Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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
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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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
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 đ
ề 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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.
)
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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11
Chuyển động quay:
1
φ
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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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,..
+ Giải phóng người lao động khỏi tác động có hại khi hàn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 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
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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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,…
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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 19
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
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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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
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 http://www.lrc-tnu.edu.vn 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
o
C-1100
o
C có tổ chức
hạt Péclit, ferit nhỏ vì thế nó có cơ tính tương đối cao.
Copyright: Tài liệu đại học ©