Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế đồ gá hàn một trục quay

Luận văn thạc sĩ ngành công nghệ hàn: Nghiên cứu thiết kế đồ gá hàn một trục quay, từ tính toán kết cấu cơ khí đến hệ thống điều khiển tự động PLC.

• Tác giả: Lương Văn Hưởng
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Văn Hạnh
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ hàn
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế đồ gá hàn một trục quay
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ Gá Hàn Một Trục Quay

Đồ gá hàn một trục quay là một thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp hàn, được thiết kế để nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất lao động. Đây là giải pháp hiệu quả cho các công ty, xí nghiệp khi cần thực hiện những đường hàn phức tạp trên các chi tiết hàn. Tính cấp thiết của đề tài này nằm ở việc cải thiện điều kiện làm việc, giảm bớt sự phụ thuộc vào kỹ năng thủ công của công nhân. Với đồ gá hàn một trục quay, các đường hàn được thực hiện với độ chính xác cao hơn, tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất. Sự kết nối giữa đồ gá và máy hàn bán tự động tạo thành một hệ thống hàn tự động hoàn chỉnh, đáp ứng nhu cầu hiện đại của ngành công nghiệp.

1.1. Khái niệm và Phân loại Đồ Gá Hàn

Đồ gá hàn là thiết bị công nghệ được sử dụng để định vị, kẹp và giữ cố định chi tiết hàn trong quá trình thực hiện các đường hàn. Phân loại đồ gá hàn có thể theo quy mô sản xuất, khả năng tự động hóa, hoặc trạng thái làm việc của phôi hàn. Đồ gá hàn một trục quay đặc biệt hữu ích cho các chi tiết có hình dạng tròn hoặc trụ, cho phép quay phôi để thực hiện hàn toàn chu vi một cách tự động.

1.2. Tính Cấp Thiết của Đề Tài Nghiên Cứu

Nước ta hiện nay hầu hết các công ty, xí nghiệp vẫn sử dụng đồ gá hàn cơ bản với kết cấu đơn giản. Các đồ gá hiện đại có tính tự động hóa cao chủ yếu được nhập khẩu từ nước ngoài hoặc là liên doanh quốc tế. Do đó, thiết kế và chế tạo đồ gá hàn một trục quay tại Việt Nam là cần thiết để giảm chi phí đầu tư và phát triển công nghiệp hàn trong nước.

II. Thiết Kế Cơ Cấu Cơ Khí của Đồ Gá Hàn

Thiết kế cơ cấu cơ khí đồ gá hàn một trục quay bao gồm nhiều thành phần quan trọng. Khung đồ gá được chế tạo từ vật liệu thép chất lượng cao để đảm bảo độ bền và độ cứng cần thiết. Cơ cấu chuyển động quay phôi được trang bị động cơ điện và hộp giảm tốc để điều khiển tốc độ quay của chi tiết hàn. Cơ cấu chuyển động tịnh tiến của đầu hàn cho phép điều chỉnh vị trí hàn theo chiều dài sản phẩm. Hệ thống nâng hạ đầu hàn sử dụng xi lanh khí nén để thực hiện chuyển động mềm mịn. Toàn bộ thiết kế được tối ưu hóa nhằm đạt hiệu suất cao nhất với chi phí chế tạo hợp lý.

2.1. Chọn Phương Án Thiết Kế Tối Ưu

Phương án thiết kế đồ gá hàn một trục quay được lựa chọn dựa trên các tiêu chí: độ chính xác định vị cao, khả năng tự động hóa tốt, chi phí chế tạo tiết kiệm, và độ bền lâu dài. Có hai phương án chính được xem xét: sử dụng động cơ DC hoặc AC kết hợp với hộp giảm tốc cơ học. Phương án được chọn phải đảm bảo hiệu suất hàn tối ưu cho các loại chi tiết khác nhau.

2.2. Lựa Chọn Vật Liệu và Tính Toán Thiết Kế

Vật liệu chính được sử dụng là thép không gỉ hoặc thép cấu trúc có độ bền cao. Tính toán thiết kế bao gồm kiểm tra độ bền, độ mỏi, và độ biến dạng của các thành phần chịu tải. Động cơ và hộp giảm tốc được chọn dựa trên tải trọng và tốc độ quay yêu cầu. Toàn bộ kết cấu cơ khí được mô phỏng bằng phần mềm CAD/CAM để đảm bảo tính khả thi.

III. Hệ Thống Điều Khiển Tự Động PLC

Hệ thống điều khiển PLC (Programmable Logic Controller) là trái tim của đồ gá hàn tự động. Sử dụng bộ điều khiển PLC CPM2A của Omron cho phép lập trình linh hoạt và có thể mở rộng tính năng. Hệ thống này quản lý các hoạt động: quay phôi, chuyển động tịnh tiến đầu hàn, nâng hạ đầu hàn, và đồng bộ hóa với máy hàn bán tự động. Bảng điều khiển được thiết kế với các nút bấm, đèn báo, và thiết bị an toàn. Các mạch điều khiển riêng biệt được xây dựng cho từng cơ cấu chuyển động, cho phép điều chỉnh độc lập và dễ bảo trì. Cảm biến vị trí (Encoder) được tích hợp để phản hồi vị trí thực tế của các thành phần chuyển động.

3.1. Lựa Chọn và Cấu Trúc Hệ Thống PLC

PLC CPM2A được chọn vì tính ổn định, khả năng mở rộng cao, và hỗ trợ nhiều loại cảm biến. Cấu trúc hệ thống bao gồm: khối PLC trung tâm, bộ nguồn 24V DC, các mô-đun vào/ra số, và các thiết bị ngoại vi. Mỗi cơ cấu chuyển động được kết nối với PLC thông qua mạch dẫn điện chuyên dụng để đảm bảo độ tin cậy cao.

3.2. Thiết Kế Các Mạch Điều Khiển Chuyên Biệt

Ba mạch điều khiển chính được thiết kế riêng biệt: mạch điều khiển quay phôi, mạch điều khiển tịnh tiến đầu hàn, và mạch điều khiển nâng hạ đầu hàn. Mỗi mạch sử dụng rơle, contactor, và các thiết bị bảo vệ phù hợp. Cảm biến từ và Encoder được sử dụng để phản hồi vị trí chính xác. Toàn bộ mạch điều khiển được tối ưu hóa về tiêu thụ điện năng và an toàn.

IV. Lập Trình Điều Khiển và Kết Nối Hệ Thống Hàn

Lập trình điều khiển đồ gá hàn được thực hiện sử dụng phần mềm SYSWIN cho PLC CPM2A. Thuật toán điều khiển được xây dựng dựa trên các bước hành động tuần tự: kẹp phôi, quay phôi, chuyển động hàn, và nâng đầu hàn. Chương trình điều khiển phải đồng bộ hóa hoàn hảo với máy hàn bán tự động để tạo thành hệ thống hàn tự động toàn diện. Các cảm biến Encoder trên trục quay đảm bảo đầu hàn chuyển động đúng vị trí theo yêu cầu. Thuật toán hàn chu vi được lập trình để tự động điều chỉnh tốc độ quay phôi sao cho đường hàn luôn đều đặn. Hệ thống này cho phép kiểm soát chất lượng hàn từ đầu đến cuối quá trình sản xuất.

4.1. Xây Dựng Thuật Toán và Sơ Đồ Điều Khiển

Thuật toán điều khiển được xây dựng theo quy trình: khởi động hệ thống, kẹp chi tiết hàn, bắt đầu quay phôi, cho phép đầu hàn hoạt động, theo dõi vị trí quay bằng Encoder, điều chỉnh tốc độ quay, kết thúc hàn khi quay một vòng đầy đủ. Sơ đồ nối dây được vẽ chi tiết cho từng cơ cấu chuyển động. Các tín hiệu từ cảm biến được xử lý trong PLC để ra quyết định điều khiển.

4.2. Kết Nối với Máy Hàn Bán Tự Động

Kết nối hệ thống giữa đồ gá hàn và máy hàn bán tự động thông qua giao tiếp điều khiển tín hiệu. Máy hàn nhận tín hiệu "bắt đầu hàn" từ PLC khi phôi đã ở vị trí chính xác. Phản hồi từ máy hàn được gửi lại PLC để đồng bộ hóa quá trình quay phôi. Hệ thống này cho phép tự động hóa toàn bộ quy trình hàn, nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất lao động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tỉnh cấp thiết của đề tải ~ Trên thực tế, oé rất nhiều đạng kết câu, chỉ tiết với những đường hàn phúc tạp, biển dạng đặc biết mà nếu đơn thuần người công nhân dù tay ngì ao cũng rất khỏ hoặc không thực hiện dược. Vấn để nảy sẽ dược dỗ gá han thực hiện với nhiệm vu: “Luén dura chỉ tiết hản về vị trí thuận lợi nhất đề thực hiện hàn”. Dùng 46 ga, không những nâng cao chất lượng sân phẩm mà nó củn tung lại nắng suất lao động rất cao.

~ Thiết kế được đỗ gá hàn một trục quay kết nổi với máy han bán tự động sẽ trở thành một hệ thông hản tư động, các đường hàn dược thực hiện với chất lượng, và năng suất rất cao. - Ở nước ta hiện nay, hâu hết tại các công ty, xí nghiệp vẫn đang sử đụng đã ga han cỏ kết cấu dơn giãn. Đỏ gả hiệu dại có tính tự dộng dều nằm trong các nhà máy, công ty nước ngoài hoặc liên doanh với mước ngoài. Bởi vi cho đến nay, đô gá hiện đại có đơn giá rất cao, đôi khi trang đương với thiết bị (robot).

Không những vậy dé ga lai khong để đảng mua ngay được. Đề giải quyết vẫn để nảy chủng ta rất cần có sự đâu tư đáng kế cho công việc nghiên cứu, chế tạo và sử dụng đồ gá han nội địa 3. Mục dích nghiên cửu - Thiết kế hệ thống cơ khi đẻ gia oông gá kẹp chỉ tiết và tiên hành hàn. - Thiết kế hệ thống điểu khiến, phân tích và xây đựng sơ đã khối của hệ thông diểu khiển - Xây đựng thuật toán và viết chương trình điêu khiến cho hệ thông - Sử dụng phần mềm mô phông 8olidworks để xây dựng raô phông các chuyển động trong quá trình hản các chỉ tiết dạng ông theo chu vi va theo đường sinh của ống.

3, Đối Lượng và phạm vi nghiÊn cứu - ĐÃI tượng nghiên cứu: Cac chi tiết bản dạng Ống với các dường hàn theo chủ vị, theo đường sinh hoặc đường xoắn éc. DANH MỤC HÌNH VE linh 1- 1. Rebet kết nỗi với đỗ gả hản trong sắn xuất. Robot kết nổi với đồ gá hản.

Đồ gá han 1 true quay dùng để hàn nói ống với rất bích Hình 1-5. M6 sé dé ga han ty dong —. Robot hàn làm việc với đỗ gá hàn một trục quay. Đồ gá hàn một trục quay A2PB252 - E của OTC DAIHEN Hình 2-1.

So đỗ thiết kế đỏ gã hàn một trục quay. Một số chỉ tiết của đổ gá hàn Hình 2-3. Thông số kỹ thuật ren thang .Trụe vít me Hình 2-6. Chỉ tiết khớp nói trục dộng cơ với trục vit.

Chỉ tiết trục vít me — đai Ôe. àhHnHHHHnuegerưen Hinh 2-8. Chỉ tiết đẫn hướng Hình 2-9. Gói đỡ hai đầu trục vít.

TH hd, Tlinh 2-10. Tắng thể cơ cầu tịnh tiến. Mam cap Hình 2-12. hư Tình 2-13 Kết cầu bệ đy Tình 2-14.

Tâm ga mam ofp Tlinh 2-15, Tầm gá động cơ vả hộp giảm tốc. Một số loại xylanh Th 2-17. Xylanh hàn trượt Hình 2-18. Cơ cầu nâng hạ mỏ hản.

Son server Hinh 3-1. Sơ đỗ khối tổng thế đồ gá han Tình 3-2. Sơ đề động học đổ gả hàn một trục quay. 1Iinh 3-3, LIinh ảnh PL CPM2A.

Tỉnh toán chọn động cơ và hộp giảm tốc - - - 21 2. Thiết kế kết cẩu cơ KHÍ. c sc sets sestc sees H Heo ghưêg 23 2. Thiết kể cơ cầu nâng hạ đấu hàn.

Tình tán chọn xy lanh nâng hạ ẩâu hàn. - 26 BSD ERIE KE HEE CB CO nh cố cố. KET LUAN CHUONG ¥L. CHƯƠNG II.THIẾT KE HE THÔNG ĐIÊU KHIỂN 3.

Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống điều khiển.1 Lý do sử dụng bộ điều khiên khả lập trình PLC.2 Cấu tạo và chức năng các thiếtbị trong hệ thống diều khiển.1 Hộ điều khiẩn lập trình PLC CPM2A. Động cơ lâm việc. TH HH tt HH re 47 3. Thiết kê bảng điều khiển.

Thiết kế cá c mạch điều khiễn.1 Thiết kế mạch diễu khiển quay phôi.2 Thiết kế mạch điều khién tịnh tiên đầu hàn - - - 50 3.3 Thiét ké mach nang ha déu han 51 KET LUAN CHUONG LL. XAY DUNG THUAT TOAN, VIET CHUONG TRINH DIEU KAIEN VA KET NOT VỚI HỆ THÔNG HÀN TỰ ĐỘNG. Giới thiệu về phim mém SYSWIN. Lập trình với SYSWIN.

Thuật toán và lập trình điều khiển dỗ gá.Hải toàn giá tHIẾT,. cu HH me srvel 68 4. Xây dựng thuật loán 68 Tình 3-5. Sơ đỏ đâu nỗi biển tn.

Cảm biên từ Tình 3-8. Cảm biến HYP Hình 3-8, Bncođer. Bản vẽ kích thước Encoder Tình 3-11. Sơ đồ nối đây Encoder Hình 3-12.

Tình 3-14 Bản vẽ động cơ. ca Hinh 3-16 Bảng điều khién Hình 3-17. Thao tác kẹp phổi. Mé han đi xuống Hình 5-3, Quá trình hản.

Kết thúc đường han theo chu vi đường trờn Tỉnh 5-5. Quá trình hàn Hình 5-6. Kết thúc dường hàn theo chu vi đường tròn 4.1 Sơ đã khối thuật toán. Chương tình điều khiễn _ - - lì 'KẾT LUẬN CHƯƠNG TV.

CHƯƠNG VY. MÔ PHONG HOẠT ĐỘNG CUA BO GA HAN MOT TRỤC QUAY. Mé phéng qué trinh han thea chu vi ng 5. Mô phỏng quả trình hản theo đường sinh của ống.

KẾT LUẬN CHƯƠNG V. KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ. Kiến nghị TẢI LIỆU THAM KHẢO. Phạm vì nghiên cứu: Tự động hóa quá trình han dng theo chu vi và theo đường sinh của ổng trên các máy hàn bản tự động MIG/MAG, 4.

Kết câu của luận văn Ngoài phân mở đầu, kết luận và danh mục các tài liệu tham khảo, luận vẫn bao gem 5 chương: Chương I:Tổng quan về dé ga trong lính vực hân Chương TI: Tỉnh toảm, thiếi kết cầu cơ khí của dỗ gá hàn mội. trục quay Chương II: Thiết kế hệ thống điểu khién dé ga Chương TY: Xây dựng thuật toán, viết chương trình điều khiến và kết nói với hệ thống hàn. Chương V: Mô phòng hoạt động của đồ gà hản một trục quay DANH MUC BANG BIEU Bảng 2-1. Thành phần hóa học của thép.

Cơ tính của thép Bang 2-3 Thông số kỹ thuật hộp giâm tốc RV20B. Bảng 2-4 Thông số ren thang hệ mét. Kích thước ố lần Bảng 2- 6. Thông số kỹ thuật hộp giảm tốc RV40E Bang 2-7.

Bang thông số một số mầm cặp. Bang trang thai, chiro ning PLC Bang 3-2. Bang dac diém bé diéu khiên lap trinh PLC. Cac loai bién tan.

Bảng quy định ký hiệu công suất động cơ Bang 3-5. Bang ky hiéu cảm biến. Bảng phân chia các đầu vào:.Bang phân chia các đầu ra: 3. Tỉnh toán chọn động cơ và hộp giảm tốc - - - 21 2.

Thiết kế kết cẩu cơ KHÍ. c sc sets sestc sees H Heo ghưêg 23 2. Thiết kể cơ cầu nâng hạ đấu hàn. Tình tán chọn xy lanh nâng hạ ẩâu hàn.

- 26 BSD ERIE KE HEE CB CO nh cố cố. KET LUAN CHUONG ¥L. CHƯƠNG II.THIẾT KE HE THÔNG ĐIÊU KHIỂN 3. Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống điều khiển.1 Lý do sử dụng bộ điều khiên khả lập trình PLC.2 Cấu tạo và chức năng các thiếtbị trong hệ thống diều khiển.1 Hộ điều khiẩn lập trình PLC CPM2A.

Động cơ lâm việc. TH HH tt HH re 47 3. Thiết kê bảng điều khiển. Thiết kế cá c mạch điều khiễn.1 Thiết kế mạch diễu khiển quay phôi.2 Thiết kế mạch điều khién tịnh tiên đầu hàn - - - 50 3.3 Thiét ké mach nang ha déu han 51 KET LUAN CHUONG LL.

XAY DUNG THUAT TOAN, VIET CHUONG TRINH DIEU KAIEN VA KET NOT VỚI HỆ THÔNG HÀN TỰ ĐỘNG. Giới thiệu về phim mém SYSWIN. Lập trình với SYSWIN. Thuật toán và lập trình điều khiển dỗ gá.Hải toàn giá tHIẾT,.

cu HH me srvel 68 4. Xây dựng thuật loán 68 MỞ ĐẦU 1. Tỉnh cấp thiết của đề tải ~ Trên thực tế, oé rất nhiều đạng kết câu, chỉ tiết với những đường hàn phúc tạp, biển dạng đặc biết mà nếu đơn thuần người công nhân dù tay ngì ao cũng rất khỏ hoặc không thực hiện dược. Vấn để nảy sẽ dược dỗ gá han thực hiện với nhiệm vu: “Luén dura chỉ tiết hản về vị trí thuận lợi nhất đề thực hiện hàn”.

Dùng 46 ga, không những nâng cao chất lượng sân phẩm mà nó củn tung lại nắng suất lao động rất cao. ~ Thiết kế được đỗ gá hàn một trục quay kết nổi với máy han bán tự động sẽ trở thành một hệ thông hản tư động, các đường hàn dược thực hiện với chất lượng, và năng suất rất cao. - Ở nước ta hiện nay, hâu hết tại các công ty, xí nghiệp vẫn đang sử đụng đã ga han cỏ kết cấu dơn giãn. Đỏ gả hiệu dại có tính tự dộng dều nằm trong các nhà máy, công ty nước ngoài hoặc liên doanh với mước ngoài.

Bởi vi cho đến nay, đô gá hiện đại có đơn giá rất cao, đôi khi trang đương với thiết bị (robot). Không những vậy dé ga lai khong để đảng mua ngay được. Đề giải quyết vẫn để nảy chủng ta rất cần có sự đâu tư đáng kế cho công việc nghiên cứu, chế tạo và sử dụng đồ gá han nội địa 3. Mục dích nghiên cửu - Thiết kế hệ thống cơ khi đẻ gia oông gá kẹp chỉ tiết và tiên hành hàn.

- Thiết kế hệ thống điểu khiến, phân tích và xây đựng sơ đã khối của hệ thông diểu khiển - Xây đựng thuật toán và viết chương trình điêu khiến cho hệ thông - Sử dụng phần mềm mô phông 8olidworks để xây dựng raô phông các chuyển động trong quá trình hản các chỉ tiết dạng ông theo chu vi va theo đường sinh của ống. 3, Đối Lượng và phạm vi nghiÊn cứu - ĐÃI tượng nghiên cứu: Cac chi tiết bản dạng Ống với các dường hàn theo chủ vị, theo đường sinh hoặc đường xoắn éc. DANH MUC BANG BIEU Bảng 2-1. Thành phần hóa học của thép.

Cơ tính của thép Bang 2-3 Thông số kỹ thuật hộp giâm tốc RV20B. Bảng 2-4 Thông số ren thang hệ mét. Kích thước ố lần Bảng 2- 6. Thông số kỹ thuật hộp giảm tốc RV40E Bang 2-7.

Bang thông số một số mầm cặp. Bang trang thai, chiro ning PLC Bang 3-2. Bang dac diém bé diéu khiên lap trinh PLC. Cac loai bién tan.

Bảng quy định ký hiệu công suất động cơ Bang 3-5. Bang ky hiéu cảm biến. Bảng phân chia các đầu vào:.Bang phân chia các đầu ra: Phạm vì nghiên cứu: Tự động hóa quá trình han dng theo chu vi và theo đường sinh của ổng trên các máy hàn bản tự động MIG/MAG, 4. Kết câu của luận văn Ngoài phân mở đầu, kết luận và danh mục các tài liệu tham khảo, luận vẫn bao gem 5 chương: Chương I:Tổng quan về dé ga trong lính vực hân Chương TI: Tỉnh toảm, thiếi kết cầu cơ khí của dỗ gá hàn mội.