Nghiên cứu ứng dụng thiết bị đo cơ điện tử cho máy công cụ vạn năng nhằm nâng cao độ chính xác dịch chuyển

` học thái nguyên đại Cộng hòa xà hội chủ nghĩa việt nam trường đhkt công nghiệp Độc lập - Tù - H¹nh *** - o0o - Thuyết minh luận văn thạc sỹ kỹ thuật Đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng thiết bị đo điện tử cho máy công cụ vạn nhằm nâng cao độ xác dịch chuyển Học viên : Trần Thị Phương Thảo Lớp : Chk9 - ctm Ngành : công nghệ chế tạo máy Hướng dẫn khoa học: ts Hoàng vị khoa sau đại học TS Nguyễn Văn Hùng người hướng dẫn học viên TS Hoàng Vị Trần Thị Phương Thảo Lời cam đoan Xuất phát từ thực tế với đề tài Nghiên cứu ứng dụng thiết bị đo Cơ điện tử cho máy công cụ vạn nhằm nâng cao độ xác dịch chuyển Từ nghiên cứu lý thuyết làm thực nghiệm, xin cam đoan nội dung luận án công trình nghiên cứu Nội dung luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Trần Thị Phương Thảo S húa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM MỤC LỤC Nội dung Trang Phần mở đầu 10 Chương I Tổng quan dề tài 13 1.1 Các khái niệm đo lường 13 1.1.1 Đo lường 13 1.1.2 Đơn vị đo – Hệ thống đơn vị đo 13 1.1.3 Phương pháp đo 13 1.1.4 Kiểm tra 14 1.1.5 Phương tiện đo 15 1.1.6 Các tiêu đo lường 15 1.2 Nguyên tắc đo lường 16 1.2.1 Nguyên tắc Abbe 16 1.2.2 Nguyên tắc chuỗi kích thước ngắn 16 1.2.3 Nguyên tắc chuẩn thống 17 1.2.4 Nguyên tắc kinh tế 17 1.3 Sai số phép đo 17 1.3.1 Sai số hệ thống phép đo 18 1.3.2 Sai số ngẫu nhiên phép đo 21 1.4 Tổng quan sai số máy công cụ 24 1.4.1 Các nghiên cứu sai số máy công cụ 24 1.4.2 Các nguồn gây sai số máy công cụ 28 1.5 Kết luận chương I 30 Chương II Dụng cụ đo hệ thống đo dịch chuyển máy vạn 2.1 Các dụng cụ đo dịch chuyển khí 31 31 2.1.1 Khái quát dụng cụ đo khí 31 2.1.2 Một số dụng cụ đo khí 31 2.1.2.1 Dụng cụ đo kiểu trực tiếp 31 2.1.2.2 Dụng cụ đo kiểu gián tiếp 40 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 2.2 Các hệ thống đo dịch chuyển khí sử dụng máy vạn 47 2.2.1 Đo dịch chuyển thẳng 47 2.2.2 Đo dịch chuyển góc 50 2.3 Sai số hệ thống đo dịch chuyển khí 51 2.3.1 Sai số hệ thống đo trực tiếp 51 2.3.2 Sai số hệ thống đo gián tiếp 53 2.4 Kết luận chương II 54 Chương III Dụng cụ đo phương pháp đo dịch chuyển dùng thiết bị đo Cơ điện tử 3.1 Các phương pháp đo dịch chuyển 55 55 3.1.1 Một số khái niệm liên quan đến phép đo vị trí 55 3.1.2 Các phương pháp đo 55 3.2 Các thiết bị đo vị trí máy NC 59 3.2.1 Các dạng xác định tiêu vị trí 60 3.2.2 Đo điểm cảm biến liệu 60 3.2.3 Dụng cụ đo vị trí kiểu số 62 3.2.4 Dụng cụ đo kiểu tương tự 68 3.2.5 Giao thoa kế Laze 72 3.2.6 Đấu kích quang điện động 73 3.3 Kết luận chương 72 Chương IV Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp đo dịch chuyển thằng cho chạy dao dọc chạy dao ngang máy tiện ren vít vạn 4.1 Đánh giá lựa chọn phương pháp đo dịch chuyển thẳng máy tiện ren vít vạn 78 78 4.2 Đánh giá sai số phương án đo chọn 81 4.3 Biện pháp khắc phục sai số gá đặt dung cụ đo sau cải tiến 83 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 4.4 Kết luận chương Chuyên ngành: Công nghệ CTM 84 Chương Kết luận thảo luận 85 Kết luận chung 85 Hướng nghiên cứu tiếp 86 Tài liệu tham khảo 87 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU TT Bảng số Bảng 1.1 Nội dung Sự phụ thuộc giá trị t Trang t vào n n 24 xác xuất p S hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: Cơng nghệ CTM DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ẢNH CHỤP TT Hình Nội dung Trang Hỡnh 1.1 Phân bố chuẩn giá trị đo riêng lẻ 23 Hỡnh 1.2 Hỡnh 2.1 Thc cặp 32 Hình 2.2 CÊu t¹o cđa th­íc phơ 33 Hình 2.3 Các kiểu thước kẹp 34 Hình 2.4 Cấu tạo Panme đo ngồi khí 35 Hình 2.5 Các kiểu panme 36 Hình 2.6 Cấu tạo panme đồng hồ 37 Hỡnh 2.7 Dụng cu đo góc khí 38 10 Hỡnh 2.8 Nguyờn lí làm việc kính đo góc 39 11 Hình 2.9 Nguyên lớ làm việc máy đo góc 40 12 Hỡnh 2.10 Nguyên lớ làm việc cấu tạo cđa ®ång hå so 41 13 Hình 2.11 14 Hình 2.12 15 Hình 2.13 Mặt cắt lỗ 45 16 Hình 2.14 Rãnh mang cá 45 17 Hình 2.15 Nguyên đo góc thước sin thước tang 45 18 Hình 2.16 Sơ đồ dụng cụ đo góc tế vi 46 Các nguồn gây sai số máy công c (Anderson 1992) Nguyên lớ làm việc cấu tạo đồng hồ đo chuyển vị nhỏ Nguyên lớ làm việc cấu tạo đồng hồ đo mặt đầu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 42 43 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM 19 Hỡnh 2.17 Mặt cắt bàn dao ngang máy tiện 1K62 48 20 Hỡnh 2.18 Sơ đồ động bàn dao máy 16K20 49 21 Hỡnh 2.19 22 Hỡnh 2.20 Đầu phân độ quang học 51 23 Hỡnh 2.21 S tớnh sai số phép đo thước cặp 52 24 Hình 2.22 Sơ đồ tÝnh sai sè cđa phÐp đo panme 52 25 Hỡnh 3.1.a Đo vị trí trùc tiÕp 56 26 Hình 3.1.b 27 Hình 3.2 28 Hỡnh 3.3 29 Hỡnh 3.4 Đo vị trí đại lượng tương tự 59 30 Hỡnh 3.5 Đo vị trí đại lượng số 59 31 Hỡnh 3.6 Đo vị trÝ chu kú – tut ®èi 60 32 Hình 3.7 33 Hỡnh 3.8 34 Hỡnh 3.9 Các dạng lưới nhiễu xạ hệ thống đo gia số Hỡnh 3.10 Nguyên lý hoạt động trình nhiễu xạ cho 35 35 Nguyên tắc làm việc máy đo góc mang tên đầu chia độ S hp cỏc phương pháp đo vị trí ứng dụng máy §o gián tiếp Thông qua trục vít me chạy dao Đo vị trí gián tiếp thông qua bánh Các dạng vị trí thành phần đo: D đo trực tiếp, I đo gián tiếp, R kiểu quay, T tuyến tính Nhân tố ảnh hưởng cảm biến liệu đo trực tiếp đo gián tiếp ánh sáng truyền qua Hỡnh 3.11 Xung đầu hệ thống đo đường dài quang điện 50 57 58 58 61 62 64 65 66 36 Hình 3.12 Thước đo mà nhi phân cho mà hóa tuyệt đối 68 37 Hỡnh 3.13 Thước mà nhị phân với nguyên tắc đọc hình chữ V 68 38 Hỡnh 3.14 Nguyên lý giải góc đồng 70 39 Hỡnh 3.15 Cảm biến góc quay 71 40 Hỡnh 3.16 Nguyên lý cđa hƯ thèng industosyn scale 72 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 41 Hình 3.17 Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM Nguyên tắc hoạt ®éng cđa ®Çu kÝch quang ®iƯn ®éng (phillips) Bộ mã hóa tuyến tính thu gọn 74 42 Hình 3.18 75 43 Hình 3.19 44 Hình 3.20 45 Hình 3.21 46 H×nh 4.1 Sơ đồ sai số gá đặt thước dụng cụ đo 82 47 Hình 4.2 Kết cấu thước số gá đặt máy 83 Hình ảnh đỉnh dao sau 4,1 phút gia công với v = 110 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng) Hình ảnh đỉnh dao sau 6,1 phút gia công với v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng) Hình ảnh đỉnh dao sau 6,0phút gia công với v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 76 77 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 10 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Phần mở đầu Tính cấp thiết đề tài Hiện việc ứng dụng công nghệ mới, k thut cao nhu cầu cấp bách sản xuất quốc gia có Việt nam Tuy nhiên vic nghiờn cu ng dng kỹ thuật tiên tiến, máy cơng cụ có độ xác cao với ngành cơng nghiệp khí nước ta cịn chưa nhiều, mà máy vạn thơng thường chiếm số lượng lớn sản xuất khí Vì việc nâng cao độ xác máy vạn thơng thường nh»m ®Ĩ mở rộng độ xác gia công chúng thay cho việc đầu tư máy đại, tốn so với việc nâng cấp cho máy vạn sẵn có mà chúng gia công chi tiết cho độ xác Vì việc nâng cao độ xác máy vạn l rt cn thit Trờn cỏc máy vạn năng, độ xác dịch chuyển bàn dao , bàn máy có ảnh hưởng khơng nhỏ tới độ xác gia cơng, nâng cao độ c hính xác dịch chuyển góp phần nâng cao độ xác chi tiết gia cơng Hiện hệ thống đo dịch chuyển máy công cụ vạn nói chung thực theo nguyên lý chuyển đổi khí, dùng cấu đếm có khắc vạch chia thước đo thẳng thước đo vịng, cho độ xác đo chưa cao Để nâng cấp độ xác đo dịch chuyển t rên máy cơng ụ, c ứng dụng phương pháp đo trực tiếp đo gián tiếp với thiết bị đo điện tử Phng phỏp o trc tiếp phương pháp đo bám sát vị trí cần đo hay biến đổi vị trí khơng cần đến dẫn động khí tr ung gian Hệ thống đo đượ c ghép trực tiếp với chuyển động cần đo Phương pháp cho độ xác đo cao Tuy nhiên sử dụng phương pháp đo để dịch chuyển số máy gp khú khn lp t thiết bị đo, hạn chế không gian, ảnh hưởng môi trường giá thnh thiết bị đo cao Vỡ vy cú th thay sử dụng phương pháp đo gián tiếp víi thiÕt bÞ đo dùng phương pháp đo gián tiếp, õy l phng pháp đo mà vị trí cần đo đo thơng qua dẫn động khí trung gian Các thiết bị đo dùng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 73 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Một rÃnh trượt không tiếp xúc với hai cuộn dây tạo sóng vuông chuyển đổi vị trí góc 900 đằng sau di chuyển lên Thao tác thực cách xác theo cách giống giải góc rôto pha, giống cuộn cảm đặt lệch góc 900 vòng bước nên gây miền từ trường đặc biệt Tất thước tỷ lệ hệ thống cảm điện có bước (khoảng cách dây quấn) 1/10 mm Với độ xác đạt nằm dải đo micromet, hệ thống đo độc lập cho độ xác nằm khoảng bước Thước đo cố định thân máy, đoạn thước dẫn lắp bàn máy di động mà ta cần đo biến thiên vị trí Khoảng cách thước đo thước đo dẫn khoảng 0.25 mm Trong cuộn dây thước đo có điện áp tần số cao U1 Qua lớp cách, cuộn dây thước dẫn cảm ứng điện áp phụ thuộc vào vị trí cuộn dây thước dẫn so với cuộn dây thước đo Điện áp đánh giá hệ điều khiển đưa giá trị đo vị trí bàn máy Potentiometer: Potentiometer sư dơng quan hƯ tun tÝnh gi÷a chiỊu dài thước đo dẫn điện với điện trở Trên máy công cụ CNC thường cần có độ chia đơn vị đo không nhỏ 0.001 mm Độ chia đưa vào Potentiometer, chúng không máy công cụ sử dụng ®Ĩ ®o vÞ trÝ 3.2.5 Giao thoa kÕ laze Giao thoa kế laze hệ thống đo có độ xác cao dùng phép đo khoảng cách quét ảnh máy công cụ Ví dụ kết hợp quét ảnh, đo khoảng cách thước khắc vạch chia, quét ảnh đo độ xác ổ lăn trục trục răngNó sử dụng thước lỷ lệ lớn độ xác cao máy công cụ dùng hệ thống đo vị trí Trong giao thoa k Michelson nguồn sáng phát chùm ánh sáng đơn sắc với chiều dài bước tần số chúng tách làm hai phần nhờ gương nửa suốt Hai chùm sáng phản xạ toàn qua hai gương, nơi mà gương đặt thẳng với điểm chuẩn gương có S húa bi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 74 Chuyên ngnh: Cụng ngh CTM thể dịch chuyển định vị cấu kiểm tra bên Đó nơi mà chùm ánh sáng phản sạ lại giao thoa với chùm ánh sáng khác Điều gây lên suy giảm tương hỗ khuyếch đại theo vị trí bước giao thoa tương ứng thu quang điện Các mạch xung hình thành từ tính hiệu nhận được, số mạch xung tỷ lệ với phần tính hiệu nhận Độ xác phương pháp giao thoa coi phụ thuộc vào độ ổn đinh dải nguồn sáng, mà bị ảnh hưởng tác động điều kiện xung quanh áp suất khí quyển, nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng CO2 không khí điều kiện làm việc máy laze Có nhiều cách để tăng độ ổn định sóng ánh sáng song phù hợp phương pháp dùng ti laze tần số kép Sai số phép đo đạt xấp xỉ 1àm/m giao thoa kế laze giữ ổn định ghi với tốc độ 18m/phút Độ xác đạt qua khuyếch đại 5.10-3àm 3.2.6 Đầu kích quang điện động Trên hình 3.17, mô tả nguyên lý hoạt động đầu kích quang điện động Hình 3.17 Nguyên tắc hoạt động đầu kích quang điện động (phillips) Nguồn sáng, Thấu kính, Vùng kích hoạt (10 tế bào quang điện) biến đổi theo tần số chuẩn thông qua chuỗi tế bào quang điện, Chuỗi tế bào quang điện (220 diôt), Đế thép, Vùng không phản quang, Vùng phản quang, Thấu kính, Gương bán thÊu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 75 Chun ngành: Cơng nghệ CTM Trong ph­¬ng pháp này, nhịp đo chuẩn từ tia chớp mà từ 220V dây tế bào quang điện xếp bên Qua thấu kính độ phận giải vạch chia thang đo hình thành tế bào quang điện Mỗi loạt 10 tế bào quang điện kích thích lúc đầu Điện áp đầu chúng tỷ lệ với dòng ánh sáng dọi vào vùng tế bào quang điện Mặt phân chia tế bào quang điện (trên phương diện điện tử) nhận biết chuỗi tế bào quang điện (photodiodesarray) xếp lệch nhau, mô điện tử máy quét quang động (optoscaner) Dòng tổng cộng tất tế bào quang điện hình thành tín hiệu đo vị trí pha tương quan với tần số quét Ưu điểm hệ thống đo chỗ, với khoảng chia vạch đo 635 àm, đạt độ phân giải vạch chia 0.5 àm Di õy l số hình ảnh thiết bị đo điện tử, đo dịch chuyển thẳng đo dịch chuyển góc Thiết bị đo dịch chuyển thẳng: * Bộ mã hóa tuyến tính thu gọn Cơng dụng để điều khiển biên độ độ lệch điện áp cho phép nội suy với độ xác cao ngồi cịn giản thiểu ảnh hưởng nhiễu xạ Nội suy tính hiệu nên tới 100x Xử lý tín hiệu đơn qua nối Hỗ trợ cho gá đặt đèn LED đặt đầu nối sử dụng kiểu chân không cao tần Kiểu thu gọn đẻ lộ mã hóa tuyến tính (linear encoder) - Kích thước nhỏ diện tích bề mặt nên hạn chế miền làm việc - Dung sai gá đặt lớn - LiX 2x: Không nhạy với nhiễu xạ cặp cảm biến quang học Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.18 Bộ mã hóa tuyến tính thu gọn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 76 Chuyên ngành: Công nghệ CTM - Tốc độ dịch chuyển lớn - Được tích hợp vi mạch điện tử qua đầu kết nối có 15 chân cắm D-sub - Trên 100 lần nội suy (trước chuyển pha 900) - Điểm chuẩn (chính xác định lại theo hai phương dịch chuyển) - Điểu chỉnh độ lệch biên độ động học - Có thể ghi thước tỷ lệ thép SINGLEFLEX DOUBLEFLEX LIX 41: ghi thước thủy tinh * Encoder tuyến tính bọc kín RSF Kiểu bọc kín thích hợp cho miền làm việc có nhiều bụi bẩn Các rãnh đọc giữ kín suốt chiều dài để tránh khỏi tác động nhiệt độ bụi bẩn Hình 3.19 Encoder tuyến tính bọc kín RSF * Encoder tuyến tính để hở RSF Kiểu encoder tuyển tính hở thiết kế cho sử dụng máy công cụ hệ máy nơi mà yêu cầu độ xác đặc biệt cao giá trị đo Các ứng dụng đặc trưng bao gồm: dụng cụ đo chế tạo trong ngành công nghiệp bán dẫn, hệ thống máy PCB, máy siêu xác, máy cơng cụ độ xác cao, hệ thống đo máy so sánh, kính hiểm vi đo lường, dụng cụ đo xác khác, dẫn động trực tiếp Hình 3.20 Encoder tuyến tính để hở RSF Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 77 Chuyên ngành: Công nghệ CTM * Sensor đo dịch chuyển tuyến tính Đây sensor đo vị trí tuyến tính khơng tiếp xúc Gemco LPS sử dụng có quyền đảm bảo kỹ thuật tử giảo, truyền tín hiệu xác, tồn dạng kết nối với vị trí máy Hình 3.21 Sensor đo dịch chuyển tuyến tính 3.3 Kết luận chương Các thiết bị đo dịch chuyển đại sản phẩm ngành Cơ điện tử, thời đại khoa học công nghệ phát triển khơng ngừng sản phẩm vô phong phú, đa dạng ngày cải tiến mạnh mẽ Các sản phẩm cho độ xác đo cao ứng dụng hệ thống đo máy công cụ đại Trên máy công cụ sử dụng thiết bị đo điện tử k ết đo máy trực tiếp chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển dịch chuyển máy hiển thị làm liệu xác định kết đo Thông qua khảo sát phương pháp đo, vị trí lắp dụng cụ, chuẩn đo tiêu kinh tế, kỹ thuật …để từ lựa chọn thiết bị đo máy cần cải tiến Các thiết bị điện tử sản phẩm tiêu chuẩn hóa sản xuất thành thương phẩm có giá thành hạ giải pháp lựa chọn hợp lý để ứng dụng cho máy công cụ vạn thông thường Lựa chọn cho phép nâng cao độ xác phép dịch chuyển chuyển động định vị máy công cụ nhờ việc nâng cao độ xác dụng cụ đo Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 78 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Chương IV: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO DỊCH CHUYỂN THẲNG CHO CHẠY DAO DỌC VÀ CHẠY DAO NGANG TRÊN MÁY TIỆN REN VÍT VẠN NĂNG 4.1 Đánh giá, lựa chọn phương pháp đo dịch chuyển thẳng máy tiện ren vít vạn Hiện máy tiện ren vít vạn cần đo dịch chuyển thẳng theo hai phương x, z tương ứng dịch chuyển dọc theo phương z dịch chuyển ngang theo phương x bàn dao cịn có dịch chuyển nhỏ chạy dao dọc ngang bàn dao Trên máy tiện sử dụng dụng cụ đo dịch chuyển thước đo vòng đo theo nguyên tắc đo gián tiếp biến chuyển động tịnh tiến thẳng bàn dao thành chuyển động quay thước đo vịng thơng qua truyền bánh – bánh răng, - bánh vít me – đai ốc Giá trị đo đọc thông qua vạch chia thước đo vòng Như nhận xét mục 2.4 sử dụng phương pháp đo gián tiếp cho độ xác thấp so với đo trực tiếp sai số tích lũy qua truyền trung gian Mặt khác, với việc sử dụng dụng cụ đo khí đo phương pháp đo trực tiếp gặp khó khăn lắp ráp dụng cụ đo máy Theo lý thuy ết, từ phương trình động học phép đo gián tiếp dịch chuyển thẳng du xích vịng × iTG = c (với n số vạch chia du xích, c độ xác dụng cụ đo, n iTG tỉ số truyền trung gian) ta muốn độ xác đo c tùy ý cách tăng số lượng vạch chia n thước đo vòng Song thực tế thước đo vòng sử dụng máy vạn cho độ xác đo tối đa 0.01mm ÷ 0.0025 mm Vậy để nâng cao độ xác đo dịch chuyển, ngồi biện pháp cơng nghệ có số phương pháp như: Giảm thiểu truyền trung gian sử dụng dụng cụ đo điện thay cho dụng cụ đo khí dụng cụ đo điện tử cho độ xác cao cỡ vài µm, chí đạt độ xác tới 5.10-3µm sử dụng thiết dụng cụ đo giao thoa kế laze, kết hợp hai Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 79 Chuyên ngành: Cơng nghệ CTM phương pháp Như sử dụng dụng cụ đo điện tử thay cho dụng cụ đo khí làm cho kết cấu đo đơn giản gọn nhẹ nhiều Dựa sở hai phương pháp đo đo trực tiếp đo gián tiếp, có số phương án nâng cao độ xác đo dịch chuyển máy tiện ren vít vạn sau: Phương án 1: Sử dụng phương pháp đo trực tiếp Trong phương pháp , sử dụng thước tỷ lệ gắn cố định, song song với phương dịch chuyển bàn dao đầu đọc sensor gắn bàn dao, tất truyền trung gian bỏ qua nên giảm sai số tích lũy truyền Mơ hình đo trực tiếp hình 3.9 Với phương án đo sai số có là: - Nhiệt độ: Khi nhiệt độ thay đổi làm ảnh hưởng tới biến dạng thước, ảnh hưởng tới độ xác đầu đọc - Sai số bước - Sai số khoảng cách góc - Sai số chỗ giao nhau: - Các điểm thước tỷ lệ Phương án 2: Sử dụng phương pháp đo gián tiếp Trong phương án này, sử dụng truyền bánh - dẫn động cho chuyển động thẳng bàn dao Thanh đư ợc gá song song với phư ơng dịch chuyển bánh cố định bàn dao Lúc để đo lượng dịch chuyển, hệ thống đo kiểu quay (ví dụ encoder đo góc) gắn với trục bánh để đếm số vòng quay bánh từ thiết bị báo cho ta lượng dịch chuyển bàn da o Mơ hình hóa phép đo hình Trong phương án có sai số ảnh hưởng tới phép đo là: - Sai số bước bánh răng: Kết phép đo phụ thuộc nhiều vào sai số truyền trung gian u cầu chế tạo truyền phải có độ xác cao - Độ lệch tâm bánh răng: Vì dụng cụ đo góc lắp đồng trục với bánh răng, nếu độ đồng tâm bánh lớn làm biến dạng trục Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 80 Chuyên ngành: Công nghệ CTM gây ảnh hưởng tới dụng cụ đo cịn cho truyền động khơng … - Lỗi biến đổi sử dụng - Nhiệt độ: Các dụng cụ đo điện nói chung nhạy cảm với nhiệt độ nên sử dụng hệ thống đo mơi trường có nhiệt độ vừa phài ổn định - Thay đổi tải trọng đột ngột răng: Nếu suất tải đột nhột dễ dẫn đến lỗi đường truyền đầu đo Phương án 3: Sử dụng phương pháp đo gián tiếp Khi sử dụng phương án khơng cần chế tạo thêm truyền khác mà sử dụng truyền vít me đai ốc dẫn hướng bàn máy để đo dịch chuyển cách gắn dụng cụ đo kiểu quay (encoder quay) vào đầu trục vít me Khi dịch chuyển bàn dao đếm thông qua vịng quay vít me dẫn hướng Các sai số gặp phải phương án đo là: - Biến dạng đàn hồi trục vít me dẫn - Sai số góc - Khe hở vít me - đai ốc - Kẹt vít me dẫn - Sai số nhận tín hiệu - Nhiệt độ Nhìn chung hệ thống vít me – đai ốc sử dụng máy vạn sau thời gian sử dụng có tượng mịn vít me đai ốc nhiều lên sai số khe hở lớn, sử dụng truyền cũ mà thay thiết bị đo khí thiết bị đo điện độ xác nâng khơng đáng kể Do để tương ứng với dụng cụ đo thay ta nên dùng truyền vít me bi thay hồn tồn cho truyền cũ Như giá thành truyền vít me bi cao so với giá thành chu ng máy, nên phương án cải tiến thứ ba không khả thi Trong phương án cải tiến thứ phép đo thực gián tiếp qua truyền trung gian bánh Như phương án sai số phép đo phu thuộc vào thân dụng cụ đo mà phụ thuộc lớn vào sai số truyền So sánh với phương pháp sử dụng máy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 81 Chuyên ngành: Công nghệ CTM vạn nay, ta thấy có phần đo dịch chuyển máy đo thông qua truyền trung gian Ví dụ đo dịch chuyển chạy dao ngang máy 1K62, phép đo thực qua truyền vitme – đai ốc trung gian Nếu sử dụng phương án cải tiến thứ phải thay truyền trung gian cũ truyền trung gian mới, sai số phép đo cải tiến, Tuy nhiên sai số truyền trung gian ta hạn chế sai số phạm vi cho phép Phương án thứ sử dụng hệ thống mà kết cấu lắp đặt dụng cụ đo trực tiếp Như chọn phương án nêu để cải tiến độ xác đo dịch chuyển máy tiện ren vít vạn Nhận thấy phương án thực phương pháp đo trực tiếp cho độ xác cao phương án , khơng qua truyền trung gian Đồng thời máy tiện ren vít vạn có đủ khơng gian để lắp đặt dụng cụ đo Cơ điện tử đo trực tiếp Với dụng cụ đo sử dụng hệ thống đo gia số/ kiểu số Sở dĩ chọn loại dụng cụ đo so với dụng cụ đo khác, loại ngày sử dụng phổ biến, giá thành rẻ, chất lượng đảm bảo … C¸c bé vận hành hệ thống đo bao gồm: Th­íc tû lƯ gia sè, l­íi nhiƠu x¹, chi tiÕt chiếu sáng, cấu đếm, điều khiển giải tÇn 4.2 Đánh giá sai số phương án đo chọn Phương án chọn phương pháp đo t rực tiếp nên sai số phương pháp phu thuộc vào yếu tố sai số chế tạo dụng cụ đo, sai số yếu tố mối trường, sai số gá đặt dụng cụ đo a Sai số chế tạo dụng cụ đo - Sai số bước: Bao gồm sai số độ không bước mắt lưới thước đo, lưới kích, mã chuẩn - Sai số khoảng cách góc: Đó sai số khoảng cách song song thước lưới kích, khoảng cách thường phải đảm bảo 0.25 mm Nếu khoảng cách không di chuyển thước dẫn thước đo chí nh gây sai số đọc tín hiệu đo Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 82 Chuyên ngành: Công nghệ CTM b Sai số yếu tố môi trường Các yếu tố môi trường gây ảnh hưởng nhiều bụi bẩn, nhiệt độ thay đổi…Bụi bẩn rơi vào vùng đọc thước gây nhiễu tín hiệu đo cho kết thiếu xác Nếu nhiệt độ thay đổi nhiều làm biến dạng thước, ảnh hưởng tới độ xác đầu đọc Nhìn chung với ảnh hưởng yếu tố hồn tồn khắc phục cách sử dụng dụng cụ đo kín đặt máy nơi có nhiệt biến đổi c Sai số gá đặt dụng cụ đo Với việc ứng dụng dụng cụ đo điện dùng phương pháp đo trực tiếp thay cho cách đo cũ máy vạn nhằm nâng cao độ xác đo, gá đặt thước dụng cụ đo có sai số làm cho kết đo được, bị sai lệch với giá trị thực tế điều khiến cho việc cải tiến phương pháp đo khơng có ý nghĩa cho dù dụng cụ đo chọn có độ xác cao Cụ thể, chiều dài l cần đo l, gá lệch thước đo góc t hì chiều dài đo thực tế là: α l’ = lcosα l' Phương dịch chuyển Vậy sai số là: cosα H×nh 4.1 Sơ đồ sai số gá đặt thước dụng cụ đo Nhìn chung, sai số thân dụng cụ đo điện ta khắc phục dụng cụ xản suất sẵn nên phụ thuộc hoàn toàn vào nhà xản suất Vậy để khắc phục sai số đo cho phương án chọn ta chủ yếu tập chung vào khắc phục sai số gá đặt 4.3 Biện pháp khắc phục sai số gá đặt dụng cụ đo sau cải tiến Với sử dụng phương pháp đo trực tiếp lựa chọn trên, số yếu tố ảnh hưởng tới sai số máy sai góc nghiêng thước khắc phục cách gá lắp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Khi gá ặđt thước 83 Chuyên ngành: Công nghệ CTM song song với phương dịch chuyển bàn dao xảy sai số theo phương x y phương y ình h bên Để có x thể điểu chỉnh thước gắn z thân máy cố định cho song song với phương truyền động bàn dao ta đưa kết cấu thước gá đặt máy hình sau x z Thân máy Mặt cầu z y Hình 4.2 Kết cấu thước số gá đặt máy – Thước số, - - Vít cố định, - – Căn đệm Qua hình vẽ ta thấy thước không gắn trực tiếp lên thân máy mà phải thông qua hai đệm điều chỉnh 3, Căn đệm điều chỉnh gồm hai nửa tiếp xúc với mặt cầu Bề mặt có tác dụng điều chỉnh đầu cịn lại thước đầu xoay theo phương x y mà khơng làm biến dạng thước Muốn thước xoay ta phải lới lỏng bulông cố định Đầu lại thước cố định thân máy thông qua đệm Để điều chỉnh thước dịch chuyển theo phương x đêm phải có cấu tạo đặc biệt có tiết Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 84 Chuyên ngành: Công nghệ CTM diện ngang dạng chữ S hình Khi cần điều chỉnh thước theo phương x cần xiết chặt lới lỏng bulơng cố định 5, đệm có đính đàn hồi theo phương x nên cho phép thước điều chỉnh lượng nhỏ theo ý muốn Để điều chỉnh thước theo phương y thước ta phải chế tạo rãnh bắt bulơng hình chiếu , rãnh có dạng phần cung tròn với tâm cung nằm trục bulông Cấu tạo rãnh tránh lực cắt lên bulông cố định biến dạng thước theo phương z 4.4 Kết luận chương Như vậy, máy vạn sau thời gian sử dụng, hệ thống đo dịch chuyển cũ bị mịn khơng cịn cho độ xác cao nên cần phải cải tiến hệ thống đo Như phân tích việc lựa chọn, lắp đặt dụng cụ đo điện tử để nâng cao độ xác phép đo thay cho hệ thống đo cũ xác việc làm cần thiết giải pháp tối ưu Việc lựa chọn giải pháp đo trực tiếp dụng cụ đo điện tử cho chuyển động chạy dao dọc chạy dao ngang máy tiện ren vít vạn khả thi, có đủ khơng gian lắp ráp thước đo kích thước dịch chuyển khơng lớn Trong chương đề cập đến phương án hiệu h dụng cụ đo, kết đo nhằm đưa lời khuyên hợp lý cải tiến lắp ráp dụng cụ đo Đối với máy không ứng dụng phương pháp đo trực tiếp lựa chọn phương pháp đo gián tiếp với xích dẫn động đến dụng cụ đo (Encoder) Đây yêu cầu cần t hiết để khắc phục sai số phạm phải xích dẫn động cấu đo máy mịn hỏng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 85 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Chương V KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN Kết luận chung Theo thời gian, khoa học kỹ thuật ngày phát triển , công cụ sản xuất ngày cải tiến Hiện nhiều máy móc đại (máy tự động bán tự động điều khiển theo chương trình số) thay máy công cụ cũ Trên máy sử dụng thiết bị đo điện tử , cho độ xác đo cao Kết q uả gia cơng chi tiết có hình dáng phức tạp cho độ xác hình học cao Tuy nhiên nước ta sử dụng số lượng lớn máy công cụ vạn chưa thể thay máy cơng cụ đại, giá thành máy đại cao Do giải pháp cải tiến máy cơng cụ sẵn có máy cơng cụ cũ để nâng cao độ xác gia công giải pháp kinh tế - kỹ thuật nhiều nhà sản xuất chọn lựa Dựa nhận định kể trên, nghiên cứu trình bày luận văn giải số vấn đề : Đã khảo sát sai số gia cơng máy cơng cụ vạn để từ có biện pháp phịng tránh khắc phục thực cải tiến cho máy Và nhận định rằng, máy công cụ vạn hệ thống đo dịch chuyển bàn dao sau thời gian sử dụn g, hệ thống truyền dẫn khí trung gian bị mịn nhiều làm hệ thống đo khơng cịn độ xác cao lúc đầu Đây nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng tới sai số chi tiết gia công máy công cụ Để khắc phục sai số này, luận văn nhận định tập trung nghiên cứu cải tiến hệ thống đo dịch chuyển bàn dao Trong luận văn khảo sát phương pháp đo thực tế máy công cụ Nhận thấy rằng, phương pháp đo phương pháp đo trực tiếp cho độ xác cao Trên máy vạn , sử dụng dụng cụ đo khí nên để đo dịch chuyển thẳng áp dụng phương pháp đo gián tiếp thông qua kết cấu truyền dẫn khí trung gian, cho độ xác phép đo chưa thực cao phụ thuộc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 86 Chuyên ngành: Công nghệ CTM nhiều vào sai số truyền này, đồng thời sau thời gian sử dụng tượng mòn hỏng chủ yếu xuất hệ thống truyền dẫn Do cần đưa phương án cải tiến hệ thống đo cũ thay dụng cụ đo khí dụng cụ đo điện tử có độ xác cao, đồng thời sử dụng phương pháp đo trực tiếp sử dụng phương pháp đo gián tiếp giảm thiểu tối đa truyền dẫn khí trung gian nâng cao độ xác chúng Luận văn khảo sát phương pháp đo dụng cụ đo điện tử, từ lựa chọn, ứng dụng thiết bị đo cho việc cải tiến hệ thống đo dịch chuyển chạy dao máy tiện ren vít vạn Với khảo sát, đánh giá đưa đề xuất, hướng ứng dụng, lắp ráp thiết bị đo số máy vạn cách hợp lí Các nghiên cứu đưa biện pháp khắc phục sai số gá đặt cho dụng cụ đo chọn Sở dĩ : Các thiết bị đo điện tử tiêu chuẩn sản xuất thành thương phẩm, giá thành rẻ, chất lượng tốt, độ xác cao cần có biện pháp khắc phục sai số gá đặt cho dụng cụ đo chọn Đề xuất hướng nghiên cứu Đề tài dừng lại việc khảo sát cải tiến hệ thống đo dịch chuyển máy tiện ren vít vạn Vì hướng nghiên cứu tiếp đề tài tập trung vào hướng sau : Tập trung vào nghiên cứu, khảo sát dịch chuyển số loại máy công cụ khác như: Máy phay, máy doa tọa độ, máy mài … sử dụng phổ biến ngành sản xuất chế tạo máy, nhằm tìm giải pháp cải tiến, thay thiết bị đo dịch chuyển máy lỗi thời, mịn hỏng, xác … thiết bị đo Cơ điện tử Tiến tới nghiên cứu ứng dụng hệ thống đo vị trí, nhằm xác định tín hiệu phản hồi để điều khiển động dịch chuyển bàn máy theo phương pháp đo tích cực hệ thống đo máy CNC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 87 Chuyên ngành: Công nghệ CTM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Tạ Duy Liêm, Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2001 [2] PGS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Tăng Huy, Hệ thống điều khiển số công nghệ máy điều khiển số CNC, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2000 [3] PGS.TS Tạ Duy Liêm, Máy điều khiển theo chương trình số Rơbốt cơng nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 1991 [4] Nguyễn Tiến Thọ, Nguyễn Thị Xuân Bảy, Nguyễn Thị CÈm Tó Kü tht ®o l­êng kiĨm tra chÕ tạo khí, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuËt Hµ Néi – 2007 [5] B Behr, Aachen; E Dannenmann, Stuttgart; Dorn, Berlin; G Pritshow, Stuttgart; G Spur, Berlin; M Weck, Aachen; T Werte, Stuttgart, Manufacturing systems [6] Michael B Histand, David G Alciatore, Introduction to Mechatronics and Measument systems [7] Hans B Kief, T Frederick Waters, Computer Numerical control, International edition 1992 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... học Nghiên cứu, khảo sát tổng quan thiết bị đo thông thường thiết bị đo điện tử Các phương pháp đo dịch chuyển, từ ứng dụng để nâng cao độ xác dịch chuyển máy công cụ vạn nói chung Áp dụng cho đo. .. cam đoan Xuất phát từ thực tế với đề tài Nghiên cứu ứng dụng thiết bị đo Cơ điện tử cho máy công cụ vạn nhằm nâng cao độ xác dịch chuyển Từ nghiên cứu lý thuyết làm thực nghiệm, xin cam đoan... thước đo thẳng thước đo vịng, cho độ xác đo chưa cao Để nâng cấp độ xác đo dịch chuyển t rên máy công ụ, c ứng dụng phương pháp đo trực tiếp o giỏn tip vi thiết bị đo điện tử Phương pháp đo trực