đại học thái nguyên
trờng đhkt công nghiệp
***
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
o0o
Thuyết minh
luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Đề tài:
Nghiên cứu, ứng dụng thiết bị đo
cơ điện tử cho máy công cụ vạn năng nhằm
nâng cao độ chính xác dịch chuyển
Học viên : Trần Thị Phơng Thảo
Lớp : Chk9 - ctm
Ngành : công nghệ chế tạo máy
Hớng dẫn khoa học: ts. Hoàng vị
khoa sau đại học
TS. Nguyễn Văn Hùng
ngời hớng dẫn
TS. Hoàng Vị
học viên
Trần Thị Phơng Thảo
`
2
Lời cam đoan
Xuất phát từ thực tế với đề tài Nghiên cứu ứng dụng thiết bị đo Cơ
điện tử cho máy công cụ vạn năng nhằm nâng cao độ chính xác dịch
chuyển. Từ nghiên cứu lý thuyết và làm thực nghiệm, tôi xin cam đoan
rằng những nội dung trong luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Nội
dung luận án là trung thực và cha từng đợc công bố trong bất kỳ một công
Chương II. Dụng cụ đo và hệ thống đo dịch chuyển trên máy vạn năng
31
2.1. Các dụng cụ đo dịch chuyển cơ khí 31
2.1.1. Khái quát về các dụng cụ đo cơ khí 31
2.1.2. Một số dụng cụ đo cơ khí 31
2.1.2.1. Dụng cụ đo kiểu trực tiếp 31
2.1.2.2. Dụng cụ đo kiểu gián tiếp 40
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ
thuật
3 Chuyên ngành: Công nghệ CTM
2.2. Các hệ thống đo dịch chuyển cơ khí sử dụng trên máy vạn năng
47
2.2.1. Đo dịch chuyển thẳng
47
2.2.2. Đo dịch chuyển góc
50
2.3. Sai số của hệ thống đo dịch chuyển cơ khí
51
2.3.1. Sai số của hệ thống đo trực tiếp
51
2.3.2. Sai số của hệ thống đo gián tiếp
53
2.4. Kết luận chương II
72
3.2.6. Đấu kích quang điện động
73
3.3. Kết luận chương 3 72
Chương IV. Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp đo dịch chuyển thằng
78
cho chạy dao dọc và chạy dao ngang trên máy tiện ren vít vạn năng
4.1 Đánh giá và lựa chọn phương pháp đo dịch chuyển thẳng trên máy
78
tiện ren vít vạn năng
4.2. Đánh giá sai số của phương án đo đã chọn
81
4.3. Biện pháp khắc phục sai số gá đặt dung cụ đo sau cải tiến
83
4.4 K ết luận chương
4 84
Chương 5. Kết luận và thảo luận 85
1. K ết luận c hung
85
2. Hướng nghiên cứu tiếp
86
Tài li ệu tham
khảo
87
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
42
chuyển vị nhỏ
14 Hỡnh
2.12
Nguyên lớ làm việc và cấu tạo của đồng hồ đo mặt
43
đầu
15 Hỡnh 2.13 Mt ct l cụn 45
16 Hỡnh 2.14 Rónh mang cỏ 45
17 Hỡnh 2.15 Nguyờn o gúc bng thc sin v thc tang 45
18
Hỡnh 2.16
S ca dng c o gúc t vi
46
19 Hỡnh 2.17 Mặt cắt bàn dao ngang máy tiện 1K62 48
20 Hỡnh 2.18 Sơ đồ động bàn dao máy 16K20 49
Nguyên tắc làm việc của máy đo góc mang tên là
21 Hỡnh
2.19
50
đầu chia độ.
22 Hỡnh 2.20 Đầu phân độ quang học 51
23 Hỡnh 2.21 S tớnh sai số của phép đo bằng thớc cặp. 52
24 Hỡnh 2.22 S tính sai số của phép đo bằng panme. 52
25 Hỡnh 3.1.a Đo vị trí trực tiếp 56
S tp hp cỏc phng phỏp o v trớ ng dng
26 Hỡnh
3.1.b
57
trờn mỏy
40 Hình 3.16 Nguyªn lý cña hÖ thèng industosyn scale 72
Hình 3.17 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña ®Çu kÝch quang ®iÖn
41 74
®éng (phillips)
42 Hình 3.18 Bộ mã hóa tuyến tính thu gọn 75
Hình ảnh đỉnh dao sau 4,1 phút khi gia công với
43 Hình
3.19
44 Hình
3.20
45 Hình
3.21
76
v = 110 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng)
Hình ảnh đỉnh dao sau 6,1 phút khi gia công với
76
v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng)
Hình ảnh đỉnh dao sau 6,0phút khi gia công với
77
v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng)
46
H×nh 4.1
Sơ đồ sai số gá đặt thước dụng cụ đo
82
47
Hình 4.2
Kết cấu thước số gá đặt trên máy
83
1. Tính cấp thiết của đề tài
Phần mở đầu
của
các máy vạn năng l rt cn thit.
Trờn cỏc mỏy vn nng, chớnh xỏc dch
chuyn ca bn dao , bn mỏy cú
nh hng
khụng nh ti chớnh xỏc gia cụng, nu nõng
cao c c hớnh xỏc
dch chuyn s gúp phn
nõng cao c chớnh xỏc ca chi tit gia cụng.
Hin nay cỏc h thng o dch chuyn trờn
mỏy cụng c vn nng núi chung
c thc hin
theo nguyờn lý chuyn i c khớ, dựng c cu
m cú khc vch
chia nh thc o thng v
thc o vũng, nú cho chớnh xỏc khi o cha
cao.
nõng cp chớnh xỏc khi o dch
chuyn t rờn mỏy cụng c, cú th ng dng
phng phỏp o trc tip hoc o giỏn tip vi
thiết bị đo cơ điện tử.
Phng phỏp o trc tip l phng phỏp
o bỏm sỏt v trớ cn o hay cỏc
trung gian. Các thiết bị
đo dùng
phng phỏp o giỏn ti p cú giỏ thnh khụng quỏ cao m cỏc sai s gp phi khi
o
cú th khc phc c.
Trên thực tế hiện nay đã có nhiều máy vạn năng đợc ứng dụng thiết bị
đo hiện đại để nâng cao độ chính xác của máy, chủ yếu là độ chính xác dịch chuyển,
nhng cha thy một nghiên cứu phân tích cụ thể nào về nó. Vì vậy ti: Nghiờn
cu ng dng thit b o c in t cho mỏy cụng c vn nng nhm nõng cao
chớnh xỏc dch chuyn là đề tài cú kh nng hin thc v cn thit. Qua đề tài
này cho chúng ta những hiểu biết cơ bản về các dạng sai số đo dịch chuyn thờng
gặp trên máy công cụ vạn năng hiện nay, các phơng pháp đo và các thiết bị cơ điện
tử từ đó có những phân tích cụ thể để có những lựa chọn hợp lý ứng dụng trực tiếp
trên một máy vạn năng cụ thể nhằm nâng cao độ chính xác dịch chuyển của máy
này đồng thời nghiên cứu đa ra những phơng pháp để giảm sai số cho dụng cụ đo
lựa chọn, từ đó góp phần đáng kể nâng cao độ chính xác gia công của máy.
2. í ngha khoa hc v thc tin ca ti.
a. í ngha khoa hc.
Nghiờn cu, kho sỏt tng quan v cỏc thit b o thụng thng v thit b
o c in t. Cỏc phng phỏp o dch chuyn, v t ú ng dng nõng cao
chớnh xỏc dch chuyn ca cỏc mỏy cụng c vn nng núi chung. p dng cho o
chy dao dc v chy dao ngang i vi mỏy tin ren vớt vn nng.
b. í ngha thc tin.
ti mang tớnh ng dng cao, kt qu nghiờn cu ca ti s gúp phn
ci tin k thut, nõng cao c chớnh xỏc dch chuyn ca mỏy cụng c vn
nng thụng thng t ú nõng cao c chớnh xỏc gia cụng ca mỏy.
3. Phng phỏp nghiờn cu.
Nghiờn cu lý thuyt kt hp vi nghiờn cu thc nghim.
4. i tng nghiờn cu v phm vi nghiờn cu
kèm theo đơn vị đo dùng khi so sánh.
Ví dụ:
chúng:
Đại lợng cần đo là Q, đơn vị đo dùng so sánh là u. Khi so sánh tỷ lệ giữa
Q
= q
u
Kết quả đo sẽ là:
Q = q.u
1.1.2. Đơn vị đo - Hệ thống đơn vị đo
Đơn vị đo đợc quy định dùng để so sánh độ chính xác của nó ảnh hởng đến
kết quả đo.
Độ lớn của đơn vị đo cần đợc quy định thống nhất, để thuận tiện trong chế
tạo, lắp ráp,
Hệ thống đơn vị đo gồm có đơn vị đo cơ bản và đơn vị đo dẫn xuất.
1.1.3. Phơng pháp đo
a. Khái niệm
Phơng pháp đo đợc xây dựng từ định nghĩa về thông số đo, là tập hợp cơ sở
khoa học có thể thực hiện phép đo, trong đó nêu rõ nguyên tắc xác định thông số đo,
các nguyên tắc này dựa trên mối quan hệ toán học hay vật lý có liên quan với đại
lợng đo.
b. Cơ sở phân loại phơng pháp đo
Dựa vào quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo chia thành phơng pháp đo tiếp
xúc, giữa đầu đo và bề mặt chi tiết có áp lực đo.
Trong phơng pháp đo không tiếp xúc, giữa đầu đo và chi tiết không tiếp xúc với
nhau và không có áp lực đo.
Dựa vào quan hệ giữa giá trị chỉ thị trên dụng cụ và giá trị đại lợng đo chia
thành phơng pháp đo tuyệt đối và phơng pháp đo so sánh.
Trong phơng pháp đo tuyệt đối, giá trị thị trên dụng cụ đo là giá trị đo đợc.
1.1.5. Phơng tiện đo
Phơng tiện đo là tập hợp các dụng cụ, máy, đồ gá và các thiết bị phụ trợ cho
quá trình đo.
Phơng tiện đo đợc phân loại theo bản chất vật lý quá trình đo, theo đặc tính
sử dụng và theo toạ độ đo.
Theo bản chất vật lý quá trình đo có dụng cụ đo cơ khí, quang học, khí nén,
Theo đặc tính sử dụng có thiết bị đo vạn năng và thiết bị đo chuyên dùng.
Theo toạ đo có thiết bị đo một, hai hay ba toạ độ.
Việc lựa chọn phơng tiện đo phụ thuộc vào đặc điểm sản phẩm, phơng
pháp đo và khả năng đáp ứng của thiết bị đo.
1.1.6. Các chỉ tiêu đo lờng
Giá trị độ chia là độ biến thiên của đại lợng đo ứng với chuyển vị của vật chỉ
thị đi 1 vạch trên bảng chia độ.
Khoảng chia vạch là khoảng cách giữa tâm hai vạch chia nhỏ nhất kề nhau
trên thang chia.
Độ nhạy E là tỷ số giữa độ biến thiên của đại lợng ra y (đại lợng chỉ thị)
và độ biến thiên của đại lợng vào x (đại lợng đo) tơng ứng.
E
=
y
x
Khi sự thay đổi ở đầu vào và đầu ra có cùng tính chất vật lý, thì độ nhạy là
đại lợng không thứ nguyên, đợc gọi là tỷ số truyền và đợc ký hiệu là K.
Đờng đặc trng biểu thị mối quan hệ giữa đại lợng ra y và đại lợng vào x,
cùng là quan hệ giữa chuyển vị của kim chỉ thị trên thang đo và độ biến thiên của
đại lợng đo.
Phạm vi chỉ là phạm vi của thang đo giới hạn bởi giá trị đầu vào và giá trị
cuối thang. Nếu kim chỉ nằm ngoài thang đo, cũng có nghĩa là nằm ngoài phạm vi
ít khâu tham gia, thì độ chính xác phép đo càng cao. Do đó có nghĩa là sơ đồ đo
càng đơn giản, ít thông số đo, kết quả đo càng chính xác.
1.2.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất
Nếu trong quá trình thiết kế, gia công và đo lờng tuân theo nguyên tắc
chuẩn thống nhất, thì kết quả đo đạt độ chính xác cao nhất.
Tuy nhiên, trên thực tế không phải bao giờ cũng đạt đợc nhiều mong muốn
là chuẩn thiết kế, chuẩn công nghệ và chuẩn đo lờng trùng nhau. Tuỳ thuộc vào độ
chính xác yêu cầu, mà có quyết định phù hợp.
1.2.4. Nguyên tắc kinh tế
Nguyên tắc tinh tế trong quá trình đo có nghĩa là việc lựa chọn phơng án đo,
dụng cụ, thiết bị đo, đồ gá đo đảm bảo độ chính xác yêu cầu, đồng thời chi phí với
giá thành phù hợp.
1.3. Sai số của phép đo
Mỗi phép đo đều có một sai số, cho dù nó đợc thực hiện trong điều kiện rất
lý tởng.
Sai số đo là sai lệch giữa giá trị đo đọc đợc trên chỉ thị của dụng cụ đo và
giá trị thực của đại lợng đo.
Gọi x là giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và x
t
là giá trị thực của đại lợng đo,
sai số x sẽ đợc tính theo công thức sau:
x = x x
t
Ví
dụ:
Một panme đợc hiển thị bằng căn mẫu chuẩn 20 mm. Nếu bỏ qua sai số của
mẫu và chỉ số trên panme là 19,998 mm, thì sai số tuyệt đối của panme ở vị trí này
là:
x = 19, 998 20, 000 = 0, 002mm
Sai số cũng đợc biểu diễn dới dạng tơng đối nh sau:
1
, x
2
, , x
n
thì các thành phần sai số hệ
thống không đổi x
1
, x
2
, , x
n
sẽ đợc tính vào sai số hệ thống không đổi
y
của
phép đo. Khi đó, sai số hệ thống không đổi đợc xác định thông qua phép đo lặp lại
trên cùng một dụng cụ đo rồi tính giá trị trung bình hoặc xác định bằng dụng cụ đo
chính xác hơn. Tổng các thành phần sai số hệ thống không đổi của phép đo đợc gọi
là độ không đúng và đợc hiệu chỉnh vào kết quả đo.
Đối với phép đo trực tiếp, độ không đúng đợc xác định theo công thức:
k
y = j
j =1
Trong đó j là sai số hệ thống không đổi của các giá trị đo x
j
, với j =1,2, , k.
Đối với phép đo gián tiếp hay so sánh, từ mối quan hệ giữa đại lợng cần tìm
j
, độ không đúng
sẽ đợc tính theo công thức:
y
=
f
(
x
1
,
x
2
, ,
x
k
)
y =
f
x
.x
+
f
1
x
.x +
k
y =
x
j
j=1
Nguyên nhân gây ra sai số hệ thống của phép đo:
Sai số hệ thống của phép đo xuất hiện do nhiều nguyên nhân khác nhau:
- Sai số của mẫu kích thớc: mỗi mẫu kích thớc đều có sai số do chế tạo và
độ mòn khi sử dụng. Các sai lệch này còn có thể thay đổi cùng với thời gian.
Sai số của dụng cụ đo: Do các chi tiết của dụng cụ đo có dung sai chế tạo, do
các cơ cấu truyền động không tuyến tính hay do sai số lắp ráp, điều chỉnh, gây
nên.
Ví dụ nh sai số bớc ren của panme, sai số bánh răng, thanh răng trong
đồng hồ so, sai số tỷ lệ giữa chiều dài các đòn bẩy trong đồng hồ so chính xác kiểu
cơ khí.
Sai số nghiêng hay sai số Abbe, xuất hiện khi vật đo và mẫu kích thớc
không song song và đờng sống trợt không thẳng.
- ảnh hởng của môi trờng:
Trong các yếu tố ảnh hởng của môi trờng nh nhiệt độ, độ ẩm, áp suất
không khí, trờng điện từ thì ảnh hởng của nhiệt độ có ý nghĩa quan trọng nhất đối
với phép đo độ dài. Nhiệt độ chuẩn đợc quy định là 20
o
C. Vì vậy, sai số do sự
chênh lệch nhiệt độ đo so với 20
o
C cần đợc tính toán và xử lý trong kết quả đo theo
dụng cụ đo.
Độ biến dạng dẻo của chi tiết đo bằng thép, do lực đo gây nên, sẽ đợc tính
theo định luật Húc
Trong đó:
F - Lực đo (N);
l - Chiều dài đo (mm);
l = 0, 005.
F.l
Q
Q - Tiết diện đo(mm
2
).
Giá trị độ biến dạng dẻo phụ huộc vào dạng bề mặt tiếp xúc, nhám bề mặt và
mô đun đàn hồi. Sai số do độ biến dạng dẻo a do lực đo hay trọng lực của vật gây ra
, đợc tính theo công thức Héc, với điều kiện vật đo bằng thép và bề mặt tiếp xúc với
đầu đo đợc gia công theo phơng pháp mài.
Bi giữa hai mặt phẳng:
a = 0,829
3
F
Bi với
bi:
D
a = 0, 415.
3
F
2
.
1.3.2. Sai số ngẫu nhiên của phép đo
Sai số ngẫu nhiên là sai số có tự số và dấu không xác định trong phép đo lặp.
Sai số này làm cho kết quả đo không ổn định .
Nguyên nhân gây ra sai bsố ngẫu nhiên là do những biến thiên ngẫu nhiên ở
chi tiết đo, mẫu kích thớc, dụng cụ đo cũng nh thay đổi về nhiệt độ nà khả năng
thao tác của ngời đo.
2
Sai số ngẫu nhiên tồn tại trong kết quả đo, nó đợc nhận biết thông qua sự
dao động của kết quả đỏiêng rẽ. Trong phép đo lặp do một ngời đo thực hiện trên
cùng một dụng cụđo và đối với cùng một chi tiết đo.
Sai số ngẫu nhiên đợc đặc trng bằng sai số bình phơng trung bình s, đợc
xác định trên cơ sở các dao động của tất cả các giá trị đo riêng rẽ xung quanh giá trị
trung bình của chúng trong phép đo lặp nhiều giá trị.
Sai lệch bình phơng trung bình s đợc xác định theo công thức sau:
n
(x
i
x
n
)
Trong đó:
s
=
i = 1
n 1
x
i
Giá trị của kết quả đo thứ i;
)
2
1
2,6
2
2,5
3
2,7
4
2,7
5
2,3
+
0,03
- 0,07
+
0,13
+
0,13
- 0,27
0,0009
0,0049
0,0169
0,0169
0,0729
2
6
2,5
7
2,8
m).
10 1 9
Giả sử các giá trị đo riêng rẽ của phếp đo trên xuất hiện theo phân bố chuẩn
nh tronh hình 1.1 và n đủ lớn thì trong phạm vi :
x
m
s sẽ có xác suất xuất hiện giá trị đo riêng rẽ là p = 68,3%;
x
m
2s sẽ có xác suất xuất hiện giá trị đo riêng rẽ là p =
95,4%;
x
m
3s sẽ có xác suất xuất hiện giá trị đo riêng rẽ là p
= 99,7%.
y
0
xm
m
+
.S
n
n
2
Copyright: Tài liệu đại học ©