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

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

` đại học thái nguyên trường đhkt công nghiệp *** Cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ----------------- o0o ----------------- Thuyết minh luận văn thạc sỹ kỹ thuật Đề tài: 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 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 TS. Hoàng Vị học viên Trần Thị Phương Thảo S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 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 năng nhằm nâng cao độ chính xác dịch chuyển. Từ nghiên cứu lý thuyết và làm thực nghiệm, tôi xin cam đoan rằng những nội dung trong luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Nội dung luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả Trần Thị Phương Thảo Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 MỤC LỤC Nội dung Trang Phần mở đầu 10 Chương I. Tổng quan về dề tài 13 1.1. Các khái niệm cơ bản về 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 chỉ tiêu đo lường 15 1.2. Nguyên tắc cơ bản trong đo lường 16 1.2.1. Nguyên tắc Abbe 16 1.2.2. Nguyên tắc chuỗi kích thước ngắn nhất 16 1.2.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất 17 1.2.4. Nguyên tắc kinh tế 17 1.3. Sai số của phép đo 17 1.3.1. Sai số hệ thống của phép đo 18 1.3.2. Sai số ngẫu nhiên của phép đo 21 1.4. Tổng quan về sai số trên máy công cụ 24 1.4.1. Các nghiên cứu về sai số trên máy công cụ 24 1.4.2. Các nguồn gây sai số trên máy công cụ 28 1.5. Kết luận chương I 30 Chương II. Dụng cụ đo và hệ thống đo dịch chuyển trên máy vạn năng 31 2.1. Các dụng cụ đo dịch chuyển cơ khí 31 2.1.1. Khái quát về các dụng cụ đo cơ khí 31 2.1.2. Một số dụng cụ đo cơ khí 31 2.1.2.1. Dụng cụ đo kiểu trực tiếp 31 2.1.2.2. Dụng cụ đo kiểu gián tiếp 40 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 2.2. Các hệ thống đo dịch chuyển cơ khí sử dụng trên máy vạn năng 47 2.2.1. Đo dịch chuyển thẳng 47 2.2.2. Đo dịch chuyển góc 50 2.3. Sai số của hệ thống đo dịch chuyển cơ khí 51 2.3.1. Sai số của hệ thống đo trực tiếp 51 2.3.2. Sai số của hệ thống đo gián tiếp 53 2.4. Kết luận chương II 54 Chương III. Dụng cụ đo và phương pháp đo dịch chuyển dùng thiết bị đo Cơ điện tử 55 3.1. Các phương pháp đo dịch chuyển 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 trên máy NC 59 3.2.1. Các dạng xác định chỉ tiêu vị trí 60 3.2.2. Đo điểm và cảm biến dữ 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 3 72 Chương IV. Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp đo dịch chuyển thằng cho chạy dao dọc và chạy dao ngang trên máy tiện ren vít vạn năng 78 4.1 Đánh giá và lựa chọn phương pháp đo dịch chuyển thẳng trên máy tiện ren vít vạn năng 78 4.2. Đánh giá sai số của phương án đo đã chọn 81 4.3. Biện pháp khắc phục sai số gá đặt dung cụ đo sau cải tiến 83 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 4.4 Kết luận chương 4 84 Chương 5. Kết luận và thảo luận 85 1. Kết luận chung 85 2. Hướng nghiên cứu tiếp 86 Tài liệu tham khảo 87 Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 DANH MC CC BNG S LIU TT Bng s Ni dung Trang 1 Bng 1.1 Sự phụ thuộc của các giá trị t và nt vào n và xác xuất p. 24 Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 DANH MC CC HèNH V - NH CHP TT Hỡnh Ni dung Trang 1 Hỡnh 1.1 Phân bố chuẩn của các giá trị đo riêng lẻ. 23 2 Hỡnh 1.2 Cỏc ngun gõy sai s ca mỏy cụng c (Anderson 1992) 27 3 Hỡnh 2.1 Thc cp 32 4 Hỡnh 2.2 Cấu tạo của thước phụ 33 5 Hỡnh 2.3 Cỏc kiu thc kp 34 6 Hỡnh 2.4 Cu to Panme o ngoi c khớ 35 7 Hỡnh 2.5 Cỏc kiu panme 36 8 Hỡnh 2.6 Cấu tạo panme đồng hồ 37 9 Hỡnh 2.7 Dụng cu đo góc cơ khí 38 10 Hỡnh 2.8 Nguyờn lớ lm vic ca kớnh o gúc 39 11 Hỡnh 2.9 Nguyên lớ làm việc của máy đo góc 40 12 Hỡnh 2.10 Nguyên lớ làm việc và cấu tạo của đồng hồ so 41 13 Hỡnh 2.11 Nguyên lớ làm việc và cấu tạo của đồng hồ đo chuyển vị nhỏ 42 14 Hỡnh 2.12 Nguyên lớ làm việc và cấu tạo của đồng hồ đo mặt đầu 43 15 Hỡnh 2.13 Mt ct l cụn 45 16 Hỡnh 2.14 Rónh mang cỏ 45 17 Hỡnh 2.15 Nguyờn o gúc bng thc sin v thc tang 45 18 Hỡnh 2.16 S ca dng c o gúc t vi 46 Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 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 Nguyên tắc làm việc của máy đo góc mang tên là đầu chia độ. 50 22 Hỡnh 2.20 Đầu phân độ quang học 51 23 Hỡnh 2.21 S tớnh sai số của phép đo bằng thước cặp. 52 24 Hỡnh 2.22 S tính sai số của phép đo bằng panme. 52 25 Hỡnh 3.1.a Đo vị trí trực tiếp 56 26 Hỡnh 3.1.b S tp hp cỏc phng phỏp o v trớ ng dng trờn mỏy 57 27 Hỡnh 3.2 Đo gián tiếp Thông qua trục vít me chạy dao 58 28 Hỡnh 3.3 Đo vị trí gián tiếp thông qua bộ bánh răng - thanh răng 58 29 Hỡnh 3.4 Đo vị trí bằng đại lượng tương tự 59 30 Hỡnh 3.5 Đo vị trí bằng đại lượng số 59 31 Hỡnh 3.6 Đo vị trí chu kỳ tuyệt đối 60 32 Hỡnh 3.7 Các dạng do vị trí và thành phần đo: D đo trực tiếp, I đo gián tiếp, R kiểu quay, T tuyến tính 61 33 Hỡnh 3.8 Nhân tố ảnh hưởng trong cảm biến dữ liệu đo trực tiếp và đo gián tiếp 62 34 Hỡnh 3.9 Các dạng lưới nhiễu xạ trong hệ thống đo gia số 64 35 Hỡnh 3.10 Nguyên lý hoạt động của quá trình nhiễu xạ cho ánh sáng truyền qua 65 35 Hỡnh 3.11 Xung đầu ra của hệ thống đo đường dài bằng quang điện 66 36 Hỡnh 3.12 Thước đo mã nhi phân cho bộ mã hóa tuyệt đối 68 37 Hỡnh 3.13 Thước mã nhị phân với nguyên tắc đọc hình chữ V 68 38 Hỡnh 3.14 Nguyên lý bộ giải góc đồng bộ 70 39 Hỡnh 3.15 Cảm biến góc quay 71 40 Hỡnh 3.16 Nguyên lý của hệ thống industosyn scale 72 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 41 Hình 3.17 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña ®Çu kÝch quang ®iÖn ®éng (phillips) 74 42 Hình 3.18 Bộ mã hóa tuyến tính thu gọn 75 43 Hình 3.19 Hình ảnh đỉnh dao sau 4,1 phút khi gia công với v = 110 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng) 76 44 Hình 3.20 Hình ảnh đỉnh dao sau 6,1 phút khi gia công với v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng) 76 45 Hình 3.21 Hình ảnh đỉnh dao sau 6,0phút khi gia công với v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng) 77 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 trên máy 83 Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Phần mở đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay việc ứng dụng công nghệ mới, k thut cao luôn là nhu cầu cấp bách của mọi nền sản xuất và mọi quốc gia trong đó có cả Việt nam. Tuy nhiên vic nghiờn cu ng dng cỏc k thut tiờn tin, mỏy cụng c cú chớnh xỏc cao vi ngnh cụng nghip c khớ nc ta cũn cha nhiu, m cỏc mỏy vn nng thụng thng vn chim mt s lng ln trong nn sn xut c khớ. Vỡ vy vic nõng cao chớnh xỏc ca cỏc mỏy vn nng thụng thng nhằm để mở rộng hơn nữa độ chính xác gia công của chúng thay cho việc đầu tư một máy hiện đại, khá tốn kém so với việc nâng cấp cho máy vạn năng sẵn có mà chúng vẫn có thể gia công được những chi tiết cho độ chính xác như nhau. Vì vậy việc nâng cao độ chính xác của các máy vạn năng l rt cn thit. Trờn cỏc mỏy vn nng, chớnh xỏc dch chuyn ca bn dao , bn mỏy cú nh hng khụng nh ti chớnh xỏc gia cụng, nu nõng cao c c hớnh xỏc dch chuyn s gúp phn nõng cao c chớnh xỏc ca chi tit gia cụng. Hin nay cỏc h thng o dch chuyn trờn mỏy cụng c vn nng núi chung c thc hin theo nguyờn lý chuyn i c khớ, dựng c cu m cú khc vch chia nh thc o thng v thc o vũng, nú cho chớnh xỏc khi o cha cao. nõng cp chớnh xỏc khi o dch chuyn t rờn mỏy cụng c, cú th ng dng phng phỏp o trc tip hoc o giỏn tip vi thiết bị đo cơ điện tử. Phng phỏp o trc tip l phng phỏp o bỏm sỏt v trớ cn o hay cỏc bin i v trớ khụng cn n cỏc dn ng c khớ trung gian. H thng o c ghộp trc tip vi chuyn ng cn o. Phng phỏp ny cho chớnh xỏc khi o rt cao. Tuy nhiờn nu s dng phng phỏp o ny do dch chuyn trờn mt s mỏy s gp khú khn khi lp t thiết bị đo, do hn ch khụng gian, nh hng mụi trng v giỏ thnh thiết bị đo cao. Vỡ vy cú th thay s dng phng phỏp o giỏn tip với thiết bị đo dùng phương pháp đo gián tiếp, õy l phng phỏp o m v trớ cn o c o thụng qua mt dn ng c khớ trung gian. Cỏc thit b o dựng [...]... này cho chúng ta những hiểu biết cơ bản về các dạng sai số đo dịch chuyn thường gặp trên máy công cụ vạn năng hiện nay, các phương pháp đo và các thiết bị cơ điện tử từ đó có những phân tích cụ thể để có những lựa chọn hợp lý ứng dụng trực tiếp trên một máy vạn năng cụ thể nhằm nâng cao độ chính xác dịch chuyển của máy này đồng thời nghiên cứu đưa ra những phương pháp để giảm sai số cho dụng cụ đo lựa... trình đo, theo đặc tính sử dụng và theo toạ độ đo Theo bản chất vật lý quá trình đo có dụng cụ đo cơ khí, quang học, khí nén, Theo đặc tính sử dụng có thiết bị đo vạn năng và thiết bị đo chuyên dùng Theo toạ đo có thiết bị đo một, hai hay ba toạ độ Việc lựa chọn phương tiện đo phụ thuộc vào đặc điểm sản phẩm, phương pháp đo và khả năng đáp ứng của thiết bị đo 1.1.6 Các chỉ tiêu đo lường Giá trị độ chia... Khái quát về các dụng cụ đo cơ khí Dụng cụ đo cơ khí là dùng để đo đạc, kiểm tra các thông số chế tạo nhằm đảm bảo độ tin cậy, an toàn khi sử dụng của các chi tiết cà máy móc cơ khí Các dụng cụ đo cơ khí còn được ứng dụng để đo các khoảng dịch chuyển trên các máy gia công, ví dụ như trên các máy vạn năng: Máy tiện, phay, khoan Các thông số cần kiểm tra như: Kích thước, khe hở, độ sâu, độ cao, tính đồng... chế tạo chi tiết cơ khí, khả năng dẫn điện, khả năng chịu lực nén, kéo, xoắn, đo chân không, đo áp suất, đo nhiệt độ Các dụng cụ đo cơ khí là các dụng cụ đo mang kết cấu cơ khí Các thiết bị đo này chủ yếu đo theo phương pháp đo tiếp xúc Phương pháp đo tiếp xúc là phương pháp đo giữa đầu đo và bề mặt cần đo tồn tại một áp lực gọi là áp lực đo Ví dụ như đo bằng dụng cụ cơ khí, quang cơ, điện tiếp xúc ... ngnh: Cụng ngh CTM phng phỏp o giỏn ti p cú giỏ thnh khụng quỏ cao m cỏc sai s gp phi khi o cú th khc phc c Trên thực tế hiện nay đã có nhiều máy vạn năng được ứng dụng thiết bị đo hiện đại để nâng cao độ chính xác của máy, chủ yếu là độ chính xác dịch chuyển, nhưng chưa thy một nghiên cứu phân tích cụ thể nào về nó Vì vậy ti: Nghiờn cu ng dng thit b o c in t cho mỏy cụng c vn nng nhm nõng cao chớnh... lượng cần đo và đại lượng được đo thì các dụng đo cơ khí có thể đo theo hai phương pháp là phương pháp đo trực tiếp và phương pháp đo gián tiếp 2.1.2 Một số dung đo cơ khí 2.1.2.1 Dụng cụ đo kiểu trực tiếp a Dụng cụ đo chuyển vị thẳng - Dụng cụ đo kiểu thước cặp S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Lun vn tt nghip thc s k thut 32 Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM Dụngc cụ đo kiểu... án đo, dụng cụ, thiết bị đo, đồ gá đo đảm bảo độ chính xác yêu cầu, đồng thời chi phí với giá thành phù hợp 1.3 Sai số của phép đo Mỗi phép đo đều có một sai số, cho dù nó được thực hiện trong điều kiện rất lý tưởng Sai số đo là sai lệch giữa giá trị đo đọc được trên chỉ thị của dụng cụ đo và giá trị thực của đại lượng đo Gọi x là giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và xt là giá trị thực của đại lượng đo, ... này làm cho vị trí đo ổn định vì thế kết quả đo tiếp xúc rất ổn định Dựa theo quan hệ giữa các giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và giá trị đại lượng đo thì các dụng cụ đo cơ khí chủ yếu dùng phương pháp đo tuyệt đối Phương pháp đo tuyêt đối là phương pháp đo mà giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo là giá trị đo được Phương pháp đo này đơn giản, ít nhầm lẫn nhưng vì hành trình đo dài lên độ chính xác khó... số dụng cụ đo nằm trong giới hạn chỉ số cho phép của nó Một số dụng cụ có thể có nhiều phạm vi đo và thường thì phạm vi đo lớn nhất có thể bằng phạm vi chỉ Lực đo là lực nén do trục của dụng cụ tác động lên vật đo trong phép đo tiếp xúc Sai số giới hạn là sai số lớn nhất cho phép Độ lệch chuẩn của dụng cụ đo là giá trị lớn nhất cho phép của độ lệch chuẩn các giá trị đo riêng rễ được thực hiện trên dụng. .. trên dụng cụ đo là giá trị đo được Phương pháp này đơn giản, do hành trình đo dài nên độ chính xác không cao Trong phương pháp đo so sánh, giá trị mẫu chỉ thị trên dụng cụ cho sai lệch giữa giá trị đo và giá trị mẫu chuẩn dùng khi chỉnh 0 cho dụng cụ đo Kết quả đo bằng tổng giá trị chuẩn và giá trị chỉ thị chỉ thị Dựa vào quan hệ giữa đại lượng cần đo và đại lượng được đo chia thành phương pháp đo trực . đoan Xuất phát từ thực tế với đề tài Nghiên cứu ứng dụng thiết bị đo Cơ điện tử cho máy công cụ vạn năng nhằm nâng cao độ chính xác dịch chuyển. Từ nghiên. thạc sỹ kỹ thuật Đề tài: 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 viên : Trần