Đặt vấn đề Kỹ thuật đo lường đã đi một chặng đường dài, có sự phát triển đặc biệt trong vòng 25 năm qua với sự ra đời của công nghệ đo lường 3D. Ngày nay, đo lường 3D khá phổ biến, không chỉ trong lĩnh vực kiểm tra chất lượng mà còn áp dụng trong cả thiết kế, chế tạo ngược và phim ảnh. Và dần dần công nghệ đo lường 3D sẽ là một phần không thể thiếu của quá trình sản xuất. Đôi khi chúng ta nhìn vào một vật thể có hình dáng vô cùng phức tạp và không biết làm thế nào để thu được tất cả các phép đo hình học của nó.
Việc đo lường này không thể sử dụng các dụng cụ đo bình thường hay được sử dụng. Để làm được điều này, người ta đã sáng chế ra công nghệ đo lường 3D. Bản chất của công nghệ đo lường 3D là điều khiển ánh sáng hoặc bức xạ tại một vật thể và thu thập tất cả các phép đo cần thiết để tái tạo hoặc thiết kế lại vật thể đó một cách nhanh chóng. Cùng một dữ liệu có thể sử dụng để thực hiện kiểm tra chất lượng hoặc phân tích kiểm tra cho một quyết định nhanh: đạt/không đạt trong sản xuất.
Đây là một công nghệ tuyệt vời giúp đánh giá lại chất lượng trong sản xuất và trở thành một công cụ thiết yếu để đạt được và duy trì lợi thế cạnh tranh trong ngành công nghiệp. Nhu cầu đo lường 3D sẽ tỉ lệ thuận với sự phức tạp của hình dạng đồ vật. Khi đồ vật đơn giản, có thể chỉ cần các dụng cụ cầm tay để đo kích thước. Nhưng khi hình dạng trở nên phức tạp hơn, các phương pháp quét tiếp xúc trở thành phương pháp đo lường vượt trội với khả năng đưa ra độ chính xác cao hơn, vượt xa các kỹ thuật đo lường thủ công.
Giải pháp đo lường 3D có thể rút ngắn thời gian đo kiểm từ 1 tuần xuống còn 1 ngày trên mỗi sản phẩm nhiều chi tiết. Một số kích thước không thể kiểm tra bằng phương pháp truyền thống nhưng với các loại máy quét trên không gì là không thể. Không bao lâu nữa, con người có thể không cần phải can thiệp vào quá trình kiểm tra chất lượng, thay vào đó là hệ thống đo lường tự động 3D. Các đội kiểm soát chất lượng có thể sử dụng hệ thống đó mà không cần xuống tận nơi điều khiển máy móc.
Tất cả đều được lập trình và tự động hóa giống, các hành động như được thực hiện bởi một con robot. Hiện nay, một số công ty đã sớm xây dựng bộ phần mềm hiện đại cho phép vận hành với nhiều hệ thống quét 3D khác nhau. Trong tương lai, công nghệ đo lường 3D sẽ trở nên chính xác, nhẹ nhàng và dễ di chuyển hơn. Phần mềm cũng đơn giản và dễ sử dụng hơn, như sử dụng phần mềm trên điện thoại thông minh.
Ngoài ra, công nghệ 1 Đồ án tốt nghiệp Khoa Cơ khí Chế tạo máy định dạng 3D cũng sẽ được đưa vào trong mua sắm trực tuyến để người tiêu dùng có thể nhìn thấy được hình ảnh chân thực nhất của sản phẩm. Đo lường 3D đang đem lại rất nhiều lợi ích và liên tục được cải tiến, thông minh hơn, nhẹ nhàng hơn, nhanh nhạy hơn. Việc lựa chọn các sản phẩm đo lường 3D còn phụ thuộc rất nhiều vào lĩnh vực kinh doanh, hoạt đột của mỗi doanh nghiệp. Hiện nay, các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng đòi hỏi kỹ sư cơ khí và cán bộ kỹ thuật cơ khí được đào tạo phải có kiến thức sâu rộng, đồng thời phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những vấn đề cụ thể thường gặp trong sản xuất, sửa chữa và sử dụng.
Một quá trình sản xuất nghiêm túc là quá trình tạo ra những sản phẩm có chất lượng. Chất lượng sản phẩm thể hiện chất lượng lao động. Chỉ với chất lượng lao động thì mới tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt. Trong lĩnh vực công nghiệp, đo lường cơ khí là lĩnh vực không thể thiếu trong quá trình đào tạo, gắn liền với sản xuất của doanh nghiệp.
Vì để phục vụ duy trì và cải tiến công nghệ, nhằm bảo đảm chất lượng sản phẩm, từ đó nâng cao khả năng cạnh tranh và hiệu quả sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp. Đồng thời trong sản xuất, đế nâng cao chất lượng sản phẩm, ngoài việc có tay nghề chuyên môn cao, các kỹ sư phải tìm ra những thông số, dữ liệu đế tối ưu cho quá trình gia công sản phẩm. Phòng thí nghiệm đo lường nâng cao ở trường 2 Đồ án tốt nghiệp Khoa Cơ khí Chế tạo máy Hình 1. Giảng viên hướng dẫn trên máy đo 3D CMM Với sự đa dạng của các đồ gá cho máy đo CMM trên thị trường, nhưng vấn đề về giá thành luôn là một bài toán đối với các doanh nghiệp cũng như các công ty nhỏ lẻ.
Nhóm chúng em quyết định đưa ra các phương án thiết kế tối hơn giá thành sản xuất cho các sản phẩm đồ gá đo CMM. Và đó cũng là lý do mà nhóm chúng em chọn đề tài ‘‘Nghiên cứu thiết kế và chế tạo đồ gá cho máy CMM ’’ 1. Nhiệm vụ • Tổng quan về máy 3D CMM. • Thiết kế và chế tạo đồ gá đo cho máy CMM.
• Đưa ra các phương án và thực hiện một trong số chúng. Mục tiêu • Chế tạo đồ gá đo cho máy CMM với giá thành thấp nhất có thể. Phương pháp nghiên cứu Áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết: • Tham khảo thêm ở những tài liệu về đồ gá đo cho máy 3D CMM. 3 Đồ án tốt nghiệp Khoa Cơ khí Chế tạo máy • Tham khảo các bài báo khoa học về tối ưu gia công.
• Sử dụng phần mềm Inventor để thiết kế và mô phỏng. • Sử dụng phần mềm Autocad để trình bày các bản vẽ 2D. Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực tiễn: • Tìm hiểu những bộ đồ gá đã có sẵn ở trường. • Xây dựng mô hình - thực nghiệm: Thiết kế và chế tạo bộ đồ gá, gia công sản phẩm.
• Tìm hiểu cách đo chi tiết của một số thiết bị đo lường hiện đại. Phạm vi giới hạn đề tài • Đề tài nằm trong phạm vi nghiên cứu chế tạo thử nghiệm. • Sản phẩm nghiên cứu áp dụng trong phạm vi giảng dạy. • Đồ gá phù hợp để đo kiểm các sản phẩm có kích thước nhỏ.
• Vật liệu chủ yếu chế tạo đồ gá là Al – 6061. 4 Đồ án tốt nghiệp Khoa Cơ khí Chế tạo máy CHƯƠNG 2. Phần thiết kế và chế tạo đồ gá 2. Vài nét sơ lược về đồ gá đo: • Đồ gá là trang bị cần thiết trong quá trình gia công, kiểm tra và lắp ráp cơ khí.
Trong các loại đồ gá được sử dụng thì đồ gá đo chiếm khoảng 30 - 40%. • Đồ gá đo là trang bị nhằm xác định vị trí chính xác giữa chi tiết đo và dụng cụ đo, đồng thời giúp cho chi tiết được giữ vị trí ổn định trong suốt quá trình đo kiểm. • Đồ gá đo tạo điều kiện mở rộng khả năng làm việc của thiết bị đo lường, giảm thời gian gá đặt chi tiết, giảm thời gian đo lường góp phần hạ giá thành sản phẩm, giảm chi phí cho nhân công. • Đồ gá đo là phương tiện hữu dụng và cần thiết phải có cho quá trình đo, kiểm tra trên các thiết bị đo.
Thực tế sản phẩm cần đo rất đa dạng về hình dáng và kích thước. Đại đa số sản phẩm đều không tự gá đặt trên bàn đo của máy theo đúng tọa độ đo lường. Nếu không có đồ gá để đưa sản phẩm về hệ tọa độ đo thì phép đo không thể thực hiện được. Ưu điểm • Đạt độ chính xác cao, kết quả đo tin cậy.
Các thông số hình học, kỹ thuật của đồ gá được xây dựng dựa trên yêu cầu sản phẩm đầu vào và đầu ra. • Có thể gá đặt và tháo lắp sản phẩm trước và sau đo kiểm một cách dễ dàng, nhanh chóng và thay đổi linh hoạt cho từng loại sản phẩm cần kiểm tra (dễ dàng thay đồ gá với đồ gá dùng cho việc kiểm tra model sản phẩm khác nhau). Đồ gá kiểm sẽ giúp giảm đáng kể chu kỳ đo của quá trình kiểm tra, đem lại năng suất cao hơn và tiết kiệm thời gian. • Tự động hóa trong đo kiểm tối ưu và hiện đại.
Bằng sự kết hợp của các thành phần: đồ gá, cụm cấp phôi, cánh tay robot, cụm đầu đo, màn hình hiển thị, vi mạch điều khiển, tính toán và xuất ra giá trị đầu ra, đưa ra kết quả trong thời gian vài giây. Quá trình gá đặt Quá trình gá đặt chi tiết gồm hai giai đoạn: định vị và kẹp chặt chi tiết • Định vị là quá trình xác định vị trí của chi tiết so với máy đo. 5 Đồ án tốt nghiệp Khoa Cơ khí Chế tạo máy • Kẹp chặt là cố định vị trí chi tiết không cho chi tiết rời khỏi vị trí đã xác định trong suốt quá trình đo kiểm. Kết cấu chung của đồ gá Kết cấu chung của đồ gá gồm các phần • Cơ cấu định vị: dùng để định vị vị trí tương đối của chi tiết so với máy đo.
Gồm các chi tiết định vị như là chốt tỳ, chốt đỡ, phiến tỳ, khối v, mũi chống tâm… • Cơ cấu kẹp chặt: giữ cho chi tiết không bị xê dịch trong quá trình đo. • Đế đồ gá: đây là chi tiết gốc để nối liền các bộ phận với nhau thành đồ gá. Đế thường có hình vuông hoặc hình chữ nhật trên đó có các lỗ ren để các chi tiết khác bắt chặt lên nó và để cố định đồ gá trên bàn máp đo. • Các chi tiết nối ghép: là các bulong, đai ốc, các chân nâng, trục dẫn, dùng để kết nối các bộ phận của đồ gá lại với nhau.
Các chi tiết định vị và đế đồ gá được chế tạo bằng vật liệu nhôm 6061 với các đặc tính tiêu biểu như là: • Nhẹ, có tính dẻo dai tốt, có độ bền cao. • Lớp vỏ bề mặt tốt. • Chống ăn mòn tuyệt vời với các điều kiện khí quyển. Các cơ cấu đồ gá có sẵn trên thị trường Bảng 1.
Hình ảnh cơ cấu module điều chỉnh 6 Đồ án tốt nghiệp Khoa Cơ khí Chế tạo máy 7 Đồ án tốt nghiệp Khoa Cơ khí Chế tạo máy 8 Đồ án tốt nghiệp Khoa Cơ khí Chế tạo máy Bảng 2. Hình ảnh cơ cấu module kẹp 9 Đồ án tốt nghiệp Khoa Cơ khí Chế tạo máy Bảng 3.