Chương 1: Giới thiệu chung về đề tài: Tính cấp thiết của đề tài, mục đích đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Tổng quan: Nêu lên đặc điểm của ghi-đông xe đạp, lý thuyết về hàn và các phƣơng pháp hàn trên thực tế, áp dụng một phƣơng pháp hàn vào mô hình máy Chương 3: Cơ sở lý thuyết: Nêu lên các lý thuyết liên quan đến việc thiết kế máy. Chương 4: Thiết kế thi công phần cơ khí: Đƣa ra bản vẽ thiết kế và quá trình thi công phần cơ khí của máy, tính toán lựa chọn các thành phần cơ khí của máy. Chương 5: Thiết kế thi công phần điện: Trình bày về những tính toán thiết kế mạch điều khiển.
Các thông số và sơ đồ điều khiển của hệ thống. Chương 6: Kết quả thực nghiệm: Trình bày thực trạng của máy khi đƣa vào chạy thử, những vấn đề nảy sinh và hƣớng giải quyết. Chương 7: Kết luận và hướng phát triển: Kết quả đạt đƣợc, chƣa đƣợc và hƣớng phát triển cải tiến. 5 do an CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Đặc điểm của đối tƣợng thực hiện trong đồ án Đối tƣợng là ghi-đông xe đạp, một thành phần không thể thiếu của bất cứ chiếc xe đạp nào.1 Hình ảnh thực tế về ghi-đông xe đạp Trên thực tế, để sản xuất hàng loạt cần có quy trình nhất định, để hàn một số lƣợng lớn ghi-đông, chúng ta phải hàn chấm lại phần ghi-đông và phần cổ xe lại trƣớc.
Sau đó là quá trình hàn toàn bộ quỹ đạo xung quanh phần hở của cổ xe và ghi-đông, quá trình này cần quá trình nhanh và chính xác để tạo ra hiệu quả cao nhất. Để làm đƣợc điều đó, cần chế tạo ra một chiếc máy có thể thay thế con ngƣời hàn thủ công, đồng thời tạo năng suất và chất lƣợng cao hơn.2 Khái niệm về hàn và các phƣơng pháp hàn a. Khái niệm về hàn Trong công nghệ chế tạo cơ khí, hàn là danh từ chỉ một quá trình dùng để liên kết các chi tiết (kết cấu) hoặc đắp phủ lên bề mặt vật liệu(kim loại hoặc phi kim) để tạo nên một lớp bề mặt có tính năng đáp ứng yêu cầu sử dụng. Hàn là quá trình công nghệ để nối các chi tiết với nhau thành liên kết không tháo rời đƣợc mang tính liên tục ở phạm vi nguyên tử hoặc phân tử, bằng cách đƣa chỗ nối tới trạng 6 do an thái nóng chảy, thông qua việc sử dụng một trong hai yếu tố là nhiệt và áp lực, hoặc kết hợp cả hai yếu tố đó.
Khi hàn, có thể sử dụng hoặc không sử dụng vật liệu phụ bổ sung. Các phƣơng pháp hàn Hiện nay, có 4 phƣơng pháp hàn chính sau đây: Hàn gió đá (còn gọi là Hàn khí): Hàn gió (Oxy) đá (Acetylen hay gas) (gas welding). Phƣơng pháp này sử dụng các khí trên để gia nhiệt cho chi tiết hàn đạt tới trạng thái nóng chảy và liên kết với nhau. Khi hàn có thể dùng vật liệu để điền thêm (filler rod) vào vị trí hàn hoặc không.2 Hình ảnh thực tế của phương pháp hàn gió đá Hàn hồ quang điện (arc welding), gọi tắt là Hàn điện hay Hàn que.
Phƣơng pháp này dùng hồ quang điện đƣợc tao ra bởi que hàn để làm nóng chảy kim loại hàn và ngay cả que hàn để điền vào vị trí hàn.3 Hàn hồ quang điện 7 do an Hàn hồ quang dƣới khí bảo vệ T.G: Tungsten inert gas. Phƣơng pháp này dùng hồ quang đƣợc tạo ra bởi điện cực Tungsten và dùng khí trơ (khí Argon) để bảo vệ mối hàn.4 Hình ảnh thực tế hàn TIG trong công nghiệp Hàn hồ quang dƣới khí bảo vệ M.G: metal inert gas. Thay vì dùng que hàn, ngƣời ta dùng 01 cuộn dây kim loại có kích thƣớc từ 0.6 mm hoặc lớn hơn làm điện cực hàn và điện cực này cũng là dạng điện cực nóng chảy nhƣng đƣợc cung cấp một cách liên tục nhƣng vẫn đƣợc ngƣời thợ hàn điều khiển nên còn gọi là hàn bán tự động. Trong phƣơng pháp này, ngƣời ta dùng khí hoạt tính (CO2) hay khí trơ (Argon) để làm khí bảo vệ mối hàn.5 Hàn MIG trong thực tế Hàn MIG đƣợc sử dụng để làm bộ phƣơng pháp hàn trong mô hình, trên thực tế có nhiều robot hàn sử dụng phƣơng pháp tƣơng tự nhƣ hàn MIG có hiệu quả cao, tuy nhiên về vấn đề kinh phí cũng nhƣ thời gian nên chỉ có thể mô phỏng đƣợc cơ cấu của hàn MIG.
8 do an Hình 2.6 Robot hàn sử dụng phương pháp hàn MIG trong công nghiệp 2.3 Lựa chọn phƣơng pháp hàn MIG Nó không những có thể hàn các loại thép kết cấu thông thƣờng, mà còn có thể hàn các loại thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, các hợp kim đặc biệt, các hợp kim nhôm, magiê, niken, đồng, các hợp kim có ái lực hóa học mạnh với ôxi. Phƣơng pháp hàn này có thể sử dụng đƣợc ở mọi vị trí trong không gian. Chiều dày vật hàn từ 0,4-4,8 mm thì chỉ cần hàn một lớp mà không phải vát mép, từ 1,6-10mm thì hàn một lớp có vát mép, còn từ 3,2 -25mm thì hàn nhiều lớp. Không thích hợp cho hàn ngoài trời vì sự chuyển động của không khí xung quanh có thể làm ảnh hƣởng tới khí bảo vệ và mối hàn do đó việc sử dụng trong ngành xây dựng khá hạn chế.
Đƣợc dùng phổ biến trong hàn tự động và bán tự động.4 Các dạng chuyển động của mỏ hàn 9 do an Chuyển động cơ bản của mỏ hàn - Chuyển động (1): mỏ hàn chuyển động dọc trục đƣờng hàn để đảm bảo hàn hết chiều dài mối hàn, tùy theo kích thƣớc của mối hàn và đặc tính của vật liệu mà chuyển động (1) nhanh hay chậm. - Chuyển động (2): Mỏ hàn chuyển động dao động ngang, để đảm bảo chiều rộng của mối hàn, nếu nhƣ mỏ hàn không có chuyển động (2) thì bề rộng mối hàn hẹp ,nó chỉ phù hợp khi hàn yêu cầu bề rộng mối hàn nhỏ chỉ cần đi theo đƣờng thẳng. Các phương pháp chuyển động dao động ngang của mỏ hàn: + Dao động theo đường thẳng: • Là phƣơng pháp duy trì hồ quang không đổi và luôn chuyển động về hƣớng trƣớc của đƣờng hàn • Ứng dụng: Dùng hàn vật mỏng, đƣờng hàn nhỏ, hàn lớp lót mối hàn vát cạnh hoặc liên kết góc.7 Quỹ đạo của chuyển động theo đường thẳng của mũi hàn + Dao động theo đường thẳng đi lại: • Mỏ hàn chuyển động theo đƣờng thẳng đi lại theo chiều dọc mối hàn. Đây là phƣơng pháp hàn tốc độ nhanh, mối hàn hẹp, toả nhiệt nhanh • Ứng dụng: Dùng để hàn lấp khe hở lớn hoặc chi tiết chiều dầy mỏng Hình 2.8 Quỹ đạo chuyển động theo đường thẳng đi lại của mũi hàn 10 do an + Dao động theo hình răng cưa: • Cho mỏ hàn chuyển động liên tiếp theo hình răng cƣa và chuyển động hƣớng về phía trƣớc.
Đây là phƣơng pháp dễ thao tác, chất lƣợng mối hàn cao, dùng nhiều trong sản xuất. Trong quá trình hàn để hạn chế khuyết cạnh và cháy cạnh mối hàn thì cần dừng ở 2 biên lâu hơn một chút để kim loại điền đầy hai biên.9 Quỹ đạo chuyển động theo hình răng cưa của mũi hàn • Ứng dụng: Dùng để hàn vật dầy, bề rộng mối hàn lớn, có thể hàn đƣợc tất cả các vị trí khác nhau trong không gian. + Dao động theo hình bán nguyệt: • Tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp dao động theo hình răng cƣa, Cho mỏ hàn chuyển động liên tiếp theo hình bán nguyệt và chuyển động hƣớng về phía trƣớc. Đây là phƣơng pháp dễ thao tác, chất lƣợng mối hàn cao vì nhiệt mối hàn tập trung, hình dáng mối hàn mịn và đẹp.
• Ứng dụng: dùng nhiều trong sản xuất, có thể hàn ở tất cả các vị trí trong không gian và tất cả các dạng liên kết. Phƣơng pháp này làm cho kim loại nóng chảy tốt, có thời gian giữ nhiệt tƣơng đối dài làm cho thể khí dễ thoát ra, xỉ nổi lên trên, nâng cao chất lƣợng mối hàn. + Dao động theo hình tam giác: Hình 2.10 Quỹ đạo chuyển động theo hình tam giác • Cho que hàn liên tục chuyển động theo hình tam giác và không ngừng chuyển động về hƣớng trƣớc. • Ƣu điểm: Nhiệt tập trung, chiều sâu nóng chảy lớn, mặt cắt ngang mối hàn lớn, mối hàn cân đối do vậy phù hợp khi hàn mối hàn lớn, chiều dày lớn, thƣờng sử dụng để hàn leo lấp góc, hàn leo giáp mối nhiều lớp.
Trong mô hình máy hàn ghi-đông xe đạp sử dụng phương pháp chuyển động dao động theo đường thằng. 11 do an CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Phần cơ khí Môn học: cơ lý thuyết, robot công nghiệp, nguyên lí-chi tiết máy: lựa chọn cơ cấu, truyền động phù hợp cho máy. Môn học: cơ sở công nghệ chế tạo máy, sức bền vật liệu, vật liệu học: lựa chọn vật liệu phù hợp, tính toán bền vững, ứng suất, đồ gá chi tiết. Các môn học thực tập về cơ khí: cung cấp kiến thức và kinh nghiệp trong quá trình hoàn thành phần cơ khí cho máy.
Phần mềm thiết kế SolidWorks, Auto CAD: là công cụ hỗ trợ thiết kế cơ khí, mô phỏng chuyển động, tính toán thông số về lực, ứng suất của máy.2 Phần điều khiển Cơ sở lý thuyết của các thành phần trong hệ thống điều khiển. Điều khiển động cơ DC Servo. Lý thuyết về động cơ DC servo Vi điều khiển và các loại vi điều khiển đƣợc sử dụng. Mạch driver MSD điều khiển động cơ.
Trong hệ thống này, lý thuyết điều khiển tự động ứng dụng trong mạch MSD, mạch driver dùng để điều khiển động cơ.1 Lý thuyết điều khiển động cơ DC servo Kỹ thuật điều khiển PID tuy không phải là một kỹ thuật điều khiển mới, nhƣng lại là kỹ thuật phổ biến nhất chuyên dùng để điều khiển các hệ thống trong công nghiệp nhƣ hệ thống lò nhiệt, điều khiển tốc độ, vị trí, moment động cơ AC và DC. Một trong những lý do bộ điều khiển PID trở nên phổ biến nhƣ vậy là vì tính đơn giản, dễ triển khai trên những vi xử lý nhỏ với hiệu năng tính toán hạn chế. Cấu trúc vòng kín Cấu trúc chung của hệ thống vòng kín nhƣ sau: 12 do an Hình 3.1 Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển vòng kín Trong hình vẽ trên: Plant: là hệ thống cần đƣợc điều khiển. Controller: Cung cấp tín hiệu điều khiển cho Plant, đƣợc thiết kế để điều khiển toàn bộ đáp ứng của hệ thống.2 Sơ đồ hệ thống PID Bộ điều khiển PID Hàm truyền của bộ điều khiển PID có dạng nhƣ sau: Trong đó: KP: Độ lợi khâu tỷ lệ.