Thạc Sĩ Nghiên cứu nâng ca o độ chính xác gia công chi tiết hình dáng hình học phức tạp trên trung tâm gia c

PHẦN MỞ ĐẦU



1. Tí nh c ấp thi ết của đề tài

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 sản xuất và đặc biệt là độ chính xác hình dáng hình học của sản phẩm. Vì vậy, các công nghệ gia công truyền thố ng trên các máy vạn năng khó đáp ứng tốt được nhu cầu ngày càng cao này và do đó sự cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường bị hạn c hế. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển và nghiên cứu c ác công nghệ mới nhằm nâng cao độ chính xác hình dáng hì nh học nói riêng, nâng cao chất lượng sản phẩm c hế tạo nói chung.
Xuất phát từ t hực tế trường Đại học Kỹ t huật công nghiệ p đ ã đầu tư tr ung t âm gia công VMC- 85S, máy đo toạ độ 3 chiều CMM. Để nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng c ủa các hệ t hống thiết bị kỹ thuật này vào chương trình đào tạo đ ại học, sau đ ại học, nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ và khai thác ứng dụng vào quá trình sản xuất , gi a công c ác sản phẩm có độ phức tạp và độ chính xác gia công cao thì việc thực hiện đề t ài: “Nghiên cứu nâng ca o độ chính xác gia công chi tiết hình dáng hình học phức tạp trên trung tâm gia công 3 trục CNC bằng phương pháp bù sai số” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao.


2. Ý nghĩ a kho a học và thực ti ễn của đề t ài

Việc gia công các chi tiết hình dáng hì nh học phức t ạp với độ chí nh xác c ao thường được áp dụng nhiều trên c ác trung t âm gi a công. Tuy nhiên quá trình gia công luôn luô n không hoàn hảo và gây sai số gi a công. Do đó, nâng c ao độ chính xác gia công trên các trung tâm gi a công là một trong những nhiệm vụ quan trọng của ngành chế tạo máy. M ặt khác, trong thực tế sản xuất hiện nay thì vấn đề bù sai số gia công trên các các trung tâm gia công b ằng phương pháp t ác động vào quá trình điều khiển vẫn là vấn đề mới và phức tạp. Do đó, hướng nghiên cứu xây dựng chương trình bù s ai số gia công trên trung tâm gia công nhằm nâng c ao độ chính xác gi a công c ác chi tiết hình dáng hình học phức tạp l à một công việc cần thiết và có ý nghĩ a khoa học cao.
Ngo ài ý nghĩa khoa học trên, đề tài còn mang tính ứng dụng, phục vụ trực tiếp cho đào tạo, chuyển gi ao công nghệ của nhà trường và đặc biệt là ứng dụng vào thực tế sản xuất gia công các chi tiết hình dáng hình học phức tạp với độ chính xác gia công cao hơn.


3. Mục đí ch nghi ên cứu

- Khai t hác tính năng công nghệ của máy CMM – C544 và tr ung tâm gia công

VMC – 85S;

- Ứng dụng công nghệ Scanni ng để tạo mô hình CAD của sản phẩm và kiểm tra

độ chính xác gia cô ng;

- Nâng cao độ chí nh xác hì nh học của s ản phẩm;

- Phục vụ cho đ ào tạo, nghiên cứu khoa học và chuyể n giao công nghệ trong nhà

trường;

- Ứng dụng vào thực tế sản xuất công nghiệp hiện nay.

4. Phương pháp nghi ên cứu

Nghiên cứu l ý t huyết kết hợp với t hực nghiệm nhưng chủ yếu là thực nghiệm.

* Đối tượng ng hi ên cứu:

Sản phẩm có hình dáng hì nh học phức tạp.

* Thi ết bị thực nghi ệm:

+ Máy đo toạ độ 3 chiề u CMM - C544 - Tr ường ĐH Kỹ t huật Công nghiệ p;

+ Trung tâm gia công VMC - 85S - Tr ường ĐH Kỹ thuật Cô ng nghiệp;

+ Các phần mề m đo, xử lý dữ liệu, thiết kế CAD/CAM và tr uyề n t ải dữ liệu

DNC.



MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 11



Chương I


TỔNG QUAN VỀ BÙ SAI SỐ CHO MÁY CÔNG 14

CỤ CNC


1.1 Các phương pháp bù sai số cho c ác máy CNC 14

1.1.1 Mô hì nh bù 14

1.1.1.1 Thêm mo dul phần mềm 15

1.1.1.2 Biến đổi các thô ng số điều khiển 16

1.1.1.3 Biến đổi Post Processor (PP) 16

1.1.1.4 Biến đổi chương trình NC 17

1.1.2 Bù sai số với các bộ điều khiển 17

1.1.2.1 Thêm modul phần mềm mới 18

1.1.2.2 Cài đ ặt bộ điều khiển phần cứng độc lập 18

Giới thiệu một vài nghiên cứu bù sai số ở trong nước và trên 19 thế giới
Các công trình ở trong nước 19

Công trình của c ác tác gi ả nước ngoài 20

1.2.2.1 Bù sai số hình học do lực c ắt cho máy phay 3 trục CNC 20

1.2.2.2 Bù sai số hình học cho trung tâm gia công đứng 23

1.2.2.3 Bù sai số cho tr ung t âm gi a công nhiề u trục 23

1.3 Kết luận chương I 25


Chương II
PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PH ẦN SAI SỐ VÀ CÁC 26

NGUYÊN NHÂN G ÂY SAI SỐ


2.1 Độ chính xác gi a công 26

2.2 Các nguồ n sai số của máy công cụ 28

2.2.1 Sai số hình học 29

2.2.2 Sai số do vít me 32

2.2.3 Sai số do sống trượt 32

2.2.4 Sai số do ổ đỡ 33

2.2.5 Sai số do nhiệt 33

2.2.6 Sai số do rung động tự do 35

2.2.7 Sai số do tải tĩnh và động 35

2.2.8 Sai số do hệ thống điều khiển truyề n động ser vo 36

2.3 Kết luận chương II 37

Chương III HỆ THỐNG BÙ SAI SỐ G IA CÔNG 39

3.1 Hệ thống t hiết bị t hí nghiệm 39

3.1.1 Tr ung tâm gia công VMC - 85S 40

3.1.2. Máy đo toạ độ 3 chiề u CMM - C544 40

3.1.2.1 Cấu hình cơ bản của máy 40

3.1.2.2 Tí nh năng kỹ thuật cơ bản 43

3.1.3 Phần mềm t hiết kế CAD/ CAM 44

3.1.3.1 Thiết kế với sự trợ giúp c ủa máy tính CAD 45

3.1.3.2 Sản xuất với trợ gi úp của máy tí nh CAM 47

3.2. Thực nghiệm gia công trên máy VMC-85S 50

3.2.1 Thiết kế CAD/ CAM 50

3.2.1.1 Biên dạng và kích t hước gia công 50

3.2.1.2 Lập trình nguyên công 51

3.2.2 Tr uyền c hương trình s ang máy CNC 55

3.2.3 Điều chỉ nh máy 57

3.2.3.1 Thiết lập gốc toạ độ phôi 57

3.2.3.2 Thiết lập c ác tham số bù dao 57

3.2.3.3 Gia công c ắt gọt 58

3.3 Đo sai số gia công trên máy CMM - C544 59

3.3.1 Gá đặt chi tiết 59

3.3.2 Khởi động và kiểm tr a hệ thống 59

3.3.3 Hiệu chuẩn đầu đo 60

3.3.4 Lập hệ toạ độ của chương trình đo 61

3.3.5 Scan biên dạng t hực 62

3.4 Cơ sở dữ liệu scan bề mặt 63

3.4.1 Mô hì nh mặt lưới quét hì nh 63

3.4.2 Mô hì nh mặt lưới đ a t hức t ham số 66

3.4.2.1 Mô hì nh mặt lưới đ a t hức chuẩn tắc 66

3.4.2.2 Mô hì nh mặt lưới Ferguson 67

3.4.2.3 Mô hì nh mặt lưới Bezier 69

3.4.2.4 Mô hì nh mặt lưới B-spli ne đều 70

3.5 Xử l ý dữ liệu đo 70

3.5.1 Xây dựng lưới tam giác Gergory từ các đ ám mây điểm 71

3.5.2 Xây dựng lưới điểm theo mặt B-spline 73

3.5.3 Đơn gi ản hoá lưới tam giác 75

3.6 Xây dựng đường tròn t heo biên dạng đo 75

3.6.1 To ạ độ tâm và bán kí nh đường tròn qua ba điểm đo 75

3.4.5 To ạ độ tâm và bán kí nh đường tròn qua toạ độ của n điểm đo 77

3.7 Bù sai số gia công 79

3.7.1 Phân tích s ai số gi a công 79

3.7.2 Bù sai số gia công 82

3.7.3 Bù chương trình NC bằng phần mềm CAD/ CAM 82

3.8 Sản phẩm ứng dụng 85

Chương 4 KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

CÁC TỪ VIẾT TẮT

CMM Coordinate Meas uring Machi ne Máy đo toạ độ 3 chiề u
Co-or. Sys Coordinate System Hệ toạ độ
VMC Vertical Mac hini ng Ce nter Tr ung tâm gia công đứng
CAD Computer Ai ded Design
CAM Computer Ai ded Manufact uring

Thiết kế với trợ gi úp của máy tính
Sản xuất có trợ gi úp của máy

tính


CNC Computer Numerical Control Điều khiể n số bằng máy tính

3D 3 Dimension 3 chiều

PP Post Processor Hậu xử lý

CL Cutting Location Đường dụng cụ

SW Software Phần mềm

I/O Input/Output Vào/ Ra

PC Personal Computer Máy tính c á nhân

PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển PLC

Phương pháp phần tử hữu

FEM Finite Eleme nt Met hods

CAP Computer Ai ded Pl anning


hạn


CAPP

Computer Ai ded Process

Planning

công nghệ


CAQ Computers Aide d Quality Control

DNC Direct Numerical Control Điều khiể n số trực tiếp




DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ



Hình 1.1 Hệ thống bù s ai số của máy công cụ 15

Hình 1.2 Các t hành phần c ủa Post Processor 16

Hình 1.3 Các t hành phần c ủa bộ biến đổi mã NC 17

Hình 1.4 Cấu tr úc 3-80-30 của mô hì nh sai số 20

Hình 1.5 Cấu tr úc 4-20-3 của mô hình s ai số do lực c ắt 21

Hình 1.6 Cấu tr úc 7-110-3 của mô hì nh sai số tổng hợp 21

Hình 1.7 Hệ thống bù s ai số cho trung tâm gia công đứng 22

Hình 1.8 Bù sai số bằng phần mềm cho máy công cụ nhiều trục CNC 24

Hình 1.9 Bù sai số bằng chương trình NC 24

Hình 2.1 Độ chính xác gi a công 27

Hình 2.2 Sai số tổng hợp c ủa máy công cụ 29

Hình 2.3 Các t hành phần s ai số tổng hợp 30

Hình 2.4 Kho ảng c ách tr ục vítme - bàn máy 31

Hình 2.5 Hệ thống phản hồi của máy công cụ 36

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ thực nghiệm 39

Hình 3.2 Cấu t ạo máy CMM 41

Hình 3.3 Các loại đầu đo cho máy CMM 42

Hình 3.4 Biên dạng gia công thực 50

Hình 3.5 Khai báo phôi, vật liệu, hệ điều khiể n 51

Hình 3.6 Thiết lập c ác thô ng số công nghệ 52

Hình 3.7 Mô phỏng chươ ng trình gi a công 53

Hình 3.8 Giao diện DNC 56

Hình 3.9 Các t ham số DNC 56

Hình 3.10 Tr uyền và nhận c hương trình 57

Hình 3.11 Phần mềm Geopak 59




Hình 3.12 Hiệu chuẩn đầu đo 60
Hình 3.13 Đo sai số thực nghiệm 61
Hình 3.14 Thiết lập c ác thô ng số đo 62
Hình 3.15 Dữ liệu đám mây điểm 63
Hình 3.16 Mặt quét hì nh song song 64
Hình 3.17 Mặt quét hì nh tròn xoay 65
Hình 3.18 Mặt cong quét hì nh phi t ham số 65
Hình 3.19 Mặt lưới đa thức c huẩn bậc ba 67
Hình 3.20 Mặt lưới Fer guson 68
Hình 3.21 Mặt lưới Berier bậc 3 kép 69
Hình 3.22 Mặt lưới B- Spli ne đều bậc 3 kép 70
Hình 3.23 Dữ liệu biên của mặt cong tam giác 71
Hình 3.24 Mặt cong Gregory 72
Hình 3.25 Đường cong B-s pline đều bậc 3 73
Hình 3.26 Ảnh hưởng của bước cắt ap 79
Hình 3.27 Ảnh hưởng của vận tốc cắt 80
Hình 3.28 Chiến lược bù sai số 82
Hình 3.29 Biên dạng gia công kiểm nghiệm 84
Hình 3.30 Sản phẩm gia công 85
Hình 3.31 Thiết lập c ác tham số bù 86
Hình 3.32 Mô phỏng quá trì nh gi a công 86
Hình 3.33 Gia công s ản phẩm trên máy VMC 85S 87




DANH MỤC CÁC BẢNG



Bảng 3.1. Chế độ gia cô ng 58
Bảng 3.2. Kết quả gi a công 77
Bảng 3.3. Tí nh toán bù sai số 80
Bảng 3.4. Sai số s au bù 85
Bảng 3.5. Kết quả đo sai số gi a công 87