Luận văn: Nghiên cứu chế tạo máy hàn MAG tự động hàn các đường hàn phức tạp

Luận văn thạc sĩ chi tiết quá trình nghiên cứu, chế tạo thiết bị hàn MAG tự động để xử lý các đường hàn phức tạp trong ngành cơ khí chế tạo.

• Tác giả: Trần Xuân Dũng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Huy Ninh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Chế Tạo Thiết Bị Hàn MAG Tự Động Cho Đường Hàn Phức Tạp
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và đặc điểm thiết bị hàn MAG tự động

Thiết bị hàn MAG tự động là một hệ thống công nghệ tiên tiến dùng để thực hiện các đường hàn phức tạp với độ chính xác cao. Công nghệ này kết hợp hàn điện cung CO2 với khả năng tự động hóa hoàn toàn, cho phép di chuyển ngôn cung hàn theo các quỹ đạo đa chiều. Thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển địch kim loại lỏng từ điốt hàn sang vật liệu cần hàn, tạo ra các mối hàn bền chắc và đẹp mắt. Hệ thống điều khiển số (CNC) cho phép lập trình các đường hàn có dao động ngang, đường gấp khúc và đường cong bất kỳ. Ưu điểm nổi bật bao gồm năng suất cao, chất lượng ổn định, giảm chi phí nhân công và khả năng xử lý các hình dạng hàn phức tạp mà hàn thủ công khó thực hiện.

1.1. Phạm vi ứng dụng của hàn MAG

Hàn MAG tự động được ứng dụng rộng rãi trong chế biến lâm sản, sản xuất linh kiện cơ khí, công nghiệp ô tô và xây dựng. Công nghệ này đặc biệt hiệu quả với hàn thép cacbon và thép hợp kim, cho phép thực hiện các mối hàn chất lượng cao trên các bề mặt phức tạp. Hệ thống có khả năng hàn trên nhiều vị trí khác nhau, từ hàn phẳng đến hàn thẳng đứng, hàn trên đầu. Ứng dụng trong sản xuất hàng loạt giúp đảm bảo tính nhất quán của chất lượng hàn.

1.2. Đặc điểm nổi bật của công nghệ

Công nghệ hàn MAG sử dụng khi bảo vệ CO2 hoặc hỗn hợp khí để bảo vệ mối hàn khỏi oxi hóa. Tốc độ hàn cao, hiệu suất gia công tăng đáng kể so với hàn thủ công. Quá trình hàn tự động loại bỏ sai số con người, đảm bảo độ nhất quán tuyệt đối. Thiết bị trang bị động cơ bước để điều khiển các trục tọa độ X, Y, Z, cho phép lập trình những đường hàn có dao động ngang và các hình dạng hàn độc đáo.

II. Cấu trúc và thành phần chính của thiết bị

Thiết bị hàn MAG tự động bao gồm ba hệ thống chính hoạt động phối hợp với nhau. Hệ thống cơ khí gồm các trục tọa độ được điều khiển bởi động cơ bước để di chuyển ngôn cung hàn. Hệ thống điện lực cung cấp năng lượng với nguồn điện hàn chuyên dụng và bộ cấp dây hàn tự động điều chỉnh tốc độ dây. Hệ thống điều khiển bao gồm card điều khiển trung tâm, driver điều khiển động cơ và các công tắc hành trình để giám sát vị trí thiết bị. Bộ cấp khi bảo vệ được tích hợp để cung cấp khí bảo vệ ổn định trong toàn bộ quá trình hàn.

2.1. Hệ thống cơ khí truyền động

Hệ thống cơ khí bao gồm bộ truyền động trục Y, X và Z với ray trượt chính xác cao. Mỗi trục được trang bị động cơ bước để thực hiện các chuyển động chính xác. Bộ truyền vít me chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tuyến tính. Ray trượt đảm bảo độ mượt mà và độ chính xác khi di chuyển đầu hàn. Lựa chọn công suất động cơ phải phù hợp với tải trọng hàn và yêu cầu tốc độ di chuyển.

2.2. Hệ thống điều khiển và cấp nguồn

Card điều khiển là bộ não của hệ thống, nhận lệnh lập trình và phát tín hiệu điều khiển. Driver là mạch công suất trung gian giữa card điều khiển và động cơ bước. Nguồn điện hàn cung cấp dòng điện hàn ổn định trong khoảng 50-300A. Bộ cấp dây hàn tự động tăng/giảm tốc độ dây dựa vào áp lực cung cấp phản hồi từ quá trình hàn. Công tắc hành trình giám sát các vị trí giới hạn của thiết bị.

III. Thiết kế và chế tạo hệ thống truyền động

Quá trình chế tạo thiết bị hàn MAG tự động yêu cầu tính toán kỹ lưỡng các thông số kỹ thuật. Thông số chế tạo bao gồm tải trọng tối đa của đầu hàn, tốc độ di chuyển mong muốn và phạm vi di chuyển trên mỗi trục. Tính toán hệ thống truyền động trục Y để nâng hạ đầu hàn phục vụ các vị trí hàn khác nhau. Chọn bộ truyền vít me phù hợp với tỷ số giảm tốc cần thiết. Thiết kế ray trượt có độ chính xác ±0.5mm trở lên. Tính toán lực cắt và chọn động cơ bước với torque đủ lớn. Tương tự, thiết kế hệ thống trục X và Z để di chuyển ngang và dọc.

3.1. Tính toán và lựa chọn bộ truyền động

Bộ truyền động được lựa chọn dựa trên tải trọng hoạt động. Tính toán mô-men cần thiết sử dụng công thức M = F × r, trong đó F là lực tác dụng. Bộ truyền vít me có tỉ số giảm tốc từ 1:5 đến 1:20 tùy yêu cầu. Kiểm tra độ cứng vặn của vít để tránh hiện tượng uốn cong. Chọn vòng bi chất lượng cao để giảm ma sát.

3.2. Lựa chọn động cơ và tính toán ray trượt

Động cơ bước được lựa chọn với torque từ 2 đến 5 Nm tùy ứng dụng. Kiểm tra độ chính xác định vị của động cơ (thường từ 1.8° đến 0.9° mỗi bước). Ray trượt THK hoặc NSK được ưa chuộng vì độ chính xác cao. Tính toán tải trọng cho ray trượt phải lớn hơn 20% tải trọng hoạt động để đảm bảo tuổi thọ.

IV. Lập trình đường hàn phức tạp với dao động ngang

Lập trình hàn MAG tự động cho đường hàn phức tạp đòi hỏi kỹ năng cao và hiểu biết sâu về tham số hàn. Kỹ thuật này cho phép tạo dao động ngang để cải thiện chất lượng mối hàn, tăng bề rộng hàn và cải thiện độ thấm sâu. Phân tích dữ liệu lập trình bắt đầu từ xác định hình dạng đường hàn cần thực hiện. Quá trình lập trình chia nhỏ đường hàn thành các đoạn, mỗi đoạn gán các tham số dao động: biên độ, tần số và pha. Hàn đường thẳng có dao động ngang là nền tảng cơ bản. Hàn đường gấp khúc yêu cầu xử lý các góc ngoài/trong. Hàn đường cong bất kỳ sử dụng phương pháp xấp xỉ với các đoạn thẳng nhỏ.

4.1. Hàn đường thẳng có dao động ngang

Đường hàn thẳng với dao động ngang được thực hiện bằng cách lập trình chuyển động đồng thời trên trục Y (chuyển động hàn chính) và trục X (dao động ngang). Biên độ dao động thường từ 2-6mm tùy yêu cầu. Tần số dao động từ 5-15 Hz. Điều khiển bằng hàm sin hoặc hàm tam giác để tạo dao động mượt mà hoặc cầu kỳ.

4.2. Hàn đường gấp khúc và đường cong phức tạp

Hàn đường gấp khúc yêu cầu xử lý các góc uốn cong bằng cách giảm tốc độ hàn tại các điểm ngoặt. Thiết lập bán kính làm tròn góc để tránh khuyết tật hàn. Hàn đường cong bất kỳ được thực hiện bằng cách chia đường cong thành các đoạn thẳng nhỏ (interpolation). Mỗi đoạn được áp dụng dao động ngang phù hợp. Phần mềm điều khiển tính toán đạo hàm của đường cong để điều chỉnh hướng dao động tự động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. CÁC BO PHAN CƠ BAN CUA THIET BI HAN MAG TU DONG. Nguyên lý hoạt động của thiết bị hàn MAG tư động. Lập trìnhđể hản.

Chương trình điều khiển kết nói máy.3, Bé dieu khien : com excenatomenettectnat ceo TÚI DATES es en srseeeonearesncreorannencanen a pe ves. BG truyan vit me dai 6c - Seeeseseseeeeeooco, 3Ô) 2. Hệ thông cơ khí của thiết bị hàn MAG tw A608. Động cơ dẫn động các trục tọa độ.

Giới thiệu vẻ động cơ bước 32 3. Tỉnh vả chọn công suất động cơ điện. Lựa chọn các phương án di chuyên các trục. Chọn cơ câu truyền động.

Ha m m sa Thực hiện: Trân Xuân Dũng iii Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khi ——— Hình 2. Cầu tạo động cơ bước cỏ từ trở biến đổi(VR). Cầu tạo động cơ bước kiêu lai (hybrid stepper motor) 37 Hình 2. Súng han chuyen động tình tiền theo các phương X, Y, Z so với vật han at 06 dinh trén ban .14, Vat han di chuyên trên trục Y, mỏ hàn di chuyển.

Súng hản có định, phôi di chuyên tịnh tiên theo trục X, Y, Z „40, Hình 2. Bộ truyền vit me dai de bi. sates gi Al Hình 2. Đẻ thị biểu thị mối quan hệ giữa lực ma sát va tốc độ của vitae Bai bo thường vả vít me đai óc bi.

—_ serra ee Hình 2. Cầu trúc của một hệ vi xử lý. Card kết nói với mảy tính theo tiêu chuẩn. Kich thước driver 47 Hình 2.

Công tắc hảnh trình. Các thông số của trục vit me ee os os se. Sơ đồ xác định pt val st ú 52 Hình 3. Sơ đồ tỉnh toán lựa chọn động cơ bước [12] Hình 3.

Đỏ thị xung [12] su nhe. Động cơ bước A8K-MS66. Mô hình con trượt va ray trugt. RT ETRE 58 Hình 3.

Kích thước. ray trượt, con trượt TRH20VL. Qui Hư so Hình 3. Mõ hình kết câu cho cụm trục Y.

Mô hình bộ truyền động của trục Z, (ModelSKR26- A). Kết cầu bộ truyền động của trục X, Z với trục Z mang mö hản. Card kết nối voi may tinh theo tiéu chuan (version 5). Mô hình thiết bị tự động han.

Ban máy thiết bị tự động han. Chỉ tiết vai đỡ trục X, An ¬. Bộ truyền trục X và Z. 2t goif Noilsolz2sxayyaox@ Hình 3.

Quả trình lắp ráp trục X, Z vào vaiđến nằm trên trục Y 100004269 65 Hình 3. Kết nỗi truyền động trục Y với trục X, Z. Chỉ tiết mặt bàn máy. Thiết bị tự động hàn lượt lắp ghép hoàn chỉnh.

Cặp công tắc hình trình điểm giới hạn trên, điểm giới hạn dưới ơicủa trục Làn ". Hình ảnh tổng thẻ của thiết bị tự động hản.6Ñ Thực hiện: Trân Xuân Dũng viii Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khi ——— Hình 2. Cầu tạo động cơ bước cỏ từ trở biến đổi(VR). Cầu tạo động cơ bước kiêu lai (hybrid stepper motor) 37 Hình 2.

Súng han chuyen động tình tiền theo các phương X, Y, Z so với vật han at 06 dinh trén ban .14, Vat han di chuyên trên trục Y, mỏ hàn di chuyển. Súng hản có định, phôi di chuyên tịnh tiên theo trục X, Y, Z „40, Hình 2. Bộ truyền vit me dai de bi. sates gi Al Hình 2.

Đẻ thị biểu thị mối quan hệ giữa lực ma sát va tốc độ của vitae Bai bo thường vả vít me đai óc bi. —_ serra ee Hình 2. Cầu trúc của một hệ vi xử lý. Card kết nói với mảy tính theo tiêu chuẩn.

Kich thước driver 47 Hình 2. Công tắc hảnh trình. Các thông số của trục vit me ee os os se. Sơ đồ xác định pt val st ú 52 Hình 3.

Sơ đồ tỉnh toán lựa chọn động cơ bước [12] Hình 3. Đỏ thị xung [12] su nhe. Động cơ bước A8K-MS66. Mô hình con trượt va ray trugt.

RT ETRE 58 Hình 3. Kích thước. ray trượt, con trượt TRH20VL. Qui Hư so Hình 3.

Mõ hình kết câu cho cụm trục Y. Mô hình bộ truyền động của trục Z, (ModelSKR26- A). Kết cầu bộ truyền động của trục X, Z với trục Z mang mö hản. Card kết nối voi may tinh theo tiéu chuan (version 5).

Mô hình thiết bị tự động han. Ban máy thiết bị tự động han. Chỉ tiết vai đỡ trục X, An ¬. Bộ truyền trục X và Z.

2t goif Noilsolz2sxayyaox@ Hình 3. Quả trình lắp ráp trục X, Z vào vaiđến nằm trên trục Y 100004269 65 Hình 3. Kết nỗi truyền động trục Y với trục X, Z. Chỉ tiết mặt bàn máy.

Thiết bị tự động hàn lượt lắp ghép hoàn chỉnh. Cặp công tắc hình trình điểm giới hạn trên, điểm giới hạn dưới ơicủa trục Làn ". Hình ảnh tổng thẻ của thiết bị tự động hản.6Ñ Thực hiện: Trân Xuân Dũng viii Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khi ——— LỜI CÁM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả đã gặp không it những khỏ khăn do kiến thức và kinh nghiệm còn nhiều điểm hạn chế. Nhưng với sự giúp đỡ của nhiều cá nhân và sự góp ý của Thầy giáo hướng dẫn tác giả đã vượt qua được những khó khăn ban đầu đề hoàn thành luận văn nghiên cứu của mình.

Tác giả xin chân thành cảm ơn thây PGS.TS Nguyễn Tiến Dương Trường Dai hoe Bach Khoa Ha Nội đã tận tỉnh hướng dẫn có những gop ý quý bảu cho tác giả trong suốt quả trình nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn này Tác giả xin chân thành cảm ơn Th§ Hoàng Xuân Thảnh Quản đốc Phân xưởng Công ty cỏ phần chế biên Lâm Sản tỉnh Nam Định, Th§ Bùi Đức Phương Giảng viên Khoa Cơ khi - Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Dinh, KS Cao Mạnh Hùng và ThS Trần Văn Vượt Giảng viên Trung tâm thực hành và dịch vụ sản xuất - Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Nam Định đã giúp đỡ tác giả trong suốt quả trình nghiên cửu chẻ tạo thiết bị Cuối cùng, tác giả bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình, những anh chị em đã luôn ủng hộ và giúp đỡ đề tác giả có thể hoàn thành ban luận văn nảy một cách tốt nhất Một làn nữa, tác giả xin chân thành cảm on! Hà Nội, ngày 2S tháng 09 năm 2016 Tác giả Trần Xuân Dũng Thực hiện: Trân Xuân Dũng ii Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khi ——— DANH MUC BANG BIEU Bang 2. Bang thông số kỹ thuật của Driver MODEL M335. Thông só kỹ thuật bộ nguồn ôn áp xung. Thông số kỹ thuật của trục vít được chọn.

Thông só kỹ thuật của động cơ bước được chọn : snes Bảng 3. Thông số kỹ thuật của con trượt và ray trượt. Tai trọng lên ray trượt TRH20VLL. sate sásansu2BlÖ Bang 3.

Thông số kỹ thuật bộ truyền động của trục Z.iŠst6mfeossnsssiÐÏ Bảng 3. Thông só kỹ thuật bộ truyềnđộng của trục X. se @ Thực hiện: Trân Xuân Dũng vi Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khi ——— Hình 2. Cầu tạo động cơ bước cỏ từ trở biến đổi(VR).

Cầu tạo động cơ bước kiêu lai (hybrid stepper motor) 37 Hình 2. Súng han chuyen động tình tiền theo các phương X, Y, Z so với vật han at 06 dinh trén ban .14, Vat han di chuyên trên trục Y, mỏ hàn di chuyển. Súng hản có định, phôi di chuyên tịnh tiên theo trục X, Y, Z „40, Hình 2. Bộ truyền vit me dai de bi.

sates gi Al Hình 2. Đẻ thị biểu thị mối quan hệ giữa lực ma sát va tốc độ của vitae Bai bo thường vả vít me đai óc bi. —_ serra ee Hình 2. Cầu trúc của một hệ vi xử lý.

Card kết nói với mảy tính theo tiêu chuẩn. Kich thước driver 47 Hình 2. Công tắc hảnh trình. Các thông số của trục vit me ee os os se.

Sơ đồ xác định pt val st ú 52 Hình 3. Sơ đồ tỉnh toán lựa chọn động cơ bước [12] Hình 3. Đỏ thị xung [12] su nhe. Động cơ bước A8K-MS66.

Mô hình con trượt va ray trugt. RT ETRE 58 Hình 3. Kích thước. ray trượt, con trượt TRH20VL.

Qui Hư so Hình 3. Mõ hình kết câu cho cụm trục Y. Mô hình bộ truyền động của trục Z, (ModelSKR26- A). Kết cầu bộ truyền động của trục X, Z với trục Z mang mö hản.

Card kết nối voi may tinh theo tiéu chuan (version 5). Mô hình thiết bị tự động han. Ban máy thiết bị tự động han. Chỉ tiết vai đỡ trục X, An ¬.

Bộ truyền trục X và Z. 2t goif Noilsolz2sxayyaox@ Hình 3. Quả trình lắp ráp trục X, Z vào vaiđến nằm trên trục Y 100004269 65 Hình 3. Kết nỗi truyền động trục Y với trục X, Z.

Chỉ tiết mặt bàn máy. Thiết bị tự động hàn lượt lắp ghép hoàn chỉnh. Cặp công tắc hình trình điểm giới hạn trên, điểm giới hạn dưới ơicủa trục Làn ". Hình ảnh tổng thẻ của thiết bị tự động hản.6Ñ Thực hiện: Trân Xuân Dũng viii Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khi ——— DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.

Sơ để nguyên lý han MAG cu Hình 1. Hàn MAG trong các đường ông chịu áp lực a Hinh 1. Han MAG trong công nghiệp đóng tàu. Hàn MAG trong công nghiệp sản xuất ô tô anonxuatẤt thùng, xe tai) M5 Hình 1.

Sơ đỏ dịch chuyển ngắn mạch. Dài đỏng điện vả điện áp khi Bị chuyên nei get - 6 Hình 1. Kim loại địch chuyên trong hỏ quang dưới dạng giọt lớn. Dải dòng điện và điện áp khi địch chuyển giọt lớn Baai 7 Hình 1.

Dạng giọt kim loại dich chuyển phụ thuộc khí bảo vệ. Dải dòng điện và điện áp khi dịch chuyển tia dọc trục a) Hình 1. Sơ đỏ dịch chuyên xung tia và xung ngắn mach 9 Hình 1. Quả trình kim loại dịch chuyên trong hỏ quang dưởi dạng xung 10 Hình 1.

Hình dạng môi hàn và ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn. Hình dạng môi hản và ảnh hưởng của mật độ dòng điện hàn 13 Hình 1. Hình dạng mỗi hàn và ảnh hưởng của điện áp hản. Hình dạng mỗi hàn và ảnh hưởng của tốc độ hàn.

Tam với điện cực B. Góc nghiêng dây hàn cho trường hợp dich chuyên ngân msi ronan Hình 1. Tầm với điện cực vả dịch chuyên ngắn mạch. sare lS Hinh 1.

Trang thiet bi co ban ctia hé thong han MAG,. Cau tao co ban etia sting han seek Hinh 1. Hinh anh bén ngoai sting han 5 sepøssuil Hình 1. Sơ đỏ nguyên lý bộ cap day han.

Hình ảnh bộ cáp. Thao tác hản được thực hiện bằng. Sơ đỗ nguyên lý họat động của thiết bị hàn MAG tự ự động để hân các đường hản phức tạp 27 Hình2.3, Sơ đỗ digu khién thigt bitự động bani, ne ease 2B Hinh 2. Thiết bi han MAG.

7 a abun eas ha akt4ibiSgug 29 Hình 2.