nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công khi phay nắp động cơ trên trung tâm gia công vmc-650e bằng phương pháp bù sai số offline

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY NẮP ĐỘNG CƠ TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG PHAY VMC-650E BẰNG PHƢƠNG PHÁP BÙ SAI SỐ OFF-LINE NGUYỄN ĐẮC TUẤN THÁI NGUYÊN - 2010 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY NẮP ĐỘNG CƠ TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG PHAY VMC-650E BẰNG PHƢƠNG PHÁP BÙ SAI SỐ OFF-LINE Học viên: Nguyễn Đắc Tuấn Lớp: CHK11 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HD KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe Nguyễn Đắc Tuấn THÁI NGUYÊN - 2010 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 MỤC LỤC CHƢƠNG 1: SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC Trang 1.1. Các thành phần sai số trên máy công cụ CNC 13 1.2. Độ chính xác gia công trên máy CNC 14 1.2.1. Độ chính xác của máy 14 1.2.2. Độ chính xác của hệ thống điều khiển 16 1.2.2.1. Sai số của bộ nội suy và chế độ nội suy 16 1.2.2.2. Sai số của phương pháp xấp xỉ 18 1.3. Các nguồn gây sai số 19 1.3.1. Sai số do gá đặt phôi 19 1.3.2. Sai số điều chỉnh dao 20 1.3.3. Sai số điều chỉnh máy 21 1.3.4. Sai số chế tạo dao 21 1.3.5. Sai số do dao mòn 22 1.3.6. Sai số hình học của các chi tiết máy 23 1.3.7. Sai số do sống trượt 25 1.3.8. Sai số do nhiệt 26 1.3.9. Sai số do vít me bi 26 1.3.10. Sai số do tải tĩnh và động 26 1.3.11. Sai số do hệ thống điều khiển servo 27 1.3.12. Sai số do rung động 27 1.3.13. Sai số do ổ đỡ 27 1.4. Nguyên lý bù sai số off-line 28 1.4.1. Mô hình bù 28 1.4.2. Thêm modunl phần mềm 30 1.4.3 Biến đổi các thông số điều khiển 30 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 1.4.4. Biến đổi Post processor(PP) 30 1.4.5. Biến đổi chương trình NC 30 1.4.6. Bù sai số với các bộ điều khiển 31 1.4.6.1. Thêm modunl phần mềm mới 32 1.4.6.2. Cài đặt bộ điều khiển phần cứng độc lập 32 1.5. Giới thiệu các công trình nghiên cứu bù sai số ở trong nước và trên thế giới: 33 1.5.1. Các công trình bù sai số tổng hợp của các tác giả nước ngoài 33 1.5.2. Các công trình nghiên cứu bù sai số ở trong nước 34 CHƢƠNG 2: QUY TRÌNH BÙ SAI SỐ CHO MÁY PHAY VMC-650E 36 2.1. Quy trình bù 36 2.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 36 2.2.1. Phần mềm Mastercam X 36 2.2.1.1. Giao diện của phần mềm Mastercam X 36 2.2.1.2. Các dạng gia công cơ bản trên môdun phay 38 2.2.1.3. Các bước cần thực hiện để lập trình phay một chi tiết 38 2.2.2. Máy phay VMC-650E 41 2.2.3. Máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 42 2.2.3.1. Cấu hình của máy 42 2.2.3.2. Tính năng kỹ thuật của máy 43 CHƢƠNG 3: GIA CÔNG THỰC NGHIỆM TRÊN MÁY PHAY VMC-650E VÀ ĐO TẠO BỘ SỐ LIỆU TRÊN MÁY ĐO CMM-C544 45 3.1. Thực nghiệm trên trung tâm gia công VMC-650E 45 3.1.1. Bản vẽ chi tiết nắp động cơ 45 3.1.2. Lập trình nguyên công 46 3.1.3. Chuyển chương trình sang máy CNC 52 3.1.4. Điều chỉnh máy tiến hành gia công 54 3.2. Đo biên dạng và tạo bộ số liệu trên máy CMM-C544 55 3.2.1. Gá đặt chi tiết 55 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 3.2.2. Khởi động và kiểm tra hệ thống 55 3.2.3. Chọn đầu đo 56 3.2.4. Hiệu chuẩn đầu đo 56 3.2.5. Thiết lập hệ tọa độ của chương trình đo 56 3.2.6. Tiến hành đo và xây dựng bộ số liệu 56 3.3. Kết luận chương 3 CHƢƠNG 4: THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH TÂM VÀ BÁN KÍNH ĐƢỜNG TRÕN 4.1. Thuật toán xác định khoảng cách đường thẳng qua tọa độ 2 điểm đo 57 4.2. Thuật toán xác định đường tròn qua tọa độ 3 điểm đo 58 4.3. Thuật toán xác định đường tròn qua tọa độ nhiều điểm đo 59 CHƢƠNG 5: PHẦN MỀM TÍNH SAI SỐ ĐƢỜNG TRÒN BẰNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C# 5.1. Xử lí số liệu đo trên máy đo CMM-C544 61 5.2. Viết chương trình thuật toán tính sai số đường tròn bằng ngôn ngữ lập trình C# 5.3. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính sai số đường tròn 68 5.4. Lưu đồ thuật toán và các đoạn mã chương trình bằng ngôn ngữ C# 69 CHƢƠNG 6: BÙ SAI SỐ KHI PHAY NẮP ĐỘNG CƠ 74 6.1. Cơ sở lý thuyết 74 6.2. Bảng số liệu 76 6.3. Bù sai số 83 6.4. Gia công chi tiết theo chương trình đã được bù 86 6.5. Kiểm tra sai số 87 KẾT LUẬN CHUNG 88 PHẦN PHỤ LỤC 89 - Phụ lục 1 89 - Phụ lục 2 96 - Tài liệu tham khảo 133 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ/ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Các thành phần sai số trên trung tâm gia công phay CNC 3 trục 13 Hình 1.2 Phân loại độ chính xác gia công 15 Hình 1.3 Sai số của bộ nội suy 17 Hình 1.4 Sai số của phương pháp xấp xỉ 18 Hình 1.5 Sự phân bố điểm cắt trên lưỡi dao 22 Hình 1.6 Sai số góc 23 Hình 1.7 Các thành phần sai số 24 Hình 1.8 Sai số độ không vuông góc giữa từng đôi trục 24 Hình 1.9 Hệ thống phản hồi của máy công cụ CNC 27 Hình 1.10 Bốn cách bù sai số cho máy công cụ CNC 29 Hình 1.11 Các thành phần của Post processcer 31 Hình 1.12 Các thành phần của bộ biến đổi chương trình NC 32 Hình 2.1 Quy trình bù sai số 36 Hình 2.2 Giao diện của phần mềm Mastercam X 37 Hình 2.3 Trung tâm gia công 3 trục VMC-650E 41 Hình 2.4 Máy đo tọa độ CMM-C544 43 Hình 3.1 Bản vẽ chi tiết nắp động cơ 45 Hình 3.2 Thiết kế biên dạng chi tiết trên phần mềm AutoCad 2004 46 Hình 3.3 Biên dạng nắp động cơ 47 Hình 3.4 Xác lập kích thước phôi 48 Hình 3.5 Chọn biên dạng gia công 49 Hình 3.6 Khai báo các thông số chế độ cắt 50 Hình 3.7 Chọn định dạng file để xuất chương trình 51 Hình 3.8 Lưu chương trình 51 Hình 3.9 Các thông số của bộ truyền dữ liệu 53 Hình 3.10 Giao diện của phần mềm truyền dữ liệu CNC Simulation 53 Hình 3.11 Gá đặt chi tiết gia công trên máy CMM để đo biên dạng 55 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 Hình 4.1 Tọa độ đường thẳng M 1 M 2 57 Hình 5.1 Mô hình xây dựng một đường tròn qua 3 điểm đo 67 Hình 5.2 Giao diện của chương trình phần mềm 69 Hình 5.3 Lưu đồ thuật toán 1 70 Hình 5.4 Lưu đồ thuật toán 2 71 Hình 5.5 Lưu đồ thuật toán 3 72 Hình 5.6 Lưu đồ thuật toán 4 73 Hình 6.1 Phỏng đoán độ méo của biên dạng đường tròn 75 Hình 6.2 Mô hình sai số đường tròn 75 Hình 6.3 Vị trí sai số của các ΔR 76 Hình 6.4 Chi tiết gia công thực nghiệm trước khi bù sai số 86 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 CÁC TỪ VIẾT TẮT CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp máy tính CAM Computer Aided Manfacturing Sản xuất với sự trợ giúp máy tính CNC Computer Numerical Control Điều khiển theo chương trình số CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo tọa độ 3 chiều 2D 2 Dimension Không gian 2 chiều 3D 3 Dimension Không gian 3 chiều PP Post processor Hậu xử lý SW Software Phần mềm I/O Input/Output Ngõ vào/ra PC Personal Computer Máy tính cá nhân PLC Programmable Logic Control Bộ điều khiển PLC FEM Finite Element Methods Phương pháp phần tử hữu hạn NC Numerical Control Điều khiển số DNC Direct Numerical Control Điều khiển số trực tiếp MB Master Ball Quả cầu chuẩn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ32 trong mặt phẳng 1 77 Bảng 2 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ32 trong mặt phẳng 2 78 Bảng 3 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ32 trong mặt phẳng 3 79 Bảng 4 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ16 80 Bảng 5 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ90 81 Bảng 6 Kết quả gia công thực nghiệm chi tiết trước khi bù 85 Bảng 7 Kết quả gia công thực nghiệm chi tiết sau khi bù 87 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những kết quả có được trên đây là do tôi tự thực hiện lấy dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe. Ngoài những tài liệu tham khảo đã được liệt kê dưới đây thì những kết quả còn lại là do thực nghiệm mà có được và chưa có công trình nghiên cứu khác công bố. Thái Nguyên, ngày tháng 09 năm 2010 Học viên thực hiện NGUYỄN ĐẮC TUẤN [...]... có vào chương trình đào tạo, nghiên cứu khoa học, ứng dụng sản xuất, gia công các sản phẩm có độ phức tạp và độ chính xác cao, tác giả đề xuất hướng nghiên cứu sau đây: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công khi phay nắp động cơ trên trung tâm gia công VMC-650E bằng phương pháp bù sai số offline. ” 2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học Để gia công được những chi tiết có... trình gia công bằng Mastercam X.10 - Hệ thống dụng cụ cắt: dao phay thép gió HSS-Co Φ6,Φ8 - Vật liệu chi tiết gia công: Thép CT3 5 Bố cục luận văn - 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... pháp nghiên cứu - Nghiên cứu các thành phần sai số gia công trên máy công cụ và kết hợp đánh giá bằng thực nghiệm Các số liệu trong đề tài được thống kê chủ yếu là dựa vào thực nghiệm mà có 4.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Chọn chi tiết gia công là nắp động cơ để tiến hành gia công thí nghiệm trên trung tâm gia công VMC-650E - Sử dụng máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 để kiểm tra độ chính xác kích thước gia công. .. những chi tiết có hình dạng phức tạp và đòi hỏi đạt độ chính xác cao, tính tự động hóa cao, thì thông thường người ta sẽ chọn gia công trên các trung tâm gia công CNC Tuy nhiên trong quá trình gia công luôn tồn tại sai số chế tạo Do đó nâng cao độ chính xác gia công trên các trung tâm gia công là việc làm cần thiết mặt khác trong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 http://www.lrc-tnu.edu.vn... tiết Độ chính xác của cụm chi tiết Sai lệch kích thước Sai lệch vị trí tương quan Sai số kích thước Sai số hình dạng hình học Sai số vị trí tương quan Độ sóng Độ nhám bề mặt Sai số tổng Tính chất cơ lý lớp bề mặt Sai số hệ thống Sai số ngẫu nhiên 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... NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ GIA CÔNG TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC 1.1 Các thành phần sai số trên máy công cụ CNC 1.1.1 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... ngành: Công nghệ chế tạo máy thực tế sản xuất hiện nay thì vấn đề bù sai số gia công trên các trung tâm gia công vẫn còn là lĩnh vực khá mới mẻ và khó khăn Do đó hướng nghiên cứu xây dựng chương trình bù sai số gia công trên các trung tâm gia công là việc làm quan trọng và mang ý nghĩa khoa học cao 2.2 Ý nghĩa thực tiễn Đề tài này mang tính ứng dụng thực tiễn cao, ứng dụng phương pháp bù offline để bù sai. .. 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 Nguyên 17 http://www.lrc-tnu.edu.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. .. công cụ điều khi n CNC có các nguồn gây sai số như sau: - Sai số do gá đặt phôi - Sai số điều chỉnh dao - Sai số điều chỉnh máy - Sai số chế tạo dao - Sai số do dao mòn - Sai số hình học của các chi tiết máy - Ma sát trong hệ thống dẫn động - Sai số do lực cắt - Hệ thống điều khi n servo - Sai số do giãn nỡ nhiệt - Sai số do biến dạng đàn hồi - Sai số chạy không - Sai số do đồ gá để lại 1.3.1 Sai số. .. 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 Nguyên 14 http://www.lrc-tnu.edu.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 . THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY NẮP ĐỘNG CƠ TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG PHAY VMC-650E BẰNG PHƢƠNG PHÁP BÙ SAI SỐ OFF-LINE NGUYỄN. THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY NẮP ĐỘNG CƠ TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG PHAY VMC-650E BẰNG PHƢƠNG PHÁP BÙ SAI SỐ OFF-LINE Học viên: Nguyễn. nhiệm vụ đó tác giả đã tiến hành:“ Nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công khi phay nắp động cơ trên trung tâm gia công VMC-650E bằng phương pháp bù sai số off-line” dưới sự hướng dẫn của