Đặc biệt, đối với việc đo đạc các thông số của bánh răng, các phương pháp đo truyền thống rất phức tạp và đạt được độ chính xác không cao.. Nhằm khai thác triệt để khả năng hiện có của c
Trang 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
HUỲNH THANH HẢI
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ KIỀM TRA
CAC THONG SO BANH RANG TREN MAY DO
BA CHIEU CMM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
Mã số: 60.52.04
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: TS LỄ CUNG
Phản biện 1: PGS TS Trần Xuân Tùy Phản biện 2: PGS TS Lê Viết Ngưu
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 8 năm 2011
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tam Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Trung tâm Học liệu, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng
Trang 2
-3-
MO DAU
1 LY DO CHON DE TAI
Ngày nay, thiết bị máy móc sản xuất ra đòi hỏi phải có yêu cầu
độ chính xác Các sản phẩm cơ khí trong nước ngày càng đạt chất
lượng cao và dần thay thế được các sản phẩm cơ khí ngoại nhập
Trong sản xuất, đo lường là phương pháp nhận biết chất lượng
Do đó dụng cụ đo lường trở thành một trong những công cụ lao động
góp phần tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt và đo lường là
khâu không thể thiếu được trong quá trình sản xuất
Các phương pháp đo lường truyền thống thường có sai số lớn và
đạt độ chính xác không cao do các nguyên nhân như: sai số do dụng
cụ đo, kinh nghiệm và kỹ năng của người đo, độ nhạy cảm của tay,
sự tỉnh tế của mắt Đặc biệt, đối với việc đo đạc các thông số của
bánh răng, các phương pháp đo truyền thống rất phức tạp và đạt được
độ chính xác không cao
Ngày nay, thiết bị đo lường kỹ thuật cũng có nhiều bước tiến
mạnh mẽ, độ chính xác đo lường ngày càng được nâng cao Sự ra đời
của máy đo ba chiều CMM, một trong những thiết bị đo hiện đại, đáp
ứng được yêu câu đo và kiểm tra độ chính xác chỉ tiết cơ khí theo yêu
cầu của nhà thiết kế
Hiện nay, máy đo ba chiều CMM ngày càng được ứng dụng rộng
rãi trong kiểm tra độ chính xác cũng như đo đạc các thông số của sản
phẩm gia công Nhằm khai thác triệt để khả năng hiện có của các
máy đo ba chiều CMM, việc nghiên cứu các phương pháp đo cho các
thông sô khác nhau của sản phâm có yêu câu cao về độ chính xác, về
_4-
dung sai truyền động phức tạp như bộ truyền bánh răng là một nhu cầu cần thiết
Với mục đích đó, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu phương pháp đo và kiểm tra thông số bánh răng trên máy đo ba chiều CMM”
2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng và dung sai truyền động bánh răng, các phương pháp truyền thống nham
đo và kiểm tra các thông số cơ bản trong truyền động bánh răng
- Nghiên cứu sử dụng máy đo ba chiều CMM và phương pháp lập trình do chỉ tiết trên máy đo ba chiều
- Nghiên cứu phương pháp đo và kiểm tra các thông số bánh răng bằng máy đo ba chiều CMM
3 ĐÓI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Ứng dụng máy đo ba chiều CMM để đo và kiểm tra các thông số khác nhau của bộ truyền bánh răng như: độ đảo vành răng, bước răng, profile răng, góc nghiêng của răng
4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đề tài nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực hành: Xây dựng
cơ sở lý thuyết nhăm đo và kiểm tra các thông số bánh răng trên máy
đo CMM, từ đó áp dụng vào việc do và kiểm tra một số bánh răng cụ
thể
5 KET QUA DAT DUOC
- Xây dựng được phương pháp va qui trình đo và kiểm tra các thông khác nhau của bánh răng trụ trên máy đo ba chiều
- Đo thực nghiệm một sỐ thông số của bánh răng như: đo độ đảo vành răng, sai số profin răng, bước răng bằng máy đo ba chiều CMM
Trang 3_5-
6 Y NGHIA KHOA HOC VA THUC TIEN CUA DE TAI
Khai thác triệt để và mở rộng khả năng công nghệ của máy đo ba
chiều CMM hiện có trên địa bàn miền Trung, nhằm nâng cao độ
chính xác và năng suất đo và kiểm tra các sản phẩm cơ khí có kết cầu
phức tạp, có yêu cầu cao về độ chính xác gia công, đáp ứng yêu cầu
của nền sản xuất công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước
7 NOI DUNG CUA LUAN VAN
Ngoài phần mở đầu và kết luận Luận văn bao gồm 4 chương:
- Chương I:Tổng quan về truyền động bánh răng và dung sai
truyền động bánh răng
- Chương 2: Dung sai truyền động bánh răng, các phương pháp
đo, kiểm tra truyền thống
- Chương 3: Tổng quan máy đo ba chiều CMM
- Chương 4: Đo và kiểm tra các thông số cơ bản của bánh răng
trên máy đo ba chiều
CHƯƠNG 1- TONG QUAN VE TRUYEN ĐỘNG BÁNH RĂNG
1.1 Téng quan về truyền động bánh răng
Các dạng bánh răng thực tế thường gặp
0 Mi AN \
Hình 1 1 a) Bánh răng trụ răng thẳng b) Bánh răng trụ răng
nghiêng c) Bánh răng chữ V
<<
Hình 1 2 a) Bánh răng trụ chéo b) Bánh răng nón răng thắng
Hình 1 3 a) Bánh răng-thanh răng/Cặp bánh răng nội tiếp b) Trục
ví† bánh vít 1.2 Thông số chủ yếu của bộ truyền bánh răng răng thắng Đường kính vòng đỉnh, đường kính vòng chân, đường kính vòng tròn cơ sở; đường kính vòng lăn, đường kính vòng chia, Góc áp lực trên vòng chia, góc ăn khớp, bước răng đo trên vòng chia, Mođun, 1.3 Thông số chủ yếu của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
1.4 Thông số chủ yếu của bộ truyền bánh răng nón răng thắng
1.5 Độ chính xác của bộ truyền bánh răng
- Độ chính xác động học
Trang 4_7-
1.6 Một số nghiên cứu liên quan trọng và ngoài nước liên quan
đến đề tài
1.7 Nhận xét và kết luận
Qua một số nghiên cứu tài liệu liên quan đến dung sai truyền
động bánh răng, về các phương pháp đo thông số và kiểm tra các sai
số trong truyền động bánh răng, ta thấy vấn đề này hiện nay vẫn được
nhiều nhà khoa học tiếp tục quan tâm nghiên cứu Thay vì sử dụng
các dụng cụ và thiết bị đo truyền thống, có thể sử dụng máy đo ba
CMM chiều nhằm đảm bảo độ chính xác của các phép đo, đồng thời
tăng được năng suất của quá trình đo Trong khuôn khổ của luận văn,
chúng tôi chỉ nghiên cứu xây dựng phương pháp đo, thực hiện việc
đo và kiểm tra một số thông số cơ bản của bánh răng như đường kính
đỉnh, đường kính chân, bước răng, độ đảo vành răng, bước răng và
sai số tích lũy bước vòng, góc nghiêng của răng trên máy đo tọa độ
CMM, sao cho két quả thu được của quá trình đo đảm bảo được độ
chính xác và đê thao tác
CHƯƠNG 2- DUNG SAI TRUYEN DONG BANH RANG, CAC
PHUONG PHAP DO, KIEM TRA TRUYEN THONG
2.1 Dung sai truyền động bánh răng
Dung sai của bộ truyền động bánh răng đảm bảo mức chính xác
động học, mức làm việc êm, mức tiếp xúc của răng trong bộ truyền
2.2 Các yêu cầu đặt ra cho truyền động bánh răng
Yêu cầu mức chính xác động học, yêu cầu mức làm việc êm, yêu
câu về mức tiêp xúc mặt răng, yêu câu độ hở mặt bên
_8-
2.3 Sai số gia công và ảnh hưởng đến yêu cầu làm việc của bánh rang
Sai số về khoảng cách tâm giữa bánh răng gia công và dụng cụ cắt răng: sai số hướng tâm; Sai số về chia răng (sai số răng); Sai số về
sự dịch chuyển dụng cụ cắt dọc theo trục bánh răng g1a công; SaI SỐ
prôphin lưỡi cắt của dao cắt răng
2.4 Phương pháp truyền thống nhằm đo, kiểm tra thông số bánh rang
Hinh 2 3: Do day rang béng thước do modun
Hình 2 4: Phương pháp đo góc nghiêng của bánh răng nghiêng
Trang 52.4.3 Đo đường kính vòng chia
Hình 2 5: Đo đường kính vòng chia
Độ đảo được đánh giá bằng sai lệch chỉ thị của dụng cụ đo sau
một vòng quay của bánh răng
Hình 2.7 Sơ đô đo độ đáo hướng tâm vành bánh răng
răng
- 10-
2.4.10 Kiểm tra sai lệch prophin răng
===} = 5
6 —
a) Hình 2 13: Sơ đồ kiểm tra sai số prophin của răng 2.4.11 Kiểm tra vết tiếp xúc
2.5 Nhận xét và kết luận
Qua nghiên cứu các phương pháp truyền thống nhằm đo và kiểm tra các thông số của truyền động bánh răng, chúng ta nhận thấy rằng:
- Với một sai số gia công, ta phải xây dựng một mô hình đo riêng biệt, điều này dẫn đến việc đánh giá sai số chế tạo bánh răng mắt thời
gian và chi phí thiết bị và dụng cụ đo lớn
- Phép đo sử dụng các dụng cụ đo truyền thống không cho độ
chính xác cao, không tin học hóa được số liệu đo
- Không linh hoạt khi đo các bánh răng có môđun khác nhau
Trang 6-ll-
CHUONG 3- TONG QUAN MAY DO BA CHIEU CMM
3.1 Giới thiệu về máy đo ba chiều BEYOND CRYSTA C544
Hinh 3 1 May do ba chiéu Mitutoyo BEYOND CRYSTA C544
May do ba chiều CMM cĩ thể thực hiện việc đo các thơng SỐ
hình học theo phương pháp tọa độ
3.3.1 Tính năng kỹ thuật của máy
3.3.2 Chức năng của máy đo ba chiều - Phần mêm thu nhận, xử lý
số liệu đo và điều khiển máy đo ba chiều
3.2 Phan mém COSMOS24 và một số thao tác lệnh cơ bản
3.2.1 Một số thao tác lệnh cơ bản trên phân mêm COSMOS24
3.2.2 Lập trình do trên phần mêm COSMOS24
3.3 Mơ đun Pro/CMM trong phần mềm Pro/Engineer
3.3.1 Giới thiệu về mộun Pro/CMM
3.3.2 Trình tự lập trình do trong modun Pro/CMM
Việc thiết kế một quá trình đo chi tiết trên mơđun Pro/CMM
được tĩm tắt theo sơ đỗ khối sau đây:
-12-
\ Mơ hình chỉ tiết thiết kế
\
|
Thiết lập qui trình đo | Dung cu do (dau
Ỷ
Thiết lập các nguyên cơng đo
Thiết lập các bước đo
Ỷ
Tạo các files dữ liệu đo trên ngơn ngữ
|
Vv
Hau xu ly
Ỷ
Điều khiển của máy đo ba chiều CMM
Hình 3 3: Sơ đồ quá trình lập trình đo chỉ tiết trên méy do CMM
3.3.3 Thao tác lệnh để thiết kế mơ phỏng đo chỉ tiết trên ProCMM 3.3.4 Hiển thị tệp tin dữ liệu quá trình đo (DMIS) của Pro/CMM
3.4 Nhận xét và kết luận
Trong chương này, chúng tơi đi sâu tìm hiểu về máy đo ba chiều Mitutoyo BEYOND CRYSTA 544 tại Phịng thí nghiệm CRePA, Chương trình Đào tạo kỹ sư Chất lượng cao PFIEV Chúng tơi tìm hiểu về tính năng kỹ thuật của máy đo; tìm hiểu về phương pháp do bằng tay và phương pháp lập trình đo tự động trên máy đo ba chiều CMM, tim hiéu vé modun Pro/CMM trong phần mềm Pro/Engineer
nhằm thiết lập các chương trình đo tự động một chi tiết, kết xuất ra
tập lệnh ngơn ngữ DMIS nhằm điều khiển máy đo ba chiều CMM Đây là một cơ sở kiến thức quan trọng, gĩp phần xây dựng các
Trang 7-13-
phương pháp đo thông số của bánh răng trên máy đo ba chiều CMM
và thực nghiệm đo đạc một số thông số và chỉ tiêu cơ bản đánh giá độ
chính xác của bánh răng
CHUONG 4 - DO VA KIEM TRA CAC THONG SO CO BAN
CUA BANH RANG TREN MAY DO BA CHIEU
4.1 Mô tả quá trình đo thông số bánh răng trên máy đo 3 chiều
Quá trình đo thông số của bánh răng trên máy đo 3 chiều thực
chất là đo tọa độ các điểm trên bánh răng, sau đó xây dựng chương
trình tính toán xác định các thông số của bánh răng cũng như các chỉ
tiêu đánh gía độ chính xác bánh răng
4.2 Cơ sở hình học của phép đo tọa độ
4.2.1 Hệ tọa độ Đề các vuông góc
4.2.2 Các phép biến đổi tọa độ
4.2.2.1 Pháp tịnh tiễn song song
4.2.2.2 Pháp quay trục
4.3 Chuẩn bị quá trình đo chỉ tiết trên máy đo CMM
4.3.1 Gá đặt chỉ tiết lên máy đo
4.3.2 Hiệu chuẩn đầu đo
4.3.3 Thiết lập hệ tọa độ gốc cho chương trình đo (hệ tọa độ gốc
của vật thể cân đo)
4.3.4 Tạo chương trình ảo từ chế độ Learn Mode
Ở đây chúng tôi trình bày phương pháp lập trình đo đường kính
vòng đỉnh bánh răng
Hệ tọa độ máy Đường tròn
Hình 4.7: Hệ tọa độ trên chỉ tiết bánh răng
Trình tự tiến hành:
=» Thực hiện gá bánh răng lên Bàn máy
= Tao mot Project moi
= Thuc hién so dau dò dé máy đo nhận biết được có sự thay
đối đường kính đầu dò
4.3.5 Nhập một chương trình đo từ ftle *.awg 4.4 Cơ sở lý thuyết tái tạo đường cong và bề mặt cơ bản từ tập hợp các điểm đo ròi rạc
Sau khi thực hiện đo đạc các điểm rời rạc trên phần tử đường
tròn, mặt trụ, đường xoắn ốc, ta có thể sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu (Least Mean Square) nhằm tái tạo các đường và bề
mặt thông dụng như đường tròn, mặt trụ, từ đó xác định được các
thông số cơ bản của đường hay bề mặt
Trang 8-15-
4.4.1 Xap xỉ tập họp điểm bằng vòng tròn theo phương pháp bình
phương tôi thiểu
Giả sử rằng muốn xấp xỉ thành đường tròn từ tập hợp m điểm đo
(xi, yi) trong mat phang xy, trong dé m > 3
Phương trình đường tròn:
Trong đó: (x0, y0) là tâm vòng tròn và r là bán kính của vòng
tròn
Khoảng cách từ điểm (xi, yi) đến đường tròn:
Như vậy cần cực tiểu bình phương khoảng cách di, tức là cực tiểu
hàm:
3 Visa HOF =) | 4.3)
Điều này tương đương với thực hiện quá trình bình phương bé
nhất sử dụng phương trình:
F(xe.yạ.r)=4|(x,—ay} +, — yy}” =r=0 (4.4)
Như vậy, để cực tiểu hóa hàm FE, ta cần giải hệ phương trình
tuyến tính bình phương tối thiểu sau đây:
Ø
Trong đó các phân tử của hàng thứ 1 của ma trận A là các hệ sô
(2x,,2y,,-1) và phần tử hàng thứ ¡ của b là (x? + y?}
Chúng ta tính được bán kính r: r=.Íx2 + y¿—ø
-16-
Trên cơ sở thuật toán này, có thể lập trình xấp xỉ các điểm đo trên hình trụ đỉnh và hình trụ chân của bánh răng, từ đó xác định được bán
kính của hình trụ đỉnh và hình trụ chân
4.4.2 Xấp xỉ tập hợp điểm bằng hình trụ theo phương pháp bình phương tôi thiểu
Hình trụ được xác định bằng một điểm (xạ, Yo, Zo) trén trục cua
nó, một vectơ (a, b, c) nằm dọc theo trục và bán kính r của hình trụ Phương trình tham số của hình trụ như sau:
c=l
Khoảng cách từ một điểm (x¡, y¡, z) đến hình trụ:
Trong đó:
Ja tb +c
Trong đó: r; là khoảng cách từ điểm thứ ¡ đến trục hình trụ
Cần cực tiểu hóa bình phương khoảng cách r; từ một điểm đo đến
hình trụ
4.4.3 Xap xi tap hop điểm bằng đường xoắn ốc theo phương pháp bình phương tôi thiểu
Khoảng cách bình phương tối thiểu từ các dữ liệu đường xoắn ốc xấp xỉ đến điểm dữ liệu được tính bằng biểu thức (với d" khoảng
cách từ điểm x; đến đường xoắn Ốc):
%
ñ32
rmsd" = [ow tieu cua a) (4.22)
Cân cực tiêu hóa hàm nói trên, từ đó xác định được bước đường
xoăn ôc và đường kính hình trụ
Trang 9_|7-
Hình 4 11: Duong xoan 6c tru
c1
eo
~
cơ
= =,
x Jđ;
Hinh 4 12: Khai trién tru chia/tru dinh rang
4.5 Phương pháp đo và kiểm tra thông số bánh răng
4.3.1 Đo đường kính vòng đỉnh, vòng chan rang và xác định độ
dao hwong tam trên hình trụ đỉnh
4.5.1.1 Các thông số của bánh răng trụ răng thăng
Modun m = 3,25mm
S6 rang Z = 10 rang
Duong kinh vong chia: d = m.Z = 32,5000 mm
Duong kinh vong dinh: d, = m(Z+2) = 39,0000 mm
Duong kinh vong chan: ds= m(Z-2,5m) = 24,3700 mm
Bước răng trên vòng chia: p = 7m = 10,2103 mm
-_18-
4.5.1.2 Các bước thực hiện đo đạc
Dựng hình chi tiết bánh răng, lập trình đo, mô phỏng quá trình
đo, kết xuất file APT, thiết lập hệ tọa gốc cho chi tiết đo, tiên hành
chạy chương trình đo hình trụ đỉnh và hình trụ chân của bánh răng
Hình 4 I3: Mô phỏng láp trình do đường kính vòng dinh su dụng
moddun Pro/CMM
Hình 4 14 Thực hiện đo thông số bánh răng trụ rang thang bang máy do ba chiêu Mitutoyo BEYOND CRYSTAL 544
Trang 10- J0 -
4.5.1.3 Kết quả tái tạo vòng tròn đỉnh răng và chân răng
Phần mềm COSMOS hỗ trợ tái tạo đường tròn đỉnh và đường
tròn chân, Hình 4.15 trình bày kết quả tái tạo vòng tròn đỉnh răng
trên máy đo ba chiều CMM nho phan mém COSMOS
Settings Element Machine Tolerance Probe Co-or.sys Output Calculate Program Window Help
1Í Ol®lal z|<
‹
El
ở
|
i
Fale oR a ws i =
2 )
2
IB esa
Hình 4 15.Kết quả tái tạo vòng tròn đỉnh răng và vòng chân răng
trên máy do ba chiéu Mitutoyo Két qua do tinh duoc trén phan mém COSMOS nhu sau:
- Đường kính vòng chân: d;= 25.531 mm
- Đường kính vòng đỉnh: d; = 38.920 mm
- Độ đảo của vòng đỉnh răng so với đường tâm trục: 0,046mm
4.5.2 Đo và xác định bước răng trên vòng chia của bánh răng trụ
răng thăng
4.5.2.I Các bước thực hiện đo đạc
Dựng hình chi tiết bánh răng trên phần mềm Pro/Engineer, lập
trình đo trên modun Pro/CMM của Pro/Engineer, mô phỏng quá trình
đo, kết xuất file, thiết lập hệ tọa gốc cho chi tiết đo, tiến hành chạy
chương trình đo đạc
-20-
Hình 4 l6 Mô phỏng lập trình đo bước phải răng 4.5.2.2 Phương pháp xác định bước răng từ tập hợp các điểm đo
Phần mềm COSMOS cũng hỗ trợ phép dựng hình tái tạo hình trụ
từ tập hợp các điểm đo, từ đó có thể xác định được bán kình hình trụ
chia Tiến hành tính toán góc chắn cung bởi hai điểm đo trên hai biên dạng cùng phía của hai răng kể nhau, ta suy được bước răng trên vòng chia So sánh với bước răng lý thuyết, ta suy được sai số bước răng trén vong chia
4.5.2.3 Kết quả tính toán bước răng
SAI SỐ GIỮA BƯỚC RĂNG ĐO ĐƯỢC SO VỚI
0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04
0
Số thứ tự bước răng
Hình 4.17 Sai số bước răng trên vòng chia 4.5.3 Kiểm tra sai số biên dạng răng (bánh răng trụ răng thang)
4.5.3.1 Cac bước thực hiện đo đạc
