Nghiên cứu thiết kế đồ gá hàn dầm tải trọng lớn dùng cho robot hàn hồ quang

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học nông nghiệp I

Nguyễn trọng thông

Nghiên cứu thiết kế đồ gá hàn dầm tải trọng
lớn dùng cho robot hàn hồ quang

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá Nông Lâm Nghiệp

Mã số: 60.52.14

Ngời hớng dẫn khoa học: ts. Bùi văn hạnh

Hà Nội 2008

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.1


Lời cam ñoan
Tôi xin cam ñoan các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung
thực, trích dẫn có ñịa chỉ rõ ràng và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ ñề
tài nào.
Ngày 10 tháng 12 năm 2007
Người cam ñoan

Nguyễn Trọng Thông

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….2

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của TS.Bùi Văn
Hạnh - BM Hàn & CNKL - Trường ðại học Bách khoa Hà nội, các thầy cô
giáo khoa Cơ ñiện - Trường ðại học Nông nghiệp I Hà nội, ñã tạo ñiều kiện
cung cấp tài liệu cũng như kiến thức chuyên ngành, làm cho công việc hoàn
thành luận văn tốt nghiệp có nhiều thuận lợi và thu ñược những thành quả
nhất ñịnh. Do trong quá trình làm luận tốt nghiệp, tài liệu tham khảo con hạn
chế, cộng với kiến thức chuyên môn còn chưa chuyên sâu, khả năng ñặt vấn
ñề chưa cao nên không thể tránh khỏi những thiếu sót còn mắc phải. Vậy kính
mong ñược sự ñóng góp ý kiến của các thầy giáo, cùng toàn thể các bạn ñồng
nghiệp, ñể bản luận này có tính thực tiễn cao hơn.
Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2007
Tác giả

Nguyễn Trọng Thông

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….3


LỜI NÓI ðẦU
Cùng với nhu cầu ngày càng cao của con người, nền khoa học kỹ thuật
ñã và ñang có sự phát triển với tốc ñộ mạnh mẽ. Ngày càng có nhiều sản
phẩm mới ñược tạo ra với ñòi hỏi chất lượng và yêu cầu kỹ thuật cao.
Hoà nhập cùng không khí ñó nghành hàn cũng ñã và ñang có nhiều
bước tiến mạnh mẽ, ngày càng sản sinh ra các sản phẩm có chất lượng cao
mang tính kỹ thuật cao ñáp ứng nhu cầu của khoa học kỹ thuật nhằm khẳng
ñịnh vai trò to lớn trong nền sản xuất hiện ñại. Vị thế của ngành hàn ngày
càng ñược nâng cao, ñóng một vị trí quan trọng trong các khối ngành sản xuất

cơ khí.
ðể ñạt ñược nhiều thành tựu mới, ngành hàn ñã không ngừng ñược
nghiên cứu và luôn có sự ñầu tư ñáng kể. Xu thế tự ñộng hoá và sản xuất ra
các mặt hàng chất lượng cao ngày càng ñược quan tâm ñúng mức.
Số lượng robot tham gia vào quá trình sản xuất ngày càng nhiều nhằm
nâng cao chất lượng cũng như sản lượng sản phẩm hàn.
Song hiện nay ñối với nước ta, ñể tạo ñiều kiện thuận lợi nhất ñể có
thể ñầu tư nhiều hơn nữa sự tham gia của robot vào sản xuất hàn còn nhiều
vấn ñề cần quan tâm nghiên cứu. Vì trong hệ thống robot hàn: Robot - nguồn
hàn - ðồ gá thì yếu tố ñồ gá không những chỉ nước ta mà hầu hết các nước có
nền sản xuất bằng hàn phát triển cũng ñặc biệt quan tâm. Vì ñồ gá luôn phải
thay ñổi theo từng loại sản phẩm cần chế tạo còn robot và nguồn hàn thì có
thể sử dụng mang tính “thay thế” ñược.
Mặt khác, ngày càng có nhiều sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật cao và
mức ñộ phức tạp mà người thợ mặc dù có tay nghề cao cũng không thể hoặc

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….4


thực hiện với mức hạn chế mà chỉ hệ thống robot hàn mới thực hiện ñạt kết
quả cao.
Tuy nhiên ñể ñạt ñược ñiều ñó vấn ñề nghiên cứu và chế tạo các ñồ gá
cho robot là thực sự cần thiết hiện nay.
Bên cạnh ñó, phát triển của công nghệ thông tin thì công nghệ thiết kế
ñã chuyển hẳn sang một giai ñoạn mới, chính xác hóa và tự ñộng hóa. Kèm
theo ñó, các tiêu chuẩn thiết kế và thi công của các nước trên thế giới cũng
ñồng loạt thay ñổi ñể phù hợp với công nghệ thiết kế và thi công hiện ñại.
Các phần mềm mô phỏng ñược phát triển và ứng dụng sâu rộng nhằm
giảm ñược thời gian tính toán cho người thiết kế, ñồng thời có thể thẩm ñịnh,
khảo sát kết quả một cách nhanh chóng nhờ mô phỏng trên máy tính thay cho

việc chế tạo hay vận hành thử hết sức tốn kém.
Trong số ñó, phần mềm ANSYS là một phần mềm dựa trên phân tích
bằng phần tử hữu hạn, mô phỏng các ứng xử của hệ vật lý khi chịu tác ñộng
của các loại tải trọng khác nhau. Phần mềm ANSYS có thể ứng dụng rộng rãi
trong các ngành công nghiệp khác nhau như: cơ khí, vũ trụ, hàng không, xây
dựng, cầu ñường với các dạng mô phỏng khác nhau như: kết cấu, ñiện từ,
nhiệt, dòng chảy, v.v..
Trên tinh thần ñó tác giả ñược giao nhiệm vụ:
“ Nghiên cứu, thiết kế ñồ gá hàn tải trọng lớn dùng cho robot hàn
hồ quang”.
ðồ án ñược trình bày trong những chương sau:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Tính toán ứng suất và biến dạng khi hàn dầm có tiết
diện ngang thay ñổi và lựa chọn phương án thiết kế.
Chương 3: Tính toán và thiết kế ñồ gá hàn dầm
Chương 4: Thiết kế hệ thống ñiều khiển

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….5


Chương 5: Kết luận và kiến nghị
Luận văn ñược hoàn thành với sự cố gắng của bản thân và sự giúp ñỡ,
chỉ bảo tận tình của TS.Bùi Văn Hạnh Bộ môn Hàn và Công nghệ kim loại Trường ðại học Bách khoa – Hà nội cùng các thầy cô trong khoa Cơ ñiện
Trường ðại học Nông nghiệp I – Hà nội làm cho công việc của tôi tiến triển
thuận lợi và ñạt ñược kết quả nhất ñịnh.
Song do sự hạn chế về trình ñộ, chuyên môn cũng như kinh nghiệm
thực tế của bản thân nên không thể tránh khỏi sai sót. Rất mong ñược sự góp
ý, chỉ bảo của các thầy, cô giáo và các bạn ñồng nghiệp ñể luận văn ñạt kết
quả cao hơn.
Qua ñây, tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Văn Hạnh, ThS Vũ

ðình Toại - Bộ môn hàn & CNKL Trường ðại học Bách khoa Hà nội, cũng
như toàn thể các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ ñiện -Trường ñại học Nông
nghiệp I - HN.
Hà Nội, ngày 10 tháng 12 năm 2007
Người thực hiện

NguyÔn Trọng Thông

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….6


Danh mục các ký hiệu
Ký hiệu

ðơn vị

Ý nghĩa

b

[mm]

Kích thước các vùng tính toán

δ

[mm]

Chiều dày vật liệu

h

[mm]

Kích thước các chi tiết

F

[mm2]

Diện tích tiết diện

P

[N]

Lực tác dụng

J

[mm]

Mô men quán tính

б

[N/m2]

Ứng suất pháp

τ

[N/m2]

Ứng suất tiếp

E

[N/m2]

Mô ñun ñàn hồi

γ

[g/cm3]

Khối lượng riêng
Hệ số Possion

µ
YA

[mm]

Chuyển vị

F

[mm2]

Diện tích

V

[mm3]

Thể tích

m

[kg]

Khối lượng

δ

[%]

ðộ dãn dài tương ñối

ak

[kp.m/cm2]

ðộ dai va ñập

M

(Nm)

Mômen

k

mm

Cạnh mối hàn

T

Hàn hồ quang tay

Ih

(A)

Cường ñộ dòng ñiện hàn

Uh

(V)

ðiện áp hàn

Vh

(mm/p)

Vận tốc hàn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….7


qñ

(cal/s)

Năng lượng ñường

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….8


Danh mục các chữ viết tắt

MAG
MIG

Hàn tự ñộng và bán tự ñộng trong môi
trường khí bảo vệ CO2
Hàn tự ñộng và bán tự ñộng trong môi
trường khí trơ Ar, He

FMS

Flexible Manufacturing System

PTHH

Phần tử hữu hạn

TCVN

Tiêu chuẩn Việt nam

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….9


Chương I: TỔNG QUAN
1.1/Tổng quan về các loại ñồ gá hàn
Trong nền sản xuất cơ khí, sản lượng sản xuất bằng hàn hoặc liên quan ñến
hàn chiếm 1 tỷ trọng rất lớn. Hàn ñã và ñang ñóng vai trò quan trọng trong ngành
sản xuất cơ khí. Một số ngành, hàn
có thể nói là không thể thiếu vì nó
chiếm tới 90% sản lượng. Ví dụ:
ðóng tàu, Ôtô,…Và theo sự phát
triển của khoa học kỹ thuật, ngành
hàn ñã và ñang phát triển rất mạnh
mẽ. Các phương pháp hàn mới, các
thiết bị hàn mới ngày càng hiện ñại,
ñem lại cho nền sản xuất cơ khí
những sản lượng khổng lồ với chất
lượng ngày càng ñược nâng cao.

H×nh 1.1. HÖ thèng robot hµn
trong CN s¶n xuÊt «t«

ðồng thời giảm rất ñáng kể sức lao ñộng cho con người thậm chí không cần tham
gia trực tiếp. VD: Tại một số nước có nền công nghiệp ôtô hiện ñại, các nhà máy
sản xuất ôtô có những dây chuyền
không có con người làm việc.

ðể có ñược sản phẩm ñật yêu cầu
kỹ thuật, trong sản xuất cơ khí ñồ gá
ñóng vai trò quan trọng. ðồ gá giúp
cho quá trình gia công ñược thuận tiện,
giúp các thiết bị máy móc làm việc linh
hoạt và chính xác. Cũng như vậy, ñồ
H×nh 1.2. HÖ thèng robot
hµn trong s¶n xuÊt c¬ khÝ

gá hàn ñã ñược hình thành ngay từ khi
ngành hàn ra ñời. Nó ñã cùng với các

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….10


loi mỏy hn lm nờn nhng sn phm ủt cht lng cao c v k thut cng nh
kinh t v giỏ thnh. T cỏc chi tit hay kt cu ủn gin ủn cỏc kt cu phc tp
ủu cú cỏc dng ủ gỏ khỏc nhau tham gia. V theo s phỏt trin ca cỏc mỏy múc,
cỏc phng phỏp hn, ủ gỏ hn cng ngy cng phỏt trin, phong phỳ. ng vi
tng loi, dng ca kt cu hay thit b hn, ủ gỏ hn cú rt nhiu loi, dng khỏc
nhau, t ủ gỏ ủn chic dựng cho sn xut nh l ủn ủ gỏ dựng cho sn xut
hng lot, sn xut dõy chuyn. gỏ v h thng ủ gỏ ủó tr thnh vn ủ quan
tõm nht trong cỏc ngnh sn xut bng hn.
gỏ hn, ngoi tỏc dng ủ kp cht
v ủnh v chi tit gia cụng, nú cũn cú nhim
v: Gim ti ủa ng sut v bin dng trong
hn.
gỏ hn rt phong phỳ v ủa dng.
Nú ủc s dng tu theo loi hỡnh, quy mụ
sn xut, tng phng phỏp hn khỏc nhau.

Cú khi ch l thanh chống thông thờng khi
hàn các sản phẩm nhỏ lẻ và đơn chiếc, có
khi là cả một tổ hợp đồ gá khi dùng cho sản
xuất hàng loạt và mang tính chuyên dùng.

Hình 1.3. Robot và đồ gá
chuyên dùng

Nghiên cứu và chế tạo đồ gá hàn đ và đang trở nên cực kỳ quan trọng trong
nền sản xuất cơ khí hàn hiện nay. Bởi vì đồ gá là 1 trong 3 bộ phận chính trong hệ
thống hàn: Nguồn hàn Máy hàn - Đồ gá. Để hệ thống hàn làm việc thực sự hiệu
quả thì 3 bộ phận trên phải luôn đợc đảm bảo tính đồng bộ cao.
Ngày nay, trên thế giới xuất hiện rất nhiều máy hàn hiện đại. Nguồn hàn là vấn
đề dễ dàng đợc xử lý, còn đồ gá hàn là vấn đề rất phức tạp đối với hầu hết các tập
đoàn cũng nh các công ty sản xuất thiết bị. Bởi vì: không những nó luôn phong phú
cùng với các loại máy hàn nhng quan nhng quan trọng hơn, nó càng đa dạng hơn

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.11


vì càng ngày càng có những sản phẩm mới phức tạp của yêu cầu phát triển đồng thời
xu thế x hội ngày càng quan tâm tới việc giảm thiểu sự can thiệp trực tiếp sức lao
động của con ngời vào quá trình sản xuất.
Tuy nhiên vấn đề quan trọng hơn của đồ gá trong quá trình hàn là: với số lợng
không nhỏ chi tiết, kết cầu hàn mà chỉ với ngời thợ đơn thuần không thực hiện
đợc hoặc thực hiện với kết quả không cao hoặc mức độ đạt yêu cầu là hạn chế.
Những trờng hợp đó hệ thống hàn đồng bộ sẽ giải quyết đợc triệt để. Đặc biệt
trong hàn tự động và bán tự động thì đồ gá thực sự cần thiết đợc nghiên cứu và chế
tạo với yêu cầu cao về tính đồng bộ với cả hệ thống. Nó mang tính chuyên dùng và
chỉ đạt hiệu quả cao khi sản xuất hàng loạt.

Trong hn, ủ gỏ cú th phõn loai nh sau:
* Phõn theo quy mụ sn xut:
- gỏ ủn chic: Cỏc dng ủ gỏ dựng ủ sn xut cỏc mt hng mang tớnh
ủn chic. Loi ủ gỏ ny l khụng c ủnh v thit k, chỳng cú th thay ủi tu
theo s thay ủi ca mt hng sn xut. Vớ d: Khi t hp dm hn, ngi ta dựng
ủ gỏ l cỏc thanh vt liu tha vi kớch thc ủ ln ri gỏ vo bn bng v bn
cỏnh ca dm. gỏ dng ny ch ủm bo ủc 2 yu t: nh v v chng bin
dng.
- gỏ chuyờn dựng: Dng ủ gỏ dựng cho sn sut mang tớnh hng lot. Loi
ủ gỏ ny ủc thit k cú s n ủnh cao, hu nh khụng cú s thay ủi v cu to
cng nh hỡnh dỏng. ng thi nú ủc ch to vi hỡnh thc h thng, cú ngha l
thng to thnh dõy chuyn. Vớ d: gỏ dựng cho sn xut ụtụ, xe mỏy,
* Phõn theo kh nng t lm vic:
- gỏ ủiu khin th cụng: Cỏc dng ủ gỏ ch lm vic khi cú s trc tip
ủiu khin ca con ngi. Mi bc lm vic, mi di chuyn ca ủ gỏ l mi ln

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.12


con người thực hiện. Loại ñồ gá này mang tính thô sơ và sử dụng ñể chế tạo các kết
cầu hàn có yêu cầu kỹ thuật không cao và tính phức tạp không cao.
- ðồ gá tự ñộng và bán tự ñộng: ðây là loại ñồ gá ñang ñược phát triển mạnh
và ngày càng ñược sử dụng rộng rãi. Bởi nó ñược kết hợp ñiều khiển hoạt ñộng
bằng ñiện, ñiện tử và thuỷ lực, khí nén. Do không những không ñòi hỏi sự can thiệp
thường xuyên của con người trong quá trình làm việc mà nó còn mang ñến sự chính
xác cao cho kết cấu hàn. ðặc biệt với kết cấu có hình dạng phức tạp ñòi hỏi thực
hiện hàn ở các vị trí mà người thợ khó thực hiện ñược thì ñồ gá tự ñộng kết hợp với
mày hàn tự ñộng sẽ là giải pháp tốt nhất ñể sản xuất.
Mặt khác, ñồ gá tự ñộng mang lại hiệu quả vô cùng cao cả về sản lượng cũng
như chất lượng. Song ñồ gá tự

ñộng và bán tự ñộng có cấu tạo
phức tạp mà không chỉ chủ
ñộng mà thực hiện ñược. Thậm
chí có loại ñồ gá rất khó chế
tạo. Ngay nước ta, con có rất
nhiều ñồ gá chưa tự sản xuất
ñược mà hoàn toàn phải nhập
từ nước ngoài. Do ñó có khi ñồ
gá lại yêu cầu kinh phí cao hơn
nhiều so với thiết bị hàn.

H×nh 1.4. Robot hµn trong CN «t«

ðây chính là vấn ñề mà ngành hàn hiện nay cực kỳ quan tâm. ðã có rất nhiều
ñề tài, dự án thiết kế chế tạo ñồ gá tự ñộng và bán tự ñộng dùng cho robot hàn. Chỉ
có vậy mới có ñược sản phẩm chất lượng cao và phát huy tối ña khả năng làm việc
của robot.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….13


1.2. Các ñặc ñiểm công nghệ và tính chất làm việc của ñồ gá hàn
Các sản phẩm trong chế tạo bằng hàn thường có khối lượng lớn và kết cấu
phức tạp. Do ñó ñồ gá hàn phải có kết cấu ñủ lớn và cứng vững nghĩa là phải chịu
ñược hoàn toàn tải trọng của kết cấu gia công khi gá hàn.
Mặt khác, hàn là dạng gia công có biến dạng về hình dáng rất lớn. Bản thân
lực gây ra biến dạng có cường ñộ rất cao. Trong khi hàn và sau khi hàn, chi tiết hay
kết cấu thường bị biến dạng ngoài
ý muốn. Do ñó ñồ gá hàn phải có
kết cấu ñủ bền ñể thắng hoàn toàn

lực biến dạng gây ra. Với mỗi loại
chi tiết, kết cấu khác nhau thì vật
liệu chế tạo là khác nhau, về kích
thước cũng như chủng loại vật
liệu. Với mỗi loại vật liệu như vậy
thì lực biến dạng cũng khác nhau
hoàn toàn. Do ñó, ñồ gá làm việc
trong ñiều kiện nào thì sẽ có yêu
cầu cụ thể cho trường hợp ñó.
H×nh 1.5. R«bèt sö dông trong
ngµnh c¬ khÝ hµn
pháp công, do ñó khi hàn rất cần ñến tính chính xác của sản phẩm hay nói cách khác
Hàn cũng là một phương

là sản phẩm hàn phải ñạt ñược ñộ sai lệch cho phép. ðồ gá có tác dụng rất lớn ñến
vấn ñề này. ðồ gá phải làm việc chính xác và liên hoàn cùng với máy hàn. Khi ñồng
bộ giữa máy hàn và ñồ gá, không những ñảm bảo tính chính xác cho sản phẩm mà
còn nâng cao tuổi thọ cho thiết bị.
ðồ gá cũng phải thay ñổi theo vật liệu chế tạo sản phẩm và phương pháp hàn
sử dụng. ðặc biệt trong các dây chuyền sản xuất hiện ñại và mang tính liên tục, ñồ

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….14


gá hàn càng ñược chế tạo với ñộ chính xác cao và tính linh hoạt ổn ñịnh. Trình tự
làm việc của các bộ phận trong hệ thống ñồ gá ñảm bảo liên hoàn.
Ngoài ra, ñồ gá còn phải thay ñổi vị trí của sản phẩm gia công trong quá trình
hàn sao cho sản phẩm hàn luôn ở vị trí thuận lợi cho máy hàn thực hiện hàn.
Ví dụ: Hàn ống: ðồ gá hàn phải quay ống ñể máy hàn hàn hết chu vi của ống
(Mỏ hàn ở vị trí cố ñịnh). Hàn dầm, ñồ gá dịch chuyển tịnh tiến dầm ñể máy hàn

hàn hết chiều dài của dầm,…
Tuy vậy, dù khi hàn các sản phẩm ñơn giản hay phức tạp. Khi hàn ñơn chiếc
hay hàng loạt, dù hàn bất cứ vật liệu nào, bất cứ phương pháp hàn nào, thì ñồ gá
phải luôn ñạt ñược các yêu cầu sau:
- ðịnh vị: ðồ gá hàn phải cố ñịnh ñược vị trí của chi tiết cần hàn trong suốt
quá trình hàn.
- Kẹp chặt: ñể ñịnh vị ñược chi tiết khi hàn thì yêu cầu các chi tiết rời rác khi
hàn phải ñược kẹp chặt. Nếu không kẹp chặt ñược thì cũng không ñịnh vị ñược.
- Chống biến dạng trong quá trình hàn: ñể chống ñược biến dạng của vật hàn
thì trước hết các chi tiết phải ñược ñồ gá kẹp chặt và ñịnh vị. Song ñồ gá phải ñủ
bền ñể thắng ñược lực biến dạng sẽ gây ra. Nói chung 3 yêu cầu này của ñồ gá hàn
liên quan chặt chẽ ñến nhau. Tuy nhiên với những kết cấu hàn ñơn giản: Hàn các
dầm nhỏ hoặc hàn giáp mối,… thì ñồ gá không cần tính ñến sự kẹp chặt (Do trước
khi hàn vật hàn ñã ñược hàn ñính).
- Ngoài ra, ñồ gá dùng cho robot phải luôn làm việc ñồng bộ với robot, làm
sao cho hệ thống hàn luôn ñược ñồng bộ.
ðể nâng cao sản lượng trong tự ñộng hoá quá trình hàn, ñồ gá ñược chế tạo với
các kết cấu và công nghệ khác nhau. Có thể kết hợp thuỷ lực, khí nén hoặc ñiều
khiển ñiện tử.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….15


1.3. Tớnh cp thit ca vic nghiờn cu thit k, ch to ủ gỏ hn ti trng
ln dựng cho Robot
1.3.1 Tình hình thế
giới về Rôbôt công nghiệp .
Hơn nửa thế kỷ (từ
những năm 50) có mặt trong
sản suất, Rôbôt công nghiệp

đ có một lịch sử phát triển
hấp dẫn. Từ năm 1960 do
xuất hiện máy vi tính, Rôbôt
công nghiệp đ tiếp thu đợc
những thành tựu mới đó. Cao

Hình 1.6. Các loại robot công nghiệp

trào phát triển vào những
năm 70 và đánh dấu mốc bằng hội nghị quốc tế lần thứ 6 về thiết kế chế tạo và ứng
dụng rôbôt công nghiệp Chicago năm 1972. Sau đó lại lắng dần xuống, nhất là sau
khủng hoảng dầu mỏ năm 1975 và để rút kinh nghiệm áp dụng vào chỗ nào là phát
huy hiệu quả cao hơn. Đến năm 80 thì xuất hiện nhu cầu hình thành các hệ thống
sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) mà rôbôt nh là bộ phận
cấu thành FMS. Nhu cầu đó kích thích bớc phát triển của rôbôt công nghiệp. Trong
những năm 90 rôbôt công nghiệp cũng có bớc phát triển mới theo hớng đồng bộ
hệ thống trên cơ sở vận dụng những thành tựu của thông tin ứng dụng.
1.3.2. Lịch sử phát triển Rôbôt công nghiệp tại Việt Nam
Tình hình tiếp cận rôbôt công nghiệp ở Việt Nam tơng đối muộn. Trớc
những năm 1990 hầu nh trong nớc hoàn toàn cha du nhập về kỹ thuật rôbôt,
thậm chí cha nhận đợc nhiều thông tin kỹ thuật về lĩnh vực này. Tuy vậy, với mục
tiêu chủ yếu là tiếp cận kỹ thuật mới mẻ này, trong nớc đ triển khai đề tài nghiên
cứu khoa học cấp nhà nớc: Đề tài 58.01.03 trong giai đoạn 81 85 và đề tài
52B.03.01 trong giai đoạn 86-89. Kết quả nghiên cứu của các đề tài này không
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.16


những đáp ứng đợc yêu cầu tiếp cận mà còn có những ứng dụng ban đầu trong kỹ
thuật bảo hộ lao động và phục vụ công tác đào tạo cán bộ kỹ thuật ở nớc ta. Sau
năm 1990 thì ngành công nghiệp của ta bắt đầu đổi mới, nhiều cơ sở đ đ nhập

ngoại những thiết bị mới, đặc biệt là một số cơ sở liên doanh đ nhập ngoại nhiều
rôbôt phục vụ cho nhiều công việc nh: tháo lắp dụng cụ cho các trung tâm gia
công, lắp ráp các linh kiện điện tử, tháo sản phẩm ở các máy ép nhựa tự động, hàn
vỏ xe, phun phủ bề mặt v...v. Tuy nhiên còn có một số cơ sở trong nớc lúc mua dây
truyền đ không nhập các rôbôt có trong danh mục các thiết bị của dây truyền chào
hàng, trong đó có một số cơ sở đ nhận ra nhu cầu là phải có rôbôt mới đảm bảo
đợc chất lợng sản phẩm của dây truyền nh thiết kế. Vì vậy đ xuất hiện các nhu
cầu bổ sung các rôbôt đó.
Một bớc ngặt trọng đại của ngành rôbôt Việt Nam là từ tháng 4 năm 1998
Nhà máy Rorze Rôbôtech đ bớc vào hoạt động ở khu công nghiệp Nomura Hải
Phòng. Đây là nhà máy đầu tiên ở Việt Nam chế tạo và lắp ráp rôbôt. Đó là loại
rôbôt có cấu trúc đơn giản nhng rất chính xác dùng trong sản xuất chất bán dẫn.
Nhà máy Rorze Rôbôtech có vốn đầu t là 46 triệu đô la Mỹ do Nhật Bản đầu t.
Cho đến nay, trờng Đại học Bách khoa Hà Nội đ nghiên cứu tính toán thiết
kế một kiểu rôbôt mới, ký hiệu là rôbôt RP. Rôbôt RP thuộc loại rôbôt phỏng sinh,
rôbôt này dùng cơ cấu Pantograph với hai con trợt dẫn động làm môđun chủ yếu
của cơ cấu tay máy. Ngoài ra trờng còn chế tạo ra hai mẫu: Rôbôt RPS 406 dùng
để phun men, có hệ truyền dẫn thuỷ lực với 5 bậc tự do và rôbôt RPS 4102 dùng
trong công nghệ bề mặt, có 6 bậc tự do, 3 động cơ điện 1 chiều và 3 động cơ bớc.
Không những thiết kế chế tạo các rôbôt nói trên mà trờng Đại học Bách khoa
Hà Nội còn nghiên cứu, xây dựng thành công các thuật toán mới để xây dựng
chơng trình tính toán điều khiển rôbôt, xây dựng phơng pháp tự động thiết lập và
giải các bài toán động học trên cơ sở dùng MATLAB.
Trong quá trình thiết kế, chế tạo rôbôt, trờng Đại học Bách khoa Hà Nội đ
tiến hành xây dựng th viện các mô hình động của rôbôt trong máy tính. Các rôbôt
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.17


này không những đợc thiết kế theo thông số kỹ thuật của cơ sở sản xuất, mà còn
đợc mô phỏng hoạt hình và chơng trình điều khiển chúng. Với các chơng trình

này có thể tìm hiểu, học tập, khảo sát các loại rôbôt nổi tiếng trên thế giới và có thể
trình diễn, giới thiệu với khách hàng về hoạt động của rôbôt mới đợc thiết kế. Qua
đó cũng có thể trao đổi, hiệu chỉnh thiết kế theo yêu cầu của khách hàng.
Nh vậy ta thấy tầm quan trọng to lớn của rôbôt công nghiệp trong nền sản
xuất hiện đại cũng nh trong học tập nghiên cứu theo kịp thời đại.
Sự phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật và việc áp dụng những thành
tựu của khoa học kỹ thuật vào sản xuất trở nên cấp thiết cho mỗi quốc gia. Để đánh
giá trình độ khoa học và việc áp dụng thành tựu khoa học vào sản xuất, ngời ta
nhìn vào mức độ ứng dụng Rôbôt công nghiệp trong sản xuất. Nh vậy, Rôbôt đóng
vai trò rất quan trọng trong nền sản xuất hiện đại.
Rôbôt công nghiệp là những thiết bị tự động đa chức năng đợc lập trình cho
một hay nhiều công việc và đợc điều khiển bằng máy tính. Chúng có thể sử dụng
nh một thiết bị độc lập, có khả năng thay đổi nhanh, dễ hiệu chỉnh. Một trong
những bộ phận chức năng chính của Rôbôt đó là hệ thống điều khiển. Nó có nhiệm
vụ xử lý các thông tin nhận đợc để tạo ra các chuỗi lệnh cần thiết. Hệ thống điều
khiển cũng coi nh một kho chứa và trung chuyển dữ liệu khi sử dụng cho các công
việc khác nhau. Các Rôbôt thờng đợc trang bị các hệ thống điều khiển thích nghi,
các hệ thống theo chơng trình điều khiển logic PLC (Programable Logic
Control), các hệ thống cảm biến thực hiện theo các chức năng nh: nghe, nói, đọc,
viết, sờ, ngửi v...v. Vì vậy chúng có thể sử dụng hầu hết trong các lĩnh vực nh: y tế,
thể thao, văn hoá, gia công, lắp ráp và các lĩnh vực khác mà máy tự động thờng
không thể thực hiện đợc. Trong những trờng hợp khi yêu cầu vận tốc sử lý tình
huống nhanh, chính xác, khi lựa chọn tìm kiếm các giải pháp nhiều phơng án, khi
yêu cầu khả năng suy nghĩ logic và phán đoán tình huống theo bối cảnh, sử dụng
Rôbôt sẽ cho hiệu quả rất cao. Rôbôt là thiết bị duy nhất có thể đáp ứng đợc đặc

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.18


tính thay đổi của nền sản xuất hiện đại, mở rộng đáng kể khả năng của các thiết bị

và quá trình sản xuất với hiệu quả cao nhất.

1.3.3 Định nghĩa Rôbôt công nghiệp (IR)
Rôbôt công nghiệp là những thiết bị vạn năng để tự động hoá quá trình sản
xuất nhiều chủng loại chi tiết và thờng xuyên thay đổi đối tợng gia công. Rôbôt
công nghiệp có thể thực hiện các nguyên công chính cũng nh các nguyên công
phụ, do đó chúng rất cần thiết trong hệ thống sản xuất tích hợp
Rôbôt công nghiệp là một máy tự động đợc lập trình nhắc lại, có khả năng
thay thế con ngời để thực hiện chức
năng di chuyển đối tợng sản xuất
hoặc thiết bị công nghệ. Rôbôt công
nghiệp khác các thiết bị tự động hoá
truyền thống ở tính vạn năng di
chuyển và điều chỉnh nhanh để thực
hiện nguyên công mới. Rôbôt công
nghiệp có khả năng thay thế nhiều
thiết bị khác nhau trong hệ thống sản
xuất tích hợp, ví dụ nh: thiết bị cấp
phôi và tháo chi tiết đ gia công, thiết
bị kiểm tra, thiết bị thay dao và dọn

Hình 1.7. Một dạng rôbốt hàn

sạch phoi, đồng thời rôbôt công
nghiệp cũng đảm bảo gá đặt và thay đổi thiết bị kiểm tra một cách tự động.
Nh vậy thì rôbôt là gì ?
Trên thực tế , có nhiều định nghĩa về rôbôtcông nghiệp cùng tồn tại. Sau đây là
một số định nghĩa trên thế giới:

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.19

Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR Pháp:
Rôbôt công nghiệp là một cơ cấu chuyển đổi tự động có thể chơng trình hoá,
lập lại các chơng trình, tổng hợp các chơng trình đặt ra trên các trục toạ độ; có
khả năng định vị, di chuyển các đối tợng vật chất: chi tiết, dao, gá lắp theo
những hành trình thay đổi đ chơng trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công
nghệ khác nhau.
Định nghĩa theo tiêu chuẩn VDI 2860/BRD
Rôbôtcông nghiệp là một thiết bị có nhiều trục, thực hiện các chuyển động có
thể chơng trình hoá và ghép nối các chuyển động của chúng trong những khoảng
cách tuyến tính hay phi tuyến của động trình. Chúng đợc điều khiển bởi các bộ
phận hợp nhất ghép nối với nhau, có khả năng học và ghi nhớ các chơng trình;
chúng đợc trang bị dụng cụ hoặc các phơng tiện công nghệ khác để thực hiện các
nhiệm vụ sản xuất trực tiếp và gián tiếp.
Định nghĩa theo OCT-1980
Rôbôtcông nghiệp là máy tự
động liên kết giữa một tay máy và
một cụm điều khiển chơng trình
hoá, thực hiện một chu trình công
nghệ một cách chủ động với sự điều
khiển có thể thay thế những chức
năng tơng tự nh con ngời.
Nh vậy có 3 nét đặc trng cần
Hình 1.8. Mô phỏng toàn bộ hệ
thống rôbốt hàn

thiết để định rõ một kết cấu máy
nh là một rôbôt. Chúng là:

- Đợc tự động hóa: có thể vận hành không cần một ai giúp đỡ nó.

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.20


- Lập trình lại: có thể đợc lập trình lại thực hiện công việc của nó bằng các
phơng pháp khác nhau.
- Chế độ đa nhiệm (Multitasky)- có thể đợc lập trình lại làm các công việc
khác trọn vẹn nh một nhóm ngời hoặc nguồn tải máy móc
Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lợng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng
dụng rộng r i các phơng tiện tự động hoá sản xuất. Đặc biệt là trong các hệ thống
CIM, tính tự động hoá của hệ thống sản xuất tích hợp và yêu cầu linh hoạt trong việc
thay đổi sản phẩm đòi hỏi ứng dụng một số lợng lớn các rôbôt công nghiệp thực
hiện các chức năng chủ yếu nh cấp phôi cho các trung tâm gia công, gắp các chi
tiết ra sau khi đ gia công, thực hiện quá trình lắp ráp tự động.
1.3.4 Cỏc b phn cu thnh robot cụng nghip
Các bộ phận chủ yếu của rôbôt đợc thể hiện trên hình vẽ:

Cảm biến
ngoại tín
hiệu

Cảm biến
nội tín
hiệu

Hệ thống
điều khiển

Máy

tính

Dụng cụ
thao tác
Hệ thống
truyền dẫn
động

Hình 1.9. các bộ phận chủ yếu của
hệ thống làm việc của rôbốt

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.21


tiờu chun hoỏ cụng vic thit k, Rôbôt ủc chia lm ba phn chớnh:
ngun cung cp nng lng, b ủiu khin v phn tay mỏy. Mi phn trong ba
phn chớnh trờn bao gm nhiu b phn v cỏc b phn cú th bin ủi ủ ủỏp ng
tiờu chun v cỏc thụng s thit k ca mi Rôbôt nht ủnh.
Robot ủó v ủang phỏt trin v ng dng rng rói trong cụng nghip cng nh
dõn dng. Hu ht cỏc lnh vc sn xut cú tớnh ủc hi hoc cng ủ lm vic
trc tip cao ủu cú s tham gia ca robot. V tu theo loi hỡnh cụng vic m cỏc
robot ủc ch to vi nhiu hỡnh dỏng v kt cu khỏc nhau.
Robot ủc ng dng trong hn ủó ủc th gii thc hin rt cú hiu qu rt
cao. Nc ta cng ủó v ủang ủa phng phỏp hn ny vo cỏc ngnh cụng
nghip: ụtụ, tu thu,
1.3.5. Tớnh cp thit ch to ủ gỏ hn cho robot
* Tớnh kinh t:
Để hệ thống robot hàn hoạt động đạt hiệu quả kinh tế cao thì hệ thống gồm 3
bộ phận chính trong hệ thống hàn: Nguồn hàn Máy hàn - Đồ gá phải luôn đợc
đồng bộ.

Trên thực tế nh đ đề cập ở trên, Robot hàn và nguồn hàn là dễ xử lý. Song
đối với đồ gá, do ngày càng có rất nhiều dạng sản phẩm có kết cấu, hình dáng và
yêu cầu làm việc khác nhau. Do vậy đồ gá cũng theo đó sẽ có nhiều yêu cầu chế tạo
khác nhau. Nói cách khác, đồ gá không giống nh robot hay nguồn hàn mà có thể
sử dụng mang tính chất lắp lẫn đợc. Vì vậy yêu cầu chế tạo đồ gá hàn là khối
lợng cực kỳ lớn nếu nh muốn đạt đợc năng suất sản xuất cao với robot.
Cũng do lý do trên mà đơn giá chế tạo đồ gá hàn hiện nay là rất đắt so với giá
trị của robot cũng nh nguồn hàn. Vấn đề này không những chỉ xảy ra ở nớc ta mà
thế giới cũng rơi vào tình trạng nh vậy.

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s K thut.22


* TÝnh c«ng nghÖ:
- Hàn là phương pháp gia công có ñộ biến dạng rất lớn. Do ñó trong và sau khi
gia công, các chi tiết hoặc kết cầu thường bị thay ñổi hình dáng cũng như kích
thước. Vấn ñề này sẽ ñược nhiệm vụ “ñịnh vị và kẹp chặt” của ñồ gá hạn chế tối ña.
- Trên thực tế, có rất nhiều dạng kết cầu , chi tiết với những ñường hàn phức
tạp, biên dạng ñặc biệt mà nếu ñơn thuần người công nhân dù tay nghề rất cao cũng
rất khó hoặc không thực hiện ñược. Vấn ñề này sẽ ñược ñồ gá hàn với nhiệm vụ:
“Luôn ñưa chi tiết hàn về vị trí thuận lợi nhất ñể thực hiện hàn” thực hiện.
- Dùng ñồ gá, không những nâng cao chất lượng sản phẩm mà nó còn mang lại
năng suất lao ñộng cự kỳ cao.
Khác với các ngành công nghiệp khác, ñể ñưa ñược robot vào làm việc ñạt
hiệu quả cao, ngành hàn phải chế tạo ñược ñồ gá với yêu cầu cao như sau:
- Chuyển ñộng của ñồ gá phải ñồng bộ với chuyển ñộng của robot.
- ðồ gá có kết cấu vững chắc, các cơ cấu kẹp chặt ñòi hỏi phải thao tác nhanh
và ñủ lực kẹp cần thiết nằm hạn chế tối ña biến dạng sinh ra khi hàn.
- ðồ gá dùng cho robot hàn thường có kết cấu khá lớn vì robot thường ñược
ứng dụng hàn các dạng liên kết có kết cấu phức tạp và có tải trọng cao.

Do vậy sự cần thiết ñược nghiên cứu nghiêm túc ñồ gá hàn là một trong những
yêu cầu cấp bách cần thực hiện.
Ở nước ta hiện nay, hầu hết tại các công ty, xí nghiệp vẫn ñang sử dụng ñồ gá
hàn có kết cấu ñơn giản. ðồ gá hiện ñại có tính tự ñộng ñều nằm trong các nhà máy,
công ty nước ngoài hoặc liên doanh với nước ngoài. Bởi vì cho ñến nay, ñồ gá hiện
ñại có ñơn giá rất cao, ñôi khi tương ñương với thiết bị (robot). Không những vậy
ñồ gá lại không ñễ dàng mua ngay ñược. ðể giải quyết vấn ñề này chúng ta rất cần
có sự ñầu tư ñáng kêt cho công việc nghiên cứu, chế tạo và sử dụng ñồ gá hàn nội
ñịa.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….23


Kết luận chương I:
Toàn bộ nội dung chương I ñã hoàn thành ñược các nội dung sau:
1/ Khái quát về ñồ gá hàn, tình hình sử dụng hệ thống rôbốt hàn nói chung và
ñồ gá hàn nói riêng. Các phương pháp phân loại ñồ gá trong hàn
2/ Phân tích ñược các ñặc ñiểm công nghệ và tính chất làm việc của ñồ gá hàn
3/ Tìm hiểu tình hình sử dụng rôbốt công nghiệp của thế giới hiện nay
4/ Tìm hiểu lịch sử phát triển rôbốt công nghiệp tại Việt nam
5/ Phân tích các cơ cấu, bộ phận cấu thành hệ thống rôbốt công nghiệp
6/ Phân tích các tính chất công nghệ và ñi ñến kết luận về tính cấp thiết của
công việc nghiên cứu và chế tạo ñồ gá cho rôbốt hàn.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….24


Chương II:
TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG DƯ KHI HÀN DẦM CÓ TIẾT
DIỆN NGANG THAY ðỔI VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1/Dầm sử dụng trong ngành cơ khí

Dầm ñã và ñang ñược ứng dụng cực kỳ rộng rãi trong ngành công nghiệp
cơ khí, ñặc biệt là các
ngành sản xuất bằng
hàn: ðóng tàu, ôtô, xây
dựng dân dụng và công
nghiệp,…Dầm dùng làm
cột, xà, ñà, ray,…
Dầm có nhiều hình

Hình: 2.1 Dầm sử dụng trong kết nhà thép Jamin

dạng khác nhau: Chữ I,
U, V, dầm hộp,…

Hình: 2.2 Dầm sử dụng trong ñóng tàu

Hình: 2.3 Dầm sử dụng ché tạo cầu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……………………………………….25