nâng cao độ chính xác biến dạng bánh răng bằng phương pháp bù sai số trên máy cắt dây dk7732

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 Thái

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

Thái Nguyên, năm 2011

chƣa đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

LỜI CẢM ƠN

Cùng với xu thế phát triển của xã hội, các nghành khoa học kỹ thuật cũng có

những bước tiến vượt bậc Đặc biệt là sản xuất cơ khí hiện đại đã dần dần thay thế

sản xuất truyền thống , các sản phẩm cơ khí ngày càng đòi hỏi độ chính xác, độ tin

cậy cao

Với mong muốn nâng cao độ chính xác của các sản phẩm gia công trên máy

Nguyễn Đăng Hoè, tác giả đã thực hiện đề tài : “Nâng cao độ chính xác biên

dạng bánh răng bằng phương pháp bù sai số trên máy cắt dây DK7732 ”

của nhà trường, các Khoa, các Phòng, Ban chức năng, các thầy cô giáo và các bạn

đồng nghiệp

Trường Đại học Kỹ Thuật công nghiệp đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực

hiện luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa sau đại học, các giáo

viên giảng dạy và các đồng nghiệp

Tác giả chân thành cảm ơn Trung tâm thí nghiệm và các giáo viên thuộc

trung tâm đã tạo điều kiện về thiết bị và giúp đỡ trong quá trình sử dụng thiết bị để

thực hiện luận văn

Tác giả chân thành cảm ơn trường Cao Đẳng Công Nghiệp Cẩm Phả đã tạo

mọi điều kiện về trang thiết bị thí nghiệm để thực hiện đề tài này

chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận được những ý kiến

đóng góp từ các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để Luận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn !

Thái nguyên, Ngày 20 tháng 10 năm 2011

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 phương pháp hiệu quả, đơn giản hơn : Đó

là kết hợp giữa phương pháp lựa chọn chế độ cắt, tối ưu (ti, te) và phương pháp bù

sai số tọa độ dịch chuyển (x, y) trong chương trình NC Các thí nghiệm được thiết

kế theo phương pháp bề mặt chỉ tiêu RSN và phần mềm Minitab Qua quá trình

thực nghiệm kết quả chính mà luận văn đạt được như 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

 Đưa ra khoảng lượng bù tối ưu và sai số đạt được ở vùng tối ưu được

trình bày trong bảng dưới 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 tối ưu (t i , t e ) để đạt được sai số bước răng nhỏ nhất

TT Giá trị ( t i ) Giá trị ( t e ) Giá trị sai s ố

1.1.1 Đặc điểm gia công tia lửa điện của máy cắt dây CNC 15

trên máy cắt dây CNC

16

CNC

26

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SAI SỐ BÁNH RĂNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP KHẮC PHỤC SAI SỐ KHI GIA CÔNG

BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG TRÊN MÁY CẮT DÂY

DK7732

28

2.1.3.2 Đo theo sai số tích luỹ bước sau nửa vòng quay của bánh

răng

39

2.1.3.3 Đo sai lệch bước vòng trên vòng tròn đo 40

răng thẳng trên máy cắt dây DK7732

48

công trên máy cắt dây DK7732

48

CÁC TỪ VIẾT TẮT

tính

tính

tia lửa điện

Hình 1.5 Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện

Hình 2.21 Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt góc

lƣợng bù Y

Bảng 2.3 Các thông số thí nghiệm CCD của độ chính xác bước răng

chung

Tuyến chung

Bảng 3.20 Kết quả đo bánh răng theo thí nghiệm CCD

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 lượng

gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, tăng năng

suất, đồng thời rút ngắn được chu kỳ sản xuất Chính vì vậy hiện nay, nước ta và

các nước 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 được dùng khá phổ biến ở Việt

Nam Máy được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như 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 được quan tâm, lưu 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, hướng nghiên cứu

xây dựng chương 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 chương trình đào tạo,

chuyển giao công nghệ của nhà trường và đặc biệt là ứng dụng vào thực tế sản xuất,

gia công các chi tiết với độ chính xác gia công cao

3 Mục đích nghiên cứu

- Xác định yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác khi gia công bánh răng

trụ răng thẳng trên máy cắt dây DK7732

- Thiết kế thí nghiệm tối ưu thông số chế độ cắt (ti, te) và bù sai số tọa độ

dịch chuyển (x, y)

- Nâng cao độ chính xác biên dạng của bánh răng thông qua việc giảm sai số

bước răng T và chiều dài pháp tuyến chung L

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn Trước hết phân

tích các nguyên nhân gây sai số trên máy cắt dây DK7732, sau đó thiết kế hệ thống

thí nghiệm bù sai số chế tạo bánh răng trụ răng thẳng theo lý thuyết tối ưu hoá thực

nghiệm kết hợp phương pháp bề mặt chỉ tiêu RSM

5 Bố cục của luận văn

Luận văn được trình bày trong 4 chương với những nội dung cụ thể như sau :

Chương I Tổng quan về máy cắt dây

Nội dung của chương nhằm giới thiệu về những xu hướng bù sai số trên máy

cắt dây ở trong nước và ngoài nước Hướng nghiên cứu bù sai số cho máy cắt dây

mà tác giả chọn thực hiện đề tài

Chương II Các phương pháp đánh giá sai số bánh răng và phương

pháp khắc phục sai số khi gia công bánh răng trụ răng thẳng trên máy cắt dây

DK7732

Chương III Kết quả thí nghiệm và thảo luận

Chương IV Kết luận

và đang ngày càng được 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 thường

được 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 thường

không hiệu quả hoặc không đáp ứng được

Với tính công nghệ đặc thù không giống như các công nghệ phay tiện thông

thường Việc lựa chọn đầu tư máy gia công tia lửa điện, đặc biệt là máy cắt dây tia

lửa điện có nhiều điểm được 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 trước hết nhằm nâng cao độ chính xác gia

công và bù các sai số xuất hiện trong quá trình cắt

Bề mặt chi tiết được gia công EDM có thể đạt Ra = 0,63µm khi gia công thô

và Ra = 0,16µm khi gia công tinh Thông thường 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

Phương pháp này có thể gia công những vật liệu khó gia công mà các

phương pháp gia công không truyền thống không làm được như thép tôi, thép hợp

kim khó gia công, hợp kim cứng Nó cũng gia công được các chi tiết hệ lỗ có hình

dáng phúc tạp

Ngoài ra, thiết kế có máy vi tính hỗ trợ nên khung máy đạt độ cân bằng tối

đa và bảo đảm dộ biến dạng tối thiểu do tải và bảo đảm độ chính xác gia công kể cả

khi làm việc lâu

Toàn bộ các bộ phận chính của máy được chế tạo bằng gang Meechanite

chất lượng cao được thường hóa và đã được ủ nhằm đạt độ siêu cứng vững và tuổi

thọ cao

Động cơ Servo AC dẫn động trực tiếp vít me cầu giúp loại trừ khe hở và

cho độ chính xác vị trí cao

Máy được kiểm tra đối với độ chính xác vị trí và độ chính xác lặp lại

Các máy cắt dây có thể được lắp đặt trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

Một ưu điểm khác của máy cắt dây là chức năng quay lại điểm bắt đầu,

quay lại điểm tham chiếu, chức năng tìm dấu vết, chức năng trở lại đường cũ

cho phép người vận hành nhanh chóng và dễ dàng cài đặt và cài đặt lại sau khi

dây đứt

Chức năng chạy không tải và chay mô phỏng sản phẩm cắt giúp người

sử dụng tìm được lỗi trên bản vẽ trước khi gia công

1.1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa điện trên máy cắt

dây CNC

Phương pháp gia công tia lửa điện có thể tạo được các mặt định hình là đường

thẳng, đường cong, các rãnh định hình, các bề mặt có profin phức tạp, với độ

bóng bề mặt tương đối cao (Ra = 1.25m  5m) và độ chính xác cao (IT5)

1.1.2.1 Các phương pháp gia công tia lửa điện

Ngày nay, trong gia công cơ khí trên thế giới có 2 phương pháp gia công tia lửa

điện chủ yếu, được 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: phương pháp gia công xung định

hình và phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện EDM

1.1.2.2 Phương pháp gia công xung định hình: Đây là phương pháp dùng các

điện cực đã được tạo hình sẵn để in hình (âm bản) của nó lên bề mặt phôi Phương

pháp này được 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 Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện: Là phương pháp dùng 1

dây dẫn điện có đường kính nhỏ (0,1 – 0,3mm) cuốn liên tục và chạy theo 1 biên

nay trên thế giới còn có một số phương pháp gia công sử dụng nguyên lý gia công

bằng tia lửa điện như sau:

- Gia công tia lửa điện dạng phay (Milling EDM): là phương pháp sử dụng một

điện cực chuẩn, hình trụ quay để thực hiện ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay Sử

dụng phương 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

điện cực cắt theo chương trình

- Phủ bằng tia lửa điện (EDD): là phương pháp sử dụng hiệu quả của sự ăn mòn

tia lửa điện để phủ lên các bánh mài sau thời gian sử dụng nghiền cơ khí các vật

liệu rắn Trong quá trình này, bánh mài phải có tính dẫn điện bánh mài kim cương

liên kết kim loại thường được làm theo phương pháp này điện áp xung được đặt

vào giữa điện cực và bánh mài, trong quá trình mài, tia lửa điện sinh ra sẽ bóc tách

các cạnh sắc trên bánh mài Quá trình này cũng được sử dụng để chế tạo bánh mài

có hình dạng đặc biệt

- Gia công EDM trợ giúp của siêu âm (Ultrasonic Aided EDM): là phương pháp

hớt vật liệu bằng tia lửa điện kết hợp với việc rung điện cực dụng cụ với tần số

rung bằng tần số siêu âm Rung điện cực với tần số siêu âm giúp nâng cao khả

năng công nghệ và tăng đáng kể tốc độ gia công khi gia công các lỗ nhỏ và siêu

nhỏ

- Mài xung điện (Abrasive Electrical Discharge Grinding - AEDG): là phương

pháp gia công trong đó vật liệu được bóc tách nhờ tác dụng kết hợp của ăn mòn tia

lửa điện và ăn mòn cơ khí

- Gia công xung định hình siêu nhỏ (MEDM): là một dạng xung định hình đặc biệt

trong đó điện cực được quay với tốc độ lớn (tới 10.000vg/ph) Điện cực sử dụng

trong MEDM có kích thước nhỏ và được chế tạo bằng các phương pháp gia công

tia lửa điện khác Phương pháp này dùng để gia công các lỗ siêu nhỏ với độ chính

xác rất cao

- Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MWEDM): là phương pháp cắt dây sử dụng điện

cực Tungsten, Wolfram có đường kính dây nhỏ dưới 10m Phương pháp này

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 đường cong hoặc đường xuyến

Hình dáng điện cực được sử dụng trong phương pháp này giống như một thanh

dẫn có thể uốn cong và một hệ thống nhận dạng Người ta sử dụng sóng siêu âm

để nhận dạng các đường hầm gia công trong chi tiết

- Xung định hình với 2 điện cực quay: là phương 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 Phương pháp này là phương

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

được 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

hiện tượng phóng điện, một dòng điện được hình thành giữa 2 điện cực mà không

hề có sự tiếp xúc giữa hai điện cực Do có sự xuất hiện của tia lửa điện đó đã bóc đi

1 lớp vật liệu trên bề mặt phôi tạo thành 1 vết cắt Xét cụ thể diễn biến của 1 chu kỳ

phóng điện diễn ra ở 3 pha như sau:

Pha I: Pha đánh lửa

Máy phát tăng điện áp khởi động qua 1 khe hở (đóng điện áp máy phát Ui)

dưới ảnh hưởng của điện trường, từ cực âm (điện cực) bắt đầu phát ra các điện tử

(electron) và chúng bị hút về phía cực dương (phôi) mật độ electron tăng gây ra tính

dẫn điện cục bộ của dung dịch chất điện môi tại khe hở giữa 2 điện cực Do bề mặt

của điện cực và phôi không hoàn toàn phẳng nên điện trường sẽ mạnh nhất tại 2

điểm trên điện cực và phôi có khoảng cách gần nhất mặt khác do chất điện môi bị

ion hoá nên 1 kênh phóng điện đột nhiên được hình thành và sự phóng ra tia lửa

điện bắt đầu xẩy ra

Hình 1.2- Pha đánh lửa

Pha II: Sự hình thành kênh phóng điện

Ở thời điểm phóng điện, điện áp bắt đầu giảm, số lượng các pha dẫn điện

(các electron và các ion dương) tăng lên tức thời và bắt đầu xuất hiện 1 dòng điện

chạy qua các điện cực Dòng điện này cung cấp 1 năng lượng khổng lồ làm cho

dung dịch điện môi bốc hơi cục bộ tạo ra bọt khí, các bọt khí này do áp suất đẩy

chất điện môi sang 2 bên Nhưng do có độ nhớt của chất điện môi nên đã tạo ra sự

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 dương ở áp suất cao và nhiệt độ cực lớn (áp suất

C) Khi kênh plasma tới mức tới hạn (điện

áp qua giữa hai điện cực đạt tới giá trị của điện áp phóng điện Ue, Ue là hằng số phụ

thuộc vào cặp vật liệu), chất điện môi giữ kênh plasma và tạo ra 1 sự tập trung năng

lượng cục bộ, mặt khác sự va chạm của các electron lên phôi và các ion dương 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

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 lượng điện sau:

- Thời gian trễ td là khoảng thời gian giữa lúc đóng điện máy phát đến lúc

xảy ra phóng tia lửa điện, là thời gian cho phép chất điện môi ion hoá và hình thành

kênh phóng điện

- Thời gian phóng điện te là khoảng thời gian từ lúc bắt đầu phóng tia lửa

chảy

ngắt của máy phát trong một chu kỳ phóng tia lửa điện Độ kéo dài xung là tổng của

thời gian trễ đánh lửa td và thời gian phóng tia lửa điện te Đây còn là khoảng thời để

chất điện môi thôi ion hoá, chuẩn bị cho một chu kỳ phóng điện tiếp theo cho đến

khi đạt kích thước gia công yêu cầu

- Khoảng cách xung to là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của máy

phát giữa hai chu kỳ xung kế tiếp nhau, to còn được gọi là độ kéo dài nghỉ của xung

Hình 1.5 biểu diễn diễn biến của điện áp và dòng điện trong 1 máy gia công tia

lửa điện được sinh ra bởi 1 máy phát tĩnh trong 1 xung Đặc điểm của đồ thị này cho

thấy dòng điện xung bao giờ cũng xuất hiện trễ hơn 1 khoảng thời gian td so với thời

điểm bắt đầu có điện áp máy phát Ui Ue và Ie là các giá trị trung bình của điện áp và

dòng điện khi phóng tia lửa điện

Hình 1.5- Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện

Trong đó:

te: Thời gian kéo dài xung hay còn gọi là độ kéo dài xung

td: Thời gian trễ đánh lửa

t0: Khoảng cách xung

tp: Chu kỳ xung

Ui: Điện áp máy phát mở

Ue: Điện áp phóng tia lửa điện

Ie: Dòng phóng tia lửa điện

Các nghiên cứu cho thấy tại các vùng lân cận các điện cực, plasma có nhiệt độ

rất cao từ 60000

C  100000C Tốc độ của dòng chuyển dịch điện tử và ion phụ

theo thời gian có sự chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt năng tại

các điểm, còn được 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 dương đi đến catốt và nung

nóng điểm trên catốt ở điểm đối diện thuộc kênh plasma Tuy nhiên, do khối lượng

của các ion dương 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 dương sẽ nóng chảy lớn hơn nhiều so

với điện cực âm)

Lượng ion dương 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 dương sẽ gây ra hiện tượng 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 Lượng vật liệu bị hớt đi trên bề mặt của các điện cực phụ

thuộc vào quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt và cơ thẩm nhiệt

1.2 Máy cắt dây DK7732

1.2.1 Thông số kỹ thuật chính của máy cắt dây

Bảng 1.1 Thông số kỹ tuật của máy cắt dây DK7732

Hình 1.6: Máy cắt dây DK7732

1.1.2 Đặc điểm của máy cắt dây DK7732

Máy cắt dây DK7732 được sản xuất Trung Quốc Được trường cao Đẳng

Công nghiệp Cẩm Phả nhập về năm 2009 và được đặt tại xưởng của trường Máy

cắt dây chủ yếu để gia công, sản xuất khuôn mẫu Sai số dịch chuyển của máy hiện

nay khi đã sử dụng theo 3 trục X, Y, Z ước lượng 0,002 mm

Một số sản phẩm chính được gia công trên máy DK7732 được trình bày

trong hình 1.7

Hình 1.7 Một số sản phẩm gia công trên máy cắt dây DK7732

1.3 Những xu hướng nghiên cứu gần đây về bù sai số cho máy CNC

Ngày nay, phần mềm bù sai số đã được sử dụng cho các máy CMM (Barakat

2000, Kruth 1994, Busch 1985 và Zhang 1985) Ngoài việc bù sai số cho máy

CMM bù sai số cho các máy cắt dây bằng tia lửa điện WEDM cũng đang được

nghiên cứu

Ở nước ta các máy cắt dây bằng tia lửa điện WEDM và máy CNC cũng đã

được sử dụng phổ biến trong sản xuất Tuy nhiên, việc nghiên cứu cải tiến và nâng

cao độ chính xác của máy CNC còn hạn chế Một vài năm trở lại đây đã có một số

đề tài nghiên cứu về bù sai số như [9], [10],[11] Mỗi đề tài đề cập về một vấn đề bù

sai số như: Phân tích và tối ưu hóa sai số hình học do hiện tượng lệch pha trong

WEDM[9 ] Nghiên cứu này được kiểm chứng thông qua kết quả thực nghiệm bằng

phương pháp taguchi Gồm 13 hệ số điều khiển ứng với 3 mức của dãy trực giao

Các hệ số ảnh hưởng chính được xác định cho tiêu chuẩn gia công như: vận tốc cắt

trung bình, đặc tính của bề mặt gia công tinh và nguyên nhân sai số hình học dẫn

đến lệch pha trong gia công bằng tia lửa điện

Thử nghiệm và nghiên cứu số của sai số góc khi cắt côn bằng phương pháp

gia công tia lửa điện [10 ] Nghiên cứu này trình bày cách dự báo về sai số góc khi

cắt côn bằng tia lửa điện Hệ thống được phân tích các ảnh hưởng của các yếu tố

chế tạo tới sai số góc được thực hiện bằng cách sử dụng thiết kế thí nghiệm theo

phương pháp bề mặt chỉ tiêu RSM

Mô tả độ sai lệch góc khi gia công thô bằng máy cắt tia lửa điện [11 ]

Nghiện cứu này mô tả lực tác dụng vào điện cực làm ảnh hưởng quá trình dao động

gữa các điện cực trong quá trình cắt bằng tia lửa điện

Nhưng các đề tài chỉ đưa ra mô hình lý thuyết và chưa đưa ra được mô hình

cụ thể để tính toán lượng bù Trên cơ sở khai thác tính năng của máy CMM - C544

hiện có tại trường Đại Học KTCN Thái Nguyên, máy CNC tại cơ sở sản xuất, tác

giả đã lựa chọn đề tài nâng cao độ chính xác của một họ chi tiết khi gia công trên

máy CNC Áp dụng lý thuyết tối ưu hoá thực nghiệm từ đó thiết kế thí nghiệm để

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SAI SỐ BÁNH RĂNG VÀ

PHƯƠNG PHÁP KHẮC PHỤC SAI SỐ KHI GIA CÔNG BÁNH RĂNG TRỤ

RĂNG THẲNG TRÊN MÁY CẮT DÂY DK7732

2.1 Các phương pháp đánh giá sai số khi gia công bánh răng

Bánh răng là loại chi tiết được dùng rất phổ biến trong kỹ thuật công nghiệp

và đời sống Nó được dùng làm bộ truyền động và là thành phần cơ bản trong các

bộ truyền động, đặc biệt là đối với các máy cắt, ôtô máy kéo, máy móc đo lường,

các cơ cấu chia độ, cơ cấu điều chỉnh

Chất lượng bánh răng quyết định độ chính xác truyền động máy, làm ảnh

hưởng đến độ chính xác của sản phẩm cũng như kết quả đo được trên nó

Căn cứ vào công dụng và nhiệm vụ chủ yếu của bảnh răng, người ta qui định các

chỉ tiêu chất lượng cho bánh răng như sau:

Trong sản xuất và nghiên cứu thông số hình học của bánh răng có ảnh hưởng

tới các chỉ tiêu tổng hợp khác nhau Vì thế ngoài phương pháp đo các chỉ tiêu tổng

hợp người ta còn có các phương pháp đo các chỉ tiêu riêng lẻ mà nó có ảnh hưởng

tới chất lượng làm việc của bánh răng tương đương với các chỉ tiêu tổng hợp

2.1.1 Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp một bên

Phương pháp kiểm tra tổng hợp là phương pháp kiểm tra sai số động học của

bánh răng trong điều kiện làm việc thực của nó

Trong phương pháp này bánh răng thực hiện ăn khớp một bên, giống điều kiện

làm thực của bánh răng Sai số động học được qui đinh là sai số góc lớn nhất sau

một vòng quay của bánh răng, khi nó ăn khớp một bên với bánh răng mầu và được

tính ra độ dài cung

Hình 2.1 là sơ đồ nguyên tắc đo sai số động học: Bánh răng mẫu 1 và bánh

răng kiểm tra 2 có cùng thông số thiết kế Khi bánh răng 1 quay một góc nếu

bánh răng 2 không có sai số thì nó cũng quay đi một góc ‟=  Khi bánh răng 2 có

sai số thì ‟≠ 

= ‟- 

Sai số động học được tính bằng:

F‟tr=R. (2.1)

khi bánh răng này quay một vòng

được thuận luận và chính xác người ta tiến hành khuếch đại tín hiệu đo qua các bộ

truyền, tạo ra hai chuyển động: Chuyển động mẫu và chuyển động đo Trong đó

chuyển động mẫu gồm các chi tiết mẫu ăn khớp với nhau; chuyển động đo là

chuyển động gồm các chi tiết ăn khớp mẫu ăn khớp với bánh răng đo Sai lệch của

hai chuyển động được đánh giá mức độ sai lệch truyền động cảu bánh răng đo khi

sai số của chi tiết mẫu không đảng kể so với chi tiết đô

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 1 bên

Có thể thực hiện các chuyển động mẫu bằng các phương pháp khác nhau

Hình 2.2 là sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp kiểu ăn khớp một bên, mà

chuyển động mẫu được thực hiện bằng cặp truyền động ma sát Trong đó cặp đĩa

ma sát được thiết kế theo đường kính vòng ăn khớp của bánh răng mẫu 4 và bánh

răng kiểm tra 3

Khi bánh răng 3 không có sai số, trục I mang kim chỉ 6 và bảng chia 5

chuyển động đồng bộ Sai lệch của hai chuyển động chỉ ra trên bảng chia 5 mô tả

sai số truyền động của bánh răng 3

Máy đo dùng chuyển động ma sát là loại máy đơn giản, xích truyền động

ngắn, rẻ tiền nhưng có nhược điểm lớn là có tồn tại sai số do trượt, ngoài ra phải có

lực ép giữa hai trục, lực này gây ra sai số tỷ số truyền khi trục bị cong

Hình 2.3 a là sơ đồ nguyên tắc của máy đo sai số tổng hợp kiểu ăn khớp một

bên mà chuyển động mẫu được thực hiện nhờ chuyển động ăn khớp bánh răng mẫu 3

với bánh răng trung gian 2 Bánh răng mẫu cùng thông số thiết kế với bánh răng kiểm

tra Sai lệch giữa hai chuyển động được chỉ ra trên bảng chia 4

Hình 2.3b là sơ đồ máy đo dùng bánh răng trung gian Tín hiệu đo được đưa

vào bộ chuyển đổi điện cảm, đưa vào máy ghi vào bộ chỉ thị Kiểu máy dùng bánh

Hình 2.3 Các sơ đồ đo bánh răng dùng bánh răng trung gian

loạt Máy kiểu này thường dùng đo bánh răng có môđun m = 1 †10 mm, khoảng

cách trục A = 100÷400

Hình 2.4 là sơ đồ nguyên tắc của máy đo sai số tổng hợp dùng đòn trung gian

Loại máy này khắc phục được nhược điểm của các loại máy trên là số chi tiết mẫu ít

hơn, có thể thay đổi tỷ số truyền nhờ thay đổi đòn trung gian Máy thích hợp với

bánh răng sản xuất loạt nhỏ

Trong sơ đồ, bánh răng mẫu 2 ăn khớp với bánh răng kiểm tra 3 Chuyển động

quay của các bánh răng được biến thành chuyển vị dài của các khâu 6 và 9 nhờ hệ

truyền đai có mang khâu trượt Để so sánh hai chuyển động người ta đùng đòn trung

gian 7 để đưa chuyển vị về cùng phương Tuỳ theo thông số thiết kế của bánh răng

mẫu và bánh răng cần kiểm tra, người ta xác định được kích thước cần điều chỉnh b

Hình 2.4 Máy đo sai số tổng hợp

dùng đòn trung gian

Hình 2.5 Máy đo sai số tổng hợp dùng thước sin

(a cố định), sao cho khi bánh răng đo không có sai số thì khâu 8 và 9 chuyển động

đồng bộ

R R

R R

3 1

4

2 (2.2)

Kích thước của b đọc được trên kính hiển vi 10

Hình 2.5 là sơ đồ nguyên tắc của máy đo sai số tổng hợp dùng thước sin

Trong máy, 4 là bánh răng kiểm tra, 3 là thanh răng mẫu Thước sin số 1 được gá

đồng hồ 6 phải đi xuống đoạn h = d4 Muốn vậy:

D

mz arc D

Chuyển động mẫu là chuyển vị rơi xuống con trượt; chuyện động đi xuống

của thanh răng mẫu khi nó ăn khớp với bánh răng đo là chuyển động đo Sai lệch

hai chuyển động được chỉ ra trên đồng hồ 6

Loại máy này có ưu điểm là có thể điều chỉnh tỷ số truyền nhờ điều chỉnh gá

răng có môđun nhỏ

Máy đo có đặc điểm là xích truyền dài, ảnh hưởng đến độ chính xác khi đo

Với các sơ đồ nguyên tắc đã nêu, phương pháp kiểm tra tổng hợp kiểu ăn

khớp một bên cho ta kết luận về chất lượng sản phẩm sát với chất lượng khi làm

việc của chi tiết vì nó được kiểm tra như điều kiện làm việc hiện thực Kết quả đo

cho phép kết luận về các chỉ tiêu chất lượng của bánh răng như:

số chuyển vị góc lớn nhất xuất hiện sau một vòng quay, tính ra độ dài cung

định được khe hở mặt bên tối thiểu cũng như khe hở tại vị trí bất kỳ

Jn = Jno – (F‟ith + F‟ing) (2.4) Trong đó:

Jn – khe hở mặt bên tại vị trí khảo sát;

Phương pháp kiểm tra tổng hợp kiểu ăn khớp một bên cho phép ta đánh giá

chính xác chất lượng làm việc thực của bánh răng một cách nhanh chóng Tuy nhiên

do phải sử dụng các chi tiết mẫu có độ chính xác cao nên nó chỉ thích hợp với việc

kiểm tra thu nhận Phương pháp kiểm tra này không chỉ rõ được nguyên nhân sai

hỏng sản phẩm nên không dùng khi nghiên cứu độ chính xác gia công bánh răng

Hình 2.6 Phân tích quá trình đo thuận nghịch

2.1.2 Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp khít

Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp khít là phương pháp kiểm tra sai

số động học của bánh răng trong điều kiện ăn khớp không có khe hở mặt bên, tức là

loại ăn khớp cả hai mặt răng hay còn gọi là ăn khớp khít Các chỉ tiêu mức chính

xác động học được đánh giá qua độ dao động khoảng cách tâm đo dao động khoảng

cách tâm đo sau một vòng quay, ký hiệu là F1”

Hình 2.7 là sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp hai bên

hai bánh răng mẫu và 1 bánh răng đo 2 Người ta điều chỉnh máy với khoảng cách

Với d1, d2 – đường kính vòng chia của bánh răng mẫu và bánh răng đo

- Khi có dịch dao, khoảng cách tâm sẽ thay đổi: aw  a0

Khi dẫn động vào bánh răng 1, làm quay bánh răng 2 Đo bánh răng 2 có sai

số, khoảng cách từ tâm tới một dây cung có chiều dài xác định bằng chiều dày răng

sẽ thay đổi Do cặp bánh răng ăn khớp khít nên sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi

khoảng cách tâm

Độ dao động khoảng cách tâm đo sau một vòng quay phản ánh tổng hợp mọi

sai số theo phương pháp hướng kính của bánh răng như độ đảo vành răng, sai lệch

chiều dày răng, độ không đồng đều của bước răng…

Hình 2.8 là các sơ đồ máy đo độ dao động khoảng cách tâm dựa trên nguyên

tắc đo đã nêu trên hình 2.7, trong hình 2.8a, bánh răng mẫu 1 được lắp trên màn

trượt luôn luôn được ăn khớp khít với bánh răng kiểm tra 2 nhờ lực lò xo nên theo

phương hướng kính Đồng hồ 3 chỉ cho ta độ dao động khoảng cách tâm giữa hai

bánh răng Đây là sơ đồ phổ thông nhất Trong hình 2.8b bánh răng mẫu được lắp

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp

loại ăn khớp 2 bên

Hình 2.8 Sơ đồ máy đo độ dao động khoảng cách tâm

trên cần lắc, độ dao động khoảng cách tâm đo phản ánh qua góc lắc của cần, quy ra

chuyển vị trí đo tại điểm đặt đồng hồ Sơ đồ 2.8c là sơ đồ đo dùng khi kiểm tra tự

động

Trong kiểm tra tổng hợp bánh răng kiểu ăn khớp khít, chỉ tiêu đo được Fir”

chưa đủ để đánh giá chất lượng làm việc thực của bánh răng, vì thế thông thường

còn phải quan tâm đến sai lệch giới hạn của khoảng cách tâm Bánh răng được đánh

giá là đạt khi thông số độ dao động khoảng cách tâm Fi r” < F1” và sai lệch giới hạn

khoảng cách tâm <  fa (theo tiêu chuẩn TCVN 214-77 )

Kết quả đo khoảng cách tâm đo còn được đưa vào bộ ghi đồ thị

Kiểm tra tổng hợp kiểu ăn khớp khít cho phép ta kết luận về mức chính xác

động học, mức làm việc êm, dễ thao tác, kết quả kiểm tra nhanh chóng Tuy nhiên,

do yêu cầu về chi tiết mẫu, phương pháp đo này cũng chỉ thích hợp với kiểm tra

trong sản hàng loạt, hàng khối Mặt khác, do điều kiện kiểm tra khác điều kiện làm

việc thực, các sai số theo phương tiếp tuyến không được phản ánh vào kết quả đo

nên kết quả đo không hoàn toàn đúng với chất lượng làm việc thực của bánh răng

2.1.3 Phương pháp đo sai số tích luỹ bước vòng

theo cung vòng tròn đồng tâm của bánh răng

Hình 2.9 Xác định khe

hở mặt bên

Sai lệch bước vòng phản ánh độ không đồng đều của bước vòng, đó là sai lệch

vị trí tương đối của các răng với nhau Hình 2.10 mô tả sự phân bố của các răng gây

nên sai số tích luỹ bước vòng

Sai số tích luỹ bước vòng là trị số lệch bước vòng lớn nhất sau một vòng quay

của bánh răng và được quy định là sai lệch giới hạn của bước vòng fpt dùng đánh giá

mức làm việc êm của bánh răng

- Đo sai lệch bước vòng trên vòng tròn đo

- Đo sai lệch bước trên nửa vòng quay

Hinh 2.10 Sự phân bố của răng gây nên sai số tích luỹ bước

vòng

2.1.3.1 Đo theo sai lệch bước góc

Hình 2.11 Phương pháp đo sai lệch bước góc

Bước góc

z



qua đo sai lệch bước góc Hình 2.11 mô tả phương pháp đo sai lệch bước vòng theo

phương pháp đo sai lệch bước góc Trong đó bánh răng đo được lắp đồng trục với

các cơ cấu chia độ, ở hình a, b, c là bàn chia độ cơ khí hoặc bàn chia độ quang học,

ở hình d là đĩa chia độ Trong hình a, b thông qua đầu đo lắp trên đòn bẩy 4 tiếp xúc

quay bánh răng đi góc  quy định, chuyển đổi đo sẽ chỉ cho ta sai lệch bước vòng

trên cung đo Ở hình 2.11 c, sai lệch bước vòng tính qua sai lệch chuyển vị của tâm

vạch chuẩn tới biên dạng răng đo

Tuỳ theo yêu cầu về độ chính xác và kích thước của bánh răng đo mà có thể đo

lần lượt cả z bước liên tiếp hoặc vài ba bước đo một lần Với bánh răng nhỏ có thể

so sánh sai số trên hai hay ba bước

Độ chính xác khi đo theo phương pháp đo bước góc cao hơn nhưng năng suất

đo thấp Phương pháp đo này chỉ thích hợp với sản xuất đơn chiết và loạt nhỏ

2.1.3.2 Đo theo sai số tích luỹ bước sau nửa vòng quay của bánh răng

Trong phương pháp đo này người ta tiến hành so sánh để lấy sai lệch cung

mô tả: bánh răng đo 3 được lắp trên trục chính của máy Trên trục chính lắp cam

đẩy 6 Khi cam quay đến bán trục lớn, hai bàn trượt 1 và 5 sẽ bị đẩy ra làm cho

bánh răng quay đến vị trí cần đo Sau đó cam quay đến bán trục bé, dưới tác dụng

của lò xo hai bàn trượt tiến lại làm cho đầu đo tiến vào vị trí đo Đầu đo 4 là đầu đo

cố định đóng vai trò chuẩn đo cho tiếp điểm đo động 7 Lò xo 2 dùng gầy áp lực đo

gọi là vị trí “0” Sau đó tiếp tục chu

kỳ làm việc của cam, bàn trượt lần lượt ra vào và trên đồng hồ 8 ta đọc được sai

lệch của bước tích luỹ sau nửa vòng quay