tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu, ứng dụng thiết bị đo cơ điện tử cho máy công cụ vạn năng nhằm nâng cao độ chính xác dịch chuyển

ĐẠI HỌC THAI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Tác giả luận văn: TRẦN THỊ PHƯƠNG THẢO Đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng thiết bị đo điện tử cho máy công cụ vạn nhằm nâng cao độ xác dịch chuyển Chuyờn ngnh : Cụng ngh Ch tạo máy Mã số : TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Người hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Vị Phản biện 1: PGS TS Trần Vệ Quốc Phản biện 2: TS Vũ Ngọc Pi Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại: Phòng Cao học số Vào hồi 9h 30 giờ, ngày 29 tháng 05 năm 2009 Có thể tìm hiểu luận văn Trung tâm Học liệu Đại học Thái Nguyên thư viện Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp MỘT SỐ KIẾN NGHỊ - Tiếp tục tập trung vào nghiên cứu, khảo sát dịch chuyển số loại máy công cụ khác như: Máy phay, máy doa tọa độ, máy mài … sử dụng phổ biến ngành sản xuất chế tạo máy, nhằm tìm giải pháp cải tiến, thay thiết bị đo dịch chuyển máy lỗi thời, mịn hỏng, xác … thiết bị đo Cơ điện tử - Tiến tới nghiên cứu ứng dụng hệ thống đo vị trí, nhằm xác định tín hiệu phản hồi để điều khiển động dịch chuyển bàn máy theo phương pháp đo tích cực hệ thống đo máy CNC PHẦN MỞ ĐẦU: Tính cấp thiết đề tài: - Việc nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật tiên tiến, máy công cụ có độ xác cao với ngành cơng nghiệp khí nước ta cịn chưa nhiều, mà máy vạn thông thường chiếm số lượng lớn sản xuất khí - Nhằm nâng cao độ xác máy vạn thơng thường nhằm để mở rộng na độ xác gia công chúng - Việc đầu t máy đại, tốn so với việc nâng cấp cho máy vạn nng sẵn có mà chúng gia công đợc nhng chi tiết cho độ xác nh - Do độ xác dịch chuyển bàn dao có ảnh hưởng khơng nhỏ tới độ xác gia cơng Nếu nâng cao độ xác dịch chuyển góp phần nâng cao độ xác gia công - Do đề tài tập chung vào nghiên cứu, ứng dụng nâng cao độ xác đo dịch chuyển bàn dao máy vạn Mục đích nghiên cứu: a Ý nghĩa khoa học: - Cung cp nhng hiểu biết bn dạng sai số đo dịch chuyn thờng gặp máy công cụ vạn nng, phơng pháp đo thiết bị điện tử Từ có nhng phân tích cụ thể để có nhng lựa chọn hợp lý ứng dụng trực tiếp máy vạn nng cụ thể - ồng thời nghiên cứu đa nhng phơng pháp để giảm sai số cho dụng cụ đo ợc lựa chän b Ý nghĩa thực tiễn - Kết nghiên cứu đề tài góp phần cải tiến kỹ thuật, nâng cao độ xác dịch chuyển máy cơng cụ vạn thơng thường từ nâng cao độ xác gia cơng máy KẾT LUẬN CHUNG Đã khảo sát sai số gia công máy công cụ vạn để từ có biện pháp phịng tránh khắc phục thực cải tiến cho máy Nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng tới sai số chi tiết gia công máy công cụ truyền dẫn khí trung gian hệ đo dịch chuyển bàn dao, để khắc phục sai số luận văn nhận định tập trung nghiên cứu cải tiến hệ thống đo Đã khảo sát phương pháp đo thực tế máy công cụ Thấy rằng, phương pháp đo phương pháp đo trực tiếp cho độ xác cao Khảo sát phương pháp đo dụng cụ đo Cơ điện tử, từ lựa chọn, ứng dụng thiết bị đo cho việc cải tiến hệ thống đo dịch chuyển chạy dao máy tiện ren vít vạn Với khảo sát, đánh giá đưa đề xuất, hướng ứng dụng, lắp ráp thiết bị đo số máy vạn cách hợp lí Các nghiên cứu đưa biện pháp khắc phục sai số gá đặt cho dụng cụ đo chọn Sở dĩ : Các thiết bị đo điện tử tiêu chuẩn sản xuất thành thương phẩm, giá thành rẻ, chất lượng tốt, độ xác cao cần có biện pháp khắc phục sai số gá đặt cho dụng cụ đo chọn - Trong chương đề cập đến phương án hiệu chỉnh dụng cụ đo, kết đo nhằm đưa lời khuyên hợp lý cải tiến lắp ráp dụng cụ đo - Đối với máy không ứng dụng phương pháp đo trực tiếp lựa chọn phương pháp đo gián tiếp với xích dẫn động đến dụng cụ đo (Encoder) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Các khái niệm bn đo lờng 1.1.1 o lng o lờng định lợng độ lớn đối tợng đo, tức thiết lập mối quan hệ gia đại lợng cần đo đại lợng đại lợng có tính chất vật lý đợc quy định làm đơn vị đo 1.1.2 n v o - H thng n v o ơn vị đo đợc quy định dùng để so sánh độ xác nh hởng đến kết qu đo Hệ thống đơn vị đo gồm có đơn vị đo đơn vị đo dẫn xuất 1.1.3 Phng phỏp o - Khỏi nim Phơng pháp đo đợc xây dựng từ định nghĩa thông số đo, tập hợp sở khoa học thực phép đo, nêu rõ nguyên tắc xác định thông số đo, nguyên tắc dựa mối quan hệ toán học hay vật lý có liên quan với đại lợng đo - Cơ sở phân loại + Dùa vµo quan hƯ giá trị thị dụng cụ giá trị đại lợng đo chia thành phơng pháp đo tuyệt đối phơng pháp đo so sánh + Dựa vào quan hệ gia đại lợng cần đo đại ợng đợc đo chia thành phơng pháp đo trực tiếp phơng pháp đo gián tiếp 1.1.4 Kiểm tra 1.1.5 Phơng tiện đo Phơng tiện đo tập hợp dụng cụ, máy, đồ gá thiết bị phụ trợ cho trỡnh đo Phơng tiện đo đợc phân loại theo bn chất vật lý trỡnh đo, theo đặc tính sử dụng theo toạ độ đo Theo bn chất vật lý trỡnh đo có dụng cụ đo khí, quang học, khí nén, Theo đặc tính sử dụng có thiết bị đo vạn nng thiết bị đo chuyên dùng Theo toạ đo có thiết bị đo một, hai hay ba toạ độ 1.1.6 Các tiêu đo lờng 1.2 nguyên tắc bn đo lờng 1.2.1 Nguyên tắc Abbe Kích thớc đo kích thớc mẫu nằm đờng thẳng thỡ kết qu đo đạt độ xác cao Kích thớc chi tiết đo đợc đặt nối tiếp song song với thớc mu Trên dụng cụ đo kích thớc, chẳng hạn nh thớc cặp gia đầu đo di trợt thân thớc hở Do lắp ghép có độ hở, áp lực đo biến dạng gây sai số đo 1.2.2 Nguyên tắc chuỗi kích thớc ngắn 1.2.3 Nguyên tắc chuẩn thống 1.2.4 Nguyên tắc kinh tế 1.3 Sai số phép đo 1.3.1 Sai số phép đo 1.3.1.1 Nguyên nhân phân loại sai số đo Nếu bỏ qua sai số rèi, sai sè ®o bao gåm sai sè hƯ thèng sai số ngẫu nhiên Nguyên nhân gây sai số đo do: - Sai số phơng tiện đo; - Sai số phơng pháp đo; - Tính chất vật lý đo lờng đối tợng đo; - nh hởng môi trờng đo; - nh hởng ngời thao tác đo; 4.2 ỏnh giỏ sai s ca phương án đo chọn Phương án chọn phương pháp đo trực tiếp nên sai số phu thuộc vào yếu tố: - Sai số chế tạo dụng cụ đo - Sai số yếu tố môi trường - Sai số gá đặt dụng cụ đo 4.3 Biện pháp khắc phục sai số gá đặt dụng cụ đo sau cải tiến x z Thân máy Mặt cầu z y Hình 4.2 Kết cấu thước số gá đặt máy – Thước số, - - Vít cố định, - – Căn đệm 4.4 Kết luận chương - Việc chọn giải pháp đo trực tiếp dụng cụ đo Cơ điện tử cho chuyển động chạy dao dọc ngang máy tiện ren vít vạn khả thi, có đủ khơng gian lắp ráp thước đo kích thước dịch chuyển khơng lớn Chương IV: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO DỊCH CHUYỂN THẲNG CHO CHẠY DAO DỌC VÀ CHẠY DAO NGANG TRÊN MÁY TIỆN REN VÍT VẠN NĂNG 4.1 Đánh giá, lựa chọn phương pháp đo dịch chuyển thẳng máy tiện ren vít vạn - Các náy tiện ren vít vạn sử dụng dụng cụ đo dịch chuyển thước đo vòng, đo theo nguyên tắc đo gián tiếp Đo gián tiếp cho độ xác thấp so với đo trực tiếp Nhưng, dụng cụ đo khí dùng phương pháp đo trực tiếp gặp khó khăn lắp ráp dụng cụ đo máy Theo lý thuyết: từ phương trình động học phép đo gián tiếp dịch chuyển thẳng du xích vịng là: × iTG = c n n: Số vạch chia du xích iTG: Tỷ số truyền trung gian Tăng độ xác đo c tùy ý tăng n, thực tế: c = 0.01 ÷ 0.0025 mm - Dùng dụng cụ đo Cơ điện tử thay cho dụng cụ đo khí làm cho kết cấu đo đơn giản gọn nhẹ Các phương án nâng cao độ xác đo dịch chuyển máy tiện ren vít vạn Phương án Phương án Phương án - Ảnh hởng việc quy tròn số kết qu đo a Sai số hệ thống phép đo Khái niệm:Sai số hệ thống đợc phân thành hai loại sai số hệ thống không đổi sai số hệ thống thay đổi theo quy luật không theo quy luật, nhng ớc đoán đợc giá trị chúng b Sai số ngẫu nhiên phép đo Là sai số có tự số dấu không xác định phép đo lặp Sai số làm cho kết qu đo không ổn định Nguyên nhân gây sai bsố ngẫu nhiên biến thiên ngẫu nhiên chi tiÕt ®o, mÉu kÝch thíc, dơng ®o cịng nh thay đổi nhiệt độ nà khả thao tác ngời đo 1.4 tổng quan sai số máy công cụ 1.4.1 Các nghiên cứu sai số máy công cụ Lý chớnh, nguyờn nhõn gây sai số chuyển động sai số hình học, trình cắt, cấu dẫn động mụi trng 1.4.2 Các nguồn gây sai số máy c«ng Hình 1.2 Các nguồn gây sai số máy cơng cụ (Anderson 1992) Tóm lại, máy cơng cụ khơng xác do: - Sai số hình học chi tiết kết cấu máy - Sai số biến dạng nhiệt - Ma sát hệ thống dẫn động - Sai lệch lực cắt - Giao động ngẫu nhiên Hình sau vẽ nguồn gốc sai số máy công cụ nhiều trục quan hệ chúng a Sai số hình học Các loại sai số xuất phát từ sai số chế tạo lắp ráp chi tiết máy Các sai số bao gồm sai số chiều dài khâu, sai số góc, sai số độ thẳng, sai số vng góc, song song, sai số vng góc sai số vị trí điểm b Sai số vít me Sai số động học đo vị trí đầu mã hóa quay xuất phát chủ yếu từ sai số bước vít Sai số ảnh hưởng trực tiếp đến kết đo bước vít me dùng làm chuyển động cho chuyển động tuyến tính c Sống trượt - Các nguồn gốc sai số gây sống dẫn hướng là: - Chế tạo không xác - Mịn sống dẫn hướng - Biến dạng tĩnh khối lượng thành phần máy và/hay lực cắt - Biến dạng nhiệt chênh lệch nhiệt độ d Sai số nhiệt Mọi thay đổi phân bố nhiệt độ cấu trúc máy công cụ gây biến dạng nhiệt tác động đến độ xác gia cơng - Trên máy công cụ dùng thiết bị đo Cơ điện tử kết đo trực tiếp chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển dịch chuyển hiển thị làm liệu xác định kết đo - Qua khảo sát phương pháp đo, vị trí lắp dụng cụ, chuẩn đo tiêu kinh tế, kỹ thuật … từ lựa chọn thiết bị đo máy cần cải tiến - Các thiết bị đo Cơ điện tử tiêu chuẩn hóa sản xuất thành thương phẩm có giá thành hạ giải pháp lựa chọn hợp lý để ứng dng a Dụng cụ đo vị trí kiểu số - Các hệ thống đo gia số / kiểu số - Các hệ thống nhiễu xạ quang học cho ánh sáng truyền qua - Các hệ thống đo tuyệt đối kiểu số b Dụng cụ đo kiểu tơng tự - Bộ giải góc rôto (Synchro resolver) - Thớc tỷ lệ cảm biÕn (Industosyn scale) - Potentiometer (Bé bï ¸p) c Giao thoa kế laze d ầu kích quang điện động * Bộ mã hóa tuyến tính thu gọn * Encoder tuyến tính để hở RSF * Encoder tuyến tính bọc kín RSF * Sensor đo dịch chuyển tuyến tính 3.3 Kết luận chương - Các thiết bị đo Cơ điện tử cho độ xác đo cao ứng dụng hệ thống đo máy cơng cụ đại Các nguồn nhiệt máy công cụ xuất phát từ: - Ổ lăn - Bánh dầu thủy lực - Thiết bị dẫn động li hợp - Bơm động - Sống dẫn hướng/vít me - Q trình cắt phoi kim loại - Nguồn nhiệt bên - Các tác động nguồn nhiệt ảnh hưởng đến sai lệch vị trí, độ thẳng, sai lệch góc vng góc Các nguồn nhiệt máy cơng cụ xuất phát từ: - Ổ lăn - Bánh dầu thủy lực - Thiết bị dẫn động li hợp - Bơm động - Sống dẫn hướng/vít me - Quá trình cắt phoi kim loại - Nguồn nhiệt bên Các tác động nguồn nhiệt ảnh hưởng đến sai lệch vị trí, độ thẳng, sai lệch góc vng góc Giảm sai số nhiệt trình thiết kế - Giảm nguồn sinh nhiệt tác động nhiệt đến máy: gắn động hộp tốc độ bên máy - Phân tán nhiệt mát sát ổ đỡ thiết bị dẫn động - Xem xét khả biến dạng nhiệt dụng cụ phôi để giảm thiểu sai số thiết kế Giảm sai số nhiệt trình sử dụng - Kiểm soát ổn định nguồn nhiệt từ bên bên 1.5 KẾT LUẬN - Chương nghiên cứu, khảo sát tổng quát đo lường như: Phép đo, đơn vị đo, tiêu đo lường, phương pháp đo kiểm tra …Từ đưa nguyên tắc đo, kiểm tra đánh giá sai số đo cho phương pháp đo hợp lý Đồng thời khảo sát sai số phép đo để từ hạn chế sai số đo phép đo ứng dụng - Chương đề cập đến sai số thường gặp MCC Việc khảo sát nguyên nhân gây sai số nhằm kiểm soát sai số chọn phương pháp đo dụng cụ đo cho việc cải tiến lắp đặt cấu đo Cơ in t cho mỏy 2.1 Các dụng cụ đo dịch chuyển khí 2.1.1 Khái quát dụng cụ đo khí Dụng cụ đo khí dùng để đo đạc, kiểm tra thông số chế tạo nhằm đm bo độ tin cậy, an toàn sử dụng chi tiết máy móc khí Các dụng cụ đo khí dụng cụ đo mang kết cấu khí Nếu dựa vào quan hệ gia đại lợng cần đo đại lợng đợc đo thỡ dụng đo khí đo theo hai phơng pháp phơng pháp đo trực tiếp phơng pháp đo gián tiếp 2.1.2 Một số dung đo khí 2.1.2.1 Dụng cụ đo kiểu trực tiếp a Dụng cụ đo chuyển vị thẳng - Dụng cụ đo kiểu thớc cặp - Dụng cụ đo kiểu Panme b Dụng cụ đo góc ộ xác phơng pháp đo phụ thuộc vào độ đồng tâm bng chia với tâm quay mặt đo Chơng III: Dụng cụ đo phơng pháp đo dịch chuyển dùng thiết bị đo điệN tử 3.1 Cỏc phng phỏp o dch chuyn Vị trí đo lường Hệ thống đo Nhận dạng đo Nguyên lý đo Vài nét phép đo tương ứng Dụng cụ đo iểm chun o trc tiếp o đường trc tiếp ti sng trượt cńa m¸y Th­íc tű lƯ Đo gi¸n tiÕp Biến chun động thng thành c quay Encoder o kiểu tương t Mỗi vị trí ca rÃnh nhận biết giá trị điện áp o kiểu s S sp xếp ca phần trượt theo s gia tng kích c o tuyệt Trn vị trí, khoảng cách tuyệt đo thông qua nhận biết ca điện áp Tuyệt đối chu kỳ với vòng quay encoder bổ sung thỡ vòng quay đư ợc đếm lần o tuyệt Tất vị trí đo suất phát từ chun o gia s Tất vị trí đo suất phát từ vị trí cui cng Bộ giải góc nhiều Rôto, hệ thống cảm điện, bù áp Bộ giải góc rôto hệ thống cảm điện bù ¸p Bé m· ho¸ quay hc th­íc m· ho¸ Bé mà hoá gia số thước gia số iểm ca máy xác định hệ thng đo iều chnh điểm nhờ s phi hợp chuyển công tc giới hn iểm ca máy đư ợc điều chnh gia điểm ca máy điểm ca mà hoá Thông qua tín hiệu điện có điều chỉnh hợp lý gia tín hiệu công tắc giới hạn Hỡnh 3.1.b tập hợp phơng pháp đo vị trí dùng máy 3.2 Thiết bị đo vị trí (dịch chuyển) máy NC c tính Thiết bị đo vị trí đo quÃng đường Nhật kí d liệu Cách đo Kiểm tra d liệu đo vị trí Hệ thống đo Kiểu tương tự Tuyệt đối D/T I/R Thước Bộ xác tỷ lệ định dùng góc hệ rôto thống xếp cảm tầng biến nhiều rÃnh Kiểu số Chu kỡ/tuyệt đối D/T I/R Hệ thống cảm biến đơn rÃnh Bộ xác định góc rôto Tuyệt đối D/T I/R Bộ mà Bộ mà hoá số hoá tuyệt đối Gia số/ chu kì tut ®èi D/T I/R Th­íc ®o tun tÝnh Bé m· ho¸ kiĨu gia sè - Các hệ thống đo trực tiếp, đo dịch chuyển cho độ xác đo cao - Các hệ thống đo gán tiếp, đo dịch chuyển có độ xác phụ thuộc nhiều vào độ xác hệ dẫn động khí trung gian - Trên máy cơng cụ cũ, mịn xích truyền động tới cấu đo, dẫn tới phép đo sai lệch với dịch chuyển thực tế.⇒ Cần tìm phương pháp đo mới, đo trực tiếp - Trường hợp máy khơng dùng phương pháp đo trực tiếp áp dụng phương pháp đo gián tiếp, cần phải cải tiến xích trruyền động tới cấu đo ể đo góc có độ xác cao ngời ta dùng thị kính đo góc gắn kính hiểm vi dụng cụ 2.1.2.2 Dụng cụ đo kiểu gián tiếp a Dụng cụ đo chuyển vị thẳng Hình 2.10 Nguyên tắc làm việc cấu tạo đồng hồ so b: - Trục đo, Lò xo, - Vá, - N¾p, – Trơc răng, – B¸nh răng, – B¸nh tãc, – Dây tóc, 10 - Bạc dẫn, 11 Bạc mang bảng chia 2.2 Các hệ thống đo dịch chuyển khí sử dụng máy vạn nng 2.2.1 o dịch chuyển thẳng Lợng dịch chuyển nhỏ bàn dao là: c = ì t x n tx: bước vít me n: số vạch chia Hình 2.17 Mặt cắt bàn dao ngang máy trờn duxớch vũng tiện 1K62 Lợng dịch chuyển nhỏ bàn dao là: 35 36 17 ì ì ì ììZìm =c n 18 17 66 c: Độ xác cần đo Hỡnh 7.9 Sơ đồ động bàn dao máy 16K20 2.2.2 o dịch chuyển góc Trên máy vạn nng thờng sử dụng phơng pháp đo góc trùc tiÕp KC2 KC1 Hình 2.19 Nguyên tắc làm việc đầu chia độ mỏy tin Hỡnh 2.20 ầu phân độ quang học 2.3 Sai số hệ thống đo dịch chuyển khí 2.3.1 Sai sè cđa hƯ thèng ®o trùc tiÕp Sai số phép đo phụ thuộc vào yếu tố sau: - Sai sè cđa dơng ®o: - Sai số mòn: - Sai số nghiêng (sai số Abbe): - Sai số ngời đọc vạch chia - Hồi sai dụng cụ do: nguyên nhân ma sát tợng biến dạng đàn hồi dụng cụ đo 2.3.2 Sai số hệ thống đo gián tiếp Ngoài sai số nh hệ thống đo trực tiếp thỡ hệ thống đo gián tiếp xuất sai s truyền trung gian - Sai sè vÝt me: - Sai số sống dẫn hướng: - Sai số hệ thống c¸c truyền b¸nh răng, trục, ổ 2.4 KÕt luËn ch¬ng ... cho dụng cụ đo ợc lựa chọn b í ngha thc tin - Kết nghiên cứu đề tài góp phần cải tiến kỹ thuật, nâng cao độ xác dịch chuyển máy công cụ vạn thông thường từ nâng cao độ xác gia công máy KẾT LUẬN... bọc kín RSF * Sensor đo dịch chuyển tuyến tính 3.3 Kết luận chương - Các thiết bị đo Cơ điện tử cho độ xác đo cao ứng dụng hệ thống đo máy công cụ đại Các nguồn nhiệt máy cơng cụ xuất phát từ: -... độ xác đo c tùy ý tăng n, thực tế: c = 0.01 ÷ 0.0025 mm - Dùng dụng cụ đo Cơ điện tử thay cho dụng cụ đo khí làm cho kết cấu đo đơn giản gọn nhẹ Các phương án nâng cao độ xác đo dịch chuyển máy