Luận văn Thiết kế, chế tạo thiết bị tự động khoan tâm chi tiết hình trụ trơn

thuật tạo mẫu nhanh ( Rapid Prototyping) và công nghệ Nano đã cho phép thực hiện tự động hóa hoàn toàn không chỉ trong sản xuất hàng khối mà cả trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc. Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy làm xuất hiện một loạt các thiết bị và hệ thống tự động hóa hoàn toàn mới như các loại máy điều khiển số, các trung tâm gia công các hệ thống điều khiển theo chương trình logic PLC , các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS , các hệ thống sản xuất tích hợp CIM cho phép chuyển đổi nhanh sản phẩm gia công với thời gian chuẩn bị sản xuất ít nhất, rút ngắn chu kỳ sản xuất sản phẩm, đáp ứng tốt tính thay đổi nhanh của sản xuất hiện đại. Trong thế kỷ 21 trên cơ sở liên kết một số công nghệ hiện đại đã khẳng định nền sản xuất trí tuệ. Để có thể tiếp cận và ứng dụng dạng sản xuất tiến tiến này, chúng ta phải bắt đầu nghiên cứu, học hỏi và chuẩn bị cơ sở vật chất theo hướng phát triển sản xuất trí tuệ là cần thiết. 1.2. Hệ thống sản xuất công nghiệp và tự động hóa: 1.2.1. Mục tiêu của tự động hóa sản xuất: Mục tiêu của một hệ thống tự động hóa sản xuất công nghiệp là mang lại một giá trị tăng thêm cho nguyên liệu, cho bán thành phẩm hoặc cho một tổ hợp thành phẩm .... tạo ra những sản phẩm có giá trị cao hơn. Nền sản xuất công nghiệp được tự động hóa ngày càng nhiều như: - Tự động hóa những thao tác trước kia hoàn toàn thủ công ví dụ như lắp ráp, kiểm tra, đo lường v.v .... - Tự động hóa ở mức cao hơn, đầy đủ hơn các thao tác trước đây đã được tự động hóa từng phần ít hoặc nhiều như: chuyển máy bán tự động sang tự động hoàn toàn, chuyển máy tự động cứng sang máy tự động linh hoạt. Sự chuyển đổi từ sản phẩm này sang sản phẩm khác được thực hiện một cách nhanh chóng vá thuận lợi không phải thay thế phần cứng của máy. Có thể nói việc tự động hóa nhằm vào mục tiêu đa dạng sau: - Tìm kiếm những giá thành sản xuất thấp hơn bằng cách: giảm số lượng công nhân, giảm tiêu hao vật tư, năng lượng v.v.... - Loại bỏ cho con người những công việc nặng nhọc, nguy hiểm độc hại và cải thiện điều kiện làm việc. - Chất lượng sản phẩm tốt hơn bằng cách đưa vào dây chuyền sản xuất những thao tác mà chỉ có tự động hóa mới thực hiện được trên bình diện công nghiệp. - Chất lượng sản phẩm đồng đều hơn, ổn định hơn do loại bỏ yếu tố con người như: ngẫu nhiên, đãng trí, tình trạng sức khỏe v.v... - Thực hiện những thao tác mà con người không thể làm được dù bằng thủ công hay trí óc như: chế tạo hay lắp ráp những bộ phận cực nhỏ, những thao tác cực nhanh, phối hợp phức tạp các động tác v.v... 1.2.2. Hệ thống sản xuất công nghiệp: Để một hệ thống sản xuất hoạt động cần phải cung cấp cho nó nguồn nguyên liệu chính, phôi, bán thành phẩm cùng các nguyên liệu phụ cần thiết. Đồng thời phải cung cấp nguồn năng lượng ( Điện, khí nén, chất đốt . . .) cùng với nước sạch, chất bôi trơn v.v... ngoài ra hệ thống sản xuất còn thải ra các phế liệu, các chất cặn bã, nước bẩn v.v... Như vậy một hệ thống sản xuất công nghiệp thông thường gồm các bộ phận sau: - Bộ phận khai thác, vận hành, phải có mặt thường xuyên bên máy trong thời gian máy hoạt động và can thiệp nhiều hay ít tùy thuộc vào trình độ tự động của hệ thống sản xuất như: giám sát các máy tự động, nạp liệu, phôi, kiểm tra và tháo dỡ sản phẩm đối với các máy bán tự động và tham gia vào sản xuất đối với các máy không tự động. - Bộ phận hiệu chỉnh làm những thao tác điều chỉnh để đạt được chất lượng vận hành theo yêu cầu vào lúc khởi đầu một đợt sản xuất, nhất là lúc bắt đầu một loạt sản phẩm mới. - Bộ phận bảo dưỡng định kỳ, sửa chữa cơ khí khi có sự cố hỏng hóc, bảo dưỡng dự phòng. 1.3. Cấu trúc của hệ thống tự động: 1.3.1. Cấu trúc hệ thống tự động: Mỗi hệ thống tự động bao gồm hai khối: khối chấp hành và khối điều khiển Khối chấp hành khối điều khiển Đối thoại với người Dẫn động Các quy trình Cảm biến Tiền dẫn động Bộ xử lý Truyền tin Các bộ phận điều khiển khác Nguồn Người Hình 1-1. Sơ đồ khối mô tả cấu trúc của hệ thống tự động 1. Khối chấp hành: gồm có bộ phận động cơ dẫn động, các bộ phận làm việc chế biến vật liệu thành sản phẩm hoặc bán sản phẩm. Khối này gồm có: - Thiết bị gia công: bàn dao, trục chính, mỏ hàn v.v.. - Thiết bị dẫn động: động cơ điện, xylanh thủy lực v.v... 2. Khối điều khiển: chuẩn bị các lệnh từ các thông tin nhận được và phát các lệnh đó cho khối chấp hành, rồi lại từ khối này nhận các tín hiệu trở về để điều phối hiệu chỉnh các hoạt động của nó . Ta có thể mô tả cấu trúc khối của hệ thống tự động như hình 1-1. 1.3.2. Các phần tử cấu thành hệ điều khiển: 1. Hệ thống dẫn động: Để đáp ứng nhu cầu đa dạng của các máy tự động ta có thể sử dụng các loại dẫn động khác nhau. Mỗi loại dẫn động có tiền dẫn động tương ứng, các tiền dẫn động liên kết với các dẫn động điện là các công tắc, nút bấm, bộ điều tốc, cùng các thiết bị bảo hiểm cần thiết. - Dẫn động điện: gồm các loại động cơ điện một chiều và xoay chiều có vận tốc không đổi hoặc thay đổi được, các van điện điều tiết lưu lượng, điện trở gia nhiệt, đầu điện từ, mỏ hàn, mỏ cắt v.v.... Trong điều khiển còn dùng động cơ bước xung điện. - Dẫn động khí nén: kỹ thuật này dùng nguồn khí nén sẵn có trong các nhà máy. Các xylanh khí nén được dùng vào nhiều công việc: gá lắp, xiết chặt, lắp ghép, thay phôi v.v... các van phân phối là các tiền dẫn động tương ứng. Chúng có thể nhận tín hiệu điều khiển bằng khí nén hoặc điện ( van điện). - Dẫn động thủy lực: dùng trong các trường hợp lực lớn hoặc chuyển động chậm cần phải điều chỉnh chính xác, và chỉ dùng khi dẫn động điện và khí nén không thỏa mãn yêu cầu. Các tiền dẫn động là các van phân phối tương ứng hoặc các van điện từ. 2. Các cảm biến: Để theo dõi chuyển động của các dẫn động hoặc kết quả của các động tác, các cảm biến cung cấp những tin tức trở về cần thiết cho việc điều khiển các quá trình. Các cảm biến có thể xác định các vị trí, áp lực, nhiệt độ, ứng suất, kích thước, lực, vận tốc, gia tốc v.v... trong kỹ thuật tự động hóa, cảm biến vị trí được sử dụng nhiều nhất so với nhiều chủng loại cảm biến khác. 3. Bộ phận xử lý: Kỹ thuật xử lý thông tin trong tự động hóa công nghiệp đã đạt được những tiến bộ nhanh chóng trong những năm gần đây. Từ cách xử lý cứng nay đã chuyển sang khả năng chương trình hóa. Việc thay thế hoàn toàn hoặc thay đổi từng phần chương trình điều khiển ( phần mềm) có thể đáp ứng được các nhu cầu về sản xuất linh hoạt mà không phải thay đổi khó khăn, phức tạp và tốn kém của các bộ phận phần cứng. 4. Bộ phận đối thoại người - máy: Cho phép con người can thiệp vào quá trình khai thác, hiệu chỉnh và duy trì bảo quản máy. Đó là các nút bấm, bàn phím, nút xoay, đèn chỉ thị, tín hiệu, hộp nhắn tin v.v... thường được lắp ráp trên bảng điều khiển. chương 2 TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CẤP PHÔI VÀ KIỂM TRA 2.1. Tự động hóa quá trình cấp phôi: Cấp, vận chuyển và lưu giữ phôi tự động phải được giải quyết trên cơ sở của các quá trình gia công cụ thể, chức năng thiết bị và độ chính xác yêu cầu. Quá trình cấp phôi phải được thực hiện kịp thời, tin cậy. Trong thực tế gia công, tồn tại nhiều loại phôi khác nhau như: phôi cuộn, phôi thanh, phôi rời. Theo các số liệu khảo sát thì có đến 70 ¸73 % lượng phôi thuộc nhóm phôi rời. Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển cơ cấu cấp phôi theo đúng chức năng và kỹ thuật là góp phần vào thuận lợi cho quá trình tự động hóa. Trong giới hạn ta đề cập đến quá trình cấp phôi rời. Các phôi rời được phân loại theo số lượng các đường trục và bề mặt đối xứng cùng hình dáng hình học và độ lớn của chúng. Các chi tiết có thể thuộc nhóm tròn xoay, nhóm có bề mặt cong hoặc đa diện. Mỗi nhóm chi tiết đều có các nguyên tắc hình thành cơ cấu cấp phôi và vận chuyển tự động. 2.1.1. Một số cơ cấu cấp phôi kiểu phễu và máng tải (ổ chứa): Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu và máng tải thường thực hiện định hướng sơ bộ phôi bên ngoài, sau đó đưa nó vào vùng gia công. Kết cấu tiêu biểu của một số cơ cấu cấp phôi kiểu phễu và máng tải như hình vẽ 2-1. Phôi đã được định hướng sơ bộ trong phễu chứa và đưa phôi đến máng tải nhờ trọng lượng bản thân. Trên máng tải có bộ phận ngăn phôi và nhả phôi nhằm giữ phôi và nhả phôi theo đúng quá trình làm việc. Để quá trình cấp phôi và phân loại phôi theo đúng yêu cầu, trên thiết bị có đặt các cảm biến nhận biết và đếm sản phẩm điều khiển quá trình cấp phôi và phân loai phôi. Hình 2-1. Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu và máng tải (ổ chứa) Cơ cấu cấp phôi kiểu ổ chứa dựa trên nguyên lý ứng dụng trọng lực. Phôi phải có trọng lượng yêu cầu, đủ để tự dịch chuyển trong máng dẫn, các bề mặt của máng dẫn được gia công cẩn thận, và một số kiểu cấp phôi kiểu này được mô tả như hình 2-2. Hình 2-2. Một số cơ cấu cấp phôi kiểu máng tải Ngoài ra còn có các cơ cấu cấp phôi kiểu phễu ngăn hình 2-3 cho phép định hướng sơ bộ phôi bên ngoài phễu rồi mới đưa vào ngăn. Hình 2-3. Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu ngăn Thể tích phễu được tính theo công thức sau: theo [2] ta có (2-1) Trong đó: Vct : thể tích của một phôi; T: thời gian làm việc liên tục của cơ cấu cấp phôi theo phương pháp cấp một lần cho ban đầu; t: thời gian gia công một chi tiết; Kv : hệ số sử dụng thể tích; Với các chi tiết dạng bi cầu, đai ốc, vòng đệm, phôi hình trụ và côn, hệ số Kv nằm trong khoảng từ 0,5 (với chi tiết có chiều dài l lớn hơn d nhiều lần ) tới 0,65 ( với chi tiết có l < d ). Trong gia công cơ, người ta sử dụng phễu có chiều sâu không lớn hơn kích thước khác của nó. Trong trường hợp này, lực tác động theo phương thẳng đứng lên lớp phôi sẽ không khác nhiều so với trọng lượng của toàn bộ lượng phôi trong phễu. Khi chiều sâu phễu tăng, lực này giảm đáng kể vì phần lớn trọng lượng phôi được thành phễu tiếp nhận. Một trong số cơ cấu chấp hành của cơ cấu cấp phôi kiểu phễu là bộ móc phôi. Bộ móc phôi thường có dạng: móc, vấu, khe hở trên đĩa cấp, ống v.v... số bộ móc phôi và hình dáng của nó phụ thuộc vào năng suất cấp phôi yêu cầu và hình dáng của phôi ban đầu. Năng suất cấp phôi được tính theo công thức, theo [2] ta có: Q = z.n.q.Km (2 -2) Trong đó: z: số bộ móc phôi; n: số vòng quay hoặc số chuyển động khứ hồi trong một đơn vị thời gian; q: số phôi nằm trên một móc đồng thời; Km : hệ số móc phôi; 2.1.2. Cơ cấu cấp phôi rung động: Trong số cơ cấu cấp phôi rời, nhóm cơ cấu cấp phôi rung động có một vị trí rất quan trọng. Dịch chuyển của phôi trong các cơ cấu này nhờ lực quán tính và ma sát xuất hiện khi máng dẫn phôi có chuyển động rung. Dẫn động của các cấp phôi kiểu này có thể là đầu rung điện từ, lệch tâm, khí nén hoặc thủy lực. Thông dụng nhất là các phễu cấp phôi điện từ. Chúng cho phép điều chỉnh vô cấp năng suất cấp phôi . Hình 2-4 (Máng định hướng phôi trong các cơ cấu cấp phôi kiểu rung động). Khi cấp phôi dạng đĩa, vòng, tấm vuông hoặc chữ nhật theo phương pháp cấp một lớp (2-4.a), máng dẫn được chế tạo nghiêng về phía tấm phễu một góc b = 3 ¸50, chiều cao gờ nhỏ hơn chiều cao phôi. Khi h £ d các chi tiết dạng mũ chụp có thể định hướng trên mặt phẳng nhở các rãnh định hình (2-4.b) chỉ cho phép phôi di chuyển bằng mặt đáy phía dưới. Các con lăn có hình dáng khác nhau, các loại ống có d< l được hất vào phễu nhờ các tấm chắn chuyên dùng (2-4.c). Các chi tiết có mũ bậc có thể định hướng nhờ các khe. Hình 2-4. Máng định hướng phôi trong các cơ cấu cấp phôi kiểu rung động thoát ( 2-4.d). Các chi tiết hai bậc có thể định hướng nhờ tấm chắn chuyên dùng, giữ cho phần có đường kính nhỏ quay lên trên( 2-4.e). 2.2. Tổng quan về các phương pháp kiểm tra tự động: Nguyên công kiểm tra chất lượng của chi tiết chiếm một tỷ lệ lớn trong quy trình công nghệ. Trong một số lĩnh vực sản xuất, nguyên công kiểm tra chiếm từ 25 ¸ 50% thời gian của chu kỳ công nghệ ( thời gian thực hiện quy trình công nghệ ). Với mức độ cơ khí hóa và tự động hóa quy trình công nghệ thì các nguyên công kiểm tra ngày càng chiếm một tỷ lệ lớn. Nguyên công kiểm tra có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất và chất lượng của sản phẩm. Kinh nghiệm tự động hóa các nguyên công kiểm tra như các thiết bị kiểm tra tích cực và các máy tự động kiểm tra phân loại góp phần nâng cao chất lượng và năng suất lao động. 2.2.1. Các phương pháp kiểm tra tự động kích thước ngoài: a/ Kiểm tra tự động bằng phương pháp trực tiếp: Kiểm tra tự động đường kính d và chiều dài l của chi tiết bằng các thiết bị khác nhau được mô tả hình 2-5 như sau: 1,2.Chi tiết kiểm tra 3.Calíp 4.Thanh di chuyển 5,6.Công tắc 7.Calíp hình chêm 8.Calíp phẳng 9.Khối V 10.Thanh kiểm tra 11.Tay đòn lắc lư 12.Kéo kiểm tra 13.Chi tiết kiểm tra Hình 2-5. Sơ đồ kiểm tra kích thước ngoài bằng phương pháp tiếp xúc trực tiếp Trên hình 2-5.a calíp 3 dịch chuyển theo hướng tới chi tiết bằng cần kiểm tra 2 hoặc 1 để kiểm tra kích thước lớn nhất và kích thước nhỏ nhất d hoặc l. Thanh 4 di chuyển cùng calíp , nên thanh 4 sẽ tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với các công tắc 5 và 6. Nếu kích thước chi tiết nhỏ hơn kích thước giới hạn nhỏ nhất thì calíp sẽ tụt xuống quá nấc "không qua" và tiếp xúc với công tắc 6 để báo tín hiệu"phế phẩm". Tương tự như vậy hình 2- 5.b là nguyên lý kiểm tra kích thước bằng calíp hình chém. Hình 2- 5.c sơ đồ kiểm tra đường kính hoặc chiều dài của chi tiết nhờ calíp phẳng. Hình 2- 5.d là sơ đồ kiểm tra kích thước của chi tiết hình trụ khi định vị trên khối V. Sơ đồ kiểm tra chi tiết bằng tay đòn 11 chuyển động lắc lư được trình bày trên hình 2-5.e, hình 2- 5.g là sơ đồ kiểm tra kích thước của chi tiết bằng cơ cấu kiểm tra dạng chiếc kéo. Theo những sơ đồ kiểm tra trên thì các bề mặt làm việc của calíp hoặc thanh kiểm tra luôn tiếp xúc với bề mặt chi tiết nên chúng bị mòn nhanh và giảm độ chính xác cũng như độ ổn định của cơ cấu kiểm tra. Để khắc phục tình trạng này có thể dùng cơ cấu kiểm tra tự động không tiếp xúc. b/ Kiểm tra tự động đường kính ngoài bằng phương pháp không tiếp xúc: 1.Mặt tỳ 2.Chi tiết kiểm tra 3.Nguồn sáng 4.Thấu kính 5.Khe hở 6.Tấm ngăn 7.Vật kính 8.Tế bào quang điện 9,13,16.Chi tiết kiểm tra 10.ống dẫn khí nén 11.Màng 12.Công tắc 14.Lõi 15.Cuộn dây 17.Vòng phát 18.Vòng nhận Sơ đồ kiểm tra tự động các đường kính chi tiết bằng phương pháp không tiếp xúc như hình 2-6 áp suất Khe hở Hình 2-6. Sơ đồ kiểm tra tự động đường kính ngoài bằng phương pháp không tiếp xúc Hình 2-6.a là sơ đồ kiểm tra bằng phương pháp tế bào quang điện. Chi tiết cần kiểm tra 2 nằm giữa mặt tỳ 1 và tắm ngăn 6, tạo ra khe hở 5 để cho tia sáng từ nguồn chiếu 3, qua thấu kính 4 đi qua. Tia sáng sau khi qua khe hở được vật kính 7 thu lại để truyền tới tế bào quang điện 8. Khi kích thước chi tiết cần kiểm tra thay đổi thì thay đổi dòng ánh sáng, do đó cường độ dòng điện đi qua tế bào quang điện cũng thay đổi theo tỷ lệ với sự thay đổi của kích thước kiểm tra và tạo ra các tín hiệu tương ứng trên bằng ánh sáng hoặc trên cơ cấu chỉ thị của thiết bị kiểm tra; Sơ đồ hình 2-6.b là sơ đồ kiểm tra bằng khí nén. Ống dẫn khí 10 được đặt gần bề mặt của chi tiết cần kiểm tra 9. Khi kích thước của chi tiết cần kiểm tra thay đổi thì khe hở d và áp lực p cũng thay đổi, do đó màng 11 dịch chuyển lên hoặc xuống để tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với công tắc 12 của đattric điện - khí nén tiếp xúc; Kiểm tra đường kính của chi tiết bằng thép 13, có thể được thực hiện bằng phương pháp cảm ứng hình 2-6.c. Kết cấu của thiết bị gồm cuộn dây 15, lõi 14. Khi kích thước của chi tiết 13 thay đổi thì khe hở giữa lõi 14 và chi tiết 13 thay đổi, do đó cường độ dòng điện đi qua cuộn dây 15 cung thay đổi; Hình 2-6.d là sơ đồ kiểm tra kích thước đường kính ngoài bằng phương pháp siêu âm , nguồn phát siêu âm là vòng phát 17, cơ cấu tiếp nhận là vòng 18, khoảng cách giữa nguồn phát và bề mặt chi tiết cần kiểm tra 16 được đo bằng cách so sánh các sóng phát ra với sóng chuẩn; 2.2.2. Giới thiệu một số sơ đồ nguyên lý kiểm tra tự động: a/ Cơ cấu kiểm tra đường kính của các sản phẩm hình trụ: Sơ đồ mô tả như hình 2-7 Nguyên lý hoạt động: Trục vít 10 (gắn trên động cơ 9) làm quay bánh vít 11, bánh vít này nối cùng với puly 12 ( quay quanh trục bất động A). Puly 8 quay quanh trục bất động B và được dẫn động bằng đai mềm 13. Tay quay 1 nối cứng với puly C, con trượt 14 chạy trong culit f của thanh 3( xoay quanh trục bất động H ). Thanh 3 liên kết với con trượt 15 bằng khớp quay E, con trượt 15 chạy trong culit k của con trượt 2. Sản phẩm cần phân loại 4 từ ổ chứa phôi a theo máng d đi tới bộ thu nhận 7. Khi tay quay 1 quay thì con trượt 2, được dẫn động bằng thanh 3, ép trồi bộ tiếp nhận 7 bằng gờ b, làm cho sản phẩm 4 rơi xuống dưới thanh đo 5 của bộ đo kiểm 6 ( kiểu tiếp xúc điện). Sau khi đo, sản phẩm 4 được con trượt 2 đẩy rơi lên cơ cấu phân loại. Sản phẩm kế tiếp được đòn 16 thả cho rơi xuống bộ tiếp nhận 7. Hình 2-7. Sơ đồ cơ cấu kiểm tra đường kính các sản phẩm hình trụ b/ Cơ cấu kiểm tra và phân loại tự động bi đũa: Sơ đồ mô ta như hình 2-8 Nguyên lý hoạt động: Các chi tiết cần kiểm tra 2 từ thùng chứa 1 quay rơi vào cơ cấu vận chuyển 3, sau đó rơi vào máng 4. Thanh cắt liệu 5 tách từng chi tiết cần đo nhờ lực tác động của chính các chi tiết . chi tiết này được chuyển tới chổ kiểm tra nhờ đĩa 7 . Vị trí kiểm tra được cố định bằng lò xo lá 12. Kiểm tra kích thước của chi tiết được thực hiện bằng thiết bị quang điện 15, thiết bị này được liên kết với cán đo 13 bằng hệ thống tay đòn 14. Từ vị trí kiểm tra chi tiết được đẩy vào một trong những rãnh của đĩa 8 và do đĩa 8 quay nên chi tiết được đưa tới thùng chứa 10, ở phía trên thùng chứa có thanh nam châm điện. Hình 2-8. Sơ đồ kiểm tra phân loại tự động bi đũa chương 3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT SAI SỐ, PHƯƠNG PHÁP ĐO KÍCH THƯỚC THẲNG VÀ CÁCH CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐO TRONG KIỂM TRA TỰ ĐỘNG 3.1. Khái niệm về sai số đo: Độ nhạy, độ chính xác của dụng cụ đo bị giới hạn do giác quan người làm thí nghiệm thiếu nhạy cảm, do đọc lệch hay lơ đễnh, do cẩu thả, do điều kiện của các lần đo không ổn định như sự biến động của nhiệt độ bên ngoài, của áp suất và độ ẩm v.v... vượt quá điều kiện tiêu chuẩn. Do đó không thể đo chính xác tuyệt đối đại lượng cơ học cần đo, nói cách khác kết quả phép đo có sai số. Sự sai khác giữa kết quả đo, nhận được từ giá trị chỉ thị trên máy và dụng cụ đo với giá trị thực của nó gọi là sai số đo. Theo [9] ta có: Dx = x- Q (3-1) Trong đó: Dx : Sai số đo. x: gí trị cần đo. Q: giá trị thực của đại lượng. Khi Dx càng bé, độ chính xác của phép đo càng cao, mức độ gần đúng của kết quả đo với giá trị thực của nó càng cao. 3.1.1. Phân loại sai số: Theo cách thể hiện bằng số có thể chia thành hai loại: - Sai số tuyệt đối Dx: Là hiệu quả giữa giá trị đại lượng đo x và giá trị thực Q. Dx = x- Q - Sai số tương đối e: được tính bằng phần trăm của tỷ số sai số tuyệt đối và giá trị thực. Theo [9] ta có: (3-2) Theo nguồn gây ra sai số có thể chia thành các loại sau: - Sai số phương pháp: là sai số gây ra do sự không hoàn thiện của phương pháp đo. - Sai số thiết bị: là sai số do sự tác động của dụng cụ đo lên đối tượng. Mỗi dụng cụ đo có một độ chính xác nào đó, thiết bị càng hoàn thiện thì sai số của dụng cụ nhỏ nhưng về nguyên tắc điều này chưa khử được sai số của dụng cụ. - Sai số chủ quan: là sai số do người sử dụng gây ra như: mắt kém, đọc lệch số, lơ đễnh, do cẩu thả. - Sai số bên ngoài: gây ra do ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài lên đối tượng đo như biến động của nhiệt độ bên ngoài, do áp suất, độ ẩm vượt quá tiêu chuẩn. Theo quy luật xuất hiện có thể chia thành các loại sau: - Sai số hệ thống: Đây là thành phần sai số của phép đo luôn không đổi hay thay đổi có quy luật khi đo nhiều lần một đại lượng đo . Quy luật thay đổi có thể là một phía( dương hay âm) có chu kỳ hay theo một quy luật phức tạp nào đấy. Sai số hệ thống do một số nguyên nhân mang nhiều vẻ khác nhau. Ví dụ, không điều chỉnh dụng cụ chính xác nên dẫn đến dịch chuyển gốc tính, khi đó tất cả các số liệu thu được lệch đi hoặc một đại lượng thay đổi nào đó nếu thang tỷ lệ của dụng cụ không đều. Việc loại trừ sai số hệ thống có thể tiến hành bằng cách quan sát cùng một đại lượng bằng nhiều phương pháp khác nhau hoặc quan sát một vài mẫu của một vài đại lượng đã biết, dùng cùng một loại dụng cụ hoặc bằng cách phân tích lý thuyết, kiểm tra dụng cụ đo trước khi sử dụng. Trong trường hợp sai số hệ thống không đổi thì có thể loại trừ bằng cách đưa vào một lượng điều chỉnh hay một hệ số điều chỉnh. Sai số hệ thống là do người làm thí nghiệm thiếu cẩn thận, dùng dụng cụ đo chưa được hiệu chỉnh. Vì thế sai số hệ thống có thể khử được. Về nguyên tắc người làm thí nghiệm phải tự khắc phục. - Sai số ngẫu nhiên: là thành phần sai số của phép đo thay đổi không theo một quy luật nào cả mà xuất hiện ngẫu nhiên khi lặp lại phép đo nhiều lần một đại lượng duy nhất. Kết quả đo khi thì lớn hơn, khi thì bé hơn giá trị thực của đại lượng cần đo. Sai số ngẫu nhiên không loại trừ được, không loại bỏ được trong mỗi lần quan trắc, nhưng bằng các phương pháp của lý thuyết xác suất thống kê có thể xác định ảnh hưởng của chúng. 3.1.2. Phương pháp đo kích thước thẳng: Đo kích thước thẳng thường có ba phương pháp: phương pháp hai tiếp điểm, phương pháp ba tiếp điểm và phương pháp một tiếp điểm. a/ Phương pháp hai tiếp điểm: Là phương pháp đo mà yếu tố của hệ đo tiếp xúc với bề mặt chi tiết đo ở hai tiếp điểm trên phương biến thiên của kích thước đo. Tiếp điểm thứ nhất gắn với yếu tố định chuẩn thường là đầu đo tỉnh gắn cố định với giá hoặc hàm đo. Tiếp điểm thứ hai được gắn với đầu vào của chuyển đổi đo, là đầu đo động gắn với trục đo hoặc các khâu động có chuyển động tịnh tiến hoặc quay. Kích thước đo là khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song đi qua hai tiếp điểm và cùng vuông góc với phương biến thiên của kích thước đo. Mặt phẳng qua yếu tố định chuẩn gọi là mặt chuẩn, mặt phẳng qua yếu tố động gọi là mặt đo. Sơ đồ đo hai tiếp điểm được biểu diễn trên hình 3-1. Do sai số chế tạo nên mặt chuẩn và mặt đo không song song với nhau hoặc không thẳng góc với phương biến thiên của kích thước đo gây nên sai số đo. Các sai số này cần phải được xác định khi xuất xưởng dụng cụ đo và kiểm tra định kỳ khi sử dụng. Sai số cho phép giới hạn tùy theo cấp chính xác của dụng cụ đo. Hình 3-1 Sơ đồ đo hai tiếp điểm Do sai số chế tạo nên mặt chuẩn và mặt đo không song song với nhau hoặc không thẳng góc với phương biến thiên của kích thước đo gây nên sai số đo. Các sai số này cần phải được xác định khi xuất xưởng dụng cụ đo và kiểm tra định kỳ khi sử dụng. Sai số cho phép giới hạn tùy theo cấp chính xác của dụng cụ đo. Để tăng độ ổn định, giảm sai số của phép đo trong nhiều trường hợp người ta sử dụng thêm các tiếp điểm tỳ phụ. Các tiếp điểm này có tác dụng định vị chi tiết mà không tham gia vào xích kích thước đo như hình 3-2 Hình 3-2 Sơ đồ đo 2 tiếp điểm có tiếp điểm tỳ phụ b/ Phương pháp đo ba tiếp điểm : Là phương pháp đo mà các yếu tố của hệ đo tiếp xúc với bề mặt chi tiết đo ở ba điểm nào nằm trên phương biến thiên của kích thước đo như hình 3-3.a, 1 là tiếp điểm đo, 2 và 3 là tiếp điểm chuẩn. Phương pháp đo ba tiếp điểm dựa trên mối quan hệ hình học với đường tròn vì vậy phương pháp đo này dùng để đo đường kính các chi tiết tròn, cầu và chỏm cầu, cung tròn. b/ a/ Hình 3-3. Sơ đồ đo 3 tiếp điểm Mối quan hệ hình học làm cơ sở cho phép đo được xác lập theo hình 3-3.b. Từ A ngoài đường tròn O kẻ hai tiếp tuyến AB và AC với đường tròn. Ta có: (3-3) Suy ra: (3-4) Và (3-5) Dựa vào mối quan hệ (3-4) và (3-5), người ta thiết kế ra các dụng cụ và giá đo ba tiếp điểm dạng đối xứng: B và c đối xứng qua AE . Sự biến đổi kích thước R của chi tiết đo được phản ảnh qua sự thay đổi của h1 hoặc h2. Nếu góc giữa hai tiếp tuyến là cố định thì sự thay đổi của R được xác định qua chuyển vị của tiếp điểm 3. Nói chung phương pháp đo ba tiếp điểm thường chỉ dùng đo theo phương pháp so sánh. Từ (3-4) và (3-5) ta có: Và (3-6) Tổng quát: với Dh là chuyển vị của tiếp điểm 3 (3-7) Dấu (-) áp dụng cho sơ đồ hình 3-4.a Dấu (+) áp dụng cho sơ đồ hình 3-4.b (3-8) Gọi là tỷ số truyền tín hiệu Ka£1 và 1£ Kb Hình 3-4 Sơ đồ thiết kế dụng cụ đo ba tiếp điểm Sơ đồ 3-4.a dùng để thiết kế các dụng cụ đo cầm tay hoặc dụng cụ kiểm tra nguyên công. Do thao tác đo đơn giản không phải tháo chi tiết khỏi vị trí đo,... nên rất thuận tiện cho việc đo các chi tiết lớn, chi tiết đang gia công. Sơ đồ 3-4.b dùng thiết kế các dụng cụ đo để bàn dùng trong kiểm tra thu nhận sản phẩm. Sơ đồ này có lợi về tỷ số truyền nhưng gá đặt chi tiết khó, năng suất thấp. c/ Phương pháp đo một tiếp điểm: Là phương pháp đo mà khi đo yếu tố đo chỉ tiếp xúc với mặt chi tiết đo tại một tiếp điểm. Khi đo phương pháp một tiếp điểm, mặt đo gắn với cơ cấu đo có mang hệ đọc số. Hệ đọc số chỉ cho ta biết vị trí điều chỉnh của mặt đo. Ưu điểm của phương pháp đo một tiếp điểm là có thể đo được kích thước nhỏ hơn so với phương pháp hai tiếp điểm , kết cấu bộ phận đo đơn giản hơn. độ chính xác của phương pháp đo này phụ thuộc vào phương chuyển vị của tiếp điểm đo có trùng với phương biến thiên kích thước đo hay không. Khi đo tiếp xúc kiểu một tiếp điểm , lực đo tác động vào chi tiết lần lượt the