CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Tiến hành kiểm nghiệm thực tế để ghi nhận kết quả, đánh giá chất lượng và cải tiến máy đạt năng suất: tinh chỉnh tốc độ, cường độ hàn, hành trình phù hợp cho các loại sản phẩm, lập trình tự động cho sản xuất hàng loạt. Khả năng thay thế hàn tay nhưng phải đảm bảo chất lượng mối hàn đạt yêu cầu. Khả năng mài để làm đẹp mối hàn sau khi hàn.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 1.1 Đối tượng nghiên cứu Các hoạt động nghiên cứu trong đồ án này nhắm đến việc thiết kế và chế tạo một cánh tay robot tích hợp phương pháp hàn TIG sử dụng hàn các đối tượng là: các sản phẩm dạng bồn, ống, hộp cụ thể là: hộp đựng, bồn rửa chén,. Dựa trên nguyên lý hoạt động cơ bản và đọc chương trình số của máy CNC, cấu trúc máy hàn cũng như khái niệm hàn của phương pháp hàn TIG, cơ cấu truyền động đơn trục, nguyên lý truyền động dẫn hướng vít me – đai ốc.2 Phạm vi nghiên cứu • Hành trình hàn trục X: 5 ÷ 900 (mm) • Hành trình hàn trục Y: 5 ÷ 600 (mm) • Hành trình hàn trục Z: 5 ÷ 400 (mm) • Vật liệu hàn: kim loại tấm (Thép và Inox) với độ dày: 1 ÷ 5 (mm) • Sử dụng thiết bị hàn TIG với cường độ dòng hàn điều chỉnh: 10 ÷ 200 (A) • Ứng dụng phương pháp hàn TIG trong các mối hàn có quỹ đạo thẳng, đường hàn phải liền mí và đã được hàn đính cố định, trong quá trình hàn không sử dụng que hàn phụ (que đắp) nếu có phải có sự can thiệp.
• Hàn được các sản phẩm dạng bồn, hộp, ống (khi sử dụng kèm đồ gá chuyên dùng),… 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.1 Cơ sở phương pháp luận Nghiên cứu quy trình công nghệ và hệ thống truyền động dẫn hướng, hệ thống điều khiển, thông số hàn và khái niệm hàn của phương pháp hàn TIG để giải quyết vấn đề.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 1.1 Phương pháp kế thừa Nghiên cứu và lựa chọn các tài liệu liên quan một cách có hệ thống và kế thừa có chọn lọc. Quá trình thu thập thông tin, phân tích, đánh giá dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tiễn sản xuất nhằm mục đích lựa chọn được kết cấu và nguyên tắc hoạt động của thiết bị phù hợp nhất.2 Phương pháp tiếp cận 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Tiếp cận các tài liệu, thông tin: tìm hiểu các tài liệu nghiên cứu, thư viện, các thông tin cần thiết có liên quan trên các tạp chí khoa học, tài liệu chuyên ngành, báo, đài, internet… Quá trình thu thập thông tin, phân tích, đánh giá dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tiễn sản xuất.3 Phương pháp tính toán, thiết kế Việc tính toán thiết kế hệ thống truyền động dẫn hướng, hệ thống điều khiển, thông số và khái niệm hàn dựa trên lý thuyết tính toán nguyên lý máy, chi tiết máy cơ khí, lý thuyết bền và động lực học, công nghệ kỹ thuật hàn, tự động hoá. Cơ sở thiết kế máy được xác định dựa trên quá trình thu thập thông tin, xử lý số liệu, phân tích, đánh giá cơ sở lý thuyết và thực tiễn sản xuất nhằm mục đích lựa chọn máy có kết cấu đơn giản, năng suất cao, an toàn khi sử dụng và ứng dụng thực tế vào dây chuyền tự động hóa.4 Phương pháp mô hình hóa. Là mục tiêu chính của đề tài, tạo cơ hội để ôn lại kiến thức đã học và học hỏi được nhiều kinh nghiệm trong thực tiễn.
Việc chế tạo mô hình giúp kiểm nghiệm được lý thuyết và sửa chữa những chỗ sai mà phương pháp lý thuyết không thể thấy được. Cũng như đánh giá được sự cần thiết của lý thuyết và thực hành.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương bao gồm: - Chương 1: Giới thiệu - Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài - Chương 3: Cơ sở lý thuyết - Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về thiết bị - Chương 5: Tính toán, thiết kế - Chương 6: Chế tạo thử nghiệm - Kết luận và kiến nghị 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Robot hàn công nghiệp 2.1 Tổng quan về robot hàn công nghiệp Robot công nghiệp là các thiết bị tự động hóa với khả năng thực hiện các tác vụ lặp đi lặp lại một cách chính xác và hiệu quả, thường dưới sự điều khiển của chương trình máy tính [1]. Robot công nghiệp được thiết kế và sử dụng trong môi trường sản xuất công nghiệp để thực hiện đa dạng các nhiệm vụ như: sơn phun, hàn, lắp ráp, đóng gói, kiểm tra chất lượng và vận chuyển trong các quy trình sản xuất,… Robot hàn thực chất là một robot công nghiệp được gắn đầu hàn (mỏ hàn) nhằm thay thế con người. Robot hàn có đặc tính PTP (Point To Point) hay CP (Continuous Path) nghĩa là quá trình di chuyển của robot đồng thời là quá trình làm việc của đầu hàn.
Chuyển động của robot là chuyển động liên tục và là loại robot khả trình (có bộ phận điều khiển giao tiếp với con người) [6].2 Ứng dụng robot công nghiệp trong công nghệ hàn TIG Công nghệ hàn TIG tự động với robot đã được ứng dụng phổ biến từ lâu trong ngành công nghiệp sản xuất ở các nước công nghiệp phát triển, tiêu biểu trong số đó như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Ðức, Trung Quốc, …và hiện nay là các quốc gia khu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam [4]. Phương pháp hàn TIG thường phụ thuộc nhiều vào kỹ năng và tay nghề của người thợ hàn, yêu cầu chất lượng bề mặt mối hàn liên quan đến các thao tác của đầu mỏ hàn trên bề mặt đường hàn. Quy trình này có thể tự động hóa hoàn toàn bằng robot công nghiệp với khả năng thực hiện một quá trình thao tác hợp lý tương tự hoặc hơn người thợ lành nghề một cách ổn định trong suốt thời gian làm việc. Ứng dụng robot hàn TIG giúp tạo ra mối hàn với độ chính xác, ổn định và đồng nhất, nâng cao độ tin cậy của mối hàn.
Đồng thời, ứng dụng của robot trong hàn TIG cũng giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động do môi trường hàn độc hại. Tích hợp robot hàn TIG vào quy trình sản xuất còn giúp tối ưu hóa thời gian, nguyên vật liệu và chi phí sản xuất, mở ra tiềm năng cho việc phát triển và nâng cao hiệu suất sản xuất trong ngành công nghiệp gia công cơ khí.3 Cấu tạo chung của một hệ thống robot hàn bằng phương pháp hàn TIG Một robot công nghiệp thường bao gồm các thành phần chính như: bộ điều khiển, nguồn động lực, tay máy (cơ cấu chấp hành), các dụng cụ thao tác, các cảm biến, thiết bị dạy học, máy tính và các chương trình được lập trình cho robot [2]. Mối quan hệ giữa các thành phần trên được mô tả như sau (sơ đồ 2.1): 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Các cảm biến Bộ điều khiển Nguồn động Cánh tay robot Thiết bị dạy học và máy tính lực (Tay máy) Các chương Dụng cụ thao tác trình Sơ đồ 2.1 Cấu trúc cơ bản của một robot công nghiệp [2] Robot hàn thực chất là một robot công nghiệp nên có cấu tạo tương tự, đặc điểm của robot hàn TIG là được trang bị mỏ hàn TIG ở khâu dụng cụ thao tác, và một bộ thiết bị hàn TIG rời được điều khiển độc lập hoặc tích hợp điều khiển cùng robot.4 Một số loại robot hàn hỗ trợ cho đường hàn thẳng - Robot hàn TIG dạng cơ cấu đa trục theo hệ trục vuông góc trong không gian Descartes (Hình 2. Các trục có thể di chuyển độc lập hoặc kết hợp với nhau để tạo ra các chuyển động và thực viện tác vụ hàn trong không gian ba chiều.
Robot sử dụng cơ cấu này có độ cứng vững cao, vùng làm có dạng hình khối và tương đối rộng, ứng dụng nhiều cho các đường hàn có quỹ đạo thẳng với kích thước vừa và lớn.1 Robot hàn cơ cấu Descartes dạng tay máy Hình 2.2 Robot hàn cơ cấu Descartes dạng giàn 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI - Robot hàn TIG dạng tay máy công nghiệp với cơ cấu cánh tay robot tọa độ cầu (Hình 2. Thông qua việc điều khiển các khớp và khâu, robot chuyển động và thực hiện các tác vụ hàn. Đặc điểm của dạng robot hàn TIG này là vùng làm việc có dạng hình cầu và bị hạn chế do tầm tới của tay máy thấp, thực hiện được các quỹ đạo hàn thẳng nhưng với chiều dài mối hàn nhỏ.3 Robot hàn TIG - ABB IRB1520ID dạng cơ cấu tọa độ cầu - Robot hàn TIG dạng kết hợp giữa tay máy và ray trượt. Kết hợp giữa cánh tay robot điều khiển điện cực hàn di chuyển tịnh tuyến trên một ray trượt với kích thước lớn, sử dụng cho các mối hàn thẳng với chiều dài lớn hoặc mối hàn ở vị trí cách xa nhau.4 Robot hàn Kawasaki KLTBA006LXZ7 dạng tay may kết hợp ray trượt 2.2 Nguyên lý hoạt động của cánh tay robot hỗ trợ đường hàn thẳng Mối hàn trong kỹ thuật hàn đường thẳng nằm dọc theo mối ghép giữa hai tấm kim loại được kẹp chặt hoặc đính cố định sẵn.
Để mối hàn được đặt chính xác, đúng yêu cầu về hình dáng và kích thước thì cánh tay robot phải điển khiển và giữ điện cực di chuyển dọc theo quỹ đạo của đường hàn với khoảng cách đúng từ bề mặt đường hàn đến đầu mỏ hàn và di chuyển với tốc độ không đổi sao cho lượng vật liệu chảy vào mối nối đồng đều. Cánh tay robot sử dụng các cơ cấu đa trục theo hệ trục tọa độ vuông góc trong không gian Descartes, hoạt động theo quỹ đạo được lập trình trước thông qua máy tính và các phần 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI mềm chuyên dụng để điều khiển đầu mỏ hàn di chuyển theo đúng quỹ đạo và yêu cầu kỹ thuật về thông số hàn đặt ra.3 Kết cấu của cánh tay robot hỗ trợ đường hàn thẳng Hệ thống truyền động trục X, Y, Z: Bao gồm ba trục chính X, Y và Z, mỗi trục có khả năng di chuyển tịnh tuyến độc lập, được dẫn động thông qua các động cơ Servo và nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển. Hệ thống các trục này phối hợp để tạo ra các chuyển động cần thiết để cánh tay robot thực hiện các thao tác. Hệ thống điều khiển: Bao gồm bảng điều khiển tương tác với người vận hành và các bo mạch chuyên dụng.
Được lập trình thông qua máy tính và các phần mềm giúp điều khiển và giám sát các hoạt động cách chính xác và hiệu quả.