Nghiên cứu bù sai số máy CNC bằng phương pháp xử lý post processor của phần mềm CADCAM

LỜI CAM ĐOAN Nội dung luận văn được nghiên cứu từ cơ sở lý thuyết về các sai số ảnh hưởng đến độ chính xác khi gia công trên máy CNC và các phương pháp bù sai số, trong đề tài này dưới s

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Trung Thiên

Nghiên cứu bù sai số trong máy CNC bằng xử lý

post-processor của phần mềm CAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh

HÀ NỘI – 2010

LỜI CAM ĐOAN

Nội dung luận văn được nghiên cứu từ cơ sở lý thuyết về các sai số ảnh hưởng đến độ chính xác khi gia công trên máy CNC và các phương pháp bù sai số, trong

đề tài này dưới sự hướng dẫn của T.S Hoàng Vĩnh Sinh tôi đã thực hiện một phương pháp mới để bù sai số bằng phần mền tự viết khi ứng dụng CAD/CAM CNC để gia công ( cụ thể hơn tức là bù sai số của máy trực tiếp trong file NC khi đã xuất từ chương trình CAM) Với chức danh là một giảng viên của một trường Đại Học tôi xin cam đoan rằng những nội dung trong đề tài luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi Nội dung luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì một công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Trung Thiên

MỤC LỤC

Mục lục 2

Danh mục các hình vẽ 5

Danh mục các bảng tra 7

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 8

PHẦN MỞ ĐẦU 9

2 Lịch sử nghiên cứu 10

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11

4.Tóm tắt những luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả 12

5 Phương pháp nghiên cứu 12

Chương 1 13

TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 13

1.1 Giới thiệu chung .13

1.2 Máy công cụ điều khiển số 15

1.2.1 Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số 15

1.2.2 Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ 15

1.2.2.1 Chuyển động các trục 15

1.2.2.2 Hệ toạ độ 16

Chương 2 20

SAI SỐ TRONG MÁY CNC 20

2.1 Giảm sai số gia công 20

2.1.1 Nguyên nhân sai số 20

2.1.2 Các phương pháp giảm sai số 20

2.2 Bù sai số hình học 21

2.2.1 Phương pháp tổng hợp sai số động học 22

2.2.2 Sự kiểm tra sai số hình học 22

2.2.3 Thuật toán bù sai số (algorithm) 25

2.3 Bù sai số nhiệt 26

2.3.1 Nhận dạng sai số nhiệt 27

2.3.2 Mô hình sai số nhiệt .28

2.3.3 Vị trí Sensor nhiệt 30

2.4 Phương pháp tạo mô hình sai số nhiệt bền vững thông qua phân tích phương thức nhiệt .31

2.4.1 Giới thiệu 31

2.4.2 Phân tích phương thức nhiệt 34

2.4.2.1 Các mô hình nhiệt .34

2.4.2.2 Cắt giảm mô hình .36

2.4.3 Tạo mô hình sai số nhiệt bền vững 36

2.4.3.1 Vị trí cảm biến nhiệt 36

2.4.3.2 Tạo mô hình sai số nhiệt .37

2.4.4 Mô phỏng số cho hình dáng biến dạng của của sai số nhiệt đơn giản 38

2.4.4.1 Xác định vị trí cảm biến nhiệt dựa vào sự phân tích mô hình nhiệt.40 2.4.4.2 Sự so sánh của kế hoạch xác định vị trí cảm biến nhiệt 42

2.4.4.3 Mô hình sai số nhiệt và thẩm định sự bền vững .45

2.4.5 Xác nhận thí nghiệm 49

2.4.6 Tóm tắt 53

2.5 Kế hoạch bù sai số nhiệt dựa trên sự phân tích chu trình nhiệt .54

2.5.1 Giới thiệu 54

2.5.2 Phân tích vòng lặp nhiệt .55

2.5.2.1 Sơ đồ của sự phân tích chu trình nhiệt .57

2.5.2.2 Chu trình cấu trúc và chu trình nhiệt 58

2.5.2.3 Phân tích chu trình nhiệt và tạo mô hình .59

2.5.3 Chứng minh số học 61

Chương 3: 67

BÙ SAI SỐ TRONG BỘ ĐIỀU KHIỂN FANUC 67

3.1 Giới thiệu .67

3.2 Các quy ước và mã lệnh G/M-code trong hệ điều khiển Fanuc .71

3.2.1 Các quy ước 71

3.2.2 Mã lệnh G-code trong hệ điều khiển fanuc: 74

3.2.3 Ví dụ 76

3.3 Bù sai số trong hệ điều khiển Fanuc 78

3.3.1 Giới thiệu 78

3.3.2 Bù sai số trong hệ Fanuc .79

3.3.3 Thông số bù sai số bước vít me 82

Chương 4 86

BÙ SAI SỐ TRONG POST-PROCESSOR 86

4.1 Giới thiệu 86

4.2 Viết phần mềm điều khiển bằng ngôn ngữ C# .86

4.2.1 Chương trình NC xuất từ phần mềm CAM 87

4.2.2 Chương trình khối cho viết phần mềm 89

4.2.3 Kết quả thí nghiệm……… 91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 989 PHỤ LỤC

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Kí hiệu các trục toạ độ trên máy CNC 17

Hình 1.2 Các trục toạ độ trên máy CNC 19

Hình 2.1 Hình dáng biến dạng nhiệt cơ bản 3939

Hình 2.2 Bốn kiểu nhiệt đầu tiên cùng với phạm vi nhiệt và hằng số thời gian cho biến dạng dài của nhiệt 400

Hình 2.3 Bốn kiểu nhiệt cùng với phạm vi nhiệt độ và hằng số thời gian cho biến dạng cong .41

Hình 2.4 Hằng số thời gian và sự phân bố tải trọng biến dạng dài nhiệt 41

Hình 2.5 Hằng số thời gian và phân bố tải trọng cho biến dạng cong nhiệt 42

Hình 2.6 Vị trí cảm biến nhiệt 42

Hình 2.7 So sánh vị trí cảm biến nhiệt 44

Hình 2.8 Luồng nhiệt nhập vào cho sự mô phỏng số 45

Hình 2.9 Kết quả mô hình sai số nhiệt cho sự tản nhiệt 46

Hình 2.10 Kết quả tạo mô hình sai số nhiệt cho độ uốn nhiệt 46

Hình 2.11 Khảo sát phép ngoại suy của mô hình sai số nhiệt cho sự giãn dài nhiệt 47 Hình 2.12 Khảo sát phép ngoại suy của mô hình sai số nhiệt cho độ giãn của giãn nở nhiệt 47

Hình 2.13 Khảo sát phép ngoại suy của mô hình sai số nhiệt 48

Hình 2.14 Nguồn nóng vào cho sự khảo sát tần số nhạy 48

Hình 2.15 Khảo sát tần số nhạy cho sự dãn nhiệt 49

Hình 2.16 Khảo sát độ nhạy cho sự uốn nhiệt 49

Hình 2.17 Thiết lập thí nghiệm cho mẫu thử giãn nhiệt 50

Hình 2.18 Kết quả thí nghiệm của mẫu 1 50

Hình 2.19 Kết quả đo được và tạo mô hình của thí nghiệm trục chính .51

Hình 2.20 Tốc độ trục chính, sai số nhiệt đo được và dự đoán cho 51

Hình 2.21 Sự biến đổi nhiệt độ sau mỗi mẫu thử 53

Hình 2.22 Phân bố tải trọng của ba dạng nhiệt độ đầu tiên 53

Hình 2.23 Sơ đồ của sự phân tích mô hình nhiệt .58

Hình 2.24 Miêu tả vòng lặp cấu trúc 59

Hình 2.25 Miêu tả mắt xích nhiệt cùng với biến dạng nhiệt và HTM 60

Hình 2.26 Biểu đồ bố trí 2D của máy 62

Hình 2.27 Phân tích chu trình nhiệt cho máy công cụ trong sự minh hoạ số 63

Hình 2.28 Biến dạng nhiệt của các vị trí mắt xích 64

Hình 2.29 Sai số nhiệt của sự di chuyển trục ……… 65

Hình 2.30 Sai số thể tích trong vùng làm việc của hình dạng danh nghĩa 66

Hình 2.31 Sai số thể tích trong vùng làm việc cho sự thiết lập lại hình dáng 66

Hình 3.1 Bảng điều khiển của hệ điều khiển Fanuc 67

Hình 3.2 Mô phỏng quá trình gia công trong hệ Fanuc 68

Hình 3.3 Kết nối với máy tính trong hệ Fanuc 69

Hình 3.4 Các menu soạn thảo 70

Hình 3.5 Các chương trình gia công tích hợp trên phần mềm điều khiển 70

Hình 3.6 Khả năng gia công, mô phỏng phức tạp 71

Hình 3.7 Hệ toạ độ trong hệ điều khiển Fanuc 71

Hình 3.8 Màn hình và bảng điều khiển của máy CNC Funuc OC 80

Hình 3.9 Thông số input để bù sai số 81

Hình 3.10 Vị trí nhập dữ liệu bù sai số 81

Hình 4.1 Gia công bằng phần mềm Mastercam 87

Hình 4.2a Chọn đối tượng để xuất ra G1code trong Mastercam 88

Hình 4.2b File NC xuất dưới mã code G01 88

Hình 4.3 Không gian hình học của máy 89

DANH MỤC CÁC BẢNG TRA

Bảng 2.1 Thông số và thuộc tính vật liệu của các yếu tố được đơn giản hoá 39

Bảng 2.2 HTM cho sự minh hoạ số của phân tích chu trình nhiệt 63

Bảng 2.3 Thông số biến dạng nhiệt cho mỗi mắt xích nhiệt 65

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm……… 95

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AC (Adaptive Control) - Điều khiển thích nghi

CAD (Computer Aided Design) - Thiết kế có trợ giúp của máy tính

CAM (Computer Aided Manufacturing) - Sản xuất có trợ giúp của máy tính CNC (Computer Numerical Design) - Điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính CMMs (Coordinate Measuring Machines): Hệ thống tọa độ kiểm tra

CĐ – Cao đẳng

ĐH - Đại học

EDM (Electrical Discharge Machine)- Máy phóng điện

FDM (Finite Difference Method) – Phương pháp giới hạn

FEA (Finite Element Analysis)- Phân tích thành phần giới hạn

FEM (Finite Element Method )

HTM (Homogeneous Transformation Matrix)- Ma trận dịch chuyển

NC (Numerical Control) - Điều khiển số

DMAP (Direct Matrix Abstraction Program)- Ma trận điều khiển

MDFM (Multi-Degree-of-Freedom Measuring) – Đo nhiều bậc tự do

LAN (Local Area Netword) - Mạng cục bộ

WAN (Wide Area Netword) - Mạng diện rộng

PITE (Position Independent Thermal Errors)- Sai số nhiệt độc lập

PDTE (Position Dependent Thermal Errors)- Sai số nhiệt phụ thuộc

TCCN – Trung cấp chuyên nghiệp

1D, 2D, 3D - Điều khiển 1, 2, 3 chiều

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Thực hiện đường lối của Đảng về đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành công nghiệp nói chung và ngành cơ khí chế tạo nói riêng của nước ta hiện nay đã và đang phát triển rất mạnh với đa dạng quy mô không chỉ ở trong các công

ty mà ngay cả các viện, trường, trung tâm… cũng đã đẩy mạnh, đầu tư những trang thiết bị, công nghệ mới nhằm nâng cao năng xuất, chất lượng sản phẩm và đào tạo bồi dưỡng nguồn nhân lực để theo kịp sự phát triển của thế giới

Ngày nay máy công cụ CNC đã trở nên rất phổ biến trong ngành chế tạo máy, thậm chí nó cũng đã phát triển rộng ra rất nhiều các ngành khác ( như ngành

gỗ, may mặc, …) vì những tính năng ưu việt sau:

- Gia công được các chi tiết phức tạp hơn

- Qui hoạch thời gian sản xuất tốt hơn do có thể tính toán được chính xác thời gian máy

- Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao và giảm thời gian phụ Trên máy CNC, có khả năng gia công bằng nhiều dao nên có thể gia công nhiều bề mặt trong cùng một thời gian, thay đổi dụng cụ cũng được thực hiện tự động

- Tính linh hoạt cao hơn do việc thay đổi chương trình gia công nhanh chóng và đơn giản

- Độ lớn loạt tối ưu nhỏ hơn

- Độ chính xác gia công ổn định đều

- Chi phí kiểm tra giảm

- Chi phí do phế phẩm giảm

- Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất

- Một công nhân có thể vận hành nhiều máy đồng thời

- Hiệu suất cao hơn

- Tăng năng lực sản xuất

Những nét ưu việt trên cho thấy rằng độ chính xác trong máy CNC là rất quan trọng và nó hoàn toàn quyết định tới chất lượng sản phẩm Tuy nhiên không phải máy CNC nào cũng đạt được độ chính xác tối ưu như mong muốn (1/1000) mà do nhiều nguyên nhân gây ra sai số sau một thời gian sử dụng nhất định Vì thế việc xác định phương pháp để bù lại những sai số cho máy CNC là hết sức cần thiết Nó đánh giá đựơc thực trạng của máy đang sử dụng, bằng việc bù này thì lượng sai số của máy giảm đáng kể để đảm bảo được độ chính xác của sản phẩm mà chi phí cũng như thời gian được tiết kiệm Các nhà thiết kế cũng đã dự đoán được các khả năng gây sai số trong máy sau một thời gian làm việc, tuy nhiên nó được bù trực tiếp trong hệ điều khiển bằng số lượng hạn chế ( chẳng hạn như sai số bước vít me, sai số động cơ…) những thông số mà không bù được sai sô tổng hợp của máy Chính vì thế đề tài này đưa ra một phương pháp bù tổng quát và hoàn toàn hợp lí bằng dữ liệu được xuất trực tiếp từ chương trình CAM Nó khẳng định rằng chúng

ta có thể hoàn toàn chủ động để có thể bù lượng sai số trong máy sau khi kiểm tra bằng một phương pháp mới Bên cạnh đó chi phí cho phương pháp bù này là không đáng kể Tuy nhiên chúng ta vẫn phải khảo sát tỉ mỉ để tìm ra sai số của máy, nó đòi hỏi về thời gian và trang thiết bị để cung cấp những số liệu chính xác

Trên đây là những thông tin quan trọng để chỉ ra rằng việc bù sai số trong máy CNC bằng một phương pháp mới là rất cần thiết và cần được tiến hành ngay càng sớm càng tốt

2 Lịch sử nghiên cứu

Nghiên cứu sai số và bù sai số trong máy CNC là một lĩnh vực rộng, đã và đang được các nhà khoa học trên toàn thế giới nghiên cứu trên nhiều phương diện khác nhau chẳng hạn như phương pháp tích phân toán học, phương pháp tạo mô hình sử dụng cảm biến để đo biến dạng sai số nhiệt, phương pháp trực tiếp và phương pháp gián tiếp…Tất nhiên mỗi phương pháp sẽ mang lại những kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn nhất định Các đề tài mà các nhà khoa học đã công bố chủ yếu tập trung vào khảo sát sai số và bù sai số trong phần điều khiển của máy chẳng hạn như:

Abbaszadeh-Mir, Y., Mayer, J., Cloutier, G and Fortin, C., 2002 đã nghiên cứu lý thuyết và sự mô phỏng cho các vị trí sai số hình học cho máy CNC 5 trục

Attia, M and Fraser, S., 1999a nghiên cứu phương pháp luận tạo mô hình bù sai số cho biến dạng nhiệt cho máy công cụ điều khiển số

Chen, G., Yuan, J and Ni, J., 2001 nghiên cứu đánh giá sai số hình học và xác định vị trí kiểm tra

Chen, J., Yuan, J and Ni, J., 1996 nghiên cứu tạo mô hình sai số nhiệt cho sự

bù sai số

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+) Mục đích

Để có được cơ sở lý thuyết về các dạng sai số ảnh hưởng đến độ chính xác CNC

và phát triển phương pháp bù sai số, mục đích nghiên cứu của đề tài tập trung vào: Các loại sai số phổ biến trên máy CNC, nguyên nhân, phương pháp đánh giá và kiểm tra

- Tổng quan về một hệ điều khiển phổ biến cho máy CNC ở nước ta ( hệ điều khiển Fanuc) và phương pháp bù sai số trực tiếp trong hệ điều khiển Fanuc ( phương pháp bù sai số bước)

- Tìm hiểu posprocessor trong phần mềm CAM

Sau khi đã tổng hợp được kiến thức cơ bản, đề tài sẽ phát triển một phương pháp mới để bù sai số cho máy bằng cách viết phần mềm để xử lý số liệu trong postprocessor khi đã xuất ra dưới dạng câu lệnh NC để bù lại sai số theo kết quả đã khảo sát sai số của máy( kết quả trong phần phụ lục) Cuối cùng kiểm chứng sự hiệu quả khi bù sai số bằng phần mềm

+) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là tìm hiểu về các số của máy CNC xảy ra trong quá trình gia công Việc nghiên cứu thí nghiệm được tiến hành với các điều kiện sau:

- Máy thực nghiệm: Máy phay CNC SH50M

- Máy đo laser

- Vật liệu gia công là thép C45

- Gia công hốc tròn bằng dao phay trụ hợp kim

4.Tóm tắt những luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

+) Luận điểm cơ bản

Bằng việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các sai số và phương pháp bù sai số trong máy CNC kết hợp với thực nghiệm, luận văn cần đưa ra được một phương pháp mới để bù sai số trong máy CNC khi ứng dụng phần mềm CAD/CAM bất kì Xây dựng một phần mềm để bù lại sai số của máy theo kết quả sai số đã đo được bằng thực nghiệm và ứng dụng cho tất cả các máy CNC

+) Đóng góp mới của tác giả

- Ứng dụng cho tất các các máy CNC trên thị trường hiện nay, không cần can thiệp vào bộ điều khiển của máy

- Làm cơ sở để phát triển cho các phương pháp bù sai số khác

- Góp phần nâng cao năng xuất và chất lượng sản phẩm Tạo cơ sở nghiên cứu tại đơn vị và là phương pháp mới nhất được ứng dụng bù sai số trong máy CNC

5 Phương pháp nghiên cứu

Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu các ảnh hưởng của sai số và phương pháp

bù sai số trong máy CNC

- Thực nghiệm để tìm ra các vị trí sai số trong máy CNC cụ thể, lấy cơ sở dữ liệu để viết phần mềm bù lại sai số đó

- Kiểm chứng gia công bằng sử dụng phần mềm bù sai số

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 1.1 Giới thiệu chung

Vào cuối những năm 40 học viện công nghệ MIT Hoa Kỳ bắt đầu thực hiện

đề án nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển số Năm 1953 công bố sáng chế máy phay điều chỉnh theo chương trình số NC Vào năm 1959 triển lãm máy công cụ tại Paris

trưng bày những chiếc máy phay NCs đầu tiên của châu Âu

Năm 1960 các hệ điều khiển số được chế tạo tương ứng với trình độ kỹ thuật của các công nghệ bóng đèn điện tử và rơle (cơ/điện/thuỷ lực), máy kích thước lớn, rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường khác nhau và giá cả thì rất đắt đỏ Vì vậy máy không được sử dụng rộng rãi

Từ sau những năm 1960, bóng đèn điện tử được thay dần bằng các phần tử bán dẫn rời rạc, đi ốt, và tranzito ( đèn 3 cực), thế nhưng những linh kiện đơn lẻ vẫn đòi hỏi có thể tích chiếm chỗ đủ lớn, còn rất nhiều mối hàn và các ổ cắm, các ghép nối vừa tốn kém khi chế tạo vừa hạn chế độ tin cậy khi vận hành điều khiển Những thông tin điều khiển được ghi trên băng đục lỗ nên dung lượng thấp và phải đọc từng bước trong quá trình gia công, khi gia công nhiều chi tiết giống nhau vẫn phải đọc băng đục lỗ cho từng lần gia công Khi thay đổi chương trình điều khiển chẳng hạn như muốn thay đổi chế độ cắt cho phù hợp đòi hỏi phải làm lại băng đục lỗ Vào những năm 70, kỹ thuật điều khiển số nhanh chóng ứng dụng các tiến bộ của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp: những hệ NC sử dụng những bản mạch lôgíc được thay thế bởi các bộ nhớ có dung lượng đủ lớn; do nối ghép các cụm vi tính vào hệ điều khiển số mà những phần cứng trước đây được thay thế bằng những phần mềm linh hoạt hơn Dung lượng bộ nhớ ngày càng được mở rộng tạo điều kiện lưu giữ trong hệ điều khiển số trước hết là từng chương trình đơn lẻ, sau đó là cả một thư viện chương trình lại có thể sửa đổi chương trình đã lập một cách dễ dàng thông qua việc cấp lệnh bằng tay, thao tác trực tiếp trên máy

Cho đến ngày nay các chức năng tính toán trong hệ thống CNC ngày càng được hoàn thiện và đã đạt được tốc độ sử lý rất cao do tiếp tục ứng dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật phát triển của các bộ vi xử lý µP Các hệ thống CNC

được chế tạo hàng loạt theo các công thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau

Từ chỗ những vật mang tin là những băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ tiến tới đĩa compact (đĩa CD) có dung lượng nhớ ngày càng mở rộng độ tin cậy và tuổi thọ ngày càng cao

Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành CNC (Computer Numerical Control) đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng, cho chúng ta có thể ứng dụng được máy công cụ điều khiển số CNC ngay cả trong các xí nghiệp vừa

và nhỏ không có phòng lập trình riêng, điều đó có nghĩa là người điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp trên máy Những dữ liệu được nhập vào, nội dung lưu trữ trên máy, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển máy đều được hiển thị trên màn hình

Lúc đầu màn hình của các hệ điều khiển số chỉ là màn hình đen trắng với các

ký tự chữ cái và con số nay đã sử dụng các màn hình mầu đồ hoạ với độ phân giải cao, biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều được hiển thị, có thể mô phỏng chi tiết gia công theo 3 chiều kích thước (3D)

Trong những năm gần đây sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin, sự phát triển của công nghệ Hig-Tech ngày càng tạo ra được những thế hệ máy công cụ điều khiển số ngày càng ưu việt hơn, đáp ứng được những yêu cầu cao của thị trường

Ngoài những ưu điểm cơ bản của máy và công nghệ CNC như độ chính xác cao của sản phẩm, đáp ứng nhanh về số lượng và thích ứng nhanh với thị trường về mẫu mã sản phẩm thì những ưu điểm nổi bật chỉ có ở máy CNC nữa là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử-số hoá”, cho phép nối ghép với hệ thống xử lý trong phạm vi toàn xí nghiệp tạo điều kiện mở rộng việc tự động hoá toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ (LAN) hay mạng liên thông toàn cầu (WAN)

Xét về bản chất của các máy điều khiển theo chương trình số, từ các máy NC đầu tiên với bộ xử lý là được áp dụng công nghệ đèn điện tử, rơle đến các phần tử

bán dẫn rời rạc, điốt, và tranzito ( đèn 3 cực ) và sau đó là đã áp dụng các tiến bộ của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp và siêu vi mạch cũng chỉ là để sử lý các hệ thống dữ liệu đầu vào cho hệ thống điều khiển số

1.2 Máy công cụ điều khiển số

1.2.1 Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số

Một máy công cụ điều khiển số muốn hoạt động được thì nó yêu cầu phải được cung cấp các hệ thống dữ liệu, nó được coi như một thứ ngôn ngữ chung để giao tiếp giữa người với máy

Khi ta soạn thảo chương trình cho một hệ thống điều khiển số thì có nghĩa là

ta đưa toàn bộ các thông tin cần thiết để chế tạo một chi tiết xác định trên máy công

cụ trở thành dạng có thể hiểu được cho hệ điều khiển của máy và thông báo cho nó theo một hình thức thích hợp

Thực chất của việc lập trình là thu thập, xử lý và soạn thảo những dữ liệu thông tin yêu cầu Các dữ liệu đó bao gồm:

a- Các thông tin hình học ( đó là các dữ liệu tạo hình hay các số liệu về đường dịch chuyển của dụng cụ cắt trong quá trình gia công )

b- Các thông tin công nghệ ( như số vòng quay trục chính, chiều quay, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, gọi dao, hiệu chỉnh máy và dao và bơm dung dịch tưới nguội…)

1.2.2 Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ

đó đủ cho chúng ta tiếp tục hành trình tìm hiểu công nghệ CNC Điểm khác so với

đồ thị của điểm và đường trong tọa độ toán học là với máy CNC, các giá trị tọa độ thực tế không liên tục mà thay đổi theo bước (increment), hay còn gọi là độ phân giải Ví dụ với hệ đo mét, bước dịch chuyển tối thiểu thường là 1/1000mm, tức

0.001mm, còn trong hệ đo inch, bước dịch chuyển tối thiểu là 0.0001inch Với chuyển động quay, bước dịch chuyển của góc quay cho cả hai hệ đo thường được lấy là 0.001°

Giống như hệ tọa độ toán học, mỗi trục trong hệ tọa độ của máy CNC đều có

điểm gốc Ứng với các bài toán kỹ thuật, chúng được gọi là điểm gốc (hay chuẩn, hay điểm 0) của chương trình, của phôi hay của chi tiết Thuật ngữ tiếng Anh tương ứng là program zero (hay program origin), work zero, part zero

1.2.2.2 Hệ toạ độ

Để xác định các tương quan hình học trong vùng làm việc của máy, trong phạm vi chi tiết gia công một cách rõ ràng ta đưa vào các hệ toạ độ và các điểm gốc chuẩn

Để thống nhất hoá mối tương quan cho các máy công cụ điều khiển số khác nhau, người ta tiêu chuẩn hoá các trục của hệ toạ độ và chiều chuyển động của chúng

Ví dụ theo tiêu chuẩn ISO 841 hay tiêu chuẩn DIN 66127thì hệ thống trục toạ

độ cho các máy điều khiển số được xác định như sau:

Các chiều chuyển động của máy công cụ điều khiển số được xác định bởi hệ toạ độ vuông góc của bàn tay phải (hình 1.1) Hệ toạ độ này luôn luôn được gán lên chi tiết gia công

Hình 1.1 Kí hiệu các trục toạ độ trên máy CNC

Khi lập trình, chi tiết luôn được coi là đứng yên Các chuyển động luôn thuộc

về dao cụ Trong thực tế trên từng loại máy cụ thể thì việc qui định này không hoàn toàn đúng bởi vì có những chiếc máy trong quá trình gia công thì chi tiết có thể tham gia thực hiện một vài chuyển động, điều này dễ làm cho người vận hành nhìn nhận không chính xác về hướng chuyển động của các trục

Các trục quay tương ứng với trục X,Y, Z được kí hiệu là A, B, C Chiều quay dương (positiv) tương ứng với chiều quay thuận chiều kim đồng hồ (CW=Counter clockwise) khi ta nhìn theo chiều dương của trục tịnh tiến

Để bố trí thứ tự của các trục toạ độ phù hợp với các chiều chuyển động của máy, tiêu chuẩn ISO 841 hay DIN 66127 qui định:

Nếu máy có nhiều trục chính công tác thì ta sẽ chọn một trong số trục đó làm trục chính theo cách ưu tiên trục nào có đường tâm vuông góc với bàn kẹp chi tiết Còn nếu máy không có trục chính công tác thì trục Z cũng là trục vuông góc với bàn kẹp chi tiết

Trục toạ độ X

Trục X là trục toạ độ nằm trên mặt định vị hay song song với bề mặt kẹp chi tiết, thường được ưu tiên theo phương nằm ngang Chiều của trục X được xác định như sau:

Thứ nhất: Trên các máy có dao quay tròn

+ Nếu trục Z đã nằm ngang thì chiều dương của trục X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết

+ Nếu trục Z thẳng đứng và máy có một thân máy thì chiều dương của trục

X hướng về bên phải khi ta nhìn từ trục chính hướng vào chi tiết

Nếu máy có hai thân máy thì chiều dương của trục X hướng về bên phải nếu

ta nhìn từ trục chính hướng vào thân máy bên phải

Thứ hai: Trên các máy có chi tiết quay tròn

+ Trên các máy có chi tiết gia công quay tròn thì trục X nằm theo phương hướng kính của chi tiết và chiều dương của trục đi từ trục tâm chi tiết đến bàn kẹp dao chính

Thứ ba: Trên các máy không có trục chính công tác thì trục X được qui định

là trục song song theo hướng gia công chính

Trục toạ độ Y

Vị trí của trục toạ độ Y sẽ được xác định sau khi đã xác định được hai trục toạ

độ Z và X

Các trục phụ

Nếu ngoài các trục X,Y,Z mà máy còn có các trục điều khiển độc lập khác thì

ta cũng ký hiệu các trục như sau: Trục U(là trục // với trục X), V(là trục // với trục Y) và trục W(là trục // với trục Z)

Các trục song song khác so với trục toạ độ chính sẽ nhận các ký hiệu tiếp theo

là P, Q, R

Hình 1.2 mô tả các trục chính, các trục phụ và các trục quay trên máy phay CNC

Hình 1.2 Các trục toạ độ trên máy CNC

CHƯƠNG 2 SAI SỐ TRONG MÁY CNC 2.1 Giảm sai số gia công

2.1.1 Nguyên nhân sai số

Sự chính xác chi tiết được gia công là rất cần thiết được xác định bởi phương pháp gia công trên máy theo dung sai cho phép, sự định nghĩa bề mặt.v.v Sự chính xác là một trong những sự thực hiện quan trọng nhất, khả năng để điều khiển sai số

để đánh giá khách quan hiệu suất trong khi ổn định giá là cốt yếu trong ngành chế tạo công nghiệp

Nhìn chung, có hai dạng sai số cơ bản là tĩnh học và động học Sai số tĩnh là sai số trong máy, đồ gá, dao và phôi mà xuất hiện khá ít Những dạng sai số này bao gồm sai số hình học, động học, nhiệt, lực cắt…Sai số hình học được định nghĩa như

là sai số từng bộ phận cấu thành trong máy Sai số động học là nguyên nhân bởi sai

số vị trí của các thành phần trong quỹ đạo Sai số nhiệt được bao gồm sự biến dạng nhiệt là vì nguồn nóng bên trong và bên ngoài của một phương pháp gia công Khi

sự phát sinh nhiệt tại vị trí tiếp xúc là không tránh được, sai số nhiệt là một trong những nguyên nhân sai số khó loại bỏ nhất

Sai số động học mà trước tiên nguyên nhân gây ra bởi sự rung động (vibration), sai số chuyển động trục chính, sai số điều khiển…Chúng phụ thuộc nhiều hơn vào điều kiện hoạt động của máy Nhìn chung sai số biến dạng (static error) chiếm khoảng 70% của tổng các sai số của máy

2.1.2 Các phương pháp giảm sai số

Tránh sai số và bù sai số là hai phương pháp cơ bản để cải thiện độ chính xác gia công Phương pháp chung để áp dụng tránh sai số là xây dựng một máy chính xác trong quá trình thiết kế và các giai đoạn chế tạo cốt để nguồn gốc sai số được giữ trong phạm vi nhỏ nhất Những nguyên tắc tốt chẳng hạn như độ cứng, điều kiện tốt cho sự chống rung, lựa chọn vật liệu, thiết kế cấu trúc cân xứng và như vậy

đã được công nhận rộng rãi Tránh sai số bằng việc cải tiến máy từ kết cấu cơ bản

và điều khiển môi trường làm việc, nhìn chung được chấp nhận khi những phương pháp mong muốn đặt ra để loại bỏ sai số Phương pháp này, tuy nhiên, có hai sự cản

trở chắc chắn xảy ra Mặt khác, nó có thể loại bỏ tất cả các sai số duy nhất bằng kĩ thuật thiết kế và chế tạo, mặt khác chi phí gia công tăng lên cùng với mức độ yêu cầu độ chính xác

Không như sự tránh sai số, không có sự cố gắng nào được tạo ra để tránh các sai số cho sự bù sai số Dĩ nhiên, sai số là được phép để biểu lộ và sau đó được đo

và chỉnh lại cho đúng Khi sự chính xác của phương pháp gia công bị ảnh hưởng bởi các nguồn gốc sai số khác nhau, sự bù sai số đánh giá có tầm quan trọng hơn trong sự ảnh hưởng lẫn nhau hơn là những sai số riêng lẻ Quan điểm cơ bản của sự

bù sai số không nhắm vào sự giảm giá trị tuyệt đối của sai số, nhưng ảnh hưởng của những sai số này tới sự chính xác gia công và kích thước cuối cùng của chi tiết được chế tạo Bù sai số đạt được tầm quan trọng bởi vì thiết kế và kỹ thuật điều khiển là khó để thực hiện hoặc mâu thuẫn với nhau Ngoài ra, bù sai số được xem xét như là một phương pháp hiệu quả cho sự tăng độ chính xác theo chu kì gia công trong thời gian sử dụng máy

Bởi vậy, ở đó cũng tồn tại sự hạn chế trong kĩ thuật bù sai số Mức độ mà sự chính xác gia công có thể đạt được bằng sự bù sai số là phụ thuộc lớn vào sự lặp lại của bản thân máy và phương pháp được lựa chọn để chứng minh mối quan hệ gắn liền giữa các sai số khác nhau.Vấn đề thứ nhất liên quan gần với thiết kế và chế tạo máy, bên cạnh đó, phương pháp để hiệu chỉnh lại có thể đạt được thông qua sự bù sai số Vấn đề thứ hai phụ thuộc phần lớn vào yếu tố bên trong trong trong sự ảnh hưởng của sai số tới sự chính xác gia công mà có thể dễ dàng nắm bắt được bằng phương pháp toán học

bình và kích thước lớn trong gia công mà những cấu trúc máy không linh hoạt là khó đạt được Sai số động học liên quan chủ yếu cùng với sai số chuyển động tương xứng của một số thành phần mà cần để di chuyển phù hợp với nhu cầu thiết thực Những sai số này là đặc biệt đáng kể trong quá trình chuyển động của các trục kết hợp Sai số động học bao gồm sự vuông góc và song song của các trục cùng với những chi tiết với những vị trí của chúng Thật vậy, sai số động học trong máy được thiết kế và chế tạo hoàn hảo nên được tái tạo

Bù sai số hình học và động học đã được thực hiện trong gia công và phương pháp đo để cải thiện hiệu quả của sự chính xác gia công Mặc dù có lượng lớn tài liệu được báo cáo về kĩ thuật bù sai số, những phương pháp bên dưới là cơ bản giống nhau Mô hình sai số động học, đo và kiểm tra sai số và phương pháp bù sai

số là ba sự trở ngại cơ bản

2.2.1 Phương pháp tổng hợp sai số động học

Sự phát triển của phương pháp động học dựa vào cấu trúc máy là một trong những bước then chốt cho chiến lược bù sai số hiệu quả Các nhà nghiên cứu đã chỉ

ra những vấn đề sai số từ những khía cạnh khác nhau Ban đầu nhà nghiên cứu đã

sử dụng mối quan hệ lượng giác và phương pháp véctơ để tạo sai số động học Hiện nay, phép biến đổi đồng nhất được dựa trên phương pháp tổng hợp sai số đã được công nhận rộng khắp và được thực hiện xây dựng phương pháp sai số động học từ khi nó dễ dàng cung cấp các thành phần sai số khác nhau Khung động học cứng và những góc nhỏ là hai giả định cơ bản Hội nghị Denavit, đầu tiên giới thiệu để miêu

tả hình dáng như người máy, là một phương pháp khác tìm ra phương pháp động học thông thường Sự bắt nguồn của phương pháp sai số động học cho máy 5 trục cũng đã được kết luận và báo cáo Kết luận của hai trục quay đem lại sai số định hướng thêm vào sai sai số vị trí của ba trục chuyển động thẳng và làm thúc đẩy phương pháp kiểm tra mới cho sự đo sai số trục quay

2.2.2 Sự kiểm tra sai số hình học

Sự kiểm tra là quá trình thiết lập mối quan hệ giữa một một phương pháp đo

và đơn vị đo Tiêu chuẩn quốc gia ASME B5.54-1992, cung cấp các bước cho quá

trình đánh giá hiệu suất của máy CNC bằng việc sử dụng các dụng cụ khác nhau, chẳng hạn như tia laser, điện tử…Ngoài ra, nó làm cho dễ dàng thực hiện sự so sánh hiệu suất giữa những máy dưới điều kiện môi trường khác nhau

Phương pháp kiểm tra sai số có thể được thực hiện phân loại thành phương pháp trực tiếp và gián tiếp Phương pháp đo trực tiếp được thực hiện bằng đo và tạo mẫu mỗi thành phần sai số độc lập Sự đánh giá sai số gián tiếp được thực hiện bằng

đo sai số thể tích hoặc tạo ra kích thước bộ phận cùng với một vài loại dụng cụ nhân tạo hoặc tiêu chuẩn khác nhau và đánh giá thành phần sai số dựa vào quan hệ động học Phương pháp trực tiếp đòi hỏi sự hiểu cùng với trang thiết bị và người có chuyên môn cao Trong khi phương pháp gián tiếp cần nguồn gốc toán học nhưng đơn giản hơn nhiều để đạt được dữ liệu

+ Phương pháp kiểm tra trực tiếp

Sự thuận lợi của sử dụng phương pháp trực tiếp là vì nó đưa ra bằng chứng trực tiếp của độ chính xác của máy hoặc trục của nó Mỗi thành phần sai số được đo bằng dụng cụ qui ước chẳng hạn như giao thoa laser, điện tử số

Weck and Bibring(1984) miêu tả tương đối (comparatively) dụng cụ kiểm tra

và thuật toán được sử dụng để đo những thành phần sai số hình học cho máy 3 trục tại thời điểm đó Sartori và Zhang(1995) cũng tổng hợp dụng cụ có hiệu lực và phương pháp sẵn có như là một điểm chuẩn Hầu hết các phương pháp trong đó được dự định để đo các thành phần sai số đơn của trục chuyển động tại một thời gian Bởi vì điều này, nó rất phức tạp và khó thực hiện để kiểm tra

Để làm đơn giảm thủ tục kiểm tra, Zhang(1988) phát triển một phương pháp

để đo toàn bộ 21 thành phần sai số của một máy 3 trục bằng việc đo các sai số tại những vị trí khác nhau dọc theo 22 đường trong cùng không gian làm việc Chen (2001) cải tiến phương pháp này bằng giảm số lượng đường cần đo xuống 15 Đo bằng laser vecto là một kĩ thuật kiểm tra tra hiệu quả khác Wang(2000) and Janeczko đề xuất phương pháp này cho sự đo sai số vị trí thể tích của máy Phương pháp này có khả năng để đo các sai số vị trí và độ thẳng xảy ra cùng lúc hơn là thành phần sai số một lần bằng sử dụng laser Tuy nhiên, sự giới hạn và khống chế

của phương pháp vectơ theo đường chéo được để ý bởi Chapman(2003) Để chứng minh cho kỹ thuật đo vecto laser, Svoboda(2006) chỉ đạo một loạt thí nghiệm và kết luận rằng phương pháp này không làm việc đúng nếu lượng sai số thay đổi trong phạm vi rộng

Kiểm tra sai số hình học trực tuyến cũng được đề xuất và bổ sung do nhiều nhà nghiên cứu Ni(1991) phát triển hệ thống đo nhiều bậc tự do (MDFM) cho sai

số hình học CMM Dựa vào hệ thống MDFM, Ni và Wu(1993) trình bày xen kẽ kĩ thuật đo trực tuyến và không trực tuyến cho sự bù sai số thể tích Khi được bổ sung trên một máy 3 trục, đến 15 thành phần sai số được đo trực tuyến ngay lập tức và duy trì 6 thành phần cần để kiểm tra không trực tuyến Huang and Ni(1995) sử dụng

3 hệ thống MDFM, một là cho mỗi một trục di chuyển của một CMM, để phát triển một thuận toán sai số trực tuyến Mico(2005) đề xuất một hệ thống đo trực tuyến trong qui trình thiết kế cơ khí cho máy chạy tốc độ cao( high-speed) Hệ thống đo được dựa trên sự hợp nhất và sự đánh giá khách quan của cấu hình dụng cụ đo giao thoa Máy dò trục chính được sử dụng rộng rãi để tăng cường độ chính xác chi tiết máy Quá trình gia công là quá trình ngăn cản lặp lại cho sự đo trên máy và kết quả

đo, vì vậy được lơi dụng để dự đoán sai số hình học Lim(2007) phát triển phương pháp đo thị giác trên máy dựa vào phương pháp thị giác không tiếp xúc

Một số dụng cụ khác cũng được đề xuất cho kiểm tra sai số Umet(2005) sử dụng hệ thống dò laser để kiểm tra kích thước một CMM Chen(1999) trình bày hệ thống laser giao thoa tự động cho sự kiểm tra sai số hình học

+ Phương pháp kiểm tra gián tiếp

Phương pháp kiểm tra gián tiếp sử dụng dụng cụ nhân tạo để đánh giá sai số hình học của phương pháp gia công vàCMMs Nói chung, các thành phần sai số là không được đo trực tiếp, nhưng được tính toán thông qua tỷ số phân tích động học nghịch đảo hoặc mối quan hệ toán học giữa số đo được và thành phần sai số Phương pháp kiểm tra gián tiếp luôn luôn đòi hỏi nhiều sự tính toán và phân tích, và

độ chính xác trong kiểm tra là không cao bằng phương pháp trực tiếp

Dụng cụ nhân tạo, là sự chứng nhận tiêu chuẩn cùng với kích thước được biết,

là được thực hiện để đạt được sai số hình học trên sự so sánh cơ bản Zhang and Zang(1991) sử dụng một dãy cầu 1-D để đo sai số hình học Kruth(1994) đề xuất một phương pháp đo sai số vuông góc bằng sử dụng dụng cụ đơn giản … Nói chung, phương pháp kiểm tra sử dụng thanh cầu cho phép đo được nhiều thông số tĩnh học và động học thông qua sự kiểm tra độ tròn và vì thế đã sử dụng rộng rãi cho sự kiểm tra chính xác của máy 3 trục

2.2.3 Thuật toán bù sai số (algorithm)

Để thực hiện kĩ thuật bù sai số trong máy và CMMs, dụng cụ và vị trí dọc theo quỹ đạo phải được tiếp tục điều chỉnh bởi giá trị bù được thêm vào trong hệ điều khiển của máy Chặn tín hiệu thông tin phản hồi và phương pháp di chuyển gốc là hai phương pháp phổ biến.(Ni, 1997)

Tín hiệu phản hồi Ecoder có thể được chặn bởi một máy tính bên ngoài cho sự

bù sai số của thời gian thực Máy tính tính toán sai số thể tích của máy gia công và chèn hoặc di dời số xung điện bằng nhau của tín hiệu cầu phương Hệ thống servo

sẽ vì vậy điều chỉnh vị trí của khe trượt di chuyển trong thời gian thực tế Thuận lợi của kĩ thuật này là vì nó không đòi hỏi thêm module của phần mềm điều khiển Nó

có thể được thực hiện tới bất cứ một máy CNC nào, kể cả một vài máy kiểu cũ, cùng với phản hồi của các trục Tuy nhiên, phương pháp điện tử được phát triển, đặc biệt được sử dụng để chèn tín hiệu cầu phương thành vòng lặp servo Những sự chèn này đôi khi phải rất tinh tế và đòi hỏi sự cực kì cẩn thận trong một phương pháp như vậy mà họ không thể can thiệp cùng với tín hiệu phản hồi của máy

Một phương pháp khác để bù sai số trong thời gian thực là phương pháp di chuyển gốc Trong phương pháp này lượng bù mà các trục của máy cần được di chuyển để bù cho sai số là gửi tới hệ điều khiển máy CNC để di chuyển những điểm gốc tham chiếu của hệ thống điều khiển qua một ranh giới I/O, và sau đó thêm vào tín hiệu lệnh cho vòng lặp servo tự động Để đạt được sự bù sai số hiệu quả trong sự thực hiện có lợi, tất cả những nguồn gốc sai số phải được ghi địa chỉ trong cùng kiểu cách

- Sự lưu nhiệt môi trường trước đó

Sai số biến dạng nhiệt do đó được sinh ra thậm chí khó hơn để xác định số lượng và dự đoán nếu cấu trúc của máy phức tạp

Sai số nhiệt có thể được chia thành hai loại, sai số nhiệt độc lập vị trí(PITE)

và sai số nhiệt phụ thuộc vị trí (PDTE) PITE thay đổi như là một chức năng của nhiệt độ nhưng không phải vị trí trục Sự ảnh hưởng của PITE vào độ chính xác các thành phần rõ ràng phụ thuộc vào tốc độ của sự thay đổi PITE, liên quan tới thời gian để chế tạo một sản phẩm PDTE thay đổi như một chức năng của vị trí trục cũng như nhiệt độ Chúng thay đổi vị trí chiều dài của máy Để đơn giản vấn đề và xác định kĩ thuật bù sai số nhiệt phù hợp nhất, nó thực sự hữu ích để phân biệt hai kiểu sai số nhiệt này

Các nhà nghiên cứu đã khảo sát sự ảnh hưởng của sai số nhiệt vào độ chính xác của máy và đang tìm kiếm phương pháp giải quyết để làm giảm những sai số Những phương pháp đặc biệt gắn liền với sự tránh sai số nhiệt bao gồm: giảm và xây dựng lại nguồn nóng, sắp xếp lại cấu trúc để đạt được sự ổn định nhiệt và sử dụng vật liệu chiụ nhiệt tốt Điều khiển nhiệt độ môi trường cũng có lợi trong giảm

sai số nhiệt, bởi vì hàng ngày nhiệt độ môi trường thay đổi là một trong những thay đổi chính của nhiệt Để bổ sung cho bù sai số nhiệt, bên cạnh những phương pháp thông thường của sự di chuyển khe trượt máy thông qua gửi tín hiệu bù tới hệ điều khiển Nguồn nóng được điều khiển giả định trên kết cấu máy được tận dụng để bù

sự ảnh hưởng biến dạng của nhiệt, do vậy loại bỏ sai số nhiệt

2.3.1 Nhận dạng sai số nhiệt

Nhận dạng sai số là một trong những bước cốt yếu cho sự thành công của tạo

mô hình sai số và bù sai số Có hai loại nhận dạng cơ bản: Phương pháp đo không gian làm việc và phương pháp tổng hợp sai số

Trong phương pháp đo không gian làm việc, giá trị bù được đòi hỏi là được xác định bằng việc tạo ra sự đo trực tiếp của sai số nhiệt giữa đầu dao và phôi trong thời gian gia công Quá trình gia công cơ bản thường được dừng lại và dụng cụ dò được sử dụng để đo một thông số hoặc điểm khác trên máy Biểu đồ sai số là sau đó được tạo ra kết hợp cùng với tình trạng nhiệt độ máy khác và vị trí trục

Chen(1996) phát triển thiết lập nhanh và hệ thống đo nhiều sai số cùng với dụng cụ dò trực tuyến Đo được thực hiện tại một vài điểm được lựa chọn và sai số nhiệt tại vị trí của vùng làm việc được nội suy Đo trực tiếp là rất hiệu quả trong sự thay đổi sai số nhiệt, nhưng có sự bất lợi là đòi hỏi trang thiết bị đắt tiền và phải xâm nhập vào quá trình gia công, do đó giảm hiệu suất gia công

Trong phương pháp tổng hợp, sai số tổng hợp tại đầu dao được tính toán bằng

sự kết hợp kết quả đo của sự biến dạng của mỗi thành phần máy theo chuỗi động học của một máy Phương pháp này đưa ra bằng chứng toàn diện của sự chính xác của mỗi chi tiết máy, nói chung là tiêu tốn thời gian

Một dụng cụ giao thoa laser và cảm biến điện dung không tiếp xúc thường được sử dụng để đo trực tiếp sai số nhiệt, chẳng hạn như sai số góc của các trục di chuyển dưới vùng nhiệt độ thay đổi và sự tản nhiệt của trục chính khi quay Bởi vì

có rất nhiều thành phần sai số nhiệt được đo riêng biệt Các thủ tục kiểm tra tập trung phải được lặp lại vài lần Ngoài ra, sự tác động qua lại giữa các nguồn sai số nhiệt thỉnh thoảng không được để ý Dụng cụ tham chiếu hoặc máy đo cùng với

kích thước được xác định cũng được khai thác cho sự nhận dạng sai số nhiệt Các thành phần sai số được đánh giá đảo ngược dựa vào sự so sánh của kết quả đo và giá trị tham khảo Một loạt những giá trị tìm thấy bằng nhau và sự đánh giá các thông số làm cho phương pháp này khá phức tạp Mối quan hệ được tìm thấy giữa các thành phần sai số của máy và các sai số nhiệt tập hợp lại có thể có khả năng dự đoán chính xác sự chính xác kích thước của những chi tiết được hoàn thành

Những kĩ thuật nhận dạng bộ phận dẫn hướng được phát triển để liên hệ với sai số bộ phận đặc trưng của cụm chi tiết cùng sai số của máy Mou(19950) trình bày một kĩ thuật phân tích đặc trưng cơ bản để liên hệ sai số hình dáng và kích thước của những đặc điểm chế tạo tới sai số nhiệt của máy Phương pháp này giải quyết phương pháp toán học và kích thước liên quan gần với những chi tiết thực tế Phương pháp này có thể thực hiện cho sản xuất lớn mà máy được thực hiện với họ chi tiết đặc biệt Bởi vậy, chỉ có chi tiết điển hình được giới hạn liên quan với sai số của máy là quan trọng và cần để nhận biết

2.3.2 Mô hình sai số nhiệt

Đối với hầu hết các hệ thống bù sai số, mô hình toán học là cần thiết để liên

hệ các sai số nhiệt với những giá trị thay đổi khác mà dễ hơn để kiểm tra Mặc dù phương pháp sử dụng của những giá trị thay đổi chẳng hạn như đo tốc độ trục chính

và sức căng vận tốc đã được báo cáo trong tài liệu, đo nhiệt độ tại những vị trí chủ chốt nào đó trên khung máy là được sử dụng khá rộng rãi Do đó, mô hình toán học diễn tả mối quan hệ giữa các sai số nhiệt và số đo nhiệt độ trở nên rất quan trọng Những mô hình sai số nhiệt nhấn mạnh mối quan hệ biến dạng đã khảo sát và thực hiện cho bù sai số nhiệt Chúng đã được phân loại thành hai nhóm: Phương pháp tĩnh học không phụ thuộc thời gian và phương pháp động học phụ thuộc thời gian

Mô hình tĩnh học không phụ thuộc thời gian, chỉ có số đo nhiệt độ hiện tại được giữ như mô hình nguồn vào Donmez(1986) tìm thấy hàm đa thức của sự tăng nhiệt độ sinh ra tại trục chính để dự đoán sai số trục chính nghiêng khi quay Chen

và Chiou(1995) so sánh sự ảnh hưởng của sai số nhiệt bằng việc sử dụng nhiều sự phân tích hồi quy và hệ thống dụng cụ tự tạo Trong những năm gần đây những loại

khác nhau của hệ thống thông minh đã được thực hiện trong tạo mẫu sai số nhiệt bao gồm: Hệ điều khiển thông minh(CMAC), ARTMAP và SVM

Mô hình động học phụ thuộc thời gian, thời gian đưa vào như là dữ liệu vào hoặc hoàn toàn suy luận bởi số đo nhiệt độ trước đó Jan(1989) theo dõi thấy rằng

sự tản nhiệt của trục chính có một đặc điểm không dẫn so với nhiệt độ được thu thập tại vị trí cảm biến nào đó, do đó một hàm số mũ bao gồm hằng số thời gian và chiều dài thay đổi, được phát triển để đánh giá sai số giãn nở nhiệt của trục chính Mori(1998) đã xác định bằng thực nghiệm hàm số di chuyển giữa tốc độ quay trục chính và sự tản nhiệt, và giữa nhiệt độ không khí và sự tản nhiệt Sự xoắn được sử dụng để xác định sự biến dạng nhiệt trong thời gian nhất định dựa vào sự giả định

hệ thống đường thẳng và sự lắp ghép được thực hiện cho tốc độ trục chính khác nhau

Fraser (1998) đề xuất một phương pháp mô hình tổng quát để làm mô hình mối quan hệ biến dạng nhiệt Vấn đề sự dẫn nhiệt bị đảo ngược được giải quyết để nhận dạng nguồn nóng từ sự phỏng đoán nhiệt độ và sau đó mô hình hệ thống được tìm ra để dự đoán sự biến dạng nhiệt theo nguồn nóng này Những mô hình thông thường cho quá trình biến dạng nhiệt và những hàm dịch chuyển thông thường của quá trình biến dạng nhiệt động học trong phạm vi chữ S được xác định cho mục đích của thiết kế hệ thống điều khiển

Wang (1998) trình bày một hệ thống phương pháp luận cho sự hiệu chỉnh sai

số nhiệt của máy Sự biến dạng nhiệt được tạo mô hình sử dụng lý thuyết đơn điệu

để dự đoán sai số nhiệt Không may, một vài động lực học ngắn hạn của hệ thống bị mất do thuộc tính của quá trình hoạt động được tích luỹ Bởi vậy, phương pháp đạt được dưới một điều kiện hoạt động cụ thể là không hiệu quả dưới điều kiện khác Yang và Ni(2003) đề xuất một mô hình sai số đầu ra để diễn tả bản chất động học của những sai số nhiệt bởi đánh giá một loại nhiệt độ đầu vào và đầu ra biến dạng nhiệt cho sự đánh giá mô hình Phương pháp này cải thiện đáng kể độ chính xác và sự vững chắc của phương pháp sai số nhiệt Yang và Ni trình bày kĩ thuật thích nghi phương pháp đệ qui dựa vào kĩ thuật chọn lọc cùng với sự mở rộng đa

mô hình để cập nhật phương pháp sai số nhiệt trong suốt sự thay đổi liên tục của điều kiện chế tạo chẳng hạn như lặp lại cấu hình hệ thống hay sự giảm sút hiệu suất qua một thời gian dài

Phương pháp ở trên là dựa vào kinh nghiệm và phụ thuộc cao vào điều kiện tạo mô hình Phương pháp kĩ thuật số, chẳng hạn như phương pháp giới hạn chênh lệch và phương pháp giới hạn yếu tố là cũng được sử dụng cho sự phát triển của phương pháp sai số nhiệt Phương pháp số là những phương pháp mạnh trong mô phỏng sự truyền sức nóng cần thiết và quá trình biến dạng, mà những giải pháp phân tích đối với những vùng nhiệt độ và sự biến dạng nhiệt bị hạn chế là do sự phức tạp của kết cấu máy

Attia và Kop(1981) gần giống như cách hoạt động nhiệt và biến dạng của kết cấu máy trong sự đối phó với ảnh hưởng của sự liên kết cố định sử dụng FEM Moriwaki(1988) sử dụng FDM để dự đoán và bù cho sự biến dạng nhiệt của thuỷ tĩnh học được chứng minh sự chính xác của trục chính Lingard (1991) phân tích mối lo ngại của nhiệt độ ảnh hưởng tới sự chính xác cao CMM sử dụng FEM

Sự chính xác tuyệt đối của phương pháp số được giới hạn bởi một vài yếu tố phức tạp, chẳng hạn như kích thước hình học, điều kiện biên và các khớp nối Tuy nhiên, sự hạn chế cùng với sự quan tâm tới độ tin cậy của chất lượng cuối cùng không thể hạn chế sự ảnh hưởng của kĩ thuật số vào sự đánh giá chất lượng của sự chính xác máy FEM là có thể tạo ra sự đóng góp quan trọng tới sự quyết định vị trí cảm biến nhiệt ban đầu cho phương pháp sai số nhiệt tiếp theo

2.3.3 Vị trí Sensor nhiệt

Đối với những kiểu sai số nhiệt cùng với nhiệt độ đầu vào, vị trí cảm biến nhiệt độ giữ vai trò quan trọng trong sự xác định chính xác, hiệu quả và sự vững chắc của phương pháp được tìm ra Nói chung, để đặt số lượng lớn cảm biến vào thân máy có thể cải thiện sự chính xác và độ ổn định của phương pháp sai số nhiệt Balsamo(1990) đầu tiên sử dụng gần 100 cảm biến nhiệt độ để dự đoán sự biến dạng nhiệt của CMM

Tuy nhiên, nó luôn luôn là mối quan tâm cơ khí để giảm số lượng cảm biến Một số nhà nghiên cứu lựa chọn biến số dựa vào kinh nghiệm và nguồn nhiệt sẵn có

và sự biến dạng nhiệt của máy Hệ số tương quan giữa sai số nhiệt và sự thay đổi nhiệt độ được khai thác để lựa chọn cao sự biến đổi nhiệt độ tương quan cho mô hình Chen(1996) sử dụng phương pháp hồi qui tiêu chuẩn để tìm ra phương pháp tuyến tính tốt hơn cùng với sự biến đổi nhiệt độ Sự biến đổi nhiệt độ tương quan lớn nhất được tính đến đầu tiên sau đó là thêm vào hoặc loại trừ tại một thời điểm dựa vào sự đánh giá được thống kê của sự biến đổi đó Lo(1999) sử dụng một hàm mục tiêu làm thành công thức bằng tiêu chuẩn tương xứng được thay đổi dựa vào Mallo’s Cp để lựa chọn biến số nhiệt độ

Trong hầu hết các nhà nghiên cứu, thông tin đầy đủ của những đặc điểm về động học của lĩnh vực nhiệt độ và sai số nhiệt là không được xem xét trong sự xác định vị trí cảm biến nhiệt Sự tổng hợp sai số biến dạng nhiệt không thể lâu dài dưới điều kiện hoạt động thay đổi Ma(2001) đề xuất một phương pháp lạc quan để đặt cảm biến nhiệt Nguyên tắc cơ bản cho sự lựa chọn vị trí tối ưu là vì tần số của sự tải nhiệt nhỏ hơn, hơn nữa cảm biến nhiệt nên được lắp đặt xa nguồn nhiệt Phương pháp này về lý thuyết là hấp dẫn, nhưng nó vẫn chưa được thực hiện và phê duyệt thông qua thí nghiệm thực tế Ngoài ra, nó cũng cần thiết để phát triển phương pháp luận hệ thống cho vị trí cảm biến nhiệt cốt để sự lãng phí thời gian và nguyên liệu được giảm xuống

2.4 Phương pháp tạo mô hình sai số nhiệt bền vững thông qua phân tích phương thức nhiệt

2.4.1 Giới thiệu

Sự quan trọng của tăng cường độ chính xác của máy đã được tổ chức tốt trong

cả ngành công nghiệp và giới viện học trong những thập niên qua là vì yêu cầu cho sản phẩm tăng lên cùng với chất lượng tốt hơn và dung sai nhỏ hơn trong khi vẫn duy trì sản lượng cao Sự chính xác của máy trực tiếp xác định sự chính xác kích thước của sản phẩm được chế tạo Nhân tố đáng kể nhất ảnh hưởng đến sự chính xác máy là sai số do nhiệt mà chiếm 50% của tổng sai số của máy Nguồn nóng bên

trong và bên ngoài có thể là nguyên nhân gây ra biến dạng nhiệt trong kết cấu máy vượt xa dung sai kích thước cho phép của sản phẩm được chế tạo thông thường Một số lượng lớn nhà nghiên cứu đã thực hiện để điều tra sự ảnh hưởng của sai số nhiệt để giảm những sai số này trên máy gia công trong vài thập niên qua Ví

dụ của sự giảm sai số nhiệt thành công cùng với kĩ thuật và sự hỗ trợ của bù sai số

đã được chứng minh trong phòng nghiên cứu và ngành công nghiệp Tuy nhiên, sự chính xác và sự ổn định của phương pháp sai số nhiệt vẫn còn được xem xét như là một sự cản trở chính mà phải được rời bỏ trước khi có thể thực hiện rộng rãi sự bù sai số nhiệt

Một số nhà nghiên cứu tập trung vào sự phát triển của phương pháp sai số nhiệt bằng sử dụng các mô hình phương pháp luận khác nhau Những phương pháp như thế bao gồm sự hồi qui đa thức Vị trí của cảm biến nhiệt được lựa chọn là càng gần nguồn nóng càng tốt theo hầu hết các nhà nghiên cứu Bởi vậy một trong hai yếu tố: sự thiếu hụt con số hoặc vị trí không đúng của cảm biến nhiệt có thể làm suy yếu tính hiệu quả của phương pháp sai số nhiệt Để giải quyết vấn đề này, phương pháp số được thực hiện để lựa chọn cảm biến nhiệt tại vị trí chủ chốt nào đó từ số lượng cảm biến vượt quá được lắp đặt trên máy dựa vào sự phân bổ dày đặc đối với một ước số danh nghĩa Nói chung, một khoảng thời gian dài và những lỗ lực được đòi hỏi cho đặc trưng của máy, sự lựa chọn thay đổi và phát triển mô hình để tạo ra một phương pháp sai số nhiệt của máy Những phương pháp được đề cập bên trên là chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và đơn thuần áp dụng cho máy đơn giản như là một phương tiện của chứng minh khái niệm Trong hầu hết trường hợp này họ không thể

dễ dàng thực hiện và sự thuận lợi cũng như lợi nhuận được tăng lên đối với những máy có kiểu dáng tương tự Một trong những yếu tố chính là vì sự thiết yếu của quá trình biến dạng nhiệt nằm dưới đã được sao lãng Sự nghiên cứu bị giới hạn dẫn tới

sự bộc lộ quan trọng của mối quan hệ tĩnh học đặc biệt đối với máy công cụ

Lo(1994) chứng minh ảnh hưởng trễ giữa nhiệt độ và biến dạng nhiệt của trục chính được đơn giản hoá Ma-et(1990) cung cấp hình dạng phân tích cho ảnh hưởng trễ và để ý tới sự độc lập của vị trí cảm biến nhiệt độ vào mức độ đầu vào của sức

nóng do nhân tố chu kỳ của gia công và sự di chuyển hàng ngày Ma(2001) đề xuất một sự phân tích biến dạng nhiệt để nghiên cứu xa hơn mối quan hệ tĩnh học bằng việc sử dụng phương pháp giới hạn (FEM) Tương tự như sự phân tích động học, một lượng nhỏ phương pháp quan trọng được đề xuất để khống chế toàn bộ quá trình biến dạng nhiệt Nếu cảm biến nhiệt được lắp đặt trên một vị trí nào đó để dành được những phương pháp có ưu thế này, thì độ chính xác và mẫu sai số nhiệt bền vững hơn có thể được phát triển phù hợp

May mắn, đề tài để xác định vị trí của cảm biến nhiệt đã được khảo sát rộng rãi, mang sự tiến bộ đến nhiều mục đích cho sự nhận dạng và điều khiển của hệ thống động học Sha và Ud đề xuất một phương pháp xác định vị trí bằng giảm tối thiểu dấu hiệu ma trận hệ thống được kết hợp cùng với sự dự đoán thông số kết cấu Carne và Doh (1994) tận dụng sự tối đa của giới hạn ngoài đường chéo trong phương pháp ma trận đáng tin cậy như là sự kiểm tra của việc sử dụng hình dạng cảm biến Pada(2000) đề xuất để sử dụng thông tin vật lý là vì một sự kiểm tra không rõ ràng trong thông số mẫu đối với việc xác định vị trí cảm biến tối ưu Kammer (1991) trình bày phương pháp độc lập hiệu quả dựa vào sự đóng góp của mỗi cảm biến đối với những ma trận thông tin phù hợp Mục tiêu của chiến lược xác định vị trí cảm biến là để lựa chọn vị trí cảm biến mà làm cho sự phân bổ vị trí là càng độc lập càng tốt tại cùng một thời điểm Những mục đích này có thể được sửa đổi để giải quyết dựa trên khái niệm vấn đề biến dạng nhiệt tương tự

Trong đề tài này, phương pháp mô hình biến dạng nhiệt được trình bày để hợp

lí hoá quá trình biến dạng nhiệt Cách thức hoạt động nhiệt của một máy công cụ được đánh giá đầy đủ dựa trên phân tích phương thức nhiệt Vấn đề này cung cấp một thông tin về tầm quan trọng và loại sai số nhiệt tồn tại trong máy công cụ Nó cũng giúp để nhận ra thành phần kết cấu máy mà nhiệm vụ quan trọng cho sai số nhiệt Cùng với những kiến thức này, vị trí cảm biến nhiệt là được quyết định Toàn

bộ quá trình biến dạng nhiệt là được trình bày đơn giản bởi số lượng nhỏ con số của

sự chi phối mô hình nhiệt Mô hình sai số nhiệt phù hợp là sau đó được tìm ra để diễn tả loại sai số cụ thể Tính hiệu lực của những mô hình sai số nhiệt là được kiểm

tra lại thông qua sự mô phỏng và thí nghiệm Phương pháp này là có thể thực hiện đối với máy công cụ có cùng kết cấu dưới điều kiện làm việc như nhau bởi vì sự cần thiết của quá trình biến dạng nhiệt đã được tăng cường theo quy luật

2.4.2 Phân tích phương thức nhiệt

2.4.2.1 Các mô hình nhiệt

Sự phân tích các thành phần có giới hạn được thực hiện bởi một số nhà nghiên cứu để điều tra các sai số nhiệt của máy công cụ để củng cố theo qui ước dựa trên kinh nghiệm Sự phân tích này cũng được sử dụng để phân tích động lực học và vấn

đề di chuyển nhiệt Tuy nhiên, sự phân tích này thỉnh thoảng được sử dụng để khám phá sự thiết yếu của vấn đề tĩnh học trong máy công cụ, mặc dù các ý kiến phân tích tương tự một hệ thống phức tạp thành một hệ thống đơn giản hơn mà không mất đặc tính quan trọng đã được đề xuất Mastuo (1986) đánh giá trạng thái ổn định nhiệt độ

và tỷ lệ tăng nhiệt của kết cấu máy để làm ngắn giai đoạn khởi động dựa vào phân tích phương pháp

Để thực hiện sự phân tích phương pháp nhiệt, giải pháp thành phần giới hạn của vấn đề truyền sức nóng cần được giải quyết mà đòi hỏi sự hợp nhất

[ ]C T { }T (t) + [ ]K T { }T (t) = { }Q (t) (2.1) Trong đó [CT ] là ma trận thể tích nhiệt, [KT ] ma trận dẫn nhiệt, {T(t)} là vector nhiệt độ và {Q(t)} là vector nút tải trọng nhiệt

Ma (2001) kết hợp cùng với (2.1) thành:

[ ]K T [ ]ΦT = [ ]C T [ ]ΦT [ ]Λ (2.2) Trong đó [ ]Λ là ma trận đường chéo, và [λi] là ma trận tương ứng Về mặt lý thuyết, là hàm số nghịch của hằng số thời gian

Tương tự như hệ thống cấu trúc động học, mỗi một cách thức bao gồm giá trị biến đổi và vector, hay thời gian cố định lớn nhất tương đương với phương pháp

chậm nhất Phương pháp nhiệt, nghĩa là thời gian cố định và vùng nhiệt độ là thuộc tính bên trong của kết cấu máy và điều kiện làm việc của nó Chúng độc lập với tầm quan trọng của vị trí tải trọng nhiệt

Trong phương pháp phân tích này, ma trận vector thay đổi [ ]ΦT có thể được thay đổi như là ma trận biến đổi để tách phương trình (2.1) Nhiệt độ {T(t)} sau đó được biến đổi thành nhiệt độ {θ(t)}

{ }T (t) = [ ]ΦT {θ(t)} (2.4) Phương trình thay thế (2.4) nhân phương trình (2.1) và nhân cả hai vế với [ ]T

{θ(t)} + [Λ] {θ(t)} = [ ]T

T

Φ {Q(t)} = {ξ(t)} (2.8)

Trong đó {ξ(t)} là vector tải trọng

Phương trình (2.8) được tách ra và có thể được diễn tả như một bộ biến đổi đơn, phương trình thay thế bậc nhất

nóng được áp đặt, cách giải quyết với phương trình (2.9) là

vào Toàn bộ sự đối phó nhiệt độ vì thế được xem như là vị trí đặc biệt của phương pháp nhiệt

Trong thực tiễn, ma trận sức nóng và ma trận dẫn nhiệt được trích dẫn bằng sử dụng MSC/NASTRAN DMAP( Direct Matrix abstraction Program)

2.4.3 Tạo mô hình sai số nhiệt bền vững

Nguyên tắc chỉ đạo để nhận ra hiệu quả vị trí cảm biến có khả năng cho sự phát triển phương pháp sai số nhiệt, từ nhiệt độ có được nhìn chung là không quá nhạy cảm đối với vị trí bởi vì sự đóng góp suôn sẻ của lĩnh vực nhiệt độ Những đường lối chỉ đạo này được đề xuất dựa trên sự phân tích phương thức nhiệt, bởi

vậy nó mang nhiều ý nghĩa theo quy luật tự nhiên Cho mỗi dạng nhiệt, giống như

sự phân tích cấu trúc động học, nó luôn luôn mong muốn để đặt cảm biến nhiệt theo hai nguyên tắc sau:

- Gần giá trị cực đại của phạm vi nhiệt chiếm ưu thế hoặc,

- Gần nguồn nóng

Bằng việc làm đó, mô hình nhiệt chiếm ưu thế được tìm thấy Nó rõ ràng rằng cảm biến sẽ được lắp đặt xa các gối, tầm quan trọng điểm gốc, mô hình đích, ngược lại không có thông tin hữu ích được thu thập cho phương pháp đó

Một lợi ích khác của chiến lược này là hiệu quả về lợi nhuận Mỗi cảm biến được lắp đặt trên máy là rất khó để gỡ bỏ chúng Phương pháp lựa chọn cảm biến nhiệt theo qui ước, tuy nhiên, đòi hỏi một số lượng lớn cảm biến để được lắp tại vị trí ban đầu để cải thiện độ chính xác và ổn định của mô hình sai số nhiệt Phương pháp được đề xuất cung cấp một phương pháp luân phiên để đặt cảm biến nhiệt Nếu số lượng cảm biến là không đủ, nói cách khác, số lượng phương pháp nhiệt điển hình là không có khả năng để diễn tả đầy đủ quá trình biến dạng nhiệt, những cảm biến thêm vào sẽ được lắp đặt để giữ được nhiều hơn mô hình nhiệt Bằng việc này, số lượng cảm biến nhiệt sẽ được điều khiển tối ưu

2.4.3.2 Tạo mô hình sai số nhiệt

Sai số nhiệt trong máy công cụ nhìn chung được chia làm hai loại, độc lập và không độc lập vị trí Sai số nhiệt độc lập vị trí, chỉ đơn thuần là chức năng của nhiệt

độ, bao gồm sự tản nhiệt của trục chính Sai số nhiệt phụ thuộc vị trí là chức năng của cả hai, nhiệt độ và vị trí các trục chẳng hạn như độ chính xác vị trí đường thẳng dọc theo một trục Kết quả là, hình dạng mô hình khác nhau được sử dụng để diễn

tả những sai số nhiệt đó

Mô hình hồi qui sử dụng phương pháp đánh giá được sử dụng để diễn tả mối quan hệ tĩnh học do cấu trúc đơn giản của nó và ngoại suy tốt hơn so với phương pháp tạo mô hình khác

1

β

Trong đó E(t) có nghĩa là những sai số nhiệt, T= [T1 (t),…,TN (t)] miêu tả sự thay

đổi của nhiệt độ, t là thời gian, và N là số cảm biến nhiệt Sai số nhiệt phụ thuộc vị

trí được tạo ra công thức là:

E x t [ P x P x ]T i t T B

N

i

zi i

),

(

1

2 1

β

Trong đó P(x) là vị trí của sai số nhiệt tương ứng

Trong phương trình (2.12) và (2.13), sai số nhiệt E(t) và E(x,t) là trong mối

quan hệ đường thẳng đối với sự thay đổi nhiệt độ, T(t), mà đảm bảo khả năng ngoại

suy với điều kiện các mô hình phù hợp với dữ liệu và kiến thức của thiết lập bài

toán Phương trình (2.12) và (2.13) có thể được sắp đặt lại trong một hình dạng ma

Sự vững chắc của phương pháp được đề xuất sẽ được chứng minh từ hai

phương diện, cụ thể, phép ngoại suy đường thẳng và độ nhạy tần số Phép ngoại suy

đường thẳng là rất quan trọng từ đó nó có thể giảm thời gian đặc tính của máy và

phương thức đào tạo Sự quan trọng của độ nhạy tần số là rất phong phú do chu kì

của sự hoạt động của máy và điều kiện môi trường mà là nguyên nhân gây ra tải

trọng nhiệt theo sau một chu kỳ nào đó

2.4.4 Mô phỏng số cho hình dáng biến dạng của của sai số nhiệt đơn giản

Đơn giản hoá các cơ cấu máy được mô phỏng để minh chứng chiến lược xác

định vị trí đặt cảm biến nhiệt được đưa ra và mô hình sai số nhiệt Có hai hình dáng

biến dạng nhiệt cơ bản, sự biến dạng dài và biến dạng cong được hiển thị hình (2.1)

Sai số nhiệt được định nghĩa đúng với những hình dáng biến dạng nhiệt, sự giãn nở,

( 2.13) (2.12)

(ε) cho biến dạng dài; và sự giãn nở, (ε), sự trệch hướng và nghiêng góc( δ), (θ)cho biến dạng uốn nhiệt

Trong sự mô phỏng này, nhiệt đầu vào, Q(t) là được giả định để sinh ra tại điểm cố định cuối cùng Những sai số nhiệt xuất hiện tại những điểm giới hạn tự do

Sự trao đổi nguồn nóng tồn tại giữa hai thành phần máy là những mặt phẳng và môi trường thông qua sự đối lưu Đối với dạng dãn dài nhiệt, hệ số di chuyển nguồn nóng đối lưu, h, được cho bằng 20 W/m2 K cho tất cả mặt phẳng Đối với sự uốn cong nhiệt, hệ số truyền hơi nóng đối lưu được cho bằng 20 W/m2 K và 100 W/m2 K đối với phía trên và dưới mặt phẳng theo thứ tự Các thông số hình học còn lại và thuộc tính của vật liệu được ghi trong bảng (2.1) Vị trí cảm biến nhiệt giả định cũng được chỉ ra trong bảng (2.1) Có 9 vị trí cảm biến nhiệt được xác định cho biến dạng dài, ngược lại có 18, trong đó 9 vị trí cho phía trên và 9 dưới mặt phẳng, cho