Luận văn Lập trình cho robot hàn almega ax-V6 để hàn một số đường cong phức tạp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CHO ROBOT HÀN ALMEGA AX-V6 ĐỂ HÀN MỘT SỐ ĐƯỜNG CONG PHỨC TẠP Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số:23.04.3898 Học viên: TRƯƠNG ĐÌNH LUÂN Người HD khoa học : GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 LỜI NÓI ĐẦU - Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước vấn đề tự động hoá sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng. - Mục tiêu ứng dụng Robot trong công nghiệp là nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Sự cạnh tranh hàng hoá đặt ra một vấn đề thời sự là làm sao để hệ thống tự động hoá sản xuất phải có tính linh hoạt cao nhằm đáp ứng sự biến động thường xuyên của thị trường hàng hoá cạnh tranh. Robot công nghiệp là bộ phận cấu thành không thể thiếu trong việc tạo ra những hệ thống sản xuất linh hoạt đó. - Gần nửa thế kỷ có mặt trong sản xuất, Robot công nghiệp đã có một lịch sử phát triển hấp dẫn. Ngày nay robot công nghiệp đã được dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực sản xuất. Ở giai đoạn trước những năm 1990 hầu như trong nước ta hoàn toàn chưa du nhập về kỹ thuật robot, thậm chí còn chưa nhận được nhiều thông tin kỹ thuật về lĩnh vực này. Từ năm 1990 nhiều cơ sở công nghiệp đã bắt đầu nhập ngoại nhiều loại robot để phục vụ sản xuất như tháo lắp dụng cụ cho các trung tâm gia công CNC, lắp giáp các linh kiện điện tử, thao tác ở các máy ép nhựa, hàn vỏ xe ôtô, xe máy, phun sơn v.v… Ở nhiều trường đại học, cao đẳng và cao đẳng nghề đã bắt đầu giảng dạy về Robot. Đặc biệt trong những năm gần đây xu thế nhập Robot công nghiệp ở các trường nghề ngày càng gia tăng để phục vụ cho học sinh, sinh viên thực tập, tiếp cận dần với nền sản xuất hiện đại. Tuy nhiên sự chuyển giao công nghệ của nhà sản xuất chưa thật như ý muốn, chưa tận dụng khai thác triệt để của thiết bị. Là một kỹ sư, đồng thời là một giáo viên tôi mong muốn góp phần nhỏ bé của mình vào công cuộc chung của nhà trường là đào tạo các công nhân trình độ cao, tôi mạnh dạn chọn đề tài này làm luận Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 văn tốt nghiệp: “Lập trình cho Robot hàn Almega AX-V6 để hàn một số đường cong phức tạp .” - Tôi rất vinh dự được học tập và nghiên cứu tại khoá đào tạo thạc sỹ khoá 9 của trường, đề tài tốt nghiệp của tôi được hoàn thành đúng thời hạn với sự hướng dẫn tận tình của GS.TS Trần Văn Địch, các thầy cô giáo trong và ngoài nhà trường, các bạn đồng nghiệp và sự nỗ lực của bản thân, và tôi hy vọng rằng đề tài của tôi sẽ được ứng dụng thực tế vào trong công tác đào tạo của trường Cao đẳng nghề NN&PTNT Phú Thọ, nơi tôi đang công tác. - Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô trong khoa Cơ khí, phòng đào tạo Sau đại học trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình làm luận văn. Tôi lấy làm biết ơn trường Cao đẳng nghề NN&PTNT Phú Thọ đã tạo điều kiện cho tôi học tập, mở mang kiến thức. Tôi xin chân thành cảm ơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ RÔBÔT CÔNG NGHIỆP(IR) Chương này giới thiệu lịch sử ra đời của Robot công nghiệp, định nghĩa, ứng dụng và phân loại Robot 1.1 Sự ra đời của Robot công nghiệp 1.2 Định nghĩa về Robot công nghiệp 1.3 Phân loại Robot 1.3.1 Phân loại theo hình học 1.3.2 Phân loại theo điều khiển 1.4 Ứng dụng của Robot công nghiệp trong sản xuất 1.5 Ứng dụng Robot trong ngành hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 1.1 Sự ra đời của rôbốt công nghiệp (Inductrial robot) Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi các ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá sản xuất. Xu hướng tạo ra những dây chuyền về thiết bị có tính linh hoạt cao đang dần hình thành. Các thiết bị này đang thay thế dần các máy tự động “cứng” chỉ đáp ứng một việc nhất định trong lúc thị trường luôn đòi hỏi mặt hàng thay đổi về chủng loại, tính năng, mỹ thuật, vv,… Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng về robot để tạo ra các hệ thống sản suất linh hoạt. Thuật ngữ “robot” lần đầu tiên xuất hiện năm 1892 trong tác phẩm “Rossum’s Unicersal Robot” của Karel Capek. Theo tiếng Séc thì robot là người tạp dịch. Trong tác phẩm này nhân vật Rossum và con trai của ông đã tạo ra chiếc máy gần giống như con người để hầu hạ con người. Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek đã bắt đầu hiện thực. Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Hoa Kỳ đã xuất hiện những cánh tay máy bất kỳ điều khiển từ xa trong các phòng thí nghiệm về vật liệu phóng xạ. Vào những năm 50 bên cạnh các tay máy chép hình cơ khí đó, đã xuất hiện các loại tay máy chép hình thuỷ lực và điện từ, như tay máy Minotaur hoặc tay máy Handyman của General Electric. Năm 1954 George C. Devol đã thiết kế một thiết bị có tên là “ Cơ cấu bản lề dùng để chuyển hàng theo chương trình”. Đến năm 1956 Devol cùng với Joseph F. Engelber, một kỹ sư trẻ của công nghiệp hàng không, đã tạo ra loại robot công nghiệp đầu tiên năm 1959 ở công ty Unimation. Chỉ đến năm 1975 công ty Unimation mới bắt đầu có lợi nhuận từ sản phẩm robot đầu tiên này. Chiếc Robot công nghiệp được đưa và ứng dụng đầu tiên năm 1961 , ở một nhà máy ôtô của General Motors tại Trenton, New Jersey, Hoa Kì. Năm 1967 Nhật Bản mới nhập chiếc robot công nghiệp đầu tiên từ công ty AMF của Hoa Kì (American Machine and Foundry Company). Đến năm 1990 có hơn 40 công ty Nhật Bản, trong đó có những công ty khổng lồ như công ty Hitachi và công ty Mitsubishi đã đưa ra thị trường quốc tế nhiều loại robot nổi tiếng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 Từ những năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý nhiều đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc. Tại trường đại học tổng hợp Stanford người ta đã tạo loại robot lắp giáp tự động điều khiển bằng máy vi tính trên cơ sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác. Vào thời gian này công ty IBM đã chế tạo loại robot có cảm biến xúc giác và cảm biến lực, điều khiển bằng máy vi tính để lắp giáp các máy in gồm 20 cụm chi tiết. Vào thời điểm này ở nhiều nước khác cũng tiến hành công trình nghiên cứu tương tự, tạo ra các robot điều khiển bằng máy vi tính, có lắp đặt các thiết bị cảm biến và các thiết diện giao tiếp người với máy. Một lĩnh vực được nhiều người quan tâm là robot tự hành. Các công trình nghiên cứu tạo ra robot tự hành theo hướng bắt chước chân người hoặc súc vật. Các robot này còn chưa ứng dụng nhiều trong công nghiệp. Tuy nhiên các loại xe robot (robocar) lại nhanh chóng đưa vào hoạt động trong các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt. Từ những năm 80, nhất là những năm 90, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp đã ra tăng, giá thành giảm đi rõ rệt, tính năng có nhiều bước tiến vượt bậc. Nhờ vậy robot công nghiệp có vai trò quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại. Ngày nay, chuyên ngành khoa học về robot “robotics” đã trở thành một lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu, động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động v.v… 1.2 Định nghĩa về robot công nghiệp Hiện nay có nhiều định nghĩa về Robot, có thể điểm qua một số định nghĩa như sau • Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) : Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục toạ độ; có khả năng định vị, định hướng, di Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 chuyển các đối tượng vật chất : chi tiết, dao cụ, gá lắp . . . theo những hành trình thay đổi đã chương trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau. • Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America) : Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau. • Định nghĩa theo GOCT 25686-85 (Nga) : Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lập trình lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất 1.3 Phân loại Robot - Có hai phương pháp phân loại robot. Một là theo tính chất vật lý hay hình học của chúng. Hai là theo cách chúng được điều khiển. 1.3.1 Phân loại theo hình học Ngành công nghiệp dùng các thiết kế các robot khác nhau với các ưu nhược điểm riêng. Về cơ bản, một robot phải có 3 bậc tự do để tiếp cận tới tất cả các điểm trong không gian. Tuy nhiên nó phải có 3 bậc tự do để kẹp 1 vật thể trong không gian. Có 5 loại robot có tính chất không gian làm việc khác nhau, đó là: 1. Loại có dạng đề các (chữ nhật) (x,y,z) 2. Loại có dạng trụ (kiểu trụ) (r,θ ,z) 3. Loại có dạng cầu (kiểu toạ độ cực) (r, φθ , ) 4. Kiểu nối (nhân hình hoá hay nhân tạo) ( 321 ,, θθθ ) 5. SCARA (cánh tay máy có kết cấu lắp chọn) ( 321 ,, θθθ ) Mỗi loại robot trên được mô tả theo 3 khớp nối đầu tiên bao gồm bậc tự do của khớp. Mỗi khớp có thể mô tả bằng toán học hoặc theo chính hệ toạ độ của chúng, mô tả này Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 có thể vẽ trong hệ toạ độ đề các. Chú ý rằng chuyển động tịnh tiến và quay của cánh tay Robot bị hạn chế bởi thiết kế robot. 1.Kiểu đề các (hình 1-1) Robot kiểu này còn gọi là tay máy kiểu giàn, có các khớp dịch chuyển theo hướng dạng hình chữ nhật. Đây là dạng mô hình hoá và về dạng toán học vì các hệ toạ độ tương ứng với hệ trục toạ độ đề các. Robot này được dùng ở những nơi cần độ chính xác rất cao, tuy nhiên không gian làm việc của nó rất hạn chế. Hình 1-1: Robot có không gian làm việc dạng hình chữ nhật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 2. Kiểu trụ: Robot này có một khớp quay và khớp tịnh tiến, 3 khớp đầu tiên của loại này ứng với 3 biến cơ bản của hệ toạ độ trụ. Chuyển động quay: θ Chuyển động cao: h Tầm với: r Hình 2-2: Robot có không gian làm việc dạng trụ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 Nếu vị trí của điểm tham chiếu của tay ký hiệu là ( rh,,θ ), khi đó vị trí sẽ dễ dàng xác định tại tất cả các thời điểm, nhưng nếu vị trí được cho ở một thời điểm, tức là (x,y,z) như trong trường hợp bình thường, sau đó cần thực hiện một vài phép biến đổi tay 2 hệ trục toạ độ, áp dụng phép tiếp cận mềm và giải bài toán cho 3 khớp đầu tiên, trục z có vẻ giống như trục thẳng đứng của Robot: z = h Mặt phẳng xy vuông góc với trục z và do đó song song với mặt phẳng ở đó θ quay (quanh trục z) và khoảng cách r. x = rcosθ , y = rsinθ Loại robot này đa năng hơn loại đề các. Tuy nhiên nó có độ chính xác thấp hơn. 3. Loại không gian làm việc hình cầu: Loại robot này có một khớp tịnh tiến và 2 khớp quay, 3 khớp đầu tiên của robot này tương ứng với 3 biến cơ bản của một hệ toạ độ cầu. Hình 1-3: Robot có không gian làm việc dạng cầu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 Chuyển động quay: 1φ Chuyển động quay vuông góc với mặt phẳng của φ (quay quanh trục z):θ Tầm với: z Để biết vị trí của tay robot, phải giữ nguyên các giá trị ( r,,θφ ). Tuy nhiên nếu chúng ta có vị trí tay robot ở dạng (x,y,z), chúng ta phải thực hiện phép chuyển hệ. Theo cách ít chặt chẽ hơn giống như trong trường hợp của robot loại 2, chúng ta có thể xác định toạ độ khớp ( r,,θφ ) phải nằm vị trí của tay máy ở một điểm đề các cụ thể. Phần bổ xung của khớp quay thứ 2 tăng tính mềm dẻo của robot này. Tuy nhiên nó làm giảm độ chính xác. 4. Loại robot thứ 4: (hình 1-4) Loại này có 3 khớp quay. Việc chuyển hệ toạ độ sang hệ trục đề các phức tạp hơn nhiều các trường hợp trước. Robot rất linh hoạt. Loại này có ưu điểm trong trường hợp robot phải tiếp cận các chi tiết qua các vật cản. Tuy vậy độ chính xác của nó thấp hơn tất cả các loại khác. Hình 1-4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 5. SCARA:(hình 1-5) Loại robot này là loại có cấu trúc hình học mới nhất được giới thiệu trong mô hình hóa các loại robot. Chuyển động của các khớp cơ bản quanh các trục thẳng đứng. Cấu trúc này cho độ cứng cần thiết cho robot theo phương thẳng đứng trong khi cho phép quay trong mặt phẳng nằm ngang. Hình 1-5: Robot SCARA Các chuyển động của tất cả các khớp chính là chyển động quay nên việc biểu diễn toán học không đơn giản. Loại robot này có ưu điểm trong công việc lắp giáp đòi hỏi chính xác. 1.3.2 Phân loại theo điều khiển - Có 2 phương pháp điều khiển Robot. Đó là kỹ thuật điều khiển không servo và kỹ thuật điều khiển servo. Điều khiển không servo dùng phương pháp hãm cơ khí để cung cấp các phạm vi biên của chuyển động và khi lệnh dịch chuyển được sử dụng, khớp được dẫn động cho đến khi hãm cơ khí được chạm tới. Kỹ thuật này hiện nay đã lỗi thời. Kỹ thuật servo dùng cấu trúc phản hồi để đáp ứng với các thay đổi cục bộ của các khớp động của robot. - So 2 loại kỹ thuật điều khiển servo: kiểu đường đi điểm-tới-điểm (point-to-point) và liên tục. Kỹ thuật điểm-tới-điểm dùng chuẩn của điểm đầu và điểm cuối (và các điểm trung gian) của chuyển động robot đòi hỏi một hệ thống điều khiển Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 đáp lại phản hồi ở những điểm này. Kỹ thuật này được dùng trong hàn điểm, công việc nhặt-và-đặt vật thể và các công việc tương tự. Phương pháp điều khiển liên tục đòi hỏi đầu chấp hành của robot theo một đường nhất định từ điểm đầu tới điểm cuối. Kỹ thuật này dùng nhiều trong ứng dụng cần chuyển động theo đường biên như hàn hay phun sơn. - Các robot kiểu chuyển động liên tục thường theo chuỗi các điểm gần nhau trong không gian trên một đường và các điểm này được xác định bằng bộ điều khiển hơn là một chương trình. Trong nhiều trường hợp, các đường giữa các điểm là các đường thẳng. 1.4 Ứng dụng của robot công nghiệp trong sản xuất - Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng nhiều trong lĩnh vực dưới góc độ thay thế con người. Nhờ vậy dây chuyền sản xuất được tổ chức lại, năng suất và hiệu quả tăng lên rõ rệt. - Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Đạt được các mục tiêu trên là nhờ vào các khả năng to lớn của robot như: + Làm việc không biết mệt mỏi + Rất dễ chuyển nghề một cách thành thạo + Chịu được tia phóng xạ và các môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao + Thay thế con người trong các công việc đơn điệu mà dễ gây mệt mỏi, nhầm lẫn + ….. - Trong ngành cơ khí, robot được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc, công nghệ hàn, công nghệ cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp giáp sản phẩm,.. - Ngày nay đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC với các robot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức độ tự động hoá cao, mức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 độ linh hoạt cao,…ở đây các máy và robot cùng được điều khiển một hệ thống chương trình. - Ngoài các phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong việc khai thác thềm lục địa và đại dương, trong y học, quốc phòng, chinh phục vũ trụ, công nghiệp nguyên tử, trong các lĩnh vực xã hội,… - Rõ ràng khả năng làm việc của robot trong một số điều kiện vượt trội hơn khả năng của con người, do đó là phương tiện hữu hiệu để tự động hoá, nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người những công việc nặng nhọc và độc hại. Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người, trong dây chuyền tự động, nếu một robot bị hỏng có thể làm ngừng hoạt động của cả dây chuyền, cho nên robot vẫn luôn hoạt động dưới sự giám sát của con người. 1.5. Ứng dụng của Robot trong nghành hàn - Như ta đã biết Robot công nghiệp được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau, trong đó có ngành hàn, hiện nay số lượng Robot hàn chiếm đến 25% tổng số Robot các loại. Trong ngành công nghiệp sản xuất thì hàn đóng vai trò quan trọng, ví dụ như ngành công nghiệp ôtô, đóng tàu,....Vì vậy số lượng Robot hàn được thay thế các phương pháp hàn khác rất nhiều, sở dĩ có được điều này là do tính năng vượt trội khi hàn bằng Robot như sau: + Có tính tự động cao và năng suất cao + Có thể thực hiện được các đường hàn phức tạp + Chất lượng mối hàn tốt và tính thẩm mỹ cao + Có thể thực hiện các thao tác lặp đi, lặp lại liên tục + Giải phóng người lao động khỏi tác động có hại khi hàn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HÀN Trong chương này chúng ta tìm hiểu qua về công nghệ hàn 2.1 Lịch sử phát triển của nghành hàn 2.2 Bản chất, đặc điểm, ứng dụng của hàn kim loại 2.3 Phân loại các phương pháp hàn 2.4 Phân loại các liên kết hàn 2.5 Mối hàn và sự hình thành mối hàn 2.6 Hàn hồ quang 2.7 Ứng suất và biến dạng hàn 2.8 Khuyết tật mối hàn và phương pháp kiểm tra 2.9 Giới thiệu một số công nghệ hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 2.1 Lịch sử phát triển của ngành hàn - Thời kỳ đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại - Năm 1802 nhà bác học người Nga Pêtơrốp đã tìm ra hiện tượng hồ quang điện - Năm 1882 Kỹ sư Bênađớt đã sử dụng hồ quang điện cực than để hàn kim loại. - Năm 1886 Tômsơn đã tìm ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối và được áp dụng rất nhiều trong lĩnh vực công nghiệp vào năm 1903. - Năm 1887 Bênađớt đã tìm ra phương pháp hàn điểm - Năm 1888 Slavianốp đã sử dụng điện cực kim loại để hàn. - Năm 1907 kỹ sư Kenbe người Thụy Điển đã sử dụng điện cực có thuốc bọc (que hàn) để hàn kim loại. - Cuối những năm 1930 - đầu những năm 1940 viện sỹ E.O.Patôn (Liên Xô cũ) tìm ra phương pháp hàn dưới lớp thuốc, phương pháp hàn tự động, bán tự động - Cuối năm 1940, tìm ra phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ, đó là các khí ( Hêli, Argon ở Mỹ và khí Cacboníc ở Liên Xô) - Năm 1949 B.O.Patôn (Kiev, Liên Xô). Tìm ra phương pháp hàn điện xỉ. Những năm tiếp theo hàng loạt các phương pháp hàn mới được ra đời như: Hàn bằng tia điện tử, hàn siêu âm, hàn ma sát,…và hiện nay trên thế giới có 120 phương pháp hàn khác nhau. Nói chung các phương pháp hàn ngày càng hoàn thiện và phát triển hơn. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc phòng và đặc biệt là ngành hàng không – vũ trụ. Có thể nói: Hàn là phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại. - Ở nước ta, sau cách mạng tháng 8/1945 và đặc biệt sau khi hoà bình 1954. Dưới sự lãnh đạo của Đảng ngành hàn đã được quan tâm và thực sự phát triển, nhất là trong thời kỳ đổi mới. Hiện nay với đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn lành nghề ngày càng đông đảo với sự hợp tác khoa học với các nước Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 trên thế giới. Chúng ta tin chắc rằng ngành hàn ở Việt Nam ngày càng phát triển và được ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất. 2.2 Bản chất, đặc điểm và ứng dụng của hàn kim loại 2.2.1 Bản chất - Hàn là quá trình công nghệ nối 2 hoặc nhiều phần tử (chi tiết, bộ phận) lại với nhau thành một khối bền vững không tháo rời bằng cách dùng nguồn nhiệt để nung nóng vị trí cần nối đến trạng thái hàn (trạng thái lỏng hoặc dẻo) sau đó kim loại lỏng tự kết tinh (trạng thái lỏng) hoặc dùng thêm ngoại lực ép chúng dính lại với nhau (trạng thái dẻo) để tạo thành mối hàn. 2.2.2 Đặc điểm a. Liên kết hàn: Là liên kết cứng không tháo dời ra được b. Tiết kiệm kim loại: với cùng khả năng làm việc So với liên kết bằng bu lông, đinh tán, hàn tiết kiệm từ 10-20% khối lượng kim loại So với đúc, hàn tiết kiệm 50% khối lượng kim loại c. Hàn cho phép chế tạo được các kết cấu phức tạp (siêu trọng, siêu trường) từ những vật liệu cùng loại, khác loại có tính chất khác nhau để phù hợp với các điều kiện, môi trường làm việc khác nhau. d. Hàn tạo ra các liên kết có độ bền, độ kín cao đáp ứng nhu cầu làm việc của các kết cấu quan trọng như: Vỏ tàu, nồi hơi, thiết bị chịu áp lực,… e. Hàn có tính năng động và năng suất cao so với các công nghệ gia công khác, do vậy dễ cơ khí hoá, tự động hoá quá trình sản xuất. f. Mức độ đầu tư cho quá trình sản xuất thấp. Tuy nhiên do trong quá trình hàn vật liệu chịu tác động của nguồn nhiệt có công suất lớn, tập chung và thời gian hàn ngắn vì vậy liên kết hàn thường có nhược điểm sau: + Tổ chức và tính chất của kim loại tại vùng mối hàn và khu vực lân cận có thể bị thay đổi (đặc biệt là những vật liệu khó hàn) do vậy làm giảm khả năng chịu lực Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 của kết cấu. Đặc biệt làm việc dưới tác động của tải trọng động, tải trọng biến đổi theo chu kỳ. + Trong kết cấu hàn thường tồn tại trạng thái ứng suất và biến dạng dư, do vậy ảnh hưởng đáng kể đến hình dáng, kích thước, tính thẩm mỹ và khả năng làm việc của kết cấu. 2.2.3 Ứng dụng Mặc dù có những nhược điểm trên nhưng với tính kinh tế kỹ thuật cao. Công nghệ hàn ngày càng được quan tâm phát triển hoàn thiện và được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp của nền kinh tế quốc dân. 2.3 Phân loại các phương pháp hàn - Có nhiều cách phân loại phương pháp hàn. Tuy nhiên thông dụng nhất có 2 cách phân loại đó là: Phân loại theo dạng năng lượng sử dụng và theo trạng thái kim loại mối hàn ở thời điểm hàn. 2.3.1 Phân loại theo dạng năng lượng sử dụng a. Các phương pháp hàn điện: Bao gồm các phương pháp dùng điện năng biến thành nhiệt năng để cung cấp cho quá trình hàn (hàn điện hồ quang, hàn điện tiếp xúc, hàn TIG, MIC, MAG,…) b. Các phương pháp hàn cơ học: bao gồm các phương pháp dùng cơ năng để làm biến dạng kim loại tại khu vực cần hàn tạo ra liên kết hàn (hàn nguội, hàn ma sát, hàn siêu âm,…) c. Các phương pháp hàn hoá học: Bao gồm các phương pháp sử dụng năng lượng do các phản ứng hoá học tạo ra để nung nóng kim loại (hàn khí, hàn hoá nhiệt,…) d. Các phương pháp hàn kết hợp: Bao gồm các phương pháp sử dụng kết hợp các phương pháp nêu trên (hàn điện cơ, hàn điện tiếp xúc,…) 2.3.2 Phân loại theo trạng thái kim loại mối hàn ở thời điểm hàn - Theo cách phân loại này người ta chia tất cả các phương pháp hàn thành 2 nhóm: hàn nóng chảy và hàn áp lực (hình 2-1) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 Hình 2-1: Phân loại các phương pháp hàn theo trạng thái hàn Hàn áp lực Hàn kim loại Hàn hồ quang Hàn điện xỉ Hàn khí Hàn laze Hàn Plasma Hà n nổ Hàn nguội Hàn khí ép Hàn ma sát Hàn hoá nhiệt Hàn chu m tia điệ n tử Hàn siêu âm Hàn khu yếc h tán Hàn cao tần Hàn rèn Hàn điện tiếp xúc Hàn nóng chảy Hàn bằng điện cực nóng chảy có vỏ thuốc Hàn bằng điện cực không nóng chảy trong khí trơ Hàn bằng điện cực nóng chảy có khí trơ Hàn bằng điện cực nóng chảy trong khí hoạt tính Hàn bằng dây hàn có lõi thuốc Hàn dưới lớp thuốc bảo vệ Hàn tiếp xúc giáp mối Hàn tiếp xúc điểm Hàn tiếp xúc đường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 2.4 Phân loại các liên kết hàn 2.4.1 Khái niệm Để tạo thành liên kết hàn với các phần tử (chi tiết, bộ phận) chúng cần phải có vị trí xác định tương đối với nhau trong không gian. Nghĩa là chúng phải được sắp xếp gần nhau, tiếp xúc với nhau theo một dạng nào đó (như tiếp xúc điểm đường, mặt). Sau khi hàn ra được một liên kết hàn bao gồm mối hàn và kim loại cơ bản không bị thay đổi tổ chức dưới tác dụng của quá trình hàn. Trong thực tế các loại liên kết đó được phân loại như sau: 2.4.2 Phân loại: Một số liên kết hàn thường gặp bao gồm 4 loại (hình 2-2) a. Liên kết hàn giáp mối b. Liên kết hàn góc c. Liên kết hàn chữ T d. Liên kết hàn chồng Hình 2-2: Một số liên kết hàn thường gặp 2.5 Mối hàn và sự hình thành mối hàn 2.5.1 Mối hàn: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 Là hỗn hợp giữa kim loại điện cực (que hàn) và kim loại cơ bản (vật hàn) sau khi nóng chảy kết tinh lại thành một khối không thể tháo rời ra được. Trên mặt cắt ngang của một liên kết hàn giáp mối bao gồm 3 vùng (hình 2-3) Hình 2-3: các vùng quy ước trên mặt cắt ngang của liên kết hàn giáp mối. 1- vùng mối hàn; 2- vùng ảnh hưởng nhiệt; 3- vùng kim loại cơ bản 2.5.2 Chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào vũng hàn Khi hàn hồ quang bằng bất cứ phương pháp nào và ở bất kỳ vị trí nào trong không gian kim loại lỏng cũng chuyển từ que hàn vào vũng hàn dưới dạng các giọt nhỏ riêng biệt có kích thước khác nhau chảy từ que hàn vào vũng hàn, điều này được giải thích bởi các nhân tố sau: a. Trọng lực của các giọt kim loại lỏng: Những giọt kim loại hình thành ở mặt đầu que hàn và dịch chuyển theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới do lực hút của trái đất, lực này chỉ có khả năng làm dịch chuyển giọt kim loại vào bể hàn khi hàn sấp và có tác dụng ngược lại khi hàn trần. Còn khi hàn đứng thì chỉ một phần kim loại dịch chuyển từ trên xuống. b. Do sức căng bề mặt Giọt kim loại được sinh ra do tác dụng của lực phân tử luôn luôn có khuynh hướng tạo cho bề mặt chất lỏng một năng lượng nhỏ nhất. Vì vậy sức căng bề mặt tạo thành những giọt kim loại lỏng có dạng hình cầu. Những giọt này mất đi khi chúng rơi vào bể hàn và sức căng của bề mặt bể hàn kéo vào thành dạng chung. Nó tạo điều kiện khi hàn trần kim loại lỏng không bị rơi và hình thành mối hàn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 c. Do cường độ điện trường Dòng điện đi qua khe hàn sinh ra một lực điện trường ép lên que hàn và có tác dụng làm giảm tiết diện ngang đến không lực này cắt kim loại lỏng ở đầu que hàn thành giọt do sức căng bề mặt và cường độ điện trường tiết diện ngang giảm, mật độ dòng điện tăng, mặt khác ở đây điện trở cao sinh nhiệt lớn kim loại lỏng đạt đến trạng thái sôi tạo ra áp lực đẩy giọt kim loại vào vũng hàn. Lực điện trường làm dịch chuyển kim loại lỏng từ que hàn vào vũng hàn đối với tất cả vị trí hàn (hình 2-4) Hình 2-4: Tác dụng nén của điện trường lên que hàn khi nóng chảy d. Áp lực trong Kim loại lỏng ở đầu que hàn bị quá nhiệt nhanh, các phản ứng hoá học sinh ra ở đó có các khí CO 2 . Thể tích tăng rất nhanh gây áp lực mạnh đẩy giọt kim loại lỏng tách khỏi que hàn và rơi vào vũng hàn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 2.5.3 Sự tạo thành vũng hàn a. Sự tạo thành vũng hàn - Trong hàn nóng chảy kim loại que hàn và mép kim loại vật hàn nóng chảy hòa trộn vào nhau tạo thành vũng hàn (bể hàn). - Trong quá trình hàn vũng hàn chuyển dịch cùng nguồn nhiệt theo tốc độ hàn, kim loại lỏng trong bể hàn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn không ngừng. Sự chuyển động đó gây ra áp suất của dòng khí tác động lên bề mặt kim loại lỏng trong vùng tác dụng nhiệt khi hàn (vùng A). Đồng thời do những yếu tố khác (lực điện trường trong hồ quang), kim loại lỏng được đẩy ra từ vùng tác dụng của nguồn nhiệt hướng ngược chiều với chiều chuyển động của nó và tạo nên phần lõm trong bể hàn. b. Cấu tạo vũng hàn (hình 2-5) Người ta quy ước chia vùng hàn thành 2 vùng Vùng A: phần đầu mối hàn thực hiện quá trình làm nóng chảy kim loại vật hàn. Vùng B: phần đuôi mối hàn thực hiện quá trình kết tinh tạo thành mối hàn. Hình 2-5: Sơ đồ vũng hàn. A,B: phần đầu và phần đuôi của vũng hàn; h,b,a: chiều sâu, chiều rộng và chiều dài của vũng hàn; s: chiều dày của chi tiết hàn 2.5.4 Tổ chức kim loại mối hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 Sau khi hàn xong kim loại que hàn và vật hàn nóng chảy kết tinh tạo thành mối hàn. Mối hàn có tổ chức và thành phần khác với que hàn và vật hàn, thường tốt hơn vùng kim loại vật hàn quanh mối hàn. Do ảnh hưởng nhiệt nên có sự thay đổi về tổ chức và tính chất gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt (phần kim loại lân cận mối hàn) Kim loại nóng chảy hoàn toàn khi nguội có tổ chức tương tự như thỏi đúc vùng sát kim loại cơ bản do tản nhiệt nhạnh, tốc độ nguội lớn nên hạt nhỏ, vùng tiếp theo kim loại kết tinh theo hướng thẳng góc với mặt tản nhiệt nên có dạng nhánh cây kéo dài, vùng trung tâm mối hàn do nguội chậm nên hạt lớn có tạp chất (phi kim loại) (hình 2-6) Hình 2-6: Sơ đồ kết tinh của kim loại mối hàn 2.5.5 Vùng ảnh hưởng nhiệt (hình 2-7) a. Khái niệm Sau khi kim loại ở vùng hàn nguội kết tinh thành mối hàn, vùng kim loại quanh mối hàn do ảnh hưởng nhiệt nên có sự thay đổi về tổ chức và tính chất gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt. Sự tạo thành vùng ảnh hưởng nhiệt là tất nhiên trong quá trình hàn nóng chảy, chiều rộng của nó phụ thuộc vào phương pháp và chế độ hàn, thành phần và chiều dày của kim loại vật hàn gồm các phần sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 b. Cấu tạo vùng ảnh hưởng nhiệt Hình 2-7: Tổ chức vùng ảnh hưởng nhiệt mối hàn giáp mối thép ít các bon (1) Vùng viền chảy: Là vùng kim loại nóng chảy không hoàn toàn nằm giữa kim loại mối hàn nóng chảy và kim loại vật hàn không nóng chảy. Vùng này có kích thước bé. Hạt kim loại nhỏ mịn và có ảnh hưởng tốt đến mối hàn. (2) Vùng quá nhiệt: Có nhiệt độ từ 1100oC đến gần nóng chảy kim loại chịu sự biến đổi về hình thù hạt Austenit phát triển mạnh, vùng này hạt kim loại to có độ dai và tính dẻo kém là vùng yếu nhất của mối hàn. (3) Vùng thường hoá: Là vùng kim loại bị nung nóng từ 900oC-1100oC có tổ chức hạt Péclit, ferit nhỏ vì thế nó có cơ tính tương đối cao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 (4) Vùng kết tinh lại không hoàn toàn: Là vùng có nhiệt từ 720o-900oC tổ chức hạt ferit thô và hạt Austenit nhỏ vì thế cơ tính của vùng này giảm do độ hạt không đồng đều (5) Vùng kết tinh lại (vùng hoá già): Vùng này kim loại bị nung nóng từ 500o- 700oC diễn ra quá trình kết hợp giữa tinh thể nát vụn với nhau trong trạng thái biến dạng dẻo trong quá trình kết tinh lại phát sinh và phát triển những tinh thể mới. Nếu giữ ở nhiệt độ này quá lâu thì không diễn ra quá trình kết hợp mà lại diễn ra quá trình phát triển mạnh các tinh thể. Khi hàn kim loại không có biến dạng dẻo (như hợp kim đúc) và sẽ không xảy ra quá trình kết tinh lại. Vùng này có độ cứng giảm tính dẻo tăng. (6) Vùng giòn xanh: Là vùng kim loại được nung nóng từ 100o-500oC trong qúa trình hàn vùng này không có thay đổi rõ về tổ chức nhưng do ảnh hưởng nhiệt nên tồn tại ứng suất dư. 2.5.6 Phân loại mối hàn a. Phân loại mối hàn theo vị trí trong không gian (hình 2-8) (1) Hàn bằng (hàn sấp): Là những mối hàn phân bố trên mặt phẳng nằm trong góc từ 0 – 60o. (2) Hàn đứng: Là những mối hàn phân bố trên những mặt phẳng nằm trong góc từ 60 – 120o theo phương bất kỳ trừ phương song song với mặt phẳng nằm ngang. (3)Hàn ngang: Là những mối hàn phân bố trên những mặt phẳng nằm trong góc 60 – 120o nhưng có phương song song với mặt phẳng nằm ngang. (4) Hàn trần (hàn ngửa): Là những mối hàn phân bố trên những mặt phẳng nằm trong góc từ 120 – 180o. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 Hình 2-8: Phân loại mối hàn theo vị trí trong không gian b. Phân loại mối hàn theo phương ngoại lực tác dụng (hình 2-9) (1) Mối hàn dọc: Là mối hàn có trục đối xứng song song với phương tác dụng của ngoại lực. (2) Mối hàn ngang: Là những mối hàn có trục đối xứng vuông góc với phương tác dụng của ngoại lực. (3) Mối hàn xiên: Là những mối hàn có trục đối xứng không vuông góc và không song song với phương tác dụng của ngoại lực. (4) Mối hàn hỗn hợp: Là tập hợp mối hàn trên và lực tác dụng theo phương bất kỳ. Hình 2-9: Phân loại mối hàn theo phương của ngoại lực. a. mối hàn dọc; b. mối hàn ngang; c.mối hàn xiên; d. mối hàn hỗn hợp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 b. Phân loại mối hàn theo tính chất liên tục của đường hàn. (1) Mối hàn liên tục: Mốí hàn liên tục hình thành từ đầu đến cuối đường hàn (2) Mối hàn gián đoạn: Mối hàn giàn đoạn theo chu kỳ hoặc không theo chu kỳ. 2.6 Hồ quang hàn 2.6.1 Khái niệm về hồ quang hàn - Hồ quang là hiện tượng phóng điện mạnh và liên tục trong môi trường khí đã được ion hoá giữa các điện cực kèm theo sự toả nhiệt lớn và ánh sáng mạnh. Việc sử dụng nhiệt độ của hồ quang để hàn được gọi là hồ quang hàn (hình 2-10). - Hồ quang có 2 đặc điểm chính là nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh. Hình 2-10: Cấu tạo của hồ quang 1- khu vực cực âm; 2-cột hồ quang; 3-khu vực cực dương 2.6.2 Sự cháy và phân bố nhiệt của hồ quang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 a. Sự cháy của hồ quang Sau khi hồ quang phát sinh nếu duy trì khoảng cách từ 2 ÷4 mm giữa que hàn và vật hàn hồ quang sẽ cháy đều, liên tục và ổn định, sự cháy của hồ quang phụ thuộc vào: Điện thế giữa 2 điện cực khi máy hồ quang chưa làm việc, cường độ dòng điện hàn và khoảng cách giữa 2 điện cực. b. Sự phân bố nhiệt của hồ quang Trong hồ quang điện cực cácbon hàn bằng dòng 1 chiều nhiệt độ ở khu vực cực âm khoảng 3200 0 C, nhiệt lượng phóng ra là 38% tổng nhiệt lượng hồ quang. Nhiệt độ ở khu vực cực dương khoảng 3400 0 C nhiệt lượng phóng ra là 42% của tổng nhiệt lượng hồ quang, nhiệt độ tại trung tâm cột hồ quang khoảng 6000 0 C nhưng ngược lại xung quanh cột hồ quang nhiệt độ lại thấp hơn nhiệt độ lại thấp hơn nhiệt lượng phóng ra khoảng 20% tổng nhiệt lượng hồ quang (hình 2-11). Hình 2-11: Sự phân bố nhiệt của hồ quang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 2.7 Ứng suất và biến dạng hàn 2.7.1 Khái niệm về ứng suất và biến dạng hàn a. Khái niệm - Trong qúa trình hàn, kim loại mối hàn bị nung nóng cục bộ đến nhiệt độ nóng chảy, sau đó nguội đi nhanh chóng quá trình nung nóng làm cho tổ chức, thể tích, tính chất của kim loại bị thay đổi. Khi nguội do nhiệt độ không đồng đều dẫn đến sự co ngót và biển đổi tổ chức gần như mối hàn cũng không đồng đều. Hai quá trình trên không giống nhau vì vậy bên trong và lân cận mối hàn tồn tại một nội lực gây nên ứng suất và biến dạng. Vì vậy ứng suất và biến dạng hàn là nội lực xuất hiện phía bên trong do quá trình nung nóng và làm nguội không đồng đều trong quá trình hàn, hai đại lượng này luôn luôn tồn tại song song với nhau trong mối hàn với các trị số lớn hoặc bé do vậy vật hàn dễ bị biến dạng, vật hàn có tính dẻo kém dễ bị nứt. Do đó tìm hiểu nguyên nhân sinh ra biến dạng và ứng suất để tìm biện pháp nhằm nâng cao chất lượng kết cấu hàn. b. Các nguyên nhân gây ra ứng suất và biến dạng hàn - Do nung nóng không đều kim loại hàn: Khi hàn nung nóng chảy một khối lượng nhỏ kim loại tại vị trí hàn, sau đó được nguội dần. Sự phân bố nhiệt theo hướng hàn khác nhau. Sự thay đổi tinh thể kim loại vùng lân cận khác nhau tạo thành nội ứng suất trong mối hàn. - Độ ngót đúc kim loại nóng chảy của mối hàn - Do biến đổi cấu trúc bên trong của kim loại tại vùng mối hàn: Là sự thay đổi về kích thước, vị trí sắp xếp các tinh thể kim loại, đồng thời kèm theo sự thay đổi thể tích của kim loại trong vùng ảnh hưởng nhiệt. Sự thay đổi như vậy của thể tích kim loại dẫn đến tạo thành nội ứng suất. c. Phân loại ứng suất và biến dạng - Ứng suất và biến dạng dọc - Ứng suất và biến dạng ngang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 - Biến dạng góc và cục bộ 2.7.2 Ứng suất và biến dạng dọc a. Khái niệm Ứng suất có phương song song với trục của mối hàn gọi là ứng suất dọc, nó xuất hiện do co dọc mối hàn. b. Đặc điểm Phân chia các ứng suất dọc theo chiều dài mối hàn. Đối với mối hàn giáp mối khi hàn hồ quang một lớp tấm dày 25 mm ứng suất dọc được biểu thị trên hình 2-12 Hình 2-12: Ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến đại lượng ứng suất dọc dư khi hàn giáp mối các tấm dày 25mm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 c. Phân bố ứng suất dọc - Trên hình vẽ ta thấy ứng suất dọc các mối hàn có chiều dài mhL < 500mm thì trị số ứng suất cực đại gần bằng 350 2/ mmN nó phụ thuộc vào chiều dài mối hàn trị số ứng suất dọc giảm khi mhL giảm và ngược lại. - Khi hàn các kết cấu mà trọng tâm mặt cắt ngang không đối xứng với các trục mối hàn. Độ co dọc sẽ gây nên biến dạng dọc. Ví dụ: + Nếu hàn đắp mối hàn trên một trong 2 mép của tấm thì nó sẽ bị uốn cong (hình 2-13a) + Khi hàn mối hàn chữ T một phía cũng bị biến dạng tương tự (hình 2-13b) + Khi hàn các kết cấu tấm mỏng sẽ làm cho kết cấu bị cong vênh (hình 2-13c) Hình 2-13: Các biến dạng dọc khi hàn: a) Hàn đắp mối hàn trên mép tấm; b) Hàn chữ T một phía; c) Hàn giáp mối 2 tấm mỏng 2.7.3 Ứng suất và biến dạng ngang a. Khái niệm Ứng suất và biến dạng có phương vuông góc với trục mối hàn gọi là ứng suất và biến dạng ngang. b. Đặc điểm Nó xuất hiện do có sự co ngang của mối hàn và độ kẹp chặt của chi tiết hàn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 - Khi hàn giáp mối ứng suất ngang xuất hiện đồng thời theo khuynh hướng của tấm bị biến dạng dọc tương tự như hàn đắp mối hàn trên mép dọc. c. Sự phân bố ứng suất ngang Nếu cắt chi tiết theo trục mối hàn thì độ cong vênh sẽ xảy ra đồng thời ứng suất ngang cực đại (kéo) sẽ tập chung vào phần giữa mối hàn (hình 2-14) Hình 2-14: Sự xuất hiện các ứng suất ngang do độ co dọc của mối hàn. a) Mẫu hàn; b) Sự biến dạng khi cắt theo trục dọc của liên kết hàn; c) Biểu đồ ứng suất trong mối hàn: h là bề rộng tấm, d là bề rộng vùng đốt nóng - Đại lượng và sự phân bố các ứng suất ngang phụ thuộc vào bề dày kim loại, tính chất kẹp của chi tiết hàn, thứ tự thực hiện mối hàn, sự tăng bề dày kim loại và số lớp hàn ứng xuất ngang sẽ tăng lên. - Khi hàn các tấm tự do, ta hàn từ giữa ra 2 đầu, sự phân bố ứng suất do có sự co ngang, được biểu diễn trên hình 2-15a. Hai đầu là ứng suất kéo, còn giữa là ứng suất nén. - Nếu hàn từ 2 đầu vào sẽ tồn tại ứng suất kéo ở giữa mối hàn do có độ co ngang cộng với ứng suất kéo do độ co dọc có thể làm hỏng mối hàn (hình 2-15b) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 Hình 2-15: Ảnh hưởng trình tự hàn đến việc phân bố các ứng suất ngang a) Hàn từ giữa ra 2 đầu; b) Hàn từ 2 đầu vào giữa 2.7.4 Biến dạng góc và cục bộ a. Biến dạng góc Xuất hiện do độ co ngót vật đúc của kim loại không đều theo tiết diện ngang mối hàn khi hàn các mối hàn giáp mối, vát cạnh chữ V hoặc các mối hàn góc. Hình 2-16: Các biến dạng góc: a) Liên kết giáp mối: b) Liên kết chữ T b. Biến dạng cục bộ Biến dạng cục bộ làm thay đổi hình dạng sản phẩm theo từng khu vực (uốn dọc, hình nấm) khi hàn các gân tăng cứng, các dầm chữ T (khu vực tập chung nhiều mối hàn). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 Hình 2-17: Biến dạng chung (a) và biến dạng cục bộ (b) của dầm chữ T 2.7.5 Các biện pháp giảm biến dạng và ứng suất khi hàn a. Các biện pháp kết cấu - Để tránh tập trung ứng suất không nên thiết kế mối hàn hay giao nhau (nhất là kết cấu làm việc với tải trọng va đập hay tải trọng theo chu kỳ). - Không nên thiết kế các mối hàn khép kín có kích thước nhỏ vì dễ sinh ra ứng suất lớn. - Các gân chịu lực cần sắp xếp sao cho khi hàn cùng đốt nóng một khu vực ở hai phía của kim loại cơ bản, để giảm sự co ngang của kết cấu (hình 2-18) - Khi hàn giáp mối nên chiều dày của tấm khác nhau thì cần phải vát bớt tấm dày hơn (hình 2-19). Hình 2-18: a – đúng; b – sai Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Hình 2-19:a – đúng; b – sai - Với kết cấu phức tạp thì cần hàn chế tạo từng bộ phận riêng thì mới hàn lắp thành kết cấu lớn sẽ giảm bớt co ngang giữa các mối hàn và giảm ứng suất hàn. - Các kết cấu hộp để giảm biến dạng cục bộ thì cần hàn thêm các gân chịu lực. b. Các biện pháp công nghệ khi hàn • - Khi hàn các vật dày, các loại thép dễ bị tôi thì cần nung nóng sơ bộ vật hàn, giảm bớt cường độ dòng điện hàn hoặc công suất ngọn lửa để tránh nứt mối hàn. Các biện pháp công nghệ trước khi hàn: - Khi hàn các chi tiết bị kẹp chặt dễ sinh ra ứng suất lớn, do đó thứ tự hàn các mối hàn phải làm sao cho vật hàn luôn ở trạng thái tự do (hình 2-20). Hình 2-20: Trình tự hàn các mối hàn kết cấu tấm a- đúng; b – sai;1,2,3….6-số thứ tự các mối hàn; A, B-vị trí ứng suất lớn nhất - Khi hàn phải lùi theo một chiều nhất định hoặc hàn từ giữa ra, không được hàn từ 2 đầu vào (hình 2-21) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Hình 2-21: Phương pháp hàn lùi dần a) Tiến hành từ một đầu: b)Tiến hành từ giữa ra - Khi hàn mối hàn thứ 2 đối xứng với mối hàn thứ nhất thì phải tăng hI để khử mômen uốn và biến dạng do mối hàn thứ nhất tạo ra. - Đối với hàn giáp mối vát mép chữ V để khử biến dạng góc thì trước khi hàn đặt 2 vật hàn ngược chiều bị biến dạng sau khi hàn (hình 2-22) - Các đồ gá kẹp chặt phải đặt cách xa mối hàn và không được đặt trên mặt cắt ngang mối hàn. - Hàn theo phương pháp phân đoạn nghịch sẽ giảm được biến dạng. Vì nội lực sinh ra chỉ ở từng khu vực nhỏ và nó có hướng về vùng lân cận đối diện (hình 2- 21b) - Để giảm cong vênh lượn sóng khi hàn các tấm rộng ta dùng đồ gá kẹp chặt mép hàn trong khuôn, sau đó nới lỏng để biến dạng tự do nếu không sẽ sinh ra ứng suất dư. Hình 2-22: Đặt vật hàn ngược chiều với chiều biến dạng • Biện pháp công nghệ sau hàn - Ủ có thể loại trừ ứng suất. Nhiệt độ từ 550 : 0 ÷600 0 , giữ nhiệt khoảng 1 giờ sau đó cho để nguội ngoài không khí (đối với thép C trung bình và cao) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 - Gõ nhẹ sau khi hàn: Gõ đều và mau xung quanh mối hàn ở nhiệt độ khoảng 500 0 C và dưới 300 0 C bằng búa đầu tròn có trọng lượng từ 0,5 ÷1,25 kg. - Nắn nguội: ta tác dụng một lực vào phần bị co để đạt được kích thước, hình dáng ban đầu thiết kế. - Nắn nóng: Dùng ngọn lửa khí nung nóng khu vực bị biến dạng nhằm tạo ra ứng lực làm biến dạng kết cấu theo chiều ngược lại. Phương pháp này kinh tế, đơn giản và hiệu quả cao. 2.8 Khuyết tật của mối hàn và phương pháp kiểm tra 2.8.1 Khuyết tật của mối hàn a. Khái niệm: - Khuyết tật của mối hàn là những sai lệch về hình dạng và kích thước và tổ chức kim loại của kết cấu hàn so với tiêu chuẩn thiết kế và yêu cầu kỹ thuật nó có tác dụng xấu làm giảm độ bền và khả năng làm việc của kết cấu. b. Các khuyết tật thường gặp * Nứt: Là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất của mối hàn. Trong quá trình sử dụng nó phát triển mạnh khiến cho những cấu kiện bị hỏng. Có 2 loại nứt là nứt trong và nứt ngoài (có thể có ở vùng ảnh hưởng nhiệt, hình 2-23) Hình 2-23: Nứt 1- nứt ngoài; 2 - nứt trong; 3 - nứt ở khu vực ảnh hưởng nhiệt - Nguyên nhân: + Hàm lượng C và S trong kim loại vật hàn và que hàn quá nhiều + Độ cứng của vật hàn lớn cộng thêm công ứng suất nhiệt sinh ra khi hàn cho mối hàn bị nứt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 + Dòng điện hàn quá lớn, rãnh hồ quang ở cuối mối hàn không đầy, khi nguội do ngót xuất hiện vết nứt. - Biện pháp khắc phục: + Chọn vật liệu có hàm lượng P, S thấp, chọn que hàn có tính chống nứt + Chọn trình tự và chế độ hàn hợp lý + Giảm tốc độ làm nguội vật hàn * Lỗ hơi: Có nhiều thể hơi hoà trong kim loại nóng chảy không thoát khi vùng kim loại nóng chảy đông đặc tạo thành lỗ hơi (hình 2-24) Hình 2-24: Lỗ hơi 1-Lỗ hơi tập chung; 2-lỗ hơi trên bề mặt; 3-lỗ hơi đơn; 4-lỗ hơi tập chung - Nguyên nhân: + Do hàm lượng cácbon trong kim loại vật hàn và que hàn quá cao, khả năng tẩy ôxy của que hàn quá kém. + Dùng que hàn ẩm, vật hàn ướt, có gỉ sắt, mỡ bẩn. + Hồ quang dài, tốc độ hàn nhanh - Biện pháp khắc phục: + Dùng que hàn có hàm lượng cácbon tương đương thấp, khả năng tẩy ôxy tốt. + Sấy khô que hàn trước khi dùng + Giữ chiều dài hồ quang phù hợp ( mmIhq 42÷= ) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 + Không gõ xỉ ngay, kéo dài thời gian giữ nhiệt vật hàn * Mối hàn lẫn xỉ (hình 2-25) Có tạp chất nằm trong mối hàn, nó nằm trong hoặc trên mặt mối hàn, nó xuất hiện khi hàn góc hoặc khe hở nhỏ. Hình 2-25: Lẫn xỉ hàn - Nguyên nhân: + Dòng điện hàn nhỏ, không đủ nhiệt lượng cung cấp cho kim loại nóng chảy và cho xỉ nổi lên. + Mép mối hàn bị bẩn, hàn nhiều đường, nhiều lớp, lớp trước không được là sạch triệt để. + Góc độ que hàn không phù hợp. Tốc độ hàn nhanh. - Biện pháp khắc phục: + Chọn chế độ hàn phù hợp, hàn hồ quang ngắn, tốc độ đưa que hàn chậm + Làm sạch triệt để vật hàn trước khi hàn vào lớp hàn trước + Điều chỉnh góc độ que hàn và phương pháp đưa que hàn cho phù hợp * Hàn chưa ngấu (hình 2-26) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 Là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất trong mối hàn, nó có nguy cơ bị nứt gây hỏng cấu kiện. Hình 2-26: Hàn chưa ngấu a) mối hàn giáp mối; b) mối hàn góc; c) mối hàn nhiều lớp - Nguyên nhân: + Do góc vát quá nhỏ nhiệt lượng không đủ làm nóng chảy hết kim loại vật hàn phía dưới + Chiều dài hồ quang lớn, tốc độ hàn nhanh, hI nhỏ - Biện pháp khắc phục: Tăng khe hở của vật hàn, chọn chế độ hàn cho hợp lý - Nguyên nhân: Do dòng điện hàn quá lớn, hồ quang dài, góc độ que hàn và cách đưa que hàn không hợp lý. * Khuyết cạnh (hình 2-27) Là chỗ giao nhau của vật hàn và mối hàn có rãnh dọc hoặc lõm - Biện pháp khắc phục: Chọn chế độ hàn và phương pháp đưa que hàn cho phù hợp Trên mép của vật hàn có các cục kim loại không được trộn lẫn vào kim loại mối hàn. Nó xuất hiện khi hàn đứng, hàn ngang và hàn trần. * Đóng cục (hình 2-28) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 - Nguyên nhân: que hàn nóng chảy nhanh, hồ quang dài, cách đưa que hàn không chính xác, V h chậm. - Biện pháp khắc phục: Chọn chế độ hàn chính xác, chú ý chiều dài hồ quang và phương pháp đưa que hàn thích hợp. Hình 2.27: Khuyết cạnh Hình 2.28: Đóng cục 2.8.2 Phương pháp kiểm tra khuyết tật mối hàn a. Quan sát bằng mắt thường: Dùng để phát hiện những khuyết tật trên bề mặt mối hàn. Phát hiện trực tiếp bằng mặt thường, dùng kích lúp hoặc dụng cụ đo (dưỡng kiểm tra kích thước và hình dạng) để xác định độ sai lệch về kích thước và hình dạng của mối hàn. b. Kiểm tra phá hỏng Kiểm tra cơ tính như kéo, uốn nguội, nén xoắn, va đập, nó xác định được cường độ cực đại của đầu mối hàn, tính dẻo dai cao hay thấp, nó chỉ mang tính cục bộ nên không được áp dụng rộng rãi (chỉ áp dụng cho sản xuất hàng loạt) c. Kiểm tra không phá hỏng Chiếu xuyên qua chiều dày kim loại lên tấm phim đặt phía sau mối hàn ở những chỗ rỗ khí hoặc lẫn xỉ hoặc hàn không ngấu, trên phim sẽ xuất hiện vết sẫm (dùng tia X nó * Chiếu xạ xuyên qua mối hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 có thể xuyên qua vật hàn có chiều dày 100mm, dùng tia γ để kiểm tra mối hàn có chiều dày tới 300mm) (hình 2-29; 2-30) Hình 2-29: Kiểm tra bằng tia X Hình 2-30: Kiểm tra bằng tiaγ 1-đèn tia X; 2-tia X; 3-vật hàn 1-hộp chì; 2-nguyên tố có tính phóng xạ 4-hộp có nắp kín; 5-phim cản quang 3-tia γ ; 4-vật hàn; 5-hộp đựng phim 6-tấm chắn bằng chì 6-phim; 7-tấm chắn bằng chì * Kiểm tra thẩm thấu bằng dầu hoả: Dùng phương pháp này để kiểm tra độ rỗ, rò rỉ của kim loại mối hàn có bề dày nhỏ hơn 10mm, bằng cách quét dầu hoả lên một phía của mối hàn còn mặt kia quét một lớp phấn trắng hoặc lớp vôi để khô, dầu hoả sẽ được thẩm thấu qua vùng khuyết tật và được phát hiện, phương pháp này có thể được xác định được các khuyết tật có đường kính tới 0,1mm * Phương pháp siêu âm - Dựa trên khả năng của chùm tia phản xạ lại theo hướng khác khi đi vào kim loại mối hàn có chứa khuyết tật. * Thử bằng thuỷ lực tĩnh và có áp suất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Phương pháp này dùng để thử độ bền, độ kín của các bình, các bể chứa, các thiết bị chứa khí. Ta bơm đầy nước hoặc khí vào các thiết bị đó, với áp lực bằng 1,5 lần hoặc hơn áp lực khi làm việc, lúc đó ta dừng lại dùng búa tay gõ nhẹ quanh mối hàn xem có hiện tượng bị dò hay không, kiểm tra xong xả nước hoặc khí ra ngoài từ từ để tránh tình trạng thiết bị bị co ngót đột ngột làm hư hỏng * Kiểm tra bằng từ tính Sử dụng tính chất truyền thẳng của đường sức từ trong trường vật chất đồng nhất, người ta kiểm tra khuyết tật của mối hàn bằng cách rắc lên bề mặt mối hàn một lớp bột sắt và đặt trong từ trường, rồi theo rõi đường sức từ, tại chỗ khuyết tật đường sức từ đổi hướng. 2.9 Giới thiệu một số công nghệ hàn 2.9.1 Hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc - Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ (hàn hồ quang kín) là quá trình hàn nóng chảy mà hồ quang cháy giữa dây hàn (điện cực hàn) và vật hàn dưới một thuốc bảo vệ. Dưới tác dụng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn và một phần thuốc hàn sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vũng hàn. Dây hàn được đẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu đặc biệt với tốc độ phù hợp với tốc độ cháy của nó (hình 2-31). Hình 2-31: Sơ đồ hàn dưới lớp thuốc 1-dây hàn; 2-vật hàn; 3-khoảng trống; 4-thuốc hàn; 5-mối hàn; 6-xỉ hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 2.9.2 Hàn MIG, MAG - Thực chất là hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ trong đó nguồn nhiệt hàn được cung cấp bởi hồ quang được tạo ra giữa điện cực nóng chảy (dây hàn) và vật hàn. Hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo vệ khỏi tác dụng của khí 2O và 2N trong môi trường xung quanh bởi một loại khí hoặc hỗn hợp khí (hình 2-32). - Tuỳ theo loại khí hoặc hỗn hợp khí được sử dụng trong hàn hồ quang người ta phân thành: Hàn MIG (Metal Inert Gas) khí sử dụng là khí Argon hoặc khí Hêli. Phương pháp này thường dùng để hàn thép không gỉ, hàn nhôm và hợp kim nhôm, hàn đồng và hợp kim đồng. Hàn MAG (Metal Active Gas) khí sử dụng là khí hoạt tính CO 2 , phương pháp này thường dùng để hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp. Hình 2-32: Sơ đồ hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ 2.9.3 Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ (hàn TIG, Tung Sten Inert Gas) Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ là quá trình hàn nóng chảy, trong đó nguồn nhiệt được cung cấp bởi hồ quang được tạo thành giữa điện cực không nóng chảy và vũng hàn (hình 2-33). Vùng hồ quang được bảo vệ bằng môi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 trường khí trơ (Argon, Hêli, Argon + Hêli) để ngăn cản tác động có hại của 2O và 2N trong không khí. Điện cực không nóng chảy thường dùng là Volfram. Phương pháp hàn này có thể dùng dòng điện một chiều hoặc xoay chiều để hàn tất cả các loại vật liệu. Hình 2-33: Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ (hàn TIG) 2.9.4 Hàn điện tiếp xúc Thực chất của hàn điện tiếp xúc là cho dòng điện có cường độ lớn chạy qua 2 vật hàn, chỗ tiếp xúc có điện trở lớn sẽ bị nung nóng đến trạng thái hàn (chảy hoặc dẻo) và nhờ tác dụng của lực ép (P,P) ép chúng liên kết với nhau tạo thành mối hàn (hình 2-34). Theo định luật Jun – Lenxơ: khi cho một dòng điện đi qua một vật dẫn sẽ sinh ra nhiệt lượng Q. Q = 0,24.I 2 .R.t (calo) Trong đó: I - cường độ dòng điện hàn (A) R - điện trở vật dẫn (Ω ) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 t - thời gian dòng điện chạy qua (s) Từ công thức trên ta thấy, bề mặt tiếp xúc của 2 vật hàn ban đầu có những chỗ nhấp nhô tế vi và màng oxit kim loại nên có diện tích tiếp xúc nhỏ (chủ yếu là tiếp xúc điểm) và điện trở ở đây khá lớn nên mật độ dòng điện lớn, kết quả nhiệt lượng sinh ra trên bề mặt tiếp xúc lớn sẽ nung nóng chúng tới trạng thái hàn, sau đó dùng lực ép để tạo điều kiện khuếch tán nguyên tử lẫn vào nhau tạo nên mối hàn. Hình 2-34: Sơ đồ nguyên lý hàn điện tiếp xúc giáp mối 1-chi tiết hàn; 2-cực của máy tiếp xúc; 3-biến thế hàn 1 pha; 4-công tắc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 CHƯƠNG III KẾT CẤU CỦA ROBOT HÀN ALMEGA AX-V6 Chương này trình bày các thông số hình học, các thông số kỹ thuật, các thành phần liên quan đến Robot hàn Almega AX-V6. 3.1 Tại sao và khi nào dùng Robot hàn? 3.2 Hệ thống chuẩn của Almega AX-V6 3.3 Kết cấu thành phần chuẩn cho hàn CO 2 /MAG và hàn MAG/MIG 3.4 Thành phần tiêu chuẩn cho hàn TIG nóng chảy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 3.1 Tại sao và khi nào dùng Robot hàn? Ứng dụng chủ yếu của robot công nghiệp là hàn và lắp ráp. Gần 25% robot trong công nghiệp là robot hàn. Các robot lắp ráp chiếm 33% số robot trên thế giới, có mặt nhiều nhất trong các nhà máy sản xuất xe hơi và đồ điện tử. 3.1.1 Khi nào dùng robot hàn ? Một quá trình hàn gồm nhiều thao tác lặp đi lặp lại trên những chi tiết giống nhau sẽ thích hợp để tự động hóa. Số lượng chi tiết cần hàn trong quá trình chế tạo quyết định xem có nên tự động hóa quá trình hàn hay không. Nếu bình thường phải điều chỉnh để các chi tiết ăn khớp với nhau hoặc các mối hàn quá rộng hoặc có vị trí khác nhau trên mỗi chi tiết thì không thể tự động hóa được. 3.1.2 Tại sao hàn bằng robot ? Những lợi ích lớn nhất của hàn tự động là có độ chính xác và năng suất cao. Hàn bằng robot nâng cao độ tin cậy của mối hàn. Một khi được lập trình hợp lý, các robot sẽ tạo ra những mối hàn y như nhau trên các vật hàn cùng kích thước và quy cách. Chuyển động của que hàn được tự động hóa sẽ giảm nguy cơ mắc lỗi trong thao tác, do vậy giảm phế phẩm và khối lượng công việc phải làm lại. Robot không những làm việc nhanh hơn mà còn có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm, hiệu quả hơn nhiều so với một hệ thống hàn tay. Qúa trình hàn được tự động hóa giải phóng người công nhân khỏi những tác hại khi hàn do tiếp xúc với bức xạ hồ quang, vẩy hàn nóng chảy, khí độc. Chính vì lý do vậy mà hiện nay rất nhiều công ty, nhà máy sử dụng Robot hàn, hiện nay trên thị trường trong nước có rất nhiều chủng loại Robot hàn của nhiều hãng khác nhau, trong khuôn khổ của luận văn, tác giả xin giới thiệu qua về loại Robot hàn Almega AX-V6. * Giới thiệu về Robot hàn Almega AX-V6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 Robot hàn Almega AX-V6 sử dụng phương pháp MIG/MAG/TIG dùng những chất khí khác nhau để bảo vệ cho hồ quang cháy ổn định, chống sự xâm nhập có hại của môi trường, tăng chất lượng mối hàn. Bảng dưới đây là thông tin chi tiết của Robot: ALMEGA AX-V6 Cấu trúc Kiểu khớp thẳng đứng Số trục điều khiển 6 Tải trọng tối đa cho phép 6 kg Sai số lặp lại vị trí ±0.08mm Hệ thống truyền động Động cơ Servo xoay chiều. Công suất truyền động 2750W Hồi tiếp vị trí Bộ mã hóa tuyệt đối. Phạm vi hoạt động Cánh tay J1 340o(±170o)[100o(±50o)] J2 245o(-155o~+90o) J3 360o(-170o~+190o) Cổ tay J4 360o(±180o) J5 280o(±50o~+230o) J6 720o(±360o) Tốc độ tối đa Cánh tay J1 2.62 rad/s(150o/s) J2 2.79 rad/s(160o/s) J3 2.97 rad/s(170o/s) Cổ tay J4 5.93 rad/s(340o/s) J5 5.93 rad/s(340o/s) J6 9.08 rad/s(520o/s) Cánh tay J1 11.8 N.m J2 9.8 N.m J3 5.9 N.m Cổ tay J4 0.30 kg.m2 J5 0.25 kg.m2 J6 0.06 kg.m2 Diện tích mặt cắt phạm vi hoạt động 3.14.m2 x 340o Nhiệt độ môi trường hoạt động 0~45oC. Trọng lượng 155 kg Tải trọng tối đa khi tay nâng. 10 kg Kiểu lắp đặt Nền, treo tường hoặc trần xưởng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 Trở về vị trí gốc Không cần thiết Màu sơn Tay máy: màu trắng, Đế: Màu xanh nước biển. * Cảnh báo khi sử dụng Robot hàn Việc sử dụng robot trong dây chuyền sản xuất đòi hỏi những quy tắc an toàn hợp lý để bảo vệ những người làm việc trực tiếp với robot và những người khác trong nhà máy do không ý thức được nguy hiểm tiềm ẩn. Một giải pháp an toàn nhất là mua toàn bộ bệ hàn từ một hãng tích hợp robot. Một bệ hàn hoàn chỉnh gồm các thanh chắn, các thiết bị an toàn cần có và phương thức nâng, hạ vật thao tác. Mỗi lắp đặt robot phải được tính toán kỹ lưỡng về tính an toàn. Khi robot đang hoạt động, người không được đứng trong vùng làm việc của nó. Quanh robot phải có rào chắn. Các cánh cửa phải được bảo vệ bằng khóa an toàn, và vùng hàn phải được bảo vệ sao cho nguồn hàn được tách khỏi robot tức thì khi cửa mở. Các nút dừng khẩn cấp phải được bố trí trên các bảng điều khiển, cabin robot và bảng lập trình robot. Rào chắn phải vây kín robot và không cho người trèo hay chui qua. Các đèn tín hiệu phải được bố trí trên robot hoặc trong vùng làm việc của nó để báo hiệu robot đang có điện. 3.2 Hệ thống chuẩn của Almega AX-V6. 3.2.1 Sự cấu thành chuẩn của Almega AX-V6 Các thành phần Kiểu Đặc điểm kỹ thuật (1) Tay máy AX-MV6 (Model: AXMV61) (2) Bộ điều khiển AX-C (Model: AXCMN1) (3)Bảng dạy (teach pendant) AXTPDSON-EC ** ** :03 3m specification ** :08 8m specification Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 ** :15 15m specification (4) Operation box AXOP-00 ** ** :05 5m specification ** :10 10m specification ** :15 15m specification (5) Cáp 1 và 2 AXRB-10 ** ** :03 3m specification ** :05 5m specification ** :10 10m specification ** :15 15m specification - Operation box là một thành phần chuẩn cho bộ điều khiển AX-C (trừ một số khác). Nó được cung cấp với một số nút đa dạng như: Emergency stop, Playback/Teach, Stop và Motor ON. - Để chắc chắn kiểm tra loại cáp dẫn và tạo thuộc tính cáp nối, không sử dụng cáp “AXRB-14”, nó không ứng dụng được cho Almega AX-V6. 3.2.2 Thiết bị không bắt buộc cho Almega AX-V6 - Thiết bị dưới đây sẽ có hiệu lực với Almega AX-V6. Đối với cáp dẫn 1 và 2, bảng dạy và operation box. (1) Start box: Hộp khởi động là một thành phần tuỳ ý chỉ dùng cho bộ điều khiển AX-C, nó cung cấp các nút rất đa dạng như “Emergency stop”, “start” và “stop”. Kết nối nó với hộp điều khiển để sử dụng. Chỉ cho phép tối đa là 3 hộp. Loại Đặc điểm kỹ thuật AXST-00 ** ** :05 5m specification ** :10 10m specification ** :15 15m specification (2) Thân máy: Đây là kiểu thân máy cơ bản để cài đặt một tay máy robot Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 Loại Đặc điểm kỹ thuật L-3626 Dùng cho AX-MV6, chiều cao 400mm (3) Relay unit Đây là đơn vị để kết nối mục đích vật lý I/O (vào/ra) với khối cuối cùng, và với đầu ra của tín hiệu vật lý tại điểm tiếp xúc Loại Đặc tính L9110 I/O points: 32 điểm (kết nối với khối cuối) (IN 1÷32, OUT 1 ÷32) Đặc tính vật lý tín hiệu vào: DC24V, 10mA ON/OFF Đặc tính vật lý tín hiệu ra: Max.AC100V hoặc DC30V, 1A, tiếp điểm khô (4) Phần mềm bộ nhớ bên ngoài máy tính cá nhân Đây là phần mềm chỉ sử dụng cho máy tính cá nhân trên các ô nhớ, nó tương tự như một ổ đĩa để ghi dữ liệu, như là một nhiệm vụ của chương trình, các file điều kiện hàn và các lưu trữ khác trên bộ điều khiển của robot, trên ổ đĩa mềm. Để thực hiện những phần mềm này, kết nối với máy tính qua mạng LAN bởi cáp Ethernet. Loại Đặc tính AX -PM L9344C (English) Ứng dụng với Windows 98, Windows Me, Windows NT 4.0, Windows 2000, Windows XP (5) Gói đào tạo ngoại tuyến AX-OT Phần mềm hiển thị này để thực hiện mọi nhiệm vụ: từ khởi tạo các nhiệm vụ chương trình robot cho đến thực hiện mô phỏng chuyển động trên màn hình 3 chiều sử dụng một máy tính cá nhân. Loại Đặc tính AX - OT L9344C (English) Ứng dụng với Windows 98, Windows Me, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 Windows NT 4.0, Windows 2000, Windows XP Yêu cầu ổ đĩa CD-ROM (6) Cáp Ethernet Cáp này thường được sử dụng để kết nối máy tính và bộ điều khiển robot bằng mạng LAN để ứng dụng phần mềm tương tự như phần mềm bộ nhớ bên ngoài Đối tượng Loại Đặc tính Chú ý Cáp Ethernet L945*B *:0 10m specification *:1 15m specification *:2 20m specification 10BASE-T Cáp mạng LAN thẳng và phải có gờ cắm Chú ý: Để kết nối cáp Ethernet với máy tính, phải chuẩn bị HUB. Cả hai cáp HUB và LAN sẽ là các dải để sử dụng. (7) Bộ nhớ ngoài CF - Là một card thường để sử dụng để lưu trữ dữ liệu như là một nhiệm vụ của các chương trình, điều kiện các file hàn và các lưu trữ khác trên bộ điều khiển của Robot. Loại Đối tượng L8800 Compact flash card (64MB) L9742 Compact flash card (256MB) (Compact flash là cái tên do nhà sản xuất đặt) (8) Đèn cảnh báo - Đèn cảnh báo sáng trong khi Robot làm việc (Khi servo ON). Luôn được gắn bó với trên cánh tay của tay máy. DAIHEN (Part No.) Đối tượng Chú ý L6600R00 Đèn cảnh báo Màu: hổ phách L6600S Đèn cảnh báo Màu: đỏ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 (9) Hạn chế làm việc của các trục J2 và J3 Vùng làm việc của các trục J2 và J3 bị hạn chế bởi các chi tiết DAIHEN (Part No.) Đối tượng Chú ý L7400P00 Dog Assy Dog Assy.Cho hạn chế vùng làm việc trục J2 và J3 L7400Q00 Cable Assy.LS2 Các công tắc giới hạn cho vùng làm việc hạn chế của trục J2 và J3 3.3 Kết cấu thành phần chuẩn cho hàn CO 2 /MAG và hàn MAG/MIG 3.3.1 Các loại nguồn hàn cho hàn CO 2 /MAG và hàn MAG/MIG Model D series DM-350 DM-500 DR-350 DL-350 Nguồn hàn 20kVA 29kVA 18kVA 18.2kVA Hiệu điện thế vào 3Ω , 200/220 ± 10% tần số 50/60Hz Phương pháp hàn CO 2 /MAG welding cường độ dòng điện ra 350A 500A 350A 350A hiệu điện thế tải 36V 45V 36V 36V khoảng cường độ dòng điện 30÷350A 30÷500A 30÷350A 30÷350A khoảng hiệu điện thế 12÷36V 12÷45V 12÷36V 12÷36V Tiêu thụ thông thường 60% 100% 60% 60% Kích thước (W*D*H) 250x560x370 (mm) 300x560x595 (mm) 250x660x370 (mm) 300x703x595 (mm) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 Trọng lượng 25kg 49kg 31kg 55kg 3.3.2 Các thành phần của bộ điều khiển robot và nguồn cung cấp Hình 3-1 và 3-2 (1)DM 350, DP350 Thành phần Loại Đặc tính (1) Cáp 5 AXRB-51** **: 05 5m Specification **: 10 10m Specification **: 15 15m Specification (2) Cáp 4, cáp và các ống mềm AXRB-41** **: 05 5m Specification **: 10 10m Specification **: 15 15m Specification (3) Bộ điều chỉnh Gas FCR-226 Đối với hàn khí CO 2 RF-16 Đối với hàn MAG(Ar) (40 CAN I/F board L9129C CAN I/F board (DM) L9123C Với Robot I/F board(DP) Loại Các thành phần ống dẫn gas ống dây hàn loại cực mát Cáp điều khiển 4 AXRB-4105 L2527B L9155C L9155D L9155B AXRB-4110 L3375T L9156C L9156D L9156B AXRB-4115 L3375V L9157C L9157D L9157B Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 Hình 3.1: Các thành phần của bộ điều khiển Robot và nguồn cung cấp (2) DP500 Thành phần Loại Đặc tính (1) Cáp điều khiển 5 AXRB-51** **: 05 5m Specification **: 10 10m Specification **: 15 15m Specification (2) Cáp điều khiển 4, cáp và các ống mềm AXRB-44** **: 05 5m Specification **: 10 10m Specification **: 15 15m Specification (3) Bộ điều chỉnh Gas FCR-226 Đối với hàn khí CO 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 RF-16 Đối với hàn MAG(Ar) (4) CAN I/F board L9129C CAN I/F board (DM) L9123C Với Robot I/F board(DP) (5) thùng nước PU-301 Được yêu cầu khi cần Loại Các thành phần ống dẫn gas ống dây hàn loại cực mát Cáp điều khiển 4 AXRB-4405 L2527B L2527D L3442B L9155B AXRB-4410 L3375T L3375E L3375L L9156B AXRB-4415 L3375V L3375G L3375L L9157B 3.3.3 Các thành phần của Robot Thành phần Loại Đặc tính Mỏ hàn CO 2 /MAG MTXC-3531 Tiêu chuẩn đối với cường độ dòng hàn cung cấp là 350A MTXCW-5031 Tiêu chuẩn đối với cường độ dòng hàn cung cấp là 500A đầu mỏ hàn L317 Nguồn hàn là 350A L317Z Nguồn hàn là 500A Khung mỏ hàn L-6640 L6640B-L6300C Máy chạy dây hàn AF-4001 Phương pháp hàn: CO 2 /MAG Vật liệu hàn: Thép Tốc độ tiến dây: 22mm/phút Mã hoá: o Vòng: 4 vòng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 L-7437 Phương pháp hàn: CO 2 /MAG Vật liệu hàn: Thép Tốc độ tiến dây: 18mm/phút Mã hoá: o Vòng: 4 vòng L6542E Giá treo cố định L7809B Dùng chung cho tất cả tay máy loạiV L7386B Dùng chung cho tất cả tay máy loạiV Ống cáp dây nguồn L6611 Dài: 1,1m Tang cuộn dây L318H, L7481A Theo tiêu chuẩn Ống dẫn cáp Z318D41 Chiều dài: 3m Z318D29 Chiều dài 1m Hình 3.2: Các thành phần của Robot Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 3.4 Thành phần tiêu chuẩn cho hàn TIG nóng chảy 3.4.1 Các kiểu của nguồn điện cung cấp cho hàn TIG Phương pháp hàn TIG Loại ADPA-301 DA-300P Nguồn vào quy định 9kW, 11.1kVA 9.6kW, 11.4kVA Hiệu điện thế vào cho phép 3 pha, 200/220V ± 10% Tần số 50/60Hz Cường độ dòng điện 300A Hiệu điện thế tải 22V DC: 20V AC: 22V Phạm vi cường độ ra DC: 4-300A, AC: 10-300A Hiệu điện thế tải lớn nhất 68V Tiêu thụ thông thường 40% Kích thước (W*D*H) 376*649*693 250*610*650 Trọng lượng 66kg 44kg 3.4.2 Đối với loại ADPA-301 Các thành phần của bộ điều khiển Robot và nguồn cung cấp Đối tượng Loại Đặc tính (1) Cáp điều khiển AXRB-50** **:05 5m specification **:10 10m specification **:15 15m specification (2) Ống dẫn Gas P1042K 3m specification (3) Cáp phối hàn L3442B L3442B: 5m specification L3375L: 10m specification L3378N: 15m specification (4) Cáp nguồn L7623* L7623E: 6m specification Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 L7623J: 10m specification L7633* L7633E: 6m specification L7633J: 10m specification Bộ điều khiển Gas Rf-1A Khí Argon Thùng nước làm mát PU-301 BBPU-3012 Hình 3.3: Các thành phần của Robot và nguồn cung cấp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 CHƯƠNG IV KẾT NỐI ROBOT HÀN VỚI MÁY TÍNH ĐỂ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT HÀN Chương này mô tả làm như thế nào để sử dụng FPT (File Transfer Protocol) như là một công việc giữa bộ điều khiển Robot và các nút khác (ví dụ như máy tính) khi sử dụng các hàm ngoại vi. Ngoài ra nêu cách kết nối, cài đặt và sử dụng phần mềm AX-OT để lập trình điều khiển Robot hàn. Cuối cùng nêu cách sử dụng phần mềm AX-PM để upload chương trình đã lập trình ở máy tính vào bộ điều khiển của Robot. 4.1 Outline 4.2 Cài đặt Ethernet 4.3 Giới thiệu phần mềm điều khiển AX-OT 4.4 Lập trình điều khiển Robot hàn bằng phần mềm AX-OT 4.5 Kết nối máy tính với Robot và truyền file bằng phần mềm AX-PM 4.6 Kết luận 4.7 Một số ứng dụng cụ thể Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 4.1 Outline 4.1.1 Outline Để sử dụng các file hàm khác nhau để truyền giữa bộ điều khiển robot và các nút khác nhau (như máy tính chẳng hạn) trên mạng sử dụng FPT (File Transfer Protocol). Các bộ điều Robot có hằng số, các chương trình PLC, nhiệm vụ của chương trình, v. v đã được ghi trong bộ nhớ như là các file. Những hàm này có thể sử dụng để down hoặc up các chương trình. Để truyền các file, quá trình có thể thực hiện cả hai từ máy tính và từ bộ điều khiển Robot. 4.1.2 Cài đặt mạng Để hiển thị một bộ điều khiển Robot để truyền trên mạng Ethernet, cấu hình mạng bao gồm bộ điều khiển Robot sẽ được cài đặt từ trước. Dưới đây là 2 phương pháp. Phương pháp Chi tiết Tự động cài đặt sử dụng DHCP Cấu hình mạng đã được cài đặt tự động sử dụng DHCP (Dynamic Host Configre Protocol) Quá trình cài thủ công Với mỗi giá trị cài đặt như là địa chỉ IP hoặc một mạng lưới được nhập bằng tay từ màn hình của teach pendant. Nó Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 được sử dụng khi DHCP không hiển thị. 4.1.3 Sự kết nối của cáp Ethernet Đấu nối cáp Ethernet với cổng kết nối RS45 trên main của CPU 4.1.4 Qúa trình truyền file Truyền các file sử dụng là một nhiệm vụ giữa FPT chủ và FPT khách. Quá trình này được thực hiện tại FPT khách để copy một file biệt lập vào máy tính và copy một file vào máy tính biệt lập. Có 2 phương pháp để truyền các file FPT chủ FPT khách Chi tiết Các nút khác (máy tính) Bộ điều khiển Robot Các file được truyền sử dụng menu điều khiển của bộ điều khiển Robot. Bộ điều khiển Robot làm việc như một FPT khách. Bộ điều khiển Robot Các nút khác (máy tính) Các file được truyền sử dụng phần mềm trên các nút. Bộ điều khiển Robot làm việc như một FPT chủ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 Giả sử các file được truyền với bộ điều khiển Robot là một FPT chủ. Khi một hoặc nhiều khách hàng kết nối với FPT chủ của bộ điều khiển Robot, biểu tượng dưới đây sẽ hiển thị để thông báo kết nối. 4.2 Cài đặt Ethernet Menu Ethernet có các hàm đã được đặt trong teaching mode/constant setting. Operation menu Chi tiết TCP/IP TCP/IP đã được đặt, có 2 phương pháp lựa chọn. Tự động cài đặt DHCP hoặc nhập các thông số cài đặt bằng tay, khi mỗi giá trị được nhập lựa chọn, nhập vào địa chỉ IP và mạng mắt lưới,.. FTP FPT đã được đặt. Menu này có thể thay đổi FPT chủ trên Microsoft Internet Information Server. 4.2.1 Cài đặt TCP/IP. 1. Lựa chọn Teaching mode 2. Lựa chọn “8 Communucation” từ Constant setting, nhấn [Enter] “ 2. Ethernet” từ Communucation, nhấn [Enter] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 3. Di con trỏ đến “TCP/IP” và nhấn [Enter] 4. Lựa chọn các thông số cần thiết. 5. Để chỉnh các thông số trong các hộp, nhập các giá trị bằng số, nhấn [Enter] 6. Sau khi cài đặt xong, nhấn F12 để hoàn tất 7. Để hiển thị các cài đặt mới, hồi phục lại nguồn của bộ điều khiển Robot 4.2.2 Cài đặt FPT 1. Trên thanh menu, di chuyển con trỏ tới “FPT”, nhấn [Enter] 2. Đặt các thông số yêu cầu theo bảng. 3. Sau khi cài đặt xong, nhấn F12 để hoàn tất 4. Để hiển thị các cài đặt mới, hồi phục lại nguồn của bộ điều khiển Robot 4.3 Giới thiệu phần mềm điều khiển AX-OT 4.3.1 Giới thiệu AX-OT là một hệ thống ngoại tuyến dùng để khởi tạo các chương trình cho Robot của hãng OTC Daihen và mô phỏng hoạt động của các Robot, ngoài ra phần mềm này còn có thể sử dụng để dạy học. Trước khi sử dụng phần mềm OX-OT để điều khiển Robot từ máy tính, chúng ta cần cài đặt phần mềm vào máy tính, nhưng trước tiên chúng ta cần biết các yêu cầu tối thiểu của máy tính có thể sử dụng được phần mềm này. Tên mục Yêu cầu hệ thống của máy tính Loại và đặc tính Hệ thống Hệ thống Windows 95 Windows 98 Windows NT 4.0 Windows XP File hệ thống FAT32 (không hiển thị trên FAT32 và NTFS) Network Protocol TCP/IP đã được cài đặt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 Máy tính Model IBM PC/AT hoặc loại tương thích CPU Intel PentiumII 333MHz hoặc cao hơn ( tốt hơn là từ Intel PentiumIII 500 trở lên) Bộ nhớ RAM 64MB (tốt hơn là 128MB trở lên) Dung lượng ổ Tối thiểu là 230MB Ổ đĩa Ổ đĩa CD-ROM Ổ đĩa mềm (chỉ dùng cho loại Robot DR) Serial port cổng Dsub9 cần thiết khi sử dụng PM01-EX (Robot EX-C) cổng Dsub9 hoặc mạng tương thích cần thiết khi sử dụng TP95 (Robot DR) Cổng song song cổng Dsub25 cần thiết khi phần mềm có sử dụng khoá an toàn Mạng tương thích Hiển thị đối với TCP/IP protocol Mạng tương thích cũng cần thiết khi sử dụng AX-PM Giao diện Độ phân giải 1024x768 hoặc lớn hơn Màu 24-bit hoặc lớn hơn Video RAM 4MB (tốt nhất từ 8MB trở lên) 4.3.2 Cài đặt AX-OT Trước khi có thể sử dụng được AX-OT cần cài đặt phần mềm này vào máy tính. Tốt nhất cài đặt từ ổ đĩa CD-ROM hoặc phần mềm đã được copy vào máy tính. Bạn nên biết cấu trúc cơ bản của AX-OT để hiểu và sử dụng. 1. Sử dụng file Explorer, v.v của Windows, mở ổ đĩa CD-ROM. Kích đúp AX-OTinstaller.exe. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 2. Lựa chọn folder cho AX-OT. Thông thường kích vào [Next>] 3. Kiểm tra hộp thoại khi bạn cần đăng ký AX-OT cho start menu. Có thể lựa chọn địa chỉ đến trong hộp danh mục. 4. Kích [Next>] và sau đó quá trình cài đặt bắt đầu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 5. Sau khi tất cả các file đã được cài đặt, cửa sổ tiếp theo sẽ hiện ra như sau. Kích [finish]. 6. Kích [OK] để kết thúc quá trình cài đặt. 4.3.3 Cài đặt Drivers trên NT (Windows NT/2000/XP) 1. Mở folder AX-OT/NTDrivers và kích đúp vào SETUP.EXE. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 2. Sau quá trình chạy chương trình, màn hình hiển thị như dưới đây. Kích vào [Browser] và lựa chọn folder cần cài đặt vào. 3. Giả sử ta muốn cài vào ổ đĩa C. Sau đó kích [OK] 4. Cuối cùng kích vào [OK] để hoàn thành. 4.3.4 Cài đặt Device Driver. 1. Mở folder AX-OT\HASPDriver\install và kích đúp vào hdd32.exe Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 2. Sau đó cấu trúc được hiển thị trên màn hình và kết thúc quá trình cài đặt. 3. Kết nối khoá bảo vệ tới cổng song song của máy tính để sử dụng. 4.3.5 Bắt đầu chương trình AX-OT - Để bắt đầu chương trình AX-OT, kích đúp vào biểu tượng trên màn hình hoặc vào Start→All Programs→AX-OT→AX-OTforAX. - Sau khi bắt đầu chương trình, màn hình sẽ hiển thị như sau. . 4.3.6 Thoát khỏi chương trình AX-OT Khi thoát khỏi chương trình AX-OT, phải chắc chắn thoát bằng cách Project/Quit trên thanh menu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 - Nếu như thoát bằng cách thông thường là kích vào “X” ở góc phải trên cùng màn hình. Sẽ bị lỗi chương trình. 4.4 Lập chương trình điều khiển Robot hàn bằng phần mềm AX-OT 4.4.1 Các bước chuẩn bị trước khi lập chương trình - Kích đúp vào biểu tượng AX-OT for AX trên màn hình hoặc Start→All Programs→AX-OT→AX-OTforAX (xem 4.3.5). - Nhấp vào nút Start để bắt đầu, sau đó giao diện sẽ hiện ra như sau, vào Cell/New để chọn tay máy và nguồn hàn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 - Để chọn Robot-đồ gá ta chọn [System Type] - Để chọn nguồn hàn vào [ Power Supply Type] - Vào Project/New để tạo một thư mục mới có chứa các chương trình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 Khi đó màn hình sẽ hiển thị như sau, ta đặt tên cho chương trình mới rồi nhấp nút “Okay” - Sau đó vào mục “Cell”/ “Open” để mở giao diện Robot và đồ gá - Khi ấn vào “Open” màn hình sẽ hiển thị ra như sau: - Kích vào “TutorialCell” và sau đó “Okay” để mở giao diện Robot và đồ gá, khi đó màn hình thao tác “PHT Inc” xuất hiện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 - Tiếp theo, vào Part/Part để chọn phôi, khi đó một hộp thoại xuất hiện: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 Ta vào đường dẫn C\AX-OT\Parts\... để chọn phôi theo ý muốn. - Tiếp theo vào Part/Frame, xuất hiện Nhấp vào [Store] để lưu vị trí hệ Robot theo các toạ độ đã chọn. 4.4.2 Các bước lập trình Sau khi đã thực hiện tuần tự các bước ở 4.4.1, ta tiếp tục thực hiện như sau: - Vào Program/Task Program, một hộp thoại xuất hiện. Trong mục “Program name” ta nhập tên chương trình là: MV6-A.001 (có thể nhập từ 001 đến 9999) sau đó nhấp vào nút “Okay”, một màn hình thể hiện chức năng và dòng lệnh lập trình xuất hiện như sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 - Ta vào mục Mode/Teach để di chuyển Robot và lập chương trình, khi đó xuất hiện giao diện của [System Pendant] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 Để di chuyển Robot ta nhấp vào nút hoặc trên các hệ trục Joint1/X, Join2/Y, Join3/Z, Join4/Roll/R(z), Join5/Pitch/R(y), Join6/Yaw/R(x). Để di chuyển đồ gá ta nhấp vào nút hoặc trong “Auxillary Axis 1” và “Auxillary Axis 2”. - Sau khi di chuyển Robot tới vị trí mong muốn, trên hộp thoại Ấn vào “Motion” trên hộp thoại xuất hiện [MOVEX-J], nhấp đúp vào dòng này sẽ xuất hiện dòng lệnh ở cửa sổ bên phải, khi đó ta mới có thể ghi lại được các lệnh lập trình. Sau khi di chuyển Robot tới vị trí mong muốn, ta nhấp vào nút “Record” trên [System Pendant] để ghi lại điểm đó. - Tiếp tục di chuyển Robot tới vị trí tiếp theo, trong giao diện [System Pendant] ấn vào nút “Add” sau đó ấn vào nút “Record” để ghi lại vị trí mới. - Để kết thúc chương trình ta dùng lệnh [END]. 4.4.3 Chèn lệnh gây hồ quang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 Để chèn lệnh gây hồ quang ta làm như sau: Trong giao diện thể hiện lệnh chức năng và các dòng lệnh lập trình, nhấp vào “AS/E”, khi đó trên hộp thoại [Commands] xuất hiện các dòng lệnh khác nhau, ta chọn “ASD” để gây hồ quang, “ASE” để ngắt hồ quang. 4.4.4 Chèn lệnh dao động khi hàn Trong giao diện thể hiện chức năng và các dòng lập trình, nhấp vào “Weave”, khi đó trên hộp thoại [Commands] xuất hiện các dòng lệnh khác nhau, ta chọn “WFP” để bật dao động, “WE” để tắt dao động. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 4.4.5 Chạy thử chương trình và thay đổi các biến lập trình - Để kiểm tra xem trong quá trình lập trình Robot có xảy ra sự cố nào hay không và cũng để kiểm tra xem chương trình chạy có được đẹp hay không ? Trước khi chạy mô phỏng thì ta phải kiểm tra lại chương trình bằng phương pháp chạy thử, cách chạy thử chương trình như sau: Ví dụ muốn chạy thử bước Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 - Nếu thấy bước vừa rồi không đẹp hoặc xảy ra lỗi thì ta kích vào nút để quay lại bước trước đó để sửa lại, khi vừa ý thì kích vào nút để ghi đè bước đó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 Cứ như vậy ta kiểm tra từng bước của chương trình đến khi đạt yêu cầu - Để thay đổi các biến lập trình, vào trực tiếp các dòng lệnh và hiệu chỉnh theo yêu cầu: 4.4.6 Chạy mô phỏng chương trình - Sau khi đã kiểm tra chương trình bằng cách chạy thử từng bước, ta muốn chạy mô phỏng toàn bộ chương trình để kiểm tra lần cuối trước khi cho gia công: Kích vào Mode/Simulate để chương trình vào chế độ chạy mô phỏng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 Màn hình hiển thị bảng Motion Controller Nếu kích vào phím chương trình sẽ chạy check go từng bước Nếu kích vào phím chương trình sẽ chạy check back từng bước Nếu kích vào phím chương trình sẽ chạy check go cả chương trình Nếu kích vào phím chương trình sẽ chạy check back cả chương trình Nếu kích vào phím để chạy tự động liên tục - Nếu muốn hiển thị đường hàn như thế nào, Từ hộp thoại Motion Controller kích vào Analyze/Trace/Active. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 84 4.5 Kết nối máy tính với Robot và truyền file bằng phần mềm AX-PM 4.5.1 Khởi động AX-PM Trước khi khởi động AX-PM, phải chắc chắn đã làm những việc dưới đây: - Bộ điều khiển Robot đang bật về ON - Khoá bảo vệ (Protection key) đã được kết nối đúng cách tới cổng song song hoặc cổng USB của máy tính - Cáp Ethernet đã được kết nối đúng cách. Để khởi động AX-PM [1] Chọn Start → Program →AX-PM → AX-PM hoặc nhấp đúp vào biểu tượng AX- PM trên màn hình. [2] Khi AX-PM khởi động, màn hình hiển thị như dưới đây 4.5.2 Cài đặt môi trường dịch vụ Khi AX-PM đã khởi động, đầu tiên là những thiết lập. Các nội dung thiết lập được ghi nhớ một lần, vì vậy không cần thiết lập lại mỗi khi khởi động. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 85 1. Cài đặt môi trường dịch vụ Mục cài đặt Nội dung File kiểm tra ghi đè Nếu có tin nhắn thông báo “Overwrite ON/OFF” thì cần thiết có những file đồng nhất trong folder File cho phép xoá Tập hợp file xoá có thể là nhiều file trong một robot Loại ngôn ngữ Thiết lập loại ngôn ngữ, tiếng Anh hoặc tiếng Nhật [1] Từ [Setting] trên thanh menu, click [Environment of operation]. [2] Click [General], cửa sổ như sau hiển thị. Tích vào những ô cần chọn. [3] Sau khi đã cài đặt xong, click OK 2. Đăng ký một Robot sẽ được nối mạng Thông tin của một Robot được kết nối là tập hợp dưới đây. Trong trường hợp khi để kết nối cho nhiều robot, phải đăng ký thông tin của tất cả các robot. Mục cài đặt Nội dung Tên robot Trong AX-PM, như là nơi đến của thông tin với các robot, “Robot Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 86 name” được chỉ định cho tất cả chúng. Nó rất thích hợp để đăng ký những robot tương ứng và những tên duy nhất. Những tên robot khác với “Computer names” được đăng ký trong TCP/IP đặt ở robot bên cạnh, vì vậy có thể đặt những tên robot tuỳ ý Địa chỉ IP Cùng địa chỉ cài đặt “IP Address” được đăng ký trong TCP/IP cài đặt tại robot. Chú ý: TCP/IP cài đặt tại robot: -[8 Communication]-[2 Ethernet]-[1 TCP/IP] Lệnh Đặt bất kỳ lệnh nào mà muốn lưu trong robot [1] Từ [Setting] trên thanh menu, click [Environment of operation]. [2] Click [FTP Comm.], cửa sổ sau hiển thị, đặt các robot và những thông tin cần thiết. [3] Khi xoá một robot, lựa chọn robot muốn xoá và ấn nút [Delete]. [4] Sau khi cài đặt xong, click OK [5] Hiện tại, chưa có bất kỳ robot nào hiển thị trong cửa sổ Remote RC. Để hiển thị, click chuột phải vào của sổ Remote RC và chọn [All Robot Disp.] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 87 [6] Những tên robot đã đăng ký hiển thị Bây giờ việc đăng ký thông tin cho robot đã hoàn thành. 3. Tạo một folder cho file truyền Để thực hiện chuyển đổi file giữa máy tính và robot, phải tạo một folder để điều khiển và lưu trữ trong máy tính. Trong AX-PM, 3 loại folder sau được yêu cầu. Tên folder Chức năng (1) folder làm việc Folder là cơ sở cho những file điều khiển trong AX-PM. Khi đang sử dụng một đĩa cứng có dung lượng lớn, có thể gán bất cứ thư mục nào trên về một đĩa. (2) Folder quản lý Điều này rất cần thiết để xác định một robot và sắp xếp dưới folder làm việc. Chuẩn bị quản lý nhiều folder cho phép mỗi robot tương ứng lưu trữ và quản lý nhiều file. Mỗi tên folder được biểu thị theo dạng như sau: ROBO%%%% (%%%%: số nguyên từ 0000 đến 9999) (3) folder lưu giữ file Folder chính lưu trữ các file và sắp xếp dưới mỗi folder Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 88 quản lý. Tạo một folder cho truyền file [1] Click chuột vào nút [Reference] trong cửa sổ Local PC. [2] Chỉ định một folder để truyền file và click OK Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 89 [3] Khi đó, hãy tạo một folder quản lý cho robot dưới một folder như trên mục [2]. Ấn [Create DIR]. [4] Nhập một số 4 chữ số, click OK 4.5.3 Truyền File 1. Kết nối với Robot với máy tính Để truyền file giữa Robot và máy tính trước tiên ta cần nối mạng LAN qua cổng RS45 giữa máy tính và bộ điều khiển Robot ( phần 4.1 và 4.2). Sau đó sử dụng phần mềm AX-PM để truyền file. [1] Nhấp chuột phải vào cửa sổ Remote và chọn [All Robot Disp.] Tất cả các Robot đã đăng ký trong [Setting]-[Environment of operation]-[FTP Comm.] được hiển thị [2] Chọn tên Robot muốn kết nối, nhấp chuột phải vào đó rồi chọn [Connect FTP Comm.] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 90 [3] Ở thiết lập kết nối thông thường, hiển thị ở mục [Connection Robot name] thay đổi từ “None connection” sang tên robot được chọn. [4] Để thay đổi kết nối cho Robot khác, thực hiện lại bước [1] và [2] ở trên lại một lần nữa. 2. Nguyên tắc chung của truyền file Sau khi việc chuẩn bị để sử dụng và cài đặt AX-PM được thực hiện xong, các file có thể được truyền. Lưu ý: - Sử dụng máy tính cá nhân cho tất cả các thao tác truyền file - Khi không nối khoá bảo vệ, việc truyền file sẽ không được thực hiện Những chức năng liên quan đến sự truyền file như sau: a. Truyền các file được lưu trữ trong bộ điều khiển Robot tới đĩa cứng hoặc các thiết bị tương tự trong máy tính cá nhân. (Điều này gọi là “save”) Truyền các file được lưu trữ trong đĩa cứng hoặc các thiết bị tương tự tới bộ điều khiển Robot. (Điều này gọi là “load”) Các file được truyền theo 3 cách sau: - Truyền riêng lẻ Chỉ ra và truyền các file lần lượt - Truyền nhóm file Truyền các file cùng lúc theo từng loại file - Truyền tất cả file Truyền tất cả các file Truyền file b. Danh sách file Danh sách các file ghi trong Robot hoặc đĩa cứng và bộ phận tương tự trong máy tính cá nhân. - So sánh riêng lẻ Chỉ ra và so sánh các file lần lượt c. So sánh file Kiểm tra nội dung các file có cùng tên tương ứng được lưu trữ trong bộ điều khiển Robot và máy tính cá nhân. Các file được so sánh theo 3 cách sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 91 - So sánh nhóm file So sánh các file cùng lúc theo từng loại file - So sánh tất cả file So sánh tất cả các file - Xoá riêng lẻ Chỉ ra và xoá các file lần lượt d. Xoá file Xoá các file được lựa chọn ở trên bộ điều khiển robot. Các file có thể được xoá theo 3 cách sau: - Xoá nhóm file Xoá các file cùng lúc theo từng loại file - Xoá tất cả file Xoá tất cả các file Tên folder e. Những file được lưu trữ trong các folder Loại file Tên file \Work Các file hằng số (Các giá trị riêng biệt tới từng robot và các giá trị cài đặt hiện tại khác nhau được lưu trữ ở đây) C00ctrl.con, S00sigl.con,vv.. \Work\A-Application Các file điều kiện hàn, các file dữ liệu đặc tính hàn, các file dữ liệu đặc tính dây và các file tương tự được tạo ra các ứng dụng hàn hồ quang Aslarcw.001, Aelarcw.001, Wfp.001, Wax.001, $wtbd001, $wfcd001, v.v… \Work\Log Các file lịch sử khác nhau LG-Err001.log, Lg-pmd.log, v.v… \Work\PLC Chương trình PLC Default.stf,v.v… \Work\Program Các file chương trình công việc MV6.001, MV6.9999, v.v…. \Work\Unit File điều kiện phụ thuộc đơn vị Unit.con, U00unit01.con, v.v… Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 92 3. Danh sách các file trong máy tính cá nhân Liệt kê các file lưu trữ trên đĩa cứng trong PC theo từng kiểu file (tên file và ngày tháng thiết lập được hiển thị) [1] Chọn “Individual” trong cách truyền. [2]Trong folder quản lý ROBO%%%% được hiển thị trong cửa sổ “ Local PC”, nhấp “+” của folder muốn hiển thị. [3] Nhấp vào file muốn hiển thị trong danh sách Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 93 Kiểu File được lưu trữ Tên file Chương trình (Prog) File chương trình công việc MV6.*** Hàn (Weld) File điều kiện gây hồ quang File điều kiện tắt hồ quang Các file mặc định của những file trên Aslarcw.*** Aelarcw.*** ******.CON Dao động (Weaving) File điều kiện dao động File mặc định của file trên Wfp.***, Wax.*** ******.CON Cảm biến (Sensor) File bù vị trí thay đổi DEV*** Điều khiển hồ quang File dữ liệu đặc tính hàn File dữ liệu đặc tính dây File cơ sở dữ liệu điều kiện hàn SWTBD*** SWSCD*** WTB*** File hằng số Các giá trị riêng biệt tới từng robot và các giá trị cài đặt hiện tại khác nhau được lưu trữ ở đây WTB*** PLC Chương trình PLC *****.STF Log Các file lịch sử khác nhau LG-Err001.log Lg-pmd.log, v.v… 4. Truyền file Truyền các file được lưu trữ ở máy tính tới bộ điều khiển Robot. Nếu muốn truyền đơn lẻ từng file : Chọn Individual Nếu muốn truyền file theo nhóm : Chọn File Group Nếu muốn truyền tất cả các file : Chọn All [1] Kết nối với robot muốn truyền [2] Chọn “All” , “File Group” hoặc “Individual” ở mục Transmission Unit [3] Trong cửa sổ “Local PC”, chọn folder quản lý để truyền các file [4] Nhấp vào nút [Upload] để truyền file Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 94 [5] Sau đó, thông báo xác nhận hiển thị. 5. So sánh các file Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 95 So sánh các file là để kiểm tra nội dung các file có cùng tên tương ứng lưu trữ trong bộ điều khiển Robot và máy tính các nhân. Nếu chúng không giống hết nhau, lỗi sẽ xuất hiện. Các nguyên nhân có thể xảy ra như sau. - Việc so sánh không được thực hiện ngay lập tức sau khi ghi file vào môi trường lưu trữ của máy tính. Ghi nhớ để so sánh các file ngay lập tức sau khi file được ghi. - Cáp giao diện không được cắm vào thích hợp - Môi trường lưu trữ của máy tính cũng như đĩa cứng bị hỏng. Có 3 cách so sánh dưới đây: - So sánh tất cả các file - So sánh file theo nhóm - So sánh riêng lẻ [1] Kết nối với Robot muốn so sánh [2] Chọn “All” (Nếu muốn so sánh tất cả các file), “File Group” (Nếu muốn so sánh file theo nhóm), “Individual” (Nếu muốn so sánh riêng lẻ). [3] Kích nút [Verify]. So sánh file được bắt đầu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 96 6. Xoá file - Để xoá các file, chọn: [Setting]-[Environment of operation]-[General] và kiểm tra “RC-File delete enable”. [1] Di chuyển con trỏ tới robot muốn xoá. [2] Chọn “Individual” ở mục file đã chuyển đổi và chọn file để xoá. [3] Chọn loại file muốn xoá trên cửa sổ điều khiển RC, click nút [Delete]. Việc xoá file được bắt đầu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 97 4.6 Kết luận - Như vậy để thực hiện các đường hàn (điển hình là các đường cong phức tạp như đường tròn, parabol, đường sin,…) trên Robot hàn Almega AX-V6 ta có thể đi theo con đường như sau: * Kết nối mạng LAN giữa bộ điều khiển Controller Robot và máy tính * Sử dụng phần mềm điều khiển AX-OT để lập trình cho Robot * Sử dụng phần mềm AX-PM để Upload các file từ máy tính sang bộ điều khiển của Robot. * Check chương trình đã Upload trên Robot trước khi hàn. * Thực hiện hàn thực tế 4.7 Một số ứng dụng cụ thể 4.7.1 Hàn đường tròn (Trình bày bằng Video) 4.7.2 Hàn đường Parabol (Trình bày bằng Video) 4.7.3 Hàn đường sin (Trình bày bằng Video) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 98 KẾT LUẬN - Như vậy việc truyền dữ liệu từ máy tính sang Robot qua cổng RS45 thực hiện được nhờ phần mềm AX-PM của hãng OTC Daihen, ứng dụng cho series Robot Almega AX. Việc sử dụng phần mềm AX-OT để lập trình điều khiển Robot bước đầu đã đạt được kết quả như ý muốn, ví dụ như hàn đường tròn, đường sin, parabol. Tuy nhiên đó chỉ là các đường cong phức tạp nằm trong mặt phẳng nằm ngang và tôi hy vọng rằng luận văn của tôi sẽ mở ra các hướng nghiên cứu mới như thực hiện các đường cong phức tạp hơn (Spline, Benzier,...) hay là các đường trong không gian mặt khác tôi cũng mong muốn luận văn sẽ gợi mở tôi và những ai quan tâm tiếp tục đi sâu nghiên cứu tính chuyên môn hoá cao cho từng loại máy gia công khác và là yếu tố khích lệ các em học sinh, sinh viên trong nhà trường tham gia công tác nghiên cứu khoa học. - Bố cục luận văn được chia làm 4 chương: Chương 1 nêu tổng quan về Robot công nghiệp, chương 2 giới thiệu về công nghệ hàn, chương 3 nêu kết cấu của Robot hàn Almega AX-V6 và chương 4 nêu kết nối Robot hàn với máy tính để khiển Robot hàn. Cả 4 chương giúp cho người đọc hiểu tổng quát về Robot công nghiệp, công nghệ hàn và tính năng khi hàn bằng Robot, đặc biệt là cách kết nối, lập cho Robot hàn để thực hiện hàn một số đường cong phức tạp. - Luận văn được hoàn thành trong khoảng thời gian quy định của nhà trường vì vậy còn nhiều thiếu sót hoặc yêu cầu đặt ra mà tôi chưa giải quyết trọn vẹn. Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 99 LỜI CAM ĐOAN - Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp của tôi hoàn toàn do tôi tự làm, tự tìm hiểu dưới sự hướng dẫn của GS.TS Trần Văn Địch - Trường đại học Bách Khoa Hà nội. - Tôi xin cam đoan không sao chép, nhờ, thuê, mua hay download cũng như bất kỳ hình thức nào để biến luận văn này thành của tôi. - Tôi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan trên Người cam đoan Trương Đình Luân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 100 TÀI LIỆU KHAM KHẢO 1. GS.TS Trần Văn Địch. Sản xuất linh hoạt FMS và tích hợp CIM. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. Hà nội 2007 2. GS.TS Trần Văn Địch, TS Trần Văn Việt, TS Nguyễn Văn Trọng, ThS Lưu Văn Nhang. Tự động hoá quá trình sản xuất - 2001 3. GS.TSKH Nguyễn Thiện Phúc. Robot công nghiệp Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2004 4. Bộ xây dựng. Giáo trình Công nghệ kỹ thuật hàn. Nhà xuất bản Xây dựng, 2005 5. Nguyễn Đăng Hào. Luận văn: ”Nghiên cứu mở rộng khả năng công nghệ Robot hàn VR006CII. Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, 2003 6. TS Phan Hữu Phúc. Điều khiển số và CAM sản xuất chế tạo có máy tính trợ giúp. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2006 7. GS.TS Hoàng Tùng và tập thể giảng viên Bộ môn Hàn và công nghệ kim loại-Khoa cơ khí. Sổ tay công nghệ hàn. Trường Đại học Bách Khoa Hà nội, 1997. 8. Hướng dẫn vận hành Robot hàn Almega AX. Công ty TNHH Tân Thế Kỷ Hà Nội, 2005 9. DAIHEN Corporation. AX-OT Offline Teaching System DAIHEN Corporation, 2003 10. DAIHEN Corporation. Application manual Arc welding. 11. TS Tạ Duy Liêm. Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ - 1999