Luận văn: Thiết kế và điều khiển đồ gá quay hai trục cho robot hàn hồ quang

Khám phá quy trình thiết kế và điều khiển đồ gá quay 2 trục cho robot hàn, tối ưu hóa hiệu suất sản xuất và độ chính xác trong gia công công nghiệp.

• Tác giả: Hồ Quang
• Người hướng dẫn: Nguyễn Tiến Dương
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hàn
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Và Điều Khiển Đồ Gá Quay Hai Trục Kết Nối Với Robot Hàn
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học Kỹ Thuật Cơ Khí
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và tầm quan trọng của đồ gá quay hai trục trong hàn

Đồ gá quay hai trục là một thiết bị cơ khí quan trọng trong lĩnh vực hàn công nghiệp, được thiết kế để định vị và giữ cố định các chi tiết trong quá trình hàn. Hệ thống này cho phép quay và xoay linh hoạt theo hai trục độc lập, giúp các robot hàn tiếp cận các bề mặt phức tạp từ nhiều góc độ khác nhau. Tầm quan trọng của đồ gá quay hai trục nằm ở khả năng nâng cao độ chính xác hàn, tăng năng suất sản xuất và giảm thiểu lỗi hàn. Các chi tiết được giữ cố định đảm bảo chất lượng hàn ổn định, đặc biệt là đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp. Hiện nay, đồ gá quay hai trục kết nối với robot hàn đã trở thành giải pháp tiêu chuẩn trong các nhà máy sản xuất ô tô, tàu thuyền và các ngành công nghiệp cơ khí nặng.

1.1. Định nghĩa và chức năng cơ bản

Đồ gá quay hai trục là hệ thống cơ khí-điện tử cho phép quay theo hai hướng - xoay theo trục ngang và trục dọc. Chức năng chính bao gồm định vị chính xác chi tiết, cung cấp độ cứng cần thiết và cho phép tối ưu hóa góc hàn. Hệ thống này tích hợp các động cơ điều khiển và cảm biến vị trí để đảm bảo độ chính xác cao trong suốt quá trình hàn.

1.2. Ứng dụng trong robot hàn hiện đại

Robot hàn kết nối với đồ gá quay hai trục tạo thành một hệ thống tự động hóa toàn diện. Điều này cho phép tối ưu hóa thời gian hàn, giảm chi phí sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm. Ứng dụng phổ biến trong sản xuất khung gầm ô tô, linh kiện hàng không và cơ khí chính x密.

II. Thiết kế cơ học của đồ gá quay hai trục

Thiết kế đồ gá quay hai trục đòi hỏi sự kết hợp hoàn hảo giữa các nguyên lý cơ học, vật liệu công nghiệp và kỹ thuật chế tạo hiện đại. Hệ thống bao gồm khung cơ bản, hệ thống truyền động và các chi tiết định vị chính xác. Vật liệu chính thường là thép cấu trúc chất lượng cao để đảm bảo độ cứng và khả năng chịu lực lớn. Các chi tiết trục, gối đỡ và khớp nối được thiết kế để chịu được tải trọng động lớn từ quá trình hàn. Sơ đồ nguyên lý của đồ gá cho thấy cách momen xoắn được truyền thông qua hệ thống giảm tốc để tạo ra chuyển động quay chính xác. Các chỉ tiết định vị đóng vai trò căn chỉnh chi tiết với độ chính xác cao, thường đạt dung sai trong vài phần mười milimét.

2.1. Cấu trúc và các thành phần chính

Đồ gá quay hai trục bao gồm: khung cơ bản làm nền tảng, hệ thống trục quay chính và phụ, động cơ giảm tốc Mitsubishi, gối đỡ tiêu chuẩn, khớp nối then và hệ thống kẹp lực. Mỗi thành phần được lựa chọn và tính toán để đảm bảo hiệu suất tối đa và tuổi thọ dài lâu.

2.2. Lựa chọn vật liệu và quy trình chế tạo

Vật liệu được lựa chọn dựa trên tải trọng và điều kiện làm việc. Thép không gỉ được dùng cho chi tiết tiếp xúc trực tiếp, còn thép cấp construction cho khung cơ bản. Quy trình chế tạo bao gồm gia công CNC, cắt laser, hàn và xử lý nhiệt để đạt tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.

III. Hệ thống điều khiển điện và lập trình robot hàn

Hệ thống điều khiển của đồ gá quay hai trục sử dụng biến tần OMRON SYSDRIVE 3G3MV - một thiết bị điều khiển tốc độ động cơ hiện đại. Biến tần này cho phép điều chỉnh tốc độ quay linh hoạt và tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng. Hộp điều khiển được thiết kế với các mạch điều khiển riêng biệt cho mỗi trục quay, đảm bảo tương tác độc lập và control chính xác. Cảm biến vị trí được tích hợp để phản hồi thực tế về góc quay và điều chỉnh theo chương trình. Lập trình điều khiển được thực hiện theo các bước chuẩn bao gồm: khởi tạo hệ thống, thiết lập tham số quay, kết nối với robot hàn, thực hiện chu kỳ hàn và dừng an toàn. Giao diện người dùng cho phép operator điều chỉnh các thông số như tốc độ, góc quay và độ kẹp lực một cách dễ dàng.

3.1. Thành phần điện và biến tần điều khiển

Biến tần OMRON là trái tim của hệ thống điều khiển, cấp điện ba pha cho động cơ điều khiển quay. Bộ gọi điện hiển thị cho phép theo dõi trạng thái hoạt động, đầu nối dây được sắp xếp theo tiêu chuẩn, mạch chính cung cấp năng lượng, còn mạch điều khiển xử lý tín hiệu điều hướng từ hệ thống PLC.

3.2. Quy trình lập trình và tích hợp với robot hàn

Lập trình điều khiển robot hàn bao gồm viết code PLC để điều khiển các động tác quay theo trình tự định trước. Tích hợp với robot hàn yêu cầu đồng bộ hóa tín hiệu giữa hệ thống điều khiển đồ gá và hệ thống robot, đảm bảo quay chi tiết vào vị trí tối ưu trước khi bắt đầu hàn.

IV. Quy trình sản xuất và kiểm tra chất lượng

Quy trình sản xuất đồ gá quay hai trục là một dây chuyền kỹ thuật cao gồm nhiều bước. Đầu tiên, các chi tiết trục được gia công trên máy tiện CNC để đạt dung sai chính xác. Tiếp theo, các chi tiết được cắt trên máy cắt laser fiber CNC để tạo hình dạng đúng. Khoan lỗ được thực hiện để tạo điểm lắp ghép, rồi các chi tiết bảo vệ được hàn để tăng độ bền. Lắp ghép then bằng được thực hiện cẩn thận để truyền momen xoắn hiệu quả. Cuối cùng, sơn và xử lý bề mặt được áp dụng để chống gỉ sét. Kiểm tra chất lượng bao gồm đo lường dung sai, kiểm tra độ cứng kết cấu, thử nghiệm chuyển động quay và kiểm định an toàn trước khi sản phẩm hoàn thiện được giao cho khách hàng.

4.1. Các bước gia công và lắp ráp

Gia công chi tiết trục trên máy tiện vạn năng, cắt CNC laser cho các phần khung, khoan và tapping cho điểm lắp ghép, hàn bảo vệ và lắp ghép then bằng theo kiểu lắp ghép tiêu chuẩn. Mỗi bước được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng cao.

4.2. Tiêu chuẩn kiểm tra và đảm bảo chất lượng

Kiểm tra chất lượng theo tiêu chuẩn ISO bao gồm: đo dung sai hình dạng, kiểm tra độ cứng kết cấu, thử động học quay, kiểm tra độ kẹp lực và thử nghiệm an toàn điện. Sản phẩm hoàn thiện chỉ được chấp nhận khi đạt tất cả tiêu chuẩn kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VỀ ĐÔ GÁ TRONG LĨNH VỰC HAN. Khái niệm về để gá hàn 1. Yêu cầu của đồ gú trong lĩnh vực han. TẦm quan trọng của đồ ga 1.

Phân loại đỗ 4 han:. Các thành phần của đỗ gá.Vật liệu làm đô gá: 1. Các chỉ tiết dịnh vị: 1.1 Khải niệm — phân loại — yêu cẳu. HHu re kHhesesereesee Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận văn thực sỹ Gia công chỉ tiết trục trên máy tiện vạn năng tại Hình 3.17: Trường cao đằng nghề công nghệ cao Hà Nội Hình3.18 | Phối trên máy cắt CNC laser fiber, IBnh 3.19: | Mam quay boàn thiện linh 3.20: | Khoan lỗ trên thanh bắt máy.21: | Hàn chỉ tiết bảo vệ máy.22: | PAdi trên máy cắt CNC laser fiber.23: | ?ấn báo vệ khí hoàn thiện.24: | Hệ thống diều khiển góc nghiêng IDnh3.2§: | Son khung dé gc.36: | Aan quay ion.27; | Mam quay nhé.28: | Sản phẩm hoàn thiện.1: - | Bién tn OMRON SYSDRIVE 3G3MV Hình 42: | Bộ go điện hiển thị Hình 43: | Cấu tạo chưng của biến tấn Hình 44: | Khối đầu nối dây của biên tấn Hình45: | Các đầu day Tinh 4.6: | Cac dau day mạch chính 1nnh 4.7: | Các đầu kết nổi mạch điều khiếm Hinh 4.8: | Ljữi các bộ phận trên hộp điều khiễn Hình 49: | Hép điểu khiển chuyên dộng quay của động cơ Sơ đồ các bước lập trình điều khiến han robot kết nối Hinh Š1: | ¿7p nón để gd xoay Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận vẫn thực sỹ KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ.

Kết luậi ‘TAL LUGU FHAM KHẢO. Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận văn thực sỹ Hình 2.10: | Tấm với điện cue (Contact tip to work Distance) THình 2.11: Sự thay dội hình dạng mắt hàn khi thay dỗi tâm với diện Cực Hình2.12: | Chiểu dài điện cực phía bên ngoài mỏ hàm Khoảng cách làm việc tính từ đầu chụp khí phụ (huộc Himh 2.13: | a0 dang dién han Hình 2.14: | Góc độ mỏ bàn khi bàn đấy Hình 3.1: | Đồ gá bản guay guanh hai trục Hình3.2: | Sơ đồ nguyễn lý của dễ gá hàn hai trục quay Hình3.3: | So dé tée dụng lực lân trục quay Linh 3.4: | Động cơ giớm tốc cốt âm mifsubishi 10(he Hình3.5: | Sơ đồ tác dụng mỏ men xoắn lên trục quay Hình3.Ÿn TLA4070 Linh 3.6: | Sơ để chị: lực trục để Hình3.7: | Bảng thống số tiêu chuẩn gối dỡ.8: | Sơ đồ chụi cục guay Linh 3.9: | Sơ đổ chặt lực thanh đỡ máy Hình3.10: | 3⁄šcất ngang của lắp ghép then bằng Hình 3.11: Sơ đồ kiêu lắp gháp then có định trên trục (al- then dan Tướng (bị Hình 3.12: | So để kiểu lắp ghép then có chiều dai then lon Hình 3.13: | Bản vẽ tổng thể của đỗ gả xoay.14: | Gá lắp và hàn đính.15: | Ađäi sứa hoàn thiện.16: | Đường kính bạn dâu của trục Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận văn thực sỹ Gia công chỉ tiết trục trên máy tiện vạn năng tại Hình 3.17: Trường cao đằng nghề công nghệ cao Hà Nội Hình3.18 | Phối trên máy cắt CNC laser fiber, IBnh 3.19: | Mam quay boàn thiện linh 3.20: | Khoan lỗ trên thanh bắt máy.21: | Hàn chỉ tiết bảo vệ máy.22: | PAdi trên máy cắt CNC laser fiber.23: | ?ấn báo vệ khí hoàn thiện.24: | Hệ thống diều khiển góc nghiêng IDnh3.2§: | Son khung dé gc.36: | Aan quay ion.27; | Mam quay nhé.28: | Sản phẩm hoàn thiện.1: - | Bién tn OMRON SYSDRIVE 3G3MV Hình 42: | Bộ go điện hiển thị Hình 43: | Cấu tạo chưng của biến tấn Hình 44: | Khối đầu nối dây của biên tấn Hình45: | Các đầu day Tinh 4.6: | Cac dau day mạch chính 1nnh 4.7: | Các đầu kết nổi mạch điều khiếm Hinh 4.8: | Ljữi các bộ phận trên hộp điều khiễn Hình 49: | Hép điểu khiển chuyên dộng quay của động cơ Sơ đồ các bước lập trình điều khiến han robot kết nối Hinh Š1: | ¿7p nón để gd xoay Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận văn thực sỹ Gia công chỉ tiết trục trên máy tiện vạn năng tại Hình 3.17: Trường cao đằng nghề công nghệ cao Hà Nội Hình3.18 | Phối trên máy cắt CNC laser fiber, IBnh 3.19: | Mam quay boàn thiện linh 3.20: | Khoan lỗ trên thanh bắt máy.21: | Hàn chỉ tiết bảo vệ máy.22: | PAdi trên máy cắt CNC laser fiber.23: | ?ấn báo vệ khí hoàn thiện.24: | Hệ thống diều khiển góc nghiêng IDnh3.2§: | Son khung dé gc.36: | Aan quay ion.27; | Mam quay nhé.28: | Sản phẩm hoàn thiện.1: - | Bién tn OMRON SYSDRIVE 3G3MV Hình 42: | Bộ go điện hiển thị Hình 43: | Cấu tạo chưng của biến tấn Hình 44: | Khối đầu nối dây của biên tấn Hình45: | Các đầu day Tinh 4.6: | Cac dau day mạch chính 1nnh 4.7: | Các đầu kết nổi mạch điều khiếm Hinh 4.8: | Ljữi các bộ phận trên hộp điều khiễn Hình 49: | Hép điểu khiển chuyên dộng quay của động cơ Sơ đồ các bước lập trình điều khiến han robot kết nối Hinh Š1: | ¿7p nón để gd xoay Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận văn thực sỹ DANH MỤC HÌNH VE STT Nội dung của hình Ghi chú IBnh 1.1: | Dé ga ding dé han cdc chi Hết dạng trục Hình L2: id ae, thi Thi ga hàn tên đáy và đà ngang Hình 13: | Quy cách và sơ đồ hàn mã răng lược Hình L4: ve a hin Kam A để án các đẩm đọc vái tân Hình 1.5: | Đồ gá vạn năng -lap ghép Tinh 1.6: | Đả gá vạn năng - điều chính Tĩnh 1.7: Be ad nn cong đề hàn thing dung ddu — céng ty Tnnh 1.8: | Dé gi han trong lĩnh vực ô tô kết nổi với robot. Hìmh L9: | Phiển ÿ cổ định Hình 1.10: | Phiến ÿ có định loại có rãnh nghiềng Hình 1.1L: | Cöối Ðÿ điều chỉnh Hình2.1: - | Các chuyển động của gue han Hình2.2: | Ji chuyên que hàn theo dường thẳng Iũnh2.3: | Di chuyén que hàn theo đường thăng di lại Tinh 2.4: | 2i chuyên que han theo hình rằng cua Hinh 2.5: | Ji chuyên que han theo hình bản nguyệt Hìmh2.6 | Pi chuyén que han theo hình tam giác xếp nghiêng Hình2.7: - |2i chuyên que hàn theo hình tam giác cân Hinh 2. | Di chuyén que han theo hình tròn Hình2.9: | Di chuyển gue hàn theo hình vòng tròn lệch Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận vẫn thực sỹ KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ.

Kết luậi ‘TAL LUGU FHAM KHẢO. Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận vẫn thực sỹ 7. Các chỉ tiết định vị để gia công mặt phẳng. sexy CHUGONG 2; PUAN TICLE CUUYEN DONG KI DAN HO QUANG VA ANH HUONG CUA GOC NGHIENG M6 HAN DEN CHAT LUGNG MOL HAN 15 2.

Phân tích chuyến động khi han hé quan, 2. Các chuyển động chính của que hản, mó hản,. sexy see dS 2. Cáo phương phap dao dong ofa md han, que hàn 16 2.

Phân tích ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn đến chất lượng mỗi hàn.19 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KE VA CHE TAO KET CAU CO KHI CA ĐÔ GÁ HÀN HAI TRỤC QUAY. Sơ đỗ nguyên lý của dé han hai trục quay. Tính tuán kết cầu cư khí của đỗ gã hàn hai trục quay. Lua chon mim quay "-.

Tỉnh toán trụo đỡ: cesses 3⁄4 3. Tỉnh toàn hựa chọn thanh V đỡ máy:. Tỉnh toán kết cầu khung đỡ máy we 37 3. Tinh toán thiết kế mỗi ghép giữa trục mang mâm quay và động cơ.

Bản thiết kế trước khi chế tạo: 3. Chế tạo kết câu cơ khí của đồ gã hản bai trục quay. Chế tạo mâm quay:.4: Chế tạo thanh đố indy The ~.5: Ghế tạo hộp đỡ máy: _ .45 Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận vẫn thực sỹ KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ. Kết luậi ‘TAL LUGU FHAM KHẢO.

Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận vẫn thực sỹ 7. Các chỉ tiết định vị để gia công mặt phẳng. sexy CHUGONG 2; PUAN TICLE CUUYEN DONG KI DAN HO QUANG VA ANH HUONG CUA GOC NGHIENG M6 HAN DEN CHAT LUGNG MOL HAN 15 2. Phân tích chuyến động khi han hé quan, 2.

Các chuyển động chính của que hản, mó hản,. sexy see dS 2. Cáo phương phap dao dong ofa md han, que hàn 16 2. Phân tích ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn đến chất lượng mỗi hàn.19 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KE VA CHE TAO KET CAU CO KHI CA ĐÔ GÁ HÀN HAI TRỤC QUAY.

Sơ đỗ nguyên lý của dé han hai trục quay. Tính tuán kết cầu cư khí của đỗ gã hàn hai trục quay. Lua chon mim quay "-. Tỉnh toán trụo đỡ: cesses 3⁄4 3.

Tỉnh toàn hựa chọn thanh V đỡ máy:. Tỉnh toán kết cầu khung đỡ máy we 37 3. Tinh toán thiết kế mỗi ghép giữa trục mang mâm quay và động cơ. Bản thiết kế trước khi chế tạo: 3.

Chế tạo kết câu cơ khí của đồ gã hản bai trục quay. Chế tạo mâm quay:.4: Chế tạo thanh đố indy The ~.5: Ghế tạo hộp đỡ máy: _ .45 Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận vẫn thực sỹ KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ. Kết luậi ‘TAL LUGU FHAM KHẢO. Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận văn thực sỹ Hình 2.10: | Tấm với điện cue (Contact tip to work Distance) THình 2.11: Sự thay dội hình dạng mắt hàn khi thay dỗi tâm với diện Cực Hình2.12: | Chiểu dài điện cực phía bên ngoài mỏ hàm Khoảng cách làm việc tính từ đầu chụp khí phụ (huộc Himh 2.13: | a0 dang dién han Hình 2.14: | Góc độ mỏ bàn khi bàn đấy Hình 3.1: | Đồ gá bản guay guanh hai trục Hình3.2: | Sơ đồ nguyễn lý của dễ gá hàn hai trục quay Hình3.3: | So dé tée dụng lực lân trục quay Linh 3.4: | Động cơ giớm tốc cốt âm mifsubishi 10(he Hình3.5: | Sơ đồ tác dụng mỏ men xoắn lên trục quay Hình3.Ÿn TLA4070 Linh 3.6: | Sơ để chị: lực trục để Hình3.7: | Bảng thống số tiêu chuẩn gối dỡ.8: | Sơ đồ chụi cục guay Linh 3.9: | Sơ đổ chặt lực thanh đỡ máy Hình3.10: | 3⁄šcất ngang của lắp ghép then bằng Hình 3.11: Sơ đồ kiêu lắp gháp then có định trên trục (al- then dan Tướng (bị Hình 3.12: | So để kiểu lắp ghép then có chiều dai then lon Hình 3.13: | Bản vẽ tổng thể của đỗ gả xoay.14: | Gá lắp và hàn đính.15: | Ađäi sứa hoàn thiện.16: | Đường kính bạn dâu của trục Đại Hạc Bách Khoa Hà Nội Luận vẫn thực sỹ 3.6: Chẻ tạo tắm báo vệ máy: 3.7: Chế Iạo hệ thống điều chỉnh trục quay + mâm quay nghiêng mội góc ơ.

Sơn hoàn thiện các chỉ tiết: 7 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ CIIÉ TẠO TIE TIONG DIEU KITIÈN ĐỎ GÁS0 4. Thiết kế hệ thống điều khiển đỗ gà.