Thiết kế tay máy hàn ma sát khuấy

i


I HC QUC GIA THÀNH PH H CHÍ MINH
TRNG I HC BÁCH KHOA
KHOA C KHÍ
B MÔN THIT K MÁY
o0o

BK
TP.HCM



LUN ÁN TT NGHIP


THIT K TAY MÁY
HÀN MA SÁT KHUY


GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
SVTH: Lê Thành Vnh Thuyên
MSSV: 20502844





Tp HCM, tháng 1/2010

ii

LI CM N

Sau gn nm nm ngi trên gh ging đng đi hc, đ có ngày nhn đc quyt đnh
làm lun án tt nghip và hoàn thành lun án này, đó không ch là s c gng ca riêng bn thân
em mà bên cnh đó còn có rt nhiu s ng h, dy bo và giúp đ ca gia đình, thy cô và bn
bè, đây tht s là mt chn đng dài chan cha bao ni vui bun nhng cùng vô cùng ý
ngha.Thông qua lun án tt nghip, em xin có li cm n đn tt c nhng ngi đã quan tâm
giúp đ em trong nhng tháng ngày hc đi hc:

u tiên, em xin chân thành cm n tt c thy cô ca trng i hc Bách Khoa thành
ph H Chí Minh nói chung và các thy cô trong khoa C khí nói riêng đã dy d và dìu dt
em t nhng ngày đu bc vào ging đng đi hc.

c bit, em xin gi li cm n sâu sc nht đn thy hng dân TS. Trn Thiên Phúc đã
tn tình giúp đ và ch bo em trong quá trình thc hin đ tài này.

Qua đây, em cng mun nói li cm n đn gia đình, đc bit là ba m và ngi thân đã
to điu kin tt đ em có th hoàn thành khoá hc.

Cui cùng, xin gi li cm n tt c bn bè đã giúp đ, đng viên trong nhng nm tháng
cùng nhau hc tp ti trng.

iii


TÓM TT LUN ÁN

Hàn ma sát khuy là bc tin quan trng nht v lnh vc hàn trong thp niên qua. ây
là mt công ngh có hiu qu v nng lng và thân thin vi môi trng (khi không tiêu th khí
hàn, to bc x…). Vic các u đim trên công ngh hàn đang đt ra nhu cu cp thit v các
trang thit b máy móc có kh nng đa công ngh ng dng mt cách ph bin. Do đó nghiên
cu thit k tay máy cho hàn ma sát khuy là yêu cu chính ca lun án.

Ni dung lun án gm có nm chng:
Chng 1: Trình bày tng quan v hàn ma sát khuy, các loi thit b hàn ma sát khuy
hin đang có trên th trng và nguyên lý hàn theo đng ca tay máy hàn ma sát khuy.
Chng 2: Xác đnh yêu cu k thut, chn phng án và s đ đng cho tay máy.
Chng 3: Thit k phn c khí cho tay máy.
Chng 4: Kim tra và bo trì cho tay máy
Chng 5: Kt lun và đ xut hng nghiên cu m rng đ tài.

iv


MC LC

 mc
Trang bìa i
Nhim v lun án
Li cm n ii
Tóm tt Lun án iii
Mc lc iv
Danh sách hình v vi
Danh sách bng biu viii

CHNG 1. TNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CU THIT B HÀN MA SÁT
KHUY 1
1.1 Tng quan tình hình nghiên cu và ý ngha ca đ tài 1

1.2 Tng quan v hàn ma sát khuy 1
1.3 Máy móc, thit b hàn ma sát khuy 6
1.4 Mc tiêu ca đ tài 15
1.5 Kt lun 15

CHNG 2. LA CHN NGUYÊN LÝ VÀ S  NG 17
2.1 Các yêu cu k thut ca đu hàn ma sát khuy 17
2.2 La chn nguyên lý hot đng ca tay máy 20
2.3 La chn s đ đng ca tay máy 26
2.4 Kt lun 27

CHNG 3. THIT K C KHÍ CA TAY MÁY HÀN MA SÁT KHUY 28
3.1 Tính toán các chi tit truyn đng cho khâu 3 29
3.1.1 B phn gá dng c hàn ma sát khuy 29
3.1.2 Chn đng c 29
3.1.3 Thit k b truyn vit me – đai c bi 31

v

3.1.4 Tính toán chn  ln 37
3.1.5 Tính toán chn ni trc 40
3.1.6 Tính toán sng trt 42
3.2 Tính toán các chi tit truyn đng cho khâu 2 45
3.2.1 Chn đng c 45
3.2.2 Thit k b truyn vit me – đai c bi 47
3.2.3 Tính toán chn  ln 50
3.2.4 Tính toán chn ni trc 55
3.3 Tính toán các chi tit truyn đng cho khâu 1 56
3.3.1 Các thông s đu vào 56
3.3.2 Chn đng c 57

3.3.3 Tính toán la chn b truyn bánh rng sóng 59
3.3.4 Tính toán chn ni trc 62
3.4 Các chi tit ph 63
3.5 Dung sai lp ghép 63

CHNG 4. BO TRÌ TAY MÁY 66
4.1 Bo trì và kim tra 69
4.2 Kt Lun

CHNG 5. KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN CA  TÀI 70
5.1 Kt lun 70
5.2 Hng phát trin ca đ tài 70

TÀI LIU THAM KHO 72

PH LC






vi

DANH SÁCH CÁC HÌNH V

Chng 1.
Hình 1.1. Nguyên lý hàn ma sát khuy
Hình 1.2. S đ phân tích lc khi hàn
Hình 1.3. Cu to dng c hàn ma sát khuy

Hình 1.4. Máy hàn ma sát khuy trc chính phng ngang
Hình 1.5. Máy hàn ma sát khuy trc chính phng đng
Hình 1.6. Máy hàn ma sát khuy nm trc dng đng
Hình 1.7. Máy hàn ma sát khuy dng khung hàn vt hàn dng tm
Hình 1.8. Máy hàn ma sát khuy dng khung hàn vt hàn dng tm
Hinh 1.9. Tay máy robot hàn ma sát khuy
Hình 1.10. Các b phn cu thành tay máy

Chng 2.
Hình 2.1 Kích thc ca dng c hàn ma sát khuy (h inch)
Hình 2.2 Mi quan h gia lc dc trc F
z
và vn tc quay khi tc đ di chuyn là 27ipm
Hình 2.3. Mi quan h gia Moment M
z
và tc đ di chuyn khi vn tc quay là 27ipm.
Hình 2.4. Mi quan h gia F
x
và đng kính đu khuy
Hình 2.5. Lc đ c cu phn cánh tay h ta đ tr
Hình 2.6. Lc đ c cu phn cánh tay h ta đ vuông góc
Hình 2.7. Lc đ c cu phn cánh tay h ta đ cu
Hình 2.8. Lc đ c cu phn cánh tay h ta đ phng sinh.
Hình 2.9. Vùng làm vic ca tay máy
Hình 2.10. S đ truyn đng ca tay máy

Chng 3.
Hình 3.1. S đ đng ca tay máy
Hình 3.2. S đ đng ca khâu 3
Hình 3.3. Lc phân b trên trc vit me khi cha hàn

Hình 3.4. Lc phân b trên trc vit me khi đu hàn di chuyn dc trc vít thuc khâu 3

vii

Hình 3.5. Lc phân b trên trc vit me khi đu hàn di chuyn theo cung tròn
Hình 3.6. S đ lc tác dng lên trc vít thuc khâu 3
Hình 3.7. S đ lc phân b trên trc 3
Hình 3.8. Kích thc sng trt
Hình 3.9. S đ lc tác dng lên sng trt
Hình 3.10. S đ đng ca khâu 2
Hình 3.11. S đ lc tác dng lên trc vít thuc khâu 2 khi khâu 3  v trí cao nht
Hình 3.12. S đ lc tác dng lên trc vít thuc khâu 2 khi khâu 3  gia
Hình 3.13. S đ lc tác dng lên trc vít thuc khâu 2 khi khâu 3  v trí thp nht
Hình 3.14. S đ lc phân b trên trc 2
Hình 3.15. S đ đng ca khâu 1

Chng 4.
Hình 4.1. t máy trc tip xung nn phân xng

viii


DANH SÁCH CÁC BNG BIU

Bng 3.1. Thông s k thut ca đng c MSMD042P41N
Bng 3.2. c tính k thut ca h thng truyn đng
Bng 3.3. Kích thc c bn ca ni trc vòng đàn hi, mm
Bng 3.4. Kích thc c bn ca vòng đàn hi, mm
Bng 3.5. Thông s k thut ca đng c MSMD042P41N
Bng 3.6. c tính k thut ca h thng truyn đng
Bng 3.7. Kích thc c bn ca ni trc vòng đàn hi, mm
Bng 3.8. Kích thc c bn ca vòng đàn hi, mm
Bng 3.9. Thông s k thut ca đng c MSMD082P34N
Bng 3.10. c tính k thut ca h thng truyn đng
Bng 3.11. Thông s đu vào ca b truyn bánh rng sóng
Bng 3.12. Thông s ca b truyn bánh rng sóng
Bng 3.13. Kích thc c bn ca ni trc vòng đàn hi, mm
Bng 3.14. Kích thc c bn ca vòng đàn hi, mm
Bng 3.15. Dung sai lp ghép  ln
Bng 3.16. Sai lch gii hn ca chiu rng và chiu sâu rãnh then
Bng 3.17. Dung sai lp ghép các chi tit khác
Bang 4.1. Công tác kim tra các chi tit ca tay máy

Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
1

CHNG 1. TNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CU THIT B HÀN
MA SÁT KHUY

1.1 Tng quan tình hình nghiên cu và ý ngha ca đ tài

Ngày nay vn đ nng lng, môi trng, vt liu ch to đang đc th gii quan tâm.
Do đó các ngành công nghip cng cn phi nghiên cu, đi mi công ngh sao cho hn ch ti
đa nng lng tiêu th và cht thi trong sn xut.

Các công ngh này va phi có kh nng tng nng sut, có nhiu u đim k thut hn
các công ngh c nhng cng phi tit kim nng lng và bo v môi trng. Trong lnh vc
hàn, các phng pháp hàn hin đi nh hàn h quang, hàn khí, … phn nào cha đáp ng các yêu
cu trên. Vì vy, vi phng pháp hàn ma sát khuy ra đi trong thi gian gn đc cho là có
nhiu u đim vt tri so vi các phng pháp hàn truyn thng đang đc nghiên cu, quan
tâm nht hin nay.

Vì là phng pháp hàn còn khá mi m nên các trang thit b v hàn ma sát khuy vn
cha ph bin. Trên th gii, hin ch có hn 200 doanh nghip thit k, ch to cng nh ng
dng công ngh hàn ma sát khuy. Còn ti Vit Nam thì cha có doanh nghip nào đi sâu vào
lnh vc này. Vi tình hình trên, đ tài “Nghiên cu và thit k tay máy hàn ma sát khuy” là
rt cn thit trong xu th hi nhp ca Vit Nam hin nay.

1.2 Tng quan v hàn ma sát khuy

1.2.1 Nguyên lý hot đng

Hàn ma sát khuy (FSW) là phng pháp ni cng trong đó mi hàn  trng thái rn (kim
loi không b nóng chy trong sut quá trình hàn mà ch  trng thái do). Hàn ma sát khuy
đc nghiên cu và thc nghim bi John Wayne và các đng s ti Vin hàn ca Vng quc
Anh (The Welding Institude - TWI) vào tháng 12/1991.
Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
2


Trong hàn ma sát khuy, mt dng c khuy hình tr có vai vi đu khuy có biên dng
đc trng va xoay va tnh tin xung tip xúc vi b mt vt hàn nhm to ngun nhit cn
thit ban đu. Sau đó, dng c tip tc đi xung vào bên trong vt hàn ti ch mi hàn đn khi vai
dng c tip xúc vi b mt vt hàn. Dng c s dng di chuyn ti đây trong mt khong thi
gian cn thit và vic dng c hàn quay s h tr s khuy ca kim loi vùng xung quanh đu
hàn, to nhng thay đi v t chc vt liu và thúc đy quá trình bin dng do mãnh lit trong
vùng khuy, sau đó dng c di chuyn dc đng hàn theo hng hàn đ to thành mi hàn.

Các vt hàn đc kp cht trên các thanh ta nhm ngn cn vùng tip giáp b đy tách
ri khi đu dng c quay. Chiu dài ca đu khuy ngn hn mt chút so vi chiu sâu hàn yêu
cu và vai dng c cn phi tip xúc cht vi b mt vt hàn.





Hình 1.1. Nguyên lý hàn ma sát khuy

Các công ngh đc ng dng t hàn ma sát khuy:
 Hàn đim ma sát khuy (Friction Stir Spot Welding).

 Quá trình ma sát khuy x lý vt liu (Friction Stir Process).
Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
3

 Quá trình to phn ng bng ma sát khuy (Friction Stir Reaction Process).
 Hàn ma sát khuy vt liu do nhit.

1.2.2 Các lc tác dng lên dng c trong hàn ma sát khuy



Hình 1.2. S đ phân tích lc khi hàn

a. F
X
: Lc hng kính tác dng vuông góc vi phng trc chính. Lc này có xu hng
đy dng c ra khi chi tit theo phng hng kính và làm võng trc dng c.

b. F
Y
: Lc tip tuyn (lc ct chính) hay còn gi là lc vòng to thành moment xon vt
qua lc cn ct. Do đó khi tính toán ch đ ct vùng moment và công sut ct trung bình xác đnh
theo lc vòng trung bình.
F
y
làm xon và cong trc dng c.

c. F
Z
: Lc dc trc làm xê dch chi tit theo trc dng c và có xu hng làm dng c

dch khi  trc.


Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
4

1.2.3 Dng c trong hàn ma sát khuy

Dng c hàn cu to gm bn phn sau:



Hình 1.3. Cu to dng c hàn ma sát khuy

 Chuôi: Phn dùng đ lp vào trc quay ca máy và cng góp phn to moment xon,
to lc quán tính giúp dng c đi ti d dàng hn.
 Vai dng c: Tip xúc vi b mt phôi khi hàn, sinh nhit do ma sát gia hai b mt
tip xúc, khng ch vt liu,… ép vt liu.
 u khuy: làm nhim v đâm xuyên vào vt liu hàn, ct ngun kim loi ti mi hàn
và di chuyn vt liu đó t trc ra sau dng c khi dng c đi ti, khuy vt liu t
đnh đu ct lên phn vai dng c.
 nh đu khuy: To nhit do ma sát vi phn gn vi mép di ca vt hàn. Lng
nhit này và lng nhit do ma sát gi vai dng c vi b mt vt liu cng vi lng
nhit do quá trình bin dng do s làm mm vt liu xung quanh đu khuy.
Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
5

1.2.4 u đim, nhc đim

Các u đim ca hàn ma sát khuy (FSW) có đc nh mi hàn đc thc hin  trng

thái do ti nhit đdi đim nóng chy ca vt liu. xác đnh là vt tri hn so vi phng
pháp hàn truyn thng:
 Cht lng mi hàn cao, c tính tt. Gim chi phí gia công b mt sau khi hàn.
 Bin dng thp, k c mi hàn dài.
 Không h quang, không có khí hàn, không r khí.
 Co ngót thp.
 Hàn đc trong tt c các v trí trong không gian.
 Có th hàn nhôm hoc đng vi b dày ln hn 50mm.
 Ci thin an toàn do không có s xut hin ca hi đc hay vng vt liu chy ra khi
mi hàn.
 D dàng t đng hóa và kh nng tng thích cho vic s dng robot. Chi phí lp đt
và đào to nhân công thp.

Tuy nhiên hàn ma sát khuy (FSW) cng có các khuyt đim sau:
  li l thoát sau khi rút dng c.
 Yêu cu lc kp ln đ gi các tm hàn vi nhau.
 Ít linh hot hn so vi phng pháp hàn h quang (khó khn khi các tm có chiu dày
thay đi và các đng hàn không thng).
 Không th to mi hàn mà yêu cu lng kim loi. (Ví d: hàn góc)
 Tc đ di chuyn theo đng hàn chm so vi các k thut hàn chy.

1.2.5 ng dng ca hàn ma sát khuy

1.2.5.1 Th gii

Hin nay Vin hàn Vng quc Anh đã cp giy phép cho hn 200 công ty hot đng
trong lãnh vc công ngh và thit b hàn ma sát khuy. Do cht lng mi hàn cao, nên hàn ma
Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
6

sát khuy đc ng dng trong các ngành công nghip đc bit quan trng nh thùng nhiên liu
tàu con thoi, tên la đy Boeing Deltra II và Delta IV (Boeing Delta II and Delta IV Expendable
Launch Vehicles), tên la Falcon 1…

Nm 2004, hãng ôtô Ford đã sn xut hn vài ngàn chic Ford GT vi vic lp khung
sn bng phng pháp hàn ma sát khuy và đã ci thin đc s bin dng, tng đ chính xác
v kích thc, v trí và tng bn khong 30% so vi hàn MIG.

Ngoài vt liu nhôm, phng pháp hàn ma sát khuy cng đã hàn thành công nhng vt
liu nh thép, thép không g, đng, titan…

1.2.5.2 Trong nc

 nc ta, hàn ma sát khuy là mt lnh vc còn khá mi m. c bit trong các trng
hc và các trung tâm nghiên cu, phng pháp này ch dng li  mc đ gii thiu khái nim.

Theo kho sát, hin nay hu nh không có doanh nghip nào trong nc ng dng
phng pháp này vào trong sn xut.

Các công ty có th ng dng công ngh này mt cách có hiu qu nh: sn xut ni hi,
các nhà máy đóng tàu v hp kim nhôm (Bourbon Long An, Strategic Marine Vng Tàu…),…
nhng các công ty trên vn cha mnh dn đu t vì cha hiu rõ v thit b công ngh hàn.

1.3 Máy móc, thit b hàn ma sát khuy

1.3.1 Tình hình

Theo kho sát hin nay, thit b hàn đc chia làm hai nhóm chính nh sau:
- Thit b đc điu khin bng vi x lý: các tính nng h tr tng đi đn gin nh
phng pháp bán t đng thông thng

Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
7

- Thit b đc điu khin bng máy tính: các tính tng đc h tr bng phn mm máy
tính vi các phng pháp hàn khác nhau. Các thông s hàn đc ghi nhn và hin th trên màn
hình máy tính.

Các công ty sn xut máy móc thit b hàn ma sát khuy hin nay nh: CTC, Nova-Tech
Engineering (M); TWI (Anh); Hitachi, Mazda (Nht), …

1.3.2 Các dng máy móc thit b hàn ma sát khuy

Mt s dng máy hàn ma sát khuy hin đang có trên th trng:

1.3.2.1 Máy hàn ma sát khuy trc chính phng ngang



Hình 1.4. Máy hàn ma sát khuy trc chính phng ngang

Máy hàn ma sát khuy đc s dng đ hàn các sn phm hàn có dng tm phng hoc
hàn tròn các sn phm hình tr. ây là máy đn vi đu hàn đc lp vào trc chính nm ngang.
u hàn đc thit k đ đâm vào vt liu ca vt hàn gn c đnh vi mt c cu bên ngoài ví
d nh nnh chng trên máy phay, hoc gá tùy chn đ hàn các sn phm hình tr. Hành trình di
chuyn đc lp vi máy, do đó cho phép s linh hot ti đa v kích thc hoc dng hình hc ca
vt hàn. C cu đnh đu khuy có th lùi có th đc đa vào cho phép chuyn đng đc lp
tng đi vi vai dng c.

Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
8

1.3.2.2. Máy hàn ma sát khuy trc chính phng đng



Hình 1.5. Máy hàn ma sát khuy trc chính phng đng

Máy có đu hàn đc b trí theo phng thng đng và bàn máy có mt trc chuyn
đng. Máy có hành trình hàn chun dài khong 600mm, và đu hàn có th đc nghiêng th công
3
0
so vi bàn gia công. C cu đnh đu khuy có th lùi có th đc đa vào cho phép chuyn
đng đc lp tng đi vi vai dng c.





Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
9

1.3.2.3. Máy hàn ma sát khuy nm trc dng đng



Hình 1.6. Máy hàn ma sát khuy nm trc dng đng

Máy có kh nng hàn các biên dng trong không gian. Máy có ba trc vuông góc nhau và
hai trc xoay đng lc. u hàn đc lp theo phng thng đng và gm có: trc đâm xung
(Z), trc điu chnh bc (A), trc lc ngang (B). Bàn máy hàn cho phép chuyn đng theo hai

phng X và Y. C cu đnh đu khuy có th lùi có th đc đa vào cho phép chuyn đng
đc lp tng đi vi vai dng c.




Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
10

1.3.2.4. Máy hàn ma sát khuy dng khung hàn vt hàn dng tm



Hình 1.7. Máy hàn ma sát khuy dng khung hàn vt hàn dng tm

Loi máy này đc thit k dành cho các sn phm hàn dng tm rng, yêu cu đc hàn
mí đ to tm ln hn. ây là máy hàn mt trc vi đu hàn di chuyn theo phng thng đng.
Nó có mt ging máy c đnh. Cu hình tùy chn bao gm c ging di đng. Máy c s có
kích thc tiêu chun: hành trình hàn theo phng X là 3600mm, hành trình theo phng Z là
200mm và mt ging c đnh. Hành trình theo phng Y là tùy chn.






Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
11

1.3.2.5 Máy hàn ma sát khuy hàn ng dày

Hình 1.8. Máy hàn ma sát khuy dng khung hàn vt hàn dng tm

Máy có kh nng hàn ng có đng kính t 300mm đn 600mm. u hàn đc lp theo
phng ngang và gm trc dò đng hàn (X), trc thng đng (Y), và trc đâm xung (Z). Máy
có kh nng to lc đâm xung 13700kg và moment xon là 34600Nmm. Hàn chu vi đng tròn
có th thc hin vi mt tab run-off hoc c cu đnh đu khuy có th lùi cho phép hàn toàn b
quanh ng.

1.3.2.6 H thng Robot hàn ma sát khuy

Trong mt s sn phm nng sut yêu cu phi đc ti đa hóa hay hàn đc theo nhiu
hng trong không gian. Do đó vic phát trin h thng robot hàn ma sát khuy (Robostir) là cn
thit. Hin nay h thng robot hàn đã có kh nng hàn vt có b dày t 1mm đn 6mm đi vi
hu ht các hp kim nhôm, hoc b dày lên đn 25mm đi vi hp kim nhôm 6xxx. Các phn
Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
12

mm ng dng cng đc phát trin đng thi đ giúp h thng tích hp có th thc hin hàn ma
sát khuy (FSW), quá trình ma sát khuy x lý vt liu (FSP) và hàn đim ma sát khuy (FSSW).
Nh s h tr ca các phn mm mà các thông s hàn, lc, vn tc dng c khuy, đnh vi, có
th thay đi, điu chnh d dàng. H thng có th đc tích hp vi thit b t đng hoa nh
PLC,



Hinh 1.9. Tay máy robot hàn ma sát khuy

Mt s công ty đã thit k, ch to và phát trin h thng robot hàn thành công nh:

Friction Stir Link, Inc; …

1.3.3. Các b phn cu thành tay máy

Tay máy gm các b phn: đ đt c đnh hoc gn lin vi xe di đng, thân, cánh tay
trên, cánh tay di và bàn kp.

Bên trong cánh tay máy còn các b phn khác nh:
 H thng truyn dn dn đng có th là thy khí hoc đin khí, là b phn ch yu to nên
s chuyn dch  các khp đng.
 H thng điu khin đm bo s hot đng ca tay máy theo các thông tin đt trc hoc
nhn bit đc trong quá trình làm vic.
Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
13

 H thng cm bin tín hiu thc hin vic nhn bit và bin đi thông tin v hot đng
ca bn than tay máy (cm bin bên trong) và môi trng, đi tng tay máy phc v
(cm bin ngoi tín hiu).

Các thông tin đt trc cm bin ss đc đa vào h thng điu khin sau khi x lý bng
máy tính, ri tác đng vào h thng truyn dn đng ca tay máy.



Hình 1.10. Các b phn cu thành tay máy

1.3.4 Hàn theo đng hàn ca tay máy hàn ma sát khuy

Hàn đng thng đc thc hin bng tay. Tuy nhiên nng sut thp, cht lng không
cao do tính n đnh ph thuc vào điu kin ca ngi công nhân: tay ngh, môi trng làm

vic,… Do đó h thng tay máy robot đc ng dng vào thay th con ngi. Trong đó con
ngi thc hin vic kp cht chính xác chi tit đc hàn. Sau đó robot đc điu khin di
chuyn dc theo qu đo hàn lp trình trc. Quá trình trên gi là quá trình theo vt.  có th
thit k robot hàn theo mt đng cho trc ta cn phi tìm hiu v các phng pháp điu khin
tay máy.

Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
14

Theo dng kt hp chuyn đng ca các chuyn đng đc lp trên tay máy, vic điu
khin tay máy đc chia thành các dng chính sau:
 H điu khin ri rc còn gi là điu khin theo đim (point-to-point) gm hai kiu đng
dn tng đon và đng dn theo đim.
 H điu khin theo đng dn liên tc (continuous path) gm gm hai kiu đng dn
liên tc và đng dn điu khin.

1.3.4.1 ng dn tng đon

ây là dng đn gin nht ca h điu khin ri rc: kiu điu khin có phn hi s dng
các c chn hay công tc hành trình và đc s dng  các robot thuôc th h đu hot đng theo
chu k. S đim đc lp trình cho mi trc thng là hai: đim đu và cui trên hành trình ca
trc.

1.3.4.2 ng dn theo đim

ây là dng lp trình đc a chung  các robot công nghip. ch đ hun luyn, thit
b lp trình chính cho robot trong trng hp này là các panel điu khin, còn đc gi là teach-
pendant. Tt c các đim lp trình đã đc đa vào trong b nh s đc b điu khin x lý,
tính toán v trí tay máy vi các ta đ suy rng. Các b điu khin có th cha hàng ngàn đim
lp trình, cho phép điu khin nhanh hn và điu khin đng thi các trc tùy vào b nh.

1.3.4.3 ng dn liên tc

ng dn liên tc là tp hp tt c các đim nm k nhau. S khác nhau gia điu khin
tng đim và đng dn liên tc là s lng các đim lp trình liên tc và phng pháp lu các
đim lp trình vào b nh. Ngi lp trình ch ra đng dn bng cách s dng teach-pendant
hay thit b lp trình nh thit b mô phng, lp trình bng cách dt mi hoc bàn phím đ kim
soát v trí ca máy. Nh đó các robot nhn đc các đim lp trình trên đng dch chuyn và
đa vào trong b nh. Sau đó các đim này s đc đa ra tun t bi b điu khin cho các trc
Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
15

ca robot khi thc hin chng trình. Qu đo dch chuyn ca robot có th là đng thng hay
cung tròn.

Robot loi này vt tri hn các robot thuc th h đu là to ra chuyn đng êmkhông b
dng  đim nút, đng thi gim ti thiu vic lch hng khi đng dch chuyn nh ch đ
điu khin servo. Robot có đng dn liên tc thng đc s dng trong sn và hàn.

1.3.4.4 ng dn điu khin

Robot có đng dn đc điu khin là h thng điu khin theo đim đc trang b thêm
kh nng kim soát v trí ca tay gp dch chuyn gia các đim lp trình. Phng pháp lp trình
tng t nh lp trình robot điu khin tng đim: dùng teach-pendant ghi nhn tng đim trên
đng dn. Nhng khác trng hp trc, vn tc dch chuyn ca các trc đc điu khin sao
cho t l thun vi giá tr góc quay ca chúng. Hu ht robot có đng dn đc điu khin thc
hin vic ni suy đng thng cho phép dch chuyn gi hai đim bt k trong vùng không gian
hot đng, ni suy cung tròn đ thc hin qu đo tròn, mt s ít có kh nng ni suy các đng
phc tp nh qu đo parabola hay xon c. Các robot loi này hin nay còn đc trang b kh
nng thc hin mi qu đo mà h thng CAD v đc.

1.4 Mc tiêu ca đ tài

 Nghiên cu và thit k tay máy gá đu hàn ma sát khuy có kh nng hàn các đng trong
mt phng.
 Tính toán bn cho tay máy
 Mô phng chuyn đng ca tay máy khi hàn trên mt phng

1.5 Kt lun

Các sn phm hay các kt cu đc hàn bng phng pháp hàn ma sát khuy đóng vai trò
quan trng, có ý ngha to ln trong đi sng và lãnh vc k thut. Vic nghiên cu thit b hàn
Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
16

ma sát khuy, trong đó có tay máy robot hàn ma sát khuy, là rt cn thit trong giai đon hin
nay. Nó s góp phn đy nhanh hn vic ng dng hàn ma sát khuy trong công nghip, góp
phn nâng cao nng sut, tit kim nng lng và bo v môi trng. ng thi vic thit b hàn
ma sát khuy ra đi giúp Vit Nam nhanh chóng tip cn vi các công ngh tiên tin trên th
gii, phát trin nhanh thành nc công nghip hin đi.

Lê Thành Vnh Thuyên GVHD: TS. Trn Thiên Phúc
17

CHNG 2. LA CHN NGUYÊN LÝ VÀ S  NG

2.1 Các yêu cu k thut ca đu hàn ma sát khuy

Da trên kt qu các thí nghim:
 Modelling of friction stir welding for robotic implementation ti Phòng thí nghim hàn t
đng ca trng đi hc Vanderbilt và phòng thí nghim quc gia Los Alamos do
Reginald Crawford, George E. Cook và Alvin M. Strauss thc hin.
 Experimental Measurements of Load Distributions on Friction Stir Weld Pin Tools ca
sinh viên Aaron Stahl thuc trng i hc Bringham Young.

Ta có các thông s v quá trình hàn ma sát nh sau:

a. Vt liu hàn:
 Hp him nhôm 6061-T6 (97,9% Al; 0,60% Si; 0,30% Cu; 1.0% Mg và 0,20% Cr) (tiêu
chun AISI).
 Kích thc 76,2 x 50,8 x 6,35 (mm)

b. Dng c:
 Vt liu: thép dng đã qua nhit luyn H13 (tiêu chun AISI).
 Cu to đu khuy: tr trn, không ren.
 ng kính đu khuy: 4,826mm (0,19in).
 Chiu dài ca đu khuy: 3,62mm (0,1425in).
 Chiu sâu ngu không đi: 3,683mm (0,145in).
 Chiu sâu vai ngu không đi: 0,1016mm (0,004in).
 Vai dng c có đng kính: 12,7mm (0,5in), chiu cao: 6,35mm (0,25in).
 Góc nghiêng đu dng c: 9
0