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

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

*** - 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

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

MỤC LỤC

1.1 Các khái niệm cơ bản về đo lường 13

1.1.2 Đơn vị đo – Hệ thống đơn vị đo 13

1.2 Nguyên tắc cơ bản trong đo lường 16

1.2.2 Nguyên tắc chuỗi kích thước ngắn nhất 16

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

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

2.1.2.1 Dụng cụ đo kiểu trực tiếp 312.1.2.2 Dụng cụ đo kiểu gián tiếp 40

2.2 Các hệ thống đo dịch chuyển cơ khí sử dụng trên máy vạn năng 47

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

Chương III Dụng cụ đo và phương pháp đo dịch chuyển dùng thiết bị đo

3.1.1 Một số khái niệm liên quan đến phép đo vị trí 55

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

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

4.4 Kết luận chương 4 84

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

vµo n vµ x¸c xuÊt p

24

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ẢNH CHỤP

19 Hình 2.17 MÆt c¾t bµn dao ngang m¸y tiÖn 1K62 48

41 Hỡnh 3.17 Nguyên tắc hoạt động của đầu kích quang điện

Phần mở đầu 1 Tính cấp thiết của đề tài

bách của mọi nền sản xuất và mọi quốc gia trong đó có cả Việt nam Tuy nhiên việc

ngành cụng nghiệp cơ khớ nước ta cũn chưa nhiều, mà cỏc mỏy vạn năng thụng thường vẫn chiếm một số lượng lớn trong nền sản xuất cơ khớ Vỡ vậy việc nõng cao độ chớnh xỏc của cỏc mỏy vạn năng thụng thường 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 là rất cần thiết

ảnh hưởng khụng nhỏ tới độ chớnh xỏc gia cụng, nếu nõng cao được độ c hớnh xỏc

được thực hiện theo nguyờn lý chuyển đổi cơ khớ, dựng cơ cấu đếm cú khắc vạch chia như thước đo thẳng và thước đo vũng, nú cho độ chớnh xỏc khi đo chưa cao Để nõng cấp độ chớnh xỏc khi đo dịch chuyển t rờn mỏy cụng cụ, cú thể ứng dụng phương phỏp đo trực tiếp hoặc đo giỏn tiếp với thiết bị đo cơ điện tử

Phương phỏp đo trực tiếp là phương phỏp đo bỏm sỏt vị trớ cần đo hay cỏc

phương phỏp đo giỏn tiếp cú giỏ thành khụng quỏ cao mà cỏc sai số gặp phải khi đo

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,

cứu ứng dụng thiết bị đo cơ điện tử cho mỏy cụng cụ vạn năng nhằm nõng cao độ chớnh xỏc dịch chuyển” là đề tài cú khả năng hiện thực và cần thiết Qua đề tài

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 chọn, từ đó góp phần đáng kể nâng cao độ chính xác gia công của máy

2 í nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

a í nghĩa khoa học

đo cơ điện tử Cỏc phương phỏp đo dịch chuyển, và từ đú ứng dụng để nõng cao độ

b í nghĩa thực tiễn

Đề tài mang tớnh ứng dụng cao, kết quả nghiờn cứu của đề tài sẽ gúp phần

3 Phương phỏp nghiờn cứu

4 Đối tượng nghiờn cứu và phạm vi nghiờn cứu

4.1 Đối tượng nghiờn cứu:

4.1.1 Máy: máy công cụ vạn năng (Máy tiện ren vít vạn năng)

4.2 Phạm vi nghiên cứu:

5 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đề tài tập chung vào các phần sau:

công cụ vạn năng

5.2 Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp cải tiến độ chín h xác đo dịch

đề tài

máy tiện ren vít vạn năng

Thực chất đo lường là so sánh đại lượng cần đo với đơn vị đo để tìm ra tỷ lệ giữa chúng Độ lớn đối tượng đo được biểu diễn bằng trị số của tỷ lệ nhận được, kèm theo đơn vị đo dùng khi so sánh

Ví dụ:

Đại lượng cần đo là Q, đơn vị đo dùng so sánh là u Khi so sánh tỷ lệ giữa

uQ =

Phương pháp đo được xây dựng từ định nghĩa về thông số đo, là tập hợp cơ sở khoa học có thể thực hiện phép đo, trong đó nêu rõ nguyên tắc xác định thông số đo, các nguyên tắc này dựa trên mối quan hệ toán học hay vật lý có liên quan với đại lượng đo

b Cơ sở phân loại phương pháp đo

Dựa vào quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo chia thành phương pháp đo tiếp xúc, giữa đầu đo và bề mặt chi tiết có áp lực đo

Trong phương pháp đo không tiếp xúc, giữa đầu đo và chi tiết không tiếp xúc với nhau và không có áp lực đo

Dựa vào quan hệ giữa giá trị chỉ thị trên dụng cụ và giá trị đại lượng đo chia thành phương pháp đo tuyệt đối và phương pháp đo so sánh

Trong phương pháp đo tuyệt đối, giá trị thị 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 tiếp và phương pháp đo gián tiếp

Trong phương pháp trực tiếp, đại lượng được đo chính là đại lượng cần đo, phương pháp này có độ chính xác cao nhưng hiệu quả không cao

Trong phương pháp đo gián tiếp, đại lượng cần đo có quan hệ hàm số với đại lượng được đo

Kiểm tra thu nhận, để phân loại sản phẩm đạt và không đạt yêu cầu

Kiểm tra trong khi gia công, để theo dõi sự thay đổi kích thước kích thước chi tiết gia công -thông số đo Do đó, hệ thống điều khiển đưa ra tác động ngược vào hệ thống công nghệ, nhằm tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu

Căn cứ vào mức độ phức tạp của thông số kiểm tra chia thành kiểm tra yếu tố và kiểm tra tổng hợp

Kiểm tra yếu tố được thực hiện riêng với thông số mà nó có thể ảnh hưởng nhiều tới chất lượng sản phẩm

Trong kiểm tra tổng hợp, kiểm tra đồng thời sự ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng sản phẩm Phương pháp này thường được dùng để kiểm tra thu thập sản phẩm

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 là độ biến thiên của đại lượng đo ứng với chuyển vị của vật chỉ thị đi 1 vạch trên bảng chia độ

Khoảng chia vạch là khoảng cách giữa tâm hai vạch chia nhỏ nhất kề nhau trên thang chia

Độ nhạy E là tỷ số giữa độ biến thiên của đại lượng ra ∆y (đại lượng chỉ thị) và độ biến thiên của đại lượng vào ∆x (đại lượng đo) tương ứng

Khi sự thay đổi ở đầu vào và đầu ra có cùng tính chất vật lý, thì độ nhạy là đại lượng không thứ nguyên, được gọi là tỷ số truyền và được ký hiệu là K

Đường đặc trưng biểu thị mối quan hệ giữa đại lượng ra y và đại lượng vào x, cùng là quan hệ giữa chuyển vị của kim chỉ thị trên thang đo và độ biến thiên của đại lượng đo

Phạm vi chỉ là phạm vi của thang đo giới hạn bởi giá trị đầu vào và giá trị cuối thang Nếu kim chỉ nằm ngoài thang đo, cũng có nghĩa là nằm ngoài phạm vi chỉ

Phạm vi đo là một miền của phạm vi chỉ, trong đó sai 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 cụ đo

Hồi sai là chênh lệch giữa hai lần chỉ thị đối với cùng một kích thước đo khi kim chỉ thị di chuyển từ giá trị nhỏ hơn và từ giá trị lớn xuống đến kích thước đo này

Độ tản mạn số chỉ là chênh lệch lớn nhất giữa các giá trị trên dụng cụ đo khi phép đo tiến hành lặp lại nhiều lần với cùng một hướng di chuyển trục đo và trong cùng một điều kiện đo

1.2 các nguyên tắc cơ bản trong đo lường

1.2.2 Nguyên tắc chuỗi kích thước ngắn nhất

Khi đo gián tiếp kích thước, sẽ hình thành chuỗi kích thước đo từ sơ đồ đo, các kích thước này có quan hệ hàm với thông số cần đo Nếu chuỗi kích thước càng

ít khâu tham gia, thì độ chính xác phép đo càng cao Do đó có nghĩa là sơ đồ đo càng đơn giản, ít thông số đo, kết quả đo càng chính xác

1.2.3 Nguyên tắc chuẩn thống nhất

Nếu trong quá trình thiết kế, gia công và đo lường tuân theo nguyên tắc chuẩn thống nhất, thì kết quả đo đạt độ chính xác cao nhất

Tuy nhiên, trên thực tế không phải bao giờ cũng đạt được nhiều mong muốn là chuẩn thiết kế, chuẩn công nghệ và chuẩn đo lường trùng nhau Tuỳ thuộc vào độ chính xác yêu cầu, mà có quyết định phù hợp

1.2.4 Nguyên tắc kinh tế

Nguyên tắc tinh tế trong quá trình đo có nghĩa là việc lựa chọn phương 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, sai số ∆x sẽ được tính theo công thức sau:

xSai so tuong doi

Gia tri thuc∆=

Do ảnh hưởng của nhiều nguyên nhân, sai số đồng thời mang tính hệ thống và tính ngẫu nhiên

* Ngyên nhân và phân loại sai số đo

Nếu bỏ qua sai số rối, sai số bao đo bao gồm sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

Nguyên nhân gây ra sai số đo do: - Sai số của phương tiện đo; - Sai số của phương pháp đo;

- Tính chất vật lý và đo lường của đối tượng đo; - ảnh hưởng của môi trường đo;

- ảnh hưởng của người thao tác đo;

- ảnh hưởng do việc quy tròn số kết quả đo

1.3.1 Sai số hệ thống của phép đo

Khái niệm:

Sai số hệ thống được phân thành hai loại là sai số hệ thống không đổi và sai số hệ thống thay đổi theo quy luật hoặc không theo quy luật, nhưng có thể ước đoán được giá trị của chúng

Sai số hệ thống không đổi là sai số luôn xuất hiện với cùng trị số và dấu nếu điều kiện đo không thay đổi Vì nguyên nhân cũng như độ lớn của thành phần sai số này là xác định, nên có thể loại trừ sai số này khỏi kết quả đo Nếu một đại lượng y được xác định từ nhiều thành phần ∆x1, ∆x2, , ∆xn thì các thành phần sai số hệ thống không đổi ∆x1, ∆x2, , ∆xn sẽ được tính vào sai số hệ thống không đổi ∆y của phép đo Khi đó, sai số hệ thống không đổi được xác định thông qua phép đo lặp lại trên cùng một dụng cụ đo rồi tính giá trị trung bình hoặc xác định bằng dụng cụ đo chính xác hơn Tổng các thành phần sai số hệ thống không đổi của phép đo được gọi là độ không đúng và được hiệu chỉnh vào kết quả đo

Đối với phép đo trực tiếp, độ không đúng được xác định theo công thức:

∆y = ∑

Trong đó ∆j là sai số hệ thống không đổi của các giá trị đo xj , với j =1,2, , k Đối với phép đo gián tiếp hay so sánh, từ mối quan hệ giữa đại lượng cần tìm y với các đại lượng đo trực tiếp độc lập xj , với j = 1, 2, , k được thể hiện thông qua hàm y= f x x( 1, 2, ,xk) Các đại lượng đo độc lập xj chứa sai số hệ thống không đổi là ∆x1, ∆x2, , ∆xk

Nếu giả thiết ∆xj là rất nhỏ so với xj, độ không đúng ∆ =yf (∆ ∆x1, x2, ,∆xk)

Khi y= f x( )j là một hàm tuyến tính thì :

Nguyên nhân gây ra sai số hệ thống của phép đo:

Sai số hệ thống của phép đo xuất hiện do nhiều nguyên nhân khác nhau: - Sai số của mẫu kích thước: mỗi mẫu kích thước đều có sai số do chế tạo và độ mòn khi sử dụng Các sai lệch này còn có thể thay đổi cùng với thời gian

Sai số của dụng cụ đo: Do các chi tiết của dụng cụ đo có dung sai chế tạo, do các cơ cấu truyền động không tuyến tính hay do sai số lắp ráp, điều chỉnh,… gây nên

Ví dụ như sai số bước ren của panme, sai số bánh răng, thanh răng trong đồng hồ so, sai số tỷ lệ giữa chiều dài các đòn bẩy trong đồng hồ so chính xác kiểu cơ khí

Sai số nghiêng hay sai số Abbe, xuất hiện khi vật đo và mẫu kích thước không song song và đường sống trượt không thẳng

- ảnh hưởng của môi trường:

Trong các yếu tố ảnh hưởng của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí, trường điện từ thì ảnh hưởng của nhiệt độ có ý nghĩa quan trọng nhất đối với phép đo độ dài Nhiệt độ chuẩn được quy định là 20oC Vì vậy, sai số do sự chênh lệch nhiệt độ đo so với 20oC cần được tính toán và xử lý trong kết quả đo theo công thức :

.

llα t

Trong đó: l

biến dạng đàn hồi trong dụng cụ đo Giá trị hồi sai thường không ổn định, nhưng phải nằm trong một phạm vi nhất định.trong thực tế cần tính đên nó trong một phép đo như độ đro bằng đồng hồ so

- Lực đo: Trong phép đo theo kiểu cơ khí, luôn tồn tại một lực đo nhất định, để đẩy lớp không khí ở vị trí tiếp xúc và vượt lực ma sát trong dụng cụ đo Nhiều khi ảnh hưởng của những lực đo này ảnh hưởng đến những phép đo rất lớn, như gây ra hiện tượng biến dạng dẻo tại nơi tiếp xúc với vật đo, cũng như hiện tượng cong trụ gá dụng cụ đo

Độ biến dạng dẻo của chi tiết đo bằng thép, do lực đo gây nên, sẽ được tính theo định luật Húc

Q - Tiết diện đo(mm2)

Giá trị độ biến dạng dẻo phụ huộc vào dạng bề mặt tiếp xúc, nhám bề mặt và mô đun đàn hồi Sai số do độ biến dạng dẻo a do lực đo hay trọng lực của vật gây ra , được tính theo công thức Héc, với điều kiện vật đo bằng thép và bề mặt tiếp xúc với đầu đo được gia công theo phương pháp mài

l - Chiêu dài trụ (mm)

ảnh hưởng của độ biến dạng dẻo có giá trị đáng kể trong các phép đo so sánh giữa vạt đo dạng trụ hay bi có đường kính nhỏ với mẫu kích thước có mặt đo phẳng như căn mẫu song phẳng

Giá trị sai số hệ thống do độ biến dạng dẻo của vật đo luân luân âm có nghĩa là giá trị đo được nhỏ hơn so với giá trị thực của chi tiết đo

1.3.2 Sai số ngẫu nhiên của phép đo

Sai số ngẫu nhiên là sai số có tự số và dấu không xác định trong phép đo lặp Sai số này làm cho kết quả đo không ổn định

Nguyên nhân gây ra sai bsố ngẫu nhiên là do những biến thiên ngẫu nhiên ở chi tiết đo, mẫu kích thước, dụng cụ đo cũng như thay đổi về nhiệt độ nà khả năng thao tác của người đo

Sai số ngẫu nhiên tồn tại trong kết quả đo, nó được nhận biết thông qua sự dao động của kết quả đỏiêng rẽ Trong phép đo lặp do một người đo thực hiện trên cùng một dụng cụđo và đối với cùng một chi tiết đo

Sai số ngẫu nhiên được đặc trưng bằng sai số bình phương trung bình s, được xác định trên cơ sở các dao động của tất cả các giá trị đo riêng rẽ xung quanh giá trị trung bình của chúng trong phép đo lặp nhiều giá trị

Sai lệch bình phương trung bình s được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

xi – Giá trị của kết quả đo thứ i;

xm – Giá trị trung bình từ n giá trị đob riêng rẽ; n – Số lần đo lặp

Nếu tăng số lần đo n lên rất lớn (trên 200 lần) , thì sai lệch bình phương trung bình s sẽ đạt tới giá trị giới hạn và trở thành độ lệch chuẩn σ

Chú ý rằng , khi tính độ lệch chuẩn σ hay sai lệch bình phương trung bình s, cần phải quy tròn giá trị trung bình xm tới số thập phân đứng sau vị trí thập phân của giá trị đo riêng rẽ xi

2,6 2,5 2,7 2,7 2,3

+ 0,03 - 0,07 + 0,13 + 0,13 - 0,27

0,0009 0,0049 0,0169 0,0169 0,0729

6 7 8 9 10

2,5 2,8 2,7 2,3 2,6

+ 0,23 + 0,13 - 0,27 + 0,03

0,0049 0,0529 0,0169 0,0729 0,0009

Hình 1.1: Phân bố chuẩn của các giá trị đo riêng lẻ

Nếu sai số hệ thống đã được loại trừ , thì giá trị đo trung bình sẽ được bao bởi hai giới hạn của khoảng mà trong đó giá trị thực của đại lượng đo có thể xuất hiện với một xác suất p đã chọn Khi đó các giới hạn này được gọi là giới hạn tin cậy và phạm vi giữa chúng gọi là phạm vi tin cậy , trong đó có :

ntx +

Giới hạn tin cậy dưới : mSnntx −

ntV =±

Trong các công thức trên, t là hệ số có giá trị phụ thuộc vào xác xuất p và số lần đo n được chỉ dẫn trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Sự phụ thuộc của các giá trị t và

vào n và xác xuất p Số lượng các giá trị

riêng rẽ n

t

t

3 4 5 6 8 10 20 30 50 100 200 Trên 200

4,3 3,2 2,8 2,6 2,4 2,3 2,1 2,0 2,0 2,0 1,97 1,96

2,5 1,6 1,24 1,05 0,84 0,72 0,47 0,37 0,28 0,20 0,14 0

9,9 5,8 4,6 4,0 3,5 3,2 2,9 2,8 2,7 2,6 2,6 2,58

5,7 2,9 2,1 1,6 1,24 1,03 0,64 0,50 0,38 0,26 0,18 0 Trong kỹ thuật , thường chọn p = 95%

Kết quả phép đo được biểu diễn theo công thức: x = xm ± v với xác xuất P

1.4 tổng quan về sai số trên máy công cụ 1.4.1 Các nghiên cứu về sai số trên máy công cụ

chính gây ra các sai số chuyển động là sai số hình học, quá trình cắt, cơ cấu dẫn động và môi trường Mỗi lĩnh vực đã nhận được sự tập trung của nhiều nhà nghiên

các tác động của chúng đến sai số hình học đã được trình bày một cách phù hợp bởi Weck (1984a)

phân bố nhiệt độ trong chi tiết, phụ thuộc vào điều kiện tải và thời gian Chủ yếu có

người dùng giữ máy vài giờ khi chạy không tải để nhiệt độ của máy ổn định hay máy được giữ ở nhiệt độ không đổi bằng làm nguội hay sấy nóng Sai số do nhiệt được nghiên cứu bởi nhiều nhà nghiên cứu như Donmez (1986), và nhiều nhà nghiên cứu khác

tăng độ chính xác của máy, có hai phương pháp được áp dụng: Phương pháp thứ

chính xác cao hơn, có nhiều nỗ lực được dành cho thiết kế, chế tạo và bảo trì máy

để nhận được độ chính xác của máy cao hơn so với phương pháp sửa sai bằng phần mềm Sự sửa sai số tồn tại cũng có ưu điểm trong tránh chi phí mua máy mới (Duffie và CS 1985) Mou (1997) đã đề xuất việc nâng cao độ chính xác bằng phương pháp mở rộng hơn Một vài phương pháp có thể sử dụng kết hợp với nhau để nâng cao độ chính xác của máy với chi phí thấp: 1) Nâng cao các chi tiết kết cấu

Bù sai ngay trong quá trình và đo sai số chi tiết ngày trong quá trình gia công; 4) Bù

đo dịch chuyển là một hướng nhằm nâng cao hơn nữa độ chính xác của máy vạn năng

1.4.2 C¸c nguån g©y sai sè trªn m¸y c«ng cô

tác động đến độ chính xác của vị trí tương đối này Các nguồn gốc sai số khác là độ

dính, hệ thống điều khiển servo, lực cắt và rung động

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

- Sai lệch do lực cắt

được mô tả và có thể đoán được dựa trên các mô hình toán học Các sai số ngẫu

a Sai số hình học

này dễ bị các sai số trên, gây ra 21 loại sai số hình học

Các loại sai số này xuất phát từ sai số chế tạo và lắp ráp các chi tiết của máy

động của máy

Hình 1.2 Các nguồn gây sai số của máy công cụ (Anderson 1992)

trong một khoảng thời gian nào đó Trong sai số do lắp, giai đoạn thiết kế và lắp tác động nhiều đến độ chính xác của máy Tất cả các bộ phận trượt của máy cắt có liên

quan đến sai số quay quanh trục x, y và z Mặc dù các sai số góc rất nhỏ, sự khuyếch đại sai số này tại đầu dụng cụ là đáng kể

b Sai số do vít me

bằng vít me Vít me đai ốc có ma sát lớn hơn so với vít me bi

được dùng làm chuyển động cho do chuyển động tuyến tính

Sai số ngược lại xuất hiện t rong khi định vị xuất phát từ các hướng khác

sát

c Sống trượt

dẫn hướng, và do lực trong quá trình gá lắp

Một máy công cụ thường hoạt động ở trạng thái không ổn định về nhiệt do

chính trong máy công cụ xuất phát từ:

- Quá trình cắt và phoi kim loại

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

Giảm sai số do nhiệt trong quá trình thiết kế

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

số này khi thiết kế

Giảm sai số do nhiệt trong quá trình sử dụng

e Sai số do rung động tự do f Sai số do dao động cưỡng bức g Sai số do tự rung

h Sai số do tải tĩnh và động

k Sai số do các yếu tố môi trường

Trong chương này đã nghiên cứu, khảo sát các tổng quát về đo lường như: Phép đo, đơn vị đo, chỉ tiêu đo lường, các phương pháp đo và kiểm tra …Trên cơ sở đó đưa ra các nguyên tắc đo, kiểm tra và đánh giá các sai số đo cho từng phương pháp đo hợp lý Đồng thời khảo sát các sai số của các phép đo để từ đó hạn chế các

điện tử cho máy

Chương II: dụng cụ đo và hệ thống đo dịch chuyển cơ khí trên máy vạn năng

2.1 Các dụng cụ đo dịch chuyển cơ khí 2.1.1 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 nhất của vật liệu 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 … Áp lực 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 đảm bảo Nếu dựa vào quan hệ giữa các đại 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

Dụngc cụ đo kiểu thước cặp là một trong những loại dụng cụ đo, đo theo kiểu đo trực tiếp, tức là bám sát vị trí cần đo hay các biến đổi vị trí không cần qua dẫn động cơ khí trung gian Dụng cụ đo kiểu thước cặp gồm các loại thước cặp thông thường để đo trong, đo ngoài, thước cặp đo răng và các loại thước đo cao và lấy dấu Dụng cụ này gồm hai phần cơ bản: Thân thước mang thước chính gắn với đầu đo cố định và thước động mang thước phụ còn gọi là du xích, gắn với đầu đo động Khoảng cách giữa hai đầu đo là kích thước đo được đọc phần nguyên trên thước chính và phần lẻ trên thước phụ Điểm “0” của thước phụ là vật chỉ thị để đọc giá trị trên thước chính; sau đó quan sát thấy hai vạch nào trên thước chính và thước phụ trùng nhau thì vạch chia trên thước chính sẽ chỉ cho ta số đọc phần lẻ trên thước phụ

Nói chung, thước chính có giá trị chia độ là 1 mm Giá trị chia của thước là giá trị chia của thước phụ, giá trị này phụ thuộc vào cấu tạo của từng thước, cơ bản là độ lớn của khoảng chia và số vạch chia trên thước phụ Hình 2.2 mô tả cấu tạo các kiểu thước Gọi khoảng chia trên thước chính là a, nếu muốn giá trị chia độ trên thước phụ thuộc là c thì vạch chia trên thước phụ thuộc sẽ là n với:

Bởi vậy muốn thước chính có a =1 mm, nếu thước phụ có 20 vạch thì giá trị chia độ của thước c =

=

= 0.05 mm Trên hình 2.2 c, d, e là cấu tạo thước phụ có c = 0.1 mm, c = 0.05 mm, c = 0.02 mm Giá trị đọc trên hình 2.2b là 63.6 mm

Hỡnh 2.1 Thước cặp

Hình 2.2 Cấu tạo của thước phụ

Để đọc số dễ dàng, chuyển vị của thước động có thể thông qua bộ truyền bánh răng – Thanh răng làm quay kim chỉ thị của đồng hồ trên bảng chia với khoảng chia lớn Loại thước cặp có đồng hồ này có thể có giá trị chia đến 0.01 mm Chuyển vị của thước động có thể đưa vào bộ đếm cơ khí để tạo ra thước cặp hiện số cơ khí Ngoài ra còn tạo ra loại thước cặp hoặc thước đo cao hiện số kiểu điện tử bằng cách gắn thang chia chính trên thước tĩnh, đầu đọc trên thước động Loại thước này có thể gắn với bộ xử lý điện tử để cho ngay kết quả đo Giá trị thước chia này đến 0.01 mm

Hình 2.3 Các kiểu thước kẹp

- Dụng cụ đo kiểu Panme

Dụng cụ đo kiểu panme là loại dụng cụ đo có dùng bộ truyền Vít - đai ốc để tạo chuyển động đo Đầu đo động được gắn với trục vít và đai ốc gắn với giá cố định Thông thường bước ren vít p = 0.5 mm

Trên hình 2.4, 3 là trục vít mang đầu đo động Khi xoay nắm vặn, trục vít sẽ vừa quay vừa tịnh tiến Chuyển vị của đầu đo được đọc nhờ bộ du xích vòng Thước chính gồm hai thang chia có giá trị chia 1mm đặt so le 0.5 mm trên tang chia gắn với giá 1, thước phụ là một thang chia tròn trên bạc 6 Khi xoay nắm 8 trục vít sẽ quay và tịnh tiến đồng thời bạc 6 cũng quay và tịnh tiến

theo Mép côn của bạc chia 6 sẽ là vật chỉ thị cho phần đọc thô đến 0.5 mm, còn vạch ngang trên thước chính sẽ chỉ thị cho ta số đọc lẻ trên bạc chia 6

Cần chú ý: Trong núm vặn 8 có cơ cấu cóc để đảm bảo lực đo cho dụng cụ Khi áp lực đo đã đủ, cóc sẽ trượt Không cho phép quay bạc 6 khi đo, vì sẽ làm tăng áp lực đo, nếu vặn quá có thể làm bạc 6 xoay tương đối với trục vít làm sai kết quả đo và sai điểm “0” của dụng cụ

Giá trị chia độ của Panme phụ thuộc vào bước ren vít, đường kính tang chia và số vạch chia trên bạc 2:

1- Gía, 2- Đầu đo cố định, 3 – Trục vít, 4 – Bạc, 5 - Đai ốc, 6 – Bạc du xích, 7 – Bạc nắm vặn, 8 – Núm vặn, 9 – Chốt cóc,

10 – Lò xo, 11 – Vít hãm, 12 – Chốt hãm, 13 – Khóa hãm

c =

Hình 2.5 Các kiểu panme

Khoảng chia phụ là a a =

Với d là đường kính tang chia

Khi tăng d, tăng số vạch n, gía trị chia sẽ nhỏ đi Thông thường dùng bước vít p = 0.5, n = 50 sẽ có c = 0.01 mm

Với kiểu kết cấu này thường chỉ dùng c = 0.01mm, khi tăng d có thể dùng c = 0.005 mm

Các dụng cụ đo kiểu Panme như: Panme thường loại đo ngoài và đo trong, panme đo răng, panme đo ren, panme đo sâu, panme đo chiều dày thành ống …Hình vẽ 2.5 mô tả các loại panme đo

Để giảm sai số tích lũy của truyền động ren vít, panme chỉ dùng hành trình hạn chế là 25 mm Vì thế mỗi panme chỉ có một phạm vi đo xác định, ví dụ: 0 – 25, 25 – 50, 50 – 75 … chỉ cho phép hoạt động trong phạm vi đã ghi trên giá Ngoài kiểu đọc số theo du xích vòng, panme cũng có loại đọc số theo kiểu hiện số cơ khí hoặc điện tử

Hình 2.6 Cấu tạo panme đồng hồ

1 - Giá, 2 – Đầu đo động, 3 - Đòn bẩy, 4 - Cơ cấu nâng hạ đầu đo, 5 - Khóa hãm, 6 - Đai ốc điều chỉnh, 7 – Trục vít, 8 – Bạc du xích, 9 – Tang chia, 10 - Kim

chỉ thị, 11 – Bảng chia, 12 – Cung răng, 13 – Nút chỉnh lực đo

Để nâng cao độ chính xác của panme người ta dùng loại panme đồng hồ như hình 2.6 Trong đó, trục panme gắn với đầu đo bán động 7 Đầu đo này được điều chỉnh theo phần nguyên của kích thước đo, phần lẻ của kích thước được đọc nhờ đồng hồ Chuyển vị của đầu đo động 2 thông qua bộ truyền đòn – bánh răng được kim chỉ ra trên bảng 11 Kết cấu này có gía trị chia c = 0.002 mm

b Dụng cụ đo góc

Dụng cụ đo góc theo phương pháp đo trực tiếp là dựa trên cơ sở hệ tọa độ cực, trong đó gốc tọa độ cực là tâm quay của yếu tố mang mặt đo, còn véctơ gốc gắn với yếu tố mang mặt chuẩn Tọa độ mặt đo được chỉ ra trên bảng chia độ góc gắn với yếu tố chuẩn Tại vị trí “0”, mặt đo trùng với mặt chuẩn, vectơ Ox chỉ “0” Khi đo góc α là góc giữa AB và CD, ta đặt AB ≡ MC, xoay Ox ≡ CD, vật chỉ thị sẽ chỉ cho ta số góc α trên bảng chia

Đây là nguyên tắc cơ bản để thiết kế các dụng cụ đo góc như: Thước đo góc, thị kính đo góc, bàn xoay đo góc trong các thiết bị đo góc …

Các thước đo góc thông dụng có dạng như hình vẽ sau:

Hình 2.7 Dụng cu đo góc cơ khí

Độ chính xác của phương pháp đo này phụ thuộc vào độ đồng tâm của bảng chia với tâm quay của mặt đo Đây là điểm hạn chế cơ bản của phương pháp đo góc trực tiếp khi muốn đạt độ chính xác cao Để đo góc có độ chính xác cao hơn người ta dùng thị kính đo góc gắn trên kính hiểm vi dụng cụ hoặc các máy đo góc chuyên dùng

Trên hình 2.8 mô tả nguyên tắc làm việc của thị kính đo góc ảnh của chi tiết được tạo trên mặt ảnh của vật kính trên hệ hiểm vi I Tại đây, người ta đặt kính chuẩn KC1 mang vạch chuẩn chữ thập và kính chuẩn KC2 lắp đồng tâm và cố định với nhau KC1 và KC2 được lắp với vành răng côn và xoay được nhờ nắm vặn mang bánh răng côn Kính thị được lắp trên máy đo hai tọa độ xOy

Hình 2.8 Nguyờn tắc làm việc của kớnh đo gúc

Khi đo ta điều chỉnh cho tâm vạch chuẩn nằm nên mép ảnh AB, xoay cho aa

là α = α2- α1 Bàn xoay mang chi tiết đo là lăng kính ABC Khi đo ta xoay bàn mang chi tiết cho AB hướng về chùm ánh sáng tới

S2 CT

ba

Xoay II cùng với bàn xoay sao cho i = i’ thì ảnh của kính chuẩn KCl trùng

Trị số = ϕ2 - ϕ1 là góc đo giữa hai pháp tuyến của mặt AB và AC Trị số góc đo α = 1800 - ϕ

Trong máy đo góc, hệ I và II có thể được thay bằng một ống nhòm tự chuẩn trục Trong trường hợp này, vị trí ngắm chuẩn tương ứng với trạng thái trục quang của hệ trùng với phương pháp tuyến của bề mặt đo đang ngắm Phương pháp tính kết quả đo không có gì thay đổi

2.1.2.2 Dụng cụ đo kiểu gián tiếp

Dụngc cụ đo kiểu gián tiếp là các dụngc cụ đo theo phương pháp đo gián tiếp tức là trong đó đại lượng được đo không phải là đại lượng cần đo hay các biến đổi vị trí phải qua các bộ dẫn động cơ khí trung gian

a Dụng cụ đo chuyển vị thẳng

Đồng hồ so là loại dụng cu đo chuyển vị theo kiểu đo gián tiếp, chuyển đổi

từ dịch chuyển thẳng sang dịch chuyển góc của kim chỉ thị thông qua các bộ truyền

CBα

KC1

KC1

A

Vị trí ngắm chuẩn