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 offline

Nhằm mục đích nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng trang thiết bị máy móc đã có vào chương trình đào tạo, nghiên cứu khoa học, ứng dụng sản xuất, gia công các sản phẩm có độ phức tạp và độ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

THUYẾT MINH 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

PHƯƠNG 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

PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe Nguyễn Đắc Tuấn

THÁI NGUYÊN - 2010

1.4.4 Biến đổi Post processor(PP) 30

1.4.6 Bù sai số với các bộ điều khiển 31

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

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

CHƯƠNG 3: GIA CÔNG THỰC NGHIỆM TRÊN MÁY PHAY VMC-650E VÀ ĐO TẠO BỘ SỐ LIỆU TRÊN MÁY ĐO CMM-C544 45

3.1 Thực nghiệm trên trung tâm gia công VMC-650E 45

3.1.3 Chuyển chương trình sang máy CNC 52

3.1.4 Điều chỉnh máy tiến hành gia công 54

3.2 Đo biên dạng và tạo bộ số liệu trên máy CMM-C544 55

3.2.2 Khởi động và kiểm tra hệ thống 55

3.2.5 Thiết lập hệ tọa độ của chương trình đo 56 3.2.6 Tiến hành đo và xây dựng bộ số liệu 56 3.3 Kết luận chương 3

CHƯƠNG 4: THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH TÂM VÀ BÁN KÍNH ĐƯỜNG TRÕN

4.1 Thuật toán xác định khoảng cách đường thẳng qua tọa độ 2 điểm đo 57 4.2 Thuật toán xác định đường tròn qua tọa độ 3 điểm đo 58 4.3 Thuật toán xác định đường tròn qua tọa độ nhiều điểm đo 59

CHƯƠNG 5: PHẦN MỀM TÍNH SAI SỐ ĐƯỜNG TRÒN BẰNG NGÔN NGỮ

LẬP TRÌNH C#

5.1 Xử lí số liệu đo trên máy đo CMM-C544 61 5.2 Viết chương trình thuật toán tính sai số đường tròn bằng ngôn ngữ lập trình C# 5.3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính sai số đường tròn 68 5.4 Lưu đồ thuật toán và các đoạn mã chương trình bằng ngôn ngữ C# 69

6.4 Gia công chi tiết theo chương trình đã được bù 86

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 1.4 Sai số của phương pháp xấp xỉ 18 Hình 1.5 Sự phân bố điểm cắt trên lưỡi dao 22

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 2.2 Giao diện của phần mềm Mastercam X 37 Hình 2.3 Trung tâm gia công 3 trục VMC-650E 41

Hình 3.2 Thiết kế biên dạng chi tiết trên phần mềm AutoCad 2004 46

Hình 3.6 Khai báo các thông số chế độ cắt 50 Hình 3.7 Chọn định dạng file để xuất chương trình 51

Hình 3.9 Các thông số của bộ truyền dữ liệu 53 Hình 3.10 Giao diện của phần mềm truyền dữ liệu CNC Simulation 53 Hình 3.11 Gá đặt chi tiết gia công trên máy CMM để đo biên dạng 55

Hình 4.1 Tọa độ đường thẳng M1M2 57 Hình 5.1 Mô hình xây dựng một đường tròn qua 3 điểm đo 67 Hình 5.2 Giao diện của chương trình phần mềm 69

Hình 6.1 Phỏng đoán độ méo của biên dạng đường tròn 75

Hình 6.4 Chi tiết gia công thực nghiệm trước khi bù sai số 86

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 CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo tọa độ 3 chiều

2D 2 Dimension Không gian 2 chiều

3D 3 Dimension Không gian 3 chiều

PP Post processor Hậu xử lý

I/O Input/Output Ngõ vào/ra

PC Personal Computer Máy tính cá nhân

PLC Programmable Logic Control Bộ điều khiển PLC

FEM Finite Element Methods Phương pháp phần tử hữu hạn

NC Numerical Control Điều khiển số

DNC Direct Numerical Control Điều khiển số trực tiếp

MB Master Ball Quả cầu chuẩn

DANH MỤC CÁC BẢNG

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

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả có được trên đây là do tôi tự thực hiện lấy dưới

sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe Ngoài những tài liệu tham khảo

đã được liệt kê dưới đây thì những kết quả còn lại là do thực nghiệm mà có được và chưa

có công trình nghiên cứu khác công bố

Thái Nguyên, ngày tháng 09 năm 2010

Học viên thực hiện

NGUYỄN ĐẮC TUẤN

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

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời đại ngày nay, với sự sự phát triển vượt bậc của khoa học, công nghệ trên tất

cả các lĩnh vực Đặc biệt trong lĩnh vực Cơ khí trong thời gian qua đã cho ra đời rất nhiều máy công cụ điều khiển theo chương trình số (CNC) dần dần thay thế tất cả các trang thiết

bị máy móc gia công truyền thống Nhờ đó mà các sản phẩm cơ khí ngày được nâng cao về mọi mặt như: chất lượng sản phẩm cao, độ chính xác cao, mức độ tự động hóa và linh hoạt cao Vì vậy công nghệ gia công trên các máy vạn năng không còn phù hợp nữa và các sản phẩm của nó trên thị trường không có sức cạnh tranh cao Xuất phát từ thực tế đó, cho nên

ưu tiên nghiên cứu phát triển ngành Cơ khí chính xác là cực kì quan trọng, ngành công nghiệp đầu tàu trong tất cả các ngành Thể hiện rõ nhất là trong giai đoạn vừa qua đất nước

ta đã nhập khẩu rất nhiều máy công cụ CNC với giá trị lên tới hàng tỉ USD Thông qua nhiều con đường như: các doanh nghiệp nước ngoài sang đầu tư tại Việt Nam và hò đã mang theo công nghệ máy móc sang, các trường, viện nghiên cứu mua về để ứng dụng vào học tập nghiên cứu, các công ty mua bán máy công cụ…

Từ những lợi thế đã có sẵn trang thiết bị máy móc hiện đại như ở Trường Trung Cấp Nghề TT-Huế đã có trung tâm gia công VMC-650E và Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên đã có máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 Nhằm mục đích nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng trang thiết bị máy móc đã có vào chương trình đào tạo, nghiên cứu khoa học, ứng dụng sản xuất, gia công các sản phẩm có độ phức tạp và độ chính xác

cao, tác giả đề xuất hướng nghiên cứu sau đây: “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 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

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

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu các thành phần sai số gia công trên máy công cụ và kết hợp đánh giá bằng thực nghiệm Các số liệu trong đề tài được thống kê chủ yếu là dựa vào thực nghiệm

mà có

4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Chọn chi tiết gia công là nắp động cơ để tiến hành gia công thí nghiệm trên trung tâm

gia công VMC-650E

- Sử dụng máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 để kiểm tra độ chính xác kích thước gia công và từ đó tiến hành bù sai số bằng phương pháp bù offline

- Trung tâm gia công VMC-650E tại trường Trung Cấp Nghề TTHuế

- Máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 tại trường Đại Học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

- Phần mềm đồ họa CAD và lập trình gia công bằng Mastercam X.10

- Hệ thống dụng cụ cắt: dao phay thép gió HSS-Co Φ6,Φ8

- Vật liệu chi tiết gia công: Thép CT3

5 Bố cục luận văn

- Chương 1: Sai số gia công và các nguyên lý bù sai số gia công trên máy công cụ CNC

- Chương 2: Quy trình bù sai số gia công cho trung tâm gia công VMC-650E

- Chương 3: Gia công thực nghiệm trên máy phay VMC-650E và đo tạo bộ số liệu trên máy đo tọa độ CMM-C544

- Chương 4: Thuật toán xác định tâm và bán kính đường tròn

- Chương 5: Phần mềm tính sai số đường tròn bằng ngôn ngữ lập trình C#

- Chương 6: Bù sai số khi phay nắp động cơ

Kết luận và hướng đề xuất nghiên cứu tiếp theo

CHƯƠNG 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)

Những sai số vuông góc giữa các trục máy 3

(21 thành phần sai số của trung tâm gia công đứng 3 trục)

1.1.2 Với trung tâm gia công phay CNC 5 trục: Gồm có 43 thành phần sai số

Đối với máy phay CNC 5 trục điển hình với máy có hai trục quay thì số lượng các thông số lỗi được xác định nhiều hơn

Tổng sai số thành phần = 6 * 5(số trục tổng cộng) + 4 * 2(số trục quay) + 2 * 3(số trục tịnh tiến) + 5(số trục máy) – 6(bậc liên kết làm việc) = 43 sai số thành phần

1.2 Độ chính xác gia công trên máy CNC

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

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 Ra, Rz Đây là sai số của bề mặt thực quan sát trong một miền xác định

Hình 1.2: Phân loại độ chính xác gia công

Độ chính xác của máy trong trạng thái không tải được gọi là độ chính xác hình học Tùy theo độ chính xác của máy CNC mà người ta chia chúng ra thành 4 loại:

Sai số hình dạng hình học

Độ sóng

Độ nhám

bề mặt

Tính chất cơ

lý lớp

bề mặt

Sai

số hệ thống

Sai số ngẫu nhiên Sai số tổng

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

vị trí ổn định của dao sau khi thực hiện chạy dao tự động

1.2.2 Độ chính xác của hệ thống điều khiển

1.2.2.1 Sai số của bộ nội suy và chế độ nội suy

Sai số của bộ nội suy có ảnh hưởng đáng kể đến sai số gia công Đối với bộ nội suy thì sai số hình học δ (sai số của quỹ đạo thực hiện so với quỹ đạo đã định) phụ thuộc vào góc nghiêng của quỹ đạo so với các trục tọa độ và không vượt quá giá trị xung Δ trên mỗi đoạn chi tiết Các máy CNC thế hệ cũ có giá trị xung Δ = 0.1mm, cho nên nó ảnh hướng rất lớn đến sai số gia công Đối với các máy CNC thế hệ mới thì gia trị Δ trong khoảng 0.001 đến 0.002mm, do đó nó không ảnh hưởng nhiều đến sai số gia công, tuy nhiên nó ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

Một loại sai số khác không phụ thuộc vào bộ nội suy nhưng lại xuất hiện trong chế độ nội suy Nguyên nhân của các sai số đó là do sai số chu kì khi truyền động của các cơ cấu chạy dao Cụ thể các sai số này xuất hiện do các nguyên nhân: dao động dọc và các sai số bước của trục vít me, sai số tích lũy của bánh răng và của đa tríc phản hồi; độ không đồng tâm của các trục trong hệ; động cơ chạy dao- hộp giảm tốc-trục vít me-đa tríc Khi gia

công chỉ theo một tọa độ nào đó thì những sai số trên đây được thể hiện qua sự không đồng đều của cơ cấu chạy dao (lượng chạy dao thay đổi chút ít) và chúng không ảnh hưởng đến sai số gia công cũng như độ nhám bề mặt Tuy nhiên gia công theo nhiều tọa độ cùng lúc (chế độ nội suy theo nhiều trục) thì ngay cả chuyển động không đều của một trục nào đó cũng ảnh hưởng đến sai số gia công và độ nhám bề mặt

Giả sử trong hệ tọa độ 2 trục XZ chuyển động của cơ cấu chấp hành sau mỗi vòng quay của trục vít me theo trục X là đều, còn theo trục Z là không đều Ta kí hiệu là Pz và Px

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 α1 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 ΔPz và cơ cấu chấp hành không nằm ở điểm A mà ở điểm A1 Trên bề mặt gia công xuất hiện độ sóng

với chiều cao độ song δ1 = ΔPz sinα1 và bước song

Khi góc côn (α2) tăng thì chiều cao độ song 2 P zsin2và bước song

Ở ví dụ trên (gia công bề mặt với hai góc côn α1 ,α2) 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 phương 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

)

Δφ

Hình 1.4: Sai số của phương pháp xấp xỉ

0

1.3 Các nguồn gây sai số

Có rất nhiều nguồn sai số tác động đến vị trí thực của dụng cụ cắt Trong các nguyên nhân chính tác động đến độ chính xác vị trí là các sai số hình học của máy công cụ và nhiệt tác động lên các trục của máy công cụ Các nguồn sai số khác là độ phân giải và độ chính xác của hệ thống đường dịch chuyển, biến dạng đàn hồi của các chi tiết dẫn động, lực quán tính khi hãm, khi tăng tốc, ma sát, hệ thống truyền động servo, lực cắt và rung động Với máy nhiều trục, kết quả nhận được là tồn tại cả các sai số dọc trục và sai số độ nghiêng, độ lắc, sai số hướng tâm và sai số vị trí trong không gian làm việc của máy Tải trọng làm việc tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công sẽ gây biến dạng chi tiết gia công, kết quả là cũng tạo ra sai số vị trí cho máy công cụ Nhìn chung máy công cụ điều khiển CNC có các nguồn gây sai số như sau:

- 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

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 (δ1 δ5) và các sai số kẹp chặt dao trên máy khi điều chỉnh để đạt kích thước (δ6 δ8)

Theo nguyên tắc cộng các đại lượng nhẫu nhiên thì sai số điều chỉnh dao được xác định như sau:

δđcd=                 2

1 2 8 8 2 7 7 2 6 6 2 5 5 2 4 4 2 3 3 2 2 2 2 1

Ở đây:

δ1: sai số của thang chia độ (của dụng cụ đo)

δ2: sai số tính kích thước của thang chia độ

δ3: độ lệch của đỉnh dao so với đường cắt nhau trên màn hình máy chiếu

δ4: độ không trùng nhau giữa các điểm đầu của thang chia độ và của cơ cấu kẹp dao

δ5: sai số vị trí góc trên dụng cụ đo của cơ cấu kẹp dao

δ6: 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)

Δ7: sai số vị trí góc của các bề mặt làm chuẩn trên máy

δ8: sai số do biến dạng của các cơ cấu kẹp dao

K: hệ số phụ thuộc vào dạng phân bố kích thước

Sai số điều chỉnh dao có thể được xác định bằng phương pháp tính toán Khi tính có thể lấy δ1 = 1.5μm, δ2 = 1μm, δ3 = δ4 = …δ8 = 3μm K1 = K2 = …= K8 = 1μm (các sai số phân bố theo quy luật chuẩn) Cần nhớ rằng các sai số δ6,δ7,δ8 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

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 δđcm bằng hiệu các giá trị giới hạn của “kích thước điều chỉnh”

và phị thuộc vào: sai số điều chỉnh dao δđcd; sai số vị trí điểm 0 của chương trình δ0, sai số của chi tiết cắt thử δb và độ lệch của tâm phân bố của các chi tiết cắt thử so với tâm phân

bố của các chi tiết điều chỉnh δc Như vậy, sai số điều chỉnh máy được xác định như sau:

δđcm =          

2

12 2

2 0 0 2

c c b

b dcd

( : 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

Chỉ tiêu mòn là kích thước hd của diện tích mòn theo mặt sau, còn độ mòn kích thước

hp là giá trị mà chiều dài của dao giảm xuống sau một thời gian làm việc

Như vậy, dao bị ngắn đi một khoảng và đường kính tăng lên Độ mòn của dao là sai số

 = C1 = D1 – D0 (do độ mòn của dao gây ra)

Sau một khoảng thời gian T1 nữa thì tâm phân bố lại xê dịch một giá trị C1 Sai số hệ thống tổng cộng sẽ là C2 = 2C1

Hình 1.6: Sai số góc

1.3.6 Sai số hình học của các kết cấu chi tiết máy

Sai số hình học là sai số của máy tồn tại trong điều kiện nguội và sai số này không phụ thuộc vào thời gian và chúng có tính lặp lại ổn định, gần 80% sai số ban đầu của máy công

cụ xuất hiện là do quá trình sản xuất và lắp ráp Sai số hình học là sai số độ nghiêng, độ lắc, sai số hướng tâm và sai số trục

Y┴X: Góc lệch vuông góc giữa trục Y và trục X

Y┴Z: Góc lệch vuông góc giữa trục Y và trục Z

Z┴X: Góc lệch vuông góc giữa trục Z và trục X

Hình 1.7: Các thành phần sai số

Hình 1.8: Sai số độ không vuông góc giữa từng đôi trục

Trong đó: x, y, z là tọa độ của điểm khảo sát trong hệ trục tọa độ OXYZ và δxxδyyδzz là các sai số dọc trục theo phương chuyển động Δyx δzxδxyδzy δxzδyz là các sai số dọc trục theo phương vuông góc với phương chuyển động X, Y, Z Εxx, εyx, εzx, εxy, εyy, εzy, εxz, εyz, εzz là các sai số góc quay quanh các trục vuông góc với phương chuyển động X, Y, Z Sxy, Sxz,

Syz là các sai số độ không vuông góc giữa từng đôi trục

Các loại sai số này xuất phát từ sai số chế tạo và lắp ráp chi tiết máy Các sai số này bao gồm: sai số chiều dài, sai số độ thẳng, sai số độ không vuông góc, sai số góc, song song và sai số vị trí điểm không Thỉnh thoảng sự va chạm xãy ra cũng làm hỏng phôi và thay đổi các thành phần hình học, chi tiết dẫn động của máy Các sai số này thay đổi chậm theo thời gian, tức có nghĩa là máy lập lại sai số trong một khoảng thời gian nào đó Trong đó sai số do lắp ráp tác động nhiều đến độ chính xác của máy Tất cả các bộ phận trượt liên quan đến sai số quay quanh trục x, y, z, Mặc dù các sai số đó rất nhỏ nhưng sự khuyếch đại sai số này lên đầu dụng cụ thì sai số đó là đáng kể Sai số này không thể đo được một cách trực tiếp nhưng băng tín hiệu liên hệ ngược chúng ta có thể tính được sai số này Để cố định được sai số này là rất khó, song với phép tính toán và đo lường của máy thì chúng ta có thể điều khiển máy để định vị đầu dụng cụ một cách chính xác hơn

1.3.7 Sai số do sống trƣợt

Trong máy CNC có hai loại sống dẫn hướng được sử dụng, sống dẫn hướng lăn và sống dẫn hướng trượt Với sống dẫn hướng trượt thì lực chuyển động ban đầu cao hơn để làm bàn máy chuyển động Nếu sống dẫn hướng và các chi tiết dẫn động vít me bi không được đặt đối xứng Với sống dẫn hướng trượt thì ma sát trượt của nó lớn và luôn luôn làm xuất hiện sai số dính trượt, hơn nữa sai số còn xuất hiện trong quá trình chế tạo sống dẫn hướng và sai số phát sinh trong quá trình lắp ráp Sống dẫn hướng lăn có ma sát nhỏ hơn loại trượt, tuy nhiên sống dẫn hướng lăn có khả năng dập tắt rung động kém hơn loại sống trượt Sống dẫn hướng thủy tĩnh có khả năng giảm áp lực Việc điều khiển nhiệt độ của chất lỏng có tính quan trọng, nếu không thì nhiệt độ của chất lỏng sẽ là nguyên nhân gây

ra sai số cho máy Các nguồn gây ra sai số chính bởi sống dẫn hướng là chế tạo không chính xác, mòn sống dẫn hướng, biến dạng tĩnh do khối lượng và lực cắt, biến dạng nhiệt

1.3.8 Sai số do nhiệt

Hiện tượng nhiệt xuất hiện trong quá trình gia công sẽ làm cho máy công cụ hoặt động không ổn định Nhiệt xuất hiện từ nhiều nguồn Mọi thay đổi về sự phân bố nhiệt của máy công cụ gây ra biến dạng do nhiệt và tác động đến độ chính xác gia công Các nguồn nhiệt

do ma sát trong thiết bị truyền động và hộp tốc độ, ma sát ở ổ đỡ và sống dẫn hướng, nhiệt xuất hiện do quá trình gia công như quá trình cắt gọt, các nguồn nhiệt bên ngoài bao gồm như bức xạ nhiệt, ánh sáng mặt trời hay nhiệt độ môi trường, các nguồn nhiệt chính trong máy công cụ xuất phát từ: ổ lăn, bánh răng và dầu thủy lực, thiết bị dẫn động và li hợp, sống dẫn hướng và vít me bi, quá trình cắt và tạo phôi, động cơ

Các tác động của các nguồn nhiệt này ảnh hưởng đến sai lệch vị trí, độ thẳng và sai lệch độ góc

1.3.9 Sai số do vít me bi

Cơ cấu chuyển động quay của động cơ servo được chuyển thành chuyển động tịnh tiến

là nhờ thông qua cơ cấu vít me bi Qua thực nghiệm cho ta thấy vít me đai ốc có ma sát lớn hơn vit me bi Vít me bi có đường xoắn vít, đai ốc và một số viên bi lăn giữa vít và đai

ốc Khi trục vít me quay thì các viên bi truyền chuyển động dọc trục tới gối đỡ Nếu cần

hệ thống có độ cứng vững cao hơn hoặc không có độ rơ thì cần phải đặt lực trước vào hệ thống vit me theo phương pháp dự ứng lực

Sai số động học trong cơ cấu đo lường dịch chuyển xuất phát từ sai số bước vít me Sai

số này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo vì bước của vít me bi liên quan trực tiếp đến chuyển động tuyến tính Ngoài ra sai số vị trí còn bị tác động bởi góc nghiêng của nắp ổ,

sự lệch tâm của trục động cơ servo với các phần ghép nối

bị sai lệch Chúng gồm các lực quán tính gây ra bởi gia tốc của cơ cấu trượt, lực gia công

và ma sát trong trục chính Các nhân tố tác động khác như mômen xoắn của động cơ, bộ

khuyếch đại của các cơ cấu dẫn động như cơ cấu chạy dao nhanh.v.v cũng ảnh hưởng đến hệ thống điều khiển vị trí

1.3.11 Sai số do hệ thống điều khiển servo

Dữ liệu đầu vào được chuyển đổi bởi hệ thống điều khiển thành tín hiệu ra ở dạng điện

áp xung (PPS) Dữ liệu này dùng để dẫn động bàn quay hoặc cơ cấu chấp hành tới vị trí đã được lập trình Hệ thống dẫn động servo đóng vai trò quan trọng khi tính đến độ chính xác gia công Động cơ servo và cơ cấu dẫn động trục vít me thường được ghép nối trực tiếp với nhau Vị trí thực được đo bằng cơ cấu đo lường dịch chuyển và được truyền đi dưới dạng tín hiệu số

Hình 1.9: Hệ thống

phản hồi của máy

công cụ CNC

1.3.12.Sai số do rung động tự do

Có 2 loại rung động xãy ra:

- Hiện tượng tự rung: Đó là do hiện tượng cộng hưởng khi mà tần số kích thích ở cùng với tần số tự rung Lúc đó hệ thống rung động tại một hoặc nhiều tần số khi không nhận các lực tác dụng từ bên ngoài

- Hiện tượng rung động cưỡng bức: Đó là hiện tượng khi mà do sự mất cân bằng của vật thể khi quay

- Bố trí ổ bi cố định 2 đầu: Nhược điểm của cách bố trí này là khi nhiệt độ trong quá trình gia công thay đổi thì trục vít me bị uốn khi nhiệt độ tăng

- Bố trí ổ bi cố định một đầu và đầu kia được đặt tải từ trước: Loại ổ đỡ này làm việc giống như ổ đỡ cố định 2 đầu khi chịu lực tác dụng ở một khoảng giá trị nhất định Còn ngoài khoảng giá trị tác dụng lực này thì nó hoặt động như một đầu ổ trượt và một đầu ổ

cố định

1.4 Nguyên lý bù sai số off-line

1.4.1 Mô hình bù

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

2000, Kruth 1994, Busch 1985, Zhang 1985) Ngoài việc bù sai số cho các máy CMM thì việc bù sai số cho các máy công cụ CNC cũng đang được nghiên cứu Cụ thể được trình bày bởi Chen 1993, Rahman 1997, 2000 và Suh 1999 Những nghiên cứu này dựa trên mô hình ma trận để nâng cao đọ chính xác chi tiết gia công và được thực hiện bằng Post Processcer hoặc bằng cách điều khiển thủ công Nhiều máy công cụ có cơ cấu hỗ trợ bù sai

số, nghĩa là bảng sai số được cập nhật từ cơ cấu điều khiển và bộ điều khiển có thể bù các sai số kể trên Ví dụ như TNC 530 (Haidenhain 2002) TNC đã lợi dụng gia tốc rung tới hạn để tối ưu sự điều khiển tool path nhằm ngăn chặn sự dao độ cơ tại các góc và vị trí tiệm cận SINUMERIK 840D có thể thực hiện được bù sai số nhiều hơn tại bộ điều khỉên mức với một bộ điều khiển tốc độ ăn tới

Độ chính xác cao hơn có thể đạt được với các tốc độ công nâng cao với sự bù nhiệt cho các trục riêng lẽ Những nghiên cứu này chỉ mới chú trọng đến các sai số hình học ít biến đổi Tuy nhiên do mài mòn nên sai số hình học sẽ thay đổi nhanh theo thời gian Sự hiệu chỉnh các máy công cụ với một chu kì dài đã cho thấy rằng chu kì hiệu chỉnh 1 măm là thích hợp (Jun 1997) Từ đó về sau máy nên được điều chỉnh để tính toán đến các dữ liệu sai số mới

Do sai số trong các máy công cụ khác loại là khác nhau, vấn đề là làm thế nào để bù sai

số một cách linh hoạt bằng các thuật toán hoặc kí thuật lập trình Các sai số này có thể được bù bằng bốn cách khác nhau: Thay đổi tham số điều khiển, nhúng chương trình bù sai, sử dụng Post processcer và điều chỉnh chương trình NC (Hình 1.10) Sự hiệu chỉnh các

sai số sẽ được thực hiện dựa trên sự thiết lập mối quan hệ toán học với các nguồn sai số và các phương pháp đo khác nhau

Hình 1.10: Bốn cách bù sai số cho máy công cụ CNC

Điều chỉnh chương trình

Cắt thử phôi

Kiểm tra

Kích thước chi tiết

1.4.2 Thêm môdun phần mềm

Trong phương pháp này, chúng ta có thể thêm vào phần mềm có sẵn một môdun khác

để xử lí thông tin sai số hiện tại của các máy công cụ Môdun này có thể giữ các kết quả đo của máy công cụ và có thể cập nhật các tín hiệu vị trí dựa trên sự mã hóa liên hệ ngược và gửi thông tin đến hệ điều khiển Thuật toán trong hình 1.4.có thể được sử dụng để triển khai một Môdun SW riêng để xét kết quả đo, tối ưu hóa và bù sai số chuyển động trong thời gian thực

1.4.3 Biến đổi các thông số điều khiển

Nhiều bộ điều khiển cho phép cập nhật các thông số điều khiển và máy CNC có thể đọc thông tin trước khi thực hiện các chương trình NC Có nhiều phần mềm hữu ích có thể thực hiện việc cập nhật tới các bộ điều khiển CNC Ví dụ như một bảng bù sai số có thể được cập nhật vào bộ điều khiển CNC dựa trên sự đo bằng giao thoa kế Laser, sau đó tính toán một bảng bù sai số mới, xuất ra chương trình NC và gửi dữ liệu bởi môdun SW tới bộ điều khiển Một vài hệ điều khiển như SINUMERIK 840D cho phép bù nhiệt Sai số độ lõm cũng có thể được bù bởi các hệ điều khiển khác của Siemens Một bảng sai số có thể được cập nhật vào bộ điều khiển và các sai số có thể bù trực tiếp vào chương trình NC

1.4.4 Biến đổi Post processcer (PP)

Việc chuẩn bị dữ liệu tới cơ cấu dẫn động máy CNC từ dữ liệu CL data là chức năng của bộ Post processcer Trong giai đoạn hình thành chương trình NC chúng ta có thể gắn thông tin về sai số hình học, chúng có thể được cấy các thông tin sai số trong khi thiết lập chương trình NC (Takeuchi 1992)

1.4.5 Biến đổi chương trình NC

Khi chúng ta không thể tác động vào bất kì quá trình Post processcer nào để tạo mã

NC, chúng ta có thể sử dụng cách biến đổi chương trình NC Chúng ta có thể biến đổi chương trình NC gốc thành chương trình mới Nó sẽ cho hiệu quả cao hơn trong một số trường hợp Sự biến đổi bằng Post processcer và sự biến đổi mã NC có nguyên lí như nhau

Hình 1.11: Các thành phần của Post processcer

1.4.6 Bù sai số với các bộ điều khiển

Các máy công cụ CNC đã được trang bị một bộ điều khiển để điều khiển chuyển động của tất cả các trục dựa trên chương trình NC Một trong những chức năng của bộ điều khiển là truyền lệnh điều khiển tới nguồn dẫn động dưới dạng xung Đối với mỗi trục có một hệ dẫn động Đối với máy nhiều trục thì các trục chuyển động trong mỗi tọa độ được điều khiển bằng một bộ điều khiển riêng Bộ điều khiển nhận giá trị đo lường từ hệ thống

đo và tín hiệu sai số được tạo ra dựa trên thiết kế của bộ điều chỉnh Thuật toán điều khiển được thực hiện trong phần mềm gắn trong bộ điều khiển Hầu hết các bộ điều khiển cho phép một số thông số biến đổi được bởi người sử dụng và một số thông số không biến đổi được bởi người sử dụng (hệ thống đóng) Hiện nay, công nghệ này đang được phát triển theo hướng kĩ thuật điều khiển mở (Reuven 2000) Máy CNC cấu trúc mở cho phép cập nhật phần mềm điều khiển của máy

Hình 1.12: Các thành phần của bộ biến đổi chương trình NC

1.4.6.1 Thêm môdun phần mềm mới

Trong phần này tôi mô tả khả năng của phần mềm được gắn vào hoặc sự thêm thành phần SW vào bộ điều khiển (hình 11) Đầu tiên bộ đọc chương trình NC và bộ xử lí hình học xác định khoảng cách dịch chuyển và vận tốc, gia tốc cho phép

Hầu hết phần cứng các máy CNC được mua từ các nhà cung cấp khác nhau, trong khi

đó chương trình điều khiển được viết bởi người sử dụng Các máy CNC ngày nay được phát triển theo hướng cấu trúc mở cho nên có thể cài thêm phần mềm vào trong bộ điều khiển Do đó phần cứng của máy có thể được sản xuất bởi nhiều nhà sản xuất khác nhau nhưng vẫn có thể dùng chung một bộ điều khiển được Hầu hết các máy CNC sử dụng phần mềm điều khiển như nhau tại mọi thời điểm Theo thời gian thì hệ thống dẫn động của máy sẽ bị mòn, nghĩa là sai số tổng hợp của máy cũng thay đổi theo, nhưng phần mềm điều khiển nhận biết được sự mòn đó Do đó yêu cầu được trang bị thêm môdun mới hoặc cập nhật thêm các thông số mới là cần thiết

1.4.6.2 Cài đặt bộ điều khiển phần cứng độc lập

Hệ thống điều khiển các máy CNC gồm bộ điều khiển chuyển đổi tín hiệu, bộ xử lí hình học, PLC, hệ thống dẫn động servo, đo lường…Tất cả các thành phần này cùng nhau điều khiển máy theo toolpath đã biết Khi một chương trình NC được thực hiện, nó gửi lệnh điều khiển vị trí tới hệ thống dẫn động servo Một bộ điều khiển bù sai số có thể khắc phục hạn chế của sự biến đổi các tham số như được mô tả trong bộ xử lí chương NC Bảng I/O độc lập có thể được cài đặt trong PC để chuyển đổi tín hiệu liên hệ ngược từ máy khi

Thông tin máy

Thông tin sai số

chương trình NC đang thực hiện Dựa trên vị trí hiện tại, chương trình con có thể thay đổi tọa độ máy trước khi đưa tới hệ thống dẫn động servo Một ưu điểm của của hệ thống dẫn động này là chúng ta có thể điều khiển vị trí với độ phân giải nhỏ nhất của hệ thống servo Với sự biến đổi mã NC rất khó để nội suy đường tròn để xác định lại đường tròn mới với sai số nhỏ hơn Hạn hế chính của phương pháp này là chúng ta phải cài đặt chương trình con I/O vào bộ điều khiển

1.5 Giới thiệu các công trình nghiên cứu bù sai số ở trong nước và trên thế giới

1.5.1 Các công trình bù sai số tổng hợp của các tác giả nước ngoài

Ramesh và các tác giả khác trong tài liệu tam khảo 2 đã xem xét lại tình trạng hiện thời của việc nghiên cứu nù sai số cho các máy CNC Đó là nguồn gốc của các sai số và phương pháp lạo trừ các sai số Việc nghiên cứu tập trung vào việc đo và bù sai số đã dùng trong quá khứ mà không mô hình hóa Điều này đã được khẳng định bởi Van luttervelt và Peng tại tài liệu tham khảo 1, sự kết hợp việc sử dụng mô hình tổng quát và sử dụng dữ liệu đo một cách tích hợp là hướng đề xuất cho những nghiên cứu tiếp theo

Soons và các tác giả trong tài liệu 11 trình bày một mô hình sai số tổng quát của máy nhiều trục Mô hình được trình bày dựa trên cơ sở các động học thẳng của chuỗi động học dụng cụ cắt và phôi Với mỗi liên kết, các sai số thẳng và góc được giới thiệu là một sự biến đổi bổ sung Mô hình tổng quát này được bổ sung bởi một kiểu mô hình phụ thuộc vào các sai số tĩnh trong vị trí tương đối của hệ quy chiếu trong mô hình tổng quát

Cho JH và các tác giả khác trong tài liệu 7 đã quan tâm đến một phương pháp là độ chính xác chu trình kín Sự phụ thuộc của độ chính xác vào sự chuyển động tương đối giữa dụng cụ cắt và phôi trong máy CNC 3 trục

Srivastava và các tác giả khác trong tài liệu 8 sử dụng một phương pháp dựa trên cơ sở nghiên cứu trực tiếp về những biến đổi shap và joint Những chuyển động tịnh tiến và quay được mô hình bởi các ma trận phụ thuộc vào thời gian Nó đưa ra sai số khối tổng như là một hàm của tất cả các sai số Điều này được minh họa bởi máy 5 trục 2 quay và 3 tịnh tiến Chiến lược bù sai số dựa trên cơ sở tính toán sai số cho mỗi vị trí dụng cụ và hiệu chỉnh lệnh CNC cũng là một cách bù sai số

Patel và Ehman trong tài liệu 9 trình bày một mô hình sai số dựa trên cơ sở lấy phép vi phấn các phương trình động học thẳng của Stewart Platform và đưa ra phân tích độ nhạy

mà có thể được sử dụng cho sự phân bố dung sai trong gia công và phần mềm để hiển thị các sai số dọc theo đường chạy dao được thể hiện

1.5.2 Các công trình nghiên cứu bù sai số ở trong nước

Vấn đề bù sai số trên các máy CNC đã được tác giả Bành Tiến Long đề cập đến trong tài liệu 17, ở đây tác giả đưa ra phương pháp bù sai số bằng bộ điều khiển Theo tác tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng máy là sai số vị trí Khi gia công thì bộ điều khiển sẽ điều khiển chuyển động của các trục X, Y, Z sao cho dụng cụ đạt được tọa độ theo yêu cầu, tọa độ này đạt được thông qua encorder gắn ngay sau động cơ Có nhiều nguyên gây sai số vị trí như khe hở của vitme bi, độ không song song của sống dẫn hướng, sự giãn nở nhiệt, sự lệch của trục gá động cơ so với mặt phẳng dẫn hướng…

Việc khử nguyên nhân gây sai số là một biện pháp hoàn chỉnh nhưng tốn kém, mặt khác trong một vài trường hợp không thực hiện được do các thiết bị gia công có độ chính xác chế tạo không cao và các nguyên nhân khác gây ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Chính vì vậy mà một giải pháp tổng hợp đã ra đời là nghiên cứu sai số tổng hợp và bù sai

số thành phần bằng phần mềm của bộ điều khiển iTNC530 kết hợp với việc sử dụng thước Laser HP5519A kèm hệ thống gương phản xạ để xác định chính xác vị trí của trục bàn máy

di chuyển Sai số chính là giá trị đo được từ đầu thu Laser và giá trị trên bộ điều khiển Sau khi thu được giá trị đi và về trên 3trục X, Y, Z ta căn cứ kết quả đó thì phần mềm tính giá trị bù sai số cho các trục X, Y, Z tại các điểm nội suy Sau khi bù sai số đều đạt yêu cầu và cao hơn khả năng thông thường

Để đánh giá sai số sau khi bù bằng phần mềm, đề tài đã tiến hành thử nghiệm và đo 2 thông số: sai số vị trí của các lỗ tâm, sai số nội suy khi gia công vòng tròn với vật liệu thép 40X, dụng cụ là dao phay ngón, tốc độ trục chính là 3500v/p, không dùng dung dịch trơn nguội và đã kiểm nghiệm được kết quả

Phương pháp này có ưu điểm là không quan tâm đến nguyên nhân gây sai số, việc bù dựa trên sai số tổng hợp trên từng đoạn nhỏ của đoạn chiều dài chuyển động của bàn máy

Nó có khả năng khủ được một phần các ảnh hưởng do sai số chế tạo và lắp ráp Do đó nó

cho phép giảm giá thành gia công do không đòi hỏi máy có độ chính xác cao Tuy nhiên trong miền gia công có vài điểm có độ chính xác còn thấp >0,01mm Mặt khác tác giả vẫn chưa đưa ra được bản đồ sai số trên toàn miền làm việc 3D của từng máy CNC để đánh giá được chất lượng và giải pháp khắc phục sai số nhằm nâng cao hơn nữa độ chính xác khi gia công trên các máy CNC

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH BÙ SAI SỐ CHO MÁY PHAY VMC-650E

2.1 Quy trình bù sai số

Trong nội dung thực hiện của đề tài là làm sao giải quyết bài toán bù sai số kích thước cho chi tiết là nắp của động cơ, tác giả tiến hành bù sai số offline cho trung tâm gia công phay VMC-650E theo sơ đồ thuật toán sau đây:

2.2.1.1 Giao diện của phần mềm Mastercam X

Thiết kế trên Mastercam X

Xuất dữ liệu

Gia công trên máy VMC-650E

Quét biên dạng và tạo bộ số liệu trên máy CMM-C544

Bù sai số offline

Xây dựng chương trình thuật toán

Phần mềm xác định

sai số

Kích thước thực của nắp động cơ

Chức năng thực hiện chương trình

Để thực hiện được các chức năng này ta Click chuột vào dòng lệnh tương ứng hoặc nhập từ bàn phím chữ cái gạch chân trong khối lệnh (đây là phím tắt nên rất tiện lợi cho quá trình thiết kế )

Ví dụ: Để tạo một đối tượng 2D ta có thể Click chuột vào Create hoặc gõ chữ C từ bàn phím…

+ Menu chính

Analyze: Phân tích đối tượng

Create: Tạo đối tượng

Xform: Cho phép dời đối tượng

Machine Type: Chọn kiểu máy cũng như hệ điều khiển

Toolpaths: Thiết lập các thông số gia công như: chọn dao, chế độ cắt…

Screen: Thiết lập thông số hiển thị

+ Menu phụ

- Chức năng thiết kế CAD

Cung như các phần mềm thiết kế 2D, 3D khác Mastercam cũng có khả năng thiết kế được các biên dạng, bề mặt và hình khối bất kì từ đơn giản đến phức tạp

2.2.1.2 Các dạng gia công cơ bản trên môdun phay

Các dạng gia công cơ bản sử dụng trong quá trình phay với các dạng gia công chính:

: Phay contour : Khoan lổ : Phay hốc : Phay bề mặt : Phay bề mặt 3D

Như vậy, tùy thuộc vào biên dạng của chi tiết gia công mà ta chọn dạng gia công cho phù hợp Vì vậy người lập trình cần phải thông thạo các dạng gia công cơ bản trên để lập trình

2.2.1.3 Các bước cần thực hiện để lập trình phay một chi tiết

Bước 1: Vẽ chi tiết cần gia công

Công đoạn này có nhiều cách để vẽ chi tiết Nếu người nào thông thạo phần mềm thiết

kế MastercamX thì tiến hành vẽ chi tiết trên phần mềm MastercamX Nếu người nào không thành thạo sử dụng phần mềm này để thiết kế bản vẽ chi tiết thì có thể nghỉ ngay tới các phần mềm thiết kế khác, ví dụ như AutoCad, SolidWords Ở đây chúng ta cũng có thể thiết kế bản vẽ trên phần mềm thiết kế chuyên dụng AutoCad, SolidWords rồi sau

: Chọn biên dạng đối tượng gia công

: Chọn theo cửa sổ : Chọn biên dạng theo hình đa giác phức tạp : Chọn theo từng cạnh

: Chọn theo miền kín : Chọn theo véctơ