Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP


ĐỖ THANH MAI

NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG BÁNH RĂNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÙ SAI SỐ TRÊN MÁY CẮT DÂY
DK7732

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy
Mã số :

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
LỜI CẢM ƠN


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
Tóm tắt luận văn
Luận văn này đƣa ra một giải pháp nâng cao độ chính xác của bánh răng trụ
răng thẳng khi gia công trên má y cắ t dây DK 7732 bằng phƣơng pháp bù sai số.
Thiết kế thí nghiệm toàn phần theo phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu để tìm ra lƣợng bù
tối ƣu sao cho giá trị sai số đạt đƣợc là hợp lý nhất.
Nội dung chính của luận văn là phân tích những nguyên nhân gây ra sai số
gia công và tìm cách khứ các sai số đó, tuy nhiên đó là một biện pháp hoàn chỉnh và
tốn kém. Chính vì vậy tác giả đề xuất một phƣơng pháp hiệu quả, đơn giản hơn : Đó
là kết hợp giữa phƣơng pháp lựa chọn chế độ cắt, tối ƣu (t
i
, t
e
) và phƣơng pháp bù
sai số tọa độ dịch chuyển (x, y) trong chƣơng trình NC. Các thí nghiệm đƣợc thiết
kế theo phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu RSN và phần mềm Minitab. Qua quá trình
thực nghiệm kết quả chính mà luận văn đạt đƣợc nhƣ sau :

 Phân tích đánh giá các nguyên nhân gây sai số.
 Thiết kế thí nghiệm bù sai số đơn giản và hiệu qủa .
 Ứng dụng phần mềm thiết kế thí nghiệm có khả năng hội tụ nhanh hơn và
độ chính xác cao hơn.
 Đƣa ra khoảng lƣợng bù tối ƣu và sai số đạt đƣợc ở vùng tối ƣu đƣợc
trình bày trong bảng dƣới đây.
 Phân tích đánh giá các nguyên nhân gây ra sai số khi gia công bánh răng
trụ răng thẳng trên máy cắt dây DK7732.


)

Giá trị sai s ố
Bước răng

1

65.4246

3.4203

0.0105

2

63.394

3,3429

0.0188

3

68.8091

3.4861

0.0225
3

0.0956

0.0513

0.0257

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
MỤC LỤC
Đề mục
Nội dung
Trang

Phần mở đầu
13

CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮ T DÂY
15
1.1
Tổng quan về gia công tia lửa điện.
15

25
1.3
Những xu hƣớng nghiên cứu gần đây về bù sai số cho máy
CNC
26

CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SAI SỐ BÁNH RĂNG
VÀ PHƢƠNG PHÁP KHẮC PHỤC SAI SỐ KHI GIA CÔNG
BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG TRÊN MÁY CẮT DÂY
DK7732
28
2.1
Các phƣơng pháp đánh giá sai số khi gia công bánh răng.
28
2.1.1.
Phƣơng pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp một bên
28
2.1.2
Phƣơng pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp khít
34
2.1.3
Phƣơng pháp đo sai số tích luỹ bƣớc vòng
36
2.1.3.1
Đo theo sai lệch bƣớc góc
38
2.1.3.2
Đo theo sai số tích luỹ bƣớc sau nửa vòng quay của bánh
răng
39

công trên máy cắt dây DK7732.
48
2.2.2
Phƣơng pháp khắc phục sai số.
52
2.3
Thiết kế thí nghiệm bù sai số.
52
2.3.1
Cơ sở tiến hành thí nghiệm:
52
2.3.2
Nội dung chính của phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu ( RSM)
53
2.3.3
Thiết kế hệ thống thí nghiệm.
54
2.3.3.1
Hệ thống thí nghiệm.
54
2.3.3.2
Thiết kế thí nghiệm
56
2.4
Kết luận chƣơng II
59

CHƢƠNG III: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
60
A


7

CHƢƠNG IV : KẾT LUẬN
103

PHỤ LỤC Phụ lục 1 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc
( 9 thí nghiệm)
105

Phụ lục 2 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc
( 10 thí nghiệm)
115

Phụ lục 3 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc
( 13 thí nghiệm)
126

TÀI LI ỆU THAM KH ẢO
140


Computer Aided Design
Thiết kế với sự trợ giúp của máy
tính
CAM
Computer Aided Manufacturing
Sản xuất có sự trợ giúp của máy
tính
CNC
Computer Numerical Control
Điều khiển số bằng máy tính
CCD
Central composite design.
Thí nghiệm toàn phần
RSM
Response Surface Methodology
Phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu
3D
3 Dimension
3 chiều
2D
2 Dimension
2 chiều
FMS
Flexible Manufacturing Systems
Hệ thống sản xuất linh hoạt
WEDM
Electrical Discharge Manufacturing
Phƣơng pháp gia công cắt dây bằng
tia lửa điện
AEDG


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ / ĐỒ THỊ
Hình 1.1
Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện.
Hình 1.2
Pha đánh lửa.
Hình 1.3
Sự hình thành kênh phóng điện.
Hình 1.4
Sự hình thành và bốc hơi vật liệu.
Hình 1.5
Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện.
Hình 1.6
Máy cắt dây DK7732
Hình 1.7
Một số sản phẩm gia công trên máy cắt dây DK7732
Hình 2.1
Sơ đồ nguyên tắc đo sai số động học
Hình 2.2
Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp kiểu ăn khớp một bên
Hình 2.3
Các sơ đồ đo bánh răng dùng bánh răng trung
Hình 2.4
Máy đo sai số tổng hợp dùng đòn trung gian

Hình 2.20
Máy đo thân khai Evonvienmet
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
Hình 2.21
Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt góc
Hình 2.22
Sơ đồ quy trình bù
Hình 2.23
Chi tiêt gia công
Hình 2.24
Máy đo toạ độ 3 chiều
Hình 3.1
Biểu đồ Pareto, Plot các thông số thí nghiệm
Hình 3.2
Phân tích hồi quy bậc 1 và ANOVA
Hình 3.3
Giá trị sai số tại các bƣớc xuống dốc
Hình 3.4
Phân tích hồi quy bậc 2 và ANOVA
Hình 3.5
Đồ thị sai số bƣớc răng phụ thuộc vào lƣợng bù t
i
, lƣợng bù t
e
Hình 3.6


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1
Thông số kỹ thuật của máy cắ t dây DK 7732
Bảng 2.1
Các xác lập biến thí nghiệm của độ chính xác bƣớc răng
Bảng 2.2
Các xác lập biến thí nghiệm của độ chính xác khoảng pháp tuyến
chung
Bảng 2.3
Các thông số thí nghiệm CCD của độ chính xác bƣớc răng
Bảng 2.4
Các thông số thí nghiệm CCD của độ chính xác khoảng pháp tuyến
chung
Bảng 3.1
Các xác lập biến thí nghiệm của độ chính xác bƣớc răng
Bảng 3.2
Bảng các bƣớc thí nghiệm
Bảng 3.3
Kết quả đo sai số bƣớc răng theo các bƣớc sơ bộ
Bảng 3.4
Kết quả thí nghiệm
Bảng 3.5
Kết quả đo bánh răng theo các bƣớc xuống dốc
Bảng 3.6
Sai số bƣớc răng phụ thuộc vào lƣợng bù t
i

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
Bảng 3.20
Kết quả đo bánh răng theo thí nghiệm CCD
Bảng 3.21
Thí nghiệm CCD và kết quả
Bảng 3.22
Giá trị lƣợng bù và sai số miền tối ƣu

thì máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng một vai trò rất
quan trọng. Sử dụng máy công cụ điều khiển số (CNC) cho phép giảm khối lƣợng
gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, tăng năng
suất, đồng thời rút ngắn đƣợc chu kỳ sản xuất. Chính vì vậy hiện nay, nƣớc ta và
các nƣớc trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi các máy điều khiển số (CNC).
Hiện nay, máy cắt dây điều khiển số DK7732 đƣợc dùng khá phổ biến ở Việt
Nam. Máy đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhƣ máy đo, đồng hồ đo, điện
gia dụng, cơ khí, xe ô tô, công nghiệp nhẹ Trong lĩnh vực cơ khí, máy cắt dây
DK7732 thích hợp gia công các loại khuôn mẫu có độ chính xác cao, độ cứng cao,
độ rai cao, các linh kiện có hình thái phức tạp và các bản mẫu…
2. Ý nghĩa khoa học và Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
Ý nghĩa khoa học.
Nâng cao độ chính xác gia công trên các trung tâm gia công là một trong
những nhiệm vụ quan trọng của ngành cơ khí, nó luôn đƣợc quan tâm, lƣu ý ở mọi
lúc, mọi nơi. Mặt khác, trong thực tế sản xuất hiện nay thì vấn đề bù sai số trên các
các trung tâm gia công vẫn là nội dung mới và khó khăn. Do đó, hƣớng nghiên cứu
xây dựng chƣơng trình bù sai số trên trung tâm gia công nhằm nâng cao độ chính
xác gia công là một công việc cần thiết và mang ý nghĩa khoa học.
Ý nghĩa thực tiễn.
Đề tài mang tính ứng dụng cao, phục vụ trực tiếp cho chƣơng trình đào tạo,
chuyển giao công nghệ của nhà trƣờng và đặc biệt là ứng dụng vào thực tế sản xuất,
gia công các chi tiết với độ chính xác gia công cao.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
3. Mục đích nghiên cứu.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮ T DÂY

1.1. Tổng quan về gia công tia lửa điện.
1.1.1. Đặc điểm gia công tia lửa điện của máy cắt dây CNC.
Gia công tia lửa điện là một trong những công nghệ gia công cơ khí hiện đại
và đang ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp sản xuất ô
tô, xe máy, điện tử, máy bay, y tế, …Các máy gia công sử dụng tia lửa điện thƣờng
đƣợc sử dụng để gia công khuôn mẫu và sản phẩm cơ khí đòi hỏi chính xác cao, có
biên dạng khó và có độ cứng cao mà gia công trên các máy công cụ thông thƣờng
không hiệu quả hoặc không đáp ứng đƣợc.
Với tính công nghệ đặc thù không giống nhƣ các công nghệ phay tiện thông
thƣờng. Việc lựa chọn đầu tƣ máy gia công tia lửa điện, đặc biệt là máy cắt dây tia
lửa điện có nhiều điểm đƣợc quan tâm xem xét.
Đối với các máy CNC nói chung và máy cắt dây nói riêng, vấn đề mở rộng
khả năng công nghệ và hoàn thiện hệ thống điều khiển, hoàn thiện kết cấu của máy
sẽ cho phép nâng cao năng suất và độ chính xác gia công.
Hoàn thiện hệ điều khiển CNC trƣớc hết nhằm nâng cao độ chính xác gia
công và bù các sai số xuất hiện trong quá trình cắt.
Bề mặt chi tiết đƣợc gia công EDM có thể đạt Ra = 0,63µm khi gia công thô
và Ra = 0,16µm khi gia công tinh. Thông thƣờng độ chính xác gia công vào khoảng
0,01mm. Ở các máy khoan tọa độ EDM độ chính xác gia công đạt đến 0,0025mm

thẳng, đƣờng cong, các rãnh định hình, các bề mặt có profin phức tạp, với độ
bóng bề mặt tƣơng đối cao (Ra = 1.25m  5m) và độ chính xác cao (IT5).
1.1.2.1. Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện
Ngày nay, trong gia công cơ khí trên thế giới có 2 phƣơng pháp gia công tia lửa
điện chủ yếu, đƣợc ứng dụng rộng rãi và đã có những đóng góp đáng kể cho sự phát
triển về khoa học kỹ thuật của nhân loại đó là: phƣơng pháp gia công xung định
hình và phƣơng pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện EDM.
1.1.2.2 Phƣơng pháp gia công xung định hình: Đây là phƣơng pháp dùng các
điện cực đã đƣợc tạo hình sẵn để in hình (âm bản) của nó lên bề mặt phôi. Phƣơng
pháp này đƣợc dùng để chế tạo khuôn có hình dạng phức tạp, các khuôn ép định
hình, khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không thông
1.1.2.3. Phƣơng pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện: Là phƣơng pháp dùng 1
dây dẫn điện có đƣờng kính nhỏ (0,1 – 0,3mm) cuốn liên tục và chạy theo 1 biên
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
dạng định trƣớc để tạo thành 1 vết cắt trên phôi. phƣơng pháp này thƣờng dùng để
gia công các lỗ suốt có biên dạng phức tạp nhƣ các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép,
khuôn đúc áp lực, chế tạo các điện cực dùng cho gia công xung định hình, gia công
các rãnh hẹp, gấp khúc, các dƣỡng kiểm,
1.1.2.4. Các phƣơng pháp khác: Ngoài 2 phƣơng pháp gia công chủ yếu trên, ngày
nay trên thế giới còn có một số phƣơng pháp gia công sử dụng nguyên lý gia công
bằng tia lửa điện nhƣ sau:
- Gia công tia lửa điện dạng phay (Milling EDM): là phƣơng pháp sử dụng một
điện cực chuẩn, hình trụ quay để thực hiện ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay. Sử
dụng phƣơng pháp này để gia công các hình dáng phức tạp do không phải chế tạo
điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện cực chuẩn sau đó điều khiển cho

khó gia công, các chi tiết có chiều dày mỏng, hoặc dùng trong công nghệ chế tạo
các chi tiết bán dẫn.
- Gia công tia lửa điện theo kiểu đê chắn (Mole EDM): là một quá trình gia công
đặc biệt cho phép gia công các hốc, rãnh dạng đƣờng cong hoặc đƣờng xuyến.
Hình dáng điện cực đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp này giống nhƣ một thanh
dẫn có thể uốn cong và một hệ thống nhận dạng. Ngƣời ta sử dụng sóng siêu âm
để nhận dạng các đƣờng hầm gia công trong chi tiết.
- Xung định hình với 2 điện cực quay: là phƣơng pháp sử dụng một điện cực quay
để ăn mòn một phôi quay. Khi phối hợp chuyển động của điện cực và phôi sẽ tạo
ra các hình dạng chi tiết khác nhau theo yêu cầu. Phƣơng pháp này là phƣơng
pháp gia công siêu chính xác và độ bóng siêu cao.
1.1.3.Cơ sở công nghệ của quá trình gia công tia lửa điện
Bản chất vật lý

Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện
()
(+)
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
Thực chất của phƣơng pháp gia công tia lửa điện là sự tách vật liệu ra khỏi bề
mặt phôi nhờ tia lửa điện. Sơ đồ nguyên lý của phƣơng pháp gia công bằng tia lửa
điện đƣợc mô tả nhƣ Hình 1.1.
Quá trình tách vật liệu ra khỏi bề mặt phôi cụ thể nhƣ sau:
Một điện áp đƣợc đặt vào giữa điện cực và phôi, không gian giữa 2 điện cực
đƣợc điền đầy bằng 1 chất lỏng cách điện gọi là chất điện môi (Dielectric). Khi hai
điện cực tiến lại gần nhau khi khoảng cách đạt đến 1 giá trị tới hạn nào đó thì xẩy ra

cản trở và hạn chế sự lớn lên của kênh phóng điện giữa các điện cực.

Hình 1.3- Sự hình thành kênh phóng điện
Pha III: Sự nóng chẩy và bốc hơi vật liệu.
Phía trung tâm của vùng bọt khí bao gồm 1 kênh plasma, plasma này là 1 chất
khí có lẫn các điện tử và các ion dƣơng ở áp suất cao và nhiệt độ cực lớn (áp suất
khoảng 1kbar và nhiệt độ khoảng 10000
0
C). Khi kênh plasma tới mức tới hạn (điện
áp qua giữa hai điện cực đạt tới giá trị của điện áp phóng điện U
e
, U
e
là hằng số phụ
thuộc vào cặp vật liệu), chất điện môi giữ kênh plasma và tạo ra 1 sự tập trung năng
lƣợng cục bộ, mặt khác sự va chạm của các electron lên phôi và các ion dƣơng lên
điện cực làm nóng chẩy và bốc hơi vật liệu trên bề mặt phôi và điện cực. Sau khi
diễn ra 1 xung, máy phát sẽ ngắt dòng điện. Điện áp kênh phóng điện và áp suất bị
ngắt đột ngột cho nên kim loại nóng chẩy bị đẩy ra ngoài và bị bốc hơi.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21

Hình 1.4- Sự hình thành và bốc hơi vật liệu
Chu kỳ phóng tia lửa điện để lại các “vết” bóc tách vật liệu có thể tóm tắt thông
qua các đại lƣợng điện sau:

d
so với thời
điểm bắt đầu có điện áp máy phát U
i
. U
e
và I
e
là các giá trị trung bình của điện áp và
dòng điện khi phóng tia lửa điện

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22

Hình 1.5- Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện
Trong đó:
t
e
: Thời gian kéo dài xung hay còn gọi là độ kéo dài xung
t
d
: Thời gian trễ đánh lửa
t

điện môi đã cản trở sự mở rộng của kênh plasma làm cho áp suất trong kênh rất lớn
(có thể lên tới 1kbar). Khi khoảng không của kênh plasma càng hẹp thì mật độ năng
lƣợng càng tăng (lƣợng hớt vật liệu tỉ lệ thuận với độ nhớt động học và tỉ lệ nghịch
với điện trở dẫn suất của chất điện môi). Đồng thời với sự phát triển kênh plasma
theo thời gian có sự chuyển đổi năng lƣợng điện thành năng lƣợng nhiệt năng tại
các điểm, còn đƣợc gọi là các “nguồn nhiệt”. Các điện tử cận anốt di chuyển và dẫn
nhiệt tới làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu. Các ion dƣơng đi đến catốt và nung
nóng điểm trên catốt ở điểm đối diện thuộc kênh plasma. Tuy nhiên, do khối lƣợng
của các ion dƣơng lớn hơn của các điện tử nhiều lần (khoảng 103 lần) nên chúng sẽ
tới catốt chậm hơn các điện tử tại atốt. Chính sự cơ động khác nhau của chúng đã
tạo ra sự phân nhiệt khác nhau tại anốt và catốt, điều này dẫn đến sự ăn mòn rất
khác nhau tại 2 điện cực (thực tế là điện cực dƣơng sẽ nóng chảy lớn hơn nhiều so
với điện cực âm).
Lƣợng ion dƣơng tăng nhanh trong luồng di chuyển tổng, chỉ trong một
khoảng thời gian ngắn tỷ lệ chia nhiệt trở nên cân bằng và với sự kéo dài thời gian
phóng tia thì các ion dƣơng sẽ gây ra hiện tƣợng nóng chảy và bốc hơi Catốt.
Khi kết thúc pha phóng điện, sự mất điện đột ngột đồng thời với sự sụt áp tạo
ra sự chênh lệch làm vỡ các kênh plasma và các túi khí. Các lực này và áp lực tạo
nên bởi sự phá huỷ nội lực của các kênh plasma làm bung các phần tử kim loại đã bị
nóng chảy ra khỏi bề mặt. Lƣợng vật liệu bị hớt đi trên bề mặt của các điện cực phụ
thuộc vào quá trình chuyển đổi năng lƣợng nhiệt và cơ thẩm nhiệt.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


400 mm
7
Độ thô ráp của bề mặt gia công
Ra <= 2.5µm
8
Tỉ lệ loại bỏ nguyên công lớn nhất
>= 100 mm2/ phút
9
Phạm vi đƣờng kính dây điện cực
Ф 0.16-0.2 mm
10
Tốc độ dây điện cực
11 m/s
11
Dung dịch gia công
DX-1, DX-4, Nam quang-1
12
Nguồn điện cung cấp
380V, 3 pha, 50Hz
13
Công suất tiêu hoa
< 2KW
14
Kích thƣớc máy ( dài x rộng x cao)
1500x1170x1600 mm
15
Trọng lƣợng máy
1400 kg