Luận văn Nghiên cứu bù off-line sai số tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục VMC-85S

ình học theo phương pháp tọa độ. Thông số đầu đo được tính từ các tọa độ điểm đo so với gốc tọa độ của máy. Các loại máy này còn được gọi là máy quét hình vì chúng còn được dùng để quét hình dáng của vật thể. Có 2 loại máy đo tọa độ thông dụng là máy đo bằng tay (đầu đo được dẫn động bằng tay) và máy đo CNC (đầu đo được điều khiển tự động bằng chương trình số). Các máy đo tọa độ CMM hoạt động theo nguyên lý dịch chuyển một đầu đo (thường là theo cả 3 phương X, Y, Z) để xác định tọa độ các điểm trên bề mặt của vật thể. Bàn đo được làm bằng đá granit, đầu đo được gắn trên giá lắp trên thân trượt theo phương Z. Khi đầu đo được điều chỉnh đến một điểm đo nào đó thì đầu đọc sẽ cho ta biết 3 tọa độ X, Y, Z tương ứng với độ chính xác cao, có thể lên đến 0,1 µm. Máy CMM thường được thiết kế với 4 phần chính: - Thân máy - Đầu dò - Hệ thống điều khiển hoặc máy tính - Phần mềm đo. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 34 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.3: Máy CMM C544 Khi quét bằng phương pháp này thì đầu dò của máy tiếp x usc với bề mặt cần đo, mỗi vị trí đo có tọa độ (x, y, z) và tập hợp các điểm đo sẽ cho một đám mây điểm hoặc dữ liệu biên dạng đường, mặt hay của cả chi tiết. Với hệ thống đầu đo của máy CMM, người ta có thể sử dụng loại đầu dò tiếp xúc hay đo điểm rời rạc, hệ thống đầu đo laser, hoặc camera. Máy đo 3 tọa độ có phạm vi sử dụng lớn. Nó có thể đo kích thước chi tiết, đo profile, đo góc, đo độ sâu… Nó cũng có khả năng đo các thông số phối hợp trên một chi tiết như độ song song, độ vuông góc, độ phẳng…Đặc biệt máy có thể cho phép đo các chi tiết có biên dạng phức tạp, các bề mặt không gian, ví dụ như bề mặt khuôn mẫu, cánh turbin, mũi xe ôtô… 2.1.2.2. Tính năng kỹ thuật cơ bản Kiểu máy Beyond Crystal C544 Khoảng đo Trục X 505 mm Trục Y 405 mm Trục Z 405 mm Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 35 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Độ chính xác ở nhiệt độ 200C ± 10C theo tiêu chuẩn MPEE = (1.7+4L/100) µm Chuẩn chiều dài Thước kính mã hóa Độ phân giải 0.0001 mm (0.1 µm) Phương pháp dẫn hướng Sử dụng đệm khí trên các trục dẫn Tốc độ điều khiển cực đại khi chạy tự động 520 mm/s Tốc độ điều khiển cực đại khi chạy Joystick 80 mm/s Tốc độ đo cực đại 8 mm/s Gia tốc đo lớn nhất 2.3 m/s2 Các yêu cầu liên quan đến vật đo Chiều cao lớn nhất 545 mm Khối lượng lớn nhất Kích thước bàn đặt phôi Kích thước 638 x 860 mm Vật liệu Đá Granite có độ phẳng nhỏ hơn 0.0009 mm Kích thước máy Chiều dài 1160 mm Chiều rộng 1122 mm Chiều cao 1185 mm Khối lượng máy 515 kg Năng lượng cung cấp Khí nén 0.4 PMa Lưu lượng TB: 50 lít/phút Điện áp Một pha 220 V/50Hz Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 36 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Đầu quét tín hiệu tương tự SP600 M (Analogue Scanning Probe), hãng Renishaw – Anh sản xuất. - Phần mềm Geopak – Win (do hãng Mitutoyo viết, sử dụng cho máy đo tọa độ không gian 3D) tích hợp trên máy tính cài WinXP. Máy CMM 544 sử dụng đầu đo TP20. Phần mềm MCOSMOS24: - Chúng ta có thể thi ết lập các lệnh đo đơn như: Đo điểm, đo đường thẳng, đo đường tròn,… - Ngoài ra chúng ta có thể thiết lập lệnh chạy tự động cho máy (CNC) tiến hành đo biên dạng tự động (2D cũng như 3D) - Phần mềm MCOSMOS 24 cho phép xuất các dữ liệu do máy đo xử lí chuyển sang các định dạng CAD. PART MANAGER - Quản lý chương trình : Part Process Bar - Thanh công cụ xử lý chương trình : Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 37 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - New part : Mở một file chương trình mới. - Change part name : Thay đổi tên chương trình. - Copy part : Sao chép chương trình. - Mark part : Đánh dấu chương trình. - Delete part : Xóa một hoặc nhiều chương trình. - Sort part list : Sắp xếp chương trình theo thứ tự. - Second part list : Mở cửa sổ thứ hai. - Change part directory : Thay đổi thư mục chứa chương trình. - Back up : Sao chép dữ liệu sang ổ đĩa khác. - Notepad : Ghi chú dưới dạng Notepad. - Picture and sound : Hình ảnh và âm thanh minh hoạ. Program start-up bar - Thanh công cụ khởi động chương trình : - Part Program Editor : Sửa chữa nội dung một chương trình có sẵn. - CMM Single and Learn Mode : Đo các lệnh đo đơn và lập trình. - CMM Repeat Mode : Chạy tự động chương trình đã lập. CMM Single and Learn Mode - Các lệnh đo đơn và lập trình: * Quản lý dữ liệu và hiệu chuẩn đầu đo : Quản lý dữ liệu đầu đo - PROBE DATA MANAGEMENT : - New : Thiết lập một đầu đo mới. - Edit : Sửa dữ liệu của một đầu đo. - Copy : Sao chép toàn bộ dữ liệu của một đầu đo. - Delete : Xóa một hoặc nhiều đầu đo. - Store : Lưu trữ dữ liệu đầu đo. - Calibrate : Hiệu chuẩn đầu đo. - Probe from Archive : Mở tệp dữ liệu đầu đo đã lưu trữ. - Archive Probe data : Lưu trữ dữ liệu đầu đo. - Select all : Đánh dấu toàn bộ các đầu đo. - Print : In toàn bộ dữ liệu đầu đo. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 38 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Define Probe with T-Botton : Định nghĩa đầu đo từ phím T (Của phần đ iều khiển). Hiệu chuẩn đầu đo - CALIBRATE : - Dùng lệnh đo quả cầu (Sphere) đo quả cầu chuẩn (Master Ball - MB). - Vào Setting / System / Volumn Compensation : + Probe Offset : X = 0 Y = 0 Z = -180 + Distance Machine table / Master Ball : Khoảng cách từ bàn máy đến tâm MB. + Position of MB : Nhập giá trị Z của kết quả đo quả cầu chuẩn vừa đo vào vị trí Z. - Vào Probe / Probe data Managerment : + Thiết lập các đo với các góc theo yêu cầu qua T-Botton. + ấn vào Calibrate - Hiệu chuẩn : Nhập đường kính chuẩn của Master Ball. Manual Calibration : Hiệu chuẩn bằng tay. Automatic Calibration : Hiệu chuẩn tự động. Các lệnh đo đơn : - Câu lệnh : Vào Element / Point. Chọn biểu tượng Alt + L + P. Đo điểm - POINT : - Type of construction - Kiểu loại xây dựng : + Measure : Thực hiện đo bằng tay. + Connection element : Xây dựng qua nối kết các đối tượng. + Memory recall : Gọi lại đối tượng cũ (có trong bộ nhớ). + Theoretical element : Xây dựng điểm ảo. + Symmetry element : Xây dựng điểm trung bình giữa các điểm cho trước. + Intersection element : Xây dựng điểm giao cắt. + Min, Max of contour : Xây dựng điểm Min, Max trong một biên dạng. - Selecting formula - Lựa chọn cách thức : + Point : Kết quả đo không bù đường kính đầu đo (Lấy theo KQ vị trí chạm). + Compensated point : KQ đo đã được bù đường kính đầu đo. (Lựa chọn). Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 39 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên + Side point : Hiển thị KQ theo hướng đầu do di chuyển và chạm. (Đã bù ĐK đầu đo). - Measure Automatic - Chọn cách đo tự động. - Tolerance : Dung sai. - Automatic element repetition : Tự động lặp lại lệnh đo. - Graphic and Voice : Hình ảnh và âm thanh. * Đo tự động đối tượng - Measure Automatic : + Kích vào biểu tượng Position of Machine. + KÍCH VÀO BIỂU TƯỢNG IMAGE POINT. + Kích vào biểu tượng Position of Machine. + Sửa giá trị X, Y, Z để xác định chiều chuyển động của đầu đo. + OK. - Câu lệnh : Vào Element / Line. Chọn biểu tượng Alt + L + L. Đo đường thẳng - LINE : - Type of construction - Kiểu loại xây dựng : - Mặt phẳng chiếu. - Tương tự như lệnh đo điểm. - Measure Automatic - Đo tự động : + Length : Chiều dài đường thẳng cần đo. + Kích vào biểu tượng Position of Machine. + Angle : Chọn góc theo hướng di chuy ển của đầu đo. (Theo chiều mũi tên vàng). + Driving plane : Mặt phẳng làm việc. + Probing : Chọn hướng đo của đầu đo (Theo chiều mũi tên da cam). + OK. - Dữ liệu hiển thị : + (X,Y,Z) tọa độ của điểm giao của đường thẳng từ gốc tọa độ hạ vuông góc tới đường thẳng vừa đo. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 40 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên + Các góc lần lượt là góc giữa đường thẳng vừa đo với các trục tương ứng (X,Y,Z). + Độ dài của đoạn thẳng vuông góc hạ từ gốc hệ trục tọa độ tới đường thẳng vừa đo. + d : Độ thẳng của đường thẳng vừa đo. + n : Số điểm đo. - Câu lệnh : Vào Element / Circle. Chọn biểu tượng Alt + L + C. Đo đường tròn - CIRCLE : Đo đường tròn trong : Đường tròn trong kín : - Type of construction - Kiểu loại xây dựng : - Mặt phẳng chiếu. - Tương tự như lệnh đo đường. - Measure Automatic - Đo tự động : + Type of element : Chọn biểu tượng Inner Circle. + Diameter : Nhập giá trị đường kính cần đo trừ đi 2 mm. + Kích vào biểu tượng Position of Machine. + Start/End Angle : 0 / 0 + Driving plane : Mặt phẳng làm việc. + Driving option : (Theo mũi tên mầu ghi). Circular : Đầu đo di chuyển theo đường tròn hoặc gấp khúc. Couter Clockwise : Ngược chiều kim đồng hồ. Clockwise : Cùng chiều kim đồng hồ. + Slot width : Chiều rộng rãnh slot (Nếu có). + Pitch of thread : Bước ren (Nếu có). + OK. - Dữ liệu hiển thị : + (X,Y,Z) tọa độ điểm tâm của đường tròn vừa đo. + Các góc lần lượt là góc giữa đường thẳng vuông góc và đi qua tâm đường tròn với các trục tương ứng (X,Y,Z). Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 41 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên + ( : Đường kính đường tròn vừa đo. + d : Độ tròn của đường tròn vừa đo. + n : Số điểm đo. Đo đường tròn trong hở : - Tương tự như đo đường tròn trong kín nhưng khác cách chọn góc đo : + Start angle - Góc bắt đầu : + End angle - Góc kết thúc : Tùy thuộc vào vị trí hở của đường tròn để nhập giá trị góc cho phù hợp. Đo đường tròn ngoài : (Cho cả hai trường hợp kín và hở). - Tương tự như đo đường tròn trong. - Trong phần Measure Automatic chọn : + Type of element : Chọn biểu tượng Outer Circle. + Di chuyển đầu đo ra ngoài, xuống dưới đường tròn cần đo. + Nhập giá trị Z tại vị trí đó vào Z trong Position of Machine. + Start / End angle : Nhập giá trị góc của vị trí đầu đo đang đứng. + OK. - Lệnh này chỉ sử dụng đo bằng tay. - Đo mặt phẳng nghiêng. - Đo đường tròn. Đo đường tròn trên mặt phẳng nghiêng - Element Inclined Circle : - Câu lệnh : Vào Element / Plane. Chọn biểu tượng Alt + L + A. Đo mặt phẳng - PLANE : - Tương tự như lệnh đo đường thẳng. - Đo tự động - Measure Automatic : Các lựa chọn tương tự như đo đường thẳng và đường tròn. - Câu lệnh : Vào Element / Cone. Chọn biểu tượng Đo hình nón - CONE : Alt + L + O. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 42 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Đo hình cầu - SPHERE : - Câu lệnh : Vào Element / Sphere. Chọn biểu tượng Alt + L + S. - Câu lệnh : Vào Element / Cylinder. Chọn biểu tượng Alt + L + Y. Đo hình trụ - CYLINDER : - Câu lệnh : Vào Element / Distance. Chọn biểu tượng Alt + L + D. Tính khoảng cách giữa hai đối tượng - DISTANCE : - Câu lệnh : Vào Element / Angle. Chọn biểu tượng Alt + L + G. Tính góc giữa hai đối tượng - ANGLE : - Khai báo dung sai từ ngay trong mỗi lệnh đo đơn. Dung sai - TOLERANCE : - Hoặc khai báo dung sai cho đối tượng vừa đo (Last Element) : + Câu lệnh : Tolerance / Tolerance Comparison Element / Last Element Chọn biểu tượng Alt + T + T + L - Hoặc khai báo dung sai cho một đối tượng bất kỳ : + Câu lệnh : Tolerance / Tolerance Comparison Element / Element Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 43 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chọn biểu tượng Alt + T + T + E - Sai số hình dáng hình học : Chọn theo các biểu tượng (ở thanh công cụ phía dưới) - Câu lệnh : Vào Calculate / Formula Calculation ... Chọn biểu tượng Alt + C + F. Hệ trục tọa độ - Co ordinate System : Hàm - FUNCTION : - Sử dụng trong trường hợp đo đối tượng đo số lượng nhiều và lặp lại. - Sử dụng kết quả đo của đối tượng đo trước làm (liên quan) các phép đo hoặc chuyển đổi cho các lệnh đo sau đó. - Đối tượng được gán hàm sẽ lấy kết quả đo thực tế của từng phôi bất kỳ. Như vậy sẽ đảm bảo được kết quả đúng cho mỗi phôi bất kỳ đó. Thiết lập hệ trục theo Macro của máy - ALIGN CO-ORDINATE SYSTEM : - Câu lệnh : Vào Co-or. Sys. / Aline Co-ordinate System. Alt + C + I. - Pattern Alignment : định nghĩa hệ tọa độ theo biểu tượng cho trước. (Theo hình tương ứng). - Machine Co-ordinate : Lấy theo hệ tọa độ của máy. - Load Co-ordinate System : Gọi hệ tọa độ đã thiết lập trước (nếu có). + Câu lệnh : Vào Co-or. Sys. / Aline Plane Chọn biểu tượng Alt + C + A. - Đo đường thẳng bằng lệnh đo đường thẳng. Thiết lập hệ trục tọa độ bằng tay : Hệ trục tọa độ có trục X (Y, Z) // trục cần đo : (Align Axis to Parallel to Axis ...) - Đo mặt phẳng bằng lệnh đo mặt phẳng. - Định nghĩa mặt phẳng vừa đo là mặt phẳng chuẩn : Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 44 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Định nghĩa đường thẳng vừa đo là trục X (Y, Z) : + Câu lệnh : Vào Co-or. Sys. / Aline Axis Parallel Axis... Chọn biểu tượng Alt + C + P. - Đo đường thẳng bằng lệnh đo đường thẳng. - Tìm điểm giao bằng lệnh đo điểm (Lựa chọn Intersection Point). - Định nghĩa điểm vừa tìm là gốc tọa độ : + Câu lệnh : Vào Co-or. Sys. / Create Origin. Chọn biểu tượng Alt + C + C. Hệ trục tọa độ có trục X (Y, Z) qua gốc tọa độ và một đối tượng bất kỳ : (Align Axis Through Point ...) - Đo mặt phẳng bằng lệnh đo mặt phẳng. - Định nghĩa mặt phẳng vừa đo là mặt phẳng chuẩn. (Tương tự như phần trên). - Đo đối tượng thứ nhất (Điểm, Đường tròn, ... ). - Định nghĩa đối tượng vừa đo là gốc tọa độ (Tương tự như phần trên). - Đo đối tượng thứ hai (Điểm, Đường tròn, ... ). - Định nghĩa trục X (Y, Z) qua (từ) gốc tọa độ tới đối tượng thứ hai : + Câu lệnh : Vào Co-or. Sys. / Aline Axis Through Point ... Chọn biểu tượng Alt + C + T. + Chọn đối tượng thứ hai. + Chọn trục X (Y, Z) cần định nghĩa. + Offset Alignment : Bù thêm đối tượng thứ hai (theo trục đã định nghĩa) một giá trị. Hệ trục tọa độ sao cho đối tượng thứ hai có tọa độ (X, Y) trong hệ trục tọa độ đó : (Align Axis by Point With Offset ...) - Đo mặt phẳng bằng lệnh đo mặt phẳng. - Định nghĩa mặt phẳng vừa đo là mặt phẳng chuẩn. (Tương tự như phần trên). - Đo đối tượng thứ nhất (Điểm, Đường tròn, ... ). - Định nghĩa đối tượng vừa đo là gốc tọa độ (Tương tự như phần trên). - Đo đối tượng thứ hai (Điểm, Đường tròn, ... ). Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 45 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Định nghĩa đối tượng vừa đo có tọa độ (X,Y) trong hệ trục tọa độ cần định nghĩa : + Câu lệnh : Vào Co-or. Sys. / Aline Axis by Point With Offset ... + Chọn đối tượng đo thứ hai (Điểm, Đường tròn, ... ) + Nhập giá trị theo yêu cầu (hoặc từ bản vẽ thiết kế) cho đối tượng thứ hai đó. - Câu lệnh : Vào Co-or. Sys. / Move and Rotate Co-ord. System .... Chọn biểu tượng Alt + C + M. - Di chuyển - Shift : Nhập tọa độ điểm đến cho hệ tọa độ mới. - Xoay - Rotate : Chọn trục Z (X, Y) làm chuẩn và nhập giá trị góc cần xoay. Di chuyển và xoay một hệ trục tọa độ : - Câu lệnh : Vào Co-or. Sys. / Store Co-ord. System .... Chọn biểu tượng Alt + C + S. + Kích vào biểu tượng Table Co-ord. System to Archive. + Đặt tên cho hệ trục tọa độ. (thứ 1, 2, ... n). Gọi lại một hệ trục tọa độ : Lưu trữ và gọi lại một hệ trục tọa độ đã lưu : Lưu trữ một hệ trục tọa độ : - Lưu hệ trục tọa độ vừa xây dựng vào bộ nhớ. - Câu lệnh : Vào Co-or. Sys. / Load Co-ord. System .... Chọn biểu tượng Alt + C + L. Dạng hiển thị dữ liệu : - Khi muốn lưu trữ nội dung, dung sai, kết quả đo dưới dạng file Notepad (hoặc Wordpad) : - Câu lệnh : Vào Output / File Format Specification ... Alt + O + F. + Output file : Tên File (cần lưu trữ) và đường dẫn. Có thể kích vào biểu tượng + Output : Kích vào các dạng tùy chọn cần lưu dữ liệu. - Sau khi đo xong (Hoặc muốn kết thúc việc lưu dữ liệu) - Khai báo lệnh kết thúc : Hiển thị dưới dạng File Notepad (hoặc Wordpad) : + Câu lệnh : Vào Output / File Format End ... Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 46 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Alt + O + E. - Chú ý : Khi lệnh được thực hiện, các nội dung sau lệnh này mới được lưu trữ. ( Hoặc lệnh : Machine/ Move Machine (Alt + M + M). In kết quả : - Câu lệnh : Vào Output / Print Format Specification ... Alt + O + P. + Headline : Dòng kí tự lặp lại trên đầu các trang in. + Logo flie : Chèn logo vào trang in. + Output : Kích vào các dạng tùy chọn cần in dữ liệu. + Bottom line : Dòng kí tự lặp lại dưới các trang in. - Chú ý : Khi lệnh được thực hiện, các nội dung sau lệnh này mới được in. Lập Trình - PROGRAMING : - Lập trình trên máy CMM là thống nhất các lệnh đơn thành một chuỗi lệnh khép kín có mở đầu, các lệnh tạm dừng và kết thúc chương trình. Và các chuyển động chạy không trong chương trình sẽ được đổi dưới dạng ngôn ngữ lập trình. - Chương trình lập trình giúp cho việc đo các sản phẩm giống nhau và với số lượng lớn. * Kết cấu một chương trình : - Thiết lập hệ trục tọa độ cho vật đo. - Bắt đầu chương trình : + Câu lệnh : Vào Machine / CNC Parameters and CNC on ... + Khai báo : Movement speed : Tốc độ chạy không của máy. Measurement speed : Tốc độ đo. Safety distance : Khoảng cách an toàn khi đo. - Chương trình chính : + Đo các kích thước theo yêu cầu bản vẽ bằng các lệnh đo cơ bản. + Vì giữa các lệnh đo là các chuyển động chạy không của máy, ta phải chuyển sang dạng ngôn ngữ lập trình (lệnh này bắt buộc phải có trong phần lập trình) bằng lệnh : ( ấn phím GOTO trên Joystick cho mỗi lệnh chạy không. ( Hoặc từ biểu tượng (và nhập tọa độ nếu xác định). Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 47 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Kết thúc chương trình : + Câu lệnh : Vào Machine/ CNC on/off . Sửa chương trình - PART PROGRAM EDITOR : - Chọn file chương trình cần sửa chữa. - Câu lệnh : CMM / Part Program Editor Alt + C + P Chọn biểu tượng - Dựa vào các lệnh đo cơ bản và các biểu tượng để sửa chương trình cho phù hợp (Chèn, xóa hoặc thay đổi tọa độ của một vị trí nào đó). Chạy tự động chương trình - CMM REPEAT MODE : - Chọn file chương trình. - Câu lệnh : CMM / Repeat Mode Alt + C + R Chọn biểu tượng 2.1.3. Phần mềm thiết kế CAD/CAM CAD/CAM là hệ thống thiết kế và gia công với sự trợ giúp của máy tính (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing – Trợ giúp thiết kế bằng máy tính/ Trợ giúp chế tạo b ằng máy tính), là một nhánh nghiên cứu của đồ hoạ máy tính, được phát triển rất nhanh trong vài chục năm gần đây. Nội dung chủ yếu là dùng máy tính để trợ giúp việc thiết kế và thực hiện các quy trình chế tạo các bộ phận máy móc cơ khí, ô tô, nhà cửa, cầu cống, các thiết bị điện tử, các mạch tích hợp … 2.1.3.1. Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD Trong vùng thiết kế, CAD bảo đảm phác hoạ và tính toán các phương án kết cấu tối ưu và đồng bộ hoá một kết cấu trong một cụm máy hay một cụm máy trong tổng thể máy móc. Trong vùng dự tính chương trình thực hiện và chuẩn bị triển khai, CAD bảo đảm vẽ ra các bản vẽ, tính toán mô hình hoá, tối ưu hoá, lập trình điều khiển theo chương trình số, thiết lập danh mục chi tiết, lập kế hoạch công tác, chư ơng trình gia công, lắp ráp … 2.1.3.2. Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính CAM Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 48 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trong sản xuất, CAM điều hành hoạt động của các rôbôt công nghiệp, điều hành tổng hợp toàn bộ quá trình, điều khiển dòng lưu thông vật chất trong hệ thống tự động linh hoạt, kể cả các hệ thống nối ghép và vận chuyển cũng như tự động lắp ráp, đo lường, kiểm tra và tổng hợp toàn bộ số liệu của cả quá trình sản xuất. CAD/CAM là một khái niệm hệ thống, biểu tượng cho khuynh hướng ứng dụng triệt để kỹ thuật vi tính, vi xử lý để tổ chức dòng lưu thông thông tin tự động trong suốt giai đoạn phác thảo đến thiết kế kết cấu, qua giai đoạn lập kế hoạch, chuẩn bị sản xuất đến giai đoạn chế tạo, lắp ráp và bao gói sản phẩm. Xu thế hiện nay các nhà kỹ thuật phát triển chủ yếu là hệ thống CAD/CAM tích hợp. Những phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng phổ biến hiện nay như: MasterCam, Edgecam, Vercut, Topmold, Cimatron, CATIA/AutoNC, Hypercam, Topsolid, Solidcam, Delcam, Surfcam, Pro/Engineer…Mỗi phần mềm đều có những ưu điểm riêng, tùy theo mức độ và mục đích ứng dụng, điều kiện máy gia công thực tế mà ta ứng dụng phần mềm thích hợp. Trong giới hạn của đề tài tác giả sử dụng phần mềm Mastercam để nghiên cứu, tính toán và thực hiện bù sai số. 2.2. Phần mềm Mastercam Những năm gần đây việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo các sản phẩm công nghiệp ngày càng phổ biến ở Việt Nam. Cùng với sự phát triển công nghệ thông tin, hệ thống CAD/CAM tích hợp được phát triển nhanh chóng. Nó đã tạo nên sự liên thông từ quá trình thiết kế cho đến chế tạo trong lĩnh vực cơ khí. Việc lập trình gia công tự động dùng hệ thống CAD/CAM NC được thực hiện qua 3 bước chính : 1- CAD : Vẽ lại chi tiết cần gia công trên một phần mềm CAD. Nhiệm vụ chính là tạo dạng hình học của chi tiết tinh (đã gia công hoàn chỉnh), có t hể cả hình dạng phôi. 2- CAM : Bước này yêu cầu hai dữ liệu đầu vào, cơ sở hình học chi tiết và dữ liệu công nghệ để sinh đường dụng cụ. Đầu ra là một file NCI chứa tất cả các giá trị tọa độ đường cắt, thông tin gia công, lượng chạy dao, tốc độ trục chính, lệnh điều khiển, làm nguội v.v… 3- Postprocessor : Postprocessor chuyển những file NCI sang dạng mã NC mà bộ điều khiển có thể đọc. Các bộ điều khiển này có thể khác nhau do khác mẫu Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 49 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên chuẩn,do đó ta cần tạo ra một “dedicate Postprocessor” phù hợp với mỗi sự kết hợp bộ điều khiển và máy. Trước khi chuyển các file NCI sang dạng NC, cần phải biết hệ điều khiển nào được dùng trên máy gia công. Đối với những chi tiết phức tạp như có các mặt 3D, các đường cong phi tuyến thì việc lập trình bằng tay là hết sức phức tạp, tốn nhiều công sức mà không hiệu quả. Để tận dụng hết khả năng của máy điều khiển số, yêu cầu người thiết kế phải sử dụng được những phần mềm lập trình tự động. Việc hiểu rõ và sử dụng thành thạo các phần mềm này là hết sức cần thiết đối với kỹ sư chế tạo máy. Mastercam là phần mềm CAD/CAM tích hợp được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu và trên thế giới, đồng thời nó cũng được sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam. Mastercam có khả năng thiết kế công nghệ cho các máy CNC năm trục, máy tiện CNC bốn trục, máy cắt dây bốn trục, máy khoan CNC ba trục… Cơ bản về phần mềm Mastercam : Trong môi trường Mastercam có 4 module chính : Mastercam Design : thiết kế chung Mastercam Lathe : gia công tiện Mastercam Wire : gia công cắt dây Mastercam Mill : gia công phay Theo yêu cầu của đề tài là cần tiến hành thực nghiệm trên trung tâm phay VMC- 85S nên trong phần này tác giả sẽ trình bày module phay. 2.2.1. Giao diện Giao diện có 3 phần chính : * Thanh công cụ cung cấp các biểu tượng truy cập nhanh tới các lệnh. * Menu chính : Analyze : Phân tích đối tượng, hiển thị tọa độ và thông tin về đối tượng được chọn: điểm, đường thẳng, đường tròn, mặt , solid… Create : Tạo các đối tượng hình học cho bản vẽ. File : Quản lý file. Modify : Sửa chữa các đối tượng hình học. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 50 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Xform : Tạo các đối tượng mới trên cơ sở các đối tượng đã có : Mirror, Rotate, Scale … Delete : Xóa các đối tượng hoặc nhóm đối tượng từ màn hình và dữ liệu hệ thống. Screen : Các tiện ích hỗ trợ hiển thị trên màn hình. Solid : Vẽ khối đặc. Backup : Trở về menu trước. Main menu: Trở về menu chính. * Menu thứ cấp : Z : Hiển thị và thay đổi chiều sâu mặt phẳng làm việc hiện tại. Color : Màu hiển thị đối tượng vẽ. Level : Quản lý các lớp làm việc. Attributes : Đặt thuộc tính cho đường, điểm, chiều dày, màu sắc. Group : Quản lý đối tượng theo nhóm. Mask : Đánh dấu đối tượng, nhóm hoặc lớp. Tplane : Mặt phẳng dụng cụ. Cplane : Mặt phẳng để vẽ đối tượng. Gview : Mặt phẳng quan sát đối tượng. 2.2.2. Các dạng gia công cơ bản trên module phay Quá trình phay trên các máy phay CNC và trung tâm gia công sử dụng 6 dạng gia công chính : - Phay mặt (Face). - Phay theo Contour (Contour). - Phay hốc (Pocket). - Phay rãnh (Slot). - Gia công lỗ (Hole). - Gia công mặt 3D (Surface). 2.2.3. Quá trình phay Các bước cơ bản để tạo một chương trình phay : Bước 1 : Vẽ chi tiết gia công (Drawing). Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 51 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chi tiết gia công được vẽ 2D hoặc 3D tuỳ thuộc vào yêu cầu gia công. Bước này có thể được thực hiện trên Mastercam hoặc một phần mềm CAD khác, như SolidWorks, Inventor, Auto CAD…sao cho Mastercam có thể đọc được. Bước 2 : Định nghĩa phôi (Job setup). Mastercam cần biết được kích thước cụ thể. Truy cập tới form định nghĩa phôi theo đường dẫn : Main menu → Tooolpaths → Job setup. Có thể nhập trực tiếp kích thước phôi, hoặc kích vào chọn hai điểm giới hạn trên màn hình vẽ. Chọn vật liệu phôi, chọn Post Processor, kích OK hoàn thành bước 2. Bảng thoại chọn phôi. Bước 3 - Đường dụng cụ 2D (tại một thời điểm tối da có 2 trục nội suy). : Chọn đường dụng cụ. Đây là bước quan trọng nhất, phần trọng tâm của Mastercam. Mastercam phân các đường dụn g cụ ra làm 3 loại chính, bao gồm đường 2D, 3D và đa trục. - Đường dụng cụ 3D (tại một thời điểm tối da có 3 trục nội suy). - Đường dụng cụ cho gia công đa trục (có thể nội suy 4, 5 trục hoặc nhiều hơn trong quá trình cắt). Chọn dao và các thông số công nghệ. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 52 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hộp thoại : Chọn dao. Hiệu chỉnh dao. Bước 4 2.3. Kết luận chương 2 : Xuất chương trình (Post Processor). Từ form Operation Manager kích Post để điều khiển việc xuất ra file NC, NCI. Nếu nối trực tiếp với máy gia công, ta có thể đưa dữ liệu thẳng xuống cổng máy. Quá trình lập trình gia công tự động đến đây kết thúc. Quá trình bù off-line sai số tổng hợp trên trung tâm gia công VMC -85S được tiến hành trên các máy móc, trang thiết bị và phần mềm hiện đại và có ngay tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp. Do đó, tác giả có thể dễ dàng thực hiện các thí nghiệm để đưa ra kết luận chính xác nhất. - Quá trình gia công thực nghiệm được tiến hành trên trung tâm gia công 3 trục VMC-85S. Đây là máy đang có tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp. - Quá trình đo sai số được tiến hành trên máy đo toạ độ 3 chiều CMM với chuyển vị êm, nhẹ nhàng và cho độ chính xác rất cao. - Quá trình bù sai được thực hiện bằng phầm mềm Mastercam vers ion 9.0 với ưu điểm nổi bật hơn so với các phần mềm khác, đó là file NC được viết dưới dạng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 53 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên một file text. Điều đó giúp người thực hiện thay đổi lệnh mã G một cách đơn giản, không cần yêu cầu hiểu biết và trình độ cao về lập trình. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 54 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Chương III: XÁC ĐỊNH SAI SỐ VÀ BÙ SAI SỐ TỔNG HỢP 3.1. Xác định sai số tổng hợp 3.1.1. Thực nghiệm gia công trên máy VMC-85S 3.1.1.1. Biên dạng và kích thước gia công Để xác định sai số trong mặt phẳng OXY theo hai phương X và Y, tác giả tiến hành phay rãnh theo từng đoạn nhằm xác định sai số trên từng khoảng độ dài theo tọa độ (như hình vẽ dưới): Theo phương X: 10 , 20, 30, 40 (mm) Theo phương Y: 10 , 20, 30, 40 (mm). Hình 3.1: Đường chạy dao gia công rãnh. Để xác định được sai số gia công phân bố theo quy luật chuẩn cần tiến hành làm nhiều thí nghiệm, từ đó đưa ra được chương trình bù sai số hợp lý. Hai mươi thí nghiệm được tiến hành với: - Dao phay thép gió HSS-Co Φ6, - Vật liệu phôi: Thép CT3, - Chế độ cắt hợp lý theo kinh nghiệm: +) Tốc độ quay của trục chính : 1000 vòng/phút ± 0.01 ± 0.01 ± 0.015 ± 0.015 ± 0.0 15 ± 0 .01 ± 0.0 1 ± 0.0 15 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 55 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên +) Lượng tiến dao : 55 mm/ phút +) Tốc độ đâm dao xuống: 35 mm/ phút +) Tốc độ thoát dao: 600 mm/ phút +) Chiều sâu cắt: 2 mm Hình 3.2: Biên dạng gia công rãnh. 3.1.1.2. Lập trình nguyên công * Thiết kế biên dạng gia công trên phần mềm MasterCam Các rãnh có kích thước theo yêu cầu được vẽ trên MasterCam như hình dưới: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 56 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.3: Thiết kế biên dạng rãnh trên MasterCam. * Khai báo phôi gia công - Vào Jop setup để khai báo phôi; - Click Post processor để chọn hệ điều hành phù hợp với hệ điều hành của máy gia công là Fanuc hoặc chọn theo mã chuẩn ISO; - Nhập kích thước để tạo phôi gia công hoặc click Bounding box để khai báo phôi; - Expand: Nhập các khoảng cách thừa của phôi so với chi tiết. Hình 3.4: Khai báo phôi, vật liệu phôi, hệ điều khiển. * Khai báo dụng cụ cắt và các thông số công nghệ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 57 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.5: Khai báo dao và chế độ cắt. Trong đó: Dao phay ngón φ6. Tốc độ vòng quay trục chính Tốc độ ăn dao theo phương X, Y mm/phút. Tốc độ ăn dao theo phương Z mm/phút. Tốc độ rút dao lên theo phương Z mm/phút. * Khai báo lượng dư gia công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 58 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.6: Các thông số về biên dạng. Chiều sâu cắt. Các thao tác trên được lưu trong hội thoại Operations Manager: Hình 3.7: Cửa sổ hiển thị quá trình công nghệ. Sau khi đã thiết lập các thông số công nghệ ta tiến hành mô phỏng quá trình phay trên máy tính nhằm phát hiện và sửa chữa các sai sót về mặt công nghệ. Với các lựa chọn sau: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 59 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Lựa chọn tất cả các file. Xác nhận lại các thuộc tính sửa chữa. Mô phỏng dạng 2D. Mô phỏng dạng 3D. Xuất dữ liệu file NC code. Mô phỏng với tốc độ cao. Hình 3.8: Mô phỏng đường chạy dao. Hình 3.9: Mô phỏng quá trình gia công. * Sau khi đã kiểm tra và hiệu chỉnh đạt yêu cầu ta thực hiện lệnh post xuất chương trình NC. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 60 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.10: Post processing. Hình 3.11: Chương trình NC. File NC nguyên thuỷ: % O8668 N1G21 N2G0G17G40G49G80G90 N4G0G90X0.Y0.S1000M3 N5G43H1Z50.M8 N6Z4. N7G1Z-1.5F35. N8Y-10.F55. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 61 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên N9X10. N10Y-20. N11X20. N12Y-30. N13X30. N14Y-40. N15X40. N16Y-50. N17X50. N18G0Z150. N19M5 N20G91X0.Y0. N22M30 % 3.1.1.3. Truyền chương trình sang máy CNC Với máy VMC-85S có hệ điều khiển là Fanuc OMD chương trình được truyền qua cổng RS232 bằng phần mềm DNC Server, phần mềm có giao diện như hình dưới: Hình 3.12: Giao diện DNC. 3.1.1.4. Điều chỉnh máy Khi đã truyền và nhận chương trình từ máy tính, để có thể gia công được cần hiệu chỉnh và thiết lập các tham số của máy gia công CNC. * Thiết lập gốc toạ độ phôi Gốc toạ độ của chương trình thiết kế trên máy tính và gốc của phôi khi khai báo phải thống nhất. Để khai báo chính xác cần lập trình cho dao chạy không và điều khiển bằng tay để di chuyển dao chạm phôi, sử dụng hàm G54 trong chức năng này. 3.1.1.5. Gia công cắt gọt Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 62 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Sau khi đã gá đặt, thiết lập gốc toạ độ, quá trình gia công c ắt gọt được tiến hành. Hình 3.13: Sản phẩm gia công trước khi bù sai số. 3.1.2. Đo sai số gia công trên máy CMM- C544 3.1.2.1. Gá đặt chi tiết Chi tiết cần đo được đặt cố định trên bàn máy. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 63 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.14: Đo mẫu gia công. 3.1.2.2. Khởi động và kiểm tra hệ thống - Bật máy nén khí, máy sấy khí. - Bật van khí nén, kiểm tra mức khí ở mức 0,4 Mpa. - Khởi động máy tính, khởi động chương trình MCOSMOS24. - Nhấn phím START trên joystick. Hình 3.15: Phần mềm GEOPAK. - Đặt tên cho chương trình đo trong phần chương trình part manager. - Nhấn vào nút CMM learn mode. 3.1.2.3.Chọn đầu đo Lắp đầu đo 1 mm và nối cán đầu đo sao cho có đủ chiều sâu đo hết được biên dạng và bề mặt sản phẩm. 3.1.2.4. Hiệu chuẩn đầu đo Độ chính xác phụ thuộc khá nhiều vào nhiệt độ phòng và độ chính xác của đầu đo, do vậy trước khi đo ta phải hiệu chuẩn lại đầu đo. Sử dụng quả cầu hiệu chuẩn MasterBall được lắp trên bàn máy để hiêuh chuẩn, ta phải đo quả cầu MB này trên 6 điểm bất kỳ. Sau khi đo quả cầu có đường kính 19,9956 mm. Khi khởi động CT GEOPAK, sẽ xuất hiện hộp thoại Start up Wizard Click vào nút Exit and Calibrate Click vào nut Calibrate. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 64 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tiến hành dịch chuyển đầu đo bằng joystick (Một thiết bị để dịch chuyển máy bằng tay). Khi tiến hành đo MB ta nhấn vào nút MEAS trên joystick và chạ m vào 6 điểm bất kỳ trên MB. Sau khi đo 6 điểm trên MB, máy sẽ báo kết quả được hiệu chuẩn của đầu đo. 3.1.2.5. Xác lập hệ toạ độ của chương trình đo - Tiến hành đo một mặt phẳng để chọn mặt phẳng đó làm mặt phẳng chuẩn Oxy. - Xác định một điểm để chọn làm gốc toạ độ. Điểm này là giao của hai đường thẳng được xác định trên rãnh gia công. 3.1.2.6. Tiến hành đo và kết quả Sau khi hoàn tất các bước chuẩn bị, quá trình đo được tiến hành trên từng đoạn thẳng thông qua một điểm nhằm xác định các độ dài theo các phương X và Y. Hình 3.16: Đo điểm. Kết quả đo được hiện trong bảng như hình dưới: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 65 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.17: Kết quả đo. 3.1.2.7. Xác định kích thước thực của chi tiết và sai số tổng hợp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 66 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 67 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 68 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 69 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 70 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.2. Bù sai số tổng hợp trên phần mềm CAD/CAM 3.2.1. Cơ sở lý thuyết Sau khi xác định được sai số tổng hợp, để nâng cao độ chính xác gia công cần tiến hành bù sai. Quá trình bù được tác giả thực hiện trên phần mềm Mastercam 9.0 tích hợp với máy CNC. Quá trình bù sai số được thực hiện bằng việc thay đổi lệnh tại dòng lệnh mã G được quản lý trong Post Processor: Vị trí điều chỉnh (x, y) = Vị trí danh nghĩa (x, y) - Vị trí sai lệch (x, y). Post Processor là một component được gắn chung với phần mềm CAM. Post Pro có nhiệm vụ chuyển từ dữ liệu của CAM thành mã NC (G, M…). Post pro gồm ba bộ phận là Generator, .cfg file và .ini file. Nếu không can thiệp gì thì CAM sẽ lấy dữ liệu ở trên file cfg để sinh code. Khi người sử dụng muốn can thiệp vào việc sinh code thì cần can thiệp vào file .ini. Yêu cầu này đòi hỏi người sử dụng muốn thay đổi đuợc lệnh mã G thì cần hiểu biết về việc lập trình với mã ini, nếu phức tạp hơn thì phải sử dụng Visual basic. Tuy nhiên, như đã trình bày, phần mềm Mastercam có ưu điểm nổi bật đó là chương trình NC được viết dưới dạng file Text. Điều đó giúp cho người sử dụng có thể thay đổi lệnh mã G một cách dễ dàng mà không cần có hiểu biết sâu về lập trình. Công việc thay đổi code trên Mastercam được tiến hành qua các bước sau: - Từ menu chính, vào →File → Edit . - Chọn file NC cần hiệu chỉnh. - Hiệu chỉnh tại dòng lệnh mã G trên file NC yêu cầu. 3.2.2. Bù sai số Năm thí nghiệm được thực hiện với dụng cụ cắt, vật liệu phôi, chế độ cắt và dung dịch trơn nguội như trên. Trong đó, file NC sau khi đã được hiệu chỉnh lệnh mã G như sau: File NC gốc File NC đã được hiệu chỉnh Ghi chú % O8668 N1G21 N2G0G17G40G49G80G90 N4G0G90X0.Y0.S1000M3 N5G43H1Z50.M8 N6Z4. % O8668 N1G21 N2G0G17G40G49G80G90 N4G0G90X0.Y0.S1000M3 N5G43H1Z50.M8 N6Z4. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 71 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên N7G1Z-1.5F35. N8Y-10.F55. N9X10. N10Y-20. N11X20. N12Y-30. N13X30. N14Y-40. N15X40. N16Y-50. N17X50. N18G0Z150. N19M5 N20G91X0.Y0. N22M30 % N7G1Z-1.5F35. N8Y-9.919.F55. N9X10.105. N10Y-19.965. N11X20.041. N12Y-30.123. N13X29.959. N14Y-40.135. N15X39.938. N16Y-50. N17X50. N18G0Z150. N19M5 N20G91X0.Y0. N22M30 % ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.035 ∆X = - 0.041 ∆Y = - 0.123 ∆X = 0.041 ∆Y = - 0.135 ∆X = 0.062 Hình 3.18 và 3.19: Mẫu sản phẩm gia công sau khi bù sai số. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 72 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 73 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 74 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Hình a) Hình b) Hình 3.20: Đồ thị so sánh kết quả thí nghiệm trước và sau khi được bù sai số. Hình a): Sai số theo phương X. Hình b): Sai số theo phươngY. Sau khi bù Y (mm) Kích thước danh nghĩa 40 30 20 10 81 - 135 - 3 0 1 35 - 123 Trước khi được bù Sai số (µm) - 12 Kích thước danh nghĩa X (mm) Sai số (µm) 40 30 20 10 -105 - 41 - 5 - 1 0 4 41 62 Trước khi được bù Sau khi bù 8 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 75 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy 3.3. Kết luận chương 3 Nhiều thí nghiệm trước và sau khi bù sai số đã được tác giả tiến hành trên trung tâm gia công VMC-85S với: - Dao phay thép gió HSS-Co Φ6, - Vật liệu phôi: Thép CT3, - Chế độ cắt : +) Tốc độ quay của trục chính : 1000 vòng/phút +) Lượng tiến dao : 55 mm/ phút +) Tốc độ đâm dao xuống: 35 mm/ phút +) Tốc độ rút dao: 600 mm/ phút +) Chiều sâu cắt: 2 mm. Và nhờ việc thực hiện các phép đo trên máy đo toạ độ CMM chính xác cao đã cho kết quả về các kích thước trước và sau khi bù offline như sau: * Theo phương X: Ở khoảng 10 mm: sai số giảm từ - 105 µm xuống còn - 5 µm. 20mm - 41 µm → - 1 µm. 30mm 41 µm → 8 µm. 40mm 62 µm → 4 µm. * Theo phương Y: Ở khoảng 10 mm: sai số giảm từ 81 µm xuống còn 1 µm. 20mm 35 µm → 0 µm. 30mm - 123 µm → - 3 µm. 40mm - 135 µm → - 12 µm. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 76 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Chương IV: BÙ SAI SỐ KHI PHAY BIÊN DẠNG 4.1. Chi tiết gia công Để kiểm chứng phương pháp bù sai số đã đề xuất và để kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa thực tiễn, tác giả ứng dụng kết quả nghiên cứu để gia công chi tiết như sau: Hình 4.1: Bản vẽ chi tiết. 4.2. Tạo mô hình CAD và thiết lập các thông số công nghệ trên Mastercam - Tạo bản CAD trên Mastercam: Hình 4.2: Tạo mô hình CAD của sản phẩm trên Mastercam. 30 14 30 ± 0.015 ± 0. 01 5 ± 0. 01 ± 0.01 R4 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 77 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy - Khai báo các thông số công nghệ: Các thông số công nghệ được khai báo tương tự như khi gia công thực nghiệm trong quá trinh tìm ra và bù sai số. Hình 4.3: Khai báo các thông số công nghệ Vì sản phẩm ứng dụng là dạng phay hốc nên cần thêm khai báo kiểu đường chạy dao: Hình 4.4: Khai báo kiểu đường chạy dao. - Mô phỏng đường chạy dao tạo sản phẩm: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 78 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Hình 4.5: Mô phỏng đường chạy dao khi phay hốc lõm. - Mô phỏng quá trình phay trên Mastercam: Hình 4.6: Mô phỏng quá trình phay hốc lõm. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 79 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Hình 4.7: Mô phỏng chi tiết sau quá trình phay . 4.3. Bù sai số Chương trình gia công đã được điều chỉnh tại dòng lệnh mã G: File NC gốc File NC đã được hiệu chỉnh Ghi chú % O0000 N1G21 N2G0G17G40G49G80G90 N4G0G90X-12.Y0.S1000M3 N5G43H1Z50.M8 N6Z4. N7G1Z-2.F35. N8G2X10.613Y5.6R12.F55. N9G1X11.457Y4. N10X26. N11G2X27.Y3.R1. N12G1Y-3. N13G2X26.Y-4.R1. N14G1X11.457 N15X10.613Y-5.6 N16G2X-12.Y0.R12. % O0000 N1G21 N2G0G17G40G49G80G90 N4G0G90X-12.Y0.S1000M3 N5G43H1Z50.M8 N6Z4. N7G1Z-2.F35. N8G2X10.718Y5.519R12.F55. N9G1X11.498Y3.919. N10X25.959. N11G2X26.959Y2.919.R1. N12G1Y-2.919. N13G2X25.959Y-3.919.R1. N14G1X11.498 N15X10.718Y-5.519. N16G2X-12.041.Y0.R12. ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.041 ∆Y = 0.081 ∆X = 0.041 ∆X = 0.041 ∆Y = 0.081 ∆Y = 0.081 ∆X = 0.041 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.041 ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.041 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 80 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy N17G1X-9. N18G2X7.96Y4.2R9. N19G1X8.804Y2.6 N20G3X11.457Y1.R3. N21G1X24. N22Y-1. N23X11.457 N24G3X8.804Y-2.6R3. N25G1X7.96Y-4.2 N26G2X-9.Y0.R9. N27G1X-6. N28G2X5.307Y2.8R6. N29G1X6.151Y1.2 N30G3X6.985Y0.R6. N31X6.151Y-1.2R6. N32G1X5.307Y-2.8 N33G2X-6.Y0.R6. N34G1X-3. N35G2X2.653Y1.4R3. N36G1X3.392Y0. N37X2.653Y-1.4 N38G2X-3.Y0.R3. N39G1X-1.5 N40G2X1.327Y.7R1.5 N41G1X1.696Y0. N42X1.327Y-.7 N43G2X-1.5Y0.R1.5 N44G0Z150. N45M5 N46G91X0.Y0. N48M30 % N17G1X-9.105. N18G2X8.065Y4.119R9. N19G1X8.909Y2.519 N20G3X11.562Y0.919.R3. N21G1X24.042. N22Y-0.919. N23X11.562 N24G3X8.909Y-2.519R3. N25G1X8.065Y-4.119 N26G2X-9105.Y0.R9. N27G1X-6.105. N28G2X5.412Y2.719R6. N29G1X6.256Y1.119 N30G3X7.090Y0.R6. N31X6.2551Y-1.119R6. N32G1X5.412Y-2.719 N33G2X-6.105Y0.R6. N34G1X-3. N35G2X2.653Y1.4R3. N36G1X3.392Y0. N37X2.653Y-1.4 N38G2X-3.Y0.R3. N39G1X-1.5 N40G2X1.327Y.7R1.5 N41G1X1.696Y0. N42X1.327Y-.7 N43G2X-1.5Y0.R1.5 N44G0Z150. N45M5 N46G91X0.Y0. N48M30 % ∆X = - 0.105 ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.041 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.105 ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.105 ∆X = - 0.105 ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.105 ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.105 ∆Y = 0.081 ∆X = - 0.105 4.4. Gia công chi tiết theo biên dạng đã được bù Chương trình NC (đã được điều chỉnh tại dòng lệnh mã G) sau khi được truyền sang máy CNC VMC-85S thì quá trình gia công được bắt đầu và chi tiết được tạo ra như hình dưới: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 81 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Hình 4.8: Sản phẩm ứng dụng phương pháp bù. 4.5. Kiểm tra sai số Chi tiết sau khi được gia công trên trung tâm phay, lại được tiến hành đo độ chính xác của các kích thước trên máy CMM C544 và cho kết quả như sau: Hình 4.9: Kích thước thực tế của sản phẩm. Bảng 4.1:Kết quả đo sai số gia công chi tiết ứng dụng. Kích thước danh nghĩa (mm) Kích thước thực (mm) Sai số (µm) R4 ± 0.01 R3.994 - 6 14 ± 0.01 14.007 7 φ30 ± 0.015 φ30.012 12 30 ± 0.015 30.009 9 3.994 30 .0 12 14 .0 07 30.009 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 82 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy 4.6. Kết luận chương 4 Như vậy, với việc xác định sai số tổng hợp theo từng khoảng kích thước mà không quan tâm đến nguyên nhân gây sai số, sau đó sử dụng các kết quả tính toán thiết lập giá trị bù bằng cách điều chỉnh tại dòng lệnh mã G trên file NC của phần mềm Mastercam để gia công đã cho phép nâng cao được độ chính xác gia công chi tiết. Cách làm này rất đơn giản, ít tốn kém và đã đem lại hiệu quả nhất định trong việc nâng cao độ chính xác của các máy CNC và các sản phẩm của nó trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 83 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Chương V: KẾT LUẬN Trên cơ sở hệ thống trang thiết bị gồm: Trung tâm gia công phay 3 t rục VMC- 85S, máy đo toạ độ 3 chiều CMM C544, phần mềm tích hợp CAD/CAM Mastercam tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp và các tài liệu liên quan, cùng với sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Nguyễn Đăng Hoè, tác giả đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu bù off-line sai s ố tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục VMC – 85S ”. Sau 6 tháng thực hiện đến nay đề tài đã hoàn thành và đã giải quyết được các vấn đề sau: - Nghiên cứu và khai thác tính năng công nghệ của trung tâm gia công VMC – 85S và máy CMM C544; -Ứng dụng công nghệ đo CMM – Scanning để kiểm tra độ chính xác gia công và tạo mô hình CAD của sản phẩm; - Nâng cao độ chính xác kích thước của sản phẩm gia công; - Phục vụ cho chương trình đào tạo, nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ trong nhà trường; - Ứng dụng vào thực tế sản xuất. - Khai thác và ứng dụng các phần mềm hiện đại (SolidWorks, Mastercam…) và công nghệ CAD/CAM/CNC trong gia công cơ khí chính xác. Cụ thể là: Tác giả đã tiến hành bù off-line sai số tổng hợp trên trung tâm gia công VMC- 85S trên từng khoảng độ dài theo hai phương X và Y bằng cách gia công thực nghiệm rồi tiến hành đo kết quả trên máy đo toạ độ CMM C544. Việc bù sai số được thực hiện bằng cách điều chỉnh tại dòng lệnh mã G trong file NC của phần mềm tích hợp CAD/CAM Mastercam. Với những kết quả đó, đề tài đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra. Tuy nhiên, bù sai số trên các trung tâm gia công CNC là vấn đề khá mới mẻ ở Việt Nam, do đó các công trình nghiên cứu và tài liệu tham khảo về đề tài này bằng tiếng Việt rất ít ỏi. Các thiết bị đo và hiển thị trực tiếp sai số và các nguyên nhân gây sai số trên máy còn thiếu. Mặt khác, do trình độ của tác giả, thời gian thực hiện đề tài còn hạn chế nên luận văn sẽ không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Cụ thể là: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 84 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy nội dung nghiên cứu của đề tài mới tập trung chủ yếu vào thực nghiệm và ứng dụng mà chưa nghiên cứu sâu vào một loại nguyên nhân gây sai số cụ thể nào để mô hình hoá và đưa ra được thuật toán bù tổng quát. Vì vậy, tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn đồng nghiệp để đề tài này được hoàn thiện hơn và có tính thực tiễn hơn trong tương lai. Xin trân trọng cảm ơn! Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 85 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ramesh R, Mannan MA, Poo AN. Error compensation in machine tools a review – Part I: Geometric, cutting force induced and fixture – dependent errors. International Journal of Machine Tools and Manufacture 2000. [2] Van Luttervelt CA, Peng J. Symbiosis of modelling and sensing to improve the accuracy of workpieces in small batch maching operations, cutting. Int J Adv Manuf Technol 1999. [3] Soons JA, Theeuws FC, Schellekens PH. Modelling the errors of multi-axis machines: a general methodology. Precision Engineering 1992. [4] Cho JH, Cho MW, Kim K. Volumetric error analysis of a multi-axis machine tool machining a sculptured surface workpiece. Int J Prod Res 1994. [5] Srivastava AK, Veldhuis SC, Elbestawit MA. Modelling geometric and thermal errors in a five-axis CNC machine tool. Int J Mach Tools Manufact 1995. [6] Patel AJ, Ehman KF. Volumetrics error analysis of a stewart platform based machine tool. Annals of the CIRP Vol. 46/1/1997. [7] E. L. J. Bohez. Compensating for systematic errors in 5-axis NC machining. International Journal of Machine Tools and Manufacture 2001. [8] Chana Raksiri, Manukid Parnichkun. Geometric and force errors compensation in a 3-axis CNC milling machine. International Journal of Machine Tools and Manufacture 2004. [9] K. G. Ahn, D. W. Cho. Proposition for a volumetric error consideration backlash in machine tools. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 15 (1999). [10] Braasch et al. Flat sensor, arrangement for a flat sensor, and method for compensating for thermal deformations.2002. [11] Bành Tiến Long. Nghiên cứu bù sai số vị trí bằng phần mềm điều khiển khi gia công phay CNC. Tạp chí Cơ khí Việt Nam 2007. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 86 Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy [12] Trương Thị Thu Hương. Nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công chi tiết hình dáng hình h ọc phức tạp trên trung tâm gia công 3 trục CNC bằng phương pháp bù sai số. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên 2008. [13] Trần Vĩnh Hưng. Mastercam-Phần mềm thiết kế công nghệ CAD/CAM, điều khiển các máy CNC. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2000. [14] Nguyễn Đăng Hoè. Xác định sai số tổng hợp của máy đo toạ độ bằng mẫu đo đặc biệt. Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên.