Nghiên Cứu, Thiết Kế và Mô Phỏng Hoạt Động Của Đồ Gá Quay Hai Trục Dùng Cho Robot

Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hoạt động của đồ gá quay hai trụ dùng cho robot, tối ưu hóa hiệu suất và ứng dụng trong công nghiệp.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Phú
• Người hướng dẫn: PGS.TS Bùi Văn Hạnh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Mô Phỏng Hoạt Động Của Đồ Gá Quay Hai Trục Dùng Cho Robot
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ GÁ HÀN
• 1.1. Nhiệm vụ của đồ gá hàn
• 1.2. Đặc điểm của đồ gá hàn so với đồ gá gia công cắt gọt
• 1.3. Các loại đồ gá hàn
• 1.4. Đồ gá dùng cho robot hàn
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỒ GÁ HAI TRỤC QUAY
• 2.1. Thông số đầu vào và hướng thiết kế đồ gá
• 2.2. Tính toán, lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc cho đồ gá
• 2.2.1. Cơ sở lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc
• 2.2.2. Tính chọn động cơ và hộp giảm tốc cho trục 2
• 2.2.3. Tính toán chọn động cơ và hộp giảm tốc cho trục 1
• 2.3. Tính toán, thiết kế trục của đồ gá
• 2.3.1. Tính toán thiết kế trục 2
• 2.3.2. Tính toán thiết kế trục 1
• 2.4. Tính chọn ổ lăn cho các trục của đồ gá
• 2.4.1. Tính chọn ổ lăn cho trục 2
• 2.4.2. Tính chọn ổ lăn cho trục 1
• 2.5. Thiết kế các chi tiết của đồ gá
• 2.6. Kết luận về chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 3.1. Yêu cầu điều khiển đồ gá
• 3.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển
• 3.2.1. Card điều khiển vị trí PCI-1202U-AE (Master Card)
• 3.2.2. Module điều khiển động cơ AMAX-2243/YS2-AE (Slave Card)
• 3.2.3. Bo mạch giao tiếp (Interface Board)
• 3.2.4. Hộp vận hành bằng tay
• 3.2.5. Hệ truyền động xoay chiều servo
• 3.2.6. Ghép nối máy tính PC và card PCI-1202U-AE
• 3.2.7. Ghép nối ADAM-3940 và bộ điều khiển động cơ SGDV
• 3.2.8. Ghép nối bảng điều khiển cầm tay (handheld control panel) và bộ điều khiển PCI-1202U-AE
• 3.2.9. Kết cấu lắp tủ điều khiển
• 4. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỒ GÁ QUAY HAI TRỤC
• 4.1. Giới thiệu phần mềm mô phỏng Proengineer
• 4.1.1. Giao diện phần mềm Proengineer
• 4.1.2. Chức năng thiết kế chi tiết
• 4.1.3. Chức năng lắp ráp chi tiết
• 4.2. Mô phỏng quá trình hoạt động
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Đồ Gá Quay Hai Trục Dùng Cho Robot

Nghiên cứu và thiết kế đồ gá quay hai trục cho robot là một lĩnh vực quan trọng trong công nghiệp chế tạo máy. Đồ gá này không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong sản xuất đang trở thành xu hướng tất yếu, đặc biệt trong lĩnh vực hàn. Đồ gá quay hai trục giúp đơn giản hóa quá trình hàn, giảm thiểu sai sót và tăng cường độ chính xác.

1.1. Ứng dụng của Đồ Gá Quay Hai Trục trong Robot

Đồ gá quay hai trục được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hàn tự động. Chúng giúp robot thực hiện các thao tác hàn ở những vị trí khó khăn mà không cần sự can thiệp của con người. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao chất lượng mối hàn.

1.2. Lợi ích của Việc Nghiên Cứu Đồ Gá Quay Hai Trục

Việc nghiên cứu đồ gá quay hai trục mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp. Nó giúp giảm chi phí sản xuất, tăng cường khả năng cạnh tranh và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về chất lượng sản phẩm trong thị trường.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Thiết Kế Đồ Gá Quay Hai Trục

Thiết kế đồ gá quay hai trục gặp phải nhiều thách thức, từ việc lựa chọn vật liệu đến tính toán động lực học. Các vấn đề như độ chính xác, khả năng chịu tải và độ bền của thiết bị cần được xem xét kỹ lưỡng. Đặc biệt, việc tối ưu hóa thiết kế để giảm chi phí sản xuất mà vẫn đảm bảo chất lượng là một thách thức lớn.

2.1. Các Thách Thức Kỹ Thuật Trong Thiết Kế

Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo độ chính xác trong quá trình hàn. Đồ gá cần phải được thiết kế sao cho có thể chịu được tải trọng lớn mà không bị biến dạng. Điều này đòi hỏi sự tính toán kỹ lưỡng và lựa chọn vật liệu phù hợp.

2.2. Chi Phí và Tính Kinh Tế Trong Thiết Kế

Chi phí sản xuất đồ gá quay hai trục là một yếu tố quan trọng. Việc lựa chọn các linh kiện và vật liệu có giá thành hợp lý nhưng vẫn đảm bảo chất lượng là một thách thức lớn. Cần có các giải pháp tối ưu hóa thiết kế để giảm thiểu chi phí mà không làm giảm hiệu suất.

III. Phương Pháp Thiết Kế Đồ Gá Quay Hai Trục Hiệu Quả

Để thiết kế đồ gá quay hai trục hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp hiện đại trong kỹ thuật chế tạo. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng và thiết kế 3D giúp tối ưu hóa kết cấu và giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất. Các phương pháp này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác của sản phẩm.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Mô Phỏng Trong Thiết Kế

Phần mềm mô phỏng như Proengineer cho phép thiết kế và kiểm tra các chi tiết cơ khí trước khi sản xuất. Điều này giúp phát hiện sớm các vấn đề và điều chỉnh thiết kế cho phù hợp.

3.2. Tối Ưu Hóa Kết Cấu Đồ Gá

Tối ưu hóa kết cấu đồ gá là một bước quan trọng trong thiết kế. Cần xem xét các yếu tố như tải trọng, độ bền và khả năng chịu lực để đảm bảo đồ gá hoạt động hiệu quả trong thực tế.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Đồ Gá Quay Hai Trục

Đồ gá quay hai trục đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành công nghiệp hàn. Việc sử dụng đồ gá này giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất. Các công ty đã ghi nhận sự cải thiện rõ rệt trong quy trình sản xuất khi áp dụng công nghệ này.

4.1. Cải Thiện Năng Suất Sản Xuất

Việc sử dụng đồ gá quay hai trục giúp tăng cường năng suất sản xuất. Robot có thể thực hiện các thao tác hàn nhanh chóng và chính xác hơn, từ đó giảm thiểu thời gian chết trong quy trình sản xuất.

4.2. Tăng Cường Chất Lượng Sản Phẩm

Chất lượng sản phẩm được nâng cao nhờ vào độ chính xác của đồ gá. Các mối hàn được thực hiện một cách đồng đều và chính xác, giảm thiểu sai sót và lỗi trong sản phẩm cuối cùng.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Đồ Gá Quay Hai Trục

Nghiên cứu và thiết kế đồ gá quay hai trục là một bước tiến quan trọng trong công nghiệp chế tạo máy. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và ứng dụng mới, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ

Công nghệ đồ gá quay hai trục sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các vật liệu mới và công nghệ chế tạo tiên tiến. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp chế tạo máy.

5.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Liên Tục

Nghiên cứu liên tục trong lĩnh vực này là rất quan trọng để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí sản xuất. Các nhà nghiên cứu cần tập trung vào việc phát triển các giải pháp sáng tạo để nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và xu thế tự động hóa trong sản xuất công nghiệp, việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trở thành yêu cầu cấp thiết. Đặc biệt, trong lĩnh vực hàn công nghiệp, nhu cầu sử dụng robot hàn ngày càng tăng nhằm giảm sức lao động thủ công và cải thiện điều kiện làm việc. Tuy nhiên, các kết cấu hàn phức tạp đòi hỏi thiết kế đồ gá phù hợp để đảm bảo vị trí hàn chính xác, thuận tiện cho việc lập trình robot và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Luận văn tập trung nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng hoạt động của đồ gá quay hai trục dùng cho robot hàn, nhằm mở rộng phạm vi công nghệ và thay thế các thiết bị nhập khẩu có giá thành cao. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế kết cấu cơ khí, lựa chọn bộ truyền động, thiết kế hệ thống điều khiển và mô phỏng hoạt động đồ gá trong điều kiện sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ. Thời gian nghiên cứu tập trung vào năm 2013 tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Việc phát triển đồ gá quay hai trục giúp đơn giản hóa vị trí hàn phức tạp, giảm thời gian lập trình robot, nâng cao năng suất và chất lượng mối hàn. Đây là giải pháp thiết thực, phù hợp với điều kiện kinh tế hiện nay, góp phần thúc đẩy tự động hóa trong ngành chế tạo máy và công nghiệp hàn tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật sau:

• Nguyên lý thiết kế đồ gá hàn: Đảm bảo độ cứng vững, chống biến dạng do nhiệt, định vị và kẹp chặt chi tiết hàn chính xác, giảm sai số vị trí và nâng cao chất lượng sản phẩm.
• Mô hình truyền động servo và hộp giảm tốc bánh răng hành tinh: Lựa chọn động cơ servo xoay chiều và hộp giảm tốc bánh răng hành tinh để đạt độ chính xác cao, phù hợp với yêu cầu vận hành của robot hàn.
• Tính toán mômen xoắn và mômen quán tính: Xác định các mômen tác dụng lên trục quay, bao gồm mômen do tải trọng lệch tâm, mômen quán tính và mômen cản nhớt, từ đó thiết kế trục và lựa chọn thiết bị truyền động phù hợp.
• Hệ thống điều khiển số: Ứng dụng kỹ thuật điều khiển số với card điều khiển PCI-1202U-AE, module điều khiển động cơ AMAX-2243/YS2-AE, và phần mềm điều khiển viết bằng ngôn ngữ C# để đồng bộ hoạt động đồ gá với robot.

Các khái niệm chính bao gồm: mômen xoắn lớn nhất, tỷ số truyền hộp giảm tốc, mômen quán tính, hiệu suất truyền động, và hệ số an toàn trong thiết kế cơ khí.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp thực tiễn và lý thuyết:

• Thu thập dữ liệu: Nghiên cứu các mô hình thiết bị hàn tự động của các hãng trên thế giới, tổng hợp ý kiến chuyên gia trong lĩnh vực hàn, tự động hóa và chế tạo cơ khí.
• Phân tích kỹ thuật: Tính toán chọn động cơ servo và hộp giảm tốc dựa trên các thông số kỹ thuật, mômen xoắn, tốc độ quay, và chu trình tải trọng.
• Thiết kế cơ khí: Sử dụng phần mềm Autocad để xây dựng bản vẽ chi tiết 2D và phần mềm Proengineer để thiết kế 3D chi tiết cơ khí, mô phỏng hoạt động của đồ gá.
• Mô phỏng hoạt động: Mô phỏng quá trình quay hai trục của đồ gá nhằm kiểm tra tính khả thi và hiệu quả vận hành.
• Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu tập trung trên thiết kế một mô hình đồ gá quay hai trục hoàn chỉnh, thực hiện trong khoảng thời gian năm 2013.

Phương pháp phân tích chủ yếu dựa trên tính toán kỹ thuật, mô phỏng phần mềm và kiểm tra thực nghiệm thông số kỹ thuật thiết bị.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế kết cấu cơ khí đồ gá hai trục quay:

   • Phạm vi góc quay mỗi trục là ±360°, tốc độ tối đa trục 1 là 12 vòng/phút, trục 2 là 14 vòng/phút.
   • Tải trọng có ích lên đến 120 kg với chi tiết trụ thép ∅350x150 mm.
   • Đường kính trục 2 được chọn là 55 mm, trục 1 là 60 mm để đảm bảo độ bền và thuận tiện chế tạo.

2. Lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc:

   • Động cơ servo YASKAWA SGMAV-08A (0,75 kW) cho trục 2 với mômen xoắn lớn nhất 2,29 N.m, tốc độ 3000 vòng/phút.
   • Hộp giảm tốc bánh răng hành tinh KUKEN NN120F-225 với tỷ số truyền 225, mômen định mức đầu ra 240 N.m, mômen lớn nhất 480 N.m.
   • Động cơ YASKAWA SGMAV-10A (1 kW) cho trục 1 với mômen lớn nhất 3,64 N.m, tốc độ 3000 vòng/phút.
   • Hộp giảm tốc KUKEN NN120F-400 với tỷ số truyền 400, mômen định mức 450 N.m, mômen lớn nhất 900 N.m.

3. Mô phỏng hoạt động:

   • Mô phỏng bằng phần mềm Proengineer cho thấy đồ gá hoạt động ổn định, đồng bộ với robot hàn, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về góc quay và tốc độ.
   • Chu trình tải trọng được thiết kế với thời gian tăng tốc 0,15 s, vận tốc không đổi 360 s, giảm tốc 0,15 s, dừng 1 s, đảm bảo vận hành liên tục và ổn định.

4. Hệ thống điều khiển:

   • Sử dụng card điều khiển PCI-1202U-AE và module AMAX-2243/YS2-AE, phần mềm điều khiển viết bằng C# với giao diện tiếng Việt và tiếng Anh.
   • Hệ thống điều khiển cho phép đồng bộ hoạt động đồ gá với robot, nâng cao hiệu quả tự động hóa.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc thiết kế đồ gá quay hai trục với các thông số kỹ thuật phù hợp giúp mở rộng phạm vi công nghệ của robot hàn, giảm chi phí nhập khẩu thiết bị ngoại và nâng cao năng suất sản xuất. So với các nghiên cứu trước đây chỉ thiết kế đồ gá đơn giản, không kết nối đồng bộ với robot, luận văn đã phát triển hệ thống điều khiển tích hợp, mô phỏng hoạt động chi tiết, đảm bảo tính ứng dụng thực tiễn cao.

Việc lựa chọn động cơ servo và hộp giảm tốc bánh răng hành tinh của các hãng uy tín như YASKAWA và KUKEN vừa đảm bảo chất lượng vừa phù hợp với điều kiện kinh tế sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ. Các số liệu mômen xoắn, tốc độ quay và hệ số an toàn được tính toán kỹ lưỡng, đảm bảo độ bền và độ chính xác trong vận hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ mômen xoắn theo thời gian, biểu đồ vận tốc quay trục, và bảng thông số kỹ thuật động cơ, hộp giảm tốc để minh họa rõ ràng hiệu quả thiết kế. Kết quả này góp phần thúc đẩy ứng dụng tự động hóa trong ngành chế tạo máy và hàn công nghiệp tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai sản xuất thử nghiệm đồ gá quay hai trục

   • Thực hiện chế tạo mẫu đồ gá theo thiết kế đã mô phỏng, kiểm tra thực tế hiệu suất và độ bền.
   • Mục tiêu: Đánh giá khả năng ứng dụng trong dây chuyền robot hàn.
   • Thời gian: 6-12 tháng.
   • Chủ thể: Các doanh nghiệp chế tạo máy và trung tâm nghiên cứu ứng dụng.

2. Phát triển hệ thống điều khiển tích hợp nâng cao

   • Nâng cấp phần mềm điều khiển, tích hợp thêm các cảm biến để tự động điều chỉnh vị trí và tốc độ quay.
   • Mục tiêu: Tăng độ chính xác và linh hoạt trong vận hành.
   • Thời gian: 12 tháng.
   • Chủ thể: Các nhóm nghiên cứu công nghệ điều khiển và tự động hóa.

3. Đào tạo kỹ thuật viên vận hành và bảo trì

   • Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành, bảo trì đồ gá quay hai trục và hệ thống điều khiển.
   • Mục tiêu: Đảm bảo vận hành ổn định, kéo dài tuổi thọ thiết bị.
   • Thời gian: Liên tục theo nhu cầu.
   • Chủ thể: Các trường đại học kỹ thuật và doanh nghiệp sản xuất.

4. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng đồ gá quay đa trục

   • Nghiên cứu phát triển đồ gá quay ba trục hoặc đa trục để đáp ứng các kết cấu hàn phức tạp hơn.
   • Mục tiêu: Tăng khả năng tự động hóa và phạm vi ứng dụng robot hàn.
   • Thời gian: 2-3 năm.
   • Chủ thể: Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành cơ khí.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp sản xuất cơ khí và hàn tự động

   • Lợi ích: Áp dụng thiết kế đồ gá quay hai trục để nâng cao năng suất, giảm chi phí nhập khẩu thiết bị.
   • Use case: Tích hợp đồ gá vào dây chuyền robot hàn ô tô, xe máy.

2. Các trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ tự động hóa

   • Lợi ích: Tham khảo phương pháp thiết kế, tính toán kỹ thuật và mô phỏng hoạt động đồ gá.
   • Use case: Phát triển các giải pháp tự động hóa trong sản xuất cơ khí.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật chế tạo máy, tự động hóa

   • Lợi ích: Tài liệu tham khảo thực tiễn về thiết kế cơ khí, truyền động và điều khiển số.
   • Use case: Nghiên cứu, học tập và phát triển đề tài liên quan.

4. Nhà cung cấp thiết bị động cơ servo và hộp giảm tốc

   • Lợi ích: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và ứng dụng thực tế để cải tiến sản phẩm phù hợp hơn.
   • Use case: Tư vấn kỹ thuật và phát triển sản phẩm mới cho thị trường Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ gá quay hai trục có ưu điểm gì so với đồ gá cố định?
   Đồ gá quay hai trục giúp đơn giản hóa vị trí hàn phức tạp, giảm thời gian lập trình robot, nâng cao năng suất và chất lượng mối hàn. Ví dụ, trong sản xuất khung xe máy, đồ gá quay giúp robot tiếp cận các vị trí khó dễ dàng hơn.

2. Tại sao chọn động cơ servo và hộp giảm tốc bánh răng hành tinh?
   Động cơ servo cung cấp độ chính xác cao về vị trí và tốc độ, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh có hiệu suất truyền động tốt và kích thước nhỏ gọn, phù hợp với yêu cầu vận hành đồ gá quay.

3. Phần mềm nào được sử dụng để thiết kế và mô phỏng đồ gá?
   Phần mềm Autocad được dùng để xây dựng bản vẽ kỹ thuật 2D, Proengineer dùng để thiết kế 3D chi tiết cơ khí và mô phỏng hoạt động của đồ gá.

4. Hệ thống điều khiển đồ gá hoạt động như thế nào?
   Hệ thống sử dụng card điều khiển PCI-1202U-AE và module AMAX-2243/YS2-AE, phần mềm điều khiển viết bằng C# cho phép đồng bộ hoạt động đồ gá với robot, điều chỉnh vị trí và tốc độ quay chính xác.

5. Làm thế nào để đảm bảo độ bền và an toàn khi thiết kế trục quay?
   Thiết kế trục dựa trên tính toán mômen xoắn lớn nhất, mômen quán tính, chọn vật liệu thép C45 với hệ số an toàn phù hợp, đồng thời kiểm tra ứng suất xoắn và uốn để đảm bảo độ bền và độ cứng vững.

Kết luận

• Đã thiết kế thành công mô hình đồ gá quay hai trục phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và điều kiện sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ.
• Lựa chọn và tính toán chính xác động cơ servo và hộp giảm tốc bánh răng hành tinh đảm bảo hiệu suất và độ bền thiết bị.
• Xây dựng hệ thống điều khiển đồng bộ, tích hợp với robot hàn, nâng cao hiệu quả tự động hóa.
• Mô phỏng hoạt động bằng phần mềm Proengineer chứng minh tính khả thi và ổn định của thiết kế.
• Đề xuất các giải pháp triển khai sản xuất thử nghiệm, nâng cấp hệ thống điều khiển và đào tạo kỹ thuật viên để ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Tiếp theo, cần tiến hành chế tạo mẫu thử nghiệm và đánh giá hiệu quả thực tế để hoàn thiện sản phẩm. Mời các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu quan tâm hợp tác phát triển ứng dụng đồ gá quay hai trục trong robot hàn công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỒ GÁ HÀN 1.1 Nhiệm vụ của đồ gá hàn - Đảm bảo độ cứng vững để chống lại biến dạng. Làm giảm biến dạng cục bộ do nung nóng và co ngót của kim loại nóng chảy và kết tinh. - Đảm bảo thuận lợi cho quá trình gá đặt theo cữ định trước làm cho việc gá đặt nhanh chóng. Thuận tiện cho thao tác của công nhân trở nên đơn giản,không ảnh hưởng đến động tác tại mọi vị trí.

- Đảm bảo kích thước như bản vẽ. - Tránh sai sót vị trí của chi tiết. Nhờ có đồ gá, chất lượng kết cấu đảm bảo về mặt hình dạng kích thước,tăng năng suất, giảm thao tác phụ, động tác của công nhân được đơn giản hoá, chỉ cần cho phôi hàn vào những vị trí đã được định trước rồi tiến hành kẹp chặt là có thể hàn được, đồ gá đảm bảo những yêu cầu của kết cấu sẽ cho ra những sản phẩm chính xác, chất lượng cao, công nhân làm việc có năng suất cao. Nâng cao năng suất và độ chính xác gia công vì vị trí của chi tiết so với máy đã được xác định bằng các đồ gá định vị, không phải rà gá mất nhiều thời gian.

Độ chính xác gia công được đảm bảo nhờ phương án chọn chuẩn, độ chính xác của đồ gá và đặc biệt là không phụ thuộc vào tay nghề công nhân. Mở rộng khả năng công nghệ của thiết bị. Đồ gá giúp cho việc thực hiện nguyên công khó mà nếu không có đồ gá thì khó hoặc không thể thực hiện được. Giảm nhẹ sự căng thẳng và cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, không cần sử dụng thợ bậc cao.2 Đặc điểm của đồ gá hàn so với đồ gá gia công cắt gọt - Giống nhau: Đồ gá hàn và đồ gá gia công cắt gọt đều làm việc dựa trên nguyên tắc định vị và kẹp chặt.

Nhằm đảm bảo cho chính xác các vị trí hay bề mặt gia công. - Khác nhau: Đồ gá gia công cắt gọt được định vị theo nguyên tắc 6 điểm. Tuy nhiên với đồ gá hàn, do ảnh hưởng của việc biến dạng do nhiệt. Nên trong phần lớn các 13 trường hợp, việc gá kẹp chi tiết đều đưa về bậc siêu tĩnh để tránh cho kết cấu bị biến dạng.

Đồ gá gia công cắt gọt chủ yếu chỉ phục vụ gia công cho một chi tiết cụ thể. Tuy nhiên, trong khi hàn một chi tiết hoặc một kết cấu nào đó, đồ gá hàn sử dụng nhiều và phức tạp hơn. Đồ gá hàn dựa trên nguyên lý định vị và kẹp chặt, nhưng đa dạng và phong phú hơn so với đồ gá gia công cắt gọt. Đồ gá hàn có thể cho từng liên kết hoặc nhiều liên kết cùng một lúc.

Chúng phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của liên kết hàn.3 Các loại đồ gá hàn a) Đồ gá hàn thủ công + Đặc điểm: Đơn giản, dễ chế tạo, ứng dụng trong các kết cấu phức tạp, và trong sản xuất nhỏ lẻ. + Đây là các loại đồ gá hàn phổ biến hiện nay. Các đồ gá này được chế tạo dựa trên các yêu cầu gá lắp, định vị, kẹp trong khi hàn và mang tính tự chế nhiều. Có rất nhiều loại đồ gá được chế tạo được chế tạo trực tiếp bằng phương pháp hàn.

Chúng được “ hệt” trực tiếp trên kết cấu để đảm bảo gá kẹp.1 Đồ gá hàn thủ công 14 Ưu điểm: Giá thành chế tạo của các loại đồ gá này thấp,không dòi hỏi các chi tiết chế tạo phức tạp. + Ứng trong một số kết cấu phức tạp mà không thể sử dụng các thiết bị định hình hay tự động. Nhược điểm: Không đảm bảo độ chính xác, có thể chỉ sử dụng được một lần theo hình dạng của liên kết hay kết cấu đặc thù riêng. Các loại đồ gá này chỉ phục vụ cho sản xuất nhỏ lẻ và đơn chiếc.

Người thợ mất nhiều thời gian gá lắp, điều đó dẫn đến năng suất hàn thấp, chất lượng sản phẩm không cao, giảm tính cạnh tranh. b)Đồ gá hàn bán tự động Ưu điểm + Nâng cao được độ chính xác gá lắp, và nâng cao năng suất, tăng tính cạnh tranh của sản phẩm. Nhược điểm: + Vẫn cần có sự tham gia của con người, năng suất chất lượng mới chỉ được nâng lên. Đồ gá quay một trục ứng dụng trong hàn ống c) Đồ gá hàn tự động: Nhằm định vị chính xác vị trí và kẹp chặt kết cấu khi hàn.

Do đó đảm bảo được độ chính xác của kết cấu. Có thể đưa vào sản xuất hàng loạt, nhờ đó nâng cao chất lượng và tăng tính cạnh tranh của sản phẩm. Mục đích của đồ gá ngoài việc định vị, kẹp chặt chống biến dạng còn đưa kết cấu về vị trí dễ dàng thực hiện hàn hơn. Nên chất lượng liên kết hàn và năng suất hàn được tăng lên rõ rệt.

Một số đồ gá hàn tự động 1.3 Xu hướng thiết kế chế tạo đồ gá hiện nay. Hiện nay các các sản phẩm cơ khí ngày càng phát triển đa dạng, phong phú. Vì vậy yêu cầu sản phẩm phải có tính cạnh tranh cao. Các sản phẩm của ngành hàn ngày càng chiếm tỷ trọng lớn hơn.

Vì vậy mà đồ gá tự động đang được nghiên cứu chế tạo và ứng dụng ngày càng nhiều. Nhiều loại đồ gá tự động được chế tạo, nhờ đó mà giá trị sản xuất và chất lượng sản phẩm tăng cao. Trong sản xuất hàn, do có những sản phẩm đòi hỏi cao về chất lượng nên phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của người công nhân. Nhà sản xuất đã bắt đầu thay thế bằng việc tự động hóa sản xuất.

Để đáp ứng được quá trình tự động đó thì trang 16 thiết bị, đồ gá phải được tự động hóa. Vì vậy đồ gá tự động đang là xu hướng ứng dụng mới trong sản xuất hiện nay 1.4 Đồ gá dùng cho robot hàn. - Trên thế giới hiện nay đồ gá dùng cho robot rất đa dạng, tuy nhiên đặc điểm chung của chúng thì chia ra làm hai dạng cơ bản: Đồ gá di trượt và đồ gá quay. - Mục đích của các loại đồ gá này đều mở rộng phạm vi công nghệ của robot với các kết cấu phức tạp.

+ Đồ gá di trượt: là dạng đồ gá mang robot trượt trên ray để hàn được các kết cấu có chiều dài lớn mà phạm vi robot không với tới được. Đồ gá di trượt dùng cho robot + Đồ gá quay: Vai trò của đồ gá là đưa các liên kết hàn ở những vị trí khó mà khi robot làm việc khó có thể với tới được. Làm giảm thời gian lập trình, năng suất chất lượng hàn cao lên.5 Đồ gá quay dùng cho robot 17 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA ĐỒ GÁ HAI TRỤC QUAY 2.1 Thông số đầu vào và hướng thiết kế đồ gá.  Thông số đầu vào.

- Phạm vi góc quay các trục: ±3600 - Số trục quay: 02 - Tải trọng có ích: 120kg (trụ thép tròn có kích thước ∅350x150). - Tốc độ tối đa: trục 1 là 12vòng/phút và trục 2 là 14 vòng/phút - Dẫn động: động cơ servo xoay chiều, - Truyền động: Hộp giảm tốc bánh răng hành tinh. - Quy mô sản xuất: Đơn chiếc và loạt nhỏ.  Hướng thiết kế đồ gá.

Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều hãng thiết kế, chế tạo đồ gá hai trục quay với hình dáng và kết cấu khác nhau. Tuy nhiên kết cấu đồ gá gồm hai trục quay bố trí vuông góc nhau là phù hợp nhất với robot. Phạm vi góc quay của mỗi trục là 0- Hình 2. Mô hình thiết kế sơ bộ của đồ gá 3600, được dẫn động bởi động cơ 1.

Động cơ giảm tốc nối với trục 1 servo. Do yêu cầu về điều khiển vận 3. Trục quay 1(Ụ quay hàn nối với trục tốc, mô men và điều khiển vị trí nên và nối với trục động cơ) ứng dụng động cơ AC servo trong 4. Động cơ giảm tốc nối với trục 2 hệ thống truyền động, kết hợp với 5.

Bàn quay hộp giảm tốc bánh răng hành tinh 7. Ổ lăn đỡ hai đầu trục 1 với độ chính xác định vị cao. Về hệ 18 thống điều khiển sử dụng một máy tính và card PCI; sử dụng phần mềm điều khiển được viết bằng ngôn ngữ C# với giao diện có thể lựa chọn bằng tiếng việt hoặc tiếng anh. Đồ gá được kết nối và hoạt động đồng bộ cùng với robot.2 Tính toán, lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc cho đồ gá.1 Cơ sở lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc Việc nghiên cứu thiết kế đồ gá cho sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ, nên bên cạnh chất lượng của sản phẩm thì giá thành hạ là yếu tố được quan tâm.

Ta lựa chọn động cơ servo và hộp giảm tốc bánh răng hành tinh với độ chính xác cao. Trên thế giới hiện nay có rất nhiều hãng cung cấp động cơ và hộp giảm tốc, tuy nhiên do yêu cầu về giá thành, nên ta sử dụng động cơ của hãng YASKAWA( Nhật bản), và hộp giảm tốc của hãng KUKEN(Trung quốc). Giá thành của các hãng này phải chăng và được chấp nhận. Chất lượng của động cơ các hãng của Nhật luôn có uy tín cao.

Đầu ra của hộp giảm tốc được gắn liền với trục quay của đồ gá.Động cơ servo của hãng YASKAWA b. Hộp giảm tốc của hãng KUKEN 19 2.2 Tính chọn động cơ và hộp giảm tốc cho trục 2  Xác định các điều kiện đầu vào. - Giới hạn góc quay của bàn quay là ± 3600 - Vận tốc đầu ra của trục 2 là 14 (vòng/phút) - Khoảng lệch tâm lớn nhất tính từ tâm phôi đến bàn gá phôi là 100(mm) - Phôi có dạng trụ tròn đặc bằng thép có kích thước ∅350x150 (mm) 120kg) - Chu trình làm việc: 70%  Sơ đồ kế cấu của trục 2 Sơ đồ động học của trục 2 được mô tả như trên hình 2.3 Sơ đồ động học của trục 2 1: Động cơ servo 5. Ổ lăn 2: Hộp giảm tốc nối với động cơ 6: Vật hàn 3: Trục quay nối trục động cơ với bàn quay a: Khoảng lệch tâm lớn nhất 4: Đĩa quay 20  Chu trình tải trọng - Thời gian tăng tốc: t 1 = 0,15s - Thời gian vận tốc không đổi: t 2 = 10÷360s ; Chọn t 2 = 360s - Thời gian giảm tốc: t 3 = 0,15s - Thời gian dừng: t 4 = 1s - Tổng thời gian quay: t 5 = t 1 + t 2 +t 3 = 361,3s Hình 2.

Chu trình tải trọng  Tính toán và chọn hộp giảm tốc cho trục 2. Ta tính toán chọn hộp giảm tốc trên cơ sở chọn một loại hộp giảm tốc ứng với loại động cơ cần chọn, sau đó tính toán và kiểm nghiệm.