Luận văn: Bù sai số máy CNC bằng xử lý Post Processor của phần mềm CAD/CAM

Tải luận văn nghiên cứu bù sai số máy CNC bằng post-processor của phần mềm CAD/CAM, giải pháp tối ưu giúp nâng cao độ chính xác khi gia công.

• Tác giả: Nguyễn Trung Thiên
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Hoàng Vĩnh Sinh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Bù Sai Số Trong Máy CNC Bằng Xử Lý Post-Processor Của Phần Mềm CAM
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về bù sai số máy CNC

Bù sai số máy CNC là quá trình điều chỉnh và khắc phục các sai lệch xảy ra trong quá trình gia công trên các máy công cụ điều khiển số. Sai số này bắt nguồn từ nhiều nguyên nhân khác nhau như độ mòn của các bộ phận, sai số hình học, và ảnh hưởng nhiệt độ. Việc áp dụng phương pháp bù sai số giúp nâng cao độ chính xác sản phẩm, đảm bảo chất lượng gia công và tăng hiệu suất sản xuất. Trong ngành chế tạo máy hiện đại, Post Processor trở thành công cụ quan trọng để tự động hóa quá trình bù sai số ngay trong file NC được xuất từ phần mềm CAM. Điều này cho phép các kỹ sư và nhà thiết kế tối ưu hóa quy trình gia công mà không cần thay đổi cấu hình phần cứng của máy.

1.1. Định nghĩa và tầm quan trọng của bù sai số

Bù sai số là công nghệ bù trừ các sai số phát sinh trong quá trình gia công CNC. Các sai số này ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác và chất lượng bề mặt sản phẩm. Tầm quan trọng của bù sai số nằm ở khả năng giữ nguyên độ chính xác cao trong suốt quá trình sản xuất. Việc áp dụng các phương pháp bù sai số hiệu quả giúp giảm chi phí xử lý lại sản phẩm, tăng tỷ lệ chính phẩm và nâng cao năng suất lao động.

1.2. Các loại sai số chính trong máy CNC

Máy CNC gặp phải ba loại sai số chính: Sai số hình học bao gồm sai số của các trục tọa độ, sai số góc và độ song song; Sai số nhiệt phát sinh từ sự nóng lên của máy và các bộ phận cơ khí; Sai số thống kê do độ mòn của dụng cụ và các bộ phận. Hiểu rõ về từng loại sai số giúp xây dựng chiến lược bù sai số phù hợp và đạt hiệu quả cao nhất.

II. Phương pháp bù sai số bằng Post Processor

Post Processor là phần mềm trung gian giữa phần mềm CAM và máy CNC, có khả năng tự động bù sai số trước khi gửi lệnh gia công đến máy. Phương pháp này cho phép các kỹ sư viết các hàm bù sai số bằng ngôn ngữ lập trình (như C#) và tích hợp vào file NC được xuất từ CAM. Ưu điểm của bù sai số qua Post Processor là không cần thay đổi cài đặt trên máy, dễ dàng cập nhật và áp dụng cho nhiều máy khác nhau. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc xử lý sai số hình học và sai số bước vít, giúp nâng cao độ chính xác gia công một cách toàn diện.

2.1. Nguyên lý hoạt động của Post Processor

Post Processor hoạt động bằng cách đọc tệp NC xuất từ CAM, phân tích các lệnh gia công (G-code), và chèn các giá trị bù sai số vào trước khi gửi tới máy CNC. Quá trình này bao gồm: nhận dạng các điểm gia công, tính toán sai số tại mỗi vị trí, và điều chỉnh tọa độ để bù trừ sai số. Phương pháp này cho phép tối ưu hóa độ chính xác mà không ảnh hưởng đến tốc độ gia công.

2.2. Ưu điểm và khả năng ứng dụng

Ưu điểm chính của bù sai số qua Post Processor là tính linh hoạt, dễ cập nhật, và không yêu cầu phần cứng bổ sung. Phương pháp này áp dụng được cho mọi loại máy CNC, từ máy tiện đến máy phay, và hỗ trợ nhiều hệ điều khiển khác nhau. Các ứng dụng CAD/CAM hiện đại ngày càng tích hợp công nghệ này để nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thời gian sản xuất.

III. Bù sai số hình học và sai số nhiệt

Sai số hình học bao gồm sai số của các trục, sai số góc và độ song song giữa các bề mặt. Để bù trừ loại sai số này, cần tiến hành kiểm tra và đo đạc chính xác các sai số thực tế của máy bằng các thiết bị đo lường chuyên dụng như CMM (Coordinate Measuring Machine). Sai số nhiệt phát sinh do sự thay đổi nhiệt độ của các bộ phận máy khi hoạt động kéo dài. Việc xây dựng mô hình sai số nhiệt bền vững đòi hỏi phân tích chi tiết về đặc tính nhiệt của máy, vị trí đặt cảm biến nhiệt, và tạo thuật toán bù sai số phù hợp. Kết hợp cả hai loại bù sai số này giúp đạt được độ chính xác cao nhất.

3.1. Phương pháp bù sai số hình học

Bù sai số hình học thực hiện thông qua việc đo đạc sai số thực tế và tạo bảng bù sai số dựa trên các vị trí gia công khác nhau. Phương pháp này sử dụng thuật toán nội suy để xác định sai số tại các vị trí không được đo trực tiếp. Kết quả là máy CNC có thể tự động điều chỉnh tọa độ để bù trừ sai số hình học, nâng cao độ chính xác kích thước sản phẩm.

3.2. Mô hình sai số nhiệt và điều kiện thí nghiệm

Mô hình sai số nhiệt được xây dựng dựa trên phân tích tính chất nhiệt của máy, bao gồm xác định vị trí cảm biến nhiệt tối ưu và phân tích chu trình nhiệt. Thí nghiệm thường được tiến hành trong các điều kiện khác nhau để đảm bảo mô hình bù sai số có thể hoạt động hiệu quả trên thực tế. Điều này giúp kiểm soát sai số nhiệt trong quá trình gia công lâu dài.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả thí nghiệm

Ứng dụng thực tiễn của bù sai số qua Post Processor đã được kiểm chứng thông qua nhiều dự án gia công trên các máy CNC khác nhau. Việc phát triển phần mềm Post Processor bằng ngôn ngữ C# cho phép tích hợp các thuật toán bù sai số phức tạp một cách hiệu quả. Kết quả thí nghiệm cho thấy độ chính xác gia công được cải thiện đáng kể, với sai số được giảm từ 0.05mm xuống 0.01mm hoặc thấp hơn. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các sản phẩm yêu cầu độ chính xác cao như linh kiện điện tử, khuôn mẫu, và các bộ phận máy chính xác. Phương pháp bù sai số này đã được áp dụng thành công tại các công ty chế tạo máy, viện nghiên cứu, và các trung tâm đào tạo, mở ra hướng phát triển mới cho ngành công nghiệp chế tạo máy hiện đại.

4.1. Quy trình triển khai bù sai số trong thực tế

Quy trình triển khai bắt đầu bằng việc kiểm tra sai số máy CNC chi tiết, xây dựng mô hình sai số, và viết chương trình Post Processor để bù trừ. Tiếp theo là test thí nghiệm trên các sản phẩm mẫu, so sánh độ chính xác trước và sau khi bù sai số. Cuối cùng là tối ưu hóa các tham số bù sai số dựa trên kết quả thí nghiệm để đạt hiệu suất tối đa.

4.2. Triển vọng phát triển và khuyến nghị

Triển vọng phát triển của bù sai số CNC hướng tới việc tích hợp AI và machine learning để tự động học và điều chỉnh mô hình sai số. Khuyến nghị cho các cơ sở sản xuất là đầu tư vào công nghệ bù sai số hiện đại để cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất, và tăng khả năng cạnh tranh. Việc kết hợp CAD/CAM với Post Processor có khả năng bù sai số sẽ là xu hướng tất yếu trong tương lai của ngành chế tạo cơ khí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn để tải Thực hiện đường lối của Đảng về đây mạnh công nghiệp hoả, hiện đại hoá, ngành công nghiệp nói chung vả ngành cơ khi chế lạo nói riêng của nước ta hiện nay đã và đang phát triển rất mạnh với đa đạng quy mỗ không chỉ ở trong các công, ty mà ngay cả các viện, trường, trung tâm. cũng đã đây mạnh, đầu tu những trang thiết bị, công nghệ mới nhằm nâng cao nắng xuất, chất lượng sản phẩm và đào tạo bồi đưỡng nguẫn nhân lực để theo kịp sự phát triển của thế giới Ngày nay máy công cụ CNC đã trở nên rải phổ biển trong ngảnh chế tạo máy, thậm chí nó cũng, đã phát triển rộng ra rất nhiễu các ngành khác ( như ngành 26, may mic, .) vi những tỉnh nãng tru việt sau: - Gia công được các chỉ tiết phức tạp hơn - Qui hoạch thời gian sản xuất tốt hơn do có thể tính toán được chính xác thời gian máy. - “Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập.

trưng nguyên công cao và giảm thời gian. Trên may CNC. co khả năng gia công bằng nhiêu dao nên cá thể gia công nhiều bể mặt trong cùng một thời gian, thay đổi dựng cụ cững, được thực hiện tự động ~_ Tính linh hoạt cao hơn đo việc thay đổi chương trình gia công nhanh chóng vả đơn giản. - Độ lớn loạt tối ưu nhỏ hơi.

- Dộ chính xác gia công n định đều. - Chị phí kiểm tra giảm. - Chị phí do phế phẩm giảm. ~ IIoạt động liên tụe nhiêu ca sắn xuẤt ~ Một công nhân có thể vận bành nhiễu máy đẳng thời ~ Hiệu suải cao hon.

~ Tầng năng lực sân xuất DANH MUC CAC TINT VE Hình 1.1 Ki hiệu các trục loạ độ trén may CNC 1 Hình 1.2 Các trục toạ độ trên máy ƠNG. «ceeceeeeeirererooee TÔ Hình 2.1 Hinh đảng biến đạng nhiệt cơ bản.2 Bồn kiểu nhiệt đầu tiên cũng với phạm vi nhiệt và hằng số thời gian cho bién dang dai của nhiệ 400 Hình 2.3 Bốn kiểu nhiệt cùng với phạm vì nhiệt độ và hằng số thời gian cho biển dang cong, al Ilink 2.4 Bing sé théi gian va eu phanbé tai trọng biến đạng đài nhiệt 4L Hình 2.5 Hằng số thỏi gian và phân bê tải trọng, cho biển đạng, cong, nhiệt.6 Vị trí cảm biển nhiệ -42 Hình2.7 So sảnh vị trí cảm biển nhiệt.8 Luỗng nhiệt nhập vào cho sự mô phỏng số. 45 Hình 29 Kết quả mô hình sai số nhiệt cho sự tản nhiệt 46 Tĩnh 2.10 Kết quả tạo mô hình sai số nhiệt cho độ uốn nhiệt 46 Tinh 2.11 Khao sat phép ngoại suy của mô hình sai số nhiệt cho st giãn đài nhiệt 47 Hình 2.12 Khảo sái phép ngoại sny của mô hình sai số nhiềt dho đồ giãn của giãn nở nhiệt 47 Hình 2.13 Khảo sát phứp ngoại suy của mô hình sai số nhiệt.14 Nguồn nóng vào cho sự khão sắt tằn số nhạy,.15 Khảo sát tần sở nhạy chơ sự dẫn nhiệt.16 Khảo sát độ nhạy cho sự tổn nhiệt.17 Thiết lập thí nghiệm cho mẫu thử giăn nhiệt 50 Ifinh 2.18 Két qua thi nghiệm của mẫu 1 50 Tlinh 2.19 Két qua do duoc va tao mé hinh của thí nghiệm trục chính.20 Téc 43 truc chinh, sai sẽ nhiệt đo được và dự đoán cho.21 Sự biên đôi nhiệt độ sau mỗi mẫu thử.22 Phân bỏ tải trọng của ba dang nhiệt độ đầu tiên.23 Sơ để của sự phân tích mô hình nhiêt.24 Migu tả vòng lắp cấu trúc.25 Migu tả mắt xích nhiệt cùng với biến dạng nhiệt và HTM .26 Biểu đổ bố trí 2D của máy.27 Phân tích chu trinh nhiệt cho máy công cụ trong sự rninh hoạ số. Hình228 Biển dạng nhiệt của các vị trí mắt xich.29 Sai số nhiệt của sự đi chuyển trục.30 Sai số thể tích trang vùng làm việc của hình đạng danh nghĩa.31 Sai số thé lich trong vùng làm việc cho sự thiết lập lại hình đáng, Hình 3.1 Bảng điểu khiển của hệ điều khiển Fanuc.2 Mô phỏng quá trình gia công trong hệ Fanuc.3 Kết nỗi với máy tính trong hệ Fanue.4 Các menu soạn thảo Hình 3.5 Các chương trình gia công tỉch hợp trên phân mêm điều khiển.6 Khả năng gia cêng, mô phỏng phức tap Llinh 3.7 13 toa 4@ trong hé diéu khién Fanuc Llinh 3.8 Man hinh va bang dién khién cia may CNC Funue OC.9 Thang sé input dé bi sai sé Hình 3.10 Vị trí nhập đữ liệu bủ sai số Hinh 4.1 Gia công bằng phản mềm Maslercam.

co co ni Hình 4. Chọn đối tượng để xuất ra G1code trong Mastarcam.2b Eile NC xuất đưới mã code G01 1ĩình 4.3 Khẳng gian hình học của máy.2 Mô hình sai số nhiệt 3.3 Vị trí 8ensor nhiệt.4 Phương pháp tạo mô hình sai số nhiệt bản vững thông qua phân tích phương thức nhiệt.2 Phân tích phương thức nhiệt 2. Cáo mô hình nhiệt.2 Cắt giảm mô hình.3 Tạo mô hình sai số nhiệt: bên vững.1 Vị trí cảm biến nhiệL 2.2 Tạo mô hình sai số nhiệt.4 Mé phòng số cho hình đáng biển dạng của của sai số nhiệt đơn giản.1 Nác định vị trí cảm biến nhiệt dựa vào sự phân tích mô hinh nhiệt.2 Sự so sánh của kế hoạch xác định vị trí cảm biển nhiệt.3 Mô hình sai số nhiệt và thẩm định sự bản vũng, 45 2.5 Xác nhận thí nghiệm.5 Kế hoạch bù s; số nhiét dua trén sự phân tích chu trình nhiệt.2 Phân tích vòng lắp nhiột.1 8ơ đồ của sự phân tích chu trình nhiệt. se se cue 57 2.2 Chu trình cầu trúc và chu trinh nhiệt.3 Phan tich chu trình nhiệt và tạo mã hình.3 Chứng mình số học.

61 Chương 3 ø1 BÚ SAI SỐ TRÔNG BỘ ĐIÊU KHIỂN FANUG. 32 Các quy túe rà mã lệnh GIMC -odn trong bệ đều khiên Fane Heo 3. cà nọHúnọHH.HH HH HH me re. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU YẢ CHỮ VIẾT TẮT AC (Adaptive Contrel) - Điền khiển thích nghỉ CAD (Computer Aidcd Design) - Thiết kế có trợ giúp của máy tỉnh CAM (Computer Aided Manufscturing) - Sân xuất có trợ giúp của máy tỉnh.

CNC (Computer Numerical Design) - Điều khiến số cỏ sự hỗ trợ của máy tỉnh. CMMS (Coordinate Measuring Machines): Hệ thống tợa độ kiếm tra CD- Cao ding DH - Dai hoc EDM (Flectrical Discharge Machinc)- May phéng aién FDM (Finite Difference Methad) — Phuong pháp giới hạn FEA (Finite Eloment Analysis) Phân tích thành phần giới hạn FEM (Finite Element Method } HTM (Homogeneous Transformation Matrix)- Ma trận địch chuyển NC (Numerical Control) - Diéu khién sd DMAP (Direct Matrix Abstraction Program) Ma tran diéu khién MDEM (Multi-Degree-of Freedom Measuring) — Bo nhiéu bac ty do LAN (Local Atea Netword) - Mang cuc ha WAN (Wide Area Nelword) - Mang dién rng PITE (Pasition Independent Thermal Errors)- Sai sé nbiél déc lap PDTE (Position Dependent Thennal Eirors)- 8ai số nhiệt phụ thuộc TCCN Trung cấp chuyên nghiệp 1D, 2D, 3D - Điền khiển 1, 2, 3 chiều. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU YẢ CHỮ VIẾT TẮT AC (Adaptive Contrel) - Điền khiển thích nghỉ CAD (Computer Aidcd Design) - Thiết kế có trợ giúp của máy tỉnh CAM (Computer Aided Manufscturing) - Sân xuất có trợ giúp của máy tỉnh. CNC (Computer Numerical Design) - Điều khiến số cỏ sự hỗ trợ của máy tỉnh.

CMMS (Coordinate Measuring Machines): Hệ thống tợa độ kiếm tra CD- Cao ding DH - Dai hoc EDM (Flectrical Discharge Machinc)- May phéng aién FDM (Finite Difference Methad) — Phuong pháp giới hạn FEA (Finite Eloment Analysis) Phân tích thành phần giới hạn FEM (Finite Element Method } HTM (Homogeneous Transformation Matrix)- Ma trận địch chuyển NC (Numerical Control) - Diéu khién sd DMAP (Direct Matrix Abstraction Program) Ma tran diéu khién MDEM (Multi-Degree-of Freedom Measuring) — Bo nhiéu bac ty do LAN (Local Atea Netword) - Mang cuc ha WAN (Wide Area Nelword) - Mang dién rng PITE (Pasition Independent Thermal Errors)- Sai sé nbiél déc lap PDTE (Position Dependent Thennal Eirors)- 8ai số nhiệt phụ thuộc TCCN Trung cấp chuyên nghiệp 1D, 2D, 3D - Điền khiển 1, 2, 3 chiều.23 Sơ để của sự phân tích mô hình nhiêt.24 Migu tả vòng lắp cấu trúc.25 Migu tả mắt xích nhiệt cùng với biến dạng nhiệt và HTM .26 Biểu đổ bố trí 2D của máy.27 Phân tích chu trinh nhiệt cho máy công cụ trong sự rninh hoạ số. Hình228 Biển dạng nhiệt của các vị trí mắt xich.29 Sai số nhiệt của sự đi chuyển trục.30 Sai số thể tích trang vùng làm việc của hình đạng danh nghĩa.31 Sai số thé lich trong vùng làm việc cho sự thiết lập lại hình đáng, Hình 3.1 Bảng điểu khiển của hệ điều khiển Fanuc.2 Mô phỏng quá trình gia công trong hệ Fanuc.3 Kết nỗi với máy tính trong hệ Fanue.4 Các menu soạn thảo Hình 3.5 Các chương trình gia công tỉch hợp trên phân mêm điều khiển.6 Khả năng gia cêng, mô phỏng phức tap Llinh 3.7 13 toa 4@ trong hé diéu khién Fanuc Llinh 3.8 Man hinh va bang dién khién cia may CNC Funue OC.9 Thang sé input dé bi sai sé Hình 3.10 Vị trí nhập đữ liệu bủ sai số Hinh 4.1 Gia công bằng phản mềm Maslercam. co co ni Hình 4. Chọn đối tượng để xuất ra G1code trong Mastarcam.2b Eile NC xuất đưới mã code G01 1ĩình 4.3 Khẳng gian hình học của máy.2 Mã lệnh G-code trong hệ điều khiển fanuc:.

Bù sai số trong hệ điều khiển Fanuc.2 Bù sai số trong hệ Fanuc.3 Thông số bủ sai số bước vít me.86 'BÙ SAI SỐ TRONG POST-PROCESSOR.2 Viết phan mém diéu khién bang ngôn ngữ C#.1 Chương trinh NC xuất từ phần mềm CAM. 87 4 2 Chương trình khối cho viét phan mém.3 Kết qua thi nghiém. 91 KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ. 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ.2 Mô hình sai số nhiệt 3.3 Vị trí 8ensor nhiệt.4 Phương pháp tạo mô hình sai số nhiệt bản vững thông qua phân tích phương thức nhiệt.2 Phân tích phương thức nhiệt 2. Cáo mô hình nhiệt.2 Cắt giảm mô hình.3 Tạo mô hình sai số nhiệt: bên vững.1 Vị trí cảm biến nhiệL 2.2 Tạo mô hình sai số nhiệt.4 Mé phòng số cho hình đáng biển dạng của của sai số nhiệt đơn giản.1 Nác định vị trí cảm biến nhiệt dựa vào sự phân tích mô hinh nhiệt.2 Sự so sánh của kế hoạch xác định vị trí cảm biển nhiệt.3 Mô hình sai số nhiệt và thẩm định sự bản vũng, 45 2.5 Xác nhận thí nghiệm.5 Kế hoạch bù s; số nhiét dua trén sự phân tích chu trình nhiệt.2 Phân tích vòng lắp nhiột.1 8ơ đồ của sự phân tích chu trình nhiệt. se se cue 57 2.2 Chu trình cầu trúc và chu trinh nhiệt.3 Phan tich chu trình nhiệt và tạo mã hình.3 Chứng mình số học. 61 Chương 3 ø1 BÚ SAI SỐ TRÔNG BỘ ĐIÊU KHIỂN FANUG.

32 Các quy túe rà mã lệnh GIMC -odn trong bệ đều khiên Fane Heo 3. cà nọHúnọHH.HH HH HH me re.2 Mô hình sai số nhiệt 3.3 Vị trí 8ensor nhiệt.4 Phương pháp tạo mô hình sai số nhiệt bản vững thông qua phân tích phương thức nhiệt.2 Phân tích phương thức nhiệt 2. Cáo mô hình nhiệt.