nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia công khi phay nắp động cơ trên trung tâm gia công vmc-650e bằng phương pháp bù sai số offline

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT









ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY NẮP
ĐỘNG CƠ TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG PHAY VMC-650E BẰNG
PHƢƠNG PHÁP BÙ SAI SỐ OFF-LINE

NGUYỄN ĐẮC TUẤN









THÁI NGUYÊN - 2010
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP


THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT




ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI PHAY NẮP

ĐỘNG CƠ TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG PHAY VMC-650E BẰNG
PHƢƠNG PHÁP BÙ SAI SỐ OFF-LINE


Học viên: Nguyễn Đắc Tuấn
Lớp: CHK11
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe



KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC
NGƯỜI HD KHOA HỌC
HỌC VIÊN









PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe



Nguyễn Đắc Tuấn

THÁI NGUYÊN - 2010

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
MỤC LỤC

CHƢƠNG 1: SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ GIA CÔNG
TRÊN MÁY CNC
Trang
1.1. Các thành phần sai số trên máy công cụ CNC 13
1.2. Độ chính xác gia công trên máy CNC 14
1.2.1. Độ chính xác của máy 14
1.2.2. Độ chính xác của hệ thống điều khiển 16
1.2.2.1. Sai số của bộ nội suy và chế độ nội suy 16
1.2.2.2. Sai số của phương pháp xấp xỉ 18
1.3. Các nguồn gây sai số 19
1.3.1. Sai số do gá đặt phôi 19
1.3.2. Sai số điều chỉnh dao 20
1.3.3. Sai số điều chỉnh máy 21
1.3.4. Sai số chế tạo dao 21
1.3.5. Sai số do dao mòn 22
1.3.6. Sai số hình học của các chi tiết máy 23
1.3.7. Sai số do sống trượt 25
1.3.8. Sai số do nhiệt 26
1.3.9. Sai số do vít me bi 26
1.3.10. Sai số do tải tĩnh và động 26
1.3.11. Sai số do hệ thống điều khiển servo 27

1.3.12. Sai số do rung động 27
1.3.13. Sai số do ổ đỡ 27
1.4. Nguyên lý bù sai số off-line 28
1.4.1. Mô hình bù 28
1.4.2. Thêm modunl phần mềm 30
1.4.3 Biến đổi các thông số điều khiển 30
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
1.4.4. Biến đổi Post processor(PP) 30
1.4.5. Biến đổi chương trình NC 30
1.4.6. Bù sai số với các bộ điều khiển 31
1.4.6.1. Thêm modunl phần mềm mới 32
1.4.6.2. Cài đặt bộ điều khiển phần cứng độc lập 32
1.5. Giới thiệu các công trình nghiên cứu bù sai số ở trong nước và trên thế giới: 33
1.5.1. Các công trình bù sai số tổng hợp của các tác giả nước ngoài 33
1.5.2. Các công trình nghiên cứu bù sai số ở trong nước 34
CHƢƠNG 2: QUY TRÌNH BÙ SAI SỐ CHO MÁY PHAY VMC-650E 36
2.1. Quy trình bù 36
2.2. Hệ thống thiết bị thí nghiệm 36
2.2.1. Phần mềm Mastercam X 36
2.2.1.1. Giao diện của phần mềm Mastercam X 36
2.2.1.2. Các dạng gia công cơ bản trên môdun phay 38
2.2.1.3. Các bước cần thực hiện để lập trình phay một chi tiết 38
2.2.2. Máy phay VMC-650E 41
2.2.3. Máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 42
2.2.3.1. Cấu hình của máy 42
2.2.3.2. Tính năng kỹ thuật của máy 43

CHƢƠNG 3: GIA CÔNG THỰC NGHIỆM TRÊN MÁY PHAY VMC-650E VÀ ĐO
TẠO BỘ SỐ LIỆU TRÊN MÁY ĐO CMM-C544 45
3.1. Thực nghiệm trên trung tâm gia công VMC-650E 45
3.1.1. Bản vẽ chi tiết nắp động cơ 45
3.1.2. Lập trình nguyên công 46
3.1.3. Chuyển chương trình sang máy CNC 52
3.1.4. Điều chỉnh máy tiến hành gia công 54
3.2. Đo biên dạng và tạo bộ số liệu trên máy CMM-C544 55
3.2.1. Gá đặt chi tiết 55
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
3.2.2. Khởi động và kiểm tra hệ thống 55
3.2.3. Chọn đầu đo 56
3.2.4. Hiệu chuẩn đầu đo 56
3.2.5. Thiết lập hệ tọa độ của chương trình đo 56
3.2.6. Tiến hành đo và xây dựng bộ số liệu 56
3.3. Kết luận chương 3
CHƢƠNG 4: THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH TÂM VÀ BÁN KÍNH ĐƢỜNG TRÕN
4.1. Thuật toán xác định khoảng cách đường thẳng qua tọa độ 2 điểm đo 57
4.2. Thuật toán xác định đường tròn qua tọa độ 3 điểm đo 58
4.3. Thuật toán xác định đường tròn qua tọa độ nhiều điểm đo 59
CHƢƠNG 5: PHẦN MỀM TÍNH SAI SỐ ĐƢỜNG TRÒN BẰNG NGÔN NGỮ
LẬP TRÌNH C#
5.1. Xử lí số liệu đo trên máy đo CMM-C544 61
5.2. Viết chương trình thuật toán tính sai số đường tròn bằng ngôn ngữ lập trình C#
5.3. Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính sai số đường tròn 68
5.4. Lưu đồ thuật toán và các đoạn mã chương trình bằng ngôn ngữ C# 69
CHƢƠNG 6: BÙ SAI SỐ KHI PHAY NẮP ĐỘNG CƠ 74

6.1. Cơ sở lý thuyết 74
6.2. Bảng số liệu 76
6.3. Bù sai số 83
6.4. Gia công chi tiết theo chương trình đã được bù 86
6.5. Kiểm tra sai số 87
KẾT LUẬN CHUNG 88
PHẦN PHỤ LỤC 89
- Phụ lục 1 89
- Phụ lục 2 96
- Tài liệu tham khảo 133


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ/ ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1 Các thành phần sai số trên trung tâm gia công phay CNC 3 trục 13
Hình 1.2 Phân loại độ chính xác gia công 15
Hình 1.3 Sai số của bộ nội suy 17
Hình 1.4 Sai số của phương pháp xấp xỉ 18
Hình 1.5 Sự phân bố điểm cắt trên lưỡi dao 22
Hình 1.6 Sai số góc 23
Hình 1.7 Các thành phần sai số 24
Hình 1.8 Sai số độ không vuông góc giữa từng đôi trục 24
Hình 1.9 Hệ thống phản hồi của máy công cụ CNC 27
Hình 1.10 Bốn cách bù sai số cho máy công cụ CNC 29
Hình 1.11 Các thành phần của Post processcer 31
Hình 1.12 Các thành phần của bộ biến đổi chương trình NC 32

Hình 2.1 Quy trình bù sai số 36
Hình 2.2 Giao diện của phần mềm Mastercam X 37
Hình 2.3 Trung tâm gia công 3 trục VMC-650E 41
Hình 2.4 Máy đo tọa độ CMM-C544 43
Hình 3.1 Bản vẽ chi tiết nắp động cơ 45
Hình 3.2 Thiết kế biên dạng chi tiết trên phần mềm AutoCad 2004 46
Hình 3.3 Biên dạng nắp động cơ 47
Hình 3.4 Xác lập kích thước phôi 48
Hình 3.5 Chọn biên dạng gia công 49
Hình 3.6 Khai báo các thông số chế độ cắt 50
Hình 3.7 Chọn định dạng file để xuất chương trình 51
Hình 3.8 Lưu chương trình 51
Hình 3.9 Các thông số của bộ truyền dữ liệu 53
Hình 3.10 Giao diện của phần mềm truyền dữ liệu CNC Simulation 53
Hình 3.11 Gá đặt chi tiết gia công trên máy CMM để đo biên dạng 55
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
Hình 4.1 Tọa độ đường thẳng M
1
M
2
57
Hình 5.1 Mô hình xây dựng một đường tròn qua 3 điểm đo 67
Hình 5.2 Giao diện của chương trình phần mềm 69
Hình 5.3 Lưu đồ thuật toán 1 70
Hình 5.4 Lưu đồ thuật toán 2 71
Hình 5.5 Lưu đồ thuật toán 3 72
Hình 5.6 Lưu đồ thuật toán 4 73

Hình 6.1 Phỏng đoán độ méo của biên dạng đường tròn 75
Hình 6.2 Mô hình sai số đường tròn 75
Hình 6.3 Vị trí sai số của các ΔR 76
Hình 6.4 Chi tiết gia công thực nghiệm trước khi bù sai số 86


















Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
CÁC TỪ VIẾT TẮT
CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp máy tính
CAM Computer Aided Manfacturing Sản xuất với sự trợ giúp máy tính
CNC Computer Numerical Control Điều khiển theo chương trình số

CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo tọa độ 3 chiều
2D 2 Dimension Không gian 2 chiều
3D 3 Dimension Không gian 3 chiều
PP Post processor Hậu xử lý
SW Software Phần mềm
I/O Input/Output Ngõ vào/ra
PC Personal Computer Máy tính cá nhân
PLC Programmable Logic Control Bộ điều khiển PLC
FEM Finite Element Methods Phương pháp phần tử hữu hạn
NC Numerical Control Điều khiển số
DNC Direct Numerical Control Điều khiển số trực tiếp
MB Master Ball Quả cầu chuẩn













Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang
Bảng 1 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ32 trong mặt phẳng 1 77
Bảng 2 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ32 trong mặt phẳng 2 78
Bảng 3 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ32 trong mặt phẳng 3 79
Bảng 4 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ16 80
Bảng 5 Bảng xử lí số liệu đo cho kích thước Φ90 81
Bảng 6 Kết quả gia công thực nghiệm chi tiết trước khi bù 85
Bảng 7 Kết quả gia công thực nghiệm chi tiết sau khi bù 87




















Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những kết quả có được trên đây là do tôi tự thực hiện lấy dưới
sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe. Ngoài những tài liệu tham khảo
đã được liệt kê dưới đây thì những kết quả còn lại là do thực nghiệm mà có được và chưa
có công trình nghiên cứu khác công bố.


Thái Nguyên, ngày tháng 09 năm 2010
Học viên thực hiện



NGUYỄN ĐẮC TUẤN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, dưới sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ thì các sản phẩm cơ
khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, mức độ tự động hóa của quy
trình sản xuất, đặc biệt là độ chính xác về kích thước, hình dáng hình học của sản phẩm.
Đứng trước yêu cầu và nhiệm vụ đó tác giả đã tiến hành:“ Nghiên cứu nâng cao độ
chính xác gia công khi phay nắp động cơ trên trung tâm gia công VMC-650E bằng
phương pháp bù sai số off-line” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng
Hòe.
Trong thời gian qua, để thực hiện đề tài thành công, tác giả đã nhận được sự quan tâm
rất lớn từ phía nhà trường, các Khoa, Phòng, Ban chức năng, các thầy cô giáo và các bạn
đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Khoa Sau Đại Học, các giảng viên đã
tạo điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe đã
tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình tácgiả thực hiện luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm thực nghiệm và các đồng nghiệp thuộc
Trung tâm thực nghiệm đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện, hướng dẫn vận hành thao tác
máy móc, thiết bị thí nghiệm để tác giả hoàn thành các thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do trình độ, kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn rằng
luận văn này không thể tránh khỏi thiếu sót. Tác giả rất mong sẽ nhận được những ý kiến
đóng góp của hội đồng chuyên môn, các bạn đồng nghiệp, các thầy cô giáo để luận văn này
được hoàn chỉnh hơn trong những nghiên cứu tiếp theo và có ý nghĩa cao trong thực tiễn.
Xin chân thành cảm ơn.
Thái Nguyên, ngày thán g09 năm 2010
Học viên thực hiện

NGUYỄN ĐẮC TUẤN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong thời đại ngày nay, với sự sự phát triển vượt bậc của khoa học, công nghệ trên tất
cả các lĩnh vực. Đặc biệt trong lĩnh vực Cơ khí trong thời gian qua đã cho ra đời rất nhiều
máy công cụ điều khiển theo chương trình số (CNC) dần dần thay thế tất cả các trang thiết
bị máy móc gia công truyền thống. Nhờ đó mà các sản phẩm cơ khí ngày được nâng cao về
mọi mặt như: chất lượng sản phẩm cao, độ chính xác cao, mức độ tự động hóa và linh hoạt
cao. Vì vậy công nghệ gia công trên các máy vạn năng không còn phù hợp nữa và các sản
phẩm của nó trên thị trường không có sức cạnh tranh cao. Xuất phát từ thực tế đó, cho nên
ưu tiên nghiên cứu phát triển ngành Cơ khí chính xác là cực kì quan trọng, ngành công
nghiệp đầu tàu trong tất cả các ngành. Thể hiện rõ nhất là trong giai đoạn vừa qua đất nước
ta đã nhập khẩu rất nhiều máy công cụ CNC với giá trị lên tới hàng tỉ USD. Thông qua
nhiều con đường như: các doanh nghiệp nước ngoài sang đầu tư tại Việt Nam và hò đã
mang theo công nghệ máy móc sang, các trường, viện nghiên cứu mua về để ứng dụng vào
học tập nghiên cứu, các công ty mua bán máy công cụ…
Từ những lợi thế đã có sẵn trang thiết bị máy móc hiện đại như ở Trường Trung Cấp
Nghề TT-Huế đã có trung tâm gia công VMC-650E và Trường Đại Học Kỹ Thuật Công
Nghiệp Thái Nguyên đã có máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544. Nhằm mục đích nâng cao
hơn nữa hiệu quả sử dụng trang thiết bị máy móc đã có vào chương trình đào tạo, nghiên
cứu khoa học, ứng dụng sản xuất, gia công các sản phẩm có độ phức tạp và độ chính xác
cao, tác giả đề xuất hướng nghiên cứu sau đây: “Nghiên cứu nâng cao độ chính xác gia
công khi phay nắp động cơ trên trung tâm gia công VMC-650E bằng phương pháp bù

sai số offline.”
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.1. Ý nghĩa khoa học
Để gia công được những chi tiết có hình dạng phức tạp và đòi hỏi đạt độ chính xác cao,
tính tự động hóa cao, thì thông thường người ta sẽ chọn gia công trên các trung tâm gia
công CNC. Tuy nhiên trong quá trình gia công luôn tồn tại sai số chế tạo. Do đó nâng cao
độ chính xác gia công trên các trung tâm gia công là việc làm cần thiết. mặt khác trong
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
thực tế sản xuất hiện nay thì vấn đề bù sai số gia công trên các trung tâm gia công vẫn còn
là lĩnh vực khá mới mẻ và khó khăn. Do đó hướng nghiên cứu xây dựng chương trình bù
sai số gia công trên các trung tâm gia công là việc làm quan trọng và mang ý nghĩa khoa
học cao.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài này mang tính ứng dụng thực tiễn cao, ứng dụng phương pháp bù offline để bù
sai số gia công cho một chi tiết cụ thể. Mặc khác nó phục vụ trực tiếp cho chương trình đào
tạo, nghiên cứu khoa học của sinh viên. Là vấn đề mới để bắt nguồn và phát triển những
hướng nghiên cứu về sau. Đặc biệt là ứng dụng vào sản xuất để gia công những sản phẩm
đòi hỏi độ chính xác gia công cao.
3. Mục đích nghiên cứu
- Nâng cao độ chính xác kích thước của chi tiết gia công.
- Sử dụng và khai thác tất cả tính năng công nghệ của trung tâm gia công VMC-650E
và nâng cao kỹ năng vận hành máy.
- Sử dụng máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 một cách thành thạo để kiểm tra đánh
mức độ chính xác của chi tiết gia công.
- Phục vụ cho công tác nghiên cứu học tập, nâng cao chất lượng chương trình đào tạo
và tiếp cận với công nghệ tiên tiến trên thế giới.
- Tạo cở sở và tiền đề thuận lợi cho những nghiên cứu tiếp theo.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu các thành phần sai số gia công trên máy công cụ và kết hợp đánh giá
bằng thực nghiệm. Các số liệu trong đề tài được thống kê chủ yếu là dựa vào thực nghiệm
mà có.
4.1. Đối tƣợng nghiên cứu
- Chọn chi tiết gia công là nắp động cơ để tiến hành gia công thí nghiệm trên trung tâm
gia công VMC-650E.
- Sử dụng máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 để kiểm tra độ chính xác kích thước gia
công và từ đó tiến hành bù sai số bằng phương pháp bù offline.
4.2. Hệ thống trang thiết bị thực nghiệm
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
- Trung tâm gia công VMC-650E tại trường Trung Cấp Nghề TTHuế
- Máy đo tọa độ 3 chiều CMM-C544 tại trường Đại Học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái
Nguyên
- Phần mềm đồ họa CAD và lập trình gia công bằng Mastercam X.10
- Hệ thống dụng cụ cắt: dao phay thép gió HSS-Co Φ6,Φ8
- Vật liệu chi tiết gia công: Thép CT3
5. Bố cục luận văn
- Chương 1: Sai số gia công và các nguyên lý bù sai số gia công trên máy công cụ CNC
- Chương 2: Quy trình bù sai số gia công cho trung tâm gia công VMC-650E
- Chương 3: Gia công thực nghiệm trên máy phay VMC-650E và đo tạo bộ số liệu trên
máy đo tọa độ CMM-C544
- Chương 4: Thuật toán xác định tâm và bán kính đường tròn
- Chương 5: Phần mềm tính sai số đường tròn bằng ngôn ngữ lập trình C#
- Chương 6: Bù sai số khi phay nắp động cơ
Kết luận và hướng đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
CHƢƠNG 1: SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ GIA CÔNG
TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC
1.1. Các thành phần sai số trên máy công cụ CNC
1.1.1. Với trung tâm gia công phay CNC 3 trục: Gồm có 21 thành phần sai số


Hình 1.1: Các thành phần sai số trên trung tâm gia công phay CNC 3 trục
Cách xác định các thành phần sai số:
Tổng sai số thành phần = 6 * (số trục) + 4* (số trục quay) + 2* (số trục tịnh tiến) + Số
trục của máy công cụ - 6(bậc liên kết làm việc)
Theo như cách tính toán ở trên thì ta có:
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
6 * 3 + 4 * 0 + 2 * 3 + 3-6 = 21 sai số thành phần
Trong đó:
Những lỗi
Số lƣợng các sai số thành phần
Những sai số Tuyến tính(thẳng)
3
Những sai số thẳng (Tịnh tiến)
6
Những sai số góc
9
Những sai số vuông góc giữa các trục máy
3
(21 thành phần sai số của trung tâm gia công đứng 3 trục)
1.1.2. Với trung tâm gia công phay CNC 5 trục: Gồm có 43 thành phần sai số
Đối với máy phay CNC 5 trục điển hình với máy có hai trục quay thì số lượng các
thông số lỗi được xác định nhiều hơn.
Tổng sai số thành phần = 6 * 5(số trục tổng cộng) + 4 * 2(số trục quay) + 2 * 3(số trục
tịnh tiến) + 5(số trục máy) – 6(bậc liên kết làm việc) = 43 sai số thành phần
1.2. Độ chính xác gia công trên máy CNC
1.2.1. Độ chính xác của máy
Độ chính xác gia công của một chi tiết máy là mức độ giống nhau về hình học, tính
chất cơ lý của bề mặt chi tiết gia công so với kích thước chi tiết lý tưởng trên bản vẽ thiết
kế. Nhìn chung, độ chính xác gia công là chỉ tiêu khó đạt nhất và tốn kém nhất trong quá
trình thiết kế và chế tạo. Trong thực tế không thể chế tạo được chi tiết có độ chính xác
tuyệt đối, giống hoàn toàn về hình dáng hình học, kích thước cũng như tính chất cơ lý so
với các giá trị lý tưởng. Vì vậy dung giá trị sai lệch của nó để đánh giá độ chính xác gia
công, nghĩa là dung sai của chi tiết. Nếu giá trị sai lệch đó mà càng lớn thì độ chính xác gia
công là càng thấp và nếu giá trị sai lệch đó mà càng nhỏ thì chi tiết đó càng chính xác.

Độ chính xác kích thước là độ chính xác về kích thước thẳng hoặc kích thước góc. Độ
chính xác kích thước được đánh giá bằng sai số kích thước thật so với kích thước mà mình
thiết kế và thể hiện bằng dung sai của kích thước đó.
Độ chính xác về trị trí tương quan giữa 2 bề mặt thực chất là sự xoay đi một góc nào đó
của bề mặt này so với bề mặt kia. Như vậy độ chính xác vị trí tương quan được đánh giá
theo sai số về góc yêu cầu giữa vị trí của bề mặt này so với bề mặt kia trong 2 mặt phẳng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
tọa độ vuông góc với nhau. Độ chính xác vị trí tương quan thường được ghi thành một điều
kiện cụ thể riêng trên bản vẽ thiết kế.
Độ chính xác hình dạng hình học của chi tiết máy là mức độ phù hợp của chúng với
hình dạng hình học được thiết kế. Ví dụ như chi tiết hình trụ thì độ chính xác hình dạng
hình học là độ côn, độ ovan, độ đa cạnh…
Độ sóng: là chu kì không phẳng của bề mặt chi tiết gia công được quan sát trong phạm
vi nhất định (1 đến 100mm).
Sai lệch hình học tế vi: còn được gọi là độ nhám bề mặt được biểu thị bằng một trong
hai chỉ tiêu R
a
, R
z
. Đây là sai số của bề mặt thực quan sát trong một miền xác định.

Hình 1.2: Phân loại độ chính xác gia công
Độ chính xác của máy trong trạng thái không tải được gọi là độ chính xác hình học.
Tùy theo độ chính xác của máy CNC mà người ta chia chúng ra thành 4 loại:
+ Máy có độ chính xác bình thường
+ Máy có độ chính xác tương đối cao
+ Máy có độ chính xác cao
+ Máy có độ chính xác rất cao
Độ chính xác gia công
Độ chính xác của chi tiết
Độ chính xác của cụm chi tiết
Sai lệch kích
thước
Sai lệch vị trí tương quan
Sai
số
kích
thước
Sai số
vị trí
tương
quan
Sai số
hình
dạng
hình học

Độ
sóng
Độ
nhám
bề
mặt
Tính
chất cơ
lý lớp
bề mặt
Sai
số hệ
thống
Sai số
ngẫu
nhiên
Sai số tổng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
Nếu so sánh độ chính xác gia công trên các máy đó, ta có tỉ lệ như sau: Giả sử dung sai
trên loại máy thứ nhất là 1 thì dung sai gia công trên loại máy thứ hai là 0,6, trên laọi máy
thứ ba là 0,4 và trên loại máy thứ tư là 0,25.
Khi kiểm tra độ chính xác của máy thì người ta xác định:
+ Độ chính xác hình học và vị trí tương quan của các bề mặt để định vị chi tiết gia công và
dụng cụ cắt.
+ Độ chính xác chuyển động của các cơ cấu chấp hành của máy trên các cơ cấu dẫn hướng.
+ Độ chính xác vị trí của các trục quay và độ chính xác dịch chuyển của các cơ cấu chấp
hành mang chi tiết và dụng cụ cắt.

+ Độ chính xác và độ nhám bề mặt gia công.
Ngoài ra, độ chính xác của máy CNC còn được đặc trưng bởi các yếu tố như: Độ chính
xác định vị vị trí đường thẳng của các cơ cấu chấp hành khi thay đổi hướng chuyển động;
độ chính xác chuyển về vị tí ban đầu của các cơ cấu chấp hành; khả năng dịch chuyển ổn
định của các cơ cấu chấp hành đến một điểm xác định; độ chính xác nội suy đường cong và
vị trí ổn định của dao sau khi thực hiện chạy dao tự động.
1.2.2. Độ chính xác của hệ thống điều khiển
1.2.2.1. Sai số của bộ nội suy và chế độ nội suy
Sai số của bộ nội suy có ảnh hưởng đáng kể đến sai số gia công. Đối với bộ nội suy thì
sai số hình học δ (sai số của quỹ đạo thực hiện so với quỹ đạo đã định) phụ thuộc vào góc
nghiêng của quỹ đạo so với các trục tọa độ và không vượt quá giá trị xung Δ trên mỗi đoạn
chi tiết. Các máy CNC thế hệ cũ có giá trị xung Δ = 0.1mm, cho nên nó ảnh hướng rất lớn
đến sai số gia công. Đối với các máy CNC thế hệ mới thì gia trị Δ trong khoảng 0.001 đến
0.002mm, do đó nó không ảnh hưởng nhiều đến sai số gia công, tuy nhiên nó ảnh hưởng
đến độ nhám bề mặt.
Một loại sai số khác không phụ thuộc vào bộ nội suy nhưng lại xuất hiện trong chế độ
nội suy. Nguyên nhân của các sai số đó là do sai số chu kì khi truyền động của các cơ cấu
chạy dao. Cụ thể các sai số này xuất hiện do các nguyên nhân: dao động dọc và các sai số
bước của trục vít me, sai số tích lũy của bánh răng và của đa tríc phản hồi; độ không đồng
tâm của các trục trong hệ; động cơ chạy dao- hộp giảm tốc-trục vít me-đa tríc. Khi gia
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
công chỉ theo một tọa độ nào đó thì những sai số trên đây được thể hiện qua sự không đồng
đều của cơ cấu chạy dao (lượng chạy dao thay đổi chút ít) và chúng không ảnh hưởng đến
sai số gia công cũng như độ nhám bề mặt. Tuy nhiên gia công theo nhiều tọa độ cùng lúc
(chế độ nội suy theo nhiều trục) thì ngay cả chuyển động không đều của một trục nào đó
cũng ảnh hưởng đến sai số gia công và độ nhám bề mặt.
Giả sử trong hệ tọa độ 2 trục XZ chuyển động của cơ cấu chấp hành sau mỗi vòng

quay của trục vít me theo trục X là đều, còn theo trục Z là không đều. Ta kí hiệu là P
z
và P
x

là bước của trục vít me theo các trục Z và X. Đầu tiên ta giả định nội suy đường thẳng (tiện
côn với mnột góc α
1
so với trục Z), do đó các sai số chu kì theo trục Z sau ½ vòng quay
của trục vít me, bàn xe dao đi qua một quảng đường lớn hơn ½ bước, nghĩa là ΔP
z
và cơ
cấu chấp hành không nằm ở điểm A mà ở điểm A
1
. Trên bề mặt gia công xuất hiện độ sóng
với chiều cao độ song δ
1
= ΔP
z
sinα
1
và bước song
1
1
cos

z
P
P 

Hình 1.3: Sai số của bộ nội suy


Z
P
z
/2 +ΔP
z

P
2
P
1
X
α
1

α

2

δ
1

δ
2

B
B
1

A
1

A
P
z
/2
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20
X

X
1
X
a
X

b
X
2
Y
2
Y
b
Y
a
Y
1
Y

1

a

b

2

δ
Khi góc côn (α
2
) tăng thì chiều cao độ song
22
sin

z
P

và bước song
2
2
cos

z
P
P 

cũng tăng. Như vậy, khi đánh giá chiều cao và bước sóng trên bề mặt gia công ta có thể
xác định được đầy đủ các yếu tố gây ra sai số chuyển động chu kì
Ở ví dụ trên (gia công bề mặt với hai góc côn α
1
,

α
2
) ta có thể kết luận: nguyên nhân
chính gây ra sai số gia công là do cơ cấu truyền động làm việc theo trục Z.
1.2.2.2. Sai số của phƣơng pháp xấp xỉ
Khi ứng dụng nội suy đường thẳng để gia công chi tiết theo coutour thì phải dung
phương pháp xấp xỉ để xác định tọa độ các điểm, như vậy sẽ gây ra sai số gia công. Để
giảm sai số gia công thì phải giảm bước xấp xỉ, nghĩa là giảm Δφ.


Δφ = 2arcos(1-
R

)

Δφ






Hình 1.4: Sai số của phương pháp xấp xỉ

0
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
1.3. Các nguồn gây sai số
Có rất nhiều nguồn sai số tác động đến vị trí thực của dụng cụ cắt. Trong các nguyên
nhân chính tác động đến độ chính xác vị trí là các sai số hình học của máy công cụ và nhiệt
tác động lên các trục của máy công cụ. Các nguồn sai số khác là độ phân giải và độ chính
xác của hệ thống đường dịch chuyển, biến dạng đàn hồi của các chi tiết dẫn động, lực quán
tính khi hãm, khi tăng tốc, ma sát, hệ thống truyền động servo, lực cắt và rung động. Với
máy nhiều trục, kết quả nhận được là tồn tại cả các sai số dọc trục và sai số độ nghiêng, độ
lắc, sai số hướng tâm và sai số vị trí trong không gian làm việc của máy. Tải trọng làm việc
tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công sẽ gây biến dạng chi tiết gia công, kết quả là cũng
tạo ra sai số vị trí cho máy công cụ. Nhìn chung máy công cụ điều khiển CNC có các
nguồn gây sai số như sau:

- Sai số do gá đặt phôi
- Sai số điều chỉnh dao
- Sai số điều chỉnh máy
- Sai số chế tạo dao
- Sai số do dao mòn
- Sai số hình học của các chi tiết máy
- Ma sát trong hệ thống dẫn động
- Sai số do lực cắt
- Hệ thống điều khiển servo
- Sai số do giãn nỡ nhiệt
- Sai số do biến dạng đàn hồi
- Sai số chạy không
- Sai số do đồ gá để lại
1.3.1. Sai số do gá đặt phôi
Dưới tác dụng của lực kẹp, thì sẽ sinh ra sai số kẹp chặt, do lực kẹp mỗi lúc mỗi
khác.Dưới tác dụng của lực kẹp không đều làm sinh ra biến dạng chi tiết, biến dạng của
các cơ cấu định vị và biến dạng của thân đồ gá.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
Nếu biến dạng của các chi tiết trong loạt là như nhau thì có thể xác định chính xác kích
thước điều chỉnh máy hoặc có lệnh bù khi hiệu chỉnh dao. Tuy nhiên, do vật liệu chi tiết
không đồng đều và lực kẹp không ổn định cho nên sinh ra sai số kẹp chặt.
1.3.2. Sai số điều chỉnh dao
Các thiết bị đo lường hiện đại có độ chính xác rất cao (thang chia độ đạy tới 0.001mm)
và độ phóng đại hình chiếu lên tới 30 lần. Tuy nhiên, dù cho độ chính xác của thiết bị đo
lường rất cao nhưng khi điều chỉnh dao vẫn có sai số. Sai số này sinh ra do: các sai sô của
dụng đo (δ
1

δ
5
) và các sai số kẹp chặt dao trên máy khi điều chỉnh để đạt kích thước
(δ
6
δ
8
).
Theo nguyên tắc cộng các đại lượng nhẫu nhiên thì sai số điều chỉnh dao được xác định
như sau:
δ
đcd
=
               
 
2
1
2
88
2
77
2
66
2
55
2
44
2
33
2

22
2
11

KKKKKKKK 

Ở đây:
δ
1
: sai số của thang chia độ (của dụng cụ đo)
δ
2
: sai số tính kích thước của thang chia độ
δ
3
: độ lệch của đỉnh dao so với đường cắt nhau trên màn hình máy chiếu
δ
4
: độ không trùng nhau giữa các điểm đầu của thang chia độ và của cơ cấu kẹp dao
δ
5
: sai số vị trí góc trên dụng cụ đo của cơ cấu kẹp dao
δ
6
: điểm không của tọa độ dao thực tế không trùng với điểm 0 lý thuyết (dao sai số vị trí
của các bề mặt dao dùng làm chuẩn định vị trên máy).
Δ
7
: sai số vị trí góc của các bề mặt làm chuẩn trên máy
δ

8
: sai số do biến dạng của các cơ cấu kẹp dao
K: hệ số phụ thuộc vào dạng phân bố kích thước.
Sai số điều chỉnh dao có thể được xác định bằng phương pháp tính toán. Khi tính có
thể lấy δ
1
= 1.5μm, δ
2
= 1μm, δ
3
= δ
4
= …δ
8
= 3μm. K
1
= K
2
= …= K
8
= 1μm (các sai số
phân bố theo quy luật chuẩn). Cần nhớ rằng các sai số δ
6
,

δ
7
,

δ

8
không thể bù khi điều chỉnh
dao, bởi vì một dụng cụ đo thông thường được dùng cho nhiều máy khác nhau mà sai số
của mỗi máy lại khác nhau.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

23
1.3.3. Sai số điều chỉnh máy
Sai số điều chỉnh máy được xác định tổng hợp khi điều chỉnh dao, điều chỉnh các cơ
cấu của máy và đồ gá có tính đến các yếu tố xuất hiện trong quá trình gia công để đạt kích
thước với dung sai yêu cầu. Vị trí tương quan giữa hệ thống công nghệ (máy-dao-đồ gá-chi
tiết) được gọi là “kích thước điều chỉnh”.
Sai số điều chỉnh máy δ
đcm
bằng hiệu các giá trị giới hạn của “kích thước điều chỉnh”
và phị thuộc vào: sai số điều chỉnh dao δ
đcd
; sai số vị trí điểm 0 của chương trình δ
0
, sai số
của chi tiết cắt thử δ
b
và độ lệch của tâm phân bố của các chi tiết cắt thử so với tâm phân
bố của các chi tiết điều chỉnh δ
c
. Như vậy, sai số điều chỉnh máy được xác định như sau:
δ
đcm
=

       
 
2
1
222
00
2
ccbbdcda
SKSKSKK 


Ở đây: K
a
= K
0
= K
c
= 1

1.73
K
b
= 1
δ
c
=
n

.3

(

: sai lệch bình phương trung bình tại thời điểm hiệu chỉnh, n: số chi tiết cắt thử để xác
định “kích thước điều chỉnh”).
Độ chính xác điều chỉnh máy tăng khi số chi tiết cắt thử tăng. Tuy nhiên, khi gia công
loạt nhỏ chi tiết thì số chi tiết cắt thử chỉ cho phép bằng 1. Vì vậy để đạt yêu cầu phải xác
định chính xác điểm 0 của chương trình và sử dụng sai số hiệu chỉnh dao thích hợp.
1.3.4. Sai số chế tạo dao
Khi tiện, bề mặt gia công được tạo hình bằng các điểm khác nhau nằm trên phần cung
tròn của đỉnh dao, r là bán kính cung tròn, mặt trụ được tạo hình bằng điểm A, mặt đầu
được tạo hình bằng điểm B, mặt côn được tạo hình bằng điểm C. Các yếu tố này luôn được
tính đến khi lập trình gia công mặt côn và măt cong. Khi gia công các mặt côn chỉ cần đưa
vào chương trình giá trị hiệu chỉnh a theo trục Z (khoảng cách giữa B và C trên hình). Nếu
bán kính đỉnh dao thực tế khác với bán kính dao đỉnh dao lập trình thì sẽ xuất hiện sai số
gia công của chi tiết.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

24
X
B
A
C
a
0
Z
α
Mũi dao

Hình 1.5: Sự phân bố điểm cắt trên lưỡi dao
1.3.5. Sai số do dao mòn
Độ mòn dao có ảnh hưởng rất lớn đến sai số gia công, đặc biệt là khi chế tạo các chi
tiết từ vật liệu chịu lửa và vật liệu có độ bền cao
Chỉ tiêu mòn là kích thước h
d
của diện tích mòn theo mặt sau, còn độ mòn kích thước
h
p
là giá trị mà chiều dài của dao giảm xuống sau một thời gian làm việc.
Như vậy, dao bị ngắn đi một khoảng và đường kính tăng lên. Độ mòn của dao là sai số
hệ thống thay đổi.
Ta thấy trong lần điều chỉnh dao thứ nhất trường phân bố kích thước 6

lệch một
khoảng so với giới hạn dưới của dung sai δ.
Sau một khoảng thời gian T
1
thì trường phân bố kích thước không thay đổi nhưng tâm
phân bố xê dịch một giá trị
0
C

:

0
C
=
1
C
= D
1
– D
0
(do độ mòn của dao gây ra)
Sau một khoảng thời gian T
1
nữa thì tâm phân bố lại xê dịch một giá trị
1
C
. Sai số hệ
thống tổng cộng sẽ là
2
C
= 2
1
C





Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

25


















Hình 1.6: Sai số góc
1.3.6. Sai số hình học của các kết cấu chi tiết máy
Sai số hình học là sai số của máy tồn tại trong điều kiện nguội và sai số này không phụ
thuộc vào thời gian và chúng có tính lặp lại ổn định, gần 80% sai số ban đầu của máy công
cụ xuất hiện là do quá trình sản xuất và lắp ráp. Sai số hình học là sai số độ nghiêng, độ
lắc, sai số hướng tâm và sai số trục.
Y┴X: Góc lệch vuông góc giữa trục Y và trục X
Y┴Z: Góc lệch vuông góc giữa trục Y và trục Z
Z┴X: Góc lệch vuông góc giữa trục Z và trục X