THÔNG TIN THƯ MỤC VÀ MÔ TẢ GIÁO TRÌNH HỌC THUẬT: MÔ ĐUN ROBOT HÀN (MĐ 30)

Tổng quan về giáo trình

  • Tên giáo trình: Giáo trình Mô đun: Robot hàn
  • Mã mô đun: MĐ 30
  • Nghề đào tạo: Hàn
  • Trình độ đào tạo: Cao đẳng (áp dụng bổ trợ cho trình độ Trung cấp)
  • Cơ quan ban hành: Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô – Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
  • Chủ biên: Hoàng Ngọc Lâm
  • Địa điểm & Năm ban hành: Ninh Bình, năm 2019
  • Thời lượng đào tạo: 60 giờ (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành: 41 giờ; Kiểm tra: 4 giờ)
                       CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ HÀN
     [Khối Kiến thức]        [Khối Kỹ năng]                                         [Khối Năng lực]
  • Cấu hình OTC AX-V6     • Vận hành Teach Pendant                               • Tuân thủ an toàn
  • 3 Hệ trục tọa độ       • Lập trình đường thẳng/cong                           • Kỷ luật công nghiệp
  • Cú pháp & lệnh hàm     • Tích hợp đồ gá & phần mềm                            • Kiểm soát quy trình

Vị trí trong chương trình đào tạo

Mô đun Robot hàn (MĐ 30) là mô đun chuyên môn bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ cao đẳng. Về mặt tiến trình đào tạo, mô đun này được bố trí giảng dạy sau khi sinh viên đã hoàn thành khối kiến thức cơ sở và các môn học, mô đun chuyên môn kỹ thuật từ MĐ 14 đến MH 29 (bao gồm các công nghệ hàn hồ quang tay, hàn trong môi trường khí bảo vệ MIG/MAG, TIG và an toàn lao động).

Mục tiêu học tập (Learning Outcomes)

  • Về kiến thức:
    • Trình bày cấu hình cơ bản, cấu tạo và chức năng của các bộ phận thuộc hệ thống robot hàn AX-V6 (hãng OTC DAIHEN).
    • Giải thích nguyên lý chuyển động theo các hệ tọa độ: hệ tọa độ trục (Joint), hệ tọa độ máy (Robot) và hệ tọa độ dụng cụ (Tool).
    • Trình bày trình tự lập trình dạy học (Teaching), ý nghĩa các câu lệnh di chuyển (JOINT, LIN, CIR) và lệnh chức năng hàn (F7, F8, FN92, FN99).
    • Nêu rõ các quy chuẩn an toàn, vận hành và bảo dưỡng thiết bị tự động hóa hàn.
  • Về kỹ năng:
    • Chuẩn bị đầy đủ thiết bị, dụng cụ, khí bảo vệ và vật liệu hàn đạt yêu cầu kỹ thuật.
    • Thao tác vận hành bảng dạy (Teach Pendant) và hộp thao tác để điều khiển robot di chuyển an toàn ở 5 cấp tốc độ.
    • Thiết lập chính xác các thông số công nghệ hàn (dòng hàn $I_h$, điện áp $U_h$, tốc độ di chuyển) tương thích với chiều dày và tính chất vật liệu.
    • Lập trình hoàn chỉnh các chương trình hàn đường thẳng, đường cong và phối hợp đồ gá đồng bộ.
    • Soạn thảo, hiệu chỉnh và quản lý dữ liệu chương trình hàn trực tiếp hoặc thông qua phần mềm AX-ST và AX-PM.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
    • Rèn luyện tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật và tinh thần làm việc nhóm.
    • Tuân thủ các quy định về an toàn điện, an toàn bức xạ hồ quang và vệ sinh môi trường xưởng hàn.

Cấu trúc và cách tiếp cận

Giáo trình được cấu trúc hóa theo 6 bài học chuyên đề, phân bổ từ lý thuyết phần cứng, nguyên lý chuyển động học robot đến kỹ năng lập trình biên dạng và kết nối phần mềm máy tính. Cách tiếp cận của tài liệu đi từ phân tích kỹ thuật tĩnh (cấu tạo thiết bị) đến điều khiển động (vận hành hệ tọa độ), sau đó nâng chuẩn kỹ năng thông qua các bài tập lập trình hàn phôi thép thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             TIẾN TRÌNH 6 BÀI HỌC
                                 (Tổng: 60 Giờ)

Các bài học và chủ đề chính

  • Bài 1: Cấu hình và chức năng của hệ thống rô bốt hàn AX–V6 (4 giờ Lý thuyết):
    • Cung cấp các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn của hệ thống robot hàn OTC DAIHEN AX-V6.
    • Tay máy AX-MV6 (Model AXMV61): Cấu trúc khớp thẳng đứng 6 trục, tải trọng làm việc 6 kg (tối đa 10 kg khi nâng), sai số lặp lại vị trí $\pm 0.08\text{ mm}$, công suất dẫn động AC Servo $2750\text{ W}$, thiết bị mã hóa tuyệt đối (Absolute Encoder), vùng quét cánh tay $3.14\text{ m}^2 \times 340^\circ$, trọng lượng 155 kg.
    • Bộ điều khiển AX-C (Model AXCMN1): Chạy hệ điều hành Windows NT trên thẻ nhớ CF ($256\text{ MB} - 512\text{ MB}$), bộ nhớ lưu trữ $160.000$ điểm dạy và $9.999$ chương trình công việc. Tích hợp PLC với dung lượng $32\text{ KB}$ (10 file LD $\times 3.2\text{ KB}$).
    • Bảng lập trình (Teach Pendant AXTPDSON-EC**): Màn hình LCD tích hợp 10 vùng hiển thị trạng thái (Chế độ Teach/Playback, Số chương trình, Số bước, Vận tốc, Tọa độ, Hệ thống phím chức năng $f_1 \div f_{12}$).
    • Nguồn hàn kỹ thuật số DM-350: Điều khiển cảm kháng điện tử số giảm bắn tóe, bộ cấp dây 4 puli có mã hóa xung, hỗ trợ hàn $CO_2$/MAG/MIG.
Bộ phận chính Ký hiệu / Model Thông số kỹ thuật trọng tâm
Tay máy AX-MV6 (AXMV61) 6 bậc tự do, tải trọng 6 kg, độ lặp $\pm 0.08\text{ mm}$, động cơ AC $2750\text{ W}$
Bộ điều khiển AX-C (AXCMN1) HĐH Windows NT, lưu trữ $160.000$ điểm / $9.999$ job, PLC tích hợp 32 KB
Bảng dạy AXTPDSON-EC** Phím di chuyển 6 trục, công tắc Deadman, phím chức năng $f_1 \div f_{12}$
Nguồn hàn DM-350 Nguồn số, dòng $0 \div 500\text{ A}$, khởi động turbo, chống dính dây số
Bộ cấp dây AF-*00* Cơ cấu 4 puli kết hợp bộ mã hóa xung

  • Bài 2: Vận hành hệ thống rô bốt hàn AX-V6 (8 giờ: 1 LT, 7 TH):

    • Phân biệt 3 hệ tọa độ vận hành: Hệ tọa độ trục (Joint - từng trục quay độc lập), Hệ tọa độ máy (Robot - hệ trục Descartes gốc $X, Y, Z$ tại đế), Hệ tọa độ dụng cụ (Tool - tâm điểm làm việc TCP tại đầu mỏ hàn).
    • Quy trình kiểm tra an toàn 5 bước trước khi bật nguồn: kiểm tra dây dẫn nguồn, vùng không gian làm việc của tay máy, tủ điều khiển, nguồn hàn và cáp tín hiệu.
    • Kỹ thuật điều khiển di chuyển bằng tay kết hợp ấn giữ công tắc an toàn Deadman ở 5 cấp tốc độ.

  • Bài 3: Lập chương trình hàn đường thẳng (16 giờ: 2 LT, 12 TH, 2 KT):

    • Quy trình thiết lập một chương trình công việc mới (từ Job 1 đến Job 9999).
    • Lệnh ghi nhận xét chương trình: REM <FN99> (hỗ trợ tối đa 230 ký tự).
    • Trình tự dạy điểm chuyển động: Điểm gốc/vị trí chờ (Nội suy JOINT, tốc độ 100%, độ chính xác A1), Điểm tiếp cận trước hàn, Điểm bắt đầu hàn (Arc Start), Điểm kết thúc hàn (Arc End với nội suy LIN, tốc độ đặt theo $\text{cm/phút}$), Điểm rút lui an toàn.
    • Các lệnh chức năng chuyên dụng: Lệnh gây hồ quang (Phím $f_7$ - cài đặt dòng $I_h$, điện áp $U_h$), Lệnh kết thúc hồ quang (ENABLE + $f_7$), Lệnh dao động mỏ hàn (Phím $f_8$ - chọn kiểu dao động đường thẳng, hình sin, cung tròn và bước dao động), Lệnh kết thúc chương trình (FN92 - END).
    • Thao tác kiểm tra chương trình: Sử dụng CHECK GO (chạy tiến từng bước) và CHECK BACK (chạy lùi từng bước).
    • 5 chế độ vận hành chạy tự động: Playback, CYCLE, CYCLE STEP BY STEP, CONTINUE, CONTINUOUS STEP BY STEP.
    • Bài tập ứng dụng: Hàn đường thẳng giáp mối tấm thép CT3 dày $5\text{ mm}$, dây hàn ER 70S-G đường kính $\varnothing 1.0\text{ mm}$, khí bảo vệ $CO_2$.

  • Bài 4: Lập chương trình hàn đường cong (16 giờ: 2 LT, 12 TH, 2 KT):

    • Kỹ thuật nội suy cung tròn thông qua phương thức xác định 3 điểm hình học: Điểm đầu, Điểm trung gian trên cung và Điểm cuối (CIR1/CIR2).
    • Điều chỉnh tư thế mỏ hàn MTXC theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo cong nhằm duy trì góc nghiêng tối ưu và chiều dài nhô ra của dây hàn ($10 \div 15\text{ mm}$).

  • Bài 5: Lập chương trình hàn sử dụng đồ gá đồng bộ với rô bốt hàn (12 giờ: 2 LT, 10 TH):

    • Nguyên lý điều khiển đồng bộ trục mở rộng (External Axes) kết nối giữa bộ điều khiển AX-C và đồ gá quay/nghiêng định vị phôi hàn.
    • Kỹ thuật duy trì tốc độ hàn tương đối không đổi giữa mỏ hàn và bề mặt chi tiết quay.

  • Bài 6: Sử dụng phần mềm AX-ST và AX-PM (4 giờ Lý thuyết):

    • Hướng dẫn cài đặt và thiết lập truyền thông giữa máy tính cá nhân (PC) và tủ điều khiển AX-C.
    • Ứng dụng phần mềm AX-ST và AX-PM trong việc soạn thảo, chỉnh sửa ngoại tuyến (Offline Programming), sao lưu dữ liệu chương trình và cấu hình tham số logic I/O.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  1. Lý thuyết động học robot công nghiệp: Khái niệm 6 bậc tự do, ma trận chuyển đổi tọa độ không gian (Joint $\leftrightarrow$ Cartesian $\leftrightarrow$ Tool), điểm điều khiển trung tâm công cụ (Tool Center Point - TCP).
  2. Kỹ thuật điều khiển số và lập trình logic: Cấu trúc lệnh di chuyển kết hợp lệnh điều kiện logic (Call, Jump, tín hiệu I/O chuyên dụng gồm 4 Output/7 Input và 64 cực mở rộng), ngôn ngữ lập trình bậc thang LD trong khối PLC tích hợp.
  3. Lý thuyết luyện kim và công nghệ hàn bảo vệ khí: Quy luật truyền nhiệt trong quá trình hàn GMAW, ảnh hưởng của cảm kháng điện tử số đến độ ngấu, hiện tượng bắn tóe kim loại và kỹ thuật cài đặt chu trình thổi khí trước (0.9s), thổi khí sau (0.9s), thời gian điền đầy miệng rỗ hồ quang (0.9s).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Cài đặt thông số hàn trên giao diện số; thành thạo thao tác nạp, xóa, chèn (INS), sửa đổi vị trí (MOD position) trên bảng dạy; xử lý dính dây hàn hoặc ngắt hồ quang tự động.
  • Kỹ năng phân tích: Đọc bản vẽ kết cấu cơ khí, tính toán chia tách đoạn nội suy (thẳng/cong) để lập đường dẫn chuyển động của mỏ hàn tối ưu, không va chạm với đồ gá và phôi.
  • Năng lực thực hành nghề: Gia công hoàn chỉnh các mối hàn kết cấu bằng robot đạt yêu cầu về ngoại dạng (độ đều, không khuyết tật cháy cạnh, ngấu sâu) trên phôi thép các-bon CT3 dày $5\text{ mm}$.

Phương pháp giảng dạy và học tập

                            QUY TRÌNH HỌC TẬP TÍCH HỢP
  • Phương pháp sư phạm: Giáo trình xây dựng theo mô hình đào tạo kết hợp lý thuyết và thực hành tại xưởng, trong đó thời lượng thực hành chiếm ưu thế ($41/60$ giờ, tương đương $68.3%$). Tiến trình giảng dạy tuân theo nguyên tắc: Thuyết minh nguyên lý $\rightarrow$ Thao tác mẫu an toàn $\rightarrow$ Học viên lập trình mô phỏng $\rightarrow$ Thực hành dạy điểm trực tiếp trên robot $\rightarrow$ Hàn thực nghiệm trên phôi mẫu.
  • Hệ thống bài tập và thực hành xưởng: Các bài tập thực hành được tiêu chuẩn hóa theo quy cách công nghiệp:
    • Chuẩn bị phôi: Thép tấm các-bon CT3 kích thước theo bản vẽ, độ dày tiêu chuẩn $5\text{ mm}$.
    • Vật liệu hàn: Dây hàn phụ ER 70S-G đường kính $\varnothing 1.0\text{ mm}$, khí bảo vệ $CO_2$.
    • Yêu cầu kiểm soát: Giữ đúng góc độ mỏ hàn, chiều dài vươn điện cực, không mài bề mặt sau hàn (chỉ làm sạch bằng bàn chải sắt) nhằm đánh giá chính xác chất lượng điều khiển chuyển động của robot.
  • Phương pháp đánh giá:
    • Đánh giá quá trình: Kiểm tra mức độ thuần thục trong thao tác an toàn, kỹ năng cầm bảng dạy Teach Pendant kết hợp công tắc Deadman, thời gian hoàn thành bước lập trình.
    • Đánh giá định kỳ: 4 giờ kiểm tra thực hành chính thức (2 giờ tại Bài 3 cho đường thẳng, 2 giờ tại Bài 4 cho đường cong).
    • Tiêu chí nghiệm thu sản phẩm hàn: Độ thẳng/cong của mối hàn, độ đồng đều bề mặt, độ ngấu, mức độ bắn tóe kim loại và độ an toàn vệ sinh công nghiệp.
  • Hướng dẫn tự học: Sinh viên hoàn thành các câu hỏi ôn tập cuối mỗi bài học (ví dụ: giải thích hệ tọa độ, trình tự chạy tự động); sử dụng phần mềm máy tính AX-ST và AX-PM để thực hành tạo cấu trúc chương trình trước khi bước vào giờ thực hành trên thiết bị thực.

Điểm nổi bật và cập nhật của giáo trình

  • Tính chuyên sâu vào thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn: Tập trung khai thác sâu hệ thống robot hàn AX-V6 của hãng OTC DAIHEN (Nhật Bản), cung cấp toàn bộ sơ đồ cấu tạo cơ khí, tủ điều khiển AX-C, thông số động cơ Servo $2750\text{ W}$ và các bảng mã chuyển đổi I/O thực tế.
  • Tích hợp nguồn hàn kỹ thuật số hoàn toàn DM-350: Đưa nội dung công nghệ điều khiển cảm kháng điện tử số, chức năng Turbo Start tạo hồ quang nhanh và cơ chế chống dính dây tự động vào quy trình giảng dạy thực hành.
  • Tích hợp phần mềm hỗ trợ chuyên dụng: Kết hợp đào tạo kỹ năng phần cứng với kỹ năng phần mềm (AX-ST và AX-PM trên máy tính) và kỹ thuật lập trình PLC bậc thang (32KB LD) trong tủ điều khiển, đáp ứng tiêu chuẩn tự động hóa của các dây chuyền sản xuất hiện đại.
  • Chuẩn hóa quy trình an toàn công nghiệp nhiều cấp: Xây dựng quy trình bảo vệ nghiêm ngặt: công tắc Deadman trên tay cầm bảng dạy, cảm biến chống va đập mỏ hàn, giới hạn mềm vùng di chuyển, nút dừng khẩn cấp Emergency Stop và hệ thống hiển thị lịch sử lỗi tự động (lỗi Servo, lỗi CPU, lỗi bộ mã hóa, lỗi cấp dây, thiếu nước làm mát, áp lực khí yếu).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Hàn, ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Cơ điện tử có học phần ứng dụng hàn tự động.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở cơ khí và các mô đun kỹ thuật hàn từ MĐ 14 đến MH 29 (nắm vững nguyên lý hàn hồ quang MAG/MIG, đọc hiểu bản vẽ kỹ thuật cơ khí, quy chuẩn an toàn điện và an toàn xưởng hàn).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu khung để biên soạn kế hoạch bài giảng lý thuyết, giáo án tích hợp và phiếu hướng dẫn thực hành tại phòng thực hành Robot hàn.
  • Kỹ thuật viên tại doanh nghiệp: Sử dụng làm tài liệu kỹ thuật tra cứu quy trình vận hành, bảng lệnh Teach Pendant, thiết lập đồ gá quay đồng bộ và xử lý sự cố thiết bị OTC DAIHEN AX-V6 trong các nhà máy kết cấu thép, đóng tàu, sản xuất khung xe máy và ô tô.

Câu hỏi thường gặp

                                  HỎI - ĐÁP NHANH VỀ MÔ ĐUN

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho sinh viên theo học nghề Hàn ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp, đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho kỹ sư, kỹ thuật viên vận hành hệ thống hàn tự động tại các doanh nghiệp cơ khí.

2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?

Người học cần hoàn thành khối kiến thức từ MĐ 14 đến MH 29, nắm vững nguyên lý hàn hồ quang kim loại trong môi trường khí bảo vệ ($CO_2$/MAG), hiểu biết về kim loại học - vật liệu hàn, kỹ năng đọc bản vẽ cơ khí và các nguyên tắc an toàn lao động.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu hàn thông thường là gì?

Giáo trình không dạy kỹ thuật thao tác tay thủ công mà tập trung hoàn toàn vào kỹ năng lập trình số và điều khiển cánh tay robot công nghiệp 6 trục OTC DAIHEN AX-V6, tích hợp chi tiết các mã lệnh chuyên dụng ($f_7, f_8, \text{FN92}, \text{FN99}$) và các chế độ tự động hóa hoàn chỉnh.

4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả mô đun này?

Người học cần nắm chắc lý thuyết 3 hệ tọa độ (Joint, Robot, Tool), thuộc các phím chức năng trên bảng dạy Teach Pendant và rèn luyện kỹ năng soạn thảo chương trình trên phần mềm máy tính AX-ST, AX-PM trước khi vận hành nạp hồ quang thực tế trên hệ thống máy.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?

Kèm theo giáo trình là hệ thống bản vẽ chi tiết bài tập ứng dụng hàn thép tấm CT3 ($5\text{ mm}$), tài liệu hướng dẫn cài đặt phần mềm AX-ST/AX-PM và danh mục mã chẩn đoán lỗi phần cứng/phần mềm của tủ điều khiển AX-C.

Kết luận

  • Giá trị cốt lõi: Giáo trình Mô đun: Robot hàn (MĐ 30) cung cấp quy trình đào tạo kỹ thuật hoàn chỉnh về vận hành, lập trình và kiểm soát công nghệ trên dòng robot hàn công nghiệp 6 trục OTC DAIHEN AX-V6 và nguồn hàn kỹ thuật số DM-350.
  • Lộ trình học tập khuyến nghị: Tiếp cận từ việc làm chủ cấu tạo phần cứng và quy tắc an toàn (Bài 1, Bài 2) $\rightarrow$ Lập trình đường thẳng cơ bản (Bài 3) $\rightarrow$ Lập trình đường cong không gian (Bài 4) $\rightarrow$ Làm chủ điều khiển đồng bộ đồ gá phôi (Bài 5) $\rightarrow$ Hoàn thiện kỹ năng quản lý phần mềm máy tính chuyên dụng AX-ST và AX-PM (Bài 6).
  • Tài nguyên bổ sung: Tài liệu vận hành thiết bị OTC DAIHEN AX-V6, sổ tay hướng dẫn nguồn hàn số DM-350, bộ cài đặt phần mềm AX-ST/AX-PM và các tiêu chuẩn kỹ thuật kiểm tra mối hàn kết cấu kim loại.