Thiết kế và chế tạo máy hàn tự động tại HCMUTE

LỜI CAM KẾT

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1. Đối tượng nghiên cứu

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu

1.5. Phương pháp nghiên cứu

1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. Đặc điểm của đối tượng thực hiện trong đồ án

2.2. Khái niệm về hàn và các phương pháp hàn

2.2.1. Hàn gió đá (còn gọi là Hàn khí)

2.2.2. Hàn hồ quang điện (arc welding)

2.2.3. Hàn hồ quang dưới khí bảo vệ T.G (Tungsten inert gas)

2.2.4. Hàn hồ quang dưới khí bảo vệ M.G (metal inert gas)

2.3. Lựa chọn phương pháp hàn MIG

3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1. Lý thuyết điều khiển động cơ DC servo

3.2. Giới thiệu động cơ DC Servo

3.3. Vi điều khiển ứng dụng trong hệ thống

3.4. Mạch driver MSD

4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CƠ KHÍ

4.1. Ý tưởng thiết kế

4.2. Yêu cầu thiết kế

4.3. Hai bộ vit-me đai ốc bi

4.4. Bộ vit-me đứng (loại SKR33 của THK)

4.5. Động cơ trục ngang

4.6. Động cơ xoay chi tiết

4.7. Kết quả đạt được sau khi hoàn thiện phần cơ khí

5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN ĐIỀU KHIỂN

5.1. Mạch nguồn cho hệ thống

5.2. Mạch driver MSD – Thông số của 3 động cơ

5.3. Sơ đồ kết nối hệ thống điều khiển

5.4. Sơ đồ vận hành của mô hình

5.4.1. Điều khiển vị trí và vận tốc động cơ

5.4.2. Điều khiển vận tốc động cơ

5.5. Bài toán quỹ đạo

5.5.1. Quỹ đạo chuyển động

5.5.2. Quỹ đạo hàn là tay lái xe đạp – chế độ chạy AUTORUN

5.5.3. Quỹ đạo hàn là bất kỳ – chế độ chạy MANUAL

5.6. Giao diện điều khiển

6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM

7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

7.1. Kết quả đạt được

7.2. Hạn chế của đề tài

7.3. Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

1. Hướng dẫn sử dụng

2. Code điều khiển

I. Thiết kế máy hàn tự động Khái quát tổng quan

Đồ án tốt nghiệp tập trung vào thiết kế và chế tạo máy hàn tự động, cụ thể là ứng dụng trong hàn ghi đông xe đạp. Ngành cơ khí chế tạo máy tại HCMUTE là bối cảnh nghiên cứu. Mục tiêu chính là tự động hóa quy trình hàn, tăng năng suất và giảm nguy cơ cho người lao động. Đề tài khảo sát nhu cầu thị trường, so sánh ưu điểm của việc tạo ra một máy móc hỗ trợ công việc hàn thủ công. Nghiên cứu công nghệ hàn được áp dụng vào máy móc thực tiễn. Mô hình đòi hỏi độ chính xác cơ khí và thuật toán điều khiển để đạt quỹ đạo chính xác. Phương pháp hàn MIG được lựa chọn vì tính hiệu quả và khả năng ứng dụng rộng rãi. Thiết kế CAD được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế. Quản lý dự án được thực hiện chặt chẽ để đảm bảo tiến độ và ngân sách.

1.1. Phân tích nhu cầu thị trường và lựa chọn phương pháp hàn

Đồ án bắt đầu bằng việc khảo sát thực tế dây chuyền sản xuất xe đạp, tập trung vào công đoạn hàn ghi đông. Việc hàn thủ công hiện tại tiềm ẩn nhiều rủi ro và năng suất thấp. Do đó, thiết kế máy hàn tự động được đề xuất như một giải pháp tối ưu. Các loại robot hàn tự động hiện đại (ví dụ: ABB IRB4600, robot hàn laser tự động, robot hàn hồ quang tự động) được nghiên cứu để tham khảo, tuy nhiên chi phí cao nên không phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ. Phương pháp hàn MIG được chọn vì tính hiệu quả, dễ điều khiển và chi phí hợp lý hơn. Công nghệ hàn tự động này đáp ứng yêu cầu về độ chính xác và tốc độ cần thiết trong sản xuất hàng loạt. Việc lựa chọn phương pháp hàn tối ưu dựa trên phân tích chi tiết về ưu nhược điểm của từng phương pháp, cân nhắc giữa chi phí, hiệu quả, và tính khả thi trong điều kiện thực tế của đề tài. Ứng dụng tự động hóa trong hàn là trọng tâm của nghiên cứu, nhằm hướng tới một giải pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

1.2. Thiết kế cơ khí và điều khiển

Phần cơ khí bao gồm thiết kế khung máy, cơ cấu truyền động, và hệ thống gá đặt chi tiết. Thiết kế cơ khí đảm bảo độ cứng vững, chính xác, và khả năng hoạt động ổn định. Hai bộ vít me đai ốc bi và bộ vít me đứng được lựa chọn để đảm bảo độ chính xác cao trong việc di chuyển mỏ hàn. Các động cơ DC servo được sử dụng để điều khiển chuyển động của mỏ hàn theo các trục. Cảm biến được tích hợp để phản hồi vị trí và tốc độ. Lập trình PLC và điện tử công suất được áp dụng để điều khiển hệ thống. Hệ thống điều khiển bao gồm mạch nguồn, mạch driver MSD, và vi điều khiển. Arduino có thể được xem xét trong hệ thống điều khiển. Mô phỏng máy hàn được thực hiện bằng phần mềm CAD, giúp tối ưu hóa thiết kế và dự đoán hiệu suất. Phân tích ứng suất và phân tích nhiệt cũng được thực hiện để đảm bảo độ bền và an toàn của máy. An toàn lao động được đặt lên hàng đầu trong quá trình thiết kế và chế tạo.

1.3. Thực nghiệm và đánh giá

Sau khi hoàn thành chế tạo, máy được đưa vào thực nghiệm. Thực nghiệm tập trung vào việc đánh giá độ chính xác của quỹ đạo hàn, tốc độ hàn, và hiệu quả của hệ thống điều khiển. Dữ liệu thực nghiệm được thu thập và phân tích để đánh giá hiệu quả của thiết kế máy hàn tự động. Các bài toán quỹ đạo được kiểm tra, bao gồm cả quỹ đạo hàn theo hình dạng ghi đông xe đạp và các quỹ đạo tùy chỉnh. Giao diện điều khiển được thiết kế thân thiện với người dùng. Chi phí chế tạo được tính toán để đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án. Tiêu chuẩn máy hàn được tuân thủ để đảm bảo an toàn và chất lượng. Kết quả thực nghiệm sẽ xác định mức độ thành công của nghiên cứu khoa học máy hàn tự động. Ứng dụng thực tiễn của máy hàn sẽ được đánh giá dựa trên hiệu quả, độ tin cậy, và khả năng đáp ứng yêu cầu sản xuất.

Đồ án thiết kế và chế tạo máy hàn tự động tại HCMUTE