Khi đầu tư hệ thống robot hàn tự động, nhiều doanh nghiệp thường tập trung vào robot, nguồn hàn và tốc độ làm việc mà chưa đánh giá đầy đủ vai trò của đồ gá. Trên thực tế, đồ gá ảnh hưởng trực tiếp đến vị trí phôi, khả năng tiếp cận đường hàn và tính ổn định của quá trình sản xuất.
Nếu phôi không được định vị chính xác hoặc thay đổi vị trí giữa các chu kỳ, robot vẫn có thể thực hiện đúng chương trình nhưng mỏ hàn không còn đi đúng vị trí mối nối như mong muốn. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng hàn lệch đường, chất lượng mối hàn không đồng đều hoặc phải điều chỉnh chương trình nhiều lần.
Vậy đồ gá hàn cho robot là gì? Làm thế nào để lựa chọn và thiết kế đồ gá phù hợp với từng sản phẩm? Bài viết dưới đây sẽ giúp doanh nghiệp hiểu rõ những yếu tố cần quan tâm trước khi triển khai tự động hóa hàn.
1. Đồ gá hàn cho robot là gì?
Đồ gá cho robot là hệ thống cơ khí dùng để định vị, giữ và cố định các chi tiết cần hàn trong một vị trí xác định, giúp các bộ phận duy trì tương quan hình học phù hợp trong quá trình hàn tự động.
Một bộ đồ gá robot hàn có thể bao gồm khung đỡ, mặt gá, chốt định vị, cữ chặn, cơ cấu kẹp và các chi tiết phụ trợ. Tùy sản phẩm, đồ gá có thể được thiết kế cố định, điều chỉnh được hoặc tích hợp với bàn xoay, gá lật và cơ cấu định vị chuyên dụng.
Khác với việc gá phôi thủ công trong hàn truyền thống, đồ gá dùng cho robot cần được tính toán đồng thời với quỹ đạo chuyển động của robot, vị trí mối hàn, góc tiếp cận mỏ hàn và trình tự thao tác.
Một bộ đồ gá robot hàn phù hợp cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản:
- Định vị phôi đúng chuẩn và có khả năng lặp lại giữa các chu kỳ.
- Giữ phôi ổn định trong quá trình hàn.
- Bảo đảm mỏ hàn có thể tiếp cận các vị trí cần hàn.
- Hỗ trợ thao tác đưa phôi vào và lấy sản phẩm ra thuận tiện.
- Chịu được điều kiện làm việc, nhiệt và xỉ hàn trong phạm vi thiết kế.
- Thuận tiện cho vệ sinh, kiểm tra và bảo trì.
Đồ gá không trực tiếp tạo ra chất lượng mối hàn, nhưng là một phần quan trọng giúp robot thực hiện chương trình hàn trong điều kiện ổn định.
2. Vì sao đồ gá ảnh hưởng đến chất lượng hàn robot?
Bảo đảm vị trí đường hàn ổn định
Robot hàn hoạt động dựa trên chương trình chuyển động đã được thiết lập. Nếu phôi được đặt đúng vị trí, robot có thể lặp lại đường đi theo chương trình. Ngược lại, khi phôi bị lệch hoặc các chi tiết lắp ghép thay đổi vị trí, đường hàn thực tế có thể không còn trùng với quỹ đạo đã lập trình.
Đồ gá giúp xác định vị trí của phôi theo các chuẩn định vị, hạn chế sự thay đổi giữa những lần gá đặt. Đây là điều kiện quan trọng để duy trì tính lặp lại trong sản xuất hàng loạt.
Hạn chế dịch chuyển của phôi khi hàn
Trong quá trình hàn, nhiệt lượng có thể gây co ngót và biến dạng vật liệu. Nếu phôi không được đỡ hoặc kẹp phù hợp, các chi tiết có thể dịch chuyển, làm thay đổi khe hở và tương quan giữa các mép nối.
Đồ gá cần có điểm đỡ và cơ cấu kẹp được bố trí hợp lý để duy trì vị trí của chi tiết. Tuy nhiên, kẹp quá chặt cũng có thể gây biến dạng hoặc giữ ứng suất không mong muốn. Vì vậy, lực kẹp và trình tự kẹp phải được xác định dựa trên hình dạng, vật liệu và quy trình hàn thực tế.
Giúp robot tiếp cận mối hàn thuận lợi
Một đồ gá có khả năng giữ phôi chắc chắn nhưng lại che khuất đường hàn hoặc cản trở chuyển động của mỏ hàn thì vẫn chưa đáp ứng yêu cầu.
Khi thiết kế cần xem xét toàn bộ quỹ đạo hàn, góc tiếp cận, khoảng hở của mỏ hàn và chuyển động của cánh tay robot. Với sản phẩm có nhiều mặt cần hàn, cần đánh giá xem có thể tiếp cận các vị trí bằng robot, hay cần kết hợp cơ cấu xoay hoặc gá lật phôi.
Giảm thời gian căn chỉnh và thao tác thủ công
Nếu mỗi lần gá phôi đều phải đo đạc, căn chỉnh hoặc sửa vị trí bằng tay, thời gian chuẩn bị sẽ tăng và tính đồng đều giữa các chu kỳ có thể giảm.
Đồ gá được thiết kế tốt giúp người vận hành đặt chi tiết vào đúng vị trí theo thao tác rõ ràng, giảm phụ thuộc vào kinh nghiệm căn chỉnh thủ công. Hiệu quả đạt được còn phụ thuộc vào mức độ chuẩn hóa của phôi, phương pháp cấp phôi và cách tổ chức chu trình sản xuất.
3. Các loại đồ gá thường dùng trong hệ thống robot hàn
Tùy đặc điểm sản phẩm và yêu cầu sản xuất, doanh nghiệp có thể lựa chọn một trong những nhóm đồ gá hàn sau.
Đồ gá cố định theo sản phẩm
Đây là loại đồ gá được thiết kế riêng cho một sản phẩm hoặc một nhóm sản phẩm có kết cấu tương đồng. Các điểm định vị và cơ cấu kẹp được bố trí theo hình dạng, kích thước và vị trí mối hàn cụ thể.
Ưu điểm: thao tác định vị đơn giản, tính lặp lại tốt và phù hợp với sản xuất ổn định. Tuy nhiên, khi sản phẩm thay đổi thiết kế đáng kể, đồ gá có thể cần chỉnh sửa hoặc chế tạo mới.
Ứng dụng: phù hợp khi doanh nghiệp sản xuất lặp lại một sản phẩm hoặc một nhóm sản phẩm với sản lượng tương đối ổn định.
Đồ gá điều chỉnh hoặc đồ gá mô-đun
Đồ gá mô-đun sử dụng các chi tiết có thể tháo lắp, thay đổi vị trí hoặc kết hợp theo những cấu hình khác nhau. Phương án này giúp doanh nghiệp linh hoạt hơn khi sản xuất nhiều mã hàng có hình dạng gần nhau.
Tuy nhiên, khả năng điều chỉnh không đồng nghĩa với việc phù hợp cho mọi loại sản phẩm. Các điểm định vị vẫn cần được xác lập rõ ràng, cơ cấu khóa phải đủ ổn định và cấu hình sau mỗi lần thay đổi cần được kiểm tra trước khi vận hành.
Đồ gá tích hợp bàn xoay hoặc gá lật phôi
Với những sản phẩm có đường hàn ở nhiều mặt hoặc nhiều tư thế, đồ gá có thể được lắp trên bàn xoay hay cơ cấu gá lật để thay đổi hướng của phôi.
Giải pháp này giúp đưa mối hàn đến vị trí thuận lợi hơn cho robot, giảm nhu cầu tháo phôi và gá lại thủ công trong một số quy trình.
Khi lựa chọn đồ gá hàn cho robot cần tính đến trọng lượng của cả phôi và đồ gá, tâm trọng lực, hành trình xoay, độ cứng vững, khả năng phối hợp chuyển động và vùng an toàn. Không phải sản phẩm nào cũng cần tích hợp gá lật; nhu cầu nên dựa trên vị trí đường hàn và phương án công nghệ.
>> Xem thêm: Chi tiết về Robot hàn tự động kết hợp gá lật phôi
Đồ gá cho kết cấu lớn
Đối với khung thép, bệ máy hoặc kết cấu có kích thước lớn, đồ gá có thể bao gồm khung đỡ, cữ định vị và nhiều điểm kẹp được bố trí theo chiều dài sản phẩm.
Thiết kế cần bảo đảm phôi được đỡ phù hợp, hạn chế võng hoặc dịch chuyển, đồng thời không cản trở vùng hoạt động của robot.
Với hệ thống cổng hàn robot, ray thẳng hoặc cần cột, phương án đồ gá cần được xem xét dựa theo vùng làm việc và quỹ đạo của robot để tránh tình trạng robot có đủ tầm với nhưng không thể đưa mỏ hàn đến vị trí yêu cầu.
4. Những nguyên tắc quan trọng khi thiết kế đồ gá hàn cho robot
Xác định chuẩn định vị rõ ràng
Đồ gá cần xác định được các bề mặt hoặc đặc điểm hình học làm chuẩn để đặt phôi. Với sản phẩm gồm nhiều chi tiết, cần xem xét cả sai số kích thước của từng chi tiết và sai lệch tích lũy khi lắp ghép. Đồ gá không thể tự khắc phục hoàn toàn những sai lệch xuất phát từ công đoạn cắt, chấn hoặc chuẩn bị phôi trước đó.
Bố trí cơ cấu kẹp phù hợp
Cơ cấu kẹp phải giữ chi tiết ổn định trong quá trình hàn nhưng không làm cong, móp hoặc gây biến dạng cục bộ.
Vị trí kẹp cần được xem xét cùng điểm đỡ và hướng tác động của lực. Đối với tôn mỏng hoặc chi tiết dễ biến dạng, cần đặc biệt chú ý đến lực kẹp và trình tự đóng mở. Đồng thời, cơ cấu kẹp không nên che khuất mối hàn hoặc cản trở đường di chuyển của mỏ hàn.
Kiểm tra khả năng tiếp cận của robot
Việc kiểm tra không nên chỉ dựa vào khả năng vươn tới một điểm. Robot cần thực hiện được toàn bộ đường hàn với góc mỏ hàn phù hợp, có đủ khoảng hở và không va chạm với phôi, đồ gá hoặc thiết bị xung quanh.
Với các hệ thống có nhiều trục chuyển động, cần kiểm tra sự phối hợp giữa robot và các trục ngoài nếu có. Nếu điều kiện cho phép, nên mô phỏng quỹ đạo trên mô hình 3D trước khi chế tạo đồ gá có thể giúp phát hiện sớm các vị trí khó tiếp cận.
>> Xem thêm: Cổng hàn robot tự động
Tính đến nhiệt lượng và biến dạng khi hàn
Nhiệt lượng trong quá trình hàn có thể làm các chi tiết co ngót hoặc thay đổi hình dạng. Vì vậy, đồ gá robot hàn cần được thiết kế dựa trên đặc tính vật liệu, chiều dày, hình dạng kết cấu và trình tự hàn.
Việc tăng lực kẹp không phải lúc nào cũng giải quyết được biến dạng. Trong một số trường hợp, cần điều chỉnh cách bố trí điểm đỡ, thứ tự hàn hoặc phương án gá đặt để kiểm soát biến dạng tốt hơn.
Thuận tiện khi gá đặt và tháo sản phẩm
Đồ gá cần hỗ trợ thao tác đưa phôi vào, định vị, kẹp chặt và lấy sản phẩm ra một cách an toàn. Nếu thao tác quá phức tạp, thời gian chờ hàn có thể chiếm tỷ lệ lớn trong chu kỳ sản xuất, làm giảm hiệu quả đầu tư tự động hóa.
Với sản phẩm nặng hoặc kích thước lớn, cần tính đến phương án nâng hạ, không gian thao tác và thiết bị hỗ trợ phù hợp.
Dễ vệ sinh và bảo trì
Xỉ hàn, hồ quang bắn tóe và bụi bẩn tích tụ trên bề mặt định vị có thể khiến phôi không nằm đúng vị trí như thiết kế. Các chốt định vị, bề mặt tỳ và cơ cấu kẹp cũng có thể bị mài mòn sau thời gian sử dụng.
Do đó, cần thiết kế các vị trí quan trọng sao cho dễ vệ sinh, kiểm tra và thay thế khi cần thiết. Việc kiểm tra định kỳ giúp phát hiện sớm tình trạng mòn, lỏng hoặc sai lệch của đồ gá robot hàn.
5. Những sai lầm thường gặp khi sử dụng đồ gá cho robot hàn
- Chỉ chú trọng giữ phôi mà bỏ qua đường đi của mỏ hàn. Đồ gá có thể giữ sản phẩm chắc chắn nhưng làm robot khó tiếp cận một số mối hàn. Cần kiểm tra đồng thời vị trí kẹp, hướng tiếp cận và toàn bộ quỹ đạo hàn.
- Dùng lực kẹp quá lớn để ép các chi tiết sai lệch vào vị trí có thể gây biến dạng, tạo ứng suất hoặc khiến sản phẩm thay đổi hình dạng sau khi tháo gá. Cần kiểm tra nguyên nhân sai lệch từ phôi và công đoạn lắp ghép.
- Không kiểm tra độ ổn định giữa các lần gá: nên thử nhiều chu kỳ gá đặt với các phôi đại diện để đánh giá khả năng định vị.
- Không vệ sinh và kiểm tra đồ gá định kỳ. Quá trình hàn bắn tóe bám trên bề mặt tỳ, chốt định vị bị mòn hoặc cơ cấu kẹp bị lỏng có thể làm giảm tính lặp lại theo thời gian.
- Cho rằng cảm biến có thể thay thế hoàn toàn đồ gá chính xác. Cảm biến dò đường hàn có thể hỗ trợ phát hiện hoặc bù một số sai lệch trong phạm vi thiết kế, nhưng không thay thế việc chuẩn hóa phôi, định vị và kẹp chặt. Khả năng bù sai lệch còn phụ thuộc loại cảm biến và cấu hình hệ thống.
6. Khi nào nên kết hợp đồ gá với hệ thống gá lật phôi?
Đối với sản phẩm chỉ có một mặt hàn dễ tiếp cận, đồ gá cố định có thể đã đáp ứng nhu cầu. Tuy nhiên, nếu sản phẩm có nhiều mặt hàn, đường hàn nằm ở vị trí khó tiếp cận hoặc cần thay đổi tư thế phôi, doanh nghiệp nên xem xét phương án kết hợp đồ gá với bàn xoay hoặc cơ cấu gá lật.
Cần phân biệt hai chức năng:
- Đồ gá: định vị và giữ phôi ổn định trong quá trình hàn.
- Cơ cấu gá lật hoặc bàn xoay: thay đổi tư thế phôi để đưa các vị trí hàn đến hướng tiếp cận thuận lợi hơn.
Khi tích hợp hai chức năng, hệ thống có thể giảm thao tác tháo lắp hoặc định vị lại phôi giữa các công đoạn, nếu quy trình được thiết kế phù hợp.
Tuy nhiên, phương án này cần được đánh giá theo kích thước và trọng lượng sản phẩm, số lượng mặt hàn, vùng làm việc của robot, thời gian chu kỳ và chi phí đầu tư. Doanh nghiệp có thể tham khảo giải pháp Robot hàn tự động kết hợp gá lật phôi để hiểu rõ hơn về phương án tự động hóa này.
Trước khi đưa vào sản xuất, nên thử gá với phôi thực tế, kiểm tra độ lặp lại của vị trí và xác nhận quỹ đạo hàn trong các điều kiện đại diện. Việc thử nghiệm giúp phát hiện những vấn đề có thể không thể hiện đầy đủ trên bản vẽ thiết kế.
Video robot kết hợp đồ gá và hệ thống lật phôi tự động:
7. MEV tư vấn giải pháp robot hàn theo sản phẩm thực tế
Để hệ thống robot hàn hoạt động ổn định và hiệu quả, cần xem xét đồng bộ giữa robot, đồ gá, sản phẩm, quy trình hàn và mặt bằng lắp đặt. Đồ gá phù hợp giúp duy trì vị trí phôi, hỗ trợ robot tiếp cận đường hàn và giảm những điều chỉnh không cần thiết trong quá trình vận hành.
MEV tư vấn giải pháp robot hàn theo đặc điểm sản phẩm và nhu cầu tự động hóa của doanh nghiệp. Khách hàng có thể cung cấp bản vẽ, hình ảnh sản phẩm, vật liệu, chiều dày phôi và yêu cầu mối hàn để trao đổi về phương án bố trí robot, gá đặt và thiết bị phụ trợ.
Liên hệ MEV để được tư vấn giải pháp robot hàn và đồ gá robot hàn phù hợp với quy trình sản xuất thực tế của doanh nghiệp: 0971 340 668.
