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

` ®¹i häc th¸i nguyªn tr­êng ®hkt c«ng nghiÖp *** Céng hßa x· héi chñ nghÜa viÖt nam §éc lËp - Tù do - H¹nh phóc ----------------- o0o ----------------- ThuyÕt minh luËn v¨n th¹c sü kü thuËt §Ò tµi: Nghiªn cøu, øng dông thiÕt bÞ ®o c¬ ®iÖn tö cho m¸y c«ng cô v¹n n¨ng nh»m n©ng cao ®é chÝnh x¸c dÞch chuyÓn Häc viªn : TrÇn ThÞ Ph­¬ng Th¶o Líp : Chk9 - ctm Ngµnh : c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y H­íng dÉn khoa häc: ts. Hoµng vÞ khoa sau ®¹i häc TS. NguyÔn V¨n Hïng ng­êi h­íng dÉn TS. Hoµng VÞ häc viªn TrÇn ThÞ Ph­¬ng Th¶o Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 Lêi cam ®oan XuÊt ph¸t tõ thùc tÕ víi ®Ò tµi “ Nghiªn cøu øng dông thiÕt bÞ ®o C¬ ®iÖn tö cho m¸y c«ng cô v¹n n¨ng nh»m n©ng cao ®é chÝnh x¸c dÞch chuyÓn”. Tõ nghiªn cøu lý thuyÕt vµ lµm thùc nghiÖm, t«i xin cam ®oan r»ng nh÷ng néi dung trong luËn ¸n nµy lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña t«i. Néi dung luËn ¸n lµ trung thùc vµ ch­a tõng ®­îc c«ng bè trong bÊt kú mét c«ng tr×nh nµo kh¸c. T¸c gi¶ TrÇn ThÞ Ph­¬ng Th¶o Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 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 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 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 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU TT Bảng số Nội dung Trang 1 Bảng 1.1 Sù phô thuéc cña c¸c gi¸ trÞ t vµ n t vµo n vµ x¸c xuÊt p. 24 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ẢNH CHỤP TT Hình Nội dung Trang 1 Hình 1.1 Ph©n bè chuÈn cña c¸c gi¸ trÞ ®o riªng lÎ. 23 2 Hình 1.2 Các nguồn gây sai số của máy công cụ (Anderson 1992) 27 3 Hình 2.1 Thước cặp 32 4 Hình 2.2 CÊu t¹o cña th­íc phô 33 5 Hình 2.3 Các kiểu thước kẹp 34 6 Hình 2.4 Cấu tạo Panme đo ngoài cơ khí 35 7 Hình 2.5 Các kiểu panme 36 8 Hình 2.6 CÊu t¹o panme ®ång hå 37 9 Hình 2.7 Dông cu ®o gãc c¬ khÝ 38 10 Hình 2.8 Nguyên lí làm việc của kính đo góc 39 11 Hình 2.9 Nguyªn lí lµm viÖc cña m¸y ®o gãc 40 12 Hình 2.10 Nguyªn lí lµm viÖc vµ cÊu t¹o cña ®ång hå so 41 13 Hình 2.11 Nguyªn lí lµm viÖc vµ cÊu t¹o cña ®ång hå ®o chuyÓn vÞ nhá 42 14 Hình 2.12 Nguyªn lí lµm viÖc vµ cÊu t¹o cña ®ång hå ®o mÆt ®Çu 43 15 Hình 2.13 Mặt cắt lỗ côn 45 16 Hình 2.14 Rãnh mang cá 45 17 Hình 2.15 Nguyên đo góc bằng thước sin và thước tang 45 18 Hình 2.16 Sơ đồ của dụng cụ đo góc tế vi 46 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 19 Hình 2.17 MÆt c¾t bµn dao ngang m¸y tiÖn 1K62 48 20 Hình 2.18 S¬ ®å ®éng bµn dao m¸y 16K20 49 21 Hình 2.19 Nguyªn t¾c lµm viÖc cña m¸y ®o gãc mang tªn lµ ®Çu chia ®é. 50 22 Hình 2.20 §Çu ph©n ®é quang häc 51 23 Hình 2.21 Sơ đồ tính sai sè cña phÐp ®o b»ng th­íc cÆp. 52 24 Hình 2.22 Sơ đồ tÝnh sai sè cña phÐp ®o b»ng panme. 52 25 Hình 3.1.a §o vÞ trÝ trùc tiÕp 56 26 Hình 3.1.b Sơ đồ tập hợp các phương pháp đo vị trí ứng dụng trên máy 57 27 Hình 3.2 §o gi¸n tiÕp Th«ng qua trôc vÝt me ch¹y dao 58 28 Hình 3.3 §o vÞ trÝ gi¸n tiÕp th«ng qua bé b¸nh r¨ng - thanh r¨ng 58 29 Hình 3.4 §o vÞ trÝ b»ng ®¹i l­îng t­¬ng tù 59 30 Hình 3.5 §o vÞ trÝ b»ng ®¹i l­îng sè 59 31 Hình 3.6 §o vÞ trÝ chu kú – tuyÖt ®èi 60 32 Hình 3.7 C¸c d¹ng do vÞ trÝ vµ thµnh phÇn ®o: D ®o trùc tiÕp, I ®o gi¸n tiÕp, R kiÓu quay, T tuyÕn tÝnh 61 33 Hình 3.8 Nh©n tè ¶nh h­ëng trong c¶m biÕn d÷ liÖu ®o trùc tiÕp vµ ®o gi¸n tiÕp 62 34 Hình 3.9 C¸c d¹ng l­íi nhiÔu x¹ trong hÖ thèng ®o gia sè 64 35 Hình 3.10 Nguyªn lý ho¹t ®éng cña qu¸ tr×nh nhiÔu x¹ cho ¸nh s¸ng truyÒn qua 65 35 Hình 3.11 Xung ®Çu ra cña hÖ thèng ®o ®­êng dµi b»ng quang ®iÖn 66 36 Hình 3.12 Th­íc ®o m· nhi ph©n cho bé m· hãa tuyÖt ®èi 68 37 Hình 3.13 Th­íc m· nhÞ ph©n víi nguyªn t¾c ®äc h×nh ch÷ V 68 38 Hình 3.14 Nguyªn lý bé gi¶i gãc ®ång bé 70 39 Hình 3.15 C¶m biÕn gãc quay 71 40 Hình 3.16 Nguyªn lý cña hÖ thèng 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 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 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 PhÇn më ®Çu 1. TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi HiÖn nay viÖc øng dông c«ng nghÖ míi, kỹ thuật cao lu«n lµ nhu cÇu cÊp b¸ch cña mäi nÒn s¶n xuÊt vµ mäi quèc gia trong ®ã cã c¶ ViÖt nam. Tuy nhiªn việc nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật tiên tiến, máy công cụ có độ chính xác cao với ngành công nghiệp cơ khí nước ta còn chưa nhiều, mà các máy vạn năng thông thường vẫn chiếm một số lượng lớn trong nền sản xuất cơ khí. Vì vậy việc nâng cao độ chính xác của các máy vạn năng thông thường nh»m ®Ó më réng h¬n n÷a ®é chÝnh x¸c gia c«ng cña chóng thay cho viÖc ®Çu t­ mét m¸y hiÖn ®¹i, kh¸ tèn kÐm so víi viÖc n©ng cÊp cho m¸y v¹n n¨ng s½n cã mµ chóng vÉn cã thÓ gia c«ng ®­îc nh÷ng chi tiÕt cho ®é chÝnh x¸c nh­ nhau. V× vËy viÖc n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña c¸c m¸y v¹n n¨ng là rất cần thiết. Trên các máy vạn năng, độ chính xác dịch chuyển của bàn dao , bàn máy có ảnh hưởng không nhỏ tới độ chính xác gia công, nếu nâng cao được độ c hính xác dịch chuyển sẽ góp phần nâng cao được độ chính xác của chi tiết gia công. Hiện nay các hệ thống đo dịch chuyển trên máy công cụ vạn năng nói chung được thực hiện theo nguyên lý chuyển đổi cơ khí, dùng cơ cấu đếm có khắc vạch chia như thước đo thẳng và thước đo vòng, nó cho độ chính xác khi đo chưa cao. Để nâng cấp độ chính xác khi đo dịch chuyển t rên máy công cụ, có thể ứng dụng phương pháp đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp với thiÕt bÞ ®o c¬ ®iÖn tö. Phương pháp đo trực tiếp là phương pháp đo bám sát vị trí cần đo hay các biến đổi vị trí không cần đến các dẫn động cơ khí trung gian. Hệ thống đo đượ c ghép trực tiếp với chuyển động cần đo. Phương pháp này cho độ chính xác khi đo rất cao. Tuy nhiên nếu sử dụng phương pháp đo này để do dịch chuyển trên một số máy sẽ gặp khó khăn khi lắp đặt thiÕt bÞ ®o, do hạn chế không gian, ảnh hưởng môi trường và giá thành thiÕt bÞ ®o cao. Vì vậy có thể thay sử dụng phương pháp đo gián tiếp víi thiÕt bÞ ®o dïng ph­¬ng ph¸p ®o gi¸n tiÕp, đây là phương pháp đo mà vị trí cần đo được đo thông qua một dẫn động cơ khí trung gian. Các thiết bị đo dùng Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 phương pháp đo gián tiếp có giá thành không quá cao mà các sai số gặp phải khi đo có thể khắc phục được. Trªn thùc tÕ hiÖn nay ®· cã nhiÒu m¸y v¹n n¨ng ®­îc øng dông thiÕt bÞ ®o hiÖn ®¹i ®Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña m¸y, chñ yÕu lµ ®é chÝnh x¸c dÞch chuyÓn, nh­ng ch­a thấy mét nghiªn cøu ph©n tÝch cô thÓ nµo vÒ nã. V× vËy 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” lµ ®Ò tµi có khả năng hiện thực và cần thiết. Qua ®Ò tµi nµy cho chóng ta nh÷ng hiÓu biÕt c¬ b¶n vÒ c¸c d¹ng sai sè ®o dÞch chuyển th­êng gÆp trªn m¸y c«ng cô v¹n n¨ng hiÖn nay, c¸c ph­¬ng ph¸p ®o vµ c¸c thiÕt bÞ c¬ ®iÖn tö tõ ®ã cã nh÷ng ph©n tÝch cô thÓ ®Ó cã nh÷ng lùa chän hîp lý øng dông trùc tiÕp trªn mét m¸y v¹n n¨ng cô thÓ nh»m n©ng cao ®é chÝnh x¸c dÞch chuyÓn cña m¸y nµy ®ång thêi nghiªn cøu ®­a ra nh÷ng ph­¬ng ph¸p ®Ó gi¶m sai sè cho dông cô ®o lùa chän, tõ ®ã gãp phÇn ®¸ng kÓ n©ng cao ®é chÝnh x¸c gia c«ng cña m¸y. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. a. Ý nghĩa khoa học. Nghiên cứu, khảo sát tổng quan về các thiết bị đo thông thường và thiết bị đo cơ điện tử. Các phương pháp đo dịch chuyển, và từ đó ứng dụng để nâng cao độ chính xác dịch chuyển của các máy công cụ vạn năng nói chung. Áp dụng cho đo chạy dao dọc và chạy dao ngang đối với máy tiện ren vít vạn năng. b. Ý nghĩa thực tiễn. Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần cải tiến kỹ thuật, nâng cao được độ chính xác dịch chuyển của máy công cụ vạn năng thông thường từ đó nâng cao được độ chính xác gia công của máy. 3. Phương pháp nghiên cứu. Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm. 4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 4.1.1. Máy: máy công cụ vạn năng (Máy tiện ren vít vạn năng) 4.1.2. Thiết bị đo cơ điện tử dùng phương pháp đo gián tiếp đo dịch chuyển thẳng: Dùng đầu đo encoder kết hợp với mạch điện cho hiển thị số. 4.2. Phạm vi nghiên cứu: Chỉ hạn chế trong việc nghiên cứu nâng cao độ chính xác dịch chuyển nhỏ của chạy dao dọc và ngang trên máy tiện ren vít vạn năng. 5 . Nội dung nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu của đề tài tập chung vào các phần sau: 5.1 Phương pháp đánh giá sai số của hệ thống đo dịch chuyển trên máy công cụ vạn năng. 5.2 Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp cải tiến độ chín h xác đo dịch chuyển chạy dao trên máy công cụ vạn năng. 5.3 Phân tích lựa chọn loại thiết bị đo ứng dụng và máy thí nghiệm trong đề tài. 5.4 Nghiên cứu đưa ra giải pháp tính toán thiết kế và triển khai đề tài trên máy tiện ren vít vạn năng. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 Ch­¬ng I: Tæng quan vÒ ®Ò tµi 1.1 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ ®o l­êng 1.1.1 §o l­êng §o l­êng lµ ®Þnh l­îng ®é lín cña ®èi t­îng ®o, tøc lµ thiÕt lËp mèi quan hÖ gi÷a ®¹i l­îng cÇn ®o vµ mét ®¹i l­îng ®¹i l­îng cã cïng tÝnh chÊt vËt lý ®­îc quy ®Þnh cïng lµm ®¬n vÞ ®o. Thùc chÊt ®o l­êng lµ so s¸nh ®¹i l­îng cÇn ®o víi ®¬n vÞ ®o ®Ó t×m ra tû lÖ gi÷a chóng. §é lín ®èi t­îng ®o ®­îc biÓu diÔn b»ng trÞ sè cña tû lÖ nhËn ®­îc, kÌm theo ®¬n vÞ ®o dïng khi so s¸nh. VÝ dô: §¹i l­îng cÇn ®o lµ Q, ®¬n vÞ ®o dïng so s¸nh lµ u. Khi so s¸nh tû lÖ gi÷a chóng: q u Q = KÕt qu¶ ®o sÏ lµ: .Q q u= 1.1.2. §¬n vÞ ®o - HÖ thèng ®¬n vÞ ®o §¬n vÞ ®o ®­îc quy ®Þnh dïng ®Ó so s¸nh ®é chÝnh x¸c cña nã ¶nh h­ëng ®Õn kÕt qu¶ ®o. §é lín cña ®¬n vÞ ®o cÇn ®­îc quy ®Þnh thèng nhÊt, ®Ó thuËn tiÖn trong chÕ t¹o, l¾p r¸p,... HÖ thèng ®¬n vÞ ®o gåm cã ®¬n vÞ ®o c¬ b¶n vµ ®¬n vÞ ®o dÉn xuÊt. 1.1.3. Ph­¬ng ph¸p ®o a. Kh¸i niÖm Ph­¬ng ph¸p ®o ®­îc x©y dùng tõ ®Þnh nghÜa vÒ th«ng sè ®o, lµ tËp hîp c¬ së khoa häc cã thÓ thùc hiÖn phÐp ®o, trong ®ã nªu râ nguyªn t¾c x¸c ®Þnh th«ng sè ®o, c¸c nguyªn t¾c nµy dùa trªn mèi quan hÖ to¸n häc hay vËt lý cã liªn quan víi ®¹i l­îng ®o. b. C¬ së ph©n lo¹i ph­¬ng ph¸p ®o Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 Dùa vµo quan hÖ gi÷a ®Çu ®o vµ chi tiÕt ®o chia thµnh ph­¬ng ph¸p ®o tiÕp xóc, gi÷a ®Çu ®o vµ bÒ mÆt chi tiÕt cã ¸p lùc ®o. Trong ph­¬ng ph¸p ®o kh«ng tiÕp xóc, gi÷a ®Çu ®o vµ chi tiÕt kh«ng tiÕp xóc víi nhau vµ kh«ng cã ¸p lùc ®o. Dùa vµo quan hÖ gi÷a gi¸ trÞ chØ thÞ trªn dông cô vµ gi¸ trÞ ®¹i l­îng ®o chia thµnh ph­¬ng ph¸p ®o tuyÖt ®èi vµ ph­¬ng ph¸p ®o so s¸nh. Trong ph­¬ng ph¸p ®o tuyÖt ®èi, gi¸ trÞ thÞ trªn dông cô ®o lµ gi¸ trÞ ®o ®­îc. Ph­¬ng ph¸p nµy ®¬n gi¶n, do hµnh tr×nh ®o dµi nªn ®é chÝnh x¸c kh«ng cao. Trong ph­¬ng ph¸p ®o so s¸nh, gi¸ trÞ mÉu chØ thÞ trªn dông cô cho sai lÖch gi÷a gi¸ trÞ ®o vµ gi¸ trÞ mÉu chuÈn dïng khi chØnh “0” cho dông cô ®o. KÕt qu¶ ®o b»ng tæng gi¸ trÞ chuÈn vµ gi¸ trÞ chØ thÞ chØ thÞ. Dùa vµo quan hÖ gi÷a ®¹i l­îng cÇn ®o vµ ®¹i l­îng ®­îc ®o chia thµnh ph­¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp vµ ph­¬ng ph¸p ®o gi¸n tiÕp. Trong ph­¬ng ph¸p trùc tiÕp, ®¹i l­îng ®­îc ®o chÝnh lµ ®¹i l­îng cÇn ®o, ph­¬ng ph¸p nµy cã ®é chÝnh x¸c cao nh­ng hiÖu qu¶ kh«ng cao. Trong ph­¬ng ph¸p ®o gi¸n tiÕp, ®¹i l­îng cÇn ®o cã quan hÖ hµm sè víi ®¹i l­îng ®­îc ®o. 1.1.4. KiÓm tra KiÓm tra lµ viÖc xem xÐt th«ng sè h×nh häc cña chi tiÕt cã n»m trong giíi h¹n cho phÐp hay kh«ng. C¨n cø vµo môc ®Ých sö dông cña yÕu tè cÇn kiÓm tra chia thµnh kiÓm tra thu nhËn vµ kiÓm tra trong khi gia c«ng. KiÓm tra thu nhËn, ®Ó ph©n lo¹i s¶n phÈm ®¹t vµ kh«ng ®¹t yªu cÇu. KiÓm tra trong khi gia c«ng, ®Ó theo dâi sù thay ®æi kÝch th­íc kÝch th­íc chi tiÕt gia c«ng -th«ng sè ®o. Do ®ã, hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®­a ra t¸c ®éng ng­îc vµo hÖ thèng c«ng nghÖ, nh»m t¹o ra s¶n phÈm ®¹t yªu cÇu. C¨n cø vµo møc ®é phøc t¹p cña th«ng sè kiÓm tra chia thµnh kiÓm tra yÕu tè vµ kiÓm tra tæng hîp. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 KiÓm tra yÕu tè ®­îc thùc hiÖn riªng víi th«ng sè mµ nã cã thÓ ¶nh h­ëng nhiÒu tíi chÊt l­îng s¶n phÈm. Trong kiÓm tra tæng hîp, kiÓm tra ®ång thêi sù ¶nh h­ëng cña c¸c yÕu tè ®Õn chÊt l­îng s¶n phÈm. Ph­¬ng ph¸p nµy th­êng ®­îc dïng ®Ó kiÓm tra thu thËp s¶n phÈm. 1.1.5. Ph­¬ng tiÖn ®o Ph­¬ng tiÖn ®o lµ tËp hîp c¸c dông cô, m¸y, ®å g¸ vµ c¸c thiÕt bÞ phô trî cho qu¸ tr×nh ®o. Ph­¬ng tiÖn ®o ®­îc ph©n lo¹i theo b¶n chÊt vËt lý qu¸ tr×nh ®o, theo ®Æc tÝnh sö dông vµ theo to¹ ®é ®o. Theo b¶n chÊt vËt lý qu¸ tr×nh ®o cã dông cô ®o c¬ khÝ, quang häc, khÝ nÐn,... Theo ®Æc tÝnh sö dông cã thiÕt bÞ ®o v¹n n¨ng vµ thiÕt bÞ ®o chuyªn dïng. Theo to¹ ®o cã thiÕt bÞ ®o mét, hai hay ba to¹ ®é. ViÖc lùa chän ph­¬ng tiÖn ®o phô thuéc vµo ®Æc ®iÓm s¶n phÈm, ph­¬ng ph¸p ®o vµ kh¶ n¨ng ®¸p øng cña thiÕt bÞ ®o. 1.1.6. C¸c chØ tiªu ®o l­êng Gi¸ trÞ ®é chia lµ ®é biÕn thiªn cña ®¹i l­îng ®o øng víi chuyÓn vÞ cña vËt chØ thÞ ®i 1 v¹ch trªn b¶ng chia ®é. Kho¶ng chia v¹ch lµ kho¶ng c¸ch gi÷a t©m hai v¹ch chia nhá nhÊt kÒ nhau trªn thang chia. §é nh¹y E lµ tû sè gi÷a ®é biÕn thiªn cña ®¹i l­îng ra ∆y (®¹i l­îng chØ thÞ) vµ ®é biÕn thiªn cña ®¹i l­îng vµo ∆x (®¹i l­îng ®o) t­¬ng øng. x yE ∆ ∆ = Khi sù thay ®æi ë ®Çu vµo vµ ®Çu ra cã cïng tÝnh chÊt vËt lý, th× ®é nh¹y lµ ®¹i l­îng kh«ng thø nguyªn, ®­îc gäi lµ tû sè truyÒn vµ ®­îc ký hiÖu lµ K. §­êng ®Æc tr­ng biÓu thÞ mèi quan hÖ gi÷a ®¹i l­îng ra y vµ ®¹i l­îng vµo x, cïng lµ quan hÖ gi÷a chuyÓn vÞ cña kim chØ thÞ trªn thang ®o vµ ®é biÕn thiªn cña ®¹i l­îng ®o. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 Ph¹m vi chØ lµ ph¹m vi cña thang ®o giíi h¹n bëi gi¸ trÞ ®Çu vµo vµ gi¸ trÞ cuèi thang. NÕu kim chØ n»m ngoµi thang ®o, còng cã nghÜa lµ n»m ngoµi ph¹m vi chØ. Ph¹m vi ®o lµ mét miÒn cña ph¹m vi chØ, trong ®ã sai sè dông cô ®o n»m trong giíi h¹n chØ sè cho phÐp cña nã. Mét sè dông cô cã thÓ cã nhiÒu ph¹m vi ®o vµ th­êng th× ph¹m vi ®o lín nhÊt cã thÓ b»ng ph¹m vi chØ. Lùc ®o lµ lùc nÐn do trôc cña dông cô t¸c ®éng lªn vËt ®o trong phÐp ®o tiÕp xóc. Sai sè giíi h¹n lµ sai sè lín nhÊt cho phÐp. §é lÖch chuÈn cña dông cô ®o lµ gi¸ trÞ lín nhÊt cho phÐp cña ®é lÖch chuÈn c¸c gi¸ trÞ ®o riªng rÔ ®­îc thùc hiÖn trªn dông cô ®o. Håi sai lµ chªnh lÖch gi÷a hai lÇn chØ thÞ ®èi víi cïng mét kÝch th­íc ®o khi kim chØ thÞ di chuyÓn tõ gi¸ trÞ nhá h¬n vµ tõ gi¸ trÞ lín xuèng ®Õn kÝch th­íc ®o nµy. §é t¶n m¹n sè chØ lµ chªnh lÖch lín nhÊt gi÷a c¸c gi¸ trÞ trªn dông cô ®o khi phÐp ®o tiÕn hµnh lÆp l¹i nhiÒu lÇn víi cïng mét h­íng di chuyÓn trôc ®o vµ trong cïng mét ®iÒu kiÖn ®o. 1.2. c¸c nguyªn t¾c c¬ b¶n trong ®o l­êng 1.2.1. Nguyªn t¾c Abbe Khi kÝch th­íc ®o vµ kÝch th­íc mÉu n»m trªn mét ®­êng th¼ng th× kÕt qu¶ ®o ®¹t ®é chÝnh x¸c rÊt cao. KÝch th­íc cña chi tiÕt ®o cã thÓ ®­îc ®Æt nèi tiÕp hoÆc song song víi th­íc mÉu. Trªn c¸c dông cô ®o kÝch th­íc, ch¼ng h¹n nh­ th­íc cÆp gi÷a ®Çu ®o di tr­ît vµ th©n th­íc cã thÓ hë. Do l¾p ghÐp cã ®é hë, ¸p lùc ®o vµ biÕn d¹ng g©y ra sai sè ®o. 1.2.2. Nguyªn t¾c chuçi kÝch th­íc ng¾n nhÊt Khi ®o gi¸n tiÕp kÝch th­íc, sÏ h×nh thµnh chuçi kÝch th­íc ®o tõ s¬ ®å ®o, c¸c kÝch th­íc nµy cã quan hÖ hµm víi th«ng sè cÇn ®o. NÕu chuçi kÝch th­íc cµng Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 Ýt kh©u tham gia, th× ®é chÝnh x¸c phÐp ®o cµng cao. Do ®ã cã nghÜa lµ s¬ ®å ®o cµng ®¬n gi¶n, Ýt th«ng sè ®o, kÕt qu¶ ®o cµng chÝnh x¸c. 1.2.3. Nguyªn t¾c chuÈn thèng nhÊt NÕu trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, gia c«ng vµ ®o l­êng tu©n theo nguyªn t¾c chuÈn thèng nhÊt, th× kÕt qu¶ ®o ®¹t ®é chÝnh x¸c cao nhÊt. Tuy nhiªn, trªn thùc tÕ kh«ng ph¶i bao giê còng ®¹t ®­îc nhiÒu mong muèn lµ chuÈn thiÕt kÕ, chuÈn c«ng nghÖ vµ chuÈn ®o l­êng trïng nhau. Tuú thuéc vµo ®é chÝnh x¸c yªu cÇu, mµ cã quyÕt ®Þnh phï hîp. 1.2.4. Nguyªn t¾c kinh tÕ Nguyªn t¾c tinh tÕ trong qu¸ tr×nh ®o cã nghÜa lµ viÖc lùa chän ph­¬ng ¸n ®o, dông cô, thiÕt bÞ ®o, ®å g¸ ®o ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c yªu cÇu, ®ång thêi chi phÝ víi gi¸ thµnh phï hîp. 1.3. Sai sè cña phÐp ®o Mçi phÐp ®o ®Òu cã mét sai sè, cho dï nã ®­îc thùc hiÖn trong ®iÒu kiÖn rÊt lý t­ëng. Sai sè ®o lµ sai lÖch gi÷a gi¸ trÞ ®o ®äc ®­îc trªn chØ thÞ cña dông cô ®o vµ gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l­îng ®o. Gäi x lµ gi¸ trÞ chØ thÞ trªn dông cô ®o vµ xt lµ gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l­îng ®o, sai sè ∆x sÏ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: tx x x∆ = − VÝ dô: Mét panme ®­îc hiÓn thÞ b»ng c¨n mÉu chuÈn 20 mm. NÕu bá qua sai sè cña mÉu vµ chØ sè trªn panme lµ 19,998 mm, th× sai sè tuyÖt ®èi cña panme ë vÞ trÝ nµy lµ: 19,998 20,000 0,002x mm∆ = − = − Sai sè còng ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng t­¬ng ®èi nh­ sau: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 xSai so tuong doi Gia tri thuc ∆ = Do ¶nh h­ëng cña nhiÒu nguyªn nh©n, sai sè ®ång thêi mang tÝnh hÖ thèng vµ tÝnh ngÉu nhiªn. * Ngyªn nh©n vµ ph©n lo¹i sai sè ®o NÕu bá qua sai sè rèi, sai sè bao ®o bao gåm sai sè hÖ thèng vµ sai sè ngÉu nhiªn. Nguyªn nh©n g©y ra sai sè ®o do: - Sai sè cña ph­¬ng tiÖn ®o; - Sai sè cña ph­¬ng ph¸p ®o; - TÝnh chÊt vËt lý vµ ®o l­êng cña ®èi t­îng ®o; - ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng ®o; - ¶nh h­ëng cña ng­êi thao t¸c ®o; - ¶nh h­ëng do viÖc quy trßn sè kÕt qu¶ ®o. 1.3.1. Sai sè hÖ thèng cña phÐp ®o Kh¸i niÖm: Sai sè hÖ thèng ®­îc ph©n thµnh hai lo¹i lµ sai sè hÖ thèng kh«ng ®æi vµ sai sè hÖ thèng thay ®æi theo quy luËt hoÆc kh«ng theo quy luËt, nh­ng cã thÓ ­íc ®o¸n ®­îc gi¸ trÞ cña chóng. Sai sè hÖ thèng kh«ng ®æi lµ sai sè lu«n xuÊt hiÖn víi cïng trÞ sè vµ dÊu nÕu ®iÒu kiÖn ®o kh«ng thay ®æi. V× nguyªn nh©n còng nh­ ®é lín cña thµnh phÇn sai sè nµy lµ x¸c ®Þnh, nªn cã thÓ lo¹i trõ sai sè nµy khái kÕt qu¶ ®o. NÕu mét ®¹i l­îng y ®­îc x¸c ®Þnh tõ nhiÒu thµnh phÇn ∆x1, ∆x2,..., ∆xn th× c¸c thµnh phÇn sai sè hÖ thèng kh«ng ®æi ∆x1, ∆x2,..., ∆xn sÏ ®­îc tÝnh vµo sai sè hÖ thèng kh«ng ®æi ∆y cña phÐp ®o. Khi ®ã, sai sè hÖ thèng kh«ng ®æi ®­îc x¸c ®Þnh th«ng qua phÐp ®o lÆp l¹i trªn cïng mét dông cô ®o råi tÝnh gi¸ trÞ trung b×nh hoÆc x¸c ®Þnh b»ng dông cô ®o chÝnh x¸c h¬n. Tæng c¸c thµnh phÇn sai sè hÖ thèng kh«ng ®æi cña phÐp ®o ®­îc gäi lµ ®é kh«ng ®óng vµ ®­îc hiÖu chØnh vµo kÕt qu¶ ®o. §èi víi phÐp ®o trùc tiÕp, ®é kh«ng ®óng ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 ∆y = ∑ = ∆ k j j 1 Trong ®ã ∆j lµ sai sè hÖ thèng kh«ng ®æi cña c¸c gi¸ trÞ ®o xj , víi j =1,2,.., k. §èi víi phÐp ®o gi¸n tiÕp hay so s¸nh, tõ mèi quan hÖ gi÷a ®¹i l­îng cÇn t×m y víi c¸c ®¹i l­îng ®o trùc tiÕp ®éc lËp xj , víi j = 1, 2,..., k ®­îc thÓ hiÖn th«ng qua hµm ( )1 2, ,..., ky f x x x= . C¸c ®¹i l­îng ®o ®éc lËp xj chøa sai sè hÖ thèng kh«ng ®æi lµ ∆x1, ∆x2,..., ∆xk. NÕu gi¶ thiÕt ∆xj lµ rÊt nhá so víi xj, ®é kh«ng ®óng ( )1 2, ,..., ky f x x x∆ = ∆ ∆ ∆ sÏ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: 1 2 1 2 . . ......... . k k f f fy x x x x x x ∂ ∂ ∂ ∆ = ∆ + ∆ + + ∆ ∂ ∂ ∂ ∑ = ∆ ∂ ∂ =∆ k j j j x x fy 1 . Khi ( )jy f x= lµ mét hµm tuyÕn tÝnh th× : 1= ∂ ∂ jx f vµ ∑ = ∆=∆ k j jxy 1 Nguyªn nh©n g©y ra sai sè hÖ thèng cña phÐp ®o: Sai sè hÖ thèng cña phÐp ®o xuÊt hiÖn do nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau: - Sai sè cña mÉu kÝch th­íc: mçi mÉu kÝch th­íc ®Òu cã sai sè do chÕ t¹o vµ ®é mßn khi sö dông. C¸c sai lÖch nµy cßn cã thÓ thay ®æi cïng víi thêi gian. Sai sè cña dông cô ®o: Do c¸c chi tiÕt cña dông cô ®o cã dung sai chÕ t¹o, do c¸c c¬ cÊu truyÒn ®éng kh«ng tuyÕn tÝnh hay do sai sè l¾p r¸p, ®iÒu chØnh,… g©y nªn. VÝ dô nh­ sai sè b­íc ren cña panme, sai sè b¸nh r¨ng, thanh r¨ng trong ®ång hå so, sai sè tû lÖ gi÷a chiÒu dµi c¸c ®ßn bÈy trong ®ång hå so chÝnh x¸c kiÓu c¬ khÝ. Sai sè nghiªng hay sai sè Abbe, xuÊt hiÖn khi vËt ®o vµ mÉu kÝch th­íc kh«ng song song vµ ®­êng sèng tr­ît kh«ng th¼ng. - ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 Trong c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng cña m«i tr­êng nh­ nhiÖt ®é, ®é Èm, ¸p suÊt kh«ng khÝ, tr­êng ®iÖn tõ th× ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é cã ý nghÜa quan träng nhÊt ®èi víi phÐp ®o ®é dµi. NhiÖt ®é chuÈn ®­îc quy ®Þnh lµ 20oC. V× vËy, sai sè do sù chªnh lÖch nhiÖt ®é ®o so víi 20oC cÇn ®­îc tÝnh to¸n vµ xö lý trong kÕt qu¶ ®o theo c«ng thøc : . .l l tα∆ = ∆ Trong ®ã: l∆ - Sai lÖch do nhiÖt ®é ®o kh¸c nhiÖt ®é chuÈn 020 C ; l - ChiÒu dµi ®o¹n ®o; α - HÖ sè d·n në chiÒu dµi; t∆ - Chªnh lÖch nhiÖt ®é so víi 020 C . - ¶nh h­ëng cña ng­êi ®o: Sai sè cña hÖ thèng ®o ®äc, ng¾m v¹ch chia,... phô thuéc nhiÒu vµo ng­êi ®o. v× vËy nªn tr¸nh thay ®æi ng­êi ®o trong khi ®ang thùc hiÖn mét phÐp ®o hay mét d·y ®o. Håi sai cña dông cô do: nguyªn nh©n cña håi sai lµ do ma s¸t vµ hiÖn t­îng biÕn d¹ng ®µn håi trong dông cô ®o. Gi¸ trÞ håi sai th­êng kh«ng æn ®Þnh, nh­ng ph¶i n»m trong mét ph¹m vi nhÊt ®Þnh.trong thùc tÕ cÇn tÝnh ®ªn nã trong mét phÐp ®o nh­ ®é ®ro b»ng ®ång hå so. - Lùc ®o: Trong phÐp ®o theo kiÓu c¬ khÝ, lu«n tån t¹i mét lùc ®o nhÊt ®Þnh, ®Ó ®Èy líp kh«ng khÝ ë vÞ trÝ tiÕp xóc vµ v­ît lùc ma s¸t trong dông cô ®o. NhiÒu khi ¶nh h­ëng cña nh÷ng lùc ®o nµy ¶nh h­ëng ®Õn nh÷ng phÐp ®o rÊt lín, nh­ g©y ra hiÖn t­îng biÕn d¹ng dÎo t¹i n¬i tiÕp xóc víi vËt ®o, còng nh­ hiÖn t­îng cong trô g¸ dông cô ®o. §é biÕn d¹ng dÎo cña chi tiÕt ®o b»ng thÐp, do lùc ®o g©y nªn, sÏ ®­îc tÝnh theo ®Þnh luËt Hóc .0,005. F ll Q ∆ = Trong ®ã: F - Lùc ®o (N); l - ChiÒu dµi ®o (mm); Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 Q - TiÕt diÖn ®o(mm2). Gi¸ trÞ ®é biÕn d¹ng dÎo phô huéc vµo d¹ng bÒ mÆt tiÕp xóc, nh¸m bÒ mÆt vµ m« ®un ®µn håi. Sai sè do ®é biÕn d¹ng dÎo a do lùc ®o hay träng lùc cña vËt g©y ra , ®­îc tÝnh theo c«ng thøc HÐc, víi ®iÒu kiÖn vËt ®o b»ng thÐp vµ bÒ mÆt tiÕp xóc víi ®Çu ®o ®­îc gia c«ng theo ph­¬ng ph¸p mµi. Bi gi÷a hai mÆt ph¼ng: 2 30,829 Fa D = Bi víi bi: 23 1 2 1 10,415. .a F D D   = +    Trô gi÷a hai mÆt ph¼ng: 3 10,092. .Fa l D = Trong ®ã: F – Lùc ®o hay träng lùc cña vËt (N); D, D1, D2 - §­êng kÝnh bi hay trô (mm); l - Chiªu dµi trô (mm). ¶nh h­ëng cña ®é biÕn d¹ng dÎo cã gi¸ trÞ ®¸ng kÓ trong c¸c phÐp ®o so s¸nh gi÷a v¹t ®o d¹ng trô hay bi cã ®­êng kÝnh nhá víi mÉu kÝch th­íc cã mÆt ®o ph¼ng nh­ c¨n mÉu song ph¼ng. Gi¸ trÞ sai sè hÖ thèng do ®é biÕn d¹ng dÎo cña vËt ®o lu©n lu©n ©m cã nghÜa lµ gi¸ trÞ ®o ®­îc nhá h¬n so víi gi¸ trÞ thùc cña chi tiÕt ®o . 1.3.2. Sai sè ngÉu nhiªn cña phÐp ®o Sai sè ngÉu nhiªn lµ sai sè cã tù sè vµ dÊu kh«ng x¸c ®Þnh trong phÐp ®o lÆp. Sai sè nµy lµm cho kÕt qu¶ ®o kh«ng æn ®Þnh . Nguyªn nh©n g©y ra sai bsè ngÉu nhiªn lµ do nh÷ng biÕn thiªn ngÉu nhiªn ë chi tiÕt ®o, mÉu kÝch th­íc, dông cô ®o còng nh­ thay ®æi vÒ nhiÖt ®é nµ kh¶ n¨ng thao t¸c cña ng­êi ®o. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 Sai sè ngÉu nhiªn tån t¹i trong kÕt qu¶ ®o, nã ®­îc nhËn biÕt th«ng qua sù dao ®éng cña kÕt qu¶ ®áiªng rÏ. Trong phÐp ®o lÆp do mét ng­êi ®o thùc hiÖn trªn cïng mét dông cô®o vµ ®èi víi cïng mét chi tiÕt ®o. Sai sè ngÉu nhiªn ®­îc ®Æc tr­ng b»ng sai sè b×nh ph­¬ng trung b×nh s, ®­îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së c¸c dao ®éng cña tÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ ®o riªng rÏ xung quanh gi¸ trÞ trung b×nh cña chóng trong phÐp ®o lÆp nhiÒu gi¸ trÞ. Sai lÖch b×nh ph­¬ng trung b×nh s ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 1 )( 1 2 − − = ∑ = n xx s n i ni Trong ®ã: xi – Gi¸ trÞ cña kÕt qu¶ ®o thø i; xm – Gi¸ trÞ trung b×nh tõ n gi¸ trÞ ®ob riªng rÏ; n – Sè lÇn ®o lÆp. NÕu t¨ng sè lÇn ®o n lªn rÊt lín (trªn 200 lÇn) , th× sai lÖch b×nh ph­¬ng trung b×nh s sÏ ®¹t tíi gi¸ trÞ giíi h¹n vµ trë thµnh ®é lÖch chuÈn σ . Chó ý r»ng , khi tÝnh ®é lÖch chuÈn σ hay sai lÖch b×nh ph­¬ng trung b×nh s, cÇn ph¶i quy trßn gi¸ trÞ trung b×nh xm tíi sè thËp ph©n ®øng sau vÞ trÝ thËp ph©n cña gi¸ trÞ ®o riªng rÏ xi . VÝ dô: Mét phÐp ®o sau 10 lÇn quan s¸t cã c¸c gi¸ trÞ ®o lµ 2,6; 2,5; 2,7; 2,7; 2,3; 2,5; 2,8; 2,7; 2,3 vµ 2,6 . H·y tÝnh sai lÖch b×nh ph­¬ng trung b×nh s cña c¸c gi¸ trÞ ®o trªn . I xi xm (xi - xm) (xi - xm) 2 1 2 3 4 5 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 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 6 7 8 9 10 2,5 2,8 2,7 2,3 2,6 2,57 - 0,07 + 0,23 + 0,13 - 0,27 + 0,03 0,0049 0,0529 0,0169 0,0729 0,0009 ).(17,0 9 261,0 110 )(x 10 1 2 i m x s i m µ±== − − = ∑ = Gi¶ sö c¸c gi¸ trÞ ®o riªng rÏ cña phÕp ®o trªn xuÊt hiÖn theo ph©n bè chuÈn nh­ tronh h×nh 1.1 vµ n ®ñ lín th× trong ph¹m vi : xm ± s sÏ cã x¸c suÊt xuÊt hiÖn gi¸ trÞ ®o riªng rÏ lµ p = 68,3%; xm ± 2s sÏ cã x¸c suÊt xuÊt hiÖn gi¸ trÞ ®o riªng rÏ lµ p = 95,4%; xm ± 3s sÏ cã x¸c suÊt xuÊt hiÖn gi¸ trÞ ®o riªng rÏ lµ p = 99,7%. xi y 0 xm σσ σσ σσ H×nh 1.1: Ph©n bè chuÈn cña c¸c gi¸ trÞ ®o riªng lÎ. NÕu sai sè hÖ thèng ®· ®­îc lo¹i trõ , th× gi¸ trÞ ®o trung b×nh sÏ ®­îc bao bëi hai giíi h¹n cña kho¶ng mµ trong ®ã gi¸ trÞ thùc cña ®¹i l­îng ®o cã thÓ xuÊt hiÖn víi mét x¸c suÊt p ®· chän . Khi ®ã c¸c giíi h¹n nµy ®­îc gäi lµ giíi h¹n tin cËy vµ ph¹m vi gi÷a chóng gäi lµ ph¹m vi tin cËy , trong ®ã cã : Giíi h¹n tin cËy trªn : nm Sn tx .+ Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 Giíi h¹n tin cËy d­íi : nm Sn tx .− Ph¹m vi tin cËy : nSn tV .±= Trong c¸c c«ng thøc trªn, t lµ hÖ sè cã gi¸ trÞ phô thuéc vµo x¸c xuÊt p vµ sè lÇn ®o n ®­îc chØ dÉn trong b¶ng 1.1. B¶ng 1.1: Sù phô thuéc cña c¸c gi¸ trÞ t vµ n t vµo n vµ x¸c xuÊt p. Sè l­îng c¸c gi¸ trÞ riªng rÏ n P = 95% P = 99% t n t t n t 3 4 5 6 8 10 20 30 50 100 200 Trªn 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 0,2._.8 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 kü thuËt , th­êng chän p = 95% . KÕt qu¶ phÐp ®o ®­îc biÓu diÔn theo c«ng thøc: x = xm ± v víi x¸c xuÊt P . 1.4. tæng quan vÒ sai sè trªn m¸y c«ng cô 1.4.1 C¸c nghiªn cøu vÒ sai sè trªn m¸y c«ng cô Dựa trên các kết quả nghiên cứu trên CMM, nhiều nhà nghiên cứu máy công cụ đã tập trung vào mô hình sai số máy công cụ. Các lý do chính, các nguyên nhân Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 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 cứu trong quá khứ. Tải trọng tĩnh của máy công cụ tạo ra từ lực tác động trong quá trình và số lượng của phôi và chi tiết máy. Do sự thay đổi các chế độ cắt trong quá trình cắt, độ lớn và hướng của lực và momen thay đổi, cũng như điểm đặt lực, điều này làm biến dạng thân máy. Tải tĩnh và khối lượng của phôi được gia công tạo ra sự biến dạng nên tồn tại các sai số hình học trên máy công cụ. Việc các máy công cụ chịu tải thay đổi cũng cần phải được xem xét. Do lực tác động thay đổi, toàn bộ hệ thống máy bị rung động. Tác động của tải tĩnh đến cấu trúc của máy công cụ và các tác động của chúng đến sai số hình học đã được trình bày một cách phù hợp bởi Weck (1984a). Trong các máy công cụ, cố một số nguồ n nhiệt gây ra sự thay đổi trong sự phân bố nhiệt độ trong chi tiết, phụ thuộc vào điều kiện tải và thời gian. Chủ yếu có hai nguồn nhiệt chính, nguồn trong và nguồn ngoài (Anderson 1992). Biến dạng gây ra bởi tải tĩnh và động có thể được loại bỏ khi tải ngừng tác động. Trong trường hợp sai số do nhiệt, sai số này tăng dần dần khi trường nhiệt độ tăng lên. Tác động của nguồn này tồn tại đến khi quá trình nguội đi kết thúc. Với máy công cụ chính xác, 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. Khả năng làm việc của máy công cụ xét theo độ chính xác được định nghĩa là sai số của chuyển động tương đối giữa dụng cụ cắt và phôi lý tưởng (Chen và CS 1993). Sự không chính xác xuất hiện chủ yếu từ các chi tiết của máy. Những sai lệch này có thể được bù với một mức độ nào đó của bộ điều khiển (Holsa 1999). Để tăng độ chính xác của máy, có hai phương pháp được áp dụng: Phương pháp thứ nhất là tăng độ chính xác cơ khí của máy và phương pháp kia là điều chỉnh sai số hiện có bằng phần mềm máy tính trong hệ điều khiển của máy. Để tạo ra máy có độ chính xác cao hơn, có nhiều nỗ lực được dành cho thiết kế, chế tạo và bảo trì máy Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 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 ề 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 của máy và hệ thống phản hồi; 2) dự đoán và bù sai số có tính hệ thống của máy; 3) Bù sai ngay trong quá trình và đo sai số chi tiết ngày trong quá trình gia công; 4) Bù sai bằng phân tích sau quá trình các sai số còn lại. Trong đó việc nâng cao kết cấu 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 Nhiều nguồn gốc sai số tác động đến vị trí dụng cụ. Trong các nhân tố chính tác động đến độ chính xác của vị trí tương đối này. Các nguồn gốc sai số khác là độ phân giải và độ chính xác của hệ thống đo tuyến tính, biến dạng đàn hồi của các chi tiết dẫn động, lực quán tính khi phanh/ khi tăng tốc, ma sát và chuyển động trượt bị dính, hệ thống điều khiển servo, lực cắt và rung động. Tóm lại, máy công cụ không chính xác là do: - Sai số hình học của các chi tiết và kết cấu máy - Sai số do biến dạng nhiệt - Ma sát trong hệ thống dẫn động - Sai lệch do lực cắt - Giao động ngẫu nhiên Hình sau đây vẽ các nguồn gốc sai số của một máy công cụ niều trục và các quan hệ ở mức cao của chúng. Nói rộng hơn, sai số máy công cụ có thể được chia thành hai nhóm: Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Các sai số hệ thống có thể được mô tả và có thể đoán được dựa trên các mô hình toán học. Các sai số ngẫu nhiên khó lập mô hình và khó bù. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 a. Sai số hình học Sai số hình học được coi là sai số của máy tồn tại trong điều kiện nguội và nóng và sai số này không thay đổi theo thời gian (chúng có tính lặp lại ổn định). 75% sai số số ban đầu của một máy mới xuất hiện do sản xuất và lắp ráp (Cecil và CS 1998). Sai số hình học là sai số roll, pit ch, yaw và vuông góc. Tất cả các trục 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. Các sai số này bao gồm sai số chiều dài khâu, sai số góc, sai số độ thẳng, sa i số vuông góc, song song, sai số vuông góc và sai số vị trí đi ểm không. Đôi khi sự va chạm cũng làm hỏng phôi và làm thay đổi các thành phần hình học và chi tiết dẫn động của máy. Hình 1.2 Các nguồn gây sai số của máy công cụ (Anderson 1992) Các loại sai số này thay đổi chậm theo thời gian, tức là máy lặp lại sai số 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 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 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 Chuyển động quay của động cơ được chuyển thành chuyển động tịnh tiến bằng vít me. Vít me đai ốc có ma sát lớn hơn so với vít me bi. Sai số động học trong đo vị trí bằng đầu mã hóa quay xuất phát chủ yếu từ sai số bước vít. Sai số này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo vì bước của vít me 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 nhau. Các nguyên nhân này có mức độ tác động và thay đổi liên quan đến lực ma sát. Sai số chuyển động sẽ bị tác động bởi góc nghiêng của nắp ổ chặn, sự đồng dạng của trục động cơ servo; các phần ghép nối. c. Sống trượt Trong bàn dao của máy vạn n ăng, có sống dẫn hướng trượt được sử dụng. Nếu sống dẫn hướng không được đặt đối xứng thì ma sát trượt lớn và do đó luôn so sai số do dính khi trượt. Một sai số thẳng xuất hiện trong quá trình sản xuất sống dẫn hướng, và do lực trong quá trình gá lắp. Các nguồn gốc sai số chính gây ra bởi sống dẫn hướng là: - Chế tạo không chính xác - Mòn sống dẫn hướng - Biến dạng tĩnh do khối lượng của các thành phần trong máy và/hay do lực cắt - Biến dạng nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ d. Sai số do nhiệt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 Một máy công cụ thường hoạt động ở trạng thái không ổn định về nhiệt do nhiệt xuất hiện từ nhiều nguồn. Mọi thay đổi về sự phân bố nhiệt độ của cấu trúc máy công cụ gây ra biến dạng do nhiệt và tác động đến độ chính xác gia công. Các nguồn nội nhiệt do ma sát bên trong máy, ví dụ, sự truyền động từ động cơ điện, ma sát trong thiết bị truyền động và hộp tốc độ, ma sát ở ổ đỡ và sống dẫn hướng, quá trình gia công (quá trình cắt, phoi, phôi). Các nguồn nhiệt bên ngoài xuất phát từ bên ngoài, ví dụ bức xạ nhiệt, ánh nắng hay nhiệt độ môi trường. Các nguồn nhiệt chính trong máy công cụ xuất phát từ: - Ổ lăn - Bánh răng và dầu thủy lực - Thiết bị dẫn động và li hợp - Bơm và động cơ - Sống dẫn hướng/vít me - Quá trình cắt và phoi kim loại - Nguồn nhiệt bên ngoài Các tác động của các nguồn nhiệt này ảnh hưởng đến sai lệch vị trí, độ thẳng, sai lệch góc và vuông góc. Giảm sai số do nhiệt trong quá trình thiết kế - Giảm các nguồn sinh nhiệt và tác động của nhiệt đến máy: gắn động cơ và hộp tốc độ bên ngoài máy - Phân tán nhiệt do mát sát tại ổ đỡ và thiết bị dẫn động - Xem xét khả năng biến dạng do nhiệt giữa dụng cụ và phôi để giảm thiểu sai số này khi thiết kế. Giảm sai số do nhiệt trong quá trình sử dụng Kiểm soát và ổn định nguồn nhiệt từ bên trong và bên ngoài Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 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 Tải tĩnh và động gây biến dạng cấu trúc của máy, điều này dẫn đến sai số k. Sai số do các yếu tố môi trường 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 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 sai số đo trong các phép đo được ứng dụng. Nội dung chương cũng đề cập đến các sai số thường gặp trên các máy công cụ. Việc khảo sát nguyên nhân gây sai số nhằm mục đích kiểm soát các sai số khi chọn phương pháp đo và chọn dụng cụ đo cho việc cải tiến lắp đặt cơ cấu đo Cơ điện tử cho máy. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 Ch­¬ng II: dông cô ®o vµ hÖ thèng ®o dÞch chuyÓn c¬ khÝ trªn m¸y v¹n n¨ng 2.1. C¸c dông cô ®o dÞch chuyÓn c¬ khÝ. 2.1.1 Kh¸i qu¸t vÒ c¸c dông cô ®o c¬ khÝ Dông cô ®o c¬ khÝ lµ dïng ®Ó ®o ®¹c, kiÓm tra c¸c th«ng sè chÕ t¹o nh»m ®¶m b¶o ®é tin cËy, an toµn khi sö dông cña c¸c chi tiÕt cµ m¸y mãc c¬ khÝ. C¸c dông cô ®o c¬ khÝ cßn ®­îc øng dông ®Ó ®o c¸c kho¶ng dÞch chuyÓn trªn c¸c m¸y gia c«ng, vÝ dô nh­ trªn c¸c m¸y v¹n n¨ng: M¸y tiÖn, phay, khoan …C¸c th«ng sè cÇn kiÓm tra nh­: KÝch th­íc, khe hë, ®é s©u, ®é cao, tÝnh ®ång nhÊt cña vËt liÖu chÕ t¹o chi tiÕt c¬ khÝ, kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn, kh¶ n¨ng chÞu lùc nÐn, kÐo, xo¾n, ®o ch©n kh«ng, ®o ¸p suÊt, ®o nhiÖt ®é … C¸c dông cô ®o c¬ khÝ lµ c¸c dông cô ®o mang kÕt cÊu c¬ khÝ. C¸c thiÕt bÞ ®o nµy chñ yÕu ®o theo ph­¬ng ph¸p ®o tiÕp xóc. Ph­¬ng ph¸p ®o tiÕp xóc lµ ph­¬ng ph¸p ®o gi÷a ®Çu ®o vµ bÒ mÆt cÇn ®o tån t¹i mét ¸p lùc gäi lµ ¸p lùc ®o. VÝ dô nh­ ®o b»ng dông cô c¬ khÝ, quang c¬, ®iÖn tiÕp xóc … Áp lùc nµy lµm cho vÞ trÝ ®o æn ®Þnh v× thÕ kÕt qu¶ ®o tiÕp xóc rÊt æn ®Þnh. Dùa theo quan hÖ gi÷a c¸c gi¸ trÞ chØ thÞ trªn dông cô ®o vµ gi¸ trÞ ®¹i l­îng ®o th× c¸c dông cô ®o c¬ khÝ chñ yÕu dïng ph­¬ng ph¸p ®o tuyÖt ®èi. Ph­¬ng ph¸p ®o tuyªt ®èi lµ ph­¬ng ph¸p ®o mµ gi¸ trÞ chØ thÞ trªn dông cô ®o lµ gi¸ trÞ ®o ®­îc. Ph­¬ng ph¸p ®o nµy ®¬n gi¶n, Ýt nhÇm lÉn nh­ng v× hµnh tr×nh ®o dµi lªn ®é chÝnh x¸c khã ®¶m b¶o. NÕu dùa vµo quan hÖ gi÷a c¸c ®¹i l­îng cÇn ®o vµ ®¹i l­îng ®­îc ®o th× c¸c dông ®o c¬ khÝ cã thÓ ®o theo hai ph­¬ng ph¸p lµ ph­¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp vµ ph­¬ng ph¸p ®o gi¸n tiÕp. 2.1.2. Mét sè dung ®o c¬ khÝ 2.1.2.1. Dông cô ®o kiÓu trùc tiÕp a. Dông cô ®o chuyÓn vÞ th¼ng - Dông cô ®o kiÓu th­íc cÆp Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 Dôngc cô ®o kiÓu th­íc cÆp lµ mét trong nh÷ng lo¹i dông cô ®o, ®o theo kiÓu ®o trùc tiÕp, tøc lµ b¸m s¸t vÞ trÝ cÇn ®o hay c¸c biÕn ®æi vÞ trÝ kh«ng cÇn qua dÉn ®éng c¬ khÝ trung gian. Dông cô ®o kiÓu th­íc cÆp gåm c¸c lo¹i th­íc cÆp th«ng th­êng ®Ó ®o trong, ®o ngoµi, th­íc cÆp ®o r¨ng vµ c¸c lo¹i th­íc ®o cao vµ lÊy dÊu. Dông cô nµy gåm hai phÇn c¬ b¶n: Th©n th­íc mang th­íc chÝnh g¾n víi ®Çu ®o cè ®Þnh vµ th­íc ®éng mang th­íc phô cßn gäi lµ du xÝch, g¾n víi ®Çu ®o ®éng. Kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®Çu ®o lµ kÝch th­íc ®o ®­îc ®äc phÇn nguyªn trªn th­íc chÝnh vµ phÇn lÎ trªn th­íc phô. §iÓm “0” cña th­íc phô lµ vËt chØ thÞ ®Ó ®äc gi¸ trÞ trªn th­íc chÝnh; sau ®ã quan s¸t thÊy hai v¹ch nµo trªn th­íc chÝnh vµ th­íc phô trïng nhau th× v¹ch chia trªn th­íc chÝnh sÏ chØ cho ta sè ®äc phÇn lÎ trªn th­íc phô. Nãi chung, th­íc chÝnh cã gi¸ trÞ chia ®é lµ 1 mm. Gi¸ trÞ chia cña th­íc lµ gi¸ trÞ chia cña th­íc phô, gi¸ trÞ nµy phô thuéc vµo cÊu t¹o cña tõng th­íc, c¬ b¶n lµ ®é lín cña kho¶ng chia vµ sè v¹ch chia trªn th­íc phô. H×nh 2.2 m« t¶ cÊu t¹o c¸c kiÓu th­íc. Gäi kho¶ng chia trªn th­íc chÝnh lµ a, nÕu muèn gi¸ trÞ chia ®é trªn th­íc phô thuéc lµ c th× v¹ch chia trªn th­íc phô thuéc sÏ lµ n víi: n = c a Bëi vËy muèn th­íc chÝnh cã a =1 mm, nÕu th­íc phô cã 20 v¹ch th× gi¸ trÞ chia ®é cña th­íc c = n a = 20 1 = 0.05 mm. Trªn h×nh 2.2 c, d, e lµ cÊu t¹o th­íc phô cã c = 0.1 mm, c = 0.05 mm, c = 0.02 mm. Gi¸ trÞ ®äc trªn h×nh 2.2b lµ 63.6 mm. Hình 2.1. Thước cặp Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 H×nh 2.2 CÊu t¹o cña th­íc phô §Ó ®äc sè dÔ dµng, chuyÓn vÞ cña th­íc ®éng cã thÓ th«ng qua bé truyÒn b¸nh r¨ng – Thanh r¨ng lµm quay kim chØ thÞ cña ®ång hå trªn b¶ng chia víi kho¶ng chia lín. Lo¹i th­íc cÆp cã ®ång hå nµy cã thÓ cã gi¸ trÞ chia ®Õn 0.01 mm. ChuyÓn vÞ cña th­íc ®éng cã thÓ ®­a vµo bé ®Õm c¬ khÝ ®Ó t¹o ra th­íc cÆp hiÖn sè c¬ khÝ. Ngoµi ra cßn t¹o ra lo¹i th­íc cÆp hoÆc th­íc ®o cao hiÖn sè kiÓu ®iÖn tö b»ng c¸ch g¾n thang chia chÝnh trªn th­íc tÜnh, ®Çu ®äc trªn th­íc ®éng. Lo¹i th­íc nµy cã thÓ g¾n víi bé xö lý ®iÖn tö ®Ó cho ngay kÕt qu¶ ®o. Gi¸ trÞ th­íc chia nµy ®Õn 0.01 mm. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 Hình 2.3. Các kiểu thước kẹp Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 - Dông cô ®o kiÓu Panme Dông cô ®o kiÓu panme lµ lo¹i dông cô ®o cã dïng bé truyÒn VÝt - ®ai èc ®Ó t¹o chuyÓn ®éng ®o. §Çu ®o ®éng ®­îc g¾n víi trôc vÝt vµ ®ai èc g¾n víi gi¸ cè ®Þnh. Th«ng th­êng b­íc ren vÝt p = 0.5 mm. Trªn h×nh 2.4, 3 lµ trôc vÝt mang ®Çu ®o ®éng. Khi xoay n¾m vÆn, trôc vÝt sÏ võa quay võa tÞnh tiÕn. ChuyÓn vÞ cña ®Çu ®o ®­îc ®äc nhê bé du xÝch vßng. Th­íc chÝnh gåm hai thang chia cã gi¸ trÞ chia 1mm ®Æt so le 0.5 mm trªn tang chia g¾n víi gi¸ 1, th­íc phô lµ mét thang chia trßn trªn b¹c 6. Khi xoay n¾m 8 trôc vÝt sÏ quay vµ tÞnh tiÕn ®ång thêi b¹c 6 còng quay vµ tÞnh tiÕn theo. MÐp c«n cña b¹c chia 6 sÏ lµ vËt chØ thÞ cho phÇn ®äc th« ®Õn 0.5 mm, cßn v¹ch ngang trªn th­íc chÝnh sÏ chØ thÞ cho ta sè ®äc lÎ trªn b¹c chia 6. CÇn chó ý: Trong nóm vÆn 8 cã c¬ cÊu cãc ®Ó ®¶m b¶o lùc ®o cho dông cô. Khi ¸p lùc ®o ®· ®ñ, cãc sÏ tr­ît. Kh«ng cho phÐp quay b¹c 6 khi ®o, v× sÏ lµm t¨ng ¸p lùc ®o, nÕu vÆn qu¸ cã thÓ lµm b¹c 6 xoay t­¬ng ®èi víi trôc vÝt lµm sai kÕt qu¶ ®o vµ sai ®iÓm “0” cña dông cô. Gi¸ trÞ chia ®é cña Panme phô thuéc vµo b­íc ren vÝt, ®­êng kÝnh tang chia vµ sè v¹ch chia trªn b¹c 2: Hình 2.4. Cấu tạo Panme đo ngoài cơ khí 1- GÝa, 2- §Çu ®o cè ®Þnh, 3 – Trôc vÝt, 4 – B¹c, 5 - §ai èc, 6 – B¹c du xÝch, 7 – B¹c n¾m vÆn, 8 – Nóm vÆn, 9 – Chèt cãc, 10 – Lß xo, 11 – VÝt h·m, 12 – Chèt h·m, 13 – Khãa h·m Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 c = n p Víi p lµ b­íc ren, n lµ sè v¹ch Hình 2.5. Các kiểu panme Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Kho¶ng chia phô lµ a a = n dπ Víi d lµ ®­êng kÝnh tang chia Khi t¨ng d, t¨ng sè v¹ch n, gÝa trÞ chia sÏ nhá ®i. Th«ng th­êng dïng b­íc vÝt p = 0.5, n = 50 sÏ cã c = 0.01 mm. Víi kiÓu kÕt cÊu nµy th­êng chØ dïng c = 0.01mm, khi t¨ng d cã thÓ dïng c = 0.005 mm C¸c dông cô ®o kiÓu Panme nh­: Panme th­êng lo¹i ®o ngoµi vµ ®o trong, panme ®o r¨ng, panme ®o ren, panme ®o s©u, panme ®o chiÒu dµy thµnh èng …H×nh vÏ 2.5 m« t¶ c¸c lo¹i panme ®o. §Ó gi¶m sai sè tÝch lòy cña truyÒn ®éng ren vÝt, panme chØ dïng hµnh tr×nh h¹n chÕ lµ 25 mm. V× thÕ mçi panme chØ cã mét ph¹m vi ®o x¸c ®Þnh, vÝ dô: 0 – 25, 25 – 50, 50 – 75 … chØ cho phÐp ho¹t ®éng trong ph¹m vi ®· ghi trªn gi¸. Ngoµi kiÓu ®äc sè theo du xÝch vßng, panme còng cã lo¹i ®äc sè theo kiÓu hiÖn sè c¬ khÝ hoÆc ®iÖn tö. H×nh 2.6. CÊu t¹o panme ®ång hå 1 - Gi¸, 2 – §Çu ®o ®éng, 3 - §ßn bÈy, 4 - C¬ cÊu n©ng h¹ ®Çu ®o, 5 - Khãa h·m, 6 - §ai èc ®iÒu chØnh, 7 – Trôc vÝt, 8 – B¹c du xÝch, 9 – Tang chia, 10 - Kim chØ thÞ, 11 – B¶ng chia, 12 – Cung r¨ng, 13 – Nót chØnh lùc ®o Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 §Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña panme ng­êi ta dïng lo¹i panme ®ång hå nh­ h×nh 2.6. Trong ®ã, trôc panme g¾n víi ®Çu ®o b¸n ®éng 7. §Çu ®o nµy ®­îc ®iÒu chØnh theo phÇn nguyªn cña kÝch th­íc ®o, phÇn lÎ cña kÝch th­íc ®­îc ®äc nhê ®ång hå. ChuyÓn vÞ cña ®Çu ®o ®éng 2 th«ng qua bé truyÒn ®ßn – b¸nh r¨ng ®­îc kim chØ ra trªn b¶ng 11. KÕt cÊu nµy cã gÝa trÞ chia c = 0.002 mm. b. Dông cô ®o gãc Dông cô ®o gãc theo ph­¬ng ph¸p ®o trùc tiÕp lµ dùa trªn c¬ së hÖ täa ®é cùc, trong ®ã gèc täa ®é cùc lµ t©m quay cña yÕu tè mang mÆt ®o, cßn vÐct¬ gèc g¾n víi yÕu tè mang mÆt chuÈn. Täa ®é mÆt ®o ®­îc chØ ra trªn b¶ng chia ®é gãc g¾n víi yÕu tè chuÈn. T¹i vÞ trÝ “0”, mÆt ®o trïng víi mÆt chuÈn, vect¬ Ox chØ “0”. Khi ®o gãc α lµ gãc gi÷a AB vµ CD, ta ®Æt AB ≡ MC, xoay Ox ≡ CD, vËt chØ thÞ sÏ chØ cho ta sè gãc α trªn b¶ng chia. §©y lµ nguyªn t¾c c¬ b¶n ®Ó thiÕt kÕ c¸c dông cô ®o gãc nh­: Th­íc ®o gãc, thÞ kÝnh ®o gãc, bµn xoay ®o gãc trong c¸c thiÕt bÞ ®o gãc … C¸c th­íc ®o gãc th«ng dông cã d¹ng nh­ h×nh vÏ sau: H×nh 2.7. Dông cu ®o gãc c¬ khÝ Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 §é chÝnh x¸c cña ph­¬ng ph¸p ®o nµy phô thuéc vµo ®é ®ång t©m cña b¶ng chia víi t©m quay cña mÆt ®o. §©y lµ ®iÓm h¹n chÕ c¬ b¶n cña ph­¬ng ph¸p ®o gãc trùc tiÕp khi muèn ®¹t ®é chÝnh x¸c cao. §Ó ®o gãc cã ®é chÝnh x¸c cao h¬n ng­êi ta dïng thÞ kÝnh ®o gãc g¾n trªn kÝnh hiÓm vi dông cô hoÆc c¸c m¸y ®o gãc chuyªn dïng. Trªn h×nh 2.8 m« t¶ nguyªn t¾c lµm viÖc cña thÞ kÝnh ®o gãc. ¶nh cña chi tiÕt ®­îc t¹o trªn mÆt ¶nh cña vËt kÝnh trªn hÖ hiÓm vi I. T¹i ®©y, ng­êi ta ®Æt kÝnh chuÈn KC1 mang v¹ch chuÈn ch÷ thËp vµ kÝnh chuÈn KC2 l¾p ®ång t©m vµ cè ®Þnh víi nhau. KC1 vµ KC2 ®­îc l¾p víi vµnh r¨ng c«n vµ xoay ®­îc nhê n¾m vÆn mang b¸nh r¨ng c«n. KÝnh thÞ ®­îc l¾p trªn m¸y ®o hai täa ®é xOy. H×nh 2.8. Nguyên tắc làm việc của kính đo góc Khi ®o ta ®iÒu chØnh cho t©m v¹ch chuÈn n»m nªn mÐp ¶nh AB, xoay cho aa ≡ AB. Trªn kÝnh hiÓm vi I ta ®äc ®­îc täa ®é gãc α1. §iÒu chØnh cho 0 rêi sang c¹nh AC. Xoay a’a’≡ AC. Trªn kÝnh hiÓm vi II ta ®­îc täa ®é gãc α2. TrÞ sè gãc ®o ®­îc lµ α = α2- α1. Bµn xoay mang chi tiÕt ®o lµ l¨ng kÝnh ABC. Khi ®o ta xoay bµn mang chi tiÕt cho AB h­íng vÒ chïm ¸nh s¸ng tíi. KC2 KC1 TK KC3 KV S2 CT A B C b a b a a’ a' 2 S1 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 Xoay II cïng víi bµn xoay sao cho i = i’ th× ¶nh cña kÝnh chuÈn KCl trïng chËp víi KC2 (h×nh 2.9). HÖ sè ®äc sè täa ®é gãc g¾n víi hÖ II ®äc ®­îc ϕ1. TiÕp tuc quay AC tíi phÝa chïm s¸ng vµ lÆp l¹i ®­îc vÞ trÝ ng¾m chuÈn sÏ ®äc ®­îc ϕ2. TrÞ sè = ϕ2 - ϕ1 lµ gãc ®o gi÷a hai ph¸p tuyÕn cña mÆt AB vµ AC. TrÞ sè gãc ®o α = 1800 - ϕ. H×nh 2.9. Nguyªn tắc lµm viÖc cña m¸y ®o gãc I – HÖ thèng chiÕu s¸ng II – HÖ thèng hiÓm vi quan s¸t Trong m¸y ®o gãc, hÖ I vµ II cã thÓ ®­îc thay b»ng mét èng nhßm tù chuÈn trôc. Trong tr­êng hîp nµy, vÞ trÝ ng¾m chuÈn t­¬ng øng víi tr¹ng th¸i trôc quang cña hÖ trïng víi ph­¬ng ph¸p tuyÕn cña bÒ mÆt ®o ®ang ng¾m. Ph­¬ng ph¸p tÝnh kÕt qu¶ ®o kh«ng cã g× thay ®æi. 2.1.2.2. Dông cô ®o kiÓu gi¸n tiÕp Dôngc cô ®o kiÓu gi¸n tiÕp lµ c¸c dôngc cô ®o theo ph­¬ng ph¸p ®o gi¸n tiÕp tøc lµ trong ®ã ®¹i l­îng ®­îc ®o kh«ng ph¶i lµ ®¹i l­îng cÇn ®o hay c¸c biÕn ®æi vÞ trÝ ph¶i qua c¸c bé dÉn ®éng c¬ khÝ trung gian. a. Dông cô ®o chuyÓn vÞ th¼ng §ång hå so lµ lo¹i dông cu ®o chuyÓn vÞ theo kiÓu ®o gi¸n tiÕp, chuyÓn ®æi tõ dÞch chuyÓn th¼ng sang dÞch chuyÓn gãc cña kim chØ thÞ th«ng qua c¸c bé truyÒn I II A C B α i i' KC1 KC1 A VÞ trÝ ng¾m chuÈn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 b¸nh r¨ng, lµ mét dông cô chØ thÞ th«ng dông ®­îc dïng trong c¸c g¸ l¾p ®o l­êng kiÓm tra ®Ó chØ ra c¸c sai lÖch khi ®o. Víi nguyªn t¾c cÊu t¹o kh¸c nhau, ®ång hå so cã thÓ cã ®é chÝnh x¸c chØ thÞ kh¸c nhau. H×nh 2.10a m« t¶ nguyªn t¾c lµm viÖc cña ®ång hå so cã gi¸ trÞ chia 0.01 mm. Trôc ®o 1 mang thanh r¨ng. Khi kÝch th­íc ®o thay ®æi, trôc ®o chuyÓn vÞ lµm quay b¸nh r¨ng Z2, b¸nh r¨ng nµy l¾p cè ®Þnh ®ång trôc víi b¸nh r¨ng Z3 lµm b¸nh r¨ng nµy quay, b¸nh r¨ng Z3 ¨n khíp víi b¸nh r¨ng Z1 lµm Z1 quay. Kim chØ thÞ R g¾n trªn trôc b¸nh t¨ng Z1 sÏ quay vµ chØ thÞ chuyÓn vÞ trªn b¶ng chia 3. Trong h×nh 2.10a, b¸nh r¨ng Z4 d­íi t¸c dông cña d©y lß xo xo¾n 4 lµm cho c¶ bé truyÒn tiÕp xóc mét bªn æn ®Þnh ngay c¶ khi trôc ®o lªn hoÆc xuèng. Lß xo 2 dïng g©y ¸p lùc ®o. H×nh 2.10b lµ kÕt cÊu cña lo¹i ®ång hå 0.01 mm th«ng dông. §ång hå so t¾c nµy cã gi¸ trÞ chia 0.01 mm víi ph¹m vi ®o 0 -2, 0 – 5 vµ 0 – 10 mm cã ®­êng kÝnh l¾p (sè 10) φ8. H×nh 2.10. Nguyªn tắc lµm viÖc vµ cÊu t¹o cña ®ång hå so H×nh b: 1 - Trôc ®o, 2 – Lß xo, 3 - Vá, 4 - N¾p, 5 – Trôc r¨ng, 6 – B¸nh r¨ng, 7 – B¸nh r¨ng tãc, 8 – D©y tãc, 9 – 10 - B¹c dÉn, 11 – B¹c mang b¶ng chia Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 Muèn më réng ph¹m vi ®o cña ®ång hå si ®Ó cã thÓ dïng ®o theo ph­¬ng ph¸p tuyÖt ®èi ng­êi ta cÇn thay ®æi kÕt cÊu cña lß xo 2 sao cho ¸p lùc ®o Ýt thay ®æi trong suèt c¶ hµnh tr×nh ®o lín. Ph¹m vi ®o cña ®ång hå cã thÓ lµ: 0 – 20, 0 – 50, 0 – 100 mm víi c = 0.01 víi ®­êng kÝnh l¾p Φ8. Trong xu thÕ ph¸t triÓn míi ®Ó ®¬n gi¶n vµ n©ng co ®é chÝnh x¸c ®o, ng­êi ta ®¬n gi¶n hãa ®Õn tèi thiÓu kÕt cÊu truyÒn vµ khuyÕch ®¹i chuyÓn vÞ, kÕt hîp víi ph­¬ng ph¸p chia nhá chuyÓn vÞ b»ng c¸c m¹ch ®iÖn tö t¹o ra c¸c ®ång hå so kiÓu hiÖn sè ®iÖn tö . Nguyªn t¾c c¬ b¶n lµ th­íc kÝnh chuÈn ®­îc g¾n trªn trôc ®o, ®Çu ®äc ®iÖn tö ®­îc g¾n trªn vá cè ®Þnh cña ®ång hå. Ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ míi nµy lµm cho dông cô ®o cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, nhá gän, cã kh¶ n¨ng ®¹t ®é chÝnh x¸c cao. §Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c chØ thÞ cña ®ång hå, ng­êi ta kÕt hîp bé chuyÒn ®ßn - b¸nh r¨ng nh­ s¬ ®å h×nh 2.11. H×nh 1.11a lµ s¬ ®å nguyªn t¾c lµm viÖc: H×nh 2.11. Nguyªn tắc lµm viÖc vµ cÊu t¹o cña ®ång hå ®o chuyÓn vÞ nhá H×nh b: 1 - Cung r¨ng, 2 – TÊm mang chèt, 3 - D©y tãc, 4 - Kim chØ thÞ, 5 – §ßn bÈy, 6 – PhÇn trô n¾p, , 8 – Khung ch÷ C, 9 - B¸nh r¨ng, 10 – B¶ng chia Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 Sù thay ®æi kÝch th­íc ®o lµm trôc ®o 6 chuyÓn vÞ. Khung ch÷ C l¾p trªn trôc ®o sÏ truyÒn chuyÓn vÞ sang ®ßn 10 lµm ®ßn nµy quay. §ßn 10 quay sÏ g¹t vµo chèt cè ®Þnh trªn tÊm 11. TÊm 11 l¾p cè ®Þnh víi cung r¨ng 14 quay quanh t©m 12. Cung r¨ng 14 truyÒn chuyÓn vÞ sang b¸nh r¨ng 15. Kim 16 g¾n trªn trôc b¸nh r¨ng 15 nªn kim sÏ quay theo b¸nh r¨ng 15 chØ cho ta l­îng chuyÓn vÞ cÇn ®o víi ®é khuyÕch ®¹i 200 – 1000 lÇn. Gi¸ trÞ chia cã thÓ ®¹t 0.005 - 0.002 hoÆc 0.001 mm. H×nh 2.11b lµ mét lo¹i kÕt cÊu cña lo¹i ®ång hå, víi ®­êng kÝnh l¾p (sè 6) lµ Φ8. §Ó ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c khi ®o, dông cô ®o cã thÓ kÕt hîp bé truyÒn ®ßn – b¸nh r¨ng chØ dïng trong miÒn ®o hÑp. H×nh 2.12. Nguyªn tắc lµm viÖc vµ cÊu t¹o cña ®ång hå ®o mÆt ®Çu Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 H×nh 2.12 m« t¶ nguyªn t¾c lµm viÖc cña lo¹i ®ång hå ®o chuyªn dïng cho c¸c chuyÓn vÞ nhá ë c¸c vÞ trÝ khã ®o, trong kh«ng gian h¹n chÕ, vÝ dô: ®o ®é ®¶o mÆt ®Çu, ®o ®é ®¶o h­íng kÝnh mÆt trong nh­ ®o ®é ®¶o lç c«n trong trôc chÝnh cña m¸y tiÖn víi t©m chuÈn, ®é song song cña r·nh hÑp …§ång hå nµy cßn mang tªn ®ång hå mÆt ®Çu. §Æc ®iÓm chÝnh cña lo¹i ®ång hå nµy lµ ph­¬ng chuyÓn vÞ cña ®Çu ®o vu«ng gãc víi ph­¬ng g¸ cña ®ång hå. ChuyÓn vÞ ®o biÕn thµnh chuyÓn vÞ quay cña ®Çu ®o v× thÕ ®Ó ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c ®o, chØ cho phÐp dông cô ®o trong miÒn hÑp víi tû sè truyÒn k = 100, gi¸ trÞ chia c = 0.01 hoÆc k = 100, c = 0.001. §Ó thuËn lîi cho viÖc ®o ë nh÷ng vÞ trÝ ®o kh¸c nhau, ng­êi ta thiÕt kÕ c¬ cÊu ®æi ph­¬ng ¸p lùc ®o. Chèt sè 2 dïng ®æi ph­¬ng ¸p lùc ®o. §Ó ®Ò phßng qu¸ t¶i trong lóc ®iÒu chØnh hoÆc khi ®o, ®Çu ®o 1 l¾p sÝt víi chèt dïng lµm trôc quay theo kiÓu l¾p ®µn håi. Khi bÞ qu¸ t¶i ®Çu ®o sÏ tr­ît tr¬n quanh trôc, kh«ng g©y tæn h¹i cho c¬ cÊu truyÒn ®éng trong dông cô. b. Dông cô ®o gãc Ph­¬ng ph¸p do gi¸n tiÕp kÝch th­íc gãc dùa trªn c¬ së mèi quan hÖ l­îng gi¸c. Nhê ®ã cã thÓ dïng nh÷ng ph­¬ng tiÖn ®o chiÒu dµi ®Ó ®o gãc víi ®é chÝnh x¸c cao ngay c¶ khi yÕu tè gãc ®­îc h×nh thµnh trong chi tiÕt rÊt khã ®o. - §o gãc b»ng bi cÇu hoÆc con l¨n: S¬ ®å h×nh 2.13 m« t¶ mÆt c¾t cña mét lç c«n hay r·nh c«n. Trong tam gi¸c O1IO2 ta cã: α = arcsin 21 2 OO IO Trong ®ã: O2I = 2 12 dd − O1O2 = h2 – h1 - 2 12 dd − Do ®ã: α = arcsin 12 1 12 12 − − − dd hh Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 Trong h×nh 2.14 ta cã: α = arctg H LL 2 21 − - §o gãc b»ng th­íc sin vµ th­íc Tang Dùa trªn quan hÖ l­îng gi¸c trong h×nh 2.15a: α = arcsin L a hoÆc α = arcsin b a Ng­êi ta thiÕt kÕ ra c¸c dông cô ®o chuyªn dïng lµ th­íc Sin vµ th­íc Tang. Trong th­íc Sin, kho¶ng c¸ch gi÷a 2 con l¨n L kh«ng ®æi, trong th­íc Tang lµ b kh«ng ®æi. d2 d1 O2 O1 I H1 h2 2α L2 L1 H α H×nh 2.13 Mặt cắt lỗ côn H×nh 2.14. Rãnh mang cá L α α x1 x2 H0 α0 x1 x2 H0 α L a b Hình 2.15. Nguyên tắc đo góc bằng thước sin và thước tang a) b) c) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 Khi α thay ®æi sÏ lµm cho a thay ®æi. Tõ sù thay ®æi cña a ta x¸c ®Þnh ®­îc sù thay ®æi cña α. H×nh 2.15. b m« t¶ ph­¬ng ph¸p ®o gãc b»ng th­íc Sin. H×nh 2.15. c m« t¶ ph­¬ng ph¸p ®o gãc b»ng th­íc Tang. Trong ®ã H0 = Lsinα0 hay H0 = btgα0; víi α0 lµ sè gãc danh nghÜa dïng ®Ó chØnh “0” cho thiÕt bÞ, ∆α cÇn ®­îc tÝnh ra chuyÓn vÞ dµi ∆x cho phÐp. Ph­¬ng ph¸p ®o b»ng th­íc sin vµ th­íc Tang th­êng ®­îc dïng ®o gãc t¹i hiÖn tr­êng, t¹i ph©n x­ëng hoÆc dïng t¹o ra c¸c gãc chuÈn trong g¸ ®o l­êng hoÆc trong g¸ c«ng nghÖ. Më réng ph­¬ng ph¸p nµy ng­êi ta thiÕt kÕ c¸c dông cô ®o gãc tÕ vi. Dông cô ®o gãc tÕ vi lµ dông cô ®o gãc chuyªn dïng ®Ó ®o c¸c gãc lÖch nhá, cßn gäi lµ niv« gãc. Dông cô ho¹t ®éng trªn nguyªn t¾c sö dông c¬ cÊu Tang, sin …biÕn chuyÓn vÞ gãc tÕ vi thµnh chuyÓn vÞ dµi t­¬ng øng trªn bµn kÝnh quay L. ChuyÓn vÞ dµi th­êng dïng lµ panme 0.01 v× thÕ sai sè ®o chuyÓn vÞ gãc rÊt nhá. S¬ ®å cña dông cô ®­îc m« t¶ trªn h×nh 2.16. Th­íc Nivo 8 ®­îc treo trªn vá m¸y, mét ®Çu tùa trªn ®ßn 2. ë tr¹ng th¸i th¨ng b»ng dông cô chØ “0”. Qua nóm 6, nhê hÖ l¨ng kÝnh ®Æc biÖt, mÐp ¶nh èng ph©n lµm hai nöa khi Êy ph¶i trïng nhau. Khi ®Æt trªn mÆt ph¼ng nghiªng víi mÆt L ∆ S 0.01mm/m α 8 7 6 5 2” 4 3 0 2 1mm/m Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lí đo của dụng cụ đo góc tế vi Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 ph¼ng chuÈn gãc α, mÐp bät n­íc sÏ bÞ lÖch ®i, ng­êi ta vÆn nóm vÆn panme 5 lµm trôc panme 4 chuyÓn vÞ mét ®o¹n S sao cho thÊy l¹i hiÖn t­îng trïng mÐp ¶nh. Khi ®o c¶ hÖ nghiªng ®i mét gãc α = arctg(S/L). Kim chØ thÞ chØ cho ta gãc lÖch th«, phÇn lÎ ®Õn 2” ®äc trªn panme ®o. T­¬ng tù cã thÓ tæ chøc hÖ thèng c¬ khÝ kÕt hîp sao cho cã thÓ t¹o ra tû sè truyÒn lín cho chuyÓn vÞ S ta sÏ cã dông cô ®o chÝnh x¸c cao h¬n. Tuy nhiªn khi hÖ thèng ®o cµng phøc t¹p, vÊn ®Ò æn ®Þnh sÏ gi¶i quyÕt rÊt khã kh¨n. 2.2. C¸c hÖ thèng ®o dÞch chuyÓn c¬ khÝ sö dông trªn m¸y v¹n n¨ng Dùa trªn c¬ së ®o cña c¸c dông cô ®o c¬ khÝ, c¸c hÖ thèng ®o dÞch chuyÓn c¬ khÝ sö dông trªn c¸c m¸y v¹n n¨ng cã mét phÇn kÕt cÊu t­¬ng tù nh­ vËy. D­íi ®©y tr×nh bÇy c¸c hÖ thèng ®o ®iÓn h×nh trªn c¸c m¸y v¹n n¨ng. Trªn c¸c m¸y van n¨ng hiÖn nay ®ang dïng hai lo¹i hÖ thèng ®o, ®o dÞch chuyÓn th¼ng vµ ®o dÞch chuyÓn gãc. 2.2.1 §o dÞch chuyÓn th¼ng Trªn c¸c m¸y c«ng cô v¹n n¨ng hiÖn nay chñ yÕu sö dông c¸c hÖ thèng ®o chuyÓn vÞ theo nguyªn t¾c ®o gi¸n tiÕp. C¸c dÞch chuyÓn th¼ng cña bµn dao m¸y tiÖn, hoÆc bµn m¸y phay … ®­îc ®o chuyÓn ®æi qua chuyÓn ®éng quay cña th­íc ®o vßng (du xÝch vßng) nhê c¸c bé truyÒn c¬ khÝ. C¸c dÞch chuyÓn th¼ng cÇn ®o trªn m¸y tiÖn ba._.ong cuén d©y stato sÏ g©y ra sù biÕn thiªn ®iÖn ¸p hoÆc víi tÇn sè t­¬ng tù nhau khi ®iÖn ¸p ®Æt vµo u2 = (U1sinωt)cosα = U2 sinωt. Còng chØ ra trªn h×nh 3.14a mèi quan hÖ gi÷a thêi gian víi sù thay ®æi biªn ®é ®­îc ®iÒu chØnh theo sù thay ®æi ®æi cña gãc α tõ cosα. Tãm l¹i nh÷ng ¶nh h­ëng cña vÞ trÝ gãc t­¬ng øng vµ ®iÖn ¸p biÕn thiªn g©y ra mét b­íc dÞch chuyÓn lµ 1800 ë ®iÖn ¸p 0 trong tr­êng hîp nµy. §iÒu nµy cho chóng ta thÊy mèi quan hÖ kh¨ng khÝt gi÷a biªn ®é vµ gãc. H×nh 3.14. Nguyªn lý bé gi¶i gãc ®ång bé a – Víi mét cuén stato, b – Víi hai cuén stato Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 Trªn h×nh 3.14b cho thÊy bé gi¶i gãc r«to víi mét cuén roto mét pha vµ mét stato hai pha. Hai cuén d©y quÊn cña stato ®­îc cÊp ®iÖn ¸p xoay chiÒu lÖch pha nhau vÒ ®iÖn mét gãc 900: U1sinα hoÆc U1 cosα. TÇn sè phæ biÕn ë ®©y lµ 2.5 kHz Khi cã mét ®iÖn ¸p cos vµ mét ®iÖn ¸p sin ®­îc ®Æt vµo c¸c cuén d©y stator th× tõ tr­êng biÕn thiªn h×nh thµnh, g©y c¶m øng trong cuén d©y roto mét ®iÖn ¸p U2. §é lín cña nã phô thuéc vµo gãc quay cña cuén d©y r«to ®èi víi vÐct¬ tõ tr­êng. u2 = (U1 cosα) sinωt + [(U1 cos(α + 2 π )] cosωt = (U1 cosα) sinωt + (U1 sinα) cosωt = U1sin(ωt-α) 22°30'(16* 30°(12* Rôto Trục Khe hở không khí S1 S2 S3 S4 R1 R3 Rôto Động Cố định trong vỏ Cảm biến quay Biến áp quay STATO STATO Mặt cắt A-B Ghép nối stato cảm biến quay Biến áp quay-stato Cuộn dây của biến áp quay Khe hở không khí Rôto của biến áp quay Ghép nối với roto Cuộn dây quấn của biến áp quay A C Đường sức từ trường Ổ lăn Vỏ Trục B D Mặt cắt C-D H×nh 3.15. C¶m biÕn gãc quay a. S¬ ®å c¶m øng quay kh«ng cã vµnh quÐt, b. CÊu tróc bé c¶m biÕn Stato Rôto Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 So s¸nh víi ®iÖn ¸p ë trªn cuén d©y ban ®Çu th× ®iÖn ¸p trªn cuén d©y thø hai thay ®æi liªn tôc víi gãc bÊt kú theo vÞ trÝ cña b­íc. Mét bé t¸ch pha ®· cho thÊy mét sù phô thuéc theo tû lÖ ®¬n vµo gãc α. H×nh 3.15a tr×nh bµy s¬ ®å m¹ch ®iÖn cña mét resolve kh«ng cã vµnh quÐt §iÖn ¸p c¶m øng trong cuén d©y rotor ®­îc chuyÓn qua mét biÕn thÕ quay kh«ng cã vµnh quÐt. H×nh 3.15b thÓ hiÖn c¸c mÆt c¾t cña mét resolve. TÝn hiÖu ®iÖn µp tû lÖ víi gãc quay cña roto do resolve cÊp ra chØ cho ®­îc mét tÖp thø tù c¸c gi¸ trÞ ®o tuyÖt ®èi trong ph¹m vi cña mét ®é chia trªn roto. VËy revolve lµ nh÷ng hÖ thèng lµm viÖc theo kiÓu tuyÖt ®èi/ chu kú. Th«ng th­êng mét biÕn ®æi vÞ trÝ th¼ng trªn ®é dµi 2 mm t­¬ng ®­¬ng víi mét vßng quay cña roto resolve. §Ó thÝch øng ®­îc víi b­íc vÝt me cña trôc ch¹y dao, c¸c truyÒn ®éng ®o cho resolve ph¶i ®¶m b¶o kh«ng cã khe hë vµ do ®ã kh«ng cÇn b¶o d­ìng. Th­íc tû lÖ c¶m biÕn (Industosyn scale): §Ó ®o vÞ trÝ kiÓu t­¬ng tù/ tuyÖt ®èi/ chu kú vµ trùc tiÕp, ng­êi ta dïng industosyn scale. §©y lµ mét th­íc lµm viÖc theo nguyªn t¾c c¶m øng dùa trªn c¬ së nguyªn lý cña bé gi¶i gãc roto d©y quÊn ph¼ng. Industosyn scal gåm mét th­íc ®o víi cuén d©y ph¼ng quÊn theo d¹ng gÊp khóc h×nh ch÷ nhËt. C¸c bé chia sãng vu«ng ®­îc sö dông trªn th­íc tû lÖ ®Æt trªn mét b¶n m¹ch in víi c¸c hÖ thèng c¶m ®iÖn. (H×nh 3.16) H×nh 3.16. Nguyªn lý cña hÖ thèng industosyn scale a – Th­íc tuyÕn tÝnh quay trong bé gi¶i gãc ®ång bé, b – Con ch¹y stato trong bé gi¶i gãc ®ång bé Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 Mét r·nh tr­ît kh«ng tiÕp xóc cïng víi hai cuén d©y t¹o sãng vu«ng ®­îc chuyÓn ®æi vÞ trÝ mét gãc 900 ra ®»ng sau råi di chuyÓn lªn trªn. Thao t¸c nµy ®­îc thùc hiÖn mét c¸ch chÝnh x¸c theo c¸ch gièng nh­ trong bé gi¶i gãc r«to 2 pha, nã gièng nh­ lµ 2 cuén c¶m ®Æt lÖch nhau mét gãc 900 trong vßng mét b­íc nªn còng g©y ra mét miÒn tõ tr­êng ®Æc biÖt. TÊt c¶ c¸c th­íc tû lÖ trong hÖ thèng c¶m ®iÖn cã b­íc (kho¶ng c¸ch d©y quÊn) lµ 1/10” hoÆc 2 mm. Víi ®é chÝnh x¸c ®¹t ®­îc n»m trong d¶i ®o micromet, trong khi c¸c hÖ thèng ®o ®éc lËp chØ cho ®é chÝnh x¸c n»m trong kho¶ng b­íc. Th­íc ®o ®­îc cè ®Þnh trªn th©n m¸y, ®o¹n th­íc dÉn ®­îc l¾p trªn bµn m¸y di ®éng mµ ta cÇn ®o c¸c biÕn thiªn vÞ trÝ cña nã. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c th­íc ®o chÝnh vµ th­íc ®o dÉn kho¶ng 0.25 mm. Trong cuén d©y cña th­íc ®o chÝnh cã mét ®iÖn ¸p tÇn sè cao U1. Qua líp c¸ch, trong cuén d©y cña th­íc dÉn c¶m øng mét ®iÖn ¸p phô thuéc vµo vÞ trÝ cña cuén d©y trªn th­íc dÉn so víi cuén d©y trªn th­íc ®o chÝnh. §iÖn ¸p nµy ®­îc ®¸nh gi¸ trong hÖ ®iÒu khiÓn vµ ®­a ra gi¸ trÞ ®o vÞ trÝ cña bµn m¸y. Potentiometer: Trong giao thoa kế Michelson th× mét nguån s¸ng ph¸t ra mét chïm ¸nh s¸ng ®¬n s¾c víi chiÒu dµi b­íc vµ tÇn sè nh­ nhau råi chóng ®­îc t¸ch lµm hai phÇn nhê mét g­¬ng nöa trong suèt. Hai chïm s¸ng nµy ®­îc ph¶n x¹ toµn bé qua hai g­¬ng, n¬i mµ mét g­¬ng th× ®­îc ®Æt th¼ng víi ®iÓm chuÈn cßn mét g­¬ng cã Potentiometer sö dông quan hÖ tuyÕn tÝnh gi÷a chiÒu dµi cña mét th­íc ®o dÉn ®iÖn víi ®iÖn trë cña nã. Trªn m¸y c«ng cô CNC th­êng cÇn cã ®é chia ®¬n vÞ ®o kh«ng nhá h¬n hoÆc b»ng 0.001 mm. §é chia nµy kh«ng thÓ ®­a vµo Potentiometer, do vËy chóng kh«ng ®­îc m¸y c«ng cô sö dông ®Ó ®o vÞ trÝ. 3.2.5 Giao thoa kÕ laze Giao thoa kÕ laze lµ mét hÖ thèng ®o cã ®é chÝnh x¸c cùc kú cao dïng trong phÐp ®o kho¶ng c¸ch vµ quÐt ¶nh trªn c¸c m¸y c«ng cô. VÝ dô nh­ lµ sù kÕt hîp gi÷a quÐt ¶nh, ®o kho¶ng c¸ch vµ th­íc kh¾c v¹ch chia, hoÆc quÐt ¶nh vµ ®o ®é chÝnh x¸c cña æ l¨n c¸c trôc vµ trôc r¨ng…Nã còng ®­îc sö dông trong c¸c th­íc lû lÖ lín vµ ®é chÝnh x¸c cao cña m¸y c«ng cô vµ dïng nh­ mét hÖ thèng ®o vÞ trÝ. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 thÓ dÞch chuyÓn ®­îc vµ ®­îc ®Þnh vÞ trªn c¬ cÊu kiÓm tra bªn d­íi. §ã lµ n¬i mµ c¸c chïm ¸nh s¸ng ®­îc ph¶n s¹ l¹i sÏ giao thoa víi mét chïm ¸nh s¸ng kh¸c. §iÒu nµy g©y lªn sù suy gi¶m t­¬ng hç hoÆc sù khuyÕch ®¹i theo vÞ trÝ c¸c b­íc giao thoa t­¬ng øng trong bé thu quang ®iÖn. C¸c m¹ch xung sÏ ®­îc h×nh thµnh tõ tÝnh hiÖu nhËn ®­îc, sè m¹ch xung th× tû lÖ víi phÇn tÝnh hiÖu nhËn ®­îc. §é chÝnh x¸c cña ph­¬ng ph¸p giao thoa cã thÓ coi nh­ phô thuéc vµo ®é æn ®inh cña d¶i nguån s¸ng, mµ nã chØ bÞ ¶nh h­ëng bëi t¸c ®éng cña ®iÒu kiÖn xung quanh nh­ lµ ¸p suÊt khÝ quyÓn, nhiÖt ®é, ®é Èm, hµm l­îng CO2 trong kh«ng khÝ vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña m¸y laze. Cã rÊt nhiÒu c¸ch ®Ó t¨ng ®é æn ®Þnh cña sãng ¸nh s¸ng song phï hîp nhÊt lµ ph­¬ng ph¸p dïng ti laze tÇn sè kÐp. Sai sè cña phÐp ®o cã thÓ ®¹t ®­îc xÊp xØ 1µm/m nÕu c¸c giao thoa kÕ laze gi÷ ®­îc æn ®Þnh vµ cã thÓ ghi ®­îc víi tèc ®é lµ 18m/phót. §é chÝnh x¸c cã thÓ ®¹t ®­îc qua sù khuyÕch ®¹i lµ 5.10-3µm. 3.2.6. §Çu kÝch quang ®iÖn ®éng Trªn h×nh 3.17, m« t¶ nguyªn lý ho¹t ®éng cña ®Çu kÝch quang ®iÖn ®éng. H×nh 3.17 Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña ®Çu kÝch quang ®iÖn ®éng (phillips) 1. Nguån s¸ng, 2. ThÊu kÝnh, 3. Vïng kÝch ho¹t (10 tÕ bµo quang ®iÖn) biÕn ®æi theo tÇn sè chuÈn th«ng qua chuçi tÕ bµo quang ®iÖn, 4. Chuçi tÕ bµo quang ®iÖn (220 di«t), 5. §Õ thÐp, 6. Vïng kh«ng ph¶n quang, 7. Vïng ph¶n quang, 8. ThÊu kÝnh, 9. G­¬ng b¸n thÊu Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 Trong ph­¬ng ph¸p nµy, nhÞp ®o chuÈn kh«ng ph¶i lµ tõ mét tia chíp mµ tõ 220V d©y tÕ bµo quang ®iÖn s¾p xÕp bªn nhau. Qua mét thÊu kÝnh ®é phËn gi¶i v¹ch chia cña thang ®o ®­îc h×nh thµnh trªn c¸c tÕ bµo quang ®iÖn. Mçi lo¹t 10 tÕ bµo quang ®iÖn ®­îc kÝch thÝch cïng mét lóc ë ®Çu ra. §iÖn ¸p ®Çu ra cña chóng tû lÖ víi dßng ¸nh s¸ng däi vµo vïng tÕ bµo quang ®iÖn nµy. MÆt ph©n chia c¸c tÕ bµo quang ®iÖn (trªn ph­¬ng diÖn ®iÖn tö) ®­îc nhËn biÕt bëi c¸c chuçi tÕ bµo quang ®iÖn (photodiodesarray) xÕp lÖch nhau, m« pháng vÒ ®iÖn tö nh­ mét m¸y quÐt quang ®éng (optoscaner) Dßng tæng céng cña tÊt c¶ c¸c tÕ bµo quang ®iÖn h×nh thµnh tÝn hiÖu ®o vÞ trÝ vÒ pha cña nã t­¬ng quan víi tÇn sè quÐt. ¦u ®iÓm cña hÖ thèng ®o nµy lµ ë chç, víi mét kho¶ng chia v¹ch ®o 635 µm, cã thÓ ®¹t ®é ph©n gi¶i v¹ch chia lµ 0.5 µm. Dưới đây là một số hình ảnh các thiết bị đo cơ điện tử, đo dịch chuyển thẳng và đo dịch chuyển góc. Công dụng là để điều khiển biên độ và độ lệch điện áp cho phép nội suy với độ chính xác cao và ngoài ra còn giản thiểu được ảnh hưởng do nhiễu xạ. Nội suy tính hiệu nên tới 100x. Xử lý tín hiệu đơn qua bộ nối. Hỗ trợ cho gá đặt bởi đèn LED đặt ở đầu nối cũng có thể sử dụng như kiểu chân không cao tần. Thiết bị đo dịch chuyển thẳng: * Bộ mã hóa tuyến tính thu gọn Kiểu thu gọn nay đẻ lộ ra bộ mã hóa tuyến tính (linear encoder) - Kích thước nhỏ về diện tích bề mặt nên hạn chế miền làm việc - Dung sai gá đặt lớn - LiX 2x: Không nhạy với sự nhiễu xạ do cặp cảm biến quang học Hình 3.18. Bộ mã hóa tuyến tính thu gọn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 - Tốc độ dịch chuyển lớn - Được tích hợp bởi các vi mạch điện tử qua đầu kết nối có 15 chân cắm D-sub - Trên 100 lần nội suy (trước khi chuyển pha 900) - Điểm chuẩn (chính xác và định lại được theo cả hai phương dịch chuyển) - Điểu chỉnh độ lệch và biên độ động học - Có thể ghi trên thước tỷ lệ bằng thép SINGLEFLEX hoặc DOUBLEFLEX LIX 41: có thể ghi trên thước thủy tinh * Encoder tuyến tính được bọc kín RSF Kiểu được bọc kín thích hợp cho những miền làm việc có nhiều bụi bẩn. Các rãnh đọc được giữ kín trên suốt chiều dài để tránh khỏi các tác động của nhiệt độ và bụi bẩn. Hình 3.19. Encoder tuyến tính được bọc kín RSF * Encoder tuyến tính để hở RSF Kiểu encoder tuyển tính hở được thiết kế cho sử dụng trên các máy công cụ và hệ máy nơi mà yêu cầu độ chính xác đặc biệt cao về giá trị đo. Các ứng dụng đặc trưng bao gồm: dụng cụ đo và chế tạo trong trong ngành công nghiệp bán dẫn, các hệ thống máy PCB, các máy siêu chính xác, các máy công cụ độ chính xác cao, hệ thống đo trên máy và các bộ so sánh, kính hiểm vi đo lường, các dụng cụ đo chính xác khác, các bộ dẫn động trực tiếp. Hình 3.20. Encoder tuyến tính để hở RSF Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 * Sensor đo dịch chuyển tuyến tính Đây là sensor đo vị trí tuyến tính không tiếp xúc Gemco LPS sử dụng có bản quyền và đảm bảo kỹ thuật tử giảo, truyền tín hiệu chính xác, tồn tại dưới dạng chiếc và được kết nối với vị trí của máy Hình 3.21. Sensor đo dịch chuyển tuyến tính 3.3. Kết luận chương 3 Các thiết bị đo dịch chuyển hiện đại là sản phẩm của ngành Cơ điện tử, trong thời đại khoa học và công nghệ phát triển không ngừng như hiện này thì các sản phẩm này vô cùng phong phú, đa dạng và ngày càng được cải tiến mạnh mẽ. Các sản phẩm này cho độ chính xác đo rất cao và đã được ứng dụng trong các hệ thống đo của các máy công cụ hiện đại. Trên các máy công cụ sử dụng thiết bị đo cơ điện tử thì k ết quả đo được trên máy có thể trực tiếp chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển dịch chuyển của máy hoặc hiển thị làm dữ liệu xác định kết quả đo. Thông qua những khảo sát về phương pháp đo, vị trí lắp dụng cụ, chuẩn đo và các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật …để từ đó lựa chọn được thiết bị đo đối với máy cần cải tiến. Các thiết bị do cơ điện tử là những sản phẩm đã được tiêu chuẩn hóa và sản xuất thành thương phẩm có giá thành hạ là giải pháp lựa chọn hợp lý để ứng dụng cho các máy công cụ vạn năng thông thường. Lựa chọn này cho phép nâng cao độ chính xác của phép dịch chuyển trong các chuyển động định vị của máy công cụ nhờ việc nâng cao độ chính xác dụng cụ đo. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 Chương IV: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐO DỊCH CHUYỂN THẲNG CHO CHẠY DAO DỌC VÀ CHẠY DAO NGANG TRÊN MÁY TIỆN REN VÍT VẠN NĂNG 4.1. Đánh giá, lựa chọn phương pháp đo dịch chuyển thẳng trên máy tiện ren vít vạn năng. Hiện nay trên các máy tiện ren vít vạn năng cần đo dịch chuyển thẳng theo hai phương x, z tương ứng là dịch chuyển dọc theo phương z và dịch chuyển ngang theo phương x của bàn dao ngoài ra còn có dịch chuyển nhỏ chạy dao dọc và ngang của bàn dao trên. Trên các máy tiện này đều sử dụng dụng cụ đo dịch chuyển là thước đo vòng và được đo theo nguyên tắc đo gián tiếp là biến chuyển động tịnh tiến thẳng của bàn dao thành chuyển động quay của thước đo vòng thông qua các bộ truyền bánh răng – bánh răng, thanh răng - bánh răng hoặc vít me – đai ốc. Giá trị đo sẽ được đọc thông qua các vạch chia trên thước đo vòng. Như đã nhận xét trong mục 2.4 sử dụng phương pháp đo gián tiếp cho độ chính xác thấp hơn so với đo trực tiếp bởi các sai số tích lũy qua các bộ truyền trung gian. Mặt khác, với việc sử dụng các dụng cụ đo cơ khí nếu đo bằng phương pháp đo trực tiếp sẽ gặp khó khăn khi lắp ráp dụng cụ đo trên máy. Theo lý thuyết, từ phương trình động học của phép đo gián tiếp dịch chuyển thẳng bằng du xích vòng là TGin × 1 = c (với n là số vạch chia của du xích, c là độ chính xác của dụng cụ đo, iTG tỉ số truyền trung gian) ta có thể muốn độ chính xác đo c tùy ý bằng cách tăng số lượng vạch chia n trên thước đo vòng. Song trên thực tế thước đo vòng sử dụng trên các máy vạn năng hiện nay cho độ chính xác đo tối đa là 0.01mm ÷ 0.0025 mm. Vậy để nâng cao được độ chính xác đo dịch chuyển, ngoài các biện pháp công nghệ ra có một số phương pháp như: Giảm thiểu bộ truyền trung gian hoặc sử dụng các dụng cụ đo điện thay cho dụng cụ đo cơ khí vì các dụng cụ đo cơ điện tử hiện nay cho độ chính xác khá cao cỡ vài µm, thậm chí đạt độ chính xác tới 5.10-3µm khi sử dụng thiết dụng cụ đo giao thoa kế laze, hoặc có thể kết hợp cả hai Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 phương pháp đó. Như vậy khi sử dụng các dụng cụ đo cơ điện tử thay cho các dụng cụ đo cơ khí sẽ làm cho kết cấu đo đơn giản hơn và gọn nhẹ hơn nhiều. Dựa trên cơ sở hai phương pháp đo là đo trực tiếp và đo gián tiếp, có một số phương án nâng cao độ chính xác đo dịch chuyển trên máy tiện ren vít vạn năng như sau: Phương án 1: Sử dụng phương pháp đo trực tiếp. Trong phương pháp này , sử dụng một thước tỷ lệ gắn cố định, song song với phương dịch chuyển của bàn dao còn đầu đọc sensor gắn trên bàn dao, khi đó tất cả các bộ truyền trung gian sẽ được bỏ qua nên giảm được sai số tích lũy trên các bộ truyền này. Mô hình đo trực tiếp như trên hình 3.9. Với phương án đo này các sai số có thể có đó là: - Nhiệt độ: Khi nhiệt độ thay đổi làm ảnh hưởng tới biến dạng của thước, ảnh hưởng tới độ chính xác của đầu đọc - Sai số bước - Sai số khoảng cách và góc. - Sai số tại chỗ giao nhau: - Các điểm trên thước tỷ lệ Phương án 2: Sử dụng phương pháp đo gián tiếp. Trong phương án này, sử dụng một bộ truyền bánh răng - thanh răng dẫn động cho chuyển động thẳng của bàn dao. Thanh răng được gá song song với phư ơng dịch chuyển còn bánh răng được cố định trên bàn dao. Lúc này để đo được lượng dịch chuyển, hệ thống đo kiểu quay (ví dụ encoder đo góc) được gắn với trục của bánh răng để đếm số vòng quay bánh răng từ đó thiết bị báo cho ta lượng dịch chuyển của bàn da o. Mô hình hóa phép đo như trên hình 3 .9. Trong phương án này có các sai số ảnh hưởng tới phép đo là: - Sai số bước của thanh răng và bánh răng: Kết quả của phép đo phụ thuộc khá nhiều vào sai số của bộ truyền trung gian này do vậy yêu cầu chế tạo bộ truyền phải có độ chính xác cao - Độ lệch tâm của bánh răng: Vì dụng cụ đo góc được lắp đồng trục với bánh răng, nếu nếu độ đồng tâm của bánh răng càng lớn làm biến dạng trục răng Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 gây ảnh hưởng tới dụng cụ đo và còn cho truyền động không đều … - Lỗi trong các bộ biến đổi được sử dụng - Nhiệt độ: Các dụng cụ đo điện nói chung khá nhạy cảm với nhiệt độ nên sử dụng các hệ thống đo ở môi trường có nhiệt độ vừa phài và ổn định - Thay đổi tải trọng đột ngột trên thanh răng: Nếu suất hiện tải đột nhột này dễ dẫn đến những lỗi về đường truyền trên đầu đo Phương án 3 Trong phương án cải tiến thứ 2 phép đo vẫn thực hiện gián tiếp qua bộ truyền trung gian là bánh răng thanh răng. Như vậy trong phương án này sai số của phép đo không những phu thuộc vào bản thân dụng cụ đo mà còn phụ thuộc rất lớn vào sai số của bộ truyền này. So sánh với các phương pháp đang sử dụng trên các máy : Sử dụng phương pháp đo gián tiếp. Khi sử dụng phương án này thì không cần chế tạo thêm bộ truyền khác mà sử dụng luôn bộ truyền vít me đai ốc dẫn hướng của bàn máy để đo dịch chuyển bằng cách gắn dụng cụ đo kiểu quay (encoder quay) vào đầu trục vít me. Khi này dịch chuyển của bàn dao sẽ được đếm thông qua vòng quay của vít me dẫn hướng . Các sai số gặp phải trong phương án đo này là: - Biến dạng đàn hồi của trục vít me dẫn - Sai số góc - Khe hở vít me - đai ốc - Kẹt vít me dẫn - Sai số khi nhận tín hiệu - Nhiệt độ Nhìn chung hệ thống vít me – đai ốc sử dụng trên các máy vạn năng hiện nay sau một thời gian sử dụng có hiện tượng mòn vít me đai ốc nhiều lên sai số về khe hở khá lớn, nếu vẫn sử dụng bộ truyền cũ mà chỉ thay thế thiết bị đo cơ khí bằng thiết bị đo điện thì độ chính xác được nâng không đáng kể. Do vậy để tương ứng với dụng cụ đo thay thế ta nên dùng bộ truyền vít me bi thay thế hoàn toàn cho bộ truyền cũ. Như vậy giá thành bộ truyền vít me bi khá cao so với giá thành chu ng của máy, nên phương án cải tiến thứ ba này không khả thi. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 vạn năng hiện nay, ta thấy có những phần đo dịch chuyển của máy cũng đã chỉ đo thông qua một bộ truyền trung gian. Ví dụ như đo dịch chuyển chạy dao ngang của máy 1K62, phép đo được thực hiện qua bộ truyền vitme – đai ốc trung gian. Nếu sử dụng phương án cải tiến thứ 2 thì phải thay bộ truyền trung gian cũ bằng một bộ truyền trung gian mới, do đó sai số của phép đo mới được cải tiến, Tuy nhiên các sai số của bộ truyền trung gian vẫn còn nhưng ta có thể hạn chế sai số đó trong phạm vi cho phép. Phương án thứ 2 này có thể sử dụng trong những hệ thống mà kết cấu không thể lắp đặt các dụng cụ đo trực tiếp. Như vậy có thể chọn phương án 1 đã nêu để cải tiến độ chính xác đo dịch chuyển trên máy tiện ren vít vạn năng. Nhận thấy phương án 1 thực hiện phương pháp đo trực tiếp cho độ chính xác cao hơn phương án 2 , vì không qua bộ truyền trung gian. Đồng thời trên máy tiện ren vít vạn năng có đủ không gian để lắp đặt dụng cụ đo Cơ điện tử đo trực tiếp. Với dụng cụ đo được sử dụng là các hệ thống đo gia số/ kiểu số. Sở dĩ chọn loại dụng cụ đo này vì so với các dụng cụ đo khác, loại này ngày càng được sử dụng phổ biến, giá thành rẻ, chất lượng đảm bảo … C¸c bé vËn hµnh chÝnh cña hÖ thèng ®o nµy bao gåm: Th­íc tû lÖ gia sè, l­íi nhiÔu x¹, chi tiÕt chiÕu s¸ng, c¬ cÊu ®Õm, bé ®iÒu khiÓn bé gi¶i tÇn. 4.2. Đánh giá sai số của phương án đo đã chọn Phương án đã chọn là phương pháp đo t rực tiếp nên sai số của phương pháp này phu thuộc vào các yếu tố đó là sai số chế tạo của dụng cụ đo, sai số do yếu tố mối trường, sai số do gá đặt dụng cụ đo. a. Sai số do chế tạo dụng cụ đo - Sai số bước: Bao gồm sai số về độ không đều của các bước mắt lưới trên thước đo, lưới kích, mã chuẩn. - Sai số khoảng cách và góc: Đó là sai số về khoảng cách song song giữa thước và lưới kích, khoảng cách này thường phải đảm bảo là 0.25 mm. Nếu khoảng cách này không đều khi di chuyển giữa thước dẫn và thước đo chí nh sẽ gây sai số khi đọc tín hiệu đo. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 b. Sai số do yếu tố môi trường Các yếu tố môi trường gây ảnh hưởng nhiều nhất có thể là bụi bẩn, nhiệt độ thay đổi…Bụi bẩn rơi vào vùng đọc của thước sẽ gây nhiễu tín hiệu đo và cho kết quả thiếu chính xác. Nếu nhiệt độ thay đổi nhiều sẽ làm biến dạng thước, ảnh hưởng tới độ chính xác của đầu đọc. Nhìn chung với ảnh hưởng của yếu tố này hoàn toàn có thể khắc phục được bằng cách sử dụng dụng cụ đo kín và đặt máy ở nơi có nhiệt ít biến đổi. c. Sai số do gá đặt dụng cụ đo Với việc ứng dụng dụng cụ đo điện dùng phương pháp đo trực tiếp thay thế cho cách đo cũ trên máy vạn năng nhằm nâng cao độ chính xác khi đo, nếu gá đặt thước của dụng cụ đo có sai số sẽ làm cho kết quả đo được, bị sai lệch với giá trị thực tế điều đó khiến cho việc cải tiến phương pháp đo không có ý nghĩa cho dù dụng cụ đo đã chọn có độ chính xác cao. Cụ thể, nếu chiều dài cần đo là l, khi gá lệch thước đo một góc thì chiều dài đo được thực tế là: l’ = lcosα Vậy sai số là: cosα Nhìn chung, các sai số về bản thân dụng cụ đo điện ta không thể khắc phục được vì các dụng cụ này đã được xản suất sẵn nên phụ thuộc hoàn toàn vào nhà xản suất. Vậy để khắc phục sai số đo cho phương án đã chọn ta chủ yếu tập chung vào khắc phục sai số do gá đặt. 4.3. Biện pháp khắc phục các sai số gá đặt dụng cụ đo sau cải tiến Với các sử dụng phương pháp đo trực tiếp như đã lựa chọn ở trên, trong số các yếu tố ảnh hưởng tới sai số của máy thì sai góc nghiêng của thước có thể khắc phục được bằng cách gá lắp. l α l' Phương dịch chuyển H×nh 4.1. Sơ đồ sai số gá đặt thước dụng cụ đo Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 Khi gá đặt thước song song với phương dịch chuyển của bàn dao có thể xảy ra sai số theo phương x và phương y như trên hình bên . Để có thể điểu chỉnh được thước gắn trên thân máy cố định sao cho song song với phương truyền động của bàn dao ta có thể đưa ra kết cấu thước gá đặt trên máy như hình sau. Qua hình vẽ trên ta thấy thước sẽ không được gắn trực tiếp lên thân máy mà phải thông qua hai căn đệm điều chỉnh 3, 4. Căn đệm điều chỉnh 3 gồm hai nửa tiếp xúc với nhau bằng mặt cầu. Bề mặt này có tác dụng khi điều chỉnh đầu còn lại của thước thì đầu này có thể xoay theo phương x và y mà không làm biến dạng thước. Muốn thước có thể xoay được ta phải lới lỏng bulông cố định 2. Đầu còn lại của thước sẽ được cố định trên thân máy thông qua căn đệm 4. Để điều chỉnh được thước dịch chuyển theo phương x thì căn đêm 4 phải có cấu tạo đặc biệt là có tiết Hình 4.2. Kết cấu thước số gá đặt trên máy 1 – Thước số, 2 - 5 - Vít cố định, 3 - 4 – Căn đệm 1 3 Mặt cầu Thân máy 4 2 5 z z x y z y x Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 84 diện ngang dạng chữ S như hình trên. Khi cần điều chỉnh thước theo phương x thì chỉ cần xiết chặt hoặc lới lỏng bulông cố định 5, vì căn đệm 4 có đính đàn hồi theo phương x nên cho phép thước được điều chỉnh đi một lượng nhỏ theo ý muốn. Để điều chỉnh thước theo phương y thì trên thước ta phải chế tạo rãnh bắt bulông như trên hình chiếu bằng , rãnh này sẽ có dạng là một phần của cung tròn với tâm cung nằm trên trục bulông 2. Cấu tạo rãnh như vậy sẽ tránh được lực cắt lên các bulông cố định và các biến dạng thước theo phương z. 4.4. Kết luận chương 4 Như vậy, các máy vạn năng hiện nay sau một thời gian sử dụng, các hệ thống đo dịch chuyển cũ bị mòn không còn cho độ chính xác cao nên cần phải cải tiến hệ thống đo đó. Như đã phân tích việc lựa chọn, lắp đặt dụng cụ đo cơ điện tử để nâng cao độ chính xác của phép đo thay thế cho hệ thống đo cũ đã mất chính xác là việc làm cần thiết và là giải pháp tối ưu. Việc lựa chọn giải pháp đo trực tiếp bằng dụng cụ đo cơ điện tử cho chuyển động chạy dao dọc và chạy dao ngang trên máy tiện ren vít vạn năng là khả thi, vì có đủ không gian lắp ráp thước đo và kích thước dịch chuyển không lớn. Trong chương đã đề cập đến các phương án hiệu chỉn h dụng cụ đo, kết quả đo nhằm đưa ra lời khuyên hợp lý khi cải tiến lắp ráp dụng cụ đo. Đối với các máy không ứng dụng được phương pháp đo trực tiếp thì lựa chọn phương pháp đo gián tiếp với xích dẫn động mới đến dụng cụ đo (Encoder). Đây là yêu cầu cần thiết để khắc phục sai số phạm phải do xích dẫn động cơ cấu đo của máy đã mòn hỏng. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 85 Chương V. KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN 1. Kết luận chung Theo thời gian, khoa học và kỹ thuật ngày càng phát triển , công cụ sản xuất ngày càng được cải tiến. Hiện nay rất nhiều các máy móc hiện đại (máy tự động hoặc bán tự động điều khiển theo chương trình số) đang dần dần thay thế các máy công cụ cũ. Trên các máy này sử dụng các thiết bị đo cơ điện tử , cho độ chính xác đo cao hơn. Kết quả là có thể gia công được các chi tiết có hình dáng phức tạp và cho độ chính xác hình học rất cao . Tuy nhiên ở nước ta còn sử dụng một số lượng lớn các máy công cụ vạn năng chưa thể thay thế ngay bằng các máy công cụ hiện đại, vì giá thành một máy hiện đại còn khá cao. Do vậy giải pháp cải tiến máy công cụ sẵn có hoặc các máy công cụ đã cũ để nâng cao độ chính xác gia công là một giải pháp kinh tế - kỹ thuật được nhiều nhà sản xuất chọn lựa. Dựa trên nhận định kể trên, các nghiên cứu trình bày trong luận văn đã giải quyết một số vấn đề : 1. Đã khảo sát được các sai số trong gia công trên máy công cụ vạn năng để từ đó có các biện pháp phòng tránh và khắc phục khi thực hiện cải tiến cho máy. Và nhận định rằng, trên các máy công cụ vạn năng hệ thống đo dịch chuyển của bàn dao sau thời gian sử dụn g, các hệ thống truyền dẫn cơ khí trung gian bị mòn nhiều làm hệ thống đo không còn độ chính xác cao như lúc đầu. Đây là nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng tới sai số của chi tiết gia công trên các máy công cụ hiện nay. Để khắc phục sai số này, luận văn nhận định tập trung nghiên cứu cải tiến hệ thống đo dịch chuyển của bàn dao. 2. Trong luận văn đã khảo sát được các phương pháp đo trong thực tế đối với máy công cụ. Nhận thấy rằng, trong các phương pháp đo thì phương pháp đo trực tiếp cho độ chính xác cao nhất . Trên các máy vạn năng , do vẫn sử dụng các dụng cụ đo cơ khí nên để đo dịch chuyển thẳng chỉ áp dụng được phương pháp đo gián tiếp thông qua các kết cấu truyền dẫn cơ khí trung gian, cho độ chính xác phép đo chưa thực sự cao còn phụ thuộc Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 86 nhiều vào sai số của các bộ truyền này, đồng thời sau một thời gian sử dụng hiện tượng mòn hỏng chủ yếu xuất hiện ở các hệ thống truyền dẫn này. Do đó cần đưa ra phương án cải tiến hệ thống đo cũ đó là thay thế dụng cụ đo cơ khí bằng các dụng cụ đo cơ điện tử có độ chính xác cao, đồng thời sử dụng phương pháp đo trực tiếp hoặc vẫn sử dụng phương pháp đo gián tiếp nhưng giảm thiểu tối đa các truyền dẫn cơ khí trung gian và nâng cao độ chính xác của chúng. 3. Luận văn đã khảo sát được các phương pháp đo và các dụng cụ đo cơ điện tử, từ đó lựa chọn, ứng dụng thiết bị đo cho việc cải tiến hệ thống đo dịch chuyển chạy dao trên máy tiện ren vít vạn năng. 4. Với các khảo sát, đánh giá đã đưa ra các đề xuất, hướng ứng dụng, lắp ráp thiết bị đo số trên máy vạn năng một cách hợp lí. 5. Các nghiên cứu đã đưa ra các biện pháp khắc phục các sai số gá đặt cho dụng cụ đo được chọn. Sở dĩ như vậy vì : Các thiết bị đo cơ điện tử hiện nay đã được tiêu chuẩn và sản xuất thành thương phẩm, giá thành rẻ, chất lượng tốt, độ chính xác cao nhưng cần có các biện pháp khắc phục các sai số gá đặt cho dụng cụ đo đã chọn. 2. Đề xuất hướng nghiên cứu. Đề tài mới dừng lại ở việc khảo sát và cải tiến hệ thống đo dịch chuyển trên máy tiện ren vít vạn năng. Vì vậy hướng nghiên cứu tiếp của đề tài có thể tập trung vào các hướng sau : 1. Tập trung vào nghiên cứu, khảo sát các dịch chuyển trên một số loại máy công cụ khác như: Máy phay, máy doa tọa độ, máy mài … đang sử dụng phổ biến trong ngành sản xuất chế tạo máy, nhằm tìm giải pháp cải tiến, thay thế thiết bị đo dịch chuyển của máy đã lỗi thời, mòn hỏng, mất chính xác … bằng các thiết bị đo Cơ điện tử. 2. Tiến tới nghiên cứu ứng dụng hệ thống đo vị trí, nhằm xác định tín hiệu phản hồi để điều khiển động cơ dịch chuyển bàn máy theo phương pháp đo tích cực như hệ thống đo trên máy CNC. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS.TS Tạ Duy Liêm, Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2001 [2]. PGS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Tăng Huy, Hệ thống điều khiển số và công nghệ trên máy điều khiển số CNC, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2000 [3]. PGS.TS Tạ Duy Liêm, Máy điều khiển theo chương trình số và Rôbốt công nghiệp, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 1991 [4]. NguyÔn TiÕn Thä, NguyÔn ThÞ Xu©n B¶y, NguyÔn ThÞ CÈm Tó. Kü thuËt ®o l­êng kiÓm tra trong chÕ t¹o c¬ khÝ, Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ Kü thuËt. Hµ Néi – 2007 [5]. B. Behr, Aachen; E. Dannenmann, Stuttgart; Dorn, Berlin; G. Pritshow, Stuttgart; G. Spur, Berlin; M. Weck, Aachen; T. Werte, Stuttgart, Manufacturing systems [6]. Michael B. Histand, David G. Alciatore, Introduction to Mechatronics and Measument systems [7]. Hans B. Kief, T. Frederick Waters, Computer Numerical control, International edition 1992 ._.