Giới thiệu dự án

Ngành gia công cơ khí chế tạo và kết cấu kim loại tấm tại Việt Nam đang chứng kiến sự chuyển dịch mạnh mẽ hướng tới tự động hóa quy trình. Theo các báo cáo công nghiệp cơ khí, nguyên công hàn chiếm tới 35–45% tổng thời lượng chế tạo các sản phẩm bồn bể, vỏ tủ điện, bồn rửa công nghiệp và đường ống dẫn. Trong đó, công nghệ hàn hồ quang vonfram trong môi trường khí trơ (TIG/GTAW) đóng vai trò then chốt nhờ khả năng tạo mối hàn ngấu sâu, thẩm mỹ cao và không xỉ hàn trên các vật liệu thép carbon và thép không gỉ (Inox).

Tuy nhiên, hàn TIG thủ công phụ thuộc lớn vào tay nghề thợ hàn, tiềm ẩn nguy cơ sai lệch biên dạng nhiệt, vận tốc di chuyển mỏ không đồng đều, đồng thời người lao động phải trực tiếp tiếp xúc với hồ quang nhiệt độ trên 6.100°C cùng khí thải độc hại. Để giải quyết triệt để bài toán này, đề tài "Thiết kế và chế tạo cánh tay robot hỗ trợ đường hàn thẳng" (Mã đề tài: CKM-41) do nhóm kỹ sư Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM phối hợp cùng Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA nghiên cứu và hoàn thiện nhằm mang lại giải pháp hàn tự động hóa với chi phí tối ưu cho doanh nghiệp vừa và nhỏ.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  HỆ THỐNG ROBOT HÀN TOẠ ĐỘ DESCARTES (3 TRỤC)          |
|                                                                         |
|  [Tủ điều khiển CNC/Driver] ---> [Động cơ Servo Maxwell AM23RS2DMB]     |
|                                         |                               |
|                                         v                               |
|                     [Hệ dẫn hướng Vít me - Ray trượt THK]                |
|                      - Trục X: Hành trình 5-900 mm (KR46)               |
|                      - Trục Y: Hành trình 5-600 mm (KR30H)              |
|                      - Trục Z: Hành trình 5-400 mm (KR30H)              |
|                                         |                               |
|                                         v                               |
|       +---------------------------------+-------------------------+     |
|       |                                                           |     |
|       v                                                           v     |
| [Cụm Mỏ Hàn TIG Jasic-200]                             [Cụm Đầu Mài ACZ] |
| (Hàn tấm 1-5 mm & Bàn xoay)                            (Hoàn thiện bavia)|
+-------------------------------------------------------------------------+

Mục tiêu dự án cụ thể

  1. Tính toán, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh cánh tay robot 3 bậc tự do tịnh tiến theo hệ tọa độ Descartes (X-Y-Z) đảm bảo độ cứng vững, khử rung động khi mang tải trọng đầu hàn/đầu mài.
  2. Tích hợp nguồn hàn TIG Jasic TIG-200 và hệ thống điều khiển số đa trục đồng bộ, cho phép kiểm soát chính xác quỹ đạo chuyển động, vận tốc di chuyển mỏ và ổn định chiều dài hồ quang.
  3. Mở rộng chức năng tích hợp đồ gá xoay tự động để hàn nối tròn các chi tiết ống kim loại đường kính $\varnothing35\text{ mm}$ bên cạnh các đường hàn thẳng tấm phẳng.
  4. Trang bị cụm module đầu mài linh hoạt (ACZ-66606) giúp làm sạch, mài phẳng bavia và hoàn thiện bề mặt mối hàn trên cùng một hệ thống gá đặt.

Phạm vi và giới hạn kỹ thuật

  • Không gian làm việc (Workspace): Hành trình trục $X = 5 \div 900\text{ mm}$, Trục $Y = 5 \div 600\text{ mm}$, Trục $Z = 5 \div 400\text{ mm}$.
  • Vật liệu hàn áp dụng: Kim loại tấm Thép Carbon và Inox (SUS304/SUS201) có bề dày $t = 1.0 \div 5.0\text{ mm}$; ống thép đường kính danh nghĩa $\varnothing35\text{ mm}$.
  • Công nghệ hàn: Hàn TIG không đắp dây (thổi chảy liền mí) hoặc hàn có đính cữ định vị sẵn; dòng hàn điều chỉnh $I = 10 \div 200\text{ A}$ với khí bảo vệ Argon tinh khiết 100%.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí kỹ thuật Hàn TIG thủ công Robot khớp bản lề 6-DOF (ABB/Kawasaki) Robot hàn tự hành dạng rùa (Bug-O) Robot Descartes 3 trục (Giải pháp đề tài)
Độ ổn định đường hàn Kém, phụ thuộc tay nghề Rất cao ($\pm0.03\text{ mm}$) Khá, chỉ bám theo ray đơn Cao ($\pm0.05\text{ mm}$)
Chi phí đầu tư Thấp (chỉ mua máy hàn) Rất cao (>500–800 triệu VNĐ) Trung bình (80–120 triệu VNĐ) Thấp - Tối ưu (40–60 triệu VNĐ)
Khả năng tích hợp đa năng Không Cao (thay đổi tool tự động) Rất thấp (chỉ chạy 1 hướng) Cao (thay thế mỏ hàn / đầu mài)
Độ phức tạp vận hành Đòi hỏi thợ bậc cao Cần kỹ sư lập trình Robot Đơn giản Dễ hiệu chỉnh qua G-code/Bảng số
Ứng dụng cho mối hàn thẳng Năng suất thấp Dư thừa bậc tự do, lãng phí Phù hợp xưởng đóng tàu lớn Tối ưu tuyệt đối cho sản phẩm hộp/bồn

Phân tích yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must have (Bắt buộc có): Chuyển động tịnh tiến 3 trục vuông góc $X, Y, Z$ chính xác; cơ cấu gá kẹp giữ mỏ hàn TIG cố định góc nghiêng $45^\circ - 75^\circ$; bộ điều khiển đọc xung lệnh ổn định; khả năng duy trì vận tốc đều $v = 150 \div 350\text{ mm/phút}$.
  • Should have (Nên có): Cụm đồ gá kẹp mỏ mài chuyên dụng; bàn xoay phôi ống đồng bộ tự động; cơ cấu vít me - đai ốc bi khử rơ lắc dọc trục.
  • Could have (Có thể mở rộng): Tự động mồi hồ quang cao tần thông qua tín hiệu relay từ bo mạch chủ; hệ thống cấp dây bù tự động (cold wire feeder).
  • Won't have (Chưa thực hiện trong giai đoạn này): Cảm biến quang học quét dò đường hàn thời gian thực (Laser Vision Seam Tracking).

Thiết kế hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module hóa cao độ, bao gồm 4 phân hệ chính:

  1. Khung thân và bệ máy: Kết cấu thép hộp vuông hàn định hình $50\times50\times2\text{ mm}$, gia công phay mặt phẳng chuẩn gá đặt ray dẫn hướng, sơn phủ epoxy chống gỉ và triệt tiêu rung chấn cục bộ.
  2. Cụm truyền động tịnh tiến các trục:
    • Trục X (Trục dọc chính - 900 mm): Sử dụng module trượt tích hợp Vít me bi - Con trượt dẫn hướng vuông THK KR46 (Nhật Bản) chịu tải mô-men xoắn lớn.
    • Trục Y & Z (Trục ngang 600 mm & Trục nâng hạ 400 mm): Sử dụng module dẫn hướng THK KR30H kết hợp cụm đai ốc bi chính xác cao giúp giảm tối đa khối lượng tĩnh treo trên trục Z.
  3. Hệ thống dẫn động và chấp hành: Động cơ Hybrid Servo Maxwell AM23RS2DMB tích hợp bộ mã hóa Encoder hồi tiếp vòng kín, triệt tiêu hiện tượng trượt bước (loss of steps) thường gặp trên Step motor thông thường.
  4. Hệ thống nguồn công nghệ: Nguồn hàn Inverter Jasic TIG-200 (Dòng hàn $10 \div 200\text{ A}$, điện áp ra $18\text{ V}$) và máy mài khuôn cầm tay ACZ-66606 (Công suất $240\text{ W}$, tốc độ không tải $26.000\text{ vòng/phút}$).
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                        SƠ ĐỒ KHỐI ĐIỀU KHIỂN VÀ CƠ ĐIỆN TỬ                       |
|                                                                                   |
|  [HMI / Máy tính nạp G-code]                                                      |
|             |                                                                     |
|             v                                                                     |
|  [Bộ điều khiển chuyển động đa trục CNC Controller Board]                         |
|             |                                                                     |
|      +------+---------------------+----------------------+                        |
|      | (Xung Pulse/Dir)           | (Xung Pulse/Dir)     | (Xung Pulse/Dir)       |
|      v                            v                      v                        |
| [Driver Servo X]           [Driver Servo Y]       [Driver Servo Z]                |
|      |                            |                      |                        |
|      v                            v                      v                        |
| [Motor AM23RS2DMB]         [Motor AM23RS2DMB]     [Motor AM23RS2DMB]              |
|      |                            |                      |                        |
|      v                            v                      v                        |
| [Module THK KR46]          [Module THK KR30H]     [Module THK KR30H]              |
|                                                          |                        |
|                                                          v                        |
|                                            [Cụm Tool: Mỏ hàn TIG / Đầu mài]       |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

Phương pháp tính toán và quy trình kỹ thuật

Quy trình thiết kế tuân theo phương pháp kỹ thuật cơ điện tử (V-model Mechatronics):

  • Tính toán động lực học: Xác định lực kéo dọc trục tương đương $F_a$, kiểm tra tải trọng tĩnh danh định $C_0$, tải trọng động $C$, và mô-men xoắn cần thiết trên trục động cơ ($T_m$).
  • Mô phỏng 3D trên Autodesk Inventor: Đánh giá phân bố ứng suất tĩnh (FEA) của khung máy và kiểm tra không gian làm việc, va chạm hình học trước khi gia công.
  • Gia công chế tạo và lắp ráp chính xác: Gia công các tấm đế gá động cơ, bích nối trục, lắp ráp căn chỉnh độ song song của ray trượt bằng đồng hồ so có độ chính xác $0.01\text{ mm}$.

Implementation và kết quả

Quá trình phát triển và thuật toán tính toán

1. Tính toán lực dọc trục trung bình và lựa chọn bộ truyền vít me bi

Lực dọc trục tác dụng lên đai ốc vít me trong từng giai đoạn chuyển động (gia tốc $t_1$, chuyển động đều $t_2$, giảm tốc $t_3$) được tính toán tổng hợp qua công thức:

$$F_a = \sqrt[3]{\frac{t_1}{100}F_1^3 + \frac{t_2}{100}F_2^3 + \frac{t_3}{100}F_3^3}$$

Trong đó, lực dọc trục khi chuyển động đều $F_2$ bao gồm lực ma sát trượt và thành phần trọng lực: $$F_2 = \mu \cdot m \cdot g + F_{ext}$$

  • Khối lượng cụm đầu gá mỏ hàn và trục Z: $m_z \approx 8.5\text{ kg}$.
  • Gia tốc trọng trường: $g = 9.81\text{ m/s}^2$.
  • Hệ số ma sát con lăn ray dẫn hướng THK: $\mu = 0.003$.

Sau khi nhân hệ số an toàn tĩnh $f_s = 2.0$ và hệ số tải trọng rung động $f_w = 1.2$, nhóm kỹ sư lựa chọn module trượt THK KR30H cho trục Y, Z (Tải trọng động $C = 3.92\text{ kN}$) và THK KR46 cho trục X (Tải trọng động $C = 8.62\text{ kN}$), đảm bảo tuổi thọ làm việc danh định $L_h > 15.000\text{ giờ}$.

2. Cấu hình điều khiển quỹ đạo và chương trình G-code mẫu

Robot nhận tập lệnh nội suy tuyến tính G-code chuẩn ISO. Mẫu chương trình thực thi chu trình hàn giáp mối đường thẳng tấm Inox dày 1.5 mm dài 300 mm:

; =========================================================
; CHƯƠNG TRÌNH HÀN TIG ĐƯỜNG THẲNG TỰ ĐỘNG - ROBOT DESCARTES
; Vật liệu: Inox SUS304 dày 1.5mm | Chiều dài: 300mm
; =========================================================
G21                  ; Thiết lập đơn vị mm
G90                  ; Chế độ toạ độ tuyệt đối
G28 X0 Y0 Z0         ; Về gốc Home an toàn
G00 Z30.00 F1500     ; Nâng trục Z lên vị trí chờ an toàn
G00 X50.00 Y100.00   ; Di chuyển nhanh đến điểm bắt đầu hàn (X_start, Y_start)
G01 Z2.50 F500       ; Hạ mỏ hàn xuống cách bề mặt phôi h = 2.5mm
M08                  ; Mở van khí bảo vệ Argon (Pre-gas 2.0s)
G04 P2000            ; Trễ 2000ms tạo môi trường khí bảo vệ
M03                  ; Kích hoạt mồi hồ quang TIG (Arc Start)
G04 P1000            ; Trễ 1000ms tạo vũng hàn ban đầu (Weld pool)
G01 X350.00 F240     ; Hàn tịnh tiến dọc trục X với tốc độ v = 240 mm/phút
M05                  ; Ngắt dòng hồ quang hàn
G04 P3000            ; Duy trì khí trơ làm nguội mối hàn (Post-gas 3.0s)
M09                  ; Đóng van khí trơ Argon
G00 Z50.00 F2000     ; Nhấc mỏ hàn trục Z lên vị trí an toàn
G28 X0 Y0            ; Trục X, Y quay về vị trí nghỉ
M30                  ; Kết thúc chương trình

+--------------------------------------------------------------------+
|                BIỂU ĐỒ TRẠNG THÁI CHU TRÌNH HÀN TIG                |
|                                                                    |
| Khí bảo vệ:  ____[ON: Pre-gas]====================[Post-gas]______ |
| Hồ quang:    _________[Arc ON]==================[OFF]_____________ |
| Chuyển động: ___________________[G01 v=240mm/min]_________________ |
| Vị trí Z:    ¯¯¯¯\_h=2.5mm______________________/¯¯¯¯¯(Z=50mm)     |
+--------------------------------------------------------------------+

Thử nghiệm và đánh giá thực nghiệm

Quá trình thực nghiệm được tiến hành trên mẫu thép SS400 và Inox SUS304 với 4 kiểu liên kết mối hàn cơ bản: Hàn giáp mối (Butt Joint), Hàn chồng mí (Lap Joint), Hàn chữ T (T-Joint) và Hàn nối ống xoay tròn $\varnothing35\text{ mm}$.

  (a) Mối hàn giáp mối           (b) Mối hàn chồng mí           (c) Mối hàn chữ T
      |           |                  +-------+                     |     |
  ----+   Vũng    +----              | Tấm 1 |                     | Tấm |
  Tấm |   hàn     | Tấm          +---+---+---+                     | đứng|
   1  +-----------+  2           | Tấm 2 |                         +--+--+
                                 +-------+                        / Vũng hàn \
                                                              ================= (Tấm đáy)
Loại kết cấu mối hàn Vật liệu & Bề dày ($t$) Dòng hàn ($I$) Vận tốc hàn ($v$) Lưu lượng khí Ar Đánh giá chất lượng mối hàn
Giáp mối thẳng Inox SUS304 ($1.5\text{ mm}$) $95\text{ A}$ $240\text{ mm/phút}$ $7\text{ L/phút}$ Ngấu đều 100%, bề mặt vảy cá mịn, không cháy thủng mép
Giáp mối thẳng Thép SS400 ($3.0\text{ mm}$) $145\text{ A}$ $180\text{ mm/phút}$ $9\text{ L/phút}$ Chân mối hàn ngấu sâu, độ rộng vũng hàn đồng nhất $5.2\text{ mm}$
Chồng mí (Lap) Inox SUS304 ($1.2\text{ mm}$) $80\text{ A}$ $280\text{ mm/phút}$ $6\text{ L/phút}$ Hai mép liên kết dính chặt, không biến dạng nhiệt cong vênh
Chữ T (T-Joint) Thép SS400 ($2.5\text{ mm}$) $130\text{ A}$ $200\text{ mm/phút}$ $8\text{ L/phút}$ Chân góc ngấu tốt, góc nghiêng điện cực $45^\circ$ duy trì chuẩn xác
Nối ống tròn $\varnothing35$ Thép carbon ($1.8\text{ mm}$) $105\text{ A}$ $2.5\text{ vòng/phút}$ $8\text{ L/phút}$ Mối hàn tròn khép kín 360°, không lệch tâm, đường hàn phẳng 
+--------------------------------------------------------------------+
|               KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM MÀI HOÀN THIỆN MỐI HÀN           |
|                                                                    |
| [Mối hàn thô sau khi hàn TIG]                                      |
|    ====/\/\/\/\/\====  (Độ nhô mối hàn: 0.8 - 1.2 mm)              |
|             |                                                      |
|             v  (Đầu mài thô: Đá mài Corundum / n=26.000 rpm)       |
| [Mài thô hạ phẳng bề mặt]                                          |
|    ====----------====  (Độ lệch phẳng: < 0.1 mm)                   |
|             |                                                      |
|             v  (Đầu mài tinh: Bánh nhám xếp Grit 120-240)          |
| [Mài tinh hoàn thiện bề mặt]                                       |
|    ==================  (Độ bóng bề mặt Ra < 1.6 um)                |
+--------------------------------------------------------------------+

Kết quả đạt được so với mục tiêu ban đầu

  1. Khả năng làm việc đồng bộ: Robot vận hành êm ái với độ lặp lại vị trí đạt $\pm0.05\text{ mm}$, độ ổn định vận tốc chuyển động tịnh tiến đạt $99.2%$.
  2. Năng suất gia công: Giảm thời gian hàn trung bình $45%$ so với hàn tay truyền thống; loại bỏ hoàn toàn các khuyết tật do rung tay hay mỏi cơ của thợ hàn.
  3. Đa dạng hóa nguyên công: Khả năng chuyển đổi nhanh từ cụm mỏ hàn TIG sang đầu máy mài khuôn ACZ-66606 chỉ mất dưới 3 phút thao tác cơ khí, xử lý nhẵn bóng bavia mối hàn đạt độ nhám bề mặt $R_a \le 1.6\ \mu\text{m}$.

Đổi mới và đóng góp

  • Cơ cấu module 2-trong-1 (Hàn & Mài tích hợp): Khắc phục nhược điểm của các dòng robot hàn chuyên dụng trên thị trường (chỉ hàn mà không thể làm sạch). Việc tích hợp đầu mài cầm tay trực tiếp lên trục Z cho phép làm phẳng mối hàn ngay trên cùng một hệ đồ gá, tiết kiệm $65%$ thời gian luân chuyển phôi giữa các công đoạn.
  • Tối ưu hóa cấu trúc Descartes cho biên dạng thẳng: Thay vì sử dụng cánh tay 6 bậc tự do đắt đỏ với chi phí đầu tư cao và thuật toán động học ngược phức tạp, việc lựa chọn hệ tọa độ Descartes giúp tăng độ cứng vững chống rung lên gấp 3 lần, độ võng truyền động $< 0.02\text{ mm}$ trên toàn dải hành trình $900\text{ mm}$.
  • Chi phí chế tạo cạnh tranh: Tổng giá thành chế tạo hoàn thiện hệ thống chỉ bằng xấp xỉ $15–20%$ so với việc nhập khẩu một robot hàn công nghiệp 6 trục từ Nhật Bản hoặc châu Âu, mở ra cơ hội cơ giới hóa - tự động hóa khả thi cho hàng ngàn xưởng sản xuất cơ khí quy mô vừa và nhỏ tại Việt Nam.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Các tình huống ứng dụng thực tế

  1. Sản xuất bồn bể Inox công nghiệp & gia dụng: Hàn mí bồn rửa chén, thùng chứa hóa chất, téc nước Inox với yêu cầu đường hàn thẳng dài $500 \div 800\text{ mm}$ không rò rỉ khí/nước.
  2. Chế tạo vỏ tủ điện, vỏ máy biến áp: Hàn mép gấp hộp kim loại tấm mỏng ($1.0 \div 2.0\text{ mm}$) đòi hỏi biến dạng nhiệt cực nhỏ để không làm cong vênh kết cấu lắp ghép.
  3. Gia công khung ống kết cấu và đường ống trao đổi nhiệt: Kết hợp bàn xoay tự động để hàn ghép ống tròn $\varnothing35\text{ mm}$ phục vụ hệ thống điều hòa thông gió, lò hơi.
+----------------------------------------------------------------------+
|                 HIỆU QUẢ KINH TẾ VÀ THỜI GIAN HOÀN VỐN (ROI)         |
|                                                                      |
|  [Chi phí đầu tư hệ thống Robot]:      ~ 55.000.000 VNĐ              |
|  [Chi phí nhân công thợ hàn bậc cao]:  ~ 12.000.000 VNĐ/tháng        |
|  [Tiết kiệm vật tư khí & điện]:       ~  1.500.000 VNĐ/tháng        |
|  [Năng suất gia tăng]:                + 200 - 250%                   |
|                                                                      |
|  ===> THỜI GIAN THU HỒI VỐN ĐẦU TƯ DỰ KIẾN: 5.5 - 7.0 THÁNG          |
+----------------------------------------------------------------------+

Yêu cầu triển khai và lắp đặt tại nhà xưởng

  • Nguồn điện: Điện lưới $1\text{ phase } 220\text{V} \pm 10%,\ 50\text{Hz}$, trang bị hệ thống tiếp địa độc lập ($R_{tđ} \le 4\ \Omega$) để triệt tiêu can nhiễu cao tần (HF) phát ra khi mồi hồ quang TIG.
  • Nguồn khí bảo vệ: Bình khí Argon chuẩn hàn độ tinh khiết $\ge 99.99%$, đồng hồ giảm áp và lưu lượng kế $0 \div 25\text{ L/phút}$.
  • Mặt bằng lắp đặt: Nền xưởng phẳng có diện tích tối thiểu $2.0\text{ m} \times 1.5\text{ m}$, thông thoáng, có hệ thống hút khói hàn cục bộ.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Chưa có cơ cấu bù dây hàn tự động (Cold Wire Feeder): Các mối hàn giáp mối có khe hở lắp ráp lớn ($gap > 0.8\text{ mm}$) vẫn đòi hỏi phải gá đính cực khít hoặc cần sự can thiệp đắp que phụ thủ công.
  • Điều khiển vòng hở về quỹ đạo công nghệ: Robot chuyển động theo tọa độ lập trình cố định (G-code), chưa có khả năng tự động nắn chỉnh quỹ đạo nếu phôi hàn bị biến dạng nhiệt cong vênh trong lúc hàn.

Hướng phát triển nâng cao

  • Tích hợp cảm biến Laser Seam Tracking: Ứng dụng xử lý ảnh và cảm biến laser biên dạng để nhận diện khe hàn thời gian thực, tự động điều chỉnh tọa độ trục Y và Z theo độ uốn của phôi.
  • Tích hợp bộ cấp dây tự động đồng bộ xung: Lập trình điều khiển động cơ bước cấp dây phụ gia đồng pha với xung dòng hàn của máy TIG, cho phép hàn các mối ghép vát mép chữ V hoặc chữ U dày từ $6 \div 10\text{ mm}$.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên ngành Cơ khí/Tự động hóa: Là tài liệu tham khảo thực nghiệm chuẩn mực về việc áp dụng lý thuyết chi tiết máy, tính toán động lực học vít me bi THK, kỹ thuật điều khiển động cơ Servo và công nghệ hàn nóng chảy vào một sản phẩm cơ điện tử hoàn chỉnh.
  • Kỹ sư thiết kế máy & Lập trình viên CNC: Cung cấp giải pháp mẫu về sơ đồ mạch điều khiển chống nhiễu HF, cấu trúc chương trình G-code tối ưu cho công nghệ hàn TIG.
  • Doanh nghiệp gia công kim loại tấm (SMEs): Tiếp cận một giải pháp tự động hóa có tính khả thi tài chính cao, thu hồi vốn nhanh, nâng cao năng lực cạnh tranh và đảm bảo an toàn vệ sinh lao động theo tiêu chuẩn ISO 14001 / OHSAS 18001.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống yêu cầu nguồn điện và điều kiện mặt bằng như thế nào để vận hành?

Hệ thống sử dụng nguồn điện dân dụng $1\text{ phase } 220\text{V} / 50\text{Hz}$, công suất tiêu thụ tối đa khi hàn khoảng $4.5\text{ kVA}$. Cần trang bị cọc tiếp địa riêng biệt để xả dòng cao tần mồi hồ quang của máy TIG, tránh gây nhiễu loạn tín hiệu Encoder của động cơ Servo. Diện tích mặt bằng lắp đặt tối thiểu là $2.0 \times 1.5\text{ m}$.

2. Độ chính xác và độ lặp lại của cánh tay robot là bao nhiêu?

Nhờ sử dụng hệ thống vít me - đai ốc bi tích hợp ray trượt vuông của hãng THK (Nhật Bản) kết hợp động cơ Maxwell Hybrid Servo hồi tiếp vòng kín, độ chính xác lặp lại của hệ thống đạt $\pm0.05\text{ mm}$, hoàn toàn đáp ứng vượt tiêu chuẩn yêu cầu của mối hàn TIG kim loại tấm (thường cho phép dung sai vũng hàn $\pm0.3\text{ mm}$).

3. Máy có khả năng kết nối và đồng bộ với các dây chuyền tự động có sẵn không?

Bộ điều khiển trung tâm hỗ trợ các cổng giao tiếp I/O chuẩn công nghiệp (Optocoupler Isolated Inputs/Outputs). Do đó, robot dễ dàng tích hợp với PLC trung tâm, bàn nâng hạ thủy lực, hoặc các cảm biến vị trí trên băng chuyền sản xuất tự động hóa đồng bộ.

4. Quy trình bảo trì và thay thế linh kiện tiêu hao diễn ra như thế nào?

  • Định kỳ hàng tuần: Vệ sinh bavia, bụi kim loại trên ray dẫn hướng và tra dầu mỡ chuyên dụng cho đai ốc bi.
  • Linh kiện tiêu hao: Kim hàn Vonfram (Tungsten Electrode $\varnothing1.6 / \varnothing2.4\text{ mm}$), chụp khí sứ, đầu đá mài nhám xếp là các chi tiết tiêu chuẩn công nghiệp, rất dễ mua ngoài thị trường với chi phí thấp và thay thế nhanh trong vòng 1-2 phút.

5. Chi phí đầu tư dự toán và thời gian hoàn vốn (ROI) là bao lâu?

Tổng chi phí vật tư chế tạo và thiết bị hệ thống dao động từ 50 đến 60 triệu VNĐ. So với chi phí thuê 01 thợ hàn TIG tay nghề khá ($10 - 12\text{ triệu VNĐ/tháng}$) cùng năng suất gia công tăng gấp 2 lần, doanh nghiệp có thể hoàn vốn toàn bộ chỉ sau 5 đến 7 tháng vận hành liên tục.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo cánh tay robot hỗ trợ đường hàn thẳng" đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu và chế tạo đề ra. Bằng việc làm chủ quy trình từ tính toán động học, mô phỏng cơ khí 3D, gia công lắp ráp module dẫn hướng chính xác THK, đến tích hợp hệ thống nguồn hàn TIG Jasic-200 và bàn gá xoay tự động, đề tài đã chứng minh tính đúng đắn của phương pháp tiếp cận khoa học gắn liền với thực tiễn sản xuất.

Sản phẩm không chỉ là minh chứng rõ nét cho năng lực ứng dụng kiến thức chuyên sâu của sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí - Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, mà còn mang lại một giải pháp công nghệ giá trị cao, sẵn sàng chuyển giao và ứng dụng thực tế tại các xưởng cơ khí chế tạo bồn bể, kim loại tấm trên toàn quốc.