Thạc Sĩ Tự động hoá quá trình đo và đánh giá sai số chế tạo các thông số ăn khớp của bánh răng trụ trên máy

MỞ ĐẦU
Trong tất cả các ngành kỹ thuật nói chung và ngành Cơ khí nói riêng, đo lường giữ một vị trí hết sức quan trọng. Đo lường là phương pháp để nhận biết chất lượng, và như vậy dụng cụ đo lường trở thành một trong những công cụ lao động góp phần tạo ra lao động có chất lượng cao, sản phẩm có chất lượng tốt.
Ngày nay, các sản phẩm ra đời được đòi hỏi chất lượng rất cao với độ chính xác ngày càng lớn. Do vậy, trong quy trình kiểm tra chất lượng sản phẩm cùng đòi hỏi các dụng cụ về đo lường ngày càng chính xác. Trước đây, chúng ta chỉ biết đến các dụng cụ đo kích thước trong cơ khí với độ chính xác không cao. Ví dụ: panme, thước cặp, Ngày nay, với sự phát triển như vũ bão của KHKT, công nghệ mới , các sản phẩm hiện đại liên tục ra đời trong đó có các sản phẩm về dụng cụ đo lường.
Dụng cụ đo lường hiện đại không đơn thuần là sản phẩm của riêng ngành cơ khí hay ngành điện , mà thực chất nó là một sản phẩm Cơ điện tử được điều khiển và sử lí dữ liệu bằng máy tính thông qua phần mềm tin học. Do vậy, việc khai thác và sử dụng chúng hiệu quả không hề dễ dàng.
Dụng cụ đo lường hiện đại do các hãng hàng đầu trên Thế giới đang du nhập vào nước ta một cách nhanh chóng. Tuy vậy, những hiểu biết của các nhà kỹ thuật trong nước về chúng lại hết sức hạn chế làm ảnh hưởng lớn đến việc sử dụng và khai thác và thậm chí còn tác động ngay từ khâu mua sắm sản phẩm. Do vậy, việc nghiên cứu khai thác các dụng cụ đo lường hiện đại là hết sức cần thiết.
Trong cơ khí, chúng ta thường gặp những chi tiết có bề mặt phức tạp như bánh răng, trục vít . việc đo đạc lại chúng để đánh giá các sai số chế tạo là rất thường gặp. Trước đây, với các dụng cụ đo thông thường, các kỹ sư đã dựng lên nhiều bài toán đo lại các thông số trên, tuy nhiên do độ chính xác của dụng cụ, hay do mô hình đo chưa hoàn chỉnh mà chúng ta chưa có được các kết quả thật chính xác. Với việc muốn đưa ra kết quả đánh giá một cách chính xác và tự động cho nên tôi đã quyết định thực hiện đề tài: Tự động hoá quá trình đo và đánh giá sai số chế tạo các thông số ăn khớp của bánh răng trụ trên máy đo toạ độ 3 chiều CMM 544 Mitutoyo.

Công cụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:
-Máy Đo 3 chềiu CMM C544 của Hãng Mitutoyo và phần mềm MCOSMOS
kèm theo máy.
-Máy vi tính.
Đối tượng nghiên cứu:
- Nghiên cứu thiết lập chương trình đo tự động các sai số chế tạo của bánh răng trụ và đưa ra kết quả đánh giá sai số một cách tự động.
Mục đích nghiên cứu:
- Xây dựng được một chương trình đánh giá kết quả sai số chế tạo các thông số ăn
khớp của bánh răng trụ bằng việc sử dụng ngôn ngữ tin học. Phương pháp nghiên cứu:
- Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
Nội dụng đề tài:
- Xây dựng phần mềm tính sai số chế tạo bánh răng trụ răng thẳng bằng ngôn ngữ lập trình JavaScript. Bộ số liệu đầu vào được tạo ra bằng việc scaning biên dạng bánh răng trên máy CMM 544 Mitutoyo. Chương trình sẽ cho ra: Sai số đường kính vòng đỉnh, sai số đường kính vòng chân, sai số chiều cao răng, sai số chiều dày răng, sai số bước răng, sai số góc giữa các răng và vẽ lại biên dạng bánh răng.


MỤC LỤC


Trang

Mục lục 1
Bảng các chữ viết tắt 4
Bảng các hình vẽ 5
Mở đầu 7
Chương 1 Tổng quan đo các thông số bánh răng trụ 9
I. Các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đo lường 9
1.1. Đo lường 9
1.2. Đơn vị đo - Hệ thống đơn vị đo 9
1.3. Phương pháp đo 10
1.4. Kiểm tra - phương pháp kiểm tra 12
1.5. Phương tiện đo - Phân loại phương tiện đo. 13
1.6. Các chỉ tiêu đo lường cơ bản 13
1.7 Các nguyên tắc cơ bản trong đo lường. 14
1.7.1. Nguyên tắc Abbe 14
1.7.2. Nguyên tắc chuỗi kính thước ngắn nhất 15
1.7.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất 16
1.7.4. Nguyên tắc kinh tế 16
II. Phương pháp đo các thông số hình học của chi tiết cơ khí 17
2.1. Phương pháp đo kích thước thẳng 17
2.1.1. Phương pháp đo hai tiếp điểm 17
2.1.2. Phương pháp đo ba tiếp điểm. 17
2.1.3. Phương pháp đo một tiếp điểm 22
III Phương pháp đo các thông số bánh răng. 24
3.1. Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp một bên 24
3.2. Phương pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp khít. 29
3.3. Phương pháp đo sai số tích luỹ bước vòng. 32
3.3.1. Đo theo sai lệch bước góc 33
3.3.2. Đo theo sai số tích luỹ bước sau nửa vòng quay của bánh răng 34
3.3.3. Đo sai lệch bước vòng trên vòng tròn đo. 34
3.3.4. Đo sai lệch giới hạn bước pháp cơ sở 35

3.3.5. Đo sai lệch khoảng pháp tuyến chung 36

3.3.6. Đo độ đảo hướng tâm vành răng 38

3.3.7. Đo đường kính vòng chia 39
3.3.8. Đo sai số prôfin răng 39
Chương 2 Một số mô hình toán học áp dụng khi đo 3D 42
2.1. Cơ sở hình học của phép đo toạ độ 42
2.1.1. Hệ tọa độ Đề các vuông góc 42
2.1.2. Các phép biến đổi tạo độ 44
2.2. Thuật toán cho những yếu tố hình học cơ bản 47
2.2.1. Thuật toán xác định đường thẳng qua toạ độ 2 điểm đo 47
2.2.2 Thuật toán xác định tâm và bán kính đường tròn 48
2.2.3. Thuật toán xác định phương trình tổng quát của mặt bậc hai 50
2.2.4. Thuật toán xác định mặt phẳng qua toạ độ 51
2.2.5 Thuật toán xác định mặt cầu 57
2.3. Độ chính xác phép đo 62
2.3.1. Sai số chỉ thị 62
2.3.2. Sai số do mẫu điều chỉnh 63
2.3.3. Sai số do biến dạng nhiệt 63
2.3.4. Sai số do lực đo 64
2.3.5. Sai số do bản thân chi tiết đo gây ra 65
2.4. Mô hình toán học và sơ đồ điều khiển động cơ Servo. 67
Chương 3 Phần mềm tính sai số bánh răng trụ dùng ngôn ngữ lập
71
trình JavaScript.
3.1. Tạo bộ số liệu cho chương trình lập trình 71
3.2. Lập trình chương trình tính toán sai số gia công bánh răng trụ răng
74 thẳng bằng ngôn ngữ JavaScript
3.2.1. Tính sai số đường kính vòng đỉnh răng. 74
3.2.2. Sai số đường kính vòng chân răng 75
3.2.3. Sai số chiều cao răng 76
3.2.4. Sai số chiều dày răng trên vòng tròn chia lí thuyết 76
3.2.5. Sai số bước ăn khớp 78
3.2.6. Sai số bước góc 79
3.3. Giao diện chương trình 80
3.3.1 Lập giao diện chương trình 80
3.3.2. Lưu đồ thuật toán và các đoạn mã javaScript 80
3.3.3. Cách sử dụng chương trình để tính toán sai số chế tạo bánh răng 93
trụ răng thẳng
Chương 4 Ứng dụng chương trình đo sai số bánh răng trụ răng thẳng. 94
4.1. Quét biên dạng bánh răng 94
4.2. Tạo bộ số liệu 96
4.3. Chạy chương trình 97
4.4. Phân tích đánh giá 99
Chương 5 Kết luận 100
Phụ lục 1 Giới thiệu về máy đo CMM 544 Mitutoyo của Trung tâm thí

nghiêm trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp

Phụ lục 2 Các đoạn mã của chương trình 113
Phụ lục 3 Bộ số liệu toạ độ các điểm trên biên dạng bánh răng thực nghiệm 123
Tài liệu tham khảo 140