳng qua mặt đầu mõm cặp. Trục OZ trựng trục chớnh đồ gỏ, hướng dương từ mõm cặp ra ngoài, trục Oy vuụng gúc với OZ theo phương thẳng đứng, hướng dương từ dưới lờn, trục OX vuụng gúc với OY và OZ, hướng dương vào trong (về phớa người vận hành hệ thống hàn bỏn tựđộng).
- Điểm chuẩn của bàn chạy dao (bàn gỏ phụi): điểm M (0, z1,- y1) Є OZY và gắn trờn bàn gỏ.
- Vị trớ phụi xỏc định bằng toạđộ zo so với gốc M (zo khoảng cỏch từ mặt đầu hộp tới mặt phẳng vuụng gúc với OZ và chứa điểm M.
- Điểm chuẩn của “dụng cụ” - điểm P, là điểm thuộc đầu điện cực hàn, cú toạđộ
xỏc định trong hệ OXYZ.
- Ban đầu, cỏc điểm trờn hộp: A, B, C, D thuộc mặt phẳng song song với OXZ và E, F, G, H thuộc mặt phẳng vuụng gúc với OXZ hoàn toàn xỏc định theo toạđộ zo và kớch thước hộp (cỏc cạnh và chiều dài hộp).
b- Xõy dựng thuật toỏn
Cỏc bước thực hiện
Bước 0- Xõy dựng cỏc thủ tục thiết kế vẽ kết cấu ĐGH.
Bước 1- Gắn hệ toạ độ và cỏc điểm chuẩn trờn ĐGH và phụi (sau khi đó vẽ kết cấu ĐGH).
Bước 2- Trong hệ OXYZ (hỡnh 3.20, 3.21) xỏc định cỏc yếu tố: - Toạđộđiểm chuẩn bàn gỏ M (0, z1, -y1). Hỡnh 3.21- Hệ toạđộ trờn ĐGH và gỏ lắp phụi. - Vị trớ phụi (trờn bàn gỏ) xỏc định bằng toạđộ zo (so với gốc M). - Toạđộđiểm A(0, z1A, y1A). - Toạđộđiểm B(0, z1B, y1B). - Toạđộđiểm C(0, z1C, y1C). - Toạđộđiểm D(0, z1D, y1D).
- Toạđộđiểm E(0, z1E, y1E). - Toạđộđiểm F(0, z1F, y1F). - Toạđộđiểm G(0, z1G, y1G). - Toạđộđiểm H(0, z1H, y1H).
- Toạđộđiểm chuẩn đầu điện cực P(0, z1P, y1P).
Bước 3- Trong hệ OXYZ thực hiện chuyển động phụ (tự động) di chuyển đầu hàn từ điểm chuẩn P đến điểm A rồi gõy hồ quang; giữđầu điện cực cỏch A đoạn lhq
khụng đổi (hỡnh 3.21).
Bước 4- Hàn (hỡnh 3.22): đỏnh lệch trục đầu hàn một gúc khoảng 75o so với OZ (trong mặt phẳng OYZ) và cố định thế hàn của mỏ hàn; ngay sau đú bàn gỏ phụi tự động thực hiện chuyển động chớnh từđiểm A sang phải (hướng ra khỏi gốc O) với tốc
độ hàn yờu cầu (vh) đến điểm B (hỡnh 3.22, 3.23 và 3.24).
Hỡnh 3.23- Đang hàn đoạn AB.
Hỡnh 3.24- Hàn xong đoạn AB.
Bước 5- Kết thỳc hàn tại B (ngắt hồ quang), bàn gỏ tự động dừng chuyển động. Tiếp theo, đưa đầu hàn (bằng tay hoặc tựđộng) tới điểm C (hỡnh 3.25).
Bước 6- Tại C, gõy hồ quang và hàn đoạn CD (hỡnh 3.24, 3.25a, b, hỡnh 3.26a, b): bàn gỏ tựđộng dịch chuyển (từ C) sang trỏi với tốc độ vh; khi mỏ hàn tới D, tắt hồ
a)
b) Hỡnh 3.25- Gõy hồ quang tại C.
Hỡnh 3.26a- Hàn đoạn CD. Hỡnh 3.26b- Hàn đoạn CD.
Bước 7- Bàn gỏ mang phụi dịch chuyển tiếp để ỏp mặt đầu phụi sỏt mặt đầu mõm cặp. Tiếp theo cỏc chấu cặp tiến vào cặp chặt phụi; cụm gỏ mõm cặp nõng phụi lờn độ
cao y* so với trục OZ (hỡnh 3.27a, b).
a) b)
Bước 8- Khi đạt độ cao y*, cụm gỏ mõm cặp quay phụi một gúc 90o, khi đú mặt phẳng EFGH song song với mặt phẳng OXZ (hỡnh 3.28a, b). Tiếp theo, cụm mõm cặp hạ phụi xuống về vị trớ như hỡnh 3.27a, rồi nhả cỏc chấu cặp; sau đú bàn gỏ mang phụi dịch chuyển ra ngoài trở vềđiểm chuẩn M (hỡnh 3.29a, b).
a) b)
Hỡnh 3.28- Đồ gỏ thực hiện chuyển động phụ quay phụi.
a) b)
Hỡnh 3.29- Mõm cặp hạ và định vị phụi lờn bàn gỏ, sau đú bàn gỏ dịch chuyển về điểm chuẩn M.
Bước 9- Di chuyển mỏ hàn từ điểm P tới điểm H, gõy hồ quang, đỏnh lệch trục
điện cực một gúc 75o và bắt đầu hàn từđiểm H đến điểm G (bàn gỏ dịch chuyển sang phải (ra ngoài). Khi hàn đến điểm G thỡ tắt hồ quang (hỡnh 3.30, 3.31 và 3.32).
Hỡnh 3.30- Gõy hồ quang tại H. Hỡnh 3.31- Bắt đầu hàn từ H.
Hỡnh 3.32- Hàn xong đoạn HG.
Bước 10- Từđiểm G, dịch chuyển mỏ hàn sang điểm E, gõy hồ quang, đỏnh lệch trục điện cực một gúc 75o và bắt đầu hàn từ điểm E đến điểm F (bàn gỏ dịch chuyển sang trỏi (vào trong). Khi hàn đến điểm F thỡ tắt hồ quang (hỡnh 3.33a), đưa mỏ hàn về điểm chuẩn P và kết thỳc (hỡnh 3.33b).
Hỡnh 3.33- Quỏ trỡnh hàn từđiểm E đến điểm F và kết thỳc.
c- Thiết lập chương trỡnh
Dựa vào thuật toỏn trờn, sử dụng phần mềm Inventor, chương trỡnh mụ phỏng kết cấu và điều khiển động học ĐGH chuyển động thẳng liờn tục như sau:
3.4.3-Kết quả mụ phỏng
Dưới đõy là một số hỡnh ảnh lấy từ chương trỡnh mụ phỏng kết cấu và động học của hệ thống MĐTP hàn đường thẳng (hỡnh 3.34, 3.35, 3.36).
Hỡnh 3.34 - Tiến hành hàn đường thứ nhất.
Hỡnh 3.36- Hàn đường hàn thứ tư.
3.5- Một số kết quả nghiờn cứu thiết kế mụ phỏng kết cấu và động học ĐGH hàn kết cấu phức tạp
3.5.1- Cụng nghệ hàn kết cấu phức tạp
Nhiệm vụ của hệ thống hàn: cần hàn (dựng hàn MAG) trờn phụi kết cấu phức tạp (nối ống với mặt bớch trũn và hai gõn tăng cứng), gồm cỏc đoạn cong (trũn) và đoạn thẳng trờn mặt trước (hỡnh 3.37) và mặt sau của kết cấu.
- Cỏc đoạn cong: 1-2 và 1*-2* (mặt sau).
- Cỏc đoạn thẳng: 1-5, 1-6, 2-3, 2-4 và 1*-5*, 1*-6*, 2*-3*, 2*- 4*( mặt sau).
Hệ toạ độ chuẩn ban đầu được thiết lập như hỡnh 3.37. Trờn cơ sở khảo sỏt quy trỡnh cụng nghệ; thuật toỏn và chương trỡnh xõy dựng được, dưới đõy là cỏc kết quả
mụ phỏng kết cấu và động học của ĐGH trong hệ thống hàn MTĐP để hàn kết cấu phụi phức tạp như sau (hỡnh 3.38 đến hỡnh 3.45):
Hỡnh 3.37- Hàn kết cấu phức tạp. Hỡnh 3.38 Hỡnh 3.39 Hỡnh 3.40 Hỡnh 3.41
Hỡnh 3.42 Hỡnh 3.43
Hỡnh 3.44
Hỡnh 3.45
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Trờn cơ sở khảo sỏt quy trỡnh cụng nghệ hàn một số kết cấu đơn giản (đường thẳng, đường trũn) và kết cấu phức tạp (cú cảđường thẳng và đường trũn), Chương 3
đó nghiờn cứu thiết kế mụ phỏng kết cấu, xõy dựng thuật toỏn và chương trỡnh mụ phỏng điều khiển động học ĐGH tựđộng dựng cho hàn hồ quang cỏc kết cấu trờn. Cỏc kết quả chớnh gồm cú:
- Thiết kế mụ phỏng kết cấu, xõy dựng thuật toỏn và chương trỡnh mụ phỏng điều khiển động học ĐGH đường thẳng trờn ống trụ.
- Thiết kế mụ phỏng kết cấu, xõy dựng thuật toỏn và chương trỡnh mụ phỏng điều khiển động học ĐGH đường trũn nối ống với mặt bớch trũn.
- Thiết kế mụ phỏng kết cấu, xõy dựng thuật toỏn và chương trỡnh mụ phỏng điều