Chương 1: Sai số gia công và các nguyên lý bù sai số gia công trên máy công cụ CNC - Chương 2: Quy trình bù sai số gia công cho trung tâm gia công VMC-650E - Chương 3: Gia công thực nghiệm trên máy phay VMC-650E và đo tạo bộ số liệu trên máy đo tọa độ CMM-C544 - Chương 4: Thuật toán xác định tâm và bán kính đường tròn - Chương 5: Phần mềm tính sai số đường tròn bằng ngôn ngữ lập trình C# - Chương 6: Bù sai số khi phay nắp động cơ Kết luận và hướng đề xuất nghiên cứu tiếp theo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên14 http://www.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy CHƢƠNG 1: SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ GIA CÔNG TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC 1. Các thành phần sai số trên máy công cụ CNC 1. Với trung tâm gia công phay CNC 3 trục: Gồm có 21 thành phần sai số Hình 1.1: Các thành phần sai số trên trung tâm gia công phay CNC 3 trục Cách xác định các thành phần sai số: Tổng sai số thành phần = 6 * (số trục) + 4* (số trục quay) + 2* (số trục tịnh tiến) + Số trục của máy công cụ - 6(bậc liên kết làm việc) Theo như cách tính toán ở trên thì ta có: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên15 http://www.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy 6 * 3 + 4 * 0 + 2 * 3 + 3-6 = 21 sai số thành phần Trong đó: Những lỗi Số lƣợng các sai số thành phần Những sai số Tuyến tính(thẳng) 3 Những sai số thẳng (Tịnh tiến) 6 Những sai số góc 9 Những sai số vuông góc giữa các trục máy 3 (21 thành phần sai số của trung tâm gia công đứng 3 trục) 1. Với trung tâm gia công phay CNC 5 trục: Gồm có 43 thành phần sai số Đối với máy phay CNC 5 trục điển hình với máy có hai trục quay thì số lượng các thông số lỗi được xác định nhiều hơn.
Tổng sai số thành phần = 6 * 5(số trục tổng cộng) + 4 * 2(số trục quay) + 2 * 3(số trục tịnh tiến) + 5(số trục máy) – 6(bậc liên kết làm việc) = 43 sai số thành phần 1. Độ chính xác gia công trên máy CNC 1. Độ chính xác của máy Độ chính xác gia công của một chi tiết máy là mức độ giống nhau về hình học, tính chất cơ lý của bề mặt chi tiết gia công so với kích thước chi tiết lý tưởng trên bản vẽ thiết kế. Nhìn chung, độ chính xác gia công là chỉ tiêu khó đạt nhất và tốn kém nhất trong quá trình thiết kế và chế tạo.
Trong thực tế không thể chế tạo được chi tiết có độ chính xác tuyệt đối, giống hoàn toàn về hình dáng hình học, kích thước cũng như tính chất cơ lý so với các giá trị lý tưởng. Vì vậy dung giá trị sai lệch của nó để đánh giá độ chính xác gia công, nghĩa là dung sai của chi tiết. Nếu giá trị sai lệch đó mà càng lớn thì độ chính xác gia công là càng thấp và nếu giá trị sai lệch đó mà càng nhỏ thì chi tiết đó càng chính xác. 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 mà mình thiết kế và thể hiện bằng dung sai của kích thước đó. Độ chính xác về trị trí tương quan giữa 2 bề mặt thực chất là sự xoay đi một góc nào đó của bề mặt này so với bề mặt kia. Như vậy độ chính xác vị trí tương quan được đánh giá theo sai số về góc yêu cầu giữa vị trí của bề mặt này so với bề mặt kia trong 2 mặt phẳng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên16 http://www.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy tọa độ vuông góc với nhau. Độ chính xác vị trí tương quan thường được ghi thành một điều kiện cụ thể 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 dạng hình học được thiết kế. Ví dụ như chi tiết hình trụ thì độ chính xác hình dạng hình học là độ côn, độ ovan, độ đa cạnh… Độ sóng: là chu kì không phẳng của bề mặt chi tiết gia công 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, Rz. Đây là sai số của bề mặt thực quan sát trong một miền xác định.
Độ chính xác gia công Độ chính xác của chi tiết Độ chính xác của cụm chi tiết Sai lệch kích Sai lệch vị trí tương quan Sai số tổng thước Sai Sai số Sai số Độ Độ Tính Sai Sai số số vị trí hình sóng nhám chất cơ số hệ ngẫu kích tương dạng bề lý lớp thống nhiên thước quan hình học mặt bề mặt Hình 1.2: Phân loại độ chính xác gia công Độ chính xác của máy trong trạng thái không tải được gọi là độ chính xác hình học. Tùy theo độ chính xác của máy CNC mà người ta chia chúng ra thành 4 loại: + Máy có độ chính xác bình thường + Máy có độ chính xác tương đối cao + Máy có độ chính xác cao + Máy có độ chính xác rất cao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên17 http://www.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Nếu so sánh độ chính xác gia công trên các máy đó, ta có tỉ lệ như sau: Giả sử dung sai trên loại máy thứ nhất là 1 thì dung sai gia công trên loại máy thứ hai là 0,6, trên laọi máy thứ ba là 0,4 và trên loại máy thứ tư là 0,25. Khi kiểm tra độ chính xác của máy thì người ta xác định: + Độ chính xác hình học và vị trí tương quan của các bề mặt để định vị chi tiết gia công và dụng cụ cắt. + Độ chính xác chuyển động của các cơ cấu chấp hành của máy trên các cơ cấu dẫn hướng.
+ Độ chính xác vị trí của các trục quay và độ chính xác dịch chuyển của các cơ cấu chấp hành mang chi tiết và dụng cụ cắt. + Độ chính xác và độ nhám bề mặt gia công. Ngoài ra, độ chính xác của máy CNC còn được đặc trưng bởi các yếu tố như: Độ chính xác định vị vị trí đường thẳng của các cơ cấu chấp hành khi thay đổi hướng chuyển động; độ chính xác chuyển về vị tí ban đầu của các cơ cấu chấp hành; khả năng dịch chuyển ổn định của các cơ cấu chấp hành đến một điểm xác định; độ chính xác nội suy đường cong và vị trí ổn định của dao sau khi thực hiện chạy dao tự động. Độ chính xác của hệ thống điều khiển 1.
Sai số của bộ nội suy và chế độ nội suy Sai số của bộ nội suy có ảnh hưởng đáng kể đến sai số gia công. Đối với bộ nội suy thì sai số hình học δ (sai số của quỹ đạo thực hiện so với quỹ đạo đã định) phụ thuộc vào góc nghiêng của quỹ đạo so với các trục tọa độ và không vượt quá giá trị xung Δ trên mỗi đoạn chi tiết. Các máy CNC thế hệ cũ có giá trị xung Δ = 0.1mm, cho nên nó ảnh hướng rất lớn đến sai số gia công. Đối với các máy CNC thế hệ mới thì gia trị Δ trong khoảng 0.002mm, do đó nó không ảnh hưởng nhiều đến sai số gia công, tuy nhiên nó ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt.
Một loại sai số khác không phụ thuộc vào bộ nội suy nhưng lại xuất hiện trong chế độ nội suy. Nguyên nhân của các sai số đó là do sai số chu kì khi truyền động của các cơ cấu chạy dao. Cụ thể các sai số này xuất hiện do các nguyên nhân: dao động dọc và các sai số bước của trục vít me, sai số tích lũy của bánh răng và của đa tríc phản hồi; độ không đồng tâm của các trục trong hệ; động cơ chạy dao- hộp giảm tốc-trục vít me-đa tríc. Khi gia Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên18 http://www.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy công chỉ theo một tọa độ nào đó thì những sai số trên đây được thể hiện qua sự không đồng đều của cơ cấu chạy dao (lượng chạy dao thay đổi chút ít) và chúng không ảnh hưởng đến sai số gia công cũng như độ nhám bề mặt.
Tuy nhiên gia công theo nhiều tọa độ cùng lúc (chế độ nội suy theo nhiều trục) thì ngay cả chuyển động không đều của một trục nào đó cũng ảnh hưởng đến sai số gia công và độ nhám bề mặt. Giả sử trong hệ tọa độ 2 trục XZ chuyển động của cơ cấu chấp hành sau mỗi vòng quay của trục vít me theo trục X là đều, còn theo trục Z là không đều. Ta kí hiệu là Pz và Px là bước của trục vít me theo các trục Z và X. Đầu tiên ta giả định nội suy đường thẳng (tiện côn với mnột góc α1 so với trục Z), do đó các sai số chu kì theo trục Z sau ½ vòng quay của trục vít me, bàn xe dao đi qua một quảng đường lớn hơn ½ bước, nghĩa là ΔPz và cơ cấu chấp hành không nằm ở điểm A mà ở điểm A1.
Trên bề mặt gia công xuất hiện độ sóng Pz với chiều cao độ song δ1 = ΔPz sinα1 và bước song P1 cos 1 X δ2 α2 δ1 P2 B B1 α1 P1 A Z A1 Pz/2 Pz/2 +ΔPz Hình 1.3: Sai số của bộ nội suy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên19 http://www.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Pz Khi góc côn (α2) tăng thì chiều cao độ song 2 Pz sin 2 và bước song P2 cos 2 cũng tăng. Như vậy, khi đánh giá chiều cao và bước sóng trên bề mặt gia công ta có thể xác định được đầy đủ các yếu tố gây ra sai số chuyển động chu kì Ở ví dụ trên (gia công bề mặt với hai góc côn α1 , α2) ta có thể kết luận: nguyên nhân chính gây ra sai số gia công là do cơ cấu truyền động làm việc theo trục Z.