Nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công vmc – 85s

Nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công vmc – 85s

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -0O0 -

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG BỀ MẶT TRỤ KHI PHAY TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG

VMC – 85S

Học viên: Đỗ Thị Làn

Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe

Thái Nguyên 2009

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP *****

CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-o0o -LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG BỀ MẶT TRỤ KHI PHAY TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG VMC – 85S

Học viên: Đỗ Thị Làn

Lớp: CH – K10

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe

PGS.TS NGUYỄN ĐĂNG HÕE

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực Những kết luận khoa học của luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Đỗ Thị Làn

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 sản 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 kích thước, hình dáng hình học của sản phẩm

Để nâng cao được độ chính xác của các máy CNC nói chung, máy phay CNC, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, tác giả đã thực hiện đề

tài: “Nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công

Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên có thể luận văn còn những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa ứng dụng trong thực tế

Xin chân thành cảm ơn!

Thái nguyên, 15 tháng 11 năm 2009

Tác giả

Đỗ Thị Làn

MỤC LỤC

Chương II: Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của máy công cụ 23

Chương III: Nâng cao độ chính xác biên dạng khi gia công bề mặt

3.2 Hệ thống thiết bị thí nghiệm

3.2.1 Trung tâm gia công VMC – 85S 3.2.2 Máy đo tọa độ 3 chiều CMM – C544 3.2.3 Phần mềm thiết kế CAD/CAM

34

3.3 Phần mềm Mastercam 3.3.1.Giao diện

3.3.2 Các dạng gia công cơ bản trên module phay 3.3.3 Quá trình phay

41

3.4 Chế độ gia công 3.4.1 Các dạng toolpath

45

3.5 Thực nghiệm gia công trên trung tâm VMC – 85S 3.5.1 Thiết kế CAD/CAM

3.5.1.1 Biên dạng và kích thước gia công 3.5.1.2 Part program

3.5.2 Truyền chương trình sang máy CNC

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT

máy tính

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

tuyến chung của hai vòng tròn

48

Hình 3.9 Biên dạng gia công thực nghiêm 50

Hình 3.31 Chọn chế độ tự động 74

kích thước gia công

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của luận văn

Chúng ta thấy rằng, hiện nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả các lĩnh vực thì sản phẩm cơ khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, mức độ tự động hoá sản xuất và độ chính xác hình dáng hình học Sử dụng các công nghệ gia công truyền thống trên các máy vạn năng khó đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao này do đó sức 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

độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công VMC – 85S” là

có ý nghĩa lý thuyết và thực tế

1.2 Các công trình tương tự 1.2.1 Ở nước ngoài.

Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về quá trình gia công trên các may CNC như:

- Nghiên cứu của Anand Dasgupta, Bhaskar Pandurangan, Robert Landers and S.N Blakrishnan

1.2.2 Ở trong nước

Tài liệu [6] về nâng cao độ chính xác gia công bằng phương pháp bù sai số đã giải quyết: Các máy phay CNC với độ chính xác cao được sử dụng trong nhiều quá trình gia công vì yêu cầu về độ chính xác của các sản phẩm ngày càng tăng Ảnh hưởng quan trọng nhất tới độ chính xác gia công là độ chính xác của máy công cụ

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

Theo tài liệu [6] thì có các nguyên nhân sau gây ra sai số gia công

Hình 1.1 Độ chính xác gia công

Sai số hình dáng hình học Sai số

kích thước

Sai số vị trí tương

quan

Độ sóng

Độ nhám bề mặt

Tính chất cơ,

lý lớp bề mặt

Sai số ngẫu nhiên Sai số

hệ thống

Độ chính xác gia công

Sai lệch kích thước

Sai lệch vị trí tương quan

Sai số tổng hợp

Hình 1.2 Sai số tổng hợp của máy công cụ

Tiếp theo luận văn đưa ra phương pháp bù sai số gia công, bù sai số bằng phần mềm trên cơ sở giải quyết bài toán sai lệc hình dáng hình học và vị trí tương quan theo sơ đồ sau:

Các tác động của nhiệt Nguồn trong Nguồn ngoài

Vị trí Khe hở Độ Phân tán Độ chính xác vị trí

Độ chính xác của máy công cụ

Độ cứng vững

Thông số hình học

Tải trọng

Rung động

ThiÕt kÕ CAD/CAM

Bï sai sè

TÝnh to¸n sai sè

Hình 1.3 Sơ đồ thuật toán bù sai số

Gia công thực hiện trên trung tâm gia công VMC – 85S, đo sai số bằng máy CMM – C544 và tiến hành xử lý dữ liệu đo Sau đó tiến hành bù sai số bằng chương trình NC mới theo mô hình sau:

Bù sai sốBù sai số bằng lập trình

trong bộ điều khiển

Bù sai số bằng chƯơng trình NC

Nhúng chƯơng trình bù sai số

Thay đổi tham số điều khiển

Sử dụng PostProcessor

Điều chỉnh chƯơng trình

Kiểm traCắt thử

Hỡnh 1.4 Hệ thống bự sai số của mỏy cụng cụ

Tài liệu [7] cũng là một luận văn thạc sỹ liờn quan đến vấn đề nõng cao độ chớnh xỏc gia cụng chi tiết mỏy hỡnh dỏng phức tạp

Đầu tiờn luận văn đưa ra một số vấn đề cơ bản về gia cụng hốc:

Hình 1.5 Gia công bán tinh bằng dao phay đầu cầu

Hình 1.6 Sai lệch trong gia công bề mặt bất kỳ

Mặt cắt Đường biên chi tiết Đường biên phôiLượng dư gia

công tinh

Lượng dư sau gia công thô

Hình 1.7 Hai kiểu toolparh khi phay hốc

Hình 1.8 Cắt lẹm trên các bề mặt phức tạp

Tiếp theo luận văn đưa ra cơ sở lý thuyết mô hình hóa, xây dựng mô hình CAD 3D theo sơ đồ sau:

Cơ sở DL CAD (trong RAM)

Proceser hiển thị Bộ thông dịch lệnh

Bộ nhớ ngoài (ổ cứng, ổ mềm…)

Màn hình

Input (bàn phím, chuột…)

Output

Các file kết nối từ phần mềm

Chỉnh sửa

Tạo dựng lại hình dáng vật thể

Đo

Thực hiện bằng:

thƯớc cặp, pan me- Máy quét scanner- Máy đo tọa độ CMM

Mẫu đo

Tạo mô hình vật thể (Mô hình CAD)

Hỡnh 1.10 Ứng dụng kỹ thuật ngược trong thiết kế sản phẩm

Ngoài ra cắt lớp thớch nghi theo độ dốc của biờn dạng chi tiết cũng đó được nghiờn cứu theo sơ đồ thuật toỏn như sau:

Mô hình CAD định dạng file STL

Mô hìnhđịnh dạng file RPI

Xác định chiều dày lớp cắt

Ghi kết quả ra file SCP

Tiền xử lý (APT)

EndĐạt độ sâu?

Hỡnh 1.11 Sơ đồ thuật toỏn cắt lớp thớch nghi

Với thuật toỏn cắt lớp thớch nghi và thuật toỏn chuyển đổi, tỏc giả đó xỏc định được tọa độ x,y,z mà dụng cụ cắt sẽ đi qua một cỏch phự hợp theo độ dốc của biờn dạng chi tiết, tọa độ này sẽ là cơ sở dữ liệu cho lập trỡnh tiền xử lý để đưa ra quỹ đạo

chuyển động của dụng cụ cắt để gia công các hốc có bề mặt phức tạp một cách có hiệu quả

Ưu điểm của phương pháp mà tác gia đưa ra “phương pháp cắt lớp thích nghi theo độ dốc của biên dạng chi tiết” là tối ưu hóa chiều sâu cắt một cách tự động , nó mang tính khách quan vì nó đáp ứng chiều sâu cắt t khi gia công hoàn toàn phụ thuộc vào độ dốc biên dạng chi tiết Bên cạnh đó, phương pháp này còn nhược điểm là khi sử dụng các thuật toán xắp xếp còn chưa triệt để, độ chính xác còn phụ thuộc vào tốc độ xử lý của máy tính

Tiếp theo, liên quan đến nội dung của luận văn là tài liệu [10], ở đây tác giả Hoàng Việt Hồng đã nghiên cứu về quá trình cắt trên máy phay CNC Tác giả nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy phay CNC Kết quả là đã thiết lập được các phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng như: lực cắt, độ nhám bề mặt, lượng mòn dụng cụ với các thông số công nghệ trong quá trình gia công như: vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và thời gian gia công Mô hình các đại lượng này cho phép tính toán xác định giá trị các đại lượng tại thời điểm bất kỳ, với chế độ cắt bất kỳ của quá trình gia công, nó góp phần xây dựng cơ sở để giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay trên máy phay CNC

Thông qua việc sử dụng mô hình các đại lượng đó được xây dựng trong điều kiện gia công cụ thể ta có thể tìm và xác định được các thông số thích hợp phục vụ việc điều khiển tối ưu trong quá trình phay , đảm bảo máy làm việc an toàn, tăng năng suất gia công, tận dụng hết khả năng cắt của dụng cụ cắt, nâng cao độ chính xác nguyên công và đồng thời góp phần vào việc thực hiện tự động hóa quá trình sản xuất

Thiết lập được các phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng: lực cắt, lượng mòn dao, độ nhám bề mặt trong quá trình gia công Qua đó mở ra khả năng đánh giá chính xác, linh hoạt và dễ dàng ứng dụng cho thực tế sản xuất hiện tại Công trình này cũng đã xây dựng được phương pháp đánh giá tuổi bền của dao phay đồng thời bằng nhiều chỉ tiêu Trong điều kiện gia công cụ thể, chúng ta có

thể lựa chọn được giá trị tuổi bền hợp lý, góp phần tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu quả của sản xuất

Ngoài ra công trình này cũng đã xây dựng được các hàm mục tiêu, các điều kiện rằng buộc, phương pháp giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay trên máy phay CNC Đây chính là cơ sở lý thuyết để xây dựng cơ sở dữ liệu chế độ cắt cho các máy phay được sản xuất trong nước

Các công trình nói trên đã đưa ra các giải pháp làm tăng năng suất, chất lượng khi gia công trên các máy CNC, mỗi giải pháp đều có ưu điểm song cũng còn tồn tại nhiều nhược điểm Giải pháp của công trình ở tài liệu [6] đưa ra phương pháp bù sai số bằng cách bù chương trình NC bằng phần mềm CAD/CAM, giải pháp này xác định sai số tổng hợp mà không quan tâm đến nguyên nhân gây sai số cũng như sự phức tạp của biên dạng gia công Giải pháp nói đến ở tài liệu [7] đưa ra phương pháp xử lý dữ liệu và đưa ra lớp cắt tối ưu hoàn toàn mang tính khách quan dựa vào độ dốc của biên dạng Cả hai giải pháp trên đều đưa ra các phương pháp can thiệp vào phần mềm của máy mà chưa nghiên cứu đến các yếu tố công nghệ bên ngoài

Trên cơ sở các nghiên cứu trên, chúng tôi đi vào nghiên cứu các thông số công nghệ, đặc biệt đi sâu vào nghiên cứu các phương pháp ăn dao khi phay các bề mặt có biên dạng trụ mà cụ thể ở đây là bề mặt trụ trong

Kết hợp nghiờn cứu lý thuyết và thực nghiệm, trong đú thực nghiệm là chủ yếu

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh h-ởng tới độ chính xác của máy + Sai số hình học

+ Sai số điều khiển

- Nghiờn cứu về cỏc biện phỏp cụng nghệ nhằm nõng cao độ chớnh xỏc biờn dạng bề mặt trụ khi phay trờn trung tõm gia cụng đứng VMC – 85S

- Thực nghiệm: Thực hiện gia cụng bề mặt trụ trong cú đường kớnh Ф22 trờn trung tõm gia cụng VMC – 85S, đo biờn dạng bề mặt trờn mỏy đo 3 chiều C544 để đỏnh giỏ độ chớnh xỏc hỡnh dỏng hỡnh học

Hướng nghiờn cứu: Thực hiện ăn dao theo kiểu hai đường trũn tiếp xỳc nhau theo

sơ đồ sau:

BÒ mÆt gia c«ng

Hình 1.12 Sơ đồ ăn dao

Sơ đồ nghiên cứu

Hình 1.13 Sơ đồ nghiên cứu

1.5 Đối tƣợng nghiên cứu

Gia công bề mặt trụ trên trung tâm VMC – 85S + Phôi : Thép 45 thường hoá

+ Dụng cụ cắt : Dao phay ngón phủ hợp kim cứng

1.6 Công cụ nghiên cứu

- Trung tâm gia công đứng VMC – 85S (hiện có tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật cơ khí và động lực - Trung tâm thí nghiệm - Trường ĐHKT Công nghiệp)

- Máy đo 3 chiều C544 (hiện có tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật cơ khí và động lực - Trung tâm thí nghiệm - Trường ĐHKT Công nghiệp)

- Các phần mềm đo, phần mềm điều khiển máy, phần mềm MasterCAM, phần mềm xử lý dữ liệu sau khi đo

1.7 Dự kiến kết quả đạt đƣợc

Chi tiết gia công Phôi thép 45

Quy trình công nghệ

Trung tâm gia công VMC-85S

Máy đo 3D CMM-C544 Tính toán sai

số biên dạng

1 Số hóa bề mặt chi tiết cần gia công 2 Mô hình hóa CAD bề mặt cần gia công

3 Chế tạo chi tiết theo nhiều toolpath khác nhau 4 Kiểm tra và đánh giá sai số gia công

5 Các biện pháp công nghệ để nâng cao độ chính xác gia công

CHƯƠNG II: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 2.1 Độ chính xác gia công

Kỹ thuật ngày nay đòi hỏi máy móc, thiết bị phải gọn, đẹp, làm việc chính xác, độ tin cậy cao Muốn vậy thì từng chi tiết máy phải có kết cấu hợp lý, độ chính xác và độ bóng bề mặt phù hợp với yêu cầu làm việc, tính chất cơ lý của bề mặt

Độ chính xác của một chi tiết máy hay một cơ cấu máy là do người thiết kế quy định trên cơ sở yêu cầu làm việc của máy như; độ chính xác, độ ổn định, độ bền lâu, năng suất làm việc, mức độ phức tạp, an toàn tuyệt đối khi làm việc vv… Tuy nhiên, quy trình công nghệ mới là yếu tố quyết định cuối cùng độ chính xác đạt được của chi tiết

Độ chính xác gia công của chi tiết máy là mức độ giống nhau về hình học, tính chất cơ, lý tính bề mặt của chi tiết gia công so với chi tiết lý tưởng trên bản vẽ thiết kế

Nói chung, độ chính xác của chi tiết gia công là chỉ tiêu khó đạt nhất và tốn kém nhất trong quá trình thiết kế cũng như trong quá trình chế tạo

Trong thực tế không thể chế tạo được chi tiết 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: + Độ chính xác của một chi tiết + Độ chính xác của cụm chi tiết

+ Độ chính xác kích thước; 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 về vị trí tương quan giữa hai bề mặt; thực chất là sự xoay đi một góc nào đó của bề mặt này so với bề mặt kia Vì chi tiết là một vật rắn nên độ chính xác xoay của bề mặt này so với bề mặt kia được quan sát theo hai mặt phẳng toạ độ vuông góc với nhau Độ chính xác vị trí tương quan thường được thể hiện riêng trên bản vẽ thiết kế

+ Độ chính xác hình dáng hình học của chi tiết máy; là mức độ phù hợp của chúng so với hình dáng hình học lý tưởng Ví dụ như chi tiết hình trụ thì độ chính xác hình dáng hình học là độ côn, độ ôvan, độ đa cạnh, độ tang trống vv… còn khi gia công mặt phẳng, độ chính xác hình dáng hình học được đánh giá qua độ phẳng của nó so với độ phẳng lý tưởng

+ Độ sóng: là chu kỳ không phẳng của bề mặt chi tiết được quan sát trong phạm vi nhất định (1 đến 100 mm)

+ Sai lệch hình học tế vi: còn được gọi là độ nhám bề mặt, được biểu thị

một miền xác định

+ Tính chất cơ lý lớp bề mặt của chi tiết gia công: là một trong những chỉ tiêu quan trọng của độ chính xác gia công, nó ảnh hưởng lớn đến điều kiện làm việc của chi tiết máy, nhất là các chi tiết máy làm việc trong những điều kiện đặc biệt

Khi đánh giá độ chính xác gia công của một cụm chi tiết, ngoài những yếu tố cần xem xét cho một chi tiết cần phải kể đến những yếu tố khác nhằm đảm bảo sai số tổng hợp xuất hiện trên một chi tiết bất kỳ trong nhóm đều nhỏ hơn sai số cho phép Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện xác định, mặc dù những nguyên nhân gây ra từng sai số nói trên của mỗi chi tiết là giống nhau nhưng

xuất hiện giá trị sai số tổng ở từng chi tiết lại khác nhau Sở dĩ có hiện tượng như vậy là do tính chất khác nhau của các sai số thành phần

2.2 Các nguyên nhân gây ra sai số của máy

Có rất nhiều nguyên nhân ảnh hưởng độ chính xác gia công như: sai số hình học của máy, nhiệt tác động lên hệ thống máy, độ chính xác của hệ thống đường dịch chuyển, biến dạng đàn hồi của các chi tiết dẫn động, lực quán tính khi hãm, khi tăng tốc, ma sát, hệ thống điều khiển servo, lực cắt và rung động Với máy nhiều trục, kết quả nhận được là tồn tại cả các sai số dọc trục 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 trên máy công cụ

Với các máy CNC, các nguồn ảnh hưởng tới độ chính xác gia công của máy sau đây:

- Sai số hình học của các chi tiết và kết cấu máy - Sai số do biến dạng nhiệt của máy

- Sai số do ma sát trong hệ thống dẫn động - Sai số do lực cắt

- Sai số do hệ thống điều khiển - Sai số do dao động ngẫu nhiên

2.2.1 Sai số hình học của các chi tiết và kết cấu máy

Sai số hình học của các chi tiết và kết cấu máy là sai số của máy tồn tại trong điều kiện không gia công và sai số này không thay đổi theo thời gian , 75% dạng sai số này xuất hiện do quá trình sản xuất và lắp ráp, nó là tổng hợp của các sai số hướng trục, sai số độ nghiêng, độ đảo và sai số hướng tâm

2.2.2 Sai số do biến dạng nhiệt của máy

Một máy công cụ luôn hoạt động ở trạng thái không ổn định về nhiệt do nhiệt xuất hiện từ nhiều nguồn Mọi thay đổi về sự phân bố nhiệt độ của máy công cụ gây ra biến dạng nhiệt và tác động đến độ chính xác gia công Các nguồn nhiệt do ma sát như ma sát trong thiết bị truyền động và hộp tốc độ, ma sát ở ổ đỡ và sống dẫn hướng, nhiệt xuất hiện do quá trình cắt Các nguồn nhiệt bên ngoài bao gồm bức xạ nhiệt, ánh nắng mặt trời hay nhiệt độ môi trường Các nguồn nhiệt chính trong máy công cụ xuất phát từ:

- Ổ lăn

- Bánh răng và dầu thuỷ lực - Bơm và động cơ

- Thiết bị dẫn động và ly hợp - Sống dẫn hướng và vít me bi - Quá trình cắt tạo phoi

- Nguồn nhiệt từ bên ngoài

Các tác động của các nguồn nhiệt này ảnh hưởng đến sai lệch vị trí, độ thẳng và sai lệch góc

* Biện pháp giảm sai số do nhiệt trong quá trình thiết kế

Việc thiết kế cấu trúc để cải tiến chế độ nhiệt của máy công cụ thực hiện theo các hướng sau:

- Giảm các nguồn sinh nhiệt và tác động của nhiệt đến máy: Gắn động cơ và hộp tốc độ bên ngoài máy

- Phân tán nhiệt do ma sát tại ổ đỡ và thiết bị dẫn động

- Xem xét khả năng biến dạng nhiệt giữa dụng cụ và phôi để giảm thiểu sai số này khi thiết kế máy

* Biện pháp giảm sai số nhiệt trong quá trình sử dụng

Sai số vị trí do sự giãn nở nhiệt của vít me bi là yếu tố đầu tiên cần phải làm giảm đi Phần lớn lực ma sát trong hệ dẫn động được sinh ra do vít me bi Kết quả này là do động học phức tạp của cơ cấu vít me bi

Chế độ nhiệt còn phụ thuộc trục có được giãn nở tự do hay không Để giảm sự ảnh hưởng của nhiệt độ có hai phương pháp: Làm mát vít me bi và bù bằng phần mềm

2.2.3 Sai trong hệ thống dẫn động

Trung tâm gia công VMC 85S hoạt động dựa trên sự tổng hợp chuyển động của các trục X, Y, Z Quá trình gia công trên máy được thực hiện nhờ sự kết hợp chuyển động của bàn máy để tạo ra contour và chuyển động của trục mang dao cùng với các chế độ của máy tạo ra chế độ gia công

Chuyển động của các trục, của bàn máy được truyền dẫn từ động cơ servo qua bộ truyền vít me bi Cơ cấu truyền dẫn dùng vít me đai ốc bi nên đạt hiệu suất truyền dẫn cao, tổn thất công suất nhỏ do hiệu suất của vít me đai ốc bi có thể đạt được trên 90% Cơ cấu này cho độ chính xác di động cao do khử được khe hở trong mối ghép ren và tạo ra lực căng ban đầu để tăng cứng vứng cho trục Ở bộ truyền vít me bi, các viên bi chuyển động trên các đường xoắn vít Khi vít me quay, các viên bi truyền chuyển động dọc trục tới gối đỡ

Sai số động học của máy xuất phát chủ yếu từ sai số của bộ truyền vít me bi, sai số này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo vị trí vì bước của vít me bi liên quan trực tiếp đến các chuyển động tuyến tính

Ngoài ra sai số vị trí còn bị tác động bởi góc nghiêng của nắp ổ, sự lệch tâm của trục động cơ servo với các phần ghép nối

2.2.4 Sai số do sống trƣợt

Trong máy CNC, có hai loại sống dẫn hướng được sử dụng, sống dẫn hướng lăn và sống dẫn hướng trượt Với sống dẫn hướng trượt, để bàn máy chuyển động thì yêu cầu lực truyền phải lớn hơn so với sống dẫn hướng lăn Với sống dẫn hướng trượt, ma sát trượt lớn nên luôn luôn xuất hiện sai số do dính trượt Sai số còn xuất hiện trong quá trình chế tạo sống dẫn hướng và sai số trong quá trình lắp ráp

Sống dẫn hướng lăn có ma sát nhỏ hơn Tuy nhiên sống dẫn hướng lăn có khả năng dập rung động kém hơn loại sống trượt Các nguồn sai số chính gây ra bởi sống dẫn hướng là:

- Chế tạo các chi tiết không chính xác - Mòn sống dẫn hướng

- Biến dạng tĩnh do khối lượng và lực cắt - Biến dạng nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ

2.2.5 Sai số do ổ đỡ

Phần lớn máy CNC sử dụng 3 sơ đồ bố trí ổ đỡ khác nhau để đỡ trục vít me Loại 1 có các ổ cố định tại một đầu và đầu còn lại tự do để vít me giãn ra dễ dàng theo sự thay đổi của nhiệt độ Loại 2 là loại có ổ cố định ở hai đầu vít me làm cho trục vít me bị uốn khi nhiệt độ tăng Loại thứ 3 có một đầu cố định còn đầu kia được đặt tải từ trước Loại ổ này làm việc giống như loại ổ đỡ cố định hai đầu ở phạm vi lực nhất địnhvà ngoài khoảng này, nó làm việc như loại một đầu cố định và một đầu tự do Các nguồn sai số liên quan đến ổ đỡ là do góc nghiêng của vành ổ đỡ, sự đồng tâm của trục động cơ servo với các phần lắp ghép

2.2.6 Sai số do rung động tự do

Tải trọng tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công gây nên biến dạng tạo ra sai số hình học của chi tiết trong quá trình gia công Độ cứng vững của máy cắt kim

loại không hợp lý sẽ gây ra sai số về hình dáng của chi tiết gia công Đặc tính động không đồng đều sẽ dẫn đến hình thành các rung động, có thể dẫn đến làm xấu chất lượng bề mặt gia công tinh; tăng độ mòn máy, gãy dụng cụ và phá huỷ cả chi tiết gia công và máy Dưới điều kiện gia công kéo dài, có hai loại rung động xảy ra:

- Rung động cưỡng bức: Rung động cưỡng bức do sự mất cân bằng khi vật thể quay

- Tự rung: Hệ thống rung động tại một hoặc nhiều tần số khi không có các lức bên ngoài Khi tần số kích thích ở cùng tần số tự rung sẽ tạo ra hiện tượng cộng hưởng

2.2.7 Sai số do tải tĩnh và động

Các tải tĩnh của máy cộng cụ là kết quả của lực gia công và khối lượng của chi tiết gia công, khối lượng của bàn dao, các thiết bị và các thành phần máy Tải trọng tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công tạo ra sự biến dạng, gây ra các sai số hình học

Các lực dẫn đến sự biến dạng của bộ phận dẫn động gây ra sự dịch chuyển vị trí bàn dao Chúng gồm các lực quán tính gây ra bởi gia tốc của cơ cấu trượt, lực gia công và ma sát trong trục chính Các nhân tố động khác như mômen xoắn của động cơ, bộ khuyếch đại của cơ cấu dẫn động vv… cũng ảnh hưởng tới hệ thống điều khiển vị trí

2.2.8 Sai số do hệ thống điều khiển truyền động servo

Dữ liệu đầu vào được chuyển đổi bởi hệ thống điều khiển thành điện áp xung (PPS) Dữ liệu này dùng để dẫn động bàn quay hoặc cơ cấu chấp hành khác tới vị trí đã được lập trình

Hệ dẫn động servo đóng vai trò quan trọng tới độ chính xác gia công Động cơ servo và cơ cấu dẫn động thường được ghép trực tiếp với nhau Các cơ cấu dẫn động bằng đai răng cũng được sử dụng rộng rãi

Vị trí thực được đo bằng cơ cấu đo đường dịch chuyển và được truyền đi dưới dạng tín hiệu số

Hạn chế chính với cả hai hệ thống đo là sự định vị điểm đo và đầu dụng cụ có sự sai lệch về khoảng cách Vì sai lệch về khoảng cách này, các sai số nhỏ đã được khuếch đại Cả bộ mã hóa quay và tuyến tính đều không thể đo được các ảnh hưởng của sai số Abbe

Có hai loại nội suy cơ bản là nội suy tuyến tính và nội suy liên tục Các phép nội suy khác dựa trên hai loại nội suy này

Trong sự chuyển đổi dữ liệu gia công đầu vào, sai số phụ thuộc loại nội suy được sử dụng Các nguồn sai số có thể là:

- Các hằng số thời gian cao

- Sự biến thiên trong các bộ khuếch đại vận tốc của các vòng điều khiển vị trí riêng lẻ

- Sự biến thiên động lực của các cơ cấu dẫn động - Tín hiệu phi tuyến

Với nhiều cơ cấu điều khiển hiện đại như: Sinumerik 840D và Heidenhain TCN 426/TNC 430 có điều khiển ăn tới có thể thực hiện khử sự không chính xác gây nên bởi sai số trên và các cấp chính xác cao có thể đạt được thậm chí với tốc độ gia công cao

2.3 Kết luận

Các máy công cụ CNC có cấu trúc và cơ cấu điều khiển rất phức tạp và rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ Các nguồn sai số của máy công cụ có thể được chia ra làm hai loại: các sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên Các sai số hệ thống có thể được mô tả và dự báo giá trị trong vùng làm việc của máy công cụ Các sai số ngẫu nhiên rất khó xác định và rất phức tạp để có thể mô tả Các sai số hình học là sai số quan trọng nhất trong các sai số hệ thống, sai số hình học có khả năng lặp lại và tăng dần theo thời gian Máy công cụ cũng làm việc trong trạng thái mất ổn định do sự biến dạng nhiệt Có hai nguồn nhiệt chính gây lên sự biến dạng này là nguồn nhiệt từ bên ngoài (nhiệt độ môi trường) và nguồn nhiệt từ bên trong được hình thành bởi ma sát bên trong của các thành phần khác nhau của máy Các đặc tính động học không đều sẽ dẫn đến hình thành rung động, có hai loại rung động là rung động tự rung và rung động cưỡng bức Hệ thống điều khiển và hệ thống đo của máy tự tác động đến sự hiệu chỉnh sai số Loại vòng nửa kín thì không có hệ thống đo lường trực tiếp Đối với với vòng nửa kín, bước của vít me được sử dụng để tính toán vị trí của bàn máy, trong khi đó hệ thống đo lường vòng kín đo được tham biến trực tiếp bằng thang đo

Như đã phân tích ở trên, có rất nhiều nguyên nhân nguyên nhân gây ra sai số gia công Việc khử từng nguyên nhân gây sai số là một biện pháp hoàn chỉnh nhưng rất tốn kém và đôi khi không thực hiện được do các thiết bị gia công các bộ phân chính của máy CNC có độ chính xác không cao và nhiều nguyên nhân khác ảnh hưởng đến độ chính xác hiện vẫn không xác định được rõ ràng Vì vậy, để nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công VMC – 85S, tác

giả chọn hướng nghiên cứu chế độ công nghệ gia công nhằm nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công VMC – 85S

CHƯƠNG III NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG KHI GIA CÔNG BỀ MẶT TRỤ TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG VMC – 85S

3.1 Mô hình nghiên cứu

Để nâng cao được độ chính xác biên dạng khi gia công bề mặt trụ trên trung tâm gia công VMC – 85S, tác giả chọn giải pháp nghiên cứu theo hướng sau:

Chi tiết gia công Phôi thép 45

Quy trình công nghệ

Trung tâm gia công VMC-85S

Máy đo 3D CMM-C544 Tính toán sai

số biên dạng

3.2 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 3.2.1 Trung tâm gia công VMC – 85S

Trung tâm gia công VMC – 85S do hãng Maximart của Đài Loan sản xuất năm 2003 với hệ điều khiển Fanuc OMD, máy có khẳ năng tích hợp CAD/CAM với bộ mã ISO code hoặc Fanuc code qua cổng RS232

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy

Các máy đo tọa độ CMM hoạt động theo nguyên lý dịch chuyển đầu dò để xác định tọa độ các điểm trên bề mặt của vật thể Máy đo tọa độ thường là các máy đo tọa độ theo cả 3 phương chuyển vị X,Y, Z Bàn đo được làm bằng đá granit, đầu đo được gắn trên giá lắp trên thân trượt theo phương Z, khi đầu đo được điều chỉnh đến một điển đo nào đó thì đầu đọc sẽ cho ta biết tọa độ X, Y, Z tương ứng theo 3

Máy CMM thường được thiết kế với 3 phần chính: 1 – Thân máy

2 - Đầu dò

3 – Giá mang đầu đo

Hình 3.1 Cấu tạo máy CMM – C544

Khi quét bằng phương pháp này thì đầu dò của máy tiếp xúc với bề mặt cần đo, mỗi vị trí đo có tọa độ (x, y, z) và tập hợp các điểm đó sẽ cho một đám mây điểm hoặc dữ liệu biên dạng đường, mặt hay của cả chi tiết

1 3

2

1