tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công chi tiết hình dáng hình học phức tạp trên trung tâm gia công 3 trục CNC bằng phương pháp bù sai số

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 11 Chương I TỔNG QUAN VỀ BÙ SAI SỐ CHO MÁY CÔNG CỤ CNC 14 1.1 Các phương pháp bù sai số cho các máy CNC 14 1.1.1 Mô hình bù 14 1.1.1.1 Thêm modul phần mềm 15 1.1.1.2 Biến đổi các thông số điều khiển 16 1.1.1.3 Biến đổi Post Processor (PP) 16 1.1.1.4 Biến đổi chương trình NC 17 1.1.2 Bù sai số với các bộ điều khiển 17 1.1.2.1 Thêm modul phần mềm mới 18 1.1.2.2 Cài đặt bộ điều khiển phần cứng độc lập 18 1.2 Giới thiệu một vài nghiên cứu bù sai số ở trong nước và trên thế giới 19 1.2.1 1.2.2 Các công trình ở trong nước Công trình của các tác giả nước ngoài 19 20 1.2.2.1 Bù sai số hình học do lực cắt cho máy phay 3 trục CNC 20 1.2.2.2 Bù sai số hình học cho trung tâm gia công đứng 23 1.2.2.3 Bù sai số cho trung tâm gia công nhiều trục 23 1.3 Kết luận chương I 25 Chương II PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN SAI SỐ VÀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SAI SỐ 26 2.1 Độ chính xác gia công 26 2.2 Các nguồn sai số của máy công cụ 28 2.2.1 Sai số hình học 29 2.2.2 Sai số do vít me 32 2.2.3 Sai số do sống trượt 32 2.2.4 Sai số do ổ đỡ 33 2.2.5 Sai số do nhiệt 33 2.2.6 Sai số do rung động tự do 35 2.2.7 Sai số do tải tĩnh và động 35 2.2.8 Sai số do hệ thống điều khiển truyền động servo 36 2.3 Kết luận chương II 37 Chương III HỆ THỐNG BÙ SAI SỐ GIA CÔNG 39 1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy 3.1 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 39 3.1.1 Trung tâm gia công VMC - 85S 40 3.1.2. Máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544 40 3.1.2.1 Cấu hình cơ bản của máy 40 3.1.2.2 Tính năng kỹ thuật cơ bản 43 3.1.3 Phần mềm thiết kế CAD/CAM 44 3.1.3.1 Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD 45 3.1.3.2 Sản xuất với trợ giúp của máy tính CAM 47 3.2. Thực nghiệm gia công trên máy VMC-85S 50 3.2.1 Thiết kế CAD/CAM 50 3.2.1.1 Biên dạng và kích thước gia công 50 3.2.1.2 Lập trình nguyên công 51 3.2.2 Truyền chương trình sang máy CNC 55 3.2.3 Điều chỉnh máy 57 3.2.3.1 Thiết lập gốc toạ độ phôi 57 3.2.3.2 Thiết lập các tham số bù dao 57 3.2.3.3 Gia công cắt gọt 58 3.3 Đo sai số gia công trên máy CMM - C544 59 3.3.1 Gá đặt chi tiết 59 3.3.2 Khởi động và kiểm tra hệ thống 59 3.3.3 Hiệu chuẩn đầu đo 60 3.3.4 Lập hệ toạ độ của chương trình đo 61 3.3.5 Scan biên dạng thực 62 3.4 Cơ sở dữ liệu scan bề mặt 63 3.4.1 Mô hình mặt lưới quét hình 63 3.4.2 Mô hình mặt lưới đa thức tham số 66 3.4.2.1 Mô hình mặt lưới đa thức chuẩn tắc 66 3.4.2.2 Mô hình mặt lưới Ferguson 67 3.4.2.3 Mô hình mặt lưới Bezier 69 3.4.2.4 Mô hình mặt lưới B-spline đều 70 3.5 Xử lý dữ liệu đo 70 3.5.1 Xây dựng lưới tam giác Gergory từ các đám mây điểm 71 3.5.2 Xây dựng lưới điểm theo mặt B-spline 73 3.5.3 Đơn giản hoá lưới tam giác 75 3.6 Xây dựng đường tròn theo biên dạng đo 75 3.6.1 Toạ độ tâm và bán kính đường tròn qua ba điểm đo 75 3.4.5 Toạ độ tâm và bán kính đường tròn qua toạ độ của n điểm đo 77 3.7 Bù sai số gia công 79 3.7.1 Phân tích sai số gia công 79 3.7.2 Bù sai số gia công 82 3.7.3 Bù chương trình NC bằng phần mềm CAD/CAM 82 2 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy 3.8 Sản phẩm ứng dụng 85 Chương 4 KẾT LUẬN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 CÁC TỪ VIẾT TẮT CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo toạ độ 3 chiều Co-or. Sys Coordinate System Hệ toạ độ VMC Vertical Machining Center Trung tâm gia công đứng CAD Computer Aided Design Thiết kế với trợ giúp của máy tính CAM Computer Aided Manufacturing Sản xuất có trợ giúp của máy tính CNC Computer Numerical Control Điều khiển số bằng máy tính 3D 3 Dimension 3 chiều PP Post Processor Hậu xử lý CL Cutting Location Đường dụng cụ SW Software Phần mềm I/O Input/Output Vào/ Ra PC Personal Computer Máy tính cá nhân PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển PLC FEM Finite Element Methods Phương pháp phần tử hữu hạn CAP Computer Aided Planning Lập kế hoạch có trợ giúp của máy tính CAPP Computer Aided Process Planning Lập quy trình công nghệ có trợ giúp của máy tính CAQ Computers Aided Quality Control Kiểm tra chất lượng sản phẩm DNC Direct Numerical Control Điều khiển số trực tiếp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hệ thống bù sai số của máy công cụ 15 3 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Hình 1.2 Các thành phần của Post Processor 16 Hình 1.3 Các thành phần của bộ biến đổi mã NC 17 Hình 1.4 Cấu trúc 3-80-30 của mô hình sai số 20 Hình 1.5 Cấu trúc 4-20-3 của mô hình sai số do lực cắt 21 Hình 1.6 Cấu trúc 7-110-3 của mô hình sai số tổng hợp 21 Hình 1.7 Hệ thống bù sai số cho trung tâm gia công đứng 22 Hình 1.8 Bù sai số bằng phần mềm cho máy công cụ nhiều trục CNC 24 Hình 1.9 Bù sai số bằng chương trình NC 24 Hình 2.1 Độ chính xác gia công 27 Hình 2.2 Sai số tổng hợp của máy công cụ 29 Hình 2.3 Các thành phần sai số tổng hợp 30 Hình 2.4 Khoảng cách trục vítme - bàn máy 31 Hình 2.5 Hệ thống phản hồi của máy công cụ 36 Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ thực nghiệm 39 Hình 3.2 Cấu tạo máy CMM 41 Hình 3.3 Các loại đầu đo cho máy CMM 42 Hình 3.4 Biên dạng gia công thực 50 Hình 3.5 Khai báo phôi, vật liệu, hệ điều khiển 51 Hình 3.6 Thiết lập các thông số công nghệ 52 Hình 3.7 Mô phỏng chương trình gia công 53 Hình 3.8 Giao diện DNC 56 Hình 3.9 Các tham số DNC 56 Hình 3.10 Truyền và nhận chương trình 57 Hình 3.11 Phần mềm Geopak 59 Hình 3.12 Hiệu chuẩn đầu đo 60 Hình 3.13 Đo sai số thực nghiệm 61 Hình 3.14 Thiết lập các thông số đo 62 Hình 3.15 Dữ liệu đám mây điểm 63 Hình 3.16 Mặt quét hình song song 64 Hình 3.17 Mặt quét hình tròn xoay 65 Hình 3.18 Mặt cong quét hình phi tham số 65 Hình 3.19 Mặt lưới đa thức chuẩn bậc ba 67 Hình 3.20 Mặt lưới Ferguson 68 Hình 3.21 Mặt lưới Berier bậc 3 kép 69 Hình 3.22 Mặt lưới B-Spline đều bậc 3 kép 70 Hình 3.23 Dữ liệu biên của mặt cong tam giác 71 Hình 3.24 Mặt cong Gregory 72 Hình 3.25 Đường cong B-spline đều bậc 3 73 Hình 3.26 Ảnh hưởng của bước cắt a p 79 Hình 3.27 Ảnh hưởng của vận tốc cắt 80 Hình 3.28 Chiến lược bù sai số 82 4 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Hình 3.29 Biên dạng gia công kiểm nghiệm 84 Hình 3.30 Sản phẩm gia công 85 Hình 3.31 Thiết lập các tham số bù 86 Hình 3.32 Mô phỏng quá trình gia công 86 Hình 3.33 Gia công sản phẩm trên máy VMC 85S 87 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Chế độ gia công 58 Bảng 3.2. Kết quả gia công 77 Bảng 3.3. Tính toán bù sai số 80 Bảng 3.4. Sai số sau bù 85 Bảng 3.5. Kết quả đo sai số gia công 87 5 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong Luận văn là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè. Ngoài phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 5 năm 2008 Người thực hiện Trương Thị Thu Hương 6 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả các lĩnh vực thì các sgản phẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, mức độ tự động hoá quy trình sản xuất và đặc biệt là độ chính xác hình dáng hình học của sản phẩm. Để nâng cao được độ chính xác của các máy CNC nói chung, máy phay CNC nói riêng, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, tác giả đã thực hiện đề tài:“Nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công chi tiết hình dáng hình học phức tạp trên trung tâm gia công 3 trục CNC bằng phương pháp bù sai số”. Trong thời gian thực hiện được đề tài, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất lớn của nhà trường, các Khoa, các Phòng, Ban chức năng, các thầy cô giáo và các đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, khoa Sau đại học, các giáo viên giảng dạy đã tạo điều kiện cho người viết hoàn thành luận văn này; Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện Luận văn này; 7 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy Tác giả chân thành cảm ơn Trung tâm thí nghiệm và các giáo viên thuộc Trung tâm đã tạo điều kiện về thiết bị và giúp đỡ trong quá trình sử dụng thiết bị để thực hiện Luận văn; Tác giả cũng rất lấy làm cảm kích trước những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo thuộc khoa Cơ khí và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả tháo gỡ những vướng mắc trong thời gian thực hiện Luận văn. Mặc dù đã cố gắng, song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn Luận văn này không tránh khỏi thiếu sót. Tác giả rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để Luận văn được hoàn thiện hơn và có ý nghĩa trong thực tiễn. Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 5 năm 2008 Người thực hiện Trương Thị Thu Hương 8 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, mức độ tự động hoá sản xuất và đặc biệt là độ chính xác hình dáng hình học của sản phẩm. Vì vậy, các công nghệ gia công truyền thống trên các máy vạn năng khó đáp ứng tốt được nhu cầu ngày càng cao này và do đó sự cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường bị hạn chế. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển và nghiên cứu các công nghệ mới nhằm nâng cao độ chính xác hình dáng hình học nói riêng, nâng cao chất lượng sản phẩm chế tạo nói chung. Xuất phát từ thực tế trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp đã đầu tư trung tâm gia công VMC- 85S, máy đo toạ độ 3 chiều CMM. Để nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng của các hệ thống thiết bị kỹ thuật này vào chương trình đào tạo đại học, sau đại học, nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ và khai thác ứng dụng vào quá trình sản xuất, gia công các sản phẩm có độ phức tạp và độ chính xác gia công cao thì việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công chi tiết hình dáng hình học phức tạp trên trung tâm gia công 3 trục CNC bằng phương pháp bù sai số” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. 9 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Việc gia công các chi tiết hình dáng hình học phức tạp với độ chính xác cao thường được áp dụng nhiều trên các trung tâm gia công. Tuy nhiên quá trình gia công luôn luôn không hoàn hảo và gây sai số gia công. Do đó, nâng cao độ chính xác gia công trên các trung tâm gia công là một trong những nhiệm vụ quan trọng của ngành chế tạo máy. Mặt khác, trong thực tế sản xuất hiện nay thì vấn đề bù sai số gia công trên các các trung tâm gia công bằng phương pháp tác động vào quá trình điều khiển vẫn là vấn đề mới và phức tạp. Do đó, hướng nghiên cứu xây dựng chương trình bù sai số gia công trên trung tâm gia công nhằm nâng cao độ chính xác gia công các chi tiết hình dáng hình học phức tạp là một công việc cần thiết và có ý nghĩa khoa học cao. Ngoài ý nghĩa khoa học trên, đề tài còn mang tính ứng dụng, phục vụ trực tiếp cho đào tạo, chuyển giao công nghệ của nhà trường và đặc biệt là ứng dụng vào thực tế sản xuất gia công các chi tiết hình dáng hình học phức tạp với độ chính xác gia công cao hơn. 3. Mục đích nghiên cứu - Khai thác tính năng công nghệ của máy CMM – C544 và trung tâm gia công VMC – 85S; - Ứng dụng công nghệ Scanning để tạo mô hình CAD của sản phẩm và kiểm tra độ chính xác gia công; - Nâng cao độ chính xác hình học của sản phẩm; - Phục vụ cho đào tạo, nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ trong nhà trường; - Ứng dụng vào thực tế sản xuất công nghiệp hiện nay. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm nhưng chủ yếu là thực nghiệm. * Đối tượng nghiên cứu: 10 [...]... cả sai số gây ra bởi hình học và lực cắt bằng một mô hình duy nhất Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy 20 Chuyên ngành Công nghệ chế tạo Lớp ẩn Lớp vào Lớp ra Đầu ra Sai số tổng hợp trên trục x Sai số tổng hợp trên trục y Sai số tổng hợp trên trục z Hình 1.6: Cấu trúc 7-110 -3 của mô hình sai số tổng hợp 1.2.2.2 Bù sai số hình học cho trung tâm gia công đứng Để nâng cao độ chính xác gia công cho các máy công. .. mạng nơron và sử dụng mô hình bù sai số hình học riêng Lớp ẩn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy 19 Lớp vào Chuyên ngành Công nghệ chế tạo Đầu ra Lớp ra Vị trí x Sai số hình học trên trục x Vị trí y Sai số hình học trên trục y Vị trí z Sai số hình học trên trục z Hình 1.4: Cấu trúc 3- 80 -30 của mô hình sai số Tiếp theo, đánh giá sai số do lực cắt bằng mạng nơron được xác định dựa trên việc quan sát sự làm... để gia công trên trung tâm gia công VMC 85S; nghiên cứu tính năng truyền dữ liệu DNC; Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy 12 Chuyên ngành Công nghệ chế tạo - Thực nghiệm chế tạo bề mặt phức tạp, Scanning chi tiết trên máy CMM để đánh giá độ chính xác hình dáng hình học; - Đưa ra mô hình tổng quát thiết kế chương trình bù sai số gia công Chương I: TỔNG QUAN VỀ BÙ SAI SỐ CHO MÁY CÔNG CỤ CNC 1.1 Các phương pháp. .. trình công nghệ và bù sai số Tính toán sai số biên dạng chi tiết Tool path CMM Máy công cụ CNC Biên dạng thực Hình 1 Phương pháp bù sai số 5 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu về các phương pháp bù sai số trong gia công phay CNC; - Nghiên cứu tính năng công nghệ của máy đo 3D CMM - C544, Trung tâm gia công VMC - 85S; - Nghiên cứu xử lý dữ liệu đo Scanning trên máy CMM để thiết kế lại mô hình CAD của sản phẩm... 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 Độ chính xác gia công Độ chính xác của chi tiết Sai lệch kích thước Sai số kích thước Sai số vị trí tương quan Độ chính xác của cụm chi tiết Sai số tổng Sai lệch vị trí tương quan Sai số hình dạng hình. .. lại ổn định) 75% sai số số ban đầu của một máy công cụ mới xuất hiện do quá trình sản xuất và lắp ráp (Cecil và CS 1998) Sai số hình học là sai số trục và sai số độ nghiêng, độ lắc và sai số hướng tâm Tất cả các trục này dễ bị các sai số trên, gây ra 21 loại sai số hình học (K.G Ahn, Cho) Luận văn thạc sỹ kỹ thuật máy 29 Chuyên ngành Công nghệ chế tạo Hình 2 .3: Các thành phần sai số tổng hợp Trong... 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... 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. .. nhất tới độ chính xác gia công là độ chính xác của máy công cụ Các sai số vị trí xuất hiện do hình học, lực cắt, tải trọng động.v.v Chana Raksiri và Manukid Parnichkun [6] đã đề xuất một mô hình bù sai số độc lập bằng cách tính toán các sai số hình học do lực cắt trên các máy phay CNC Đầu tiên tác giả đo 21 thành phần sai số hình học bằng dụng cụ đo laser Sau đó, đánh giá sai số hình học bằng mạng nơron... của sai số gia công do lực cắt gây ra được đo bằng camera và sau đó sử dụng riêng một mô hình bù sai số Lớp ẩn Lớp vào Lớp ra Đầu ra Sai số do lực cắt trên trục x Sai số do lực cắt trên trục y Chi u sâu cắt Sai số do lực cắt trên trục z Hình 1.5: Cấu trúc 4-20 -3 của mô hình sai số do lực cắt Cuối cùng, kết hợp các sai số hình học do lực cắt được mô hình hoá bằng mạng nơron Sau đó, xây dựng hệ thống bù . độ chính xác gia công cao thì việc thực hiện đề tài: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công chi tiết hình dáng hình học phức tạp trên trung tâm gia công 3 trục CNC bằng phương pháp bù sai. thực hiện đề tài: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công chi tiết hình dáng hình học phức tạp trên trung tâm gia công 3 trục CNC bằng phương pháp bù sai số . Trong thời gian thực hiện được. 1.2.2.1 Bù sai số hình học do lực cắt cho máy phay 3 trục CNC 20 1.2.2.2 Bù sai số hình học cho trung tâm gia công đứng 23 1.2.2 .3 Bù sai số cho trung tâm gia công nhiều trục 23 1 .3 Kết luận chương