Đề tài Nghiên cứu bù off-Line sai số tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục VMC– 85S

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU

Chương I SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ 12

1.1 GIA CÔNG TRÊN CÁC MÁY CNC

Độ chính xác gia công

1.2 Các nguồn gây sai số 14

1.2.1 Sai số hình học 15

1.2.2 Sai số do vít me 17

1.2.3 Sai số do sống trượt 17

1.2.4 Sai số do ổ đỡ 18

1.2.5 Sai số do nhiệt 18

1.2.6 Sai số do rung động tự do 20

1.2.7 Sai số do tải tĩnh và động 20

1.2.8 Sai số do hệ thống điều khiển truyền động servo 20

1.2.9 Sai số do sự hình thành đường chạy dao trong CAM và máy 22

CNC

1.3 Nguyên lý bù sai số trên các máy CNC 23

1.3.1 Mô hình bù 23

1.3.1.1 Thêm modul phần mềm 24

1.3.1.2 Biến đổi các thông số điều khiển 24

1.3.1.3 Biến đổi Post processor (PP) 25

1.3.1.4 Biến đổi chương trình NC 25

1.3.2 Bù sai số với các bộ điều khiển 26

1.3.2.1 Thêm modul phần mềm mới 26

1.3.2.2 Cài đặt bộ điều khiển phần cứng độc lập 27

1.4 Giới thiệu một vài nghiên cứu bù sai số ở trong nước và trên 27

thế giới

1.4.1 Các công trình ở trong nước 27

1.4.2 Các công trình bù sai số tổng hợp của các tác giả nước ngoài 28

1.5 Kết luận chương I 29

Chương II

QUY TRÌNH BÙ SAI SỐ CHO MÁY VMC - 85S 30

2.1 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 30

2.1.1 Trung tâm gia công VMC-85S 30

2.1.2 Máy đo tọa độ 3 chiều CMM – C544 32

2.1.2.1 Cấu hình cơ bản của máy 32

2.1.2.2 Tính năng kỹ thuật cơ bản 33

2.1.3 Phần mềm thiết kế CAD/CAM 46

2.1.3.1 Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD 46

2.1.3.2 Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính CAM 46

2.2 Phần mềm Mastercam 47

2.2.1 Giao diện 48

2.2.2 Các dạng gia công cơ bản trên module phay 49

2.2.3 Quá trình phay 49

2.3 Kết luận chương II 51

Chương III XÁC ĐỊNH SAI SỐ VÀ BÙ SAI SỐ TỔNG HỢP 53

3.1 Xác định sai số tổng hợp 53

3.1.1 Thực nghiệm gia công trên máy VMC-85S 53

3.1.1.1 Biên dạng và kích thước gia công 53

3.1.1.2 Lập trình nguyên công 54

3.1.1.3 Chuyển chương trình sang máy CNC 60

3.1.1.4 Điều chỉnh máy 60

3.1.1.5 Gia công cắt gọt 60

3.1.2 Đo sai số gia công trên máy CMM C544 61

3.1.2.1 Gá đặt chi tiết 61

3.1.2.2 Khởi động và kiểm tra hệ thống 62

3.1.2.3 Chọn đầu đo 62

3.1.2.4 Hiệu chuẩn đầu đo 62

3.1.2.5 Xác lập hệ toạ độ của chương trình đo 63

3.1.2.6 Tiến hành đo và kết quả 63

3.1.2.7 Xác định kích thước thực của chi tiết và sai số tổng hợp 64

3.2 Bù sai số tổng hợp trên phần mềm CAD/CAM 69

3.2.1 Cơ sở lý thuyết 69

3.2.2 Bù sai số 69

3.3 Kết luận chương III 74

Chương IV BÙ SAI SỐ KHI PHAY BIÊN DẠNG 75

4.1 Chi tiết gia công 75

4.2 Tạo mô hình CAD và thiết lập các thông số công nghệ trên 75

Mastercam

4.3 Bù sai số 78

4.4 Gia công chi tiết theo biên dạng đã được bù 79

4.5 Kiểm tra sai số 80

4.6 Kết luận chương IV 81

Chương V KẾT LUẬN 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

 

doc88 trang | Chia sẻ: lethao | Ngày: 08/01/2013 | Lượt xem: 2286 | Lượt tải: 14download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Nghiên cứu bù off-Line sai số tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục VMC– 85S, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH:CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU BÙ OFF-LINE SAI SỐ TỔNG HỢP TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG 3 TRỤC VMC-85S Học viên: Lê Thị Thu Thủy Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe Thái Nguyên 2009 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ∗∗∗ oOo LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU BÙ OFF-LINE SAI SỐ TỔNG HỢP TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG 3 TRỤC VMC-85S Học viên: Lê Thị Thu Thủy Lớp: CH-K9 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN MỤC LỤC  PHẦN MỞ ĐẦU  Trang 10   Chương I  SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ  12   1.1  GIA CÔNG TRÊN CÁC MÁY CNC Độ chính xác gia công  12   1.2  Các nguồn gây sai số  14   1.2.1  Sai số hình học  15   1.2.2  Sai số do vít me  17   1.2.3  Sai số do sống trượt  17   1.2.4  Sai số do ổ đỡ  18   1.2.5  Sai số do nhiệt  18   1.2.6  Sai số do rung động tự do  20   1.2.7  Sai số do tải tĩnh và động  20   1.2.8  Sai số do hệ thống điều khiển truyền động servo  20   1.2.9  Sai số do sự hình thành đường chạy dao trong CAM và máy  22    CNC    1.3  Nguyên lý bù sai số trên các máy CNC  23   1.3.1  Mô hình bù  23   1.3.1.1  Thêm modul phần mềm  24   1.3.1.2  Biến đổi các thông số điều khiển  24   1.3.1.3  Biến đổi Post processor (PP)  25   1.3.1.4  Biến đổi chương trình NC  25   1.3.2  Bù sai số với các bộ điều khiển  26   1.3.2.1  Thêm modul phần mềm mới  26   1.3.2.2  Cài đặt bộ điều khiển phần cứng độc lập  27   1.4  Giới thiệu một vài nghiên cứu bù sai số ở trong nước và trên  27    thế giới    1.4.1  Các công trình ở trong nước  27   1.4.2  Các công trình bù sai số tổng hợp của các tác giả nước ngoài  28   1.5  Kết luận chương I  29   Chương II  QUY TRÌNH BÙ SAI SỐ CHO MÁY VMC - 85S  30   2.1 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 30   2.1.1 Trung tâm gia công VMC-85S 30   2.1.2 Máy đo tọa độ 3 chiều CMM – C544 32   2.1.2.1 Cấu hình cơ bản của máy 32   2.1.2.2 Tính năng kỹ thuật cơ bản 33   2.1.3 Phần mềm thiết kế CAD/CAM 46   2.1.3.1 Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD 46   2.1.3.2 Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính CAM 46   2.2 Phần mềm Mastercam 47   2.2.1 Giao diện 48   2.2.2 Các dạng gia công cơ bản trên module phay 49   2.2.3 Quá trình phay 49   2.3 Kết luận chương II 51   Chương III XÁC ĐỊNH SAI SỐ VÀ BÙ SAI SỐ TỔNG HỢP 53   3.1 Xác định sai số tổng hợp 53   3.1.1 Thực nghiệm gia công trên máy VMC-85S 53   3.1.1.1 Biên dạng và kích thước gia công 53   3.1.1.2 Lập trình nguyên công 54   3.1.1.3 Chuyển chương trình sang máy CNC 60   3.1.1.4 Điều chỉnh máy 60   3.1.1.5 Gia công cắt gọt 60   3.1.2 Đo sai số gia công trên máy CMM C544 61   3.1.2.1 Gá đặt chi tiết 61   3.1.2.2 Khởi động và kiểm tra hệ thống 62   3.1.2.3 Chọn đầu đo 62   3.1.2.4 Hiệu chuẩn đầu đo 62   3.1.2.5 Xác lập hệ toạ độ của chương trình đo 63   3.1.2.6 Tiến hành đo và kết quả 63   3.1.2.7 Xác định kích thước thực của chi tiết và sai số tổng hợp 64   3.2 Bù sai số tổng hợp trên phần mềm CAD/CAM 69   3.2.1 Cơ sở lý thuyết 69 3.2.2 Bù sai số 69 3.3 Kết luận chương III 74 Chương IV BÙ SAI SỐ KHI PHAY BIÊN DẠNG 75 4.1 Chi tiết gia công 75 4.2 Tạo mô hình CAD và thiết lập các thông số công nghệ trên 75 Mastercam 4.3 Bù sai số 78 4.4 Gia công chi tiết theo biên dạng đã được bù 79 4.5 Kiểm tra sai số 80 4.6 Kết luận chương IV 81 Chương V KẾT LUẬN 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 CÁC TỪ VIẾT TẮT của máy tính máy tính tính ữu hạn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ  Trang   Hình 1.1  Phân loại độ chính xác gia công  12   Hình 1.2  Các sai số thành phần trên máy công cụ  15   Hình 1.3  Sai số độ không vuông góc giữa từng đôi trục  16   Hình 1.4  Hệ thống phản hồi của máy công cụ  21   Hình 1.5  Phần lồi/lõm – Các điểm CC và CL  22   Hình 1.6  Hệ thống bù sai số của máy công cụ  24   Hình 1.7  Các thành phần của Post Processor  25   Hình 1.8  Các thành phần của bộ biến đổi chương trình NC  26   Hình 2.1  Sơ đồ quá trình bù sai số  30   Hình 2.2  Trung tâm gia công 3 trục VMC-85S  32   Hình 2.3  Máy CMM C544  33   Hình 3.1  Đường chạy dao gia công rãnh  53   Hình 3.2  Biên dạng gia công rãnh  54   Hình 3.3  Thiết kế biên dạng rãnh trên MasterCam  54   Hình 3.4  Khai báo phôi, vật liệu phôi, hệ điều khiển  55   Hình 3.5  Khai báo dao và chế độ cắt.  56   Hình 3.6  Các thông số về biên dạng  57   Hình 3.7  Cửa sổ hiển thị quá trình công nghệ  57   Hình 3.8  Mô phỏng đường chạy dao.  58   Hình 3.9  Mô phỏng quá trình gia công  58   Hình 3.10  Post processing.  59   Hình 3.11  Chương trình NC.  59   Hình 3.12  Giao diện DNC  60   Hình 3.13  Sản phẩm gia công trước khi bù sai số  61   Hình 3.14  Đo mẫu gia công.  61   Hình 3.15  Phần mềm GEOPAK  62   Hình 3.16  Đo điểm  63   Hình 3.17  Kết quả đo  64   được bù sai số DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1 Kết quả đo trước khi bù sai số theo phương X 66 Bảng 3.2 Kết quả đo trước khi bù sai số theo phương Y 68 Bảng 3.3 Kết quả đo sau khi bù sai số theo phương X 71 Bảng 3.4 Kết quả đo sau khi bù sai số theo phương Y 72 Bảng 4.1 Kết quả đo sai số gia công chi tiết ứng dụng 80 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong Luận văn là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè. Ngoài phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và chưa được công bố trong bất cứ công trình nào khác. Thái Nguyên, ngày 2 tháng 5 năm 2009 Người thực hiện Lê Thị Thu Thủy LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, mức độ tự động hoá quy trình sản xuất và đặc biệt là độ chính xác kích thước, hình dáng hình học của sản phẩm. Để nâng cao được độ chính xác của các máy CNC nói chung, máy phay CNC nói riêng, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, tác giả đã thực hiện đề tài:“Nghiên c ứu bù off-line sai s ố tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục VMC– 85S” . Trong thời gian thực hiện đề tài, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất lớn của nhà trường, các Khoa, các Phòng, Ban chức năng, các thầy cô giáo và các đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, khoa Sau đại học, các giảng viên đã tạo điều kiện cho người viết hoàn thành luận văn này. Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tận tình hướng dẫn trong quá trình người viết thực hiện Luận văn này. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Trung tâm thực nghiệm và các đồng nghiệp thuộc Trung tâm đã giúp đỡ và tạo điều kiện về máy móc, thiết bị để tác giả có thể hoàn thành các thí nghiệm thực nghiệm trong điều kiện tốt nhất. Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ, kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn Luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để Luận văn được hoàn thiện hơn và có ý nghĩa trong thực tiễn. Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 2 tháng 5 năm 2009. Người thực hiện Lê Thị Thu Thủy 1. Tính cấp thiết của đề tài PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, mức độ tự động hoá sản xuất và đặc biệt là độ chính xác gia công về hình dáng hình học. Vì vậ y, công nghệ gia công trên các máy vạn năng khó đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao này và do đó sự cạnh tranh các sản phẩm của chúng trên thị trường bị hạn chế. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển và nghiên cứu đưa công nghệ mới vào sản xuất nhằm nâng cao độ chính xác hình dáng hình học, nâng cao chất lượng sản phẩm. Xuất phát từ thực tế trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã có trung tâm gia công VMC - 85S, máy đo toạ độ 3 chiều CMM. Để nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng của các hệ thống thiết bị kỹ thuật này vào chương trình đào tạo đại học, sau đại học, nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ và khai thác ứng dụng vào quá trình sản xuất, gia công các sản phẩm có độ phức tạp và độ chính xác gia công cao, tác giả đề xuất hướng nghiên cứu sau đây: “Nghiên cứu bù off-line sai s ố tổng hợp trên trung tâm gia công 3 tr ục VMC– 85S” . 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2.1. Ý nghĩa khoa học Việc gia công các chi tiết hình dáng hình học phức tạp với độ chính xác cao thường được áp dụng nhiều trên các trung tâm gia công. Tuy nhiên 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 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. 2.2. 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 85S; - Nghiên cứu và khai thác tính năng công nghệ của trung tâm gia công VMC – -Ứng dụng công nghệ đo CMM – Scanning để kiểm tra độ chính xác gia công; - Nâng cao độ chính xác kích thước của sản phẩm gia công; - Phục vụ cho chương trình đào tạo, nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ của nhà trường; - Ứng dụng vào thực tế sản xuất công nghiệp. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, nhưng chủ yếu là thực nghiệm . * Đối tượng nghiên cứu: Chọn một số mẫu sản phẩm nhất định để tiến hành gia công và đề ra phương pháp bù sai số. * Thiết bị thực nghiệm: + Máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544 - Tại trường ĐHKTCN; + Trung tâm gia công VMC - 85S - Tại trường ĐHKTCN; + Các phần mềm đo, xử lý dữ liệu, thiết kế CAD /CAM. 5. Nội dung nghiên cứu + Chương 1: Sai số gia công và các nguyên lý bù sai số gia công trên các máy CNC.  + Chương 2: Quy trình bù sai số cho máy VMC-85S. + Chương 3: Xác định sai số và bù sai số tổng hợp. + Chương 4: Bù sai số khi phay biên dạng. + Chương 5: Kết luận. Chương I: SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ GIA CÔNG TRÊN CÁC MÁY CNC 1.1. Độ chính xác gia công Kỹ thuật ngày nay đòi hỏi máy móc, thiết bị phải gọn, đẹp, làm việc chính xác, độ tin cậy cao. Muốn vậy từng chi tiết máy phải có kết cấu hợp lý, độ chính xác và độ bóng bề mặt phù hợp với yêu cầu làm việc, tính chất cơ lý của bề mặt. Độ chính xác của một chi tiết máy hay một cơ cấu máy là do người thiết kế quy định trên cơ sở yêu cầu làm việc của máy như độ chính xác, độ ổn định, độ bền lâu, năng suất làm việc, mức độ điều khiển, độ phức tạp, an toàn tuyệt đối khi làm việc.v.v..Tuy nhiên, người trực tiếp chế tạo sẽ là người quyết định cuối cùng độ chính xác đạt được của chi tiết. Độ chính xác gia công của một chi tiết máy là mức độ giống nhau về hình học, tính chất cơ lý bề mặt của chi tiết gia công so với chi tiết lý tưởng trên bản vẽ thiết kế. Nói chung, độ chính xác của chi tiết gia công là chỉ tiêu khó đạt nhất và tốn kém nhất trong quá trình thiết kế cũng như trong quá trình chế tạo. Trong thực tế không thể chế tạo được chi tiết tuyệt đối chính xác, nghĩa là hoàn toàn phù hợp về hình học, kích thước cũng như tính chất cơ lý với các giá trị lý tưởng. Vì vậy dùng giá trị sai lệch của nó để đánh giá độ chính xác gia công của chi tiết máy, giá trị sai lệch đó càng lớn thì độ chính xác gia công càng thấp. Độ chính xác gia công bao gồm các khái niệm sau: - Độ chính xác của một chi tiết; - Độ chính xác của cụm chi tiết. - 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 lý tưởng cần có và được thể hiện bằng dung sai của kích thước đó. Độ chính xác gia công Độ chính xác của chi tiết Độ chính xác của cụm chi tiết Sai lệch kích thước Sai lệch vị trí tương quan Sai số tổng Sai   Sai số   Sai số hình   Độ  Độ  Tính   Sai  Sai   số   vị trí   dạng hình   sóng  nhám  chất cơ   số hệ  số   kích   tương   học    bề  lý lớp   thống  ngẫu   thước   quan      mặt  bề mặt    nhiên   Hình 1.1: Phân loại độ chính xác gia công - Độ chính xác về vị trí tương quan giữa hai bề mặt thực chất là sự xoay đi một góc nào đó của bề mặt này so với bề mặt kia. Vì chi tiết là một vật rắn nên độ chính xác xoay của bề mặt này so với bề mặt kia được quan sát theo hai mặt phẳng toạ độ vuông góc nhau. Như vậy, độ chính xác vị trí tương quan được đánh giá theo sai số về góc yêu cầu giữa vị trí bề mặt này với bề mặt kia trong hai mặt phẳng toạ độ vuông góc với nhau. Độ chính xác vị trí tương quan thường được ghi thành một điều kiện kỹ thuật 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 dáng hình học lý tưởng. Ví dụ như chi tiết hình trụ thì độ chính xác hình dạng hình học là độ côn, độ ôvan, độ đa cạnh .v.v.. - Độ sóng: Là chu kỳ không phẳng của bề mặt chi tiết 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 và Rz. Đây là sai số của bề mặt thực quan sá t trong một miền xác định. - Tính chất lớp cơ lý lớp bề mặt của chi tiết gia công: Là một trong những chỉ tiêu quan trọng của độ chính xác gia công, nó ảnh hưởng lớn đến điều kiện làm việc của chi tiết máy nhất là các chi tiết chính xác và các chi tiết làm việc trong những điều kiện đặc biệt. Khi xem xét độ chính xác gia công của một cụm chi tiết, ngoài những yếu tố cần xem xét cho một chi tiết cần phải kể đền những yếu tố khác nhằm đảm bảo sai số tổng hợp xuất hiện trên một chi tiết bất kì trong nhóm đều nhỏ hơn sai số cho phép. Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện xác định mặc dù những nguyên nhân sinh ra từng sai số nói trên của mỗi chi tiết là giống nhau nhưng xuất hiện giá trị sai số tổng ở từng chi tiết lại khác nhau. Sở dĩ có hiện t ượng như vậy là do tính chất khác nhau của các sai số thành phần. 1.2. Các nguồn gây sai số Có rất nhiều nguồn sai số tác động đến vị trí thực của dụng cụ cắt. Trong các nhân tố 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 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 điều khiển 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 trên máy công cụ. Nói chung, máy CNC có các nguồn gây ra sai số sau đây: - Sai số hình học của các chi tiết và kết cấu máy; - Sai số do giãn nở nhiệt; - Ma sát trong hệ thống dẫn động; - Sai số do lực cắt; - Hệ thống điều khiển servo; - Dao động ngẫu nhiên; - Sai số do sự hình thành đường chạy dao trong CAM và máy CNC; Ngoài ra còn có các nguồn sai số như: - Sai số do biến dạng đàn hồi; - Sai số chạy không; - Sai số vị trí đồ gá; - Sai số do mòn dao… 1.2.1. Sai số hình học Sai số hình học được coi là sai số của máy tồn tại trong điều kiện nguội và sai số này không thay đổi theo thời gian (chúng có tính lặp lại ổn định). 75% sai số ban đầu của một máy công cụ mới xuất hiện do quá trình sản xuất và lắp ráp . Sai số hình học là sai số trục và sai số độ nghiêng, độ lắc và sai số hướng tâm. Đối với máy phay 3 trục, có 21 thành phần sai số. Mô hình sai số hình học được xác định bằng việc sử dụng mô hình vật cứng, lấy gần đúng góc nhỏ của sai số và phép biến đổi thuần nhất. Mô hình sai số hình học của K.G Ahn, Cho [9] được ứng dụng như sau:   Hình 1.2: Các sai số thành phần trên máy công cụ.  Hình 1.3: Sai số độ không vuông góc giữa từng đôi trục. Trong đó: + x, y, z là toạ độ của điểm khảo sát trong hệ Oxyz; + δxx, δyy, δzz là các sai số vị trí dọc trục theo phương chuyển động; + δyx, δzx, δxy, δzy, δxz, δyz là các sai ốs phương chuyển động X, Y và Z; dọc trục theo phương vuông góc với + 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 và 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 các chi tiết của máy. Các sai số này bao gồm sai số chiều dài, sai số góc, sai số độ thẳng, sai số vuông góc, song song và sai số vị trí điểm không. Thỉnh thoảng sự va chạm cũng làm hỏng phôi và thay đổi các thành phần hình học và chi tiết dẫn động của máy. Các loại sai số này thay đổi chậm theo thời gian, tức là máy lặp 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 của máy có liên quan đến sai số quay quanh trục x, y và z. Mặc dù các sai số góc rất nhỏ, sự khuyếch đại sai số này tại đầu dụng cụ là đáng kể. Sai số này không thể được đo một cách trực tiếp nhưng bằng tín hiệu liên hệ ngược chúng ta có thể tính được sai số này. Sự cố định các sai số này rất khó. Nhưng với phép tính toán học và sự đo lường của máy, chúng ta có thể điều khiển máy để hiệu chỉnh định vị đầu dụng cụ. 1.2.2. Sai số do vít me Cơ cấu chuyển động quay của động cơ servo được chuyển thành chuyể n động tịnh tiến bằng vít me bi. Thông thường vít me đai ốc có ma sát lớn hơn so với vít me bi. Vít me bi có đường xoắn vít, đai ốc và một số viên bi lăn giữa vít và đai ốc. Khi vít me quay, các viên bi truềyn chuyển động dọc trục tới gối đỡ. Nếu cần hệ thống độ cứng vững cao hay không có độ rơ, cần phải đặt lực trước vào hệ thống vít me theo phương pháp dự ứng lực. Sai số động học trong cơ cấu đo đường dịch chuyển xuất phát chủ yếu 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 tới 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. 1.2.3. Sai số do sống trượt 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, 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, ma sát trượt lớn và luôn luôn xuất hiện sai số do dính trượt. Sai số còn xuất hiện trong quá trình chế tạo sống dẫn hướng và sai số 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 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, tác động củ a nhiệt là đáng kể. Các nguồn sai số chính gây ra 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 do sự chênh lệch nhiệt độ. 1.2.4. Sai số do ổ đỡ Các loại phản ứng khác nhau có thể dự đoán được phụ thuộc vào việc vít me bi có thể giãn ra dễ dàng hay không. Phần lớn máy CNC sử dụng 3 sơ đồ bố trí ổ bi khác nhau để đỡ trục vít me. Có các ổ cố định tại một đầu và vít me giãn ra dễ dàng theo sự thay đổi của nhiệt độ. Ổ cố định hai đầu trục vít me làm cho trục vít me bị uốn khi nhiệt độ tăng. Loại thứ ba có một đầu cố định và đầu kia được đặt tải từ trước. Loại ổ đỡ này làm việc giống như loại ổ đỡ cố định hai đầu ở phạm vi lực nhất định và ngoài khoảng này nó làm việc như loại một đầu cố định và một đầu trượt. Các nguồn sai số liên quan đến ổ đỡ do góc nghiêng của ở vành ổ, sự đồng tâm của trục động cơ servo với các phần lắp ghép. 1.2.5. Sai số do nhiệt Một máy công cụ thường hoạt động ở trạng thái không ổn định về nhiệt do nhiệt xuất hiện từ nhiều nguồn. Mọi thay đổi về sự phân bố nhiệt độ 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 như 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. Các nguồn nhiệt bên ngoài bao gồm bức xạ nhiệt, ánh nắng 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; - Bơm và động cơ; - Sống dẫn hướng và vít me bi; - Quá trình cắt và tạo phoi; - Nguồn nhiệt từ bên ngoài. Các tác động của các nguồn nhiệt này ảnh hưởng đến sai lệch vị trí, độ thẳng và sai lệch góc. * Giảm sai số do nhiệt trong quá trình thiết kế Việc thiết kế cấu trúc để cải tiến chế độ nhiệt của máy công cụ thực hiện theo các hướng sau: - Giảm các nguồn sinh nhiệt và tác động của nhiệt đến máy: Gắn động cơ và hộp tốc độ bên ngoài máy; - Phân tán nhiệt do mát sát tại ổ đỡ và thiết bị dẫn động; - Xem xét khả năng biến dạng nhiệt giữa dụng cụ và phôi để giảm thiểu sai số này khi thiết kế máy. * Giảm sai số nhiệt trong quá trình sử dụng Sai số vị trí do sự giãn nở nhiệt của vít me bi là yếu tố đầu tiên cần phải làm giảm đi. Phần lớn lực ma sát trong hệ dẫn động được tạo thành bởi vít me bi. Kết quả này là do động học phức tạp của cơ cấu vít me bi.. Các loại khác trong chế độ nhiệt phụ thuộc khớp cầu có giãn nở tự do hay không. Để giảm sự ảnh hưởng của nhiệt độ có hai phương pháp bù đã được đề x uất [10]: Làm mát vít me bi và bù ằbng phần mềm. Việc làm mát vít me bi có sự bất lợi liên quan tới vấn đề kín khít. Sự nghiên cứu đang được thực hiện để bù sự biến dạng nhiệt với sự hỗ trợ của các mô hình phân tích, các mạng nơron và các phương pháp thực nghiệm. Để bù sự giãn nở của khớp nối cầu, sự phân bố nhiệt của nó phải được biết và phụ thuộc vào sơ đồ cắt. Trực tiếp đo nhiệt của vít me quay rất khó. Tuy nhiên, sự giãn nở nhiệt của dụng cụ có thể được tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). Bằng sự tính toán nhiệt phân bố trong vít me, chúng ta có thể bù được sai số bằng phần mềm. 1.2.6. Sai số do rung động tự do Tải tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công gây nên biến dạng tạo ra sai số hình học của chi tiết trong quá trình gia công. Độ cứng vững của máy cắt kim loại không hợp lý sẽ gây ra sai số về hình dạng của chi tiết gia công. Đặc tính động không đồng đều sẽ dẫn đến hình thành các rung động, có thể dẫn đến làm xấu chất lượng bề mặt gia công tinh; tăng độ mòn máy, gãy dụng cụ và phá huỷ cả chi tiết gia công và máy. Dưới điều kiện gia công kéo dài, có hai loại rung động xảy ra:

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docNghiên cứu bù off-line sai s ố tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục VMC– 85S.doc