5.5.1 Quỹ đạo chuyển động
Hệ thống gồm 3 động cơ, 1 động cơ có tịnh tiến theo chiều ngang, một tịnh tiến lên xuống theo chiều dọc, động cơ còn lại xoay quanh trục, cần có sự kết hợp chuyển động để đạt đƣợc quỹ đạo mong muốn.
Hình 5.19 Các phương chuyển động của 3 trục động cơ
Hình 5.20 Chiều và độ dời chuyển động của một quỹ đạo bất kỳ
Hình 5.21 Chiều và phương của vận tốc chuyển động 2 động cơ xoay và tịnh tiến
Trong đó:
Vx: Vận tốc trục xoay Vtt: Vận tốc trục tịnh tiến Vqd: Vận tôc quỹ đạo
Trong hệ thống này quan trọng nhất là vị trí của động cơ tại các điểm, vận tốc sẽ đƣợc điều chỉnh thông qua vi điều khiển.
Vận tốc tƣơng đối của chuyển động dựa theo sự phối hợp vận tốc của xoay và tịnh tiến.
Vx=Vtt
Khi Vx dịch chuyển một khoảng x thì Vtt cũng dịch chuyển một khoảng x.
Khi muốn thực hiện một quỹ đạo nào đó, cần chia thành nhiều điểm trên quỹ đạo sao cho đƣờng đi của quỹ đạo là hình chéo nhƣ hình, với 2 cạnh là x.
Điều khiển vận tốc của quá trình
Vì đây là bài toán quỹ đạo nên ta chỉ cần quan tâm tới quỹ đạo của chuyển động, vận tốc của chuyển động không cần thiết, chỉ khi áp dụng vào máy hàn thực tế cần phải có sự điều chỉnh vận tốc.
Vận tốc của 3 động cơ đƣợc điều chỉnh theo thời gian ngắt và xuất xung. Thời gian xuất/ngắt động cơ ngang (ms) Vận tốc thực tế động cơ ngang Vtt(mm/s) Thời gian xuất/ngắt động cơ dọc (ms) Vận tốc thực tế động cơ dọc Vtt(mm/s) Thời gian xuất/ngắt động cơ xoay (ms) Tốc độ động cơ xoay Vx(s/360°) 10 10 10 10 6 15 15 8 15 8 7 20 20 6 20 6 8 24 40 3 40 3 9 28
Bảng 5.1 Các thông số vận tốc khác nhau và thời gian ngắt xung
Các thông số trên hoàn toàn từ thực nghiệm, việc điều chỉnh đƣợc thực hiện sao cho vận tốc 3 điểm đƣợc phối hợp để tạo ra quỹ đạo một cách đúng nhất.
Để dễ dàng trong việc thực hiện quỹ đạo ở chế độ manual, tốc độ của động cơ xoay đƣợc đo bao nhiêu giây trong 360°.
Trong từng chế độ chạy sẽ có vận tốc cụ thể, nhƣng chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất.
5.5.2 Quỹ đạo hàn là tay lái xe đạp – chế độ chạy AUTORUN
Khi chạy chế độ AUTORUN thì máy sẽ chạy với quỹ đạo và vận tốc đã đƣợc thiết lập, sau khi hoàn thành một sản phầm (thực tế) thì sẽ tiếp tục chạy tiếp nếu chúng ta tiếp tục bấm nút AUTORUN. Sơ đồ khối:
Hình 5.22 Sơ đồi khối của máy khi chạy ở chế độ Auto
Để thực hiện quá trình này, ta đi vào mô hình của ghi-đông xe đạp:
Hình 5.23 Ghi-đông mô phỏng
Ta chia quỹ đạo chuyển động thành 8 điểm theo thứ tự từ trái sang phải trên hình vẽ Quỹ đạo chuyển động của trục ngang có hình dạng nhƣ sau:
Hình 5.24 Chiều chuyển động của 2 động cơ tịnh tiến ngang và động cơ xoay
Trục vít me chuyển động ngang là trục có hƣớng nhƣ hình, nhiệm vụ tịnh tiến ra và vào khi các điểm trên quỹ đạo thay đổi tọa độ. Việc chuyển động này sẽ phối hợp với chuyển động xoay nhƣ hình.
Hình 5.25 Quỹ đạo của động cơ tịnh tiến ngang
Có 8 điểm mà mũi hàn tại trục ngang cần đạt tới trong cả một vòng quay của vật, nhìn từ trục tính tiến theo chiều dọc.
Từ điểm 1 tới điểm 3 động cơ lùi về 1 khoảng x Từ điểm 3 tới điểm 5 động cơ tịnh tiến tới 1 khoảng x. Tƣơng tự từ điểm 5 tới điểm 7 động cơ lùi lại.
Từ điểm 7 tới điểm 1 động cơ lại tịnh tiến tới, lúc này mũi hàn đã ở vị trí ban đầu.
Quỹ đạo chuyển động của trục dọc có hình dạng tương tự.
Ra,vào
Hình 5.26 Chiều chuyển động của 2 động cơ tịnh tiến dọc và động cơ xoay
Trục vít me chuyển động dọc là trục có hƣớng nhƣ hình, nhiệm vụ tịnh tiến lên và xuống khi các điểm trên quỹ đạo thay đổi tọa độ. Việc chuyển động này sẽ phối hợp với chuyển động xoay nhƣ hình:
Hình 5.2 Quỹ đạo của động cơ tịnh tiến dọc
Có 8 điểm mà mũi hàn tại trục dọc cần đạt tới trong cả một vòng quay của vật, nhìn từ trục tinh tiến theo chiều ngang:
Từ điểm 1 tới điểm 3 động cơ dịch xuống 1 khoảng y Từ điểm 3 tới điểm 5 động cơ dịch lên 1 khoảng y.
Tƣơng tự từ điểm 5 tới điểm 7 động cơ dịch chuyển xuống
Từ điểm 7 tới điểm 1 động cơ lại dịch chuyển lên, lúc này mũi hàn đã ở vị trí ban đầu.
Vận tốc của quá trình:
Động cơ Thời gian xuất/ngắt xung (ms) Vận tốc thực (mm/s)
Ngang ( ra, vào) 40 3
Dọc (lên xuống) 40 3
Xoay 8 24(s/v)
Bảng 5.2 Thời gian ngắt xung và vận tốc thực của 3 động cơ
Lên, xuống
Trong quỹ đạo trên, động cơ xoay mất 3s để quay đƣợc 45°. Đƣờng kính của trục ghi-đông xe đạp là 23mm, vậy R = 11.5mm. Chiều dài cung tròn phần trục: 2*3.14*11.5 = 72.2mm.
Trong 45° động cơ xoay đƣợc quỹ đạo có chiều dài cung tròn là : (72.2*45°)/360° = 9 Vậy trong 45° động cơ sẽ xoay đƣợc quãng đƣờng 9mm trong 3s.
Đồng thời mỗi giây động cơ tịnh tiến đi đƣợc 3mm, vậy trong 3s động cơ đi đƣợc 9mm.
Khi đó vận tốc của 2 động cơ phối hợp với nhau sẽ tạo nên quỹ đạo cần đạt đƣợc.
5.5.3 Quỹ đạo hàn là bất kỳ – chế độ chạy MANUAL
Sơ đồ điều khiển ở chế độ MANUAL
Trong chế độ này máy hàn chạy với nhiều quỹ đạo khác nhau.
Hình 5.28 Sơ đồi của chế đồ Manual
Khác với chế độ AUTORUN các thông số đƣợc lập trình sẵn, quỹ đạo của chế độ MANUAL là đa dạng.
Để thực hiện quỹ đạo cần hàn, mỗi động cơ sẽ đƣợc đƣa tới cùng một vị trí, lƣu vị trí đó lại, sau đó từng động cơ sẽ thực hiện quỹ đạo riêng của mình, sau khi phối hợp vị trí 3 động cơ, ta có quỹ đạo cần hàn.
Hình 5.29 Cơ chế điều khiển của chuyển động đa điểm
Để có thể lƣu vị trí và chạy đúng vị trí cần đạt đƣợc, biến count sẽ đƣợc khởi tạo, sau đó giá trị count tùy thuộc vào độ tăng giảm sau khi điều khiển thông qua các nút nhấn 1,2,3,4,5,6. Nếu count dƣơng, động cơ sẽ chạy về phía trƣớc, ngƣợc lại động cơ sẽ lùi lại phía sau.
Tại mỗi điểm khác nhau sẽ có giá trị count khác nhau, sau khi nút MODIFY đƣợc nhấn thì sẽ chuyển sang điểm tiếp theo.
Tại chế độ này có thể thực hiện MODIFY đƣợc tốt đa 15 điểm.
Hình 5.30 Mô tả một quỹ đạo bất kỳ
Trƣớc khi muốn thực hiện hàn vật thể nào với số lƣợng lớn, chúng ta đều phải xác định đƣợc quỹ đạo cần thiết, chia đều số điểm cần thực hiện.
Giả sử cần thực hiện quỹ đạo nhƣ hình vẽ, sẽ chia thành 5 điểm, mỗi điểm cách nhau 3mm góc quay của cả quỹ đạo là 40°.
Để thực hiện quỹ đạo ta cần đƣa mũi hàn tới 6 điểm và modify 5 lần.
Động cơ xoay có vận tốc góc Vx, động cơ tịnh tiến lên xuống có vận tốc Vtt. Vqd và vận tốc mong muốn đạt đƣợc.
Theo thông số vận tốc cài đặt, khoảng cách giữa 2 điểm thì động cơ xoay đƣợc 10°, đồng thời khi động cơ xuay đƣợc 10° thì động cơ tịnh tiến tịnh tiến 3mm. Vậy sau khi modify hết các điểm và bấm RUN thì sẽ đạt đƣợc quỹ đạo mong muốn.
Vận tốc của quá trình
Động cơ Thời gian xuất/ngắt xung (ms) Vận tốc thực tế
Ngang (tịnh tiến ra, vào) 15 8(mm/s)
Dọc(tịnh tiến lên xuống) 15 8(mm/s)
Xoay 6 15(s/v)
Bảng 5.3 Thời gian ngắt xung và vận tốc thực ở chế độ Manual
5.6 Giao diện điều khiển
40°
Vx
Hình 5.31 Bảng điều khiển
Control Panel có chứa các nút nhấn dùng để khởi động máy, chọn chế độ điều khiển, điều khiển vị trí và lƣu vi trí.
AUTORUN: nút nhấn dùng để cho máy chạy tay lái xe đạp, đây là chế độ tự động và việc cấp phôi do con ngƣời đảm nhiệm.
MANUAL: nút nhấn dùng để chọn chế độ tự chọn, với chức năng này, máy có thể chạy với nhiều quỹ đạo khác.
SET: nút nhấn dùng để bắt đầy set tọa độ. Sau khi nút nhấn này đƣợc nhấn, vị trí hiện tại là vị trí gốc tọa độ.
MODIFY: nút nhấn dùng đê lƣu vị trí sau khi 3 trục đƣợc điều khiển tới vị trí cần đạt tới.
RUN: sau khi modify hết các điểm cần chạy, đƣa máy về vị trí ban đầu rồi bấm RUN, máy sẽ chạy đúng quỹ đạo cần đạt.
RESET: dùng để đƣa 3 động cơ về vị trí ban đầu.
1,2: 2 nút nhấn điều khiển vị trí của động cơ tịnh tiến lên xuống.
3,4: 2 nút nhấn điều khiển vị trí của động cơ tịnh tiến ra vào.
5,6: 2 nút nhấn điều khiển vị trí của động cơ xoay quanh trục cùng và ngƣợc chiều kim đồng hồ.
7,8: 2 nút nhấn điều khiển số góc để xác định rằng trong vòng góc đó động cơ không chuyển động.
CHƢƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM
Với đồ án này, bài toán quỹ đạo là quan trọng nhất, việc phối hợp vận tốc của 3 động cơ sẽ tạo ra quỹ đạo mong muốn.
Với chế độ AUTO
Để hàn một sản phẩm mất 30(s). Quỹ đạo đạt yêu cầu.
Vận tốc tƣơng đối chậm, phù hợp với vận tốc hàn thực tế Động cơ tịnh tiến lên xuống thỉnh thoảng bị ngƣng giữa chừng.
Sai số khoảng cách khi thực hiện chế độ AUTO, điểm ban đầu cách điểm trên quỹ đạo 10mm.
Khoảng cách đƣợc đo bằng cách cho dừng 3 động cơ tại điểm cần đo trong quá trình lập trình. Thực hiện 5 lần Đơn vị: mm Điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 Lần 1 10 10 11 11 12 10 9 10 Lần 2 10 10 11 11 11 11 11 10 Lần 3 10 11 11 12 11 10 11 10 Lần 4 10 11 12 12 12 11 10 11 Lần 5 11 12 12 12 12 11 12 12
Bảng 6.1 Sai lệch kích thước của mũi hàn tại điểm trên quỹ đạo chế độ Autorun
Nhận xét về sai lệch:
Sai số so với kích thƣớc ban đầu không quá +/-2. Càng tăng số lần chạy sai số càng tăng.
Khi hoàn thành một chi tiết và tiến hành gá chi tiết tiếp theo thì có sự chênh lệch vị trí của các điểm trên quỹ đạo.
Động cơ xoay quay quá 1 vòng do sự lệch trục của trục encorder trong động cơ.
Biện pháp khắc phục sai lệch:
Vì ghi-đông xe đạp có hình dạng lồi lõm khác nhau nên cần điều chỉnh một cách chính xác hơn vị trí từng điểm và phổi hợp vận tốc trên vi điều khiển.
Thay trục encorder hoặc thay động cơ khác có cấu tạo tƣơng tự động cơ xoay hiện tại. Hiệu chỉnh lại code trong vi điều khiển.
Với chế độ MANUAL
Với chế độ này thực hiện với 2 vật mẫu làm ví dụ
Vật 1 có dạng nhƣ hình, quỹ đạo là một phần của vật mẫu.
Hình 6.1 Mẫu thử nghiệm 1
Ta chia quỹ đạo thành 4 điểm, việc chia điểm sẽ đƣợc thực hiện chính xác để có thể đạt đƣợc quỹ đạo mong muốn.
Hình 6.2 Chia điểm trên quỹ đạo thành 4 điểm, bắt đầu từ điểm số 1
Sau khi chia thành 4 điểm và gá lên máy sẽ tiến hành set điểm và các thông số.
Ban đầu mũi hàn sẽ cách điểm thứ nhất 5mm, cứ chạy đƣợc mỗi điểm thì mũi hàn sẽ dừng 0,5s để các động cơ có thể chờ nhau để đạt đƣợc quỹ đạo mong muốn.
Kết quả
Vận tốc của 3 động cơ có sự chênh lệch nhƣng vẫn đạt đƣợc quỹ đạo các điểm.
Để thực hiện một vòng của cả quỹ đạo sẽ mất 25s
Sai số trong quá trình thực hiện quỹ đạo: Số lần thực hiện: 5 lần
Đơn vị khoảng cách: mm
Số lần Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4
Lần 1 3 2 2 2
Lần 2 3 3 2 2
Lần 3 3 2 2 3
Lần 4 3 3 2 3
Lần 5 3 3 2 2
Bảng 6.2 Sai lệch kích thước của mũi hàn tại điểm trên quỹ đạo vật mẫu 1
Hình 6.3 Mô phỏng 3D của vật mẫu 2
Ta chia quỹ đạo thành 10 điểm, việc chia điểm sẽ đƣợc thực hiện chính xác để có thể đạt đƣợc quỹ đạo mong muốn.
Hình 6.4 Chia điểm trên quỹ đạo thành 10 điểm , bắt đầu từ điểm số 1
Sau khi chia thành 10 điểm và gá lên máy sẽ tiến hành set điểm và các thông số. Ban đầu mũi hàn sẽ cách điểm thứ nhất 5mm, cứ chạy đƣợc mỗi điểm thì mũi hàn sẽ dừng 0,5s để các động cơ có thể chờ nhau để đạt đƣợc quỹ đạo mong muốn.
Vận tốc của 3 động cơ có sự chênh lệch, 2 động cơ tịnh tiến đạt đƣợc điểm trên quỹ đạo chậm hơn động cơ xoay.
Để thực hiện một vòng của cả quỹ đạo sẽ mất 25s
Sai số trong quá trình thực hiện quỹ đạo: Số lần thực hiện: 5 lần Đơn vị: mm Điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Lần 1 3 3 2 2 3 2 4 2 3 2 Lần 2 3 2 2 2 4 4 2 3 3 2 Lần 3 2 3 4 4 3 4 3 3 2 3 Lần 4 2 3 4 2 3 4 4 2 2 3 Lần 5 2 2 2 3 2 3 2 2 2 2
Bảng 6.3 Sai lệch kích thước của mũi hàn tại điểm trên quỹ đạo vật mẫu 2
Nhận xét:
Sai số với kích thƣớc ban đầu không quá +/-1.
Có sự không đồng đều về phối hợp vận tốc dẫn đến sai lệch kích thƣớc. Thực hiện càng nhiều điểm sai lệch càng cao.
Trục phần gá và phần trục của động cơ là đồng trục tuy nhiên có sai lệch nên dẫn đến trục quay bị lệch.
Biện pháp khắc phục sai lệch:
Điều chỉnh vận tốc của 3 động cơ để có sự phối hợp chính xác hơn.
Gia công lại phần trục quay động cơ và phần trục của phần gá để khi quay động cơ không bị lệch.
Hiệu chỉnh lại phần code.
Kết luận:
Chế độ Autorun:
Đạt đƣợc yêu cầu các điểm trên quỹ đạo. Độ chính xác chƣa cao, sai lệch còn nhiều.
Chế độ Manual:
Đạt đƣợc yêu cầu điều khiển các quỹ đạo khác nhau Quỹ đạo có sai lệch, sự phối hợp vận tốc chƣa tốt.
Khả năng chế tạo của máy.
Việc chế tạo máy là khả thi.
Máy đuợc chế tạo từ các thiết bị công nghiệp, giá thành cao.
Khung duợc gia công bằng phƣơng pháp hàn điện, đơn giản và dễ tiến hành.
Một số chi tiết phay, tiện với các biên dạng đơn giản có khả năng gia công trên các máy phay, tiện bình thuờng.
Khả năng lắp ráp bảo trì.
Máy đƣợc thiết kế từ các bộ phận nhỏ nên khả năng tháo lắp dễ dàng. Từng chi tiết máy lắp ráp lại thành các bộ phận của máy, các bộ phận lắpráp thành máy hoàn chỉnh.
Các bộ phận gồm các chi tiết dể dàng lắp ráp nên việc tháo lắp, bảo trì, bảo duỡng dịnh kỳ trở nên dễ dàng.
CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Kết quả đạt đƣợc
Đƣợc sự giúp đỡ tận tình của thầy hƣớng dẫn, sau 4 tháng thực hiện đề tài, chúng em cơ bản đã hoàn thành yêu cầu của đồ án tốt nghiệp chuyên ngành cơ điện tử. Với sự nỗ lực hết sức của nhóm thực hiện đề tài, từng nhiệm vụ đặt ra đã đƣợc nhóm hoàn thành và đạt kết quả nhƣ mong muốn.
Phần cơ khí:
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy hàn ghi-đông xe đạp Hoàn thành việc chế tạo các chi tiết của từng bộ phận đúng tiến độ.
Lắp ráp hoàn chỉnh máy và thực nghiệm kiểm tra hoạt động của máy đạt yêu cầu đề ra ban đầu.
Máy có kích thƣớc nhỏ gọn, các chi tiết đơn giản dễ gia công đồng thời có tính linh