Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7011-2:2007 quy định các phương pháp kiểm để xác định độ chính xác và khả năng lặp lại vị trí của các trục điều khiển số gọi là trục của máy công cụ bằng việc đo trực tiếp từng trục trên máy.
TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 7011-2 : 2007 QUI TẮC KIỂM MÁY CÔNG CỤ - PHẦN – XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ KHẢ NĂNG LẶP LẠI ĐỊNH VỊ CỦA TRỤC ĐIỀU KHIỂN SỐ Test code for machine tools – Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn quy định phương pháp kiểm để xác định độ xác khả lặp lại vị trí trục điều khiển số gọi trục máy công cụ việc đo trực tiếp trục máy Phương pháp áp dụng cho trục chuyển động thẳng quay CHÚ THÍCH – Phương pháp không áp dụng để kiểm đồng thời nhiều trục Tiêu chuẩn sử dụng để kiểm chứng nhận kiểu, kiểm giao nhận, kiểm so sánh, kiểm định kỳ, bù gia công v.v… Khi sử dụng phương pháp đòi hỏi phải đo lặp lại vị trí Các thơng số liên quan định nghĩa tính toán chiều dẫn để biểu thị độ tin cậy phép đo (xem [1] thư mục) Phụ lục A mô tả ứng dụng chu kỳ kiểm tùy chọn – chu kỳ bước Các kết từ chu kỳ không sử dụng tài liệu kỹ thuật có tham chiếu đến tiêu chuẩn mà khơng dùng để nghiệm thu trừ có thỏa thuận đặc biệt nhà cung cấp, nhà sản xuất người sử dụng Tiêu chuẩn dùng cho nghiệm thu gia cơng, cần tn theo chu trình kiểm chuẩn Định nghĩa kí hiệu Tiêu chuẩn sử dụng số định nghĩa ứng dụng sau: 2.1 Dịch chuyển trục (axis travel) Là khoảng dịch chuyển lớn nhất, thẳng quay, phận di chuyển chuyển động điều khiển số 2.2 Dịch chuyển đo (measurement travel) Là phần dịch chuyển trục sử dụng để thu thập liệu, lựa chọn cho vị trí đích đích cuối gần theo hai chiều (xem Hình 1) 2.3 Vị trí đích (target position), Pi (i = đến m) Là vị trí mà phận di chuyển lập trình để chuyển động đến Chỉ số i nhận dạng vị trí cụ thể số vị trí đích khác lựa chọn dọc theo trục quay quanh trục 2.4 Vị trí thực (actual position), Pij (i = đến m; j = đến n) Vị trí đo đạt phận di chuyển vị trí thứ j tiến dần đến vị trí đích thứ i 2.5 Sai lệch vị trí (positional deviation), Xij khoảng vị trí thực đạt vị trí phận dịch chuyển trừ vị trí đích Xij = Pij - Pi 2.6 Một chiều (unidirectional) Bộ phận di chuyển tiến dần tới vị trí đích ln theo chiều dọc theo trục quay quanh trục Biểu tượng ↑ kí hiệu cho thông số nhận từ phép đo sau tiến đến theo chiều dương biểu tượng ↓ ký hiệu cho thơng số theo chiều âm, ví dụ: Xij ↑ Xij ↓ 2.7 Hai chiều (bidirection) Trong phận di chuyển tiến dần đến vị trí đích theo chiều dọc trục vòng quanh trục 2.8 Độ tin cậy mở rộng (expanded uncertainty) Được xác định khoảng giá trị so với kết phép đo dự tính bao gồm phần lớn giá trị phân bố 2.9 Hệ số làm việc (coverage factor) Giá trị số sử dụng bội số độ tin cậy tiêu chuẩn kết hợp để đạt độ tin cậy mở rộng 2.10 Sai lệch vị trí trung bình chiều vị trí (mean unidirectional deviation at a position) Xi Xi Trung bình cộng sai lệch vị trí nhận sau n lần đo theo chiều tiến dần đến vị trí Pi Xi n Xi n n X ij j n j X ij 2.11 Sai lệch vị trí trung bình hai chiều vị trí (mean bidirectional deviation at a position) X i : Trung bình cộng sai lệch vị trí trung bình theo chiều X i chiều gần vị trí Pi X i nhận từ hai 2.12 Giá trị đảo chiều vị trí (reversal value at position), B i Là giá trị hiệu sai lệch vị trí trung bình chiều nhận từ hai chiều tiếp cận vị trí Pi Bi = 2.13 Giá trị đảo chiều trục (reversal value of an axis), B i Giá trị đảo chiều tuyệt đối lớn |B| tồn vị trí đích dọc theo trục quay quanh trục B = max [|Bi|] 2.14 Giá trị đảo chiều trung bình trục (mean reversal value of an axis), Trung bình cộng giá trị đảo chiều, Bi toàn vị trí đích dọc theo trục quay quanh trục B m Bi mi 2.15 Đại lượng đánh giá độ tin cậy tiêu chuẩn định vị vị trí theo chiều (Estimator of the unidirectional standard uncertainainty of positioning), Si↑ Si↓ Đại lượng đánh giá độ tin cậy sai lệch vị trí nhận sau n lần đo theo chiều tiến dần vào vị trí Pi: n Si n 1j Si X i )2 ( X ij 1 n 1j n ( X ij X i )2 2.16 Khả lặp lại định vị vị trí theo chiều (unidirectional repeatability of positioning at a position), Ri↑ Ri↓ Phạm vi xác định từ độ tin cậy mở rộng sai lệch vị trí chiều vị trí P i sử dụng hệ số làm việc Ri↑ = 4Si↑ Ri↓ = 4Si↓ 2.17 Khả lặp lại định vị vị trí theo hai chiều (bidirectional repeatability of positioning at a position), RI, RI = max.[2sj↑ + 2sI↓+ |BI|;Rj↑; RI↓] 2.18 Khả lặp lại vị trí theo chiều (unidirectional repeatability of positioning), R↑ R↓ khả lặp lại vị trí R theo hai chiều trục (bidirectional repeatability of positioning R of an axis) Giá trị lớn khả lặp lại định vị vị trí P i dọc theo trục quay quanh trục R↑ = max [RI↑] R↓ = max [RI↓] R = max [R] 2.19 Sai lệch vị trí hệ thống theo chiều trục (undirectional systematic positional of an axis), E↑ E↓ Hiệu đại số giá trị lớn nhỏ sai lệch vị trí trung bình theo chiều tiến dần đến chiều vị trí PI dọc theo trục vòng quanh trục E↑ = max [] – [] E↓ = max [] – [] 2.20 Sai lệch vị trí hệ thống theo hai chiều trục (bidirectional systematic positional deviation of an axis), E Hiệu đại số giá trị lớn giá trị nhỏ sai lệch vị trí trung bình theo chiều hai chiều tiếp cận X i vị trí Pi dọc theo trục vòng quanh trục E = max - 2.21 Sai lệch vị trí trung bình theo hai chiều trục (mean bidirectinal positional deviation of an axis), M Hiệu đại số giá trị lớn giá trị nhỏ sai lệch vị trí trung bình theo hai chiều vị trí Pi dọc theo trục quay quanh trục M= 2.22 Độ xác định vị trục theo chiều (unidirectional accuracy of posioning of an axis), A↑ A↓ Phạm vi nhận từ việc kết hợp sai lệch hệ thống theo chiều giá trị đánh giá độ không tin cậy tiêu chuẩn định vị theo chiều sử dụng hệ số làm việc A↑ = max [] – [] A↓ = max [] – [] 2.23 Độ xác định vị trục theo hai chiều (bidirectional accuracy of posioning of an axis), A Phạm vi nhận từ việc kết hợp sai lệch hệ thống theo hai chiều giá trị đánh giá độ không tin cậy tiêu chuẩn định vị theo hai chiều sử dụng hệ số làm việc A = max [];] – [;] Điều kiện kiểm 3.1 Môi trường kiểm Nhà cung cấp sản xuất phải đưa hướng dẫn dạng mơi trường nhiệt máy đạt độ xác quy định Các hướng dẫn bao gồm, ví dụ, quy định nhiệt độ trung bình phòng, phạm vi tần số biên độ lớn sai lệch nhiệt độ trung bình tăng nhiệt độ mơi trường Người sử dụng phải bảo đảm nhiệt độ môi trường chấp nhận thao tác thử máy công cụ nơi lắp đặt Tuy nhiên, người sử dụng tuân theo nguyên tắc nhà cung cấp sản xuất nhà cung cấp nhà sản xuất phải chịu trách nhiệm đặc tính máy Một cách lý tưởng, tồn phép đo kích thước phải tiến hành dụng cụ đo đối tượng đo môi trường nhiệt độ 20°C Nếu phép đo tiến hành nhiệt độ khác 20°C phải hiệu chỉnh độ giãn nở tế vi danh nghĩa (NDE) hệ thống định vị trục thiết bị thử để giảm xuống 20°C Điều kiện yêu cầu phải đo nhiệt độ phận đặc trưng cho hệ thống định vị máy thiết bị thử Tuy nhiên phải ý rằng, nhiệt độ 20°C làm tăng độ tin cậy giãn nở thật nên cần bù Giá trị đặc trưng cho kết độ tin cậy ±2µm / (m °C) (xem Thư mục) Do nhiệt độ thực phải ghi vào báo cáo thử Nhà cung cấp nhà sản xuất phải cung cấp hệ số giãn nở thật hệ thống định vị trục cho người sử dụng Trước kiểm, máy dụng cụ đo phải đặt môi trường kiểm để đảm bảo đạt điều kiện nhiệt độ ổn định (khoảng 12 giờ) Các máy kiểm tra phải bảo vệ để tránh gió lùa xạ từ bên ngồi ánh nắng mặt trời, nhiệt độ cao v.v… Trước đo 12 suốt trình đo, thang nhiệt độ mơi trường tính theo độ phải nằm giới hạn thỏa thuận nhà cung cấp, nhà sản xuất người sử dụng 3.2 Máy kiểm Trước kiểm độ xác kiểm lặp lại, máy phải lắp ráp hoàn chỉnh vận hành tốt Toàn thao tác cần thiết kiểm tra hình học phải phù hợp với quy định Nếu sử dụng quy tắc bù chu kỳ thử, phải quy định báo cáo thử Toàn việc thử phải tiến hành điều kiện máy khơng tải, nghĩa máy khơng có phơi Vị trí bàn trượt phận di chuyển trục không tham gia thử phải quy định báo cáo thử 3.3 Làm nóng máy Để kiểm máy điều kiện làm việc bình thường, quy trình làm nóng máy phải tiến hành trước thử phải người cung cấp nhà sản xuất quy định thỏa thuận nhà cung cấp, nhà chế tạo người sử dụng Nếu điều kiện quy định, chuyển động sơ phải hạn chế để đủ thực chuyển động cần thiết cho lắp đặt dụng cụ đo 4 Chương trình kiểm 4.1 Phương pháp vận hành Các máy lập trình để di chuyển phận chuyển động dọc theo trục quay quanh trục, kiểm đến loạt vị trí đích, trì ổn định thời gian cần thiết để đạt đến vị trí thực đo ghi lại Các máy lập trình di chuyển vị trí đích với tốc độ tiến thỏa thuận 4.2 Chọn vị trí điểm đích Giá trị điểm đích chọn tự do, lấy theo công thức chung sau: Pi = (i - 1) p + r Trong đó, i số vị trí đích thời; p khoảng khoảng cách phân bố điểm đích dịch chuyển đo; (xem Hình 1) r giá trị khác điểm đích nhận khoảng khơng vị trí đích dịch chuyển đo để bảo đảm sai số chu kỳ cho phép (sai số gây bước vít me bi, bước thang thước thẳng thước quay) 4.3 Phép đo 4.3.1 Lắp đặt trang bị dụng cụ đo Lắp đặt dụng cụ đo để đo dịch chuyển tương đối phận lắp dụng cụ phận lắp phôi theo chiều chuyển động trục thử Vị trí dụng cụ đo phải ghi vào báo cáo thử Vị trí cảm biến nhiệt độ phận máy dạng bù phải quy định quy trình thử 4.3.2 Kiểm trục chuyển động tịnh tiến có chiều dài đến 2000mm Trên máy có trục dịch chuyển đến 2000mm, chọn vị trí đích mét vị trí tồn vị trí đích lựa chọn theo 4.2 Phép đo phải tiến hành tồn điểm đích theo chu kỳ kiểm tiêu chuẩn (xem Hình 1) Mỗi vị trí đích phải đo lần theo chiều CHÚ THÍCH: Vị trí chiều thay đổi lựa chọn để tính đến trạng thái làm việc bình thường máy (đạt tốc độ tiến hợp lý) Hình – Chu trình thử tiêu chuẩn 4.3.3 Kiểm trục Đối với trục dài 2000mm, toàn dịch chuyển đo trục phải kiểm cách tiến gần chiều cho chiều đến vị trí đích lựa chọn theo 4.2 với chiều dài trung bình đoạn p 250 mm Tại chỗ mà chuyển đổi đo bao gồm nhiều đoạn, lựa chọn điểm đích phụ để bảo đảm đoạn điểm đích Phép kiểm quy định 4.3.2 phải tiến hành chiều dài lớn 2000mm vùng làm việc thông thường thỏa thuận nhà cung cấp/nhà sản xuất người sử dụng 4.3.4 Kiểm trục chuyển động quay đến 360° Các phép kiểm phải tiến hành điểm đích Bảng Các vị trí chủ yếu 0°, 90°, 180° 270° bao gồm giá trị dọc theo vị trí đích khác phù hợp với 4.2 4.3.5 Kiểm trục chuyển động quay lớn 360° Đối với trục chuyển động quay lớn 360°, tổng dịch chuyển đo lên tới 1800° (5 vòng) phải kiểm cách tiến dần chiều theo chiều khoảng không vượt 45° Phép kiểm quy định 4.3.4 tiến hành theo góc quay lớn 360° vùng làm việc bình thường thỏa thuận nhà cung cấp/nhà sản xuất người sử dụng Bảng – Vị trí điểm đích trục quay Dịch chuyển đo Số vị trí đích nhỏ ≤ 90° > 90° ≤ 180° > 180° Đánh giá kết 5.1 Trục chuyển động tịnh tiến có chiều dài đến 2000mm trục chuyển động quay có góc quay đến 360° Các thông số định nghĩa điều dùng để đánh giá cho điểm đích P i cho điểm tiếp cận (n=5) theo chiều Hơn nữa, cần tính tốn sai lệch đường bao và 5.2 Trục chuyển động tịnh tiến có chiều dài lớn 2000 mm trục chuyển động quay có góc quay lớn 360° Các thơng số định nghĩa điều dùng để đánh giá cho điểm đích với điểm tiếp cận (n=1) theo chiều Không sử dụng đại lượng đánh giá độ tin cậy tiêu chuẩn (2.15), khả lặp lại (2.16, 2.17 2.18) độ xác (2.22 2.23) Những vấn đề thỏa thuận nhà cung cấp/nhà sản xuất người sử dụng Bao gồm: a) mức lớn thang nhiệt độ môi trường theo độ 12 trước đo suốt trình đo (xem 3.1); b) vị trí dụng cụ đo vị trí cảm biến dụng cụ (xem 4.3.1); c) quy trình làm nóng máy trước thử (xem 3.3); d) mức tốc độ tiến vị trí đích; e) vị trí dịch chuyển đo thẳng có chiều dài 2000mm quay với góc 360° liên quan đến diện tích làm việc thông thường (xem 4.3.3 4.3.5) phù hợp; f) vị trí phận chuyển động phận trượt thử không tải; g) thời gian dừng vị trí đích; h) vị trí đích vị trí đích cuối Trình bày kết 7.1 Phương pháp trình bày Phương pháp tốt để trình bày kết sơ đồ có liệt kê biểu tượng ghi báo cáo thử để nhận dạng lắp đặt dụng cụ đo - vị trí dụng cụ đo; - vị trí cảm biến nhiệt độ phận máy dạng bù; - ngày thử; - tên máy, kiểu (trục nằm ngang thẳng đứng) tọa độ di chuyển trục; - danh sách thiết bị thử sử dụng, bao gồm tên người cung cấp/tên nhà sản xuất, kiểu số loạt phận (ví dụ đầu lade, đầu quang học, cảm biến nhiệt độ v.v…); - kiểu thước sử dụng định vị trục hệ số giãn nở nhiệt sử dụng để hiệu chỉnh giãn nở tế vi danh nghĩa (NDE) (ví dụ vít me bi dụng cụ phân tích quay, thước kính v.v…) - tên trục thử vị trí đường đo liên quan đến trục khơng thử (vị trí xác định việc bù với chuẩn dụng cụ, bù chuẩn phơi vị trí trục khơng thử Cả hai bù xác định kết cấu riêng máy); - tốc độ tiến thời gian dừng vị trí đích, danh sách vị trí đích danh nghĩa; - quy trình làm nóng máy trước thử (số chu kỳ thời gian chạy không, tốc độ tiến); - nhiệt độ cảm biến dán lên phận có liên quan máy đặc trưng cho thước chia độ máy phôi, lúc bắt đầu lúc kết thúc thử; - nhiệt độ môi trường lúc bắt đầu lúc kết thúc thử; - phù hợp, xác định áp suất khơng khí độ ẩm bắt đầu kết thúc thử; - có sử dụng khơng sử dụng bù chu kỳ thử; - thực phun khí dầu; - số điểm tiếp cận (n = n = 1) 7.2 Các thông số Các thông số sau quy định số Các kết thông số đánh dấu dấu dấu ngoặc đơn sở cho việc giao nhận máy Hình 2a 2b trình bày kết cho Bảng 7.2.1 Kiểm trục chuyển động tịnh tiến có chiều dài đến 2000mm trục chuyển động quay có góc quay đến 360° - độ xác định vị theo hai chiều trục *) A - độ xác định vị theo chiều trục *) A↑ A↓ - sai lệch vị trí hệ thống theo hai chiều trục *) E - sai lệch vị trí hệ thống theo chiều trục *) E↑ E↓ - phạm vi sai lệch vị trí trung bình theo hai chiều trục M - khả lặp lại định vị theo hai chiều vị trí trục R - khả lặp lại định vị theo chiều vị trí trục R↑ R↓ - giá trị đảo chiều trục *) B - giá trị đảo chiều trung bình trục 7.2.2 Kiểm trục chuyển động tịnh tiến có chiều dài lớn 2000mm trục chuyển động quay có góc quay lớn 360° - sai lệch vị trí hệ thống theo hai chiều trục *) E - sai lệch vị trí hệ thống theo chiều trục E↑ E↓ - phạm vi sai lệch vị trí trung bình trục*) M - giá trị đảo chiều trục *) B - giá trị đảo chiều thông báo trục *) Ngày kiểm Ngày/Tháng/Năm Tên người kiểm tra Nguyễn Văn A Tên máy, kiểu số loạt máy AAA, trung tâm gia cơng có trục thẳng đứng, số loạt: 1111111 Dụng cụ đo số loạt BBB, số loạt: 1234567 Thông số kiểm - Trục kiểm: * Độ giãn nở tế vi danh nghĩa (NDE) X - Dạng thước tỷ lệ: Vítme bi thiết bị mã hóa - Hiệu chỉnh NDE* (có khơng): Có - Hệ số giãn nở nhiệt thước (được sử dụng hiệu chỉnh NDE): 11 µm/(m°C) - Tốc độ tiến: 1000 mm/ph - Thời gian dừng điểm đích: giây - Sử dụng bù: Cơ cấu đảo chiều vítme Vị trí kiểm: - Vị trí trục khơng kiểm; Y=300mm; Z=350mm; C=0° - Bù chuẩn dụng cụ (X/Y/Z) 0/0/120mm - Bù chuẩn phôi (X/Y/Z) 0/0/30mm Điều kiện kiểm - Cảm biến nhiệt độ Vị trí T bắt đầu (°C) T cuối (°C) Cảm biến vật liệu # Bảng, X=50mm 21,8 22,9 Cảm biến vật liệu # Bảng, X=1700mm 22,4 23,1 Cảm biến khơng khí Tâm vùng làm việc 20,6 20,9 - Áp lực khơng khí 102,4 Kpa - Độ ẩm khơng khí 60% Hình 2a – Độ xác hai chiều khả lặp lại định vị Ngày kiểm YY/MM/DD Tên người kiểm tra Joe Smith Tên máy, kiểu số loạt máy AAA, trung tâm gia cơng có trục thẳng đứng, số loạt: 1111111 Dụng cụ đo số loạt BBB, số loạt: 1234567 Thông số kiểm - Trục kiểm: X - Kiểu thước tỷ lệ Vítme bi thiết bị mã hóa - Hiệu chỉnh NDE (có khơng) Có - Hệ số giãn nở nhiệt thước (Hiệu 11 µm/(m°C) chỉnh NDE) - Tốc độ tiến; 1000 mm/min - Thời gian dừng điểm đích giây - Bù sử dụng Cơ cấu đảo chiều đầu mối vít Vị trí kiểm: - Vị trí trục không kiểm; Y=300mm; Z=350mm; C=0° - Bù chuẩn dụng cụ (X/Y/Z) 0/0/120mm - Bù chuẩn phôi (X/Y/Z) 0/0/30mm Điều kiện thử - Cảm biến nhiệt độ Vị trí T bắt đầu (°C) T cuối (°C) Cảm biến vật liệu # Bảng X=50mm 21,8 22,9 Cảm biến vật liệu # Bảng X=1700mm 22,4 23,1 Cảm biến khơng khí Tâm vùng làm việc 20,6 20,9 - Áp lực khơng khí 102,4 Kpa - Độ ẩm khơng khí 60% Hình 2b – Độ xác chiều khả lặp lại định vị Phụ lục A (Tham khảo) Chu kỳ bước Phụ lục dành cho chu kỳ thử; chu kỳ bước (xem Hình A1) Hình A1 – Chu kỳ bước Kết thử tiến hành theo phương pháp khác so với kết đạt từ chu kỳ thử tiêu chuẩn dẫn Hình Với chu kỳ thử tiêu chuẩn, đặt vị trí với khoảng thời gian lớn khác tiến dần đến vị trí đích xa so với chiều đối diện Tuy nhiên, với chu kỳ bước tiếp cận đến vị trí đích từ chiều, lấy vị trí nằm khoảng thời gian ngắn vị trí nằm khoảng thời gian dài lấy phép đo vị trí đích vị trí đích cuối Phép đo theo chu kỳ thử tiêu chuẩn phản ảnh tác động nhiệt đến vị trí khác điểm đích dọc theo trục kiểm Ở nhiệt q trình đo ảnh hưởng đến giá trị đảo chiều B giá trị lặp lại R Trong trường hợp chu kỳ bước, ảnh hưởng nhiệt thể phạm vi sai lệch vị trí trung bình hai chiều, M, giá trị đảo chiều giá trị lặp lại ảnh hưởng không đáng kể tác động nhiệt máy THƯ MỤC (Tham khảo) [1] Hướng dẫn để biểu thị độ tin cậy phép đo, BIPM/IEC/FICC/ISO/OIML/IUPAP, điều 2.3.5 2.3.6 Phụ lục G, 1993, ISBN 92-97-10188-9 [2] ANSI B89.6.2:1988 Nhiệt độ môi trường ẩm phép đo kích thước ... tiến hành theo phương pháp khác so với kết đạt từ chu kỳ thử tiêu chuẩn dẫn Hình Với chu kỳ thử tiêu chuẩn, đặt vị trí với khoảng thời gian lớn khác tiến dần đến vị trí đích xa so với chiều đối... đích từ chiều, lấy vị trí nằm khoảng thời gian ngắn vị trí nằm khoảng thời gian dài lấy phép đo vị trí đích vị trí đích cuối Phép đo theo chu kỳ thử tiêu chuẩn phản ảnh tác động nhiệt đến vị trí... mm/min - Thời gian dừng điểm đích giây - Bù sử dụng Cơ cấu đảo chiều đầu mối vít Vị trí kiểm: - Vị trí trục không kiểm; Y=300mm; Z=350mm; C=0° - Bù chuẩn dụng cụ (X/Y/Z) 0/0/120mm - Bù chuẩn phôi