Đề cương bài giảng cơ khí hóa tự động hóa quá trình hàn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.9 MB, 102 trang )
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
MỤC LỤC
Mở đầu ...........................................................................................................................4
CHƢƠNG I: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ...........................................................................6
1.1 Một số khái niệm và định nghĩa cơ bản ...............................................................6
Cơ khí hoá ..............................................................................................................6
Tự động hoá quá trình sản xuất ..............................................................................7
1.2 Cấu trúc và chức năng của hệ thống tự động .....................................................10
1.3 Vai trò và ý nghĩa của tự động hoá quá trình sản xuất .......................................10
1.4 Phân loại hệ thống điều khiển tự động ...............................................................11
1.4.1 Hệ thống điều khiển cứng ...........................................................................11
1.4.2 Hệ điều khiển NC (numerical control)........................................................11
1.4.3 Điều khiển CNC ..........................................................................................14
1.4.4 Các hệ thống DNC. .....................................................................................16
1.4.5 Hệ điều khiển thích nghi. ............................................................................18
CHƢƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN .....................................................................19
VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ................................................................19
2.1 Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động ........................................................19
2.1.1 Truyền động thuỷ lực ..................................................................................19
2.1.2. Cơ cấu chấp hành khí nén ..........................................................................22
2.1.3. Động cơ điện và các cơ cấu điện từ ...........................................................23
2.1.4 Các thiết bị chuyên dùng .............................................................................32
2.1.5 Các đầu đo cảm biến (sensor) .....................................................................32
2.1.6 Bộ truyền biến đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng ...............34
2.2 Điều khiển hệ thống tự động ..............................................................................38
2.2.1 Bộ nội suy ...................................................................................................40
2.2.2 Hệ thống đo .................................................................................................43
CHƢƠNG III: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP ........................50
3.1. Sơ lƣợc quá trình phát triển của robot công nghiệp ..........................................50
3.1.1 Tình hình thế giới ........................................................................................50
3.1.2. Lịch sử phát triển Robot công nghiệp tại Việt Nam ..................................51
3.2. Ứng dông robot công nghiệp trong sản xuất : ...................................................53
3.3 Định nghĩa Robot công nghiệp (IR) ...................................................................54
3.4. Phân loại robot...................................................................................................55
3.5. Các bộ phận cấu thành robot công nghiệp ........................................................56
3.6. Bậc tự do của robot ...........................................................................................58
3.7 Hệ toạ độ và vùng làm việc của robot ................................................................58
3
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
3.8. Tổ chức kỹ thuật của robot. .............................................................................. 60
3.9. Động học tay máy ............................................................................................. 62
3.9.1 Một số kiến thức về đại số ma trận ............................................................. 62
3.9.2. Các phép tính về ma trận ........................................................................... 65
3.9.3 Các phép biến đổi ( Transformation ) ......................................................... 66
3.9.4 Phƣơng trình động học của robot (Kinematic Equations) .......................... 71
CHƢƠNG IV: TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN VÀ ROBOT ỨNG DỤNG
TRONG HÀN............................................................................................................... 76
4.1 Tìm hiểu về lập trình điều khiển : ...................................................................... 76
4.1.1 Các Yêu Cầu Đối Với Máy Vi Tính : ............................................................. 76
4.1.2 Giới thiệu cài đặt phần mềm trên máy vi tính ................................................ 76
4.1.3 Thông số kỹ thuật của robot AX-V6 .......................................................... 79
4.2 Một số câu lệnh sử dông trong quá trình làm việc ............................................. 80
4.2.1 Tạo chƣơng trình mới : ............................................................................... 80
4.2.2 Tạo chƣơng trình : ...................................................................................... 81
4.2.3 Mô tả một chƣơng trình thông thƣờng : ..................................................... 84
4.3 Lập trình hàn : .................................................................................................... 85
4.4Tạo mô hình công việc chi tiết khi sử dông kết hợp với CAD : ......................... 89
4.4.1 Thiết kế mô hình với phần mềm DISK và một số phần mềm đồ họa khác 89
4.5 Tự động lập quá trình hàn thành phần : ............................................................. 89
PHẦN PHỤ : NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN MỀM DẠY HỌC OFF- LINE
TEACHING SYSTEM CỦA RÔBÔT AX-V6............................................................ 91
.
4
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
Mở đầu
Để phát triển mạnh mẽ nền kinh tế quốc dân, để nâng cao đời sống vật chất và
văn hoá xã hội thì cần phải áp dông cơ khí hoá và tự động hoá vào các quy trình sản
xuất. Không có cơ khí hoá và tự động hoá thì không thể nâng cao năng xuất lao động
xã hội đƣợc. Năng xuất lao động là vấn đề chủ yếu nhất, quan trọng nhất để đảm bảo
chế độ mới thắng chế độ cũ.
Cơ khí hoá: là sự thay thế sức lực của con ngƣời bằng máy móc, để thực hiện nhanh
chóng các công việc nặng.
Tự động hoá: là hình thức cơ khí hoá ở mức độ cao, con ngƣời không trực tiếp điều
khiển quá trình sản xuất, nhiều khi cả vấn đề kiểm tra chất lƣợng sản phẩm.
Hiện nay nhiều quy trình công nghệ đòi hỏi tốc độ, công suất, áp suất, nhiệt độ
rất cao…, nguy hiểm đến tính mạng của ngƣời công nhân và vì vậy tự động hoá quá
trình sản xuất phát triển là một tất yếu khách quan, đáp ứng đƣợc sự phát triển đi lên
của xã hội.
- Máy công cụ thông thƣờng là những tTB, máy móc làm thay đổi hình dáng,
kích thƣớc và độ chính xác của chi tiết đƣợc gia công ( theo thiết kế) bằng các
phƣơng pháp công nghệ khác nhau từ phôi.
Chiếc máy công cụ đầu tiên là máy khoan gỗ, đƣợc ngƣời ai cập cổ đại phát minh
ra các đây khoảng 3000-4000 năm.
Các máy công cụ thông thƣờng nhƣ:
+Máy cắt kim loại.
+ Máy gia công gỗ.
+ Máy gia công áp lực.
+Máy hàn.
+ Máy đúc.
5
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
CHƢƠNG I: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
1.1 Một số khái niệm và định nghĩa cơ bản
Cơ khí hoá
Nhƣ chúng ta đã biết, quá trìh biến đổi vật chất bao gồm hai giai đoạn:
+ Quá trình chính (chuyển động chính): trục tiếp làm thay đổi tính chất cơ lý,
hóa, hình học ban đầu của phôI (vật thể).
+Quá trình phụ(chuyển động phụ): Không làm thay đổi trạng tháI tính chất của
đối tƣợng nhƣng cần thiết cho quá trình thực hiện.
- Cơ khí hoá là quá trình thay thế tác động cơ bắp của con ngƣời khi thực hiện các
quá trình công nghệ hoặc các chuyển động chính bằng máy móc.
Nhiệm vụ ngƣời điều khiển ở đây là:
-Nghiên cứu các thông tin ban đầu về nhiệm vụ, đặc điểm quá trình điều khiển.
-Thu thập, lƣu trữ thông tin về quá trình công nghệ yêu cầu
- So sánh sự tƣơng thích giữ thông số cho trƣớc và thông số thực của quá trình.
- Phân tích thông tin đã có để đƣa ra lệnh điều khiển
- Tác động đến cơ cấu điều khiển.
Nhƣ vậy cơ khí hóa không thể thay thế đƣợc con ngƣời trong các chức năng, điều
khiển, theo dõi, tính toán của quá trình cũng nhờ thực hiện một loạt các chức năng
phụ trợ khác.
- Cơ khí hoá cho phép nâng cao năng suất lao động, tuy nhiên không thay
thế đƣợc con ngƣời hoàn toàn trong các chức năng điều khiển, theo dõi tiến trình
của quá trình cũng nhƣ thực hiện một loạt các chuyển động phụ trợ khác.
6
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
Tự động hoá quá trình sản xuất
Máy tiện có chương trình làm việc theo chương trình tự động hóa
Tự động hoá quá trình sản xuất là tổng hợp các biện pháp đƣợc sử dông khi thiết
kế các quá trình sản xuất và công nghệ mới. Trên cơ sở các quá trình sản xuất
và công nghệ đó, tiến hành thiết lập các hệ thống thiết bị có năng suất cao, tự
động thực hiện các quá trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động,
mà không cần đến sự tham gia của con ngƣời.
Tự động hoá quá trình sản xuất có thể chia ra làm hai mức:
+ Tự động hóa từng phần: là TĐH chỉ một số nguyên công riêng biệt của quá
trình. Các nguyên công còn lại vẫn thực hiện trên các máy vạn năng và bán tự
động.
+ Tự động hóa toàn phần: là TĐH toàn bộ quá trình kiểm tra, gia công, lắp ráp.
TĐH chia làm ba giai đoạn:
+ Máy tụ động
+ Đƣờng dây tự động
+ Xƣởng tự động
7
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, điện tử đã ra đời
các thế hệ máy mới với hệ thống sản xuất hoàn toàn tự động.
8
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
9
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
1.2 Cấu trúc và chức năng của hệ thống tự động
Cấu trúc cơ bản của hệ thống sản xuất tự động hoá có thể mô tả nhƣ sau
:
Hệ thống
cảm biến
Quá trình
tự động
Hệ thống
điều khiển
Hệ thống phản hồi
Quá trình tự động là các công đoạn hoặc quá trình đƣợc tự động hoá.
Hệ thống cảm biến có chức năng thu nhận và biến đổi thông tin các loại
làm cơ sở cho các quyết định điều khiển.
Hệ thống điều khiển có chức năng đƣa ra các quyết định điều khiển quá
trình và các tác động tƣơng ứng tới cơ cấu điều khiển trên cơ sở các
thông tin nhận đƣợc từ hệ thống cảm biến.
Hệ thống phản hồi có chức năng thay đổi thông tin, so sánh các tín hiệu
nhận đƣợc từ hệ thống cảm biến và điều khiển để hình thành các tín hiệu
bù tƣơng ứng.
1.3 Vai trò và ý nghĩa của tự động hoá quá trình sản xuất
- Cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động.
- Cho phép cải thiện điều kiện sản xuất, đảm bảo ổn định năng suất, chất lƣợng sản
phẩm.
-
Cho phép đáp ứng cƣờng độ cao trong nền sản xuất hiện đại có thể đạt năng
suất rất lớn.
- Tạo điều kiện tốt cho chuyên môn hoá và hoán đổi sản xuất(tính lắp lẫn).
- Cho phép thực hiện cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất.
Nguyên tắc ứng dông của TĐHQTSX.
+ Nguyên tắc có mục đính và kết quả cụ thể.
Ƣu tiên hàng đầu cho năng suất và chất lƣợng của quá trình gia công
+ Nguyên tắc toàn diện.
Tất cả các thành phần quan trọng của QTSX ( đối tƣợng, công nghệ, thiết bị
chính – phụ, hệ thống điều khiển,….) phảI đƣợc xem xét và giảI quyết triệt để.
Để tuân thủ nguyên tắc này cần:
1)TĐH trên tất cả các công đoạn.
2)Nâng cao chất lượng TĐH bằng cách HĐH, thay thế tổ hợ các trang thiết bị
tự động.
3)Giảm chi phí gia công tổng cộng trên nguyên tắc giảm chi phí lao động sống.
4) Thiết lập các tổ hợp thiết bị tự động đƣợc điều khiển tập trung.
10
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
+ Nguyên tắc hợp nhu cầu.
+ Nguyên tắc hợp điều kiện.
1.4 Phân loại hệ thống điều khiển tự động
1.4.1 Hệ thống điều khiển cứng
Không phải là điều khiển số mà chỉ là điều khiển hành trình theo cơ cấu cam, trục
phân phối hoặc dƣỡng chép hình
Bằng các phƣơng pháp này biên dạng chi tiết gia công sẽ có chuyển động phụ
thuộc vào biên dạng của hình mẫu đã có sẵn .Nhờ đó mà quĩ đạo của dao chỉ theo 1
qui luật nhất định để gia công 1sản phẩm có hình dạng và kĩ thuật nhất định
1.4.2 Hệ điều khiển NC (numerical control)
Hệ thống này các thông tin hình học, các lệnh điều khiển cho dƣới dạng các con số
a) Đƣa dữ liệu vào hệ thống .
Chƣơng trình gia công đƣợc in vào hàng đục lỗ dƣới dạng các câu lệnh của
chƣơng trình. Mỗi câu lệnh đƣợc đọc trong hệ thống điều khiển đƣa các dữ liệu hiệu
chỉnh bằng tay, hiệu chỉnh xê dịch điểm 0.
11
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
12
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
b) Xử lí và đƣa dữ liệu ra :
Các thông tin đƣa vào hệ thống và đƣợc mã hoá tách thành thành các dòng
thông tin hình học và thông tin công nghệ (xem hình 1)
Thông tin hình học: Dịch chuyển dông cụ
Thông tin công nghệ: Thể hiện ở chức năng vận hành nhƣ :đóng mở trục chính,
dung dịch trơn nguội, mở hộp chạy dao hệ thống, điều khiển phát tín hiệu làm
động cơ chạy dao của máy NC, mở bàn trƣợt mang dao hoặc phôi của máy NC
đƣợc trang bị .Hộp tốc độ dịch chuyển theo chu kì kép…
c) Điều khiển thích nghi
Các thông tin hình học và các thông tin công nghệ chạy qua bộ điều khiển này
có chức năng nhƣ là xích nối giữa máy NC và hệ thống điều khiển. Bộ điều khiển
thích nghi có chức năng chính nhƣ là các chuyển đổi liên động cho khả năng tránh
đƣợc việc thực hiện các lệnh không hợp lý. Vd: mâm cặp của máy tiện chƣa đƣợc kẹp
13
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
chặt hoặc bàn máy đã ở vị trí tới hạn thì mặc dù hệ thống điều khiển NC có phát lệnh
dịch chuyển thì bộ điều khiển thích nghi cũng sẽ không phát lệnh chạy dao.
1.4.3 Điều khiển CNC
Vì điều khiển NC có hạn chế là kém linh hoạt thay đổi chƣơng trình bằng tạo lỗ tốn
kém thời gian. Điều khiển CNC ra đời với sự trợ giúp của máy tính.
Trong chƣơng trình chức năng CNC đƣợc thể hiện
a) Đƣa dữ liệu vào hệ thống
Đƣa chƣơng trình vào bảng điều khiển của hệ điều khiển hoặc dùng vật mang
tin để đƣa dữ liệu vào .Dễ dàng sửa chữa, bổ xung, lƣu giữ đƣợc nhiều chƣơng trình
b) Đƣa dữ liệu ra
Sau khi đã đƣa vào
và lƣu giữ có thể gọi ra bất
kì lúc nào mà không cần
đọc lại bằng lỗ nhƣ chƣơng
trình NC .Có thể bổ xung
sửa chữa tối ƣu hoá việc
kiểm tra tính toán nhận
biết tách các dữ liệu hình
học và công nghệ do
chƣơng trình giải mã đảm
nhiệm
Việc nội suy các số liệu về
quĩ đạo chuyển động do
thiết bị nội suy phần cứng
đảm nhiệm và có màn hình
đồ hoạ mô tả quá trình gia công bằng động học.
Giao diện đối thoại trực tiếp với hệ thống điều khiển cho phép ta đƣa chƣơng trình gia
công vào một cách nhanh chóngvà tránh đƣợc các sai sót về lập trình vẫn hay gặp nhƣ
với máy NC trƣớc đó.
14
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
c) Điều khiển thích nghi của hệ CNC
Thay bộ chuyển đổi liên động thành bộ điều khiển chƣơng trình lƣu giữ và
đƣợc nối với máy vi tính. Một chƣơng trình trong ổ chứa của bộ điều khiển chƣơng
trình đã đƣợc lƣu giữ sẽ theo dõi và ghép nối tất cả các chức năng vận hành máy đến
từ hệ điều khiển CNC và máy NC
15
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
1.4.4 Các hệ thống DNC.
DNC- Direct Numerical Control: Biểu thị một hệ thống trong đó có nhiều máy CNC
riêng biệt đƣợc nối với một máy tính gia công qua đƣờng dẫn dữ liệu.
16
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
Đặc điểm cơ bản của các hệ thống DNC hiện nay là cung cấp cho các máy CNC riêng
biệt các thông tin điều khiển (chƣơng trình). Tất cả các chƣơng trình NC đƣợc sử
dông, đƣợc lƣu giữ trên các máy vi tính gia công trên hệ thống DNC và có thể gọi ra
trực tiếp tuỳ theo yêu cầu của từng máy CNC.
Trong phân xƣởng có hệ thống DNC, các chƣơng trình NC do bộ phận lập trình làm
và đƣa thẳng vào trong máy tính. Phần lớn các hệ điều khiển CNC đều có các ngôn
ngữ lập trình khác nhau. Vì vậy, khi lập trình bằng tay cần phải có phần mềm tƣơng
ứng cho việc biên dịch riêng (Postprocessor).
Các hệ thống DNC có các ƣu điểm chính sau đây:
- Có thƣ viện dữ liệu trung tâm cho biết các thông tin của chƣơng trình, của chi
tiết gia công và của dông cụ.
- Truyền dữ liệu nhanh, tin cậy, phát huy tốt hiệu quả của các máy CNC.
- Điều khiển và lập kế hoạch gia công.
- Có khả năng nối ghép vào hệ thống gia công linh hoạt.
17
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
1.4.5 Hệ điều khiển thích nghi.
18
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
CHƢƠNG 2: CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN
VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
2.1 Các thiết bị cơ bản trong hệ thống tự động
2.1.1 Truyền động thuỷ lực
1. Khái niệm cơ bản về thuỷ lực
- Chất lỏng đƣợc coi là không bị nén.
-
Chất lỏng dùng trong hệ thống thuỷ lực là dầu thuỷ lực. Dầu thuỷ lực phải
đảm bảo các yêu cầu về độ nhớt, khả năng chống oxy hoá, tính chất bôi trơn,
sự ổn định về hoá học, tỷ trọng thấp và không tạo bọt khí.
-
áp suất của chất lỏng (theo định luật Passcal) :
p
F
(Pa)
S
Trong đó :
F – lực tác động lên chất lỏng (N),
S – diện tích tác dông lực (m2).
Đơn vị áp suất :
1Pa = 1N/m2,
Đơn vị thông dông: Kg/cm2, bar, at – 1Kg/cm2 = 1bar = 1at = 0,1Mpa.
-
Công suất của chất lỏng :
P
-
F.d
F.v (W)
t
Trong đó : d – khoảng cách dịch chuyển (m),
v – vận tốc dịch chuyển (m/s).
Vận tốc trung bình :
v tb
Q
(m/s)
S
Trong đó : Q – lƣu lƣợng (m3/s).
2. Bơm thuỷ lực :
- Bơm thuỷ lực là thiết bị biến cơ năng thành năng lƣợng thuỷ lực.
- Trong thực tế thƣờng sử dông một số bơm thuỷ lực sau :
Bơm piston.
Bơm cánh quạt.
Bơm bánh răng.
Bơm cánh gạt
a) Bơm piston
- Bơm piston làm việc dựa vào sự thay đổi thể tích giữa piston và xilanh. Nguyên lý
cấu tạo của bơn piston đƣợc mô tả nhƣ hình 2.1.
19
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
-
Đặc điểm của bơm piston : do tiếp xúc giữa piston và xilanh là tiếp xúc mặt nên có
độ kín khít cao, vì vậy bơm có thể tạo ra áp suất lớn (có thể đến 1000 bar), áp suất
thông thƣờng của bơm là (60 70) bar, một số trƣờng hợp 250 bar.
b) Bơm cánh quạt
Bơm cánh quạt là loại
bơm đơn giản, không
tạo ra áp suất lớn,
chúng thƣờng dùng
để bơm nƣớc.
c) Bơm cánh gạt
Bơm cánh gạt có các loại : bơm đơn,
bơm2.2
kép, bơm
chúng
thƣờng đƣợc chế
Hình
Bơmđa,
cánh
quạt
tạo với áp suất làm việc (15 20) bar.
Lƣu lƣợng của bơm cánh gạt đƣợc tính theo công thức :
(D 2 d2 )
Q
.0,75Hình 2.3
4
2
Bơm cánh gạt kép
Bơm bánh răng
20
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
Bơm bánh răng đƣợc sử dông phổ biến vì
nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá
thành hạ.
Các bơm bánh răng đƣợc chia làm hai loại :
loại có kết cấu đơn giản, thƣờng có áp suất
không quá 30 bar ; loại có kết cấu bù trừ khe
hở, áp suất có thể lên đến (100 160) bar.
3. Các loại động cơ - xilanh thuỷ lực
Về cấu tạo, các loại động cơ thuỷ lực
tƣơng tự nhƣ bơm thuỷ lực, chúng cũng có
các loại : động cơ piston, động cơ cánh gạt
Hình2.4 Bơm bánh răng
và động cơ bánh răng.
Xilanh thuỷ lực gồm có các loại sau :
Hình 2.5
Xilanh hành trình đơn
Hình 2.6 . Xilanh hành trình kép một đầu
trục
Hình 2.7
trục
21
Xilanh hành trình kép hai đầu
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
Hình 2.8 Cách kết nối xilanh với cơ cấu chấp
hànhthủy lực.
Ứng dông của bơm
- Do đặc điểm có thể tạo ra những áp suất rất lớn, hoạt động của bơm thủy lực tƣơng
đối êm.
Nên bơm thủy lực đƣợc dùng trong các chi tiết tạo và chịu áp lực. VD nhƣ trong các
pít tong của các máy ép, dập, máy búa và rất nhiều máy gia công áp lực. Nhất là đối
với các máy gia công áp lực siêu trƣờng siêu trọng. các mỏy nâng chuyển,….vv..
2.1.2. Cơ cấu chấp hành khí nén
Về nguyên lý thì các cơ cấu chấp hành thuỷ lực và khí nén là nhƣ nhau, nhƣng
so với hệ thống thuỷ lực thì hệ thống khí nén có một số đặc điểm sau :
Nguồn khí đƣợc lấy từ môi trƣờng và thải ra môi trƣờng.
Khí nén có tính giản nở tốt nên hấp thụ đƣợc hầu hết các rung động, nhƣng
lại khó điều khiển đƣợc chính xác.
- Hệ thống khí nén gây ồn khi làm việc.
Nguồn cấp khí nén bao gồm : máy nén khí, các van đóng – mở, bộ lọc khí, van
điều áp và bộ bôi trơn.
-
-
2.9 không
Nguồn
khílên
nénáp suất cao bằng
Máy nén khí có tác Hình
dông nén
khí từcung
môi cấp
trƣờng
cách làm giảm thể tích. Các loại máy nén khí thƣờng là :
Máy nén khí chuyển động thẳng.
Máy nén khí chuyển động quay.
Máy nén khí trục vít.
22
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
Hình2.11 Máy nén khí có chuyển
động quay
Hình 2.10 Máy nén khí có
chuyển động thẳng
Hình 2.12
Máy nén khí trục vít
-
Bộ lọc khí có tác dông loại bôi và hơi nƣớc ra khỏi nguồn khí.
-
Van điều áp có tác dông hạ áp lực của nguồn khí vầ áp lực làm việc và giữ áp
lực ổn định tại đó.
Bộ bôi trơn có tác dông làm cho nguồn khí lẫn các hạt dầu để bôi trơn các cơ
cấu chấp hành.
-
2.1.3. Động cơ điện và các cơ cấu điện từ
Truyền động điện đƣợc dùng khá nhiều trong kỹ thuật robot, vì có nhiều ƣu
điểm nhƣ là điều khiển đơn giản không phải dùng các bộ biến đổi phụ, không gây bẩn
môi trƣờng, các loại động cơ điện hiện đại có thể lắp trực tiếp trên các khớp quay...
Tuy nhiên so với truyền động thuỷ lực hoặc thuỷ khí thì truyền động điện có
công suất thấp và thông thƣờng phải cần thêm hộp giảm tốc vì thƣờng các khâu của
robot chuyển động với tốc độ thấp.
Trong kỹ thuật robot, về nguyên tắc có thể dùng động cơ điện các loại khác
nhau, nhƣng trong thực tế chỉ có hai loại đƣợc dùng nhiều hơn cả. Đó là động cơ điện
một chiều và động cơ bƣớc.
Ngày nay, do những thành tựu mới trong nghiên cứu điều khiển động cơ điện
xoay chiều, nên cũng có xu hƣớng chuyển sang sử dông động cơ điện xoay chiều để
tránh phải trang bị thêm bộ nguồn điện một chiều. Ngoài ra, loại động cơ điện một
23
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
chiều không chổi góp (DC brushless motor) cũng bắt đầu đƣợcứng dông vào kỹ thuật
robot.
1 Phân loại cơ bản.
Động cơ sử dông:
* xoay chiều secvo (chạy dao là chủ yếu) hoạt động dựa trên cơ sở biến tần (f
thay đổi)
* một chiều:
+ secvo một chiều có chổi than (đơn giản, ) chuyển mạch
cơ khí và chổi than → ồn, T0 tăng
+ secvo một chiều không chổi
tử, chỉ dùng khi
than
(chuyển
mạch
điện
công suất thay đổi, động cơ này cần
phải
có
mạch
phản
hồi
→
cảm
biến
(Tachometer), sensor hiệu ứng Hall, resolver,
tốc
độ
synchro,
encoder.
* thuỷ lực secvo:
+ chuyển động tịnh tiến → pittông – xilanh
+ chuyển động quay → động cơ thuỷ lực
* động cơ bƣớc:
+ đặc tính chuyển động là rời rạc khác chuyển động trơn
của động cơ: AC và DC)
+ nam châm vĩnh cửu: PM (Permanent Motor).
+ từ trở biến đổi: VR (Variable Reluctance stepper motor)
+ kết hợp PM + VR → động cơ lai (hybrid stepper motor)
Động cơ bƣớc có ƣu điểm là có thể điều khiển trực tiếp bằng mạch số → không cần
bộ biến đổi D/A, dải tốc độ (0 → 300 vòng/phút), công suất ≤ 2kw, sử dông trong
máy in, robot, máy photocopy và trong điều khiển NC.
2 Lựa chọn động cơ:
Khi lựa chọn động cơ, ngƣời thiết kế phải xem xét nhiều yếu tố và các đặc trƣng về
dải tốc độ, sự biến đổi mômen tốc độ, chu kỳ làm việc, mômen khởi động và công
suất yêu cầu.
* Mômen khởi động động cơ:
Mômen ở tốc độ quay bằng 0 đƣợc gọi là mômen khởi động động cơ. Để động cơ tự
khởi động đƣợc, động cơ phải sinh ra mômen lớn hơn ma sát và mômen tải đặt lên
trục của nó. Gọi a là gia tốc góc và đƣợc đo lƣờng bằn grad/s2, Tm là mômen động cơ,
TtảI là mômen tải đặt trên trục của động cơ và J là mômen quán tính của roto và tải thì
ta có quan hệ:
a = (Tm - Ttải)/J : rad/s2
24
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
* Tốc độ tối đa của động cơ:
Thông thƣờng tốc độ tối đa của một động cơ là tại thời điểm mômen bằng 0 (tại tốc độ
này động cơ không cho mômen và tốc độ này gọi là tốc độ không tải)
* Công suất yêu cầu của tải: (đặc biệt quan trọng)
+ nếu dẫn động yêu cầu điều chỉnh tốc độ, tốt nhất là chọn động cơ đồng
bộ hoặc động cơ một chiều.
+ nếu hệ dẫn động yêu cầu điều khiển cả vị trí và tốc độ . Trƣờng hợp vị
trí góc thực hiện theo kiểu rời rạc hoặc gia số, tốt nhất là sử dông động cơ bƣớc (chỉ
dùng trong điều khiển hở nghĩa là không có mạch phản hồi vị trí). Động cơ bƣớc chỉ
dùng khi tải nhỏ và tốc độ dịch chuyển thấp. Khi đòi hỏi cả về vị trí lẫn tốc độ, ngƣời
ta hay dùng động cơ secvo (AC, DC hoặc động cơ một chiều không chổi than có mạch
phản hồi vị trí)
* Hệ dẫn động cần hay không cần giảm tốc.
Thƣờng thì tải đƣợc điều khiển ở dải tốc độ thấp và mômen lớn. Đặc tính của động
cơ: ở tốc độ cao mômen thấp vì vậy cần hộp tốc độ để giảm tốc độ ở đầu ra. Khi dùng
hộp tốc độ quán tính, tải cũng thay đổi theo và sự thay đổi nhƣ sau:
Je = JtảI * ( tải/ đ)2
Trong đó:
tảI : tốc độ góc của tải (rad/s)
đ : tốc độ góc của động cơ (rad/s).
3. Động cơ điện một chiều :
Động cơ điện một chiều gồm có hai phần :
+ Stato cố định với các cuộn dây có dòng điện cảm hoặc dùng nam châm vĩnh cữu.
Phần nầy còn đƣợcgọi là phần cảm. Phần cảm tạo nên từ thông trong khe hở không
khí.
+ Roto với các thanh dẫn. Khi có dòng điện một chiều chạy qua và với dòng từ thông
xác định, roto sẽ quay. Phần nầy gọi là phần ứng.
Tuỳ cách đấu dây giữa phần cảm so với phần ứng, ta có những loại động cơ điện một
chiều khác nhau :
+ Động cơ kích từ nối tiếp (Hình 2.13a);
+ Động cơ kích từ song song (Hình 2.13 b);
+ Động cơ kích từ hỗn hợp (Hình 2.13 c).
25
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
Động cơ một chiều : Là các loại động cơ sử dông nguồn một chiều. Động cơ
một chiều thƣờng có các loại :
- Động cơ một chiều từ trƣờng vĩnh cửu : động cơ loại này có nguồn điện một
chiều DC tác động lên cuộn ứng thông qua cổ góp, cƣờng độ từ trƣờng
không thay đổi. Có hai loại động cơ nam châm vĩnh cửu là động cơ mạch in
và động cơ có cuộn dây quay.
Hình 2.14
-
Động cơ một chiều kích từ : loại động cơ này có stato (phần cảm) là một nam
châm điện tử và rôto mang cuộn ứng. Có hai loại động cơ từ trƣờng khuyết :
Động cơ nối tiếp : cuộn ứng và cuộn cảm đƣợc nối tiếp với nhau. Chiều
động cơ này không đổi khi đổi chiều dòng điện.
Động cơ song song : cuộn ứng và cuộn cảm mắc song song với nhau.
Chiều quay động cơ thay đổi khi thay đổi chiều nguồn cấp cho một
trong hai cuộn dây.
Hình 2.15 Động cơ 1 chiều kích từ
26
ĐỀ CƢƠNG: CƠ KHÍ HÓA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH HÀN- HỆ ĐẠI HỌC
4. Động cơ xoay chiều AC : là những loại động cơ sử dông nguồn xoay chiều,
động cơ xoay chiều gồm có các loại sau :
- Động cơ xoay chiều vạn năng : động cơ loại này có cấu tạo giống nhƣ động
cơ một chiều kích từ mắc nối tiếp.
Hình2.16 Động cơ xoay chiều vạn năng
-
Động cơ đồng bộ : đây là động cơ mà rôto quay chính xác với tốc độ của từ
trƣờng quay. Rôto có thể cấu tạo từ các nam châm vĩnh cửu. Trong nhóm này
có các loại :
Động cơ đồng bộ tỷ lệ từ trễ : Rôto bằng thép côban, khi rôto đƣợc đặt
trong từ trƣờng thì bị nhiểm từ trở thành nam châm nên đƣợc khoá cứng
với từ trƣờng quay và quay cùng với từ trƣờng quay.
Động cơ đồng bộ cƣỡng bức : động cơ này có các cực lồi trên rôto thép,
các cực lồi có xu hƣớng giữ thẳng hàng với từ trƣờng động cơ, khi từ
trƣờng quay sẽ làm rôto quay.
27
