Cơ sở đảm bảo độ chính xác của phép đo sai lệch độ tròn trong ngành chế tạo cơ khí

I BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thành Trung CƠ SỞ ĐẢM BẢO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHÉP ĐO SAI LỆCH ĐỘ TRỊN TRONG NGÀNH CHẾ TẠO CƠ KHÍ Chuyên ngành : Cơ khí xác Quang học LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Cơ khí xác Quang học NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Vũ Toàn Thắng Hà Nội – Năm 2010 II LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tồn tính tốn, phân tích kết thực nghiệm luận văn thực hướng dẫn TS Vũ Toàn Thắng Học viên Nguyễn Thành Trung III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT SPL – Second Point Location PSD – Points Sequence Direction SFP – Select Four Points CW – Clockwise CCW – Counter Clockwise LSC – Least Square Circle MCC – Minimum Circumscribed Circle MIC – Maximum Inscribed Circle MZC – Minimum Zone Circle DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Tọa độ x y (mm) điểm liệu sử dụng để giải thích thuật tốn ………………………………………………………… Trang 16 IV DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Nghiền đĩa chi tiết méo cạnh …………………………………… Hình 1.2 Lỗ méo cạnh khoan …………………………………………… Hình 1.3 Lỗ bị méo doa …………………………………………………… Hình 1.4 Sóng méo xoắn tiện mài ……………………………………… Hình 1.5 Dao tiện khơng cứng vững gây nên sóng méo ……………………… Hình 1.6 Hình dạng lưỡi cắt ảnh hưởng đến sai lệch độ trịn ………………… Hình 1.7 Dao phay khơng cứng vững gây nên song méo ……………………… Hình 1.8 Độ tròn ổ trượt ảnh hưởng đến hoạt động …………… Hình 1.9 Các phương pháp xác định đường tròn bao ……………………… Hình 1.10 Định nghĩa sai lệch độ trịn theo TCVN … ………………………… Hình 2.1 Chi tiết với số cạnh méo khác ………………… …………… 10 Hình 2.2 Đo độ trịn khối V ……………………………………………… 11 Hình 2.3 Chi tiết méo cạnh gá lên khối V 60o ………………………… Hình 2.4 Cách xác định vị trí P so với đường thẳng P P ………………… Hình 2.5 Sự tính tốn hướng điểm ……………………………… 12 Hình 2.6 Đường trịn bình phương tối thiểu …………………………………… 20 Hình 2.7 Các thủ tục thuật tốn OCH ……….…………………………… 22 Hình 2.8 Các thủ tục thuật tốn MCC ………… ………………………… 23 Hình 2.9 Tính tốn sai lệch độ tròn sử dụng phương pháp MCC MIC …… 24 Hình 2.10 Các thủ tục thuật tốn ICH ……………………………………… 26 Hình 2.11 Các thủ tục thuật tốn MIC …………………………………… 27 Hình 2.12 Xây dựng hai đường tròn đồng tâm sử dụng điểm ………….… 29 Hình 2.13 Các đường trịn đồng tâm tạo thành từ mơ hình 2-2 ………… 30 Hình 2.14 Sự thay đổi điểm đường tròn bé mơ hình 2-2 …… 32 Hình 3.1 Mơ hình máy đo độ trịn ……………………………………………… 35 15 16 V Hình 3.2 Bàn quay máy đo độ trịn ………………………………………… 36 Hình 3.3 Chi tiết bị nghiêng đặt lên bàn quay …………………………… 37 Hình 3.4 Nguyên lý chỉnh tâm chi tiết song song với tâm quay ……………… 38 Hình 3.5 Méo hai cạnh …………… …………………………………………… 40 Hình 3.6 Méo ba cạnh ……….……………… ………………………………… 42 Hình 3.7 Méo bốn cạnh …………… ………………………………………… 42 Hình 3.8 Biến thiên bán kính lệch tâm ……………………………………… 42 Hình 3.9 Sai độ lệch tâm …………………………………………………… 47 Hình 3.10 Sai máy ………………………………………………………… 48 Hình 3.11 Sai trình chế tạo vật liệu …… …………………………… 48 Hình 3.12 Chi tiết đặt lệch tâm so với trục quay … …………………………… 51 Hình 3.13 Hình ảnh phóng đại điểm P ………………………………………… 51 Hình 3.14 Phương pháp tam giác ………… ………………………………… 54 Hình 3.15 Phương pháp đảo ngược cải tiến ……………… …………………… 59 VI MỞ ĐẦU Các chi tiết khí có dạng bề mặt tròn xoay (piston, xy lanh, trục khuỷu, ổ bi, thấu kính …) chiếm tỷ lệ lớn, sai lệch độ tròn ảnh hưởng lớn đến lắp ráp chi tiết khả làm việc chúng Do đó, khối lượng cơng việc đo sai lệch độ tròn lớn quan trọng Hiện nay, tài liệu tiếng Việt phân tích kỹ lưỡng phương pháp đo sai lệch độ tròn truyền thống đo theo phương pháp tiếp điểm, đo khối V [3] Tuy nhiên phương pháp đo sai lệch độ trịn khơng truyền thống đo máy đo tọa độ CMM, đo máy đo độ tròn Roundtest số điểm chưa rõ ràng Ví dụ, hầu hết máy đo tọa độ máy đo độ tròn sử dụng đường trịn bình phương tối thiểu để tính sai lệch độ trịn Nhưng phương pháp khơng đáp ứng điều kiện thực tế chi tiết, phương pháp khác (đường trịn ngoại tiếp bé nhất, đường tròn nội tiếp lớn nhất, đường tròn miền tối thiểu) lại phức tạp tính tốn xử lí liệu nên khơng sử dụng Do luận văn tổng hợp, phân tích kỹ lưỡng đưa sở để đảm bảo độ xác phương pháp đo sai lệch độ truyền thống không truyền thống VII MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa I Lời cam đoan II Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt III Danh mục bảng III Danh mục hình vẽ, đồ thị IV MỞ ĐẦU VI CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ SAI LỆCH ĐỘ TRÒN 1.1 Các nguyên nhân gây sai lệch độ tròn 1.2 Ảnh hưởng sai lệch độ tròn đến khả làm việc chi tiết khí 1.3 Định nghĩa sai lệch độ tròn CHƯƠNG II - ĐO SAI LỆCH ĐỘ TRÒN THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG 2.1 Phương pháp đường kính 10 10 2.2 Phương pháp đo khối V 11 2.3 Phương pháp đo máy đo tọa độ 12 2.3.1 Cách đo sai lệch độ tròn máy đo tọa độ 12 2.3.2 Thuật tốn xác định đường trịn bình phương tối thiểu-LSC 17 2.3.3 Thuật tốn xác định đường trịn ngoại tiếp nhỏ nhất-MCC 21 2.3.4 Thuật toán xác định đường trịn nội tiếp lớn nhất-MIC 24 2.3.5 Thuật tốn xác định đường tròn miền tối thiểu-MZC 28 CHƯƠNG III – ĐO SAI LỆCH ĐỘ TRÒN TRÊN MÁY ĐO ĐỘ TRÒN 34 3.1 Giới thiệu máy đo độ tròn 34 3.2 Các phương pháp xác định tâm chi tiết 39 3.2.1 Phương pháp khai triển Fourier 3.2.1.1 Mô tả độ cạnh chi tiết 3.2.1.2.Sự tham gia độ lệch tâm e vào biến thiên bán kính đo 39 39 42 VIII 3.2.1.1 Khai triển Fourier số đo biến thiên bán kính 43 3.2.2 Phương pháp xấp xỉ limacon 50 3.2.3 Phương pháp tam giác 54 3.3 Phương pháp khử độ lệch tâm khỏi tín hiệu đo 58 KẾT LUẬN …………………………………………………………………… 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………… 62 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ SAI LỆCH ĐỘ TRÒN 1.1 Các nguyên nhân gây sai lệch độ tròn Khảo sát kết gia cơng chi tiết khí nước ta giới rằng: gia công bề mặt trụ khoan, doa, tiện, mài, mài nghiền v.v…đều có khả sinh bề mặt mà tiết diện vng góc với trục chúng khơng trịn Có thể dẫn nhiều thí dụ sau: Đĩa ω1 A r A a a+2r r Đĩa ω2 Đĩa giữ chi tiết Chi tiết a+r Chi tiết méo cạnh Chi tiết trịn b) A-A a) c) Hình 1.1: Nghiền đĩa chi tiết méo cạnh - Ở nguyên công cuối Piston bơm cao áp gia công mài nghiền máy mài nghiền dạng đĩa hình 1.1.a nhằm đạt đến sai lệch độ tròn cho phép 0,0005 suốt chiều dài Piston: kết cho thấy có chi tiết méo cạnh lớn hình 1.1.b mà đĩa nghiền giữ nguyên khoảng cách (a+2r) thể gia cơng chi tiết trịn có Φ=a+2r Các nhà công nghệ rằng: phương pháp mài nghiền hai “lưỡi cắt” có ẩn chứa nguy sinh chi tiết méo cạnh mà tiếp tục gia cơng đến khơng làm giảm độ méo Kết luận ln đồng với kết đo lường là: phương pháp đo tiếp điểm hình 1.1c hồn tồn khơng phát méo cạnh Khi quay chi tiết vòng, ta thấy thị đồng hồ so khơng thay đổi cho chi tiết có tiết diện “siêu trịn” Ở mức độ thơ thường gặp, khoan lỗ mũi khoan me cắt sinh lỗ méo cạnh P Py A' Px Py Py Px A Pz A' Px Px 20µm A Pz Hình 1.3: Lỗ bị méo doa Hình 1.2: Lỗ méo cạnh khoan hình 1.2 Khi doa lỗ dao doa cạnh sinh lỗ méo cạnh hình 1.3 - Trong q trình gia cơng phương pháp tiện hay mài, trục dẫn động đai làm cho tốc độ quay trục khơng cộng với khe hở ổ Dao tịnh tiến Φ max Chi tiết quay Hình 1.4: Sóng méo xoắn tiện mài ... QUAN VỀ SAI LỆCH ĐỘ TRÒN 1.1 Các nguyên nhân gây sai lệch độ tròn 1.2 Ảnh hưởng sai lệch độ tròn đến khả làm việc chi tiết khí 1.3 Định nghĩa sai lệch độ trịn CHƯƠNG II - ĐO SAI LỆCH ĐỘ TRÒN THEO... pháp xác định sai lệch độ trịn ∆trịn khơng xác định độ cạnh chi tiết 3.3 Phương pháp khử độ lệch tâm khỏi tín hiệu đo Máy đo độ trịn u cầu có ổ quay với độ xác chuyển động cao Có thể nói độ xác đo. .. Tuy nhiên phương pháp đo sai lệch độ trịn khơng truyền thống đo máy đo tọa độ CMM, đo máy đo độ tròn Roundtest số điểm chưa rõ ràng Ví dụ, hầu hết máy đo tọa độ máy đo độ tròn sử dụng đường trịn