BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN NHẬT MINH

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU QUI LUẬT PHÂN BỐ ĐỘ
CHÍNH XÁC GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN
CNC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
MÃ SỐ :

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS TRẦN ĐỨC QUÝ

Hà Nội – Năm 2012


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU

1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN CNC

4

1.1. Khái niệm cơ bản về điều khiển số


1.2.3. Các điểm chuẩn

6

1.2.3.1. Điểm chuẩn M của máy (điểm gốc O của máy)

6

1.2.3.2. Điểm O của chi tiết (điểm W)

7

1.2.3.3. Điểm chuẩn của dao (P)

7

1.2.3.4. Điểm chuẩn của giá dao T và điểm gá dao N

7

1.2.3.5. Điểm điều chỉnh dao E

8

1.2.3.6. Điểm gá đặt (hay điểm tỳ) A

8

1.2.3.7. Điểm O của chương trình

11

1.3.6. Hệ thống bàn xe dao

11

1.3.7. Bảng điều khiển

13

1.4. Kỹ thuật tiện CNC và việc ứng dụng ở nước ta hiện nay
1.4.1 Khái niệm và đặc trưng cơ bản của các máy tiện CNC
1.4.2. Tổ chức lập trình và những vấn đề cần chú ý khi lập trình
để đảm bảo độ chính xác gia công
1.4.2.1. Tổ chức lập trình gia công trên máy tiện CNC
1.4.2.2. Một số vấn đề cần chú ý khi lập trình để đảm bảo
độ chính xác khi gia công tiện
1.4.3. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy gia công CNC và việc
khai thác, sử dụng hiện nay
1.4.3.1. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy gia công CNC

14
15
18
18
20
23
23

1.4.3.2. Tình hình khai thác, sử dụng máy gia công CNC ở


2.1.2.2. Phương pháp tự động đạt kích thước

28

2.1.3. Các nguyên nhân sinh ra sai số gia công
2.1.3.1. Các nguyên nhân sinh ra sai số hệ thống không
đổi:

29
29

2.1.3.2. Các nguyên nhân sinh ra sai số hệ thống thay đổi:

29

2.1.3.3. Các nguyên nhân sinh ra sai số ngẫu nhiên:

29

2.2. Các phương pháp xác định độ chính xác gia công

30

2.2.1. Phương pháp thống kê kinh nghiệm

30

2.2.2. Phương pháp xác suất thống kê .


2.3.6. Quy luật môđun hiệu hai thông số.

49


2.4. Tổng hợp các quy luật

52

2.5. Kết luận chương 2.

55

Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ HỆ
THỐNG TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

56

3.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm.

56

3.2. Hệ thống trang thiết bị thí nghiệm.

56

3.2.1. Xác định chế độ cắt dùng trong thực nghiệm.

56


62

3.4 Kết luận chương 3.

62

chương 4: XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM

63

4.1. Phương pháp tiến hành thực nghiệm

63

4.2. Xử lý số liệu thực nghiệm.

63

4.2. 1. Xử lý số liệu thực nghiệm đối với thép 40X
4.2.1.1. Xác dịnh đặc tính của phân bố và xây dựng đường
cong lý thuyết và đường cong thực nghiệm

63
64


4.2. 1.2. Đánh giá các thông số của quy luật phân bố nhờ
khoảng tin cậy

70


4.3 Kết luận chương 3.

85

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

86

TÀI LIỆU THAM KHẢO

87


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

KÍ HIỆU

Ý NGHĨA

ĐƠN VỊ

NC

Numerical Control

CNC

Computer Numerical Control


rd

Bán kính mũi dao

mm

V

Vận tốc cắt khi tiện

m/p

S

Chiều sâu cắt khi tiện

mm

t

Lượng tiến dao khi tiện

(x)

Mật độ xác suất

x

Đại lượng ngẫu nhiên


n

Số lượng của đại lượng ngẫu nhiên (số chi tiết trong loạt
được kiểm tra )

τ

Hệ số độ lệch đỉnh

α

Hệ số độ không đối xứng

xi

Giá trị trung bình của khoảng chia;

fi

Tần số thực nghiệm (số chi tiết) trong khoảng chia;

c

Giá trị của khoảng chia

mm

s

Sai lệch bình phương trung bình


Nx

Tần số tích lũy thực nghiệm

cái

Δn

Sai số hệ thống cố định

mm

Δc

Sai số ngẫu nhiên

mm

Δ

Sai số gia công tổng cộng

mm

cái

mm
cái



Bảng 4.5 Tọa độ các điểm của đường cong phân bố chuẩn

67

Bảng 4.6 Tính tần số lý thuyết của quy luật chuẩn bằng hàm Φ(t)
đối với thép 40X

70

Bảng 4.7 Tính λ đối với thép 40X theo công thức (3.8)

71

Bảng 4.8 Tính λ đối với thép 40X theo công thức (3.9)

72

Bảng 4.9 Tính chỉ tiêu χ2 đối với thép 40X

72

Bảng 4.10. Kết quả đo đường kính ngoài của trục đối với thép C45

74


Bảng 4.11. Bảng phân bố thực nghiệm của x đối với thép C45

76

6

Hình 1.2- Điểm M của máy khoan cần (a), của máy phay đứng (b)

6

Hình 1.3 Điểm chuẩn của dao

7

Hình 1.4- Điểm của giá dao T và điểm gá dao N

8

Hình 1.5- Điểm gá đặt A

8

Hình 1.7. Cấu tạo bên ngoài của máy tiện CNC

9

Hình 1.8. Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC

10

Hình 1.9. Hệ thống gá đặt dụng cụ

12



31

Hình2.3 Đường cong phân bố kích thước chuẩn Gauuss

31

Hình2.4 Đường cong phân bố kích thước y1 và y2

32

Hình 2.5 Đường cong phân bố kích thước thực

33

Hình 2.6 Đường cong phân bố không đối xứng

33


Hình 2.7 Đường cong phân bố có tính đến các sai số ngẫu nhiên và sai
số hệ thống

34

Hình 2.8 Đường cong phân bố thực kích thước gia công

35

Hình 2.9 Chu kỳ điều chỉnh lại máy


Hình 2.17. Đồ thị hàm tích phân của quy luật xác suất đều

47

Hình 2.18. Đồ thị của quy luật phân bố hình tam giác

48

Hình 2.19. Đồ thị quy luật phân bố lệch tâm

49

Hình 2.20. Các dạng đường cong phân bố

51

Hình 2.21. Tổng hợp các quy luật phân bố

54

Hình 3.1. Dao tiện

57

Hình 3.2. Phôi thí nghiệm

58

Hình 3.3. Máy tiện CNC DOOSAN-LYNX 22OL


73

Hình 4.5 Đường cong phân bố thực nghiệm của quy luật chuẩn của
thép C45
Hình 4.6 Các đường cong phân bố chuẩn của thép C45

77
80


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố tong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ những phần
mà tôi tham khảo đã được tôi ghi rõ trong luận văn.

Tác giả

Nguyễn Nhật Minh


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Trong giai đoạn đất nước đang trên con đường đổi mới, để thực hiện được
mục tiêu “Công nghiệp hoá, hiện đại hoá Đất nước”, đưa nước ta trở thành nước
công nghiệp vào năm 2020 thì việc phát triển khoa học công nghệ nói chung và
khoa học công nghệ trong cơ khí nói riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn
bao giờ hết tuy nhiên bên cạnh đó còn có những khó khăn về hiệu quả kinh tế khi sử
dụng các máy và thiết bị này bởi vì các nguyên nhân sau:

Việc nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với các điều kiện sau:
-

Máy thực nghiệm: máy tiện DOOSAN-LYNX 22OL– HÀN QUỐC.

-1-


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
-

Vật liệu gia công là thép 40X do LIÊN XÔ sản xuất, thép C45 do VIỆT
NAM sản xuất.

-

Vật liệu làm dao của hãng Sandvik -THỤY ĐIỂN.

-

Đối tượng gia công là mặt trụ ngoài

-

Thiết bị đo là panme điện tử có độ chính xác 1/1000 hãng Mitutoyo –
NHẬT BẢN chế tạo.

Phương pháp nghiên cứu
Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực
nghiệm.

đóng góp ý kiến giúp đỡ để luận văn được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn !

-3-


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN CNC
1.1- Khái niệm cơ bản về điều khiển số
1.1.1- Bản chất của điều khiển số
Điều khiển số là hệ thống điều khiển mà mỗi hành trình được điều khiển theo
số. Mỗi thông tin đơn vị ứng với một dịch chuyển gián đoạn của cơ cấu chấp hành.
Đại lượng này có tên gọi là “ khả năng giải quyết” của hệ thống hay là giá trị xung.
Cơ cấu chấp hành có thể dịch chuyển với một đại lượng bất kỳ nào ứng với giá trị
xung. Như vậy khi biết giá trị xung q và đại lượng dịch chuyển L của cơ cấu chấp
hành, ta có thể xác định số lượng xung N cần thiết tác động để có lượng dịch
chuyển L : L = q.N.
Số lượng xung N được ghi trên kênh thông tin được gọi là một chương trình xác
định đại lượng thông tin kích thước. Các thông tin cần thiết được ghi trên băng đục
lỗ hoặc băng từ. Số lượng thông tin được ghi trong một hệ thống mã hóa nhất định.
1.1.2. Hệ điều khiển NC và CNC
1.1.2.1. Hệ điều khiển NC ( Numerical Control)
Đây là hệ điều khiển đơn giản với số lượng hạn chế các kênh thông tin. Trong
hệ điều khiển NC các thông số hình học của chi tiết gia công và các lệnh điều khiển
được cho dưới dạng dãy các con số. Hệ điều khiển NC làm việc theo nguyên tắc sau
đây : sau khi mở máy, các lệnh thứ nhất và thứ hai được đọc. Chỉ sau khi quá trình
đọc kết thúc, máy mới bắt đầu thực hiện lệnh thứ nhất. Trong thời gian này thông
tin của lệnh thứ hai nằm trong bộ nhớ của hệ thống điều khiển. Sau khi hoàn thiện
lệnh thứ nhất máy bắt đầu thực hiện lệnh thứ hai lấy từ bộ nhớ ra. Trong khi thực

gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công, máy tính
đưa ra các lệnh điều khiển máy. Máy công cụ CNC có khả năng thực hiện các chức
năng như : nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ
mặt bậc ba nào. Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ.
Tất cả các chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính.
Máy công cụ CNC bao gồm nhiều loại máy khác nhau như : Máy tiện, máy phay,
máy bào, máy khoan, máy mài…hoặc các trung tâm gia công có số trục điều khiển
là 2,3,4,5.

-5-


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
1.2.2. Hệ trục tọa độ của máy công cụ CNC

+Z

Các trục tọa độ của máy CNC cho phép
C

xác định chiều chuyển động của các cơ cấu

+Y

máy dụng cụ cắt (Hình 1.1)
+B

Các trục tọa độ đó là X, Y, Z. Chiều dương
của trục X, Y, Z được xác định theo quy tắc




Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Điểm gốc O của máy (điểm chuẩn M của máy) là điểm gốc của hệ toạ độ của máy.
Điểm M được các nhà chế tạo quy định theo kết cấu của từng loại máy. Điểm M là
điểm giới hạn của vùng làm việc của máy. Điều đó có nghĩa là trong phạm vi vùng
làm việc của máy các dịch chuyển của các cơ cấu máy có thể thực hiện theo chiều
dương của các tọa độ. Ở các máy phay điểm M thường nằm ở điểm giới hạn dịch
chuyển của bàn máy.
1.2.3.2. Điểm O của chi tiết (điểm W)
Điểm W của chi tiết là gốc tọa độ của chi tiết. Vị trí điểm W phụ thuộc vào sự
lựa chọn của người lập trình.
Đối với các chi tiết tiện thì điểm W của chi tiết nằm trên đường tâm của chi tiết
hoặc ở mặt đầu bên trái hoặc mặt đầu bên phải. Thông thường điểm W nằm ở mặt
đầu bên trái chi tiết.
1.2.3.3. Điểm chuẩn của dao (P)
Các dao tiện, dao khoan có điểm chuẩn là đỉnh dao (Hình 1.3a,b). Các dao
khoét, dao doa hoặc dao phay thì điểm P là tâm của mặt đầu của dao (Hình 1.3 c, d,
đ). Điểm P được dùng khi tính các quỹ đạo chuyển động của dao.

Hình 1.3 Điểm chuẩn của dao

1.2.3.4. Điểm chuẩn của giá dao T và điểm gá dao N
Điểm T được dùng để xác định hệ trục tọa độ của dao. Điểm T phụ thuộc vào
việc gá dao trên máy. Thông thường khi gá dao trên máy thỡ điểm T trùng với điểm
gá dao N (Hình 1.4).

-7-



Ụ đứng

Ổ tích dao

Giá đỡ ổ tích dao

Bảng điều khiển

MOR

HIC-JICA

Cửa

Mâm cặp Ụ động

Thân máy

Hình 1.7. Cấu tạo bên ngoài của máy tiện CNC

-9-

SL-253


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

1.3.1. Ụ đứng
Là bộ phận làm việc chủ yếu của máy tạo ra vận tốc cắt gọt. Bên trong lắp trục
chính, động cơ bước (điều chỉnh được các tốc độ và thay đổi được chiều quay).


Bảng điều khiển

Hình 1.8. Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC

-10-


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

1.3.4. Mâm cặp
Quá trình đóng mở và hãm mâm cặp để tháo lắp chi tiết bằng hệ thống thuỷ
lực (hoặc khí nén) hoạt động nhanh, lực phát động nhỏ và an toàn. Đối với máy
tiện CNC thường được gia công với tốc độ rất cao. Số vòng quay của trục chính lớn
(có thể lên tới 8000 v/ph - khi gia công kim loại màu ). Do đó lực ly tâm là rất lớn
nên các mâm cặp thường được kẹp chặt bằng hệ thống thuỷ lực (hoặc khí nén) tự
động.
1.3.5. ụ động
Bộ phận này bao gồm nhiều chi tiết dùng để định tâm và gá lắp chi tiết, điều
chỉnh, kẹp chặt nhờ hệ thống thuỷ lực (hoặc khí nén).
1.3.6. Hệ thống bàn xe dao
Bao gồm hai bộ phận chính sau:
+ Giá đỡ ổ tích dao (Bàn xe dao)
Bộ phận này là bộ phận đỡ ổ chứa dao thực hiện các chuyển động tịnh tiến
ra, vào song song, vuông góc với trục chính nhờ các động cơ bước (các chuyển
động này đã được lập trình sẵn)
+ Ổ tích dao (Đầu Rơvonve)
Máy tiện CNC thường dùng hai loại sau:
- Đầu Rơ von ve có thể lắp từ 10 đến 12 dao các loại;
- Các ổ chứa dao trong tổ hợp gia công với các bộ phận khác (đồ gá thay đổi