Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY NẮP
ĐỘNG CƠ TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG PHAY VMC-650E BẰNG
PHƢƠNG PHÁP BÙ SAI SỐ OFF-LINE
ĐỘNG CƠ TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG PHAY VMC-650E BẰNG
PHƢƠNG PHÁP BÙ SAI SỐ OFF-LINE Học viên: Nguyễn Đắc Tuấn
Lớp: CHK11
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe
KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC
NGƯỜI HD KHOA HỌC
HỌC VIÊN
PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe
Nguyễn Đắc Tuấn
1.3.12. Sai số do rung động 27
1.3.13. Sai số do ổ đỡ 27
1.4. Nguyên lý bù sai số off-line 28
1.4.1. Mô hình bù 28
1.4.2. Thêm modunl phần mềm 30
1.4.3 Biến đổi các thông số điều khiển 30
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
1.4.4. Biến đổi Post processor(PP) 30
1.4.5. Biến đổi chương trình NC 30
1.4.6. Bù sai số với các bộ điều khiển 31
1.4.6.1. Thêm modunl phần mềm mới 32
1.4.6.2. Cài đặt bộ điều khiển phần cứng độc lập 32
1.5. Giới thiệu các công trình nghiên cứu bù sai số ở trong nước và trên thế giới: 33
1.5.1. Các công trình bù sai số tổng hợp của các tác giả nước ngoài 33
1.5.2. Các công trình nghiên cứu bù sai số ở trong nước 34
CHƢƠNG 2: QUY TRÌNH BÙ SAI SỐ CHO MÁY PHAY VMC-650E 36
2.1. Quy trình bù 36
2.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 36
2.2.1. Phần mềm Mastercam X 36
2.2.1.1. Giao diện của phần mềm Mastercam X 36
2.2.1.2. Các dạng gia công cơ bản trên môdun phay 38
2.2.1.3. Các bước cần thực hiện để lập trình phay một chi tiết 38
2.2.2. Máy phay VMC-650E 41
2.2.3. Máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 42
2.2.3.1. Cấu hình của máy 42
2.2.3.2. Tính năng kỹ thuật của máy 43
6.1. Cơ sở lý thuyết 74
6.2. Bảng số liệu 76
6.3. Bù sai số 83
6.4. Gia công chi tiết theo chương trình đã được bù 86
6.5. Kiểm tra sai số 87
KẾT LUẬN CHUNG 88
PHẦN PHỤ LỤC 89
- Phụ lục 1 89
- Phụ lục 2 96
- Tài liệu tham khảo 133 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ/ ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1 Các thành phần sai số trên trung tâm gia công phay CNC 3 trục 13
Hình 1.2 Phân loại độ chính xác gia công 15
Hình 1.3 Sai số của bộ nội suy 17
Hình 1.4 Sai số của phương pháp xấp xỉ 18
Hình 1.5 Sự phân bố điểm cắt trên lưỡi dao 22
Hình 1.6 Sai số góc 23
Hình 1.7 Các thành phần sai số 24
Hình 1.8 Sai số độ không vuông góc giữa từng đôi trục 24
Hình 1.9 Hệ thống phản hồi của máy công cụ CNC 27
Hình 1.10 Bốn cách bù sai số cho máy công cụ CNC 29
Hình 1.11 Các thành phần của Post processcer 31
Hình 1.12 Các thành phần của bộ biến đổi chương trình NC 32
Hình 6.1 Phỏng đoán độ méo của biên dạng đường tròn 75
Hình 6.2 Mô hình sai số đường tròn 75
Hình 6.3 Vị trí sai số của các ΔR 76
Hình 6.4 Chi tiết gia công thực nghiệm trước khi bù sai số 86
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8
CÁC TỪ VIẾT TẮT
CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp máy tính
CAM Computer Aided Manfacturing Sản xuất với sự trợ giúp máy tính
CNC Computer Numerical Control Điều khiển theo chương trình số
Trang
Bảng 1 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ32 trong mặt phẳng 1 77
Bảng 2 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ32 trong mặt phẳng 2 78
Bảng 3 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ32 trong mặt phẳng 3 79
Bảng 4 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ16 80
Bảng 5 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ90 81
Bảng 6 Kết quả gia công thực nghiệm chi tiết trước khi bù 85
Bảng 7 Kết quả gia công thực nghiệm chi tiết sau khi bù 87 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, dưới sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ thì các sản phẩm cơ
khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, mức độ tự động hóa của quy
trình sản xuất, đặc biệt là độ chính xác về kích thước, hình dáng hình học của sản phẩm.
Đứng trước yêu cầu và nhiệm vụ đó tác giả đã tiến hành:“ Nghiên cứu nâng cao độ
chính xác gia công khi phay nắp động cơ trên trung tâm gia công VMC-650E bằng
phương pháp bù sai số off-line” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng
Hòe.
Trong thời gian qua, để thực hiện đề tài thành công, tác giả đã nhận được sự quan tâm
rất lớn từ phía nhà trường, các Khoa, Phòng, Ban chức năng, các thầy cô giáo và các bạn
đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Khoa Sau Đại Học, các giảng viên đã
tạo điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe đã
tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình tácgiả thực hiện luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm thực nghiệm và các đồng nghiệp thuộc
Trung tâm thực nghiệm đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện, hướng dẫn vận hành thao tác
máy móc, thiết bị thí nghiệm để tác giả hoàn thành các thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do trình độ, kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn rằng
luận văn này không thể tránh khỏi thiếu sót. Tác giả rất mong sẽ nhận được những ý kiến
đóng góp của hội đồng chuyên môn, các bạn đồng nghiệp, các thầy cô giáo để luận văn này
được hoàn chỉnh hơn trong những nghiên cứu tiếp theo và có ý nghĩa cao trong thực tiễn.
Xin chân thành cảm ơn.
Thái Nguyên, ngày thán g09 năm 2010
Học viên thực hiện
sai số offline.”
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.1. Ý nghĩa khoa học
Để gia công được những chi tiết có hình dạng phức tạp và đòi hỏi đạt độ chính xác cao,
tính tự động hóa cao, thì thông thường người ta sẽ chọn gia công trên các trung tâm gia
công CNC. Tuy nhiên trong quá trình gia công luôn tồn tại sai số chế tạo. Do đó nâng cao
độ chính xác gia công trên các trung tâm gia công là việc làm cần thiết. mặt khác trong
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13
thực tế sản xuất hiện nay thì vấn đề bù sai số gia công trên các trung tâm gia công vẫn còn
là lĩnh vực khá mới mẻ và khó khăn. Do đó hướng nghiên cứu xây dựng chương trình bù
sai số gia công trên các trung tâm gia công là việc làm quan trọng và mang ý nghĩa khoa
học cao.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài này mang tính ứng dụng thực tiễn cao, ứng dụng phương pháp bù offline để bù
sai số gia công cho một chi tiết cụ thể. Mặc khác nó phục vụ trực tiếp cho chương trình đào
tạo, nghiên cứu khoa học của sinh viên. Là vấn đề mới để bắt nguồn và phát triển những
hướng nghiên cứu về sau. Đặc biệt là ứng dụng vào sản xuất để gia công những sản phẩm
đòi hỏi độ chính xác gia công cao.
3. Mục đích nghiên cứu
- Nâng cao độ chính xác kích thước của chi tiết gia công.
- Sử dụng và khai thác tất cả tính năng công nghệ của trung tâm gia công VMC-650E
và nâng cao kỹ năng vận hành máy.
- Sử dụng máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 một cách thành thạo để kiểm tra đánh
mức độ chính xác của chi tiết gia công.
- Phục vụ cho công tác nghiên cứu học tập, nâng cao chất lượng chương trình đào tạo
và tiếp cận với công nghệ tiên tiến trên thế giới.
- Tạo cở sở và tiền đề thuận lợi cho những nghiên cứu tiếp theo.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15
CHƢƠNG 1: SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ GIA CÔNG
TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC
1.1. Các thành phần sai số trên máy công cụ CNC
1.1.1. Với trung tâm gia công phay CNC 3 trục: Gồm có 21 thành phần sai số Hình 1.1: Các thành phần sai số trên trung tâm gia công phay CNC 3 trục
Cách xác định các thành phần sai số:
Tổng sai số thành phần = 6 * (số trục) + 4* (số trục quay) + 2* (số trục tịnh tiến) + Số
trục của máy công cụ - 6(bậc liên kết làm việc)
Theo như cách tính toán ở trên thì ta có:
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Độ chính xác kích thước là độ chính xác về kích thước thẳng hoặc kích thước góc. Độ
chính xác kích thước được đánh giá bằng sai số kích thước thật so với kích thước mà mình
thiết kế và thể hiện bằng dung sai của kích thước đó.
Độ chính xác về trị trí tương quan giữa 2 bề mặt thực chất là sự xoay đi một góc nào đó
của bề mặt này so với bề mặt kia. Như vậy độ chính xác vị trí tương quan được đánh giá
theo sai số về góc yêu cầu giữa vị trí của bề mặt này so với bề mặt kia trong 2 mặt phẳng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17
tọa độ vuông góc với nhau. Độ chính xác vị trí tương quan thường được ghi thành một điều
kiện cụ thể riêng trên bản vẽ thiết kế.
Độ chính xác hình dạng hình học của chi tiết máy là mức độ phù hợp của chúng với
hình dạng hình học được thiết kế. Ví dụ như chi tiết hình trụ thì độ chính xác hình dạng
hình học là độ côn, độ ovan, độ đa cạnh…
Độ sóng: là chu kì không phẳng của bề mặt chi tiết gia công được quan sát trong phạm
vi nhất định (1 đến 100mm).
Sai lệch hình học tế vi: còn được gọi là độ nhám bề mặt được biểu thị bằng một trong
hai chỉ tiêu R
a
, R
z
. Đây là sai số của bề mặt thực quan sát trong một miền xác định.
Độ
sóng
Độ
nhám
bề
mặt
Tính
chất cơ
lý lớp
bề mặt
Sai
số hệ
thống
Sai số
ngẫu
nhiên
Sai số tổng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
18
Nếu so sánh độ chính xác gia công trên các máy đó, ta có tỉ lệ như sau: Giả sử dung sai
trên loại máy thứ nhất là 1 thì dung sai gia công trên loại máy thứ hai là 0,6, trên laọi máy
thứ ba là 0,4 và trên loại máy thứ tư là 0,25.
Khi kiểm tra độ chính xác của máy thì người ta xác định:
+ Độ chính xác hình học và vị trí tương quan của các bề mặt để định vị chi tiết gia công và
dụng cụ cắt.
+ Độ chính xác chuyển động của các cơ cấu chấp hành của máy trên các cơ cấu dẫn hướng.
+ Độ chính xác vị trí của các trục quay và độ chính xác dịch chuyển của các cơ cấu chấp
hành mang chi tiết và dụng cụ cắt.
quay của trục vít me theo trục X là đều, còn theo trục Z là không đều. Ta kí hiệu là P
z
và P
x
là bước của trục vít me theo các trục Z và X. Đầu tiên ta giả định nội suy đường thẳng (tiện
côn với mnột góc α
1
so với trục Z), do đó các sai số chu kì theo trục Z sau ½ vòng quay
của trục vít me, bàn xe dao đi qua một quảng đường lớn hơn ½ bước, nghĩa là ΔP
z
và cơ
cấu chấp hành không nằm ở điểm A mà ở điểm A
1
. Trên bề mặt gia công xuất hiện độ sóng
với chiều cao độ song δ
1
= ΔP
z
sinα
1
và bước song
1
1
cos
z
P
P
2
δ
1
δ
2
B
B
1
A
1
A
P
z
/2
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
20
X
X
1
X
a
X
và bước song
2
2
cos
z
P
P
cũng tăng. Như vậy, khi đánh giá chiều cao và bước sóng trên bề mặt gia công ta có thể
xác định được đầy đủ các yếu tố gây ra sai số chuyển động chu kì
Ở ví dụ trên (gia công bề mặt với hai góc côn α
1
,
α
2
) ta có thể kết luận: nguyên nhân
chính gây ra sai số gia công là do cơ cấu truyền động làm việc theo trục Z.
1.2.2.2. Sai số của phƣơng pháp xấp xỉ
Khi ứng dụng nội suy đường thẳng để gia công chi tiết theo coutour thì phải dung
phương pháp xấp xỉ để xác định tọa độ các điểm, như vậy sẽ gây ra sai số gia công. Để
giảm sai số gia công thì phải giảm bước xấp xỉ, nghĩa là giảm Δφ. Δφ = 2arcos(1-
R
)
- Sai số do gá đặt phôi
- Sai số điều chỉnh dao
- Sai số điều chỉnh máy
- Sai số chế tạo dao
- Sai số do dao mòn
- Sai số hình học của các chi tiết máy
- Ma sát trong hệ thống dẫn động
- Sai số do lực cắt
- Hệ thống điều khiển servo
- Sai số do giãn nỡ nhiệt
- Sai số do biến dạng đàn hồi
- Sai số chạy không
- Sai số do đồ gá để lại
1.3.1. Sai số do gá đặt phôi
Dưới tác dụng của lực kẹp, thì sẽ sinh ra sai số kẹp chặt, do lực kẹp mỗi lúc mỗi
khác.Dưới tác dụng của lực kẹp không đều làm sinh ra biến dạng chi tiết, biến dạng của
các cơ cấu định vị và biến dạng của thân đồ gá.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
22
Nếu biến dạng của các chi tiết trong loạt là như nhau thì có thể xác định chính xác kích
thước điều chỉnh máy hoặc có lệnh bù khi hiệu chỉnh dao. Tuy nhiên, do vật liệu chi tiết
không đồng đều và lực kẹp không ổn định cho nên sinh ra sai số kẹp chặt.
1.3.2. Sai số điều chỉnh dao
Các thiết bị đo lường hiện đại có độ chính xác rất cao (thang chia độ đạy tới 0.001mm)
và độ phóng đại hình chiếu lên tới 30 lần. Tuy nhiên, dù cho độ chính xác của thiết bị đo
lường rất cao nhưng khi điều chỉnh dao vẫn có sai số. Sai số này sinh ra do: các sai sô của
dụng đo (δ
1
22
2
11
KKKKKKKK
Ở đây:
δ
1
: sai số của thang chia độ (của dụng cụ đo)
δ
2
: sai số tính kích thước của thang chia độ
δ
3
: độ lệch của đỉnh dao so với đường cắt nhau trên màn hình máy chiếu
δ
4
: độ không trùng nhau giữa các điểm đầu của thang chia độ và của cơ cấu kẹp dao
δ
5
: sai số vị trí góc trên dụng cụ đo của cơ cấu kẹp dao
δ
6
: điểm không của tọa độ dao thực tế không trùng với điểm 0 lý thuyết (dao sai số vị trí
của các bề mặt dao dùng làm chuẩn định vị trên máy).
Δ
7
: sai số vị trí góc của các bề mặt làm chuẩn trên máy
δ
8
không thể bù khi điều chỉnh
dao, bởi vì một dụng cụ đo thông thường được dùng cho nhiều máy khác nhau mà sai số
của mỗi máy lại khác nhau.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
23
1.3.3. Sai số điều chỉnh máy
Sai số điều chỉnh máy được xác định tổng hợp khi điều chỉnh dao, điều chỉnh các cơ
cấu của máy và đồ gá có tính đến các yếu tố xuất hiện trong quá trình gia công để đạt kích
thước với dung sai yêu cầu. Vị trí tương quan giữa hệ thống công nghệ (máy-dao-đồ gá-chi
tiết) được gọi là “kích thước điều chỉnh”.
Sai số điều chỉnh máy δ
đcm
bằng hiệu các giá trị giới hạn của “kích thước điều chỉnh”
và phị thuộc vào: sai số điều chỉnh dao δ
đcd
; sai số vị trí điểm 0 của chương trình δ
0
, sai số
của chi tiết cắt thử δ
b
và độ lệch của tâm phân bố của các chi tiết cắt thử so với tâm phân
bố của các chi tiết điều chỉnh δ
c
. Như vậy, sai số điều chỉnh máy được xác định như sau:
δ
đcm
=
(
: sai lệch bình phương trung bình tại thời điểm hiệu chỉnh, n: số chi tiết cắt thử để xác
định “kích thước điều chỉnh”).
Độ chính xác điều chỉnh máy tăng khi số chi tiết cắt thử tăng. Tuy nhiên, khi gia công
loạt nhỏ chi tiết thì số chi tiết cắt thử chỉ cho phép bằng 1. Vì vậy để đạt yêu cầu phải xác
định chính xác điểm 0 của chương trình và sử dụng sai số hiệu chỉnh dao thích hợp.
1.3.4. Sai số chế tạo dao
Khi tiện, bề mặt gia công được tạo hình bằng các điểm khác nhau nằm trên phần cung
tròn của đỉnh dao, r là bán kính cung tròn, mặt trụ được tạo hình bằng điểm A, mặt đầu
được tạo hình bằng điểm B, mặt côn được tạo hình bằng điểm C. Các yếu tố này luôn được
tính đến khi lập trình gia công mặt côn và măt cong. Khi gia công các mặt côn chỉ cần đưa
vào chương trình giá trị hiệu chỉnh a theo trục Z (khoảng cách giữa B và C trên hình). Nếu
bán kính đỉnh dao thực tế khác với bán kính dao đỉnh dao lập trình thì sẽ xuất hiện sai số
gia công của chi tiết.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
24
X
B
A
C
a
0
Z
α
Mũi dao
:
0
C
=
1
C
= D
1
– D
0
(do độ mòn của dao gây ra)
Sau một khoảng thời gian T
1
nữa thì tâm phân bố lại xê dịch một giá trị
1
C
. Sai số hệ
thống tổng cộng sẽ là
2
C
= 2
1
C Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Copyright: Tài liệu đại học ©