tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu, ứng dụng thiết bị đo cơ điện tử cho máy công cụ vạn năng nhằm nâng cao độ chính xác dịch chuyển

I HC THAI NGUYấN
I HC K THUT CễNG NGHIP
Tỏc gi lun vn: TRN TH PHNG THO
ti: Nghiên cứu, ứng dụng thiết bị đo cơ
điện tử cho máy công cụ vạn năng nhằm
nâng cao độ chính xác dịch chuyển
Chuyờn ngnh : Cụng ngh Ch to mỏy
Mó s :
TểM TT LUN VN THC S:
CễNG NGH CH TO MY
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học kỹ
thuật Công nghiệp
Người hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Vị
Phản biện 1: PGS. TS Trần Vệ Quốc
Phản biện 2: TS Vũ Ngọc Pi
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn
họp tại: Phòng Cao học số 3
Vào hồi 9h 30 giờ, ngày 29 tháng 05 năm 2009
Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu Đại học
Thái Nguyên và thư viện Trường Đại học Kỹ thuật
Công Nghiệp
MỘT SỐ KIẾN NGHỊ
- Tiếp tục 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.
- 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.
PHẦN MỞ ĐẦU:
1. Tính cấp thiết của đề tài:
- 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
- Nhằm nâng cao độ chính xác của các máy vạn năng
thông thường ữ

ư !"#$%$
&'(#$ă")*+$,*
-ữ.#/
- Do độ chính xác dịch chuyển của bàn dao có ảnh
hưởng không nhỏ tới độ chính xác gia công. Nếu nâng cao
được độ chính xác dịch chuyển sẽ góp phần nâng cao được
độ chính xác gia công.
- Do vậy đề tài tập chung vào nghiên cứu, ứng dụng
nâng cao độ chính xác đo dịch chuyển bàn dao của máy
vạn năng.
2. Mục đích nghiên cứu:
a. Ý nghĩa khoa học:
0ấ(ữ1.1ả$23"" #
34ể56(78$ă
(ư((#$+.149/:;**ữ
(&8*ữ<=>-(<?@38=
.(7$ă8/
ĐA57@ưữ(ư((
B"" #388#đư-<=>/

b. Ý nghĩa thực tiễn.
- 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
KẾT LUẬN CHUNG
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. Nguyên nhân
chủ yếu ảnh hưởng tới sai số của chi tiết gia công trên các
máy công cụ hiện nay là truyền dẫn cơ khí trung gian của
hệ đo dịch chuyển bàn dao, để khắc phục sai số này luận
văn nhận định tập trung nghiên cứu cải tiến hệ thống đo đó.
2. Đã khảo sát được các phương pháp đo trong thực tế đối
với máy công cụ. Thấy rằng, trong các phương pháp đo thì
phương pháp đo trực tiếp cho độ chính xác cao nhất.
3. Khảo sát được các phương pháp đo và 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.
- Trong chương đã đề cập đến các phương án hiệu chỉnh

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)
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ T IÀ
1.1 C¸c kh¸i niÖm c¬ bản vÒ ®o lêng.
C/C/CĐ#<ườ
Đ#<ư5<+4<ư-<% ư-#@<+
.<D( Eữ<-#$+<ư-
<-*F'$D<?-E4F<+
$4#/
C/C/GĐơ$ịđ#Hệốđơ$ịđ#
Đ$4#-E43F"#"
*ảư..Eả#/
H $4#A*$4#1B$+$4
#3,'/
C/C/IJươ(K(đ#
LKệ
Jư((#-&3=;4M$2" 
#<+D(-("#>*=(!(#
# *  7 N 7 O   4   " #
7O+3=7 E#>$D<?*
<7E$%<-#/
0ơ"ở(N<#ạ
PQ=$+#Eữ4R47388$+
4<ư-#+(ư((# $+
(ư((#"#"/
PQ=$+#Eữ<-#$+ ư-
ư-#+(ư((#=.($+(ư

((#.(/
C/C/S/L
C/C/T/Jư#
Jư#<+D(-(388A$+
.14(8-#EU#/
Jư#-(&<#V#1ả'$D<?E
ì#V#6"938$+V###/
:V#1ả'$D<?Etrình#*388#
E>!///
:V#6"938*.14#$ă$+.14
#73F/
:V###*.14#1#/
C/C/W/0R7#<5
C/G/7O1ả##<ư5
C/G/C/X7OY11V
Lư%#$+ư%,7ư5
Zì.Eả#'#/
L%.#*-6 .(#6
"#"#$%ư%ẫ/:7388#ư%
Zư ư%6(ữ#3ư-$+&
ư%*/Q#<O(!(*(<=#$+1.
3&"" #/
C/G/G/X7O[ư%O'
C/G/I/X7O\ '
C/G/S/X7O.
C/I/]" (!(#
C/I/C/]" (!(#
C/I/C/C/X7&$+(&<#"" #
X.1KE""  "" #1#A""  
$+"" ,7/

X7&&"" #3#^
]" (ư#_
]" (ư((#_
:'$D<?$+#<5 -#_
Ảưư5#_
Ảư5##_
4.2. Đánh giá sai số của phương án đo đã chọn
Phương án 1 đã chọn là phương pháp đo trực tiếp
nên sai số phu thuộc vào các yếu tố:
- Sai số do chế tạo dụng cụ đo
- Sai số do yếu tố môi trường
- Sai số do gá đặt dụng cụ đo
4.3. Biện pháp khắc phục các sai số gá đặt dụng cụ đo
sau cải tiến
4.4. Kết luận chương 4
- Việc chọn giải pháp đo trực tiếp bằng dụng cụ đo Cơ điện
tử cho chuyển động chạy dao dọc và 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.
1
3
Mặt cầu
Thân máy
4
2
5
z
z
x
y

Hình 4.2. Kết cấu thước số gá đặt trên máy
1 – Thước số, 2 - 5 - Vít cố định, 3 - 4 – Căn đệm
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
- Các náy tiện ren vít vạn năng đều sử dụng dụng cụ đo
dịch chuyển là thước đo vòng, đo theo nguyên tắc đo gián
tiếp Đo gián tiếp cho độ chính xác thấp hơn so với đo trực
tiếp. Nhưng, các dụng cụ đo cơ khí dùng 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:
n
1
× i
TG
= c n: Số vạch chia của du xích
i
TG
: Tỷ số truyền trung gian
Tăng độ chính xác đo c tùy ý khi tăng n, nhưng thực tế:
c = 0.01 ÷ 0.0025 mm
- Dùng 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.
Các phương án nâng cao độ chính xác đo dịch chuyển
trên máy tiện ren vít vạn năng
Ảư3#$E`" .Eả#/

a. Sai sè hÖ thèng cña phÐp ®o
L^]"  ư-(&+<#<+
""  a$+""  aV#
E<D#6V#E<D* %#
ư-4/
b. Sai sè ngÉu nhiªn cña phÐp ®o
b+"" *=" $+3'4#(!(#
<6(/]" +<+#.Eả#a4/
X7&&"1" ,7<+3#c1.
7,7.#,%388#
dư a$2+Be#
ư5#/
1.4. tæng quan vÒ sai sè trªn m¸y c«ng cô
C/S/C07@$2"" 78
Lý do chính, nguyên nhân chính gây ra sai số chuyển
động là sai số hình học, quá trình cắt, cơ cấu dẫn động và
môi trường
C/S/G0A&"" 78
Hình 1.2 Các nguồn gây sai số của máy công
cụ (Anderson 1992)
Phương án 1
Phương án 2 Phương án 3
Tóm lại, máy công cụ không chính xác là do:
- Sai số hình học của các chi tiết và kết cấu máy
- ]"ố3#1ế3ạệ
- f"K#ệố3ẫđộ
- ]<ệ3#<ựắ
- Giao động ngẫu nhiên
Hình sau vẽ các nguồn gốc sai số của một máy công
cụ nhiều trục và các quan hệ của chúng.

a. 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, sai số vuông
góc, song song, sai số vuông góc và sai số vị trí điểm 0.
b. Sai số do vít me
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 chuyển động tuyến tính.
c. Sống trượt
- 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
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
- Trên các máy công cụ dùng thiết bị đo Cơ điện tử thì
kết quả đo được trực tiếp chuyển đổi thành tín hiệu điều
khiển dịch chuyển hoặc hiển thị làm dữ liệu xác định kết
quả đo.
- Qua những khảo sát về phương pháp đo, vị trí lắp
dụng cụ, chuẩn đo và các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật … từ đó
lựa chọn được thiết bị đo đối với máy cần cải tiến.
- Các thiết bị đo Cơ điện tử 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
/Q88#$4"
0 #" g"
0 hE>#"
2E/
0 # " 
1/Q88#=
iB*#j]#V"#<$Vk
:%l<B1.jm3"#""<Vk
J#V#VVji1F(k
/n##.<oV
3/ĐE
3.3. Kết luận chương 3
- Các thiết bị đo Cơ điện tử cho độ chính xác đo rất cao
và đã được ứng dụng trong các hệ thống đo của các máy
công cụ hiện đại.
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.
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
1.5. KẾT LUẬN
* Bộ mã hóa tuyến tính thu gọn
* Encoder tuyến tính được bọc kín RSF
* Encoder tuyến tính để hở RSF
* Sensor đo dịch chuyển tuyến tính
#.(
i+E
p#3V
#"
]"(.((q-V#"$2

#
:'B$4q-
#"'(;

#"
:'B$4#.
.(q-"'(;
$4
ir#E#6
q%r#
ir#"
#6q%"
#.(
#q5.("q-
:q%<
#q
f[$4rq-D1.1
4(
#
:>$4
#B
q-#E
D1.(
: s
$%[$`E
V#3V1a"
U$`Eq
-.<
iB*2
t# B
11F(
iB*##6
B

#611F(
uq-
41
#
2u
5"(-(

%
uq
-2
u$+
u1r
#
:E
*"=2R
-(<?
$+O%
Q88#
4#<q5
H #
XD3#
X7<?#
+!$2(!(
#q@
u
:.14#$4$+#Erq5
c
Lq= L"
:
XD3

<
0#
0Ug
n" gU

:
mgt Qg: mgt Qg: mgt Qg: mgt
:q%
l<
3F


B
1.
2
r
i
4
*
#
.(

H

B
1.

r
i
4

*
#
ir
#"

ir
#


:q%
#
.

ir
#

"
H
#
L3
<#$4
Qg:
- Chng ó nghiờn cu, kho sỏt tng quỏt v o lng
nh: Phộp o, n v o, ch tiờu o lng, cỏc phng
phỏp o v kim tra T ú a ra cỏc nguyờn tc o,
kim tra v ỏnh giỏ cỏc sai s o cho tng phng phỏp
o hp lý. ng thi kho sỏt cỏc sai s ca cỏc phộp o
t ú hn ch cỏc sai s o trong cỏc phộp o c ng
dng.
- Chng cp n cỏc sai s thng gp trờn MCC.

Vic kho sỏt nguyờn nhõn gõy sai s nhm kim soỏt cỏc
sai s khi chn phng phỏp o v dng c o cho vic ci
tin lp t c cu o C in t cho mỏy.
G/C/0388#34/
G/C/CLE$2388#
Q88#<+3F#
" .#1#D#+"938
.$+*/
0388#<+388#.'
/
X.3=$+#E<-#$+
<--#U38#*#V#
(((<+(((#=.($+(((#
.(/
G/C/G/f" 3#
G/C/G/C/Q88#=.(
/Q88#$4Z
- Dụng cụ đo kiểu thớc cặp
- Dụng cụ đo kiểu Panme
1/Q88#*
(((#+(8$+#
A&1$%&E6#
Chơng III: Dụng cụ đo và phơng pháp đo
dịch chuyển dùng thiết bị đo cơ điệN tử
3.1. Cỏc phng phỏp o dch chuyn
3.2. Thiết bị đo vị trí (dịch chuyển) trên máy NC
HỡI/C/1D(-((((#$43F7
Các hệ thống đo trực tiếp, đo dịch chuyển cho độ
chính xác đo cao nhất
- Các hệ thống đo gán tiếp, đo dịch chuyển có độ chính

xác phụ thuộc nhiều vào độ chính xác của hệ dẫn động cơ
khí trung gian
- Trên các máy công cụ cũ, mòn xích truyền động tới cơ
cấu đo, dẫn tới phép đo sai lệch với dịch chuyển thực tế.⇒
Cần tìm phương pháp đo mới, đo trực tiếp.
- Trường hợp máy không dùng phương pháp đo trực
tiếp được có thể áp dụng phương pháp đo gián tiếp, nhưng
cần phải cải tiến xích trruyền động tới cơ cấu đo
Đ#**#ư 53F4
#*O7$388
G/C/G/G/Q88#.(
/Q88#$4Z
G/G/0 #34"9387
$ă
G/G/C/Đ#34
Z
bư-34
K'
1+3#<+^v
x
t
n
×
1

tx: bước vít me
n: số vạch chia
trên duxích vòng

H×nh 2.10.X7O<+$$+'#AA"#

1^C:8#Gwb`#IKSXO(Tw:8ăW
wiăxwiă*ywQ&*zwCui
3,CCwi1B
5
6
7
H×nh 2.17.f6O1+3#
CLWG
bư-34K'1+3#<+^
n
1
×
18
35
×
17
36
×
66
17
×π×{×v ^|#
2.2.2 Đo dÞch chuyÓn gãc
:7
$ă
5"938(
((#*
=.(/
2.3. Sai sè cña hÖ thèng ®o dÞch chuyÓn c¬ khÝ
2.3.1. Sai sè cña hÖ thèng ®o trùc tiÕp
]" (!(#(8$+#. "^

- Sai sè cña dông cô ®o:
]" 3#`^
]" 7j"" Y11Vk^
]" 3#5>$
HA"3883#^7&<+3#"$+
-1.3+A#388#/
2.3.2 Sai sè cña hÖ thèng ®o gi¸n tiÕp
X#+""  #=.(U7
 #.(`'""ố71
2/
]" 3#$V^
- ]"ố3#"ố3ẫướ^
- ]"ố3#ệố1ộề1ăụổ
2.4. KÕt luËn ch¬ng 2
Hình 7.9]A1+3#CWLGu
KC
2
KC
1
1
2
4
5
6
3
Hình 2.19 Nguyên tắc làm việc của đầu
chia độ máy tiện
HìG/Gu/Đ(&E>