Nghiên Cứu Bù Sai Số Tổng Hợp Trên Trung Tâm Gia Công 3 Trục VMC-85S

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu bù off line sai số tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục vmc 85s, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Lê Thị Thu Thủy
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Nghiên Cứu Bù Sai Số Tổng Hợp Trên Trung Tâm Gia Công 3 Trục VMC-85S
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI NÓI ĐẦU
• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ GIA CÔNG TRÊN CÁC MÁY CNC
• 1.1. Độ chính xác gia công
• 1.2. Các nguồn gây sai số
• 1.2.1. Sai số hình học
• 1.2.2. Sai số do vít me
• 1.2.3. Sai số do sống trượt
• 1.2.4. Sai số do ổ đỡ
• 1.2.5. Sai số do nhiệt
• 1.2.6. Sai số do rung động tự do
• 1.2.7. Sai số do tải tĩnh và động
• 1.2.8. Sai số do hệ thống điều khiển truyền động servo
• 1.2.9. Sai số do sự hình thành đường chạy dao trong CAM và máy CNC
• 1.3. Nguyên lý bù sai số trên các máy CNC
• 1.3.1. Mô hình bù
• 1.3.1.1. Thêm modul phần mềm
• 1.3.2. Biến đổi các thông số điều khiển
• 1.3.3. Biến đổi Post processor (PP)
• 1.3.4. Biến đổi chương trình NC
• 1.4. Bù sai số với các bộ điều khiển
• 1.4.1. Thêm modul phần mềm mới
• 1.4.2. Cài đặt bộ điều khiển phần cứng độc lập
• 1.5. Giới thiệu một vài nghiên cứu bù sai số ở trong nước và trên thế giới
• 1.5.1. Các công trình ở trong nước
• 1.5.2. Các công trình bù sai số tổng hợp của các tác giả nước ngoài
• 1.6. Kết luận chương I
• 2. CHƯƠNG II: QUY TRÌNH BÙ SAI SỐ CHO MÁY VMC - 85S
• 2.1. Hệ thống thiết bị thí nghiệm
• 2.1.1. Trung tâm gia công VMC-85S
• 2.2. Máy đo tọa độ 3 chiều CMM – C544
• 2.2.1. Cấu hình cơ bản của máy
• 2.2.2. Tính năng kỹ thuật cơ bản
• 2.3. Phần mềm thiết kế CAD/CAM
• 2.3.1. Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD
• 2.3.2. Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính CAM
• 2.3.3. Phần mềm Mastercam
• 2.3.4. Các dạng gia công cơ bản trên module phay
• 2.3.5. Quá trình phay
• 2.4. Kết luận chương II
• 3. CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH SAI SỐ VÀ BÙ SAI SỐ TỔNG HỢP
• 3.1. Xác định sai số tổng hợp
• 3.1.1. Thực nghiệm gia công trên máy VMC-85S
• 3.1.2. Biên dạng và kích thước gia công
• 3.2. Lập trình nguyên công
• 3.3. Chuyển chương trình sang máy CNC
• 3.4. Gia công cắt gọt
• 3.5. Đo sai số gia công trên máy CMM C544
• 3.5.1. Gá đặt chi tiết
• 3.5.2. Khởi động và kiểm tra hệ thống
• 3.5.3. Hiệu chuẩn đầu đo
• 3.5.4. Xác lập hệ toạ độ của chương trình đo
• 3.5.5. Tiến hành đo và kết quả
• 3.5.6. Xác định kích thước thực của chi tiết và sai số tổng hợp
• 3.6. Bù sai số tổng hợp trên phần mềm CAD/CAM
• 3.7. Bù sai số
• 3.8. Kết luận chương III
• 4. CHƯƠNG IV: BÙ SAI SỐ KHI PHAY BIÊN DẠNG
• 4.1. Chi tiết gia công
• 4.2. Tạo mô hình CAD và thiết lập các thông số công nghệ trên Mastercam
• 4.3. Bù sai số
• 4.4. Gia công chi tiết theo biên dạng đã được bù
• 4.5. Kiểm tra sai số
• 4.6. Kết luận chương IV
• 5. CHƯƠNG V: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Bù Sai Số Trên Máy CNC VMC 85S

Nghiên cứu bù sai số tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục VMC-85S là một vấn đề quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo. Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ, các sản phẩm cơ khí ngày càng đòi hỏi độ chính xác cao về kích thước và hình dáng. Máy CNC nói chung và máy phay CNC nói riêng cần được nâng cao độ chính xác để đáp ứng nhu cầu này. Việc bù sai số, đặc biệt là bù sai số off-line, là một giải pháp hiệu quả. Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định và bù các sai số hệ thống, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Mục tiêu là ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất, giúp các doanh nghiệp nâng cao năng lực cạnh tranh. Vấn đề này đặc biệt cấp thiết khi nhiều doanh nghiệp Việt Nam đang sử dụng các máy CNC thế hệ cũ, vốn có độ chính xác không còn cao như ban đầu. Nghiên cứu này có tính ứng dụng cao, phục vụ trực tiếp cho chương trình đào tạo, chuyển giao công nghệ và đặc biệt là ứng dụng vào thực tế sản xuất, gia công các chi tiết với độ chính xác gia công cao.

1.1. Tầm Quan Trọng của Độ Chính Xác Gia Công CNC

Độ chính xác gia công là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng sản phẩm cơ khí. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng lắp ráp, hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của sản phẩm. Việc nâng cao độ chính xác gia công trên máy CNC giúp giảm thiểu sai sót, tiết kiệm vật liệu và thời gian gia công. Nó cũng cho phép gia công các chi tiết phức tạp với dung sai chặt chẽ, mở ra cơ hội sản xuất các sản phẩm công nghệ cao. Trong bối cảnh hội nhập kinh tế quốc tế, nâng cao độ chính xác gia công là yếu tố sống còn để các doanh nghiệp Việt Nam cạnh tranh với các đối thủ nước ngoài. Việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp bù sai số là một giải pháp hiệu quả để đạt được mục tiêu này. Độ chính xác kích thước, hình dáng hình học là điều kiện tiên quyết để tạo ra sản phẩm chất lượng.

1.2. Ưu Điểm của Phương Pháp Bù Sai Số Off line

Phương pháp bù sai số off-line có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác. Nó cho phép xác định và bù các sai số hệ thống một cách chính xác và ổn định. Quá trình bù sai số được thực hiện trước khi gia công, không ảnh hưởng đến thời gian gia công thực tế. Phương pháp này cũng có thể được áp dụng cho các máy CNC không có tính năng bù sai số tích hợp. Bằng cách sử dụng phần mềm CAD/CAM, người dùng có thể dễ dàng tạo ra các chương trình gia công đã được bù sai số. Hơn nữa, chi phí triển khai phương pháp bù sai số off-line thường thấp hơn so với việc nâng cấp phần cứng hoặc mua máy CNC mới. Phần mềm CAD/CAM hỗ trợ bù sai số off-line mang lại hiệu quả cao.

II. Phân Tích Các Nguồn Gây Sai Số Trên Máy VMC 85S Hiệu Quả

Máy VMC-85S, giống như các máy CNC khác, chịu tác động của nhiều nguồn gây sai số. Các sai số này có thể được phân loại thành sai số hình học, sai số do nhiệt, sai số do lực cắt, sai số do hệ thống điều khiển và sai số ngẫu nhiên. Sai số hình học là một trong những nguồn sai số lớn nhất, bao gồm sai số về độ vuông góc, độ thẳng, độ song song và độ vị trí của các trục máy. Sai số do nhiệt phát sinh do sự giãn nở nhiệt của các bộ phận máy khi nhiệt độ thay đổi. Sai số do lực cắt là kết quả của sự biến dạng của dụng cụ cắt và chi tiết gia công dưới tác dụng của lực cắt. Hệ thống điều khiển servo cũng có thể gây ra sai số do độ phân giải và độ chính xác giới hạn. Cuối cùng, sai số ngẫu nhiên là các sai số không thể dự đoán trước, chẳng hạn như sai số do rung động và nhiễu điện. Theo luận văn, 75% sai số của máy mới xuất hiện do quá trình sản xuất và lắp ráp.

2.1. Ảnh Hưởng của Sai Số Hình Học Đến Chất Lượng Gia Công

Sai số hình học ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác của các chi tiết gia công. Sai số về độ vuông góc có thể dẫn đến sai lệch về hình dạng và kích thước của các bề mặt vuông góc. Sai số về độ thẳng có thể gây ra sai lệch về độ thẳng của các đường thẳng và đường cong. Sai số về độ song song có thể làm cho các bề mặt song song không song song. Sai số về độ vị trí có thể dẫn đến sai lệch về vị trí của các lỗ và các đặc điểm khác. Để giảm thiểu ảnh hưởng của sai số hình học, cần phải kiểm tra và hiệu chỉnh máy CNC định kỳ. Ngoài ra, có thể sử dụng các phương pháp bù sai số để bù lại các sai số hình học còn lại. Sai số hình học 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.

2.2. Tác Động của Nhiệt Độ Lên Độ Chính Xác Máy CNC

Nhiệt độ có tác động đáng kể đến độ chính xác của máy CNC. Khi nhiệt độ thay đổi, các bộ phận máy giãn nở hoặc co lại, dẫn đến sai số về kích thước và vị trí. Các nguồn nhiệt chính trong máy CNC bao gồm động cơ, ổ trục, hệ thống làm mát và môi trường xung quanh. Để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt độ, cần phải duy trì nhiệt độ ổn định trong phòng máy. Ngoài ra, có thể sử dụng các hệ thống làm mát để kiểm soát nhiệt độ của các bộ phận máy quan trọng. Các phương pháp bù sai số nhiệt cũng có thể được sử dụng để bù lại các sai số do nhiệt gây ra. Cần lưu ý rằng, sai số do giãn nở nhiệt là một trong những yếu tố quan trọng cần xem xét.

III. Phương Pháp Bù Sai Số Tổng Hợp Off line Cho VMC 85S Chi Tiết

Phương pháp bù sai số tổng hợp off-line bao gồm các bước sau: (1) Xác định các nguồn sai số chính trên máy VMC-85S. (2) Đo lường các sai số này bằng máy đo tọa độ (CMM) hoặc các thiết bị đo khác. (3) Xây dựng mô hình toán học để mô tả mối quan hệ giữa các sai số và vị trí dụng cụ cắt. (4) Sử dụng mô hình này để tạo ra một bảng bù sai số. (5) Tích hợp bảng bù sai số vào phần mềm CAD/CAM. (6) Tạo ra các chương trình gia công đã được bù sai số. (7) Gia công chi tiết trên máy VMC-85S bằng các chương trình đã được bù sai số. (8) Kiểm tra độ chính xác của chi tiết gia công để đánh giá hiệu quả của phương pháp bù sai số. Luận văn sử dụng máy đo toạ độ 3 chiều CMM để kiểm tra độ chính xác gia công.

3.1. Quy Trình Đo Sai Số Sử Dụng Máy Đo Tọa Độ CMM

Quá trình đo sai số sử dụng CMM bao gồm các bước sau: (1) Chuẩn bị máy CMM và đảm bảo rằng nó được hiệu chuẩn chính xác. (2) Gá đặt chi tiết cần đo trên bàn máy CMM. (3) Xác định hệ tọa độ của chi tiết. (4) Lập trình máy CMM để đo các điểm quan trọng trên chi tiết. (5) Thực hiện phép đo và thu thập dữ liệu. (6) Xử lý dữ liệu đo để xác định các sai số về kích thước, hình dạng và vị trí. (7) Phân tích kết quả đo để xác định các nguồn sai số chính. CMM cho phép quét (scanning) để kiểm tra độ chính xác gia công.

3.2. Xây Dựng Mô Hình Toán Học Bù Sai Số Hiệu Quả Nhất

Mô hình toán học bù sai số là một công cụ quan trọng để mô tả mối quan hệ giữa các sai số và vị trí dụng cụ cắt. Mô hình này có thể được xây dựng bằng cách sử dụng các phương pháp thống kê, các phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) hoặc các phương pháp trí tuệ nhân tạo. Mô hình toán học phải đủ chính xác để bù lại các sai số một cách hiệu quả, nhưng cũng phải đủ đơn giản để có thể tính toán nhanh chóng. Việc lựa chọn phương pháp xây dựng mô hình toán học phụ thuộc vào độ phức tạp của các sai số và yêu cầu về độ chính xác. Có thể sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn FEM để xây dựng mô hình.

IV. Ứng Dụng Bù Sai Số Phay Biên Dạng Trên Máy VMC 85S

Bù sai số khi phay biên dạng là một ứng dụng quan trọng của phương pháp bù sai số tổng hợp. Trong quá trình phay biên dạng, dụng cụ cắt di chuyển dọc theo một đường cong hoặc một đường thẳng, tạo ra một biên dạng cụ thể trên chi tiết gia công. Sai số có thể làm cho biên dạng thực tế khác với biên dạng mong muốn. Để bù lại các sai số này, cần phải điều chỉnh đường chạy dao của dụng cụ cắt. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm CAD/CAM. Đầu tiên, cần phải xác định các sai số hình học và sai số do lực cắt. Sau đó, phần mềm CAD/CAM có thể được sử dụng để tạo ra một đường chạy dao đã được bù sai số. Cuối cùng, chi tiết gia công được phay bằng đường chạy dao đã được bù sai số. Trong luận văn, tác giả đã tạo mô hình CAD và thiết lập các thông số công nghệ trên Mastercam.

4.1. Tạo Đường Chạy Dao Đã Bù Sai Số Bằng Mastercam

Mastercam là một phần mềm CAD/CAM mạnh mẽ có thể được sử dụng để tạo ra các đường chạy dao đã được bù sai số. Để tạo ra một đường chạy dao đã được bù sai số trong Mastercam, cần phải thực hiện các bước sau: (1) Nhập mô hình CAD của chi tiết gia công vào Mastercam. (2) Xác định các sai số hình học và sai số do lực cắt. (3) Sử dụng các công cụ bù sai số của Mastercam để tạo ra một đường chạy dao đã được bù sai số. (4) Xuất đường chạy dao đã được bù sai số sang máy CNC. Mastercam hỗ trợ thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD và sản xuất có sự trợ giúp của máy tính CAM.

4.2. Đánh Giá Hiệu Quả Bù Sai Số Thông Qua Đo Kiểm Thực Tế

Để đánh giá hiệu quả của phương pháp bù sai số, cần phải đo kiểm thực tế các chi tiết gia công đã được bù sai số. Quá trình đo kiểm có thể được thực hiện bằng máy đo tọa độ (CMM) hoặc các thiết bị đo khác. Kết quả đo kiểm sẽ cho biết mức độ cải thiện về độ chính xác của chi tiết gia công sau khi bù sai số. Nếu độ chính xác vẫn chưa đạt yêu cầu, cần phải điều chỉnh mô hình toán học hoặc đường chạy dao để cải thiện hiệu quả bù sai số. Có thể thấy kích thước thực tế của sản phẩm sau khi ứng dụng phương pháp bù sai số đã được cải thiện.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Bù Sai Số VMC 85S

Nghiên cứu về bù sai số tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục VMC-85S đã đạt được những kết quả đáng khích lệ. Phương pháp bù sai số off-line đã chứng minh được hiệu quả trong việc nâng cao độ chính xác của các chi tiết gia công. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu thêm. Trong tương lai, cần tập trung vào việc phát triển các mô hình toán học bù sai số chính xác hơn, các phương pháp đo lường sai số hiệu quả hơn và các phần mềm CAD/CAM tích hợp bù sai số thông minh hơn. Ngoài ra, cần nghiên cứu các phương pháp bù sai số thời gian thực (on-line) để bù lại các sai số phát sinh trong quá trình gia công. Cuối cùng, cần mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp bù sai số cho các loại máy CNC khác và các quy trình gia công khác. Luận văn đã đóng góp vào chương trình đào tạo, nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ của nhà trường. Phương pháp này có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất công nghiệp.

5.1. Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Bù Sai Số CNC

Các hướng nghiên cứu tiếp theo về bù sai số CNC có thể tập trung vào các lĩnh vực sau: (1) Phát triển các mô hình toán học bù sai số dựa trên trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning). (2) Nghiên cứu các phương pháp đo lường sai số sử dụng cảm biến và hệ thống thị giác máy tính. (3) Tích hợp các chức năng bù sai số vào hệ thống điều khiển CNC. (4) Phát triển các phương pháp bù sai số thích ứng, có thể tự động điều chỉnh các thông số bù sai số dựa trên dữ liệu thu thập được trong quá trình gia công. Cần nghiên cứu bù sai số thời gian thực.

5.2. Tiềm Năng Ứng Dụng Rộng Rãi Của Công Nghệ Bù Sai Số

Công nghệ bù sai số có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm: (1) Sản xuất các chi tiết máy chính xác cho ngành hàng không vũ trụ, ô tô và điện tử. (2) Gia công các khuôn mẫu phức tạp cho ngành công nghiệp nhựa và kim loại. (3) Sản xuất các thiết bị y tế có độ chính xác cao. (4) Chế tạo các dụng cụ cắt và đồ gá chất lượng cao. Việc áp dụng công nghệ bù sai số sẽ giúp các doanh nghiệp nâng cao năng lực sản xuất, giảm chi phí và cải thiện chất lượng sản phẩm. Công nghệ bù sai số có thể ứng dụng cho các quy trình gia công khác.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, yêu cầu về chất lượng sản phẩm cơ khí ngày càng cao, đặc biệt là độ chính xác về kích thước và hình dáng hình học. Theo ước tính, sai số gia công trên các máy CNC có thể ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, làm giảm hiệu quả sản xuất và tăng chi phí gia công. Trung tâm gia công 3 trục VMC-85S, một thiết bị phổ biến trong ngành công nghệ chế tạo máy, cũng không tránh khỏi các sai số tổng hợp phát sinh trong quá trình vận hành. Vấn đề nghiên cứu tập trung vào việc bù off-line sai số tổng hợp trên trung tâm gia công này nhằm nâng cao độ chính xác gia công, giảm thiểu sai số kích thước và hình dạng của chi tiết.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là khai thác tính năng công nghệ của máy VMC-85S, ứng dụng công nghệ đo tọa độ 3 chiều CMM để kiểm tra độ chính xác gia công, từ đó xây dựng quy trình bù sai số tổng hợp bằng phần mềm CAD/CAM, đặc biệt là Mastercam. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các chi tiết gia công trên máy VMC-85S tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Thái Nguyên, trong khoảng thời gian thực nghiệm năm 2009. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao độ chính xác kích thước sản phẩm, phục vụ cho đào tạo, nghiên cứu khoa học và ứng dụng thực tế trong sản xuất công nghiệp, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh của sản phẩm cơ khí trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về sai số gia công trên máy CNC, bao gồm:

• Sai số hình học: Bao gồm sai số trục, sai số độ không vuông góc giữa các trục, sai số vị trí và sai số góc quay quanh các trục. Mô hình sai số hình học được xây dựng dựa trên mô hình vật cứng và phép biến đổi thuần nhất, với 21 thành phần sai số cho máy phay 3 trục.
• Nguyên lý bù sai số: Bù sai số được thực hiện qua các phương pháp như thêm modul phần mềm, biến đổi tham số điều khiển, biến đổi Post processor và điều chỉnh chương trình NC. Các phương pháp này nhằm giảm thiểu sai số tổng hợp phát sinh trong quá trình gia công.
• Khái niệm sai số tổng hợp: Sai số tổng hợp là sự kết hợp của nhiều sai số thành phần như sai số hình học, sai số do nhiệt, rung động, tải trọng và hệ thống điều khiển servo. Việc bù sai số tổng hợp giúp nâng cao độ chính xác gia công một cách toàn diện.

Các thuật ngữ chuyên ngành được sử dụng bao gồm: CMM (Coordinate Measuring Machine), CAD/CAM (Computer Aided Design/Manufacturing), CNC (Computer Numerical Control), Post Processor, sai số Abbe, sai số vị trí, sai số hình học, sai số nhiệt, sai số rung động.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, chủ yếu dựa trên thực nghiệm với các bước chính:

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng máy gia công VMC-85S và máy đo tọa độ 3 chiều CMM C544 tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Dữ liệu đo được thu thập từ các chi tiết gia công mẫu, bao gồm sai số kích thước và hình dạng.
• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các chi tiết có biên dạng phức tạp để gia công và đo kiểm, nhằm đánh giá hiệu quả bù sai số tổng hợp.
• Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm Mastercam để thiết kế, lập trình gia công và thực hiện bù sai số off-line. Dữ liệu đo từ máy CMM được xử lý bằng phần mềm Geopak và MCOSMOS24 để xác định sai số thực tế, từ đó tính toán và hiệu chỉnh sai số trên chương trình gia công.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu diễn ra trong năm 2009, bao gồm các giai đoạn thiết kế, gia công thử nghiệm, đo kiểm và bù sai số, đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác định sai số tổng hợp trên máy VMC-85S: Qua đo kiểm bằng máy CMM, sai số vị trí trên trục X trước khi bù dao động trong khoảng ±0.1 mm, trục Y sai số lên đến ±0.12 mm. Sau khi áp dụng phương pháp bù sai số tổng hợp bằng phần mềm Mastercam, sai số giảm xuống còn khoảng ±0.02 mm trên cả hai trục, tương đương giảm hơn 80% sai số ban đầu.

2. Hiệu quả bù sai số khi phay biên dạng: Gia công chi tiết biên dạng phức tạp sau khi bù sai số cho thấy sai số kích thước thực tế giảm từ khoảng 0.15 mm xuống dưới 0.03 mm, đạt yêu cầu dung sai kỹ thuật. Kết quả đo sai số hình học cũng cải thiện rõ rệt, độ tròn và độ thẳng của chi tiết được nâng cao.

3. So sánh sai số trước và sau bù sai số: Biểu đồ so sánh kết quả đo trước và sau bù sai số cho thấy sự giảm đáng kể sai số trên toàn bộ vùng gia công, đặc biệt tại các điểm có sai số lớn trước đó. Tỷ lệ sai số giảm trung bình đạt trên 75% trên cả ba trục.

4. Ứng dụng phần mềm Mastercam trong bù sai số: Việc tích hợp bù sai số vào quá trình lập trình gia công giúp tự động hóa quá trình hiệu chỉnh, giảm thiểu sai sót do thao tác thủ công và tăng tính chính xác của chương trình NC.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sai số tổng hợp trên máy VMC-85S bao gồm sai số hình học do chế tạo và lắp ráp, sai số do nhiệt phát sinh trong quá trình vận hành, rung động và tải trọng tác động lên chi tiết gia công. Việc sử dụng máy đo tọa độ 3 chiều CMM với độ chính xác cao (độ phân giải 0.1 µm) cho phép xác định chính xác sai số thực tế, làm cơ sở cho việc bù sai số hiệu quả.

So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả bù sai số tổng hợp trên máy VMC-85S đạt hiệu quả tương đương hoặc vượt trội, đặc biệt trong việc giảm sai số vị trí và sai số hình học. Việc áp dụng phương pháp bù off-line bằng phần mềm CAD/CAM giúp linh hoạt trong điều chỉnh chương trình gia công, phù hợp với các chi tiết có biên dạng phức tạp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các bảng kết quả đo sai số trước và sau bù, biểu đồ so sánh sai số theo từng trục và hình ảnh mô phỏng đường chạy dao trên phần mềm Mastercam, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của phương pháp nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng quy trình bù sai số tổng hợp trên các máy CNC tương tự: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu là giảm sai số gia công xuống dưới 0.05 mm, thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, chủ thể thực hiện là các nhà máy cơ khí và trung tâm đào tạo kỹ thuật.

2. Phát triển phần mềm bù sai số tích hợp trực tiếp vào bộ điều khiển CNC: Động từ hành động là "phát triển", mục tiêu nâng cao tính tự động và chính xác của quá trình gia công, thời gian 12 tháng, chủ thể là các công ty phần mềm và nhà sản xuất máy CNC.

3. Tăng cường đào tạo kỹ thuật viên về công nghệ đo CMM và lập trình CAD/CAM: Động từ hành động là "đào tạo", mục tiêu nâng cao năng lực vận hành và hiệu chỉnh máy CNC, thời gian liên tục, chủ thể là các trường đại học và trung tâm đào tạo nghề.

4. Nghiên cứu mở rộng bù sai số cho các loại máy CNC nhiều trục và phức tạp hơn: Động từ hành động là "nghiên cứu", mục tiêu áp dụng phương pháp bù sai số tổng hợp cho máy 5 trục hoặc robot gia công, thời gian 18 tháng, chủ thể là các viện nghiên cứu và trường đại học kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ chế tạo máy: Giúp hiểu rõ về các nguồn sai số và phương pháp bù sai số trên máy CNC, phục vụ học tập và nghiên cứu chuyên sâu.

2. Kỹ sư vận hành và lập trình CNC tại các nhà máy cơ khí: Áp dụng quy trình bù sai số để nâng cao độ chính xác gia công, giảm phế phẩm và tăng năng suất.

3. Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực cơ khí chế tạo: Tham khảo phương pháp thực nghiệm và ứng dụng phần mềm CAD/CAM trong bù sai số, làm cơ sở cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

4. Các công ty sản xuất và cung cấp máy CNC: Nắm bắt công nghệ bù sai số để cải tiến sản phẩm, nâng cao chất lượng máy và dịch vụ hậu mãi.

Câu hỏi thường gặp

1. Bù sai số tổng hợp là gì và tại sao cần thiết?
   Bù sai số tổng hợp là quá trình điều chỉnh các sai số phát sinh trong quá trình gia công trên máy CNC nhằm nâng cao độ chính xác sản phẩm. Nó cần thiết vì sai số tổng hợp ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ tin cậy của chi tiết gia công.

2. Phương pháp bù sai số off-line có ưu điểm gì?
   Phương pháp off-line cho phép tính toán và hiệu chỉnh sai số trước khi gia công thực tế, giảm thiểu thời gian dừng máy và rủi ro sai sót trong quá trình vận hành, đồng thời dễ dàng tích hợp với phần mềm CAD/CAM.

3. Máy đo tọa độ 3 chiều CMM có vai trò như thế nào trong nghiên cứu?
   Máy CMM cung cấp dữ liệu đo chính xác về kích thước và hình dạng chi tiết gia công, làm cơ sở để xác định sai số thực tế và tính toán các giá trị bù sai số phù hợp.

4. Phần mềm Mastercam được sử dụng như thế nào trong bù sai số?
   Mastercam được dùng để thiết kế mô hình chi tiết, lập trình gia công và tích hợp các giá trị bù sai số vào chương trình NC, giúp tự động hóa quá trình hiệu chỉnh và gia công chính xác hơn.

5. Có thể áp dụng quy trình bù sai số này cho các máy CNC khác không?
   Có thể, quy trình và phương pháp bù sai số tổng hợp được thiết kế linh hoạt, có thể điều chỉnh và áp dụng cho nhiều loại máy CNC khác nhau, đặc biệt là các máy có cấu trúc tương tự như VMC-85S.

Kết luận

• Đã xác định và phân tích chi tiết các nguồn sai số tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục VMC-85S, bao gồm sai số hình học, nhiệt, rung động và hệ thống điều khiển.
• Xây dựng thành công quy trình bù sai số off-line bằng phần mềm Mastercam, giúp giảm sai số vị trí và sai số hình học trung bình trên 75%.
• Ứng dụng máy đo tọa độ 3 chiều CMM C544 với độ chính xác cao làm cơ sở đo kiểm và hiệu chỉnh sai số.
• Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, phục vụ đào tạo, nghiên cứu khoa học và nâng cao chất lượng sản phẩm trong sản xuất công nghiệp.
• Đề xuất các giải pháp triển khai, phát triển phần mềm và đào tạo kỹ thuật viên nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng trong tương lai.

Next steps: Triển khai áp dụng quy trình bù sai số tại các cơ sở sản xuất, phát triển phần mềm tích hợp trực tiếp vào bộ điều khiển CNC, mở rộng nghiên cứu cho các máy CNC đa trục.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu, kỹ sư và doanh nghiệp trong lĩnh vực cơ khí chế tạo nên tiếp cận và áp dụng phương pháp bù sai số tổng hợp để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ GIA CÔNG TRÊN CÁC MÁY CNC 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.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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 14 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Độ chính xác gia công Độ chính xác của chi Độ chính xác của cụm chi tiết tiết Sai lệch kích Sai lệch vị trí Sai số tổng thước tương quan 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. - 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 15 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy 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 tượng như vậy là do tính chất khác nhau của các sai số thành phần.

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; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 16 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy - Sai số vị trí đồ gá; - Sai số do mòn dao… 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: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 17 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Hình 1.2: Các sai số thành phần trên máy công cụ.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 dọc trục theo phương vuông góc với phương chuyển động X, Y và Z; + 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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 18 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy 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. Sai số do vít me Cơ cấu chuyển động quay của động cơ servo được chuyển thành chuyển 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 ền chuyển động dọc trục tới gối đỡ. Nếu cần hệ thống độ me quay, các viên bi truy 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. 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.