Nghiên cứu bù off-line sai số tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục vmc-85s

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP










LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH:CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY








NGHIÊN CỨU BÙ OFF-LINE SAI SỐ TỔNG HỢP
TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG 3 TRỤC VMC-85S






Học viên: Lê Thị Thu Thủy

Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe







Thái Nguyên 2009


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
∗∗∗
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
oOo






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT





NGHIÊN CỨU BÙ OFF-LINE SAI SỐ TỔNG HỢP

TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG 3 TRỤC VMC-85S


Học viên: Lê Thị Thu Thủy
Lớp: CH-K9
Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe





KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


MỤC LỤC


Trang

PHẦN MỞ ĐẦU
10

Chương I SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ
GIA CÔNG TRÊN CÁC MÁY CNC
12
1.1 Độ chính xác gia công 12
1.2 Các nguồn gây sai số 14
1.2.1 Sai số hình học 15
1.2.2 Sai số do vít me 17
1.2.3 Sai số do sống trượt 17
1.2.4 Sai số do ổ đỡ 18
1.2.5 Sai số do nhiệt 18
1.2.6 Sai số do rung động tự do 20
1.2.7 Sai số do tải tĩnh và động 20
1.2.8 Sai số do hệ thống điều khiển truyền động servo 20
1.2.9 Sai số do sự hình thành đường chạy dao trong CAM và máy
CNC
22
1.3 Nguyên lý bù sai số trên các máy CNC 23
1.3.1 Mô hình bù 23
1.3.1.1 Thêm modul phần mềm 24
1.3.1.2 Biến đổi các thông số điều khiển 24
1.3.1.3 Biến đổi Post processor (PP) 25
1.3.1.4 Biến đổi chương trình NC 25
1.3.2 Bù sai số với các bộ điều khiển 26
1.3.2.1 Thêm modul phần mềm mới 26
1.3.2.2 Cài đặt bộ điều khiển phần cứng độc lập 27
1.4 Giới thiệu một vài nghiên cứu bù sai số ở trong nước và trên
thế giới
27
1.4.1 Các công trình ở trong nước 27
1.4.2 Các công trình bù sai số tổng hợp của các tác giả nước ngoài 28

1.5 Kết luận chương I 29
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
2
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


Chương II
QUY TRÌNH BÙ SAI SỐ CHO MÁY VMC - 85S
30
2.1 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 30
2.1.1 Trung tâm gia công VMC-85S 30
2.1.2 Máy đo tọa độ 3 chiều CMM – C544 32
2.1.2.1 Cấu hình cơ bản của máy 32
2.1.2.2 Tính năng kỹ thuật cơ bản 33
2.1.3 Phần mềm thiết kế CAD/CAM 46
2.1.3.1 Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD 46
2.1.3.2 Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính CAM 46
2.2 Phần mềm Mastercam 47
2.2.1 Giao diện 48
2.2.2 Các dạng gia công cơ bản trên module phay 49
2.2.3 Quá trình phay 49
2.3 Kết luận chương II 51
Chương III XÁC ĐỊNH SAI SỐ VÀ BÙ SAI SỐ TỔNG HỢP
53
3.1 Xác định sai số tổng hợp 53
3.1.1 Thực nghiệm gia công trên máy VMC-85S 53
3.1.1.1 Biên dạng và kích thước gia công 53

3.1.1.2 Lập trình nguyên công 54
3.1.1.3 Chuyển chương trình sang máy CNC 60
3.1.1.4 Điều chỉnh máy 60
3.1.1.5 Gia công cắt gọt 60
3.1.2 Đo sai số gia công trên máy CMM C544 61
3.1.2.1 Gá đặt chi tiết 61
3.1.2.2 Khởi động và kiểm tra hệ thống 62
3.1.2.3 Chọn đầu đo 62
3.1.2.4 Hiệu chuẩn đầu đo 62
3.1.2.5 Xác lập hệ toạ độ của chương trình đo 63
3.1.2.6 Tiến hành đo và kết quả 63
3.1.2.7 Xác định kích thước thực của chi tiết và sai số tổng hợp 64
3.2 Bù sai số tổng hợp trên phần mềm CAD/CAM 69
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
3
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


3.2.1 Cơ sở lý thuyết 69
3.2.2 Bù sai số 69
3.3 Kết luận chương III 74
Chương IV BÙ SAI SỐ KHI PHAY BIÊN DẠNG
75
4.1 Chi tiết gia công 75
4.2 Tạo mô hình CAD và thiết lập các thông số công nghệ trên
Mastercam
75

4.3 Bù sai số 78
4.4 Gia công chi tiết theo biên dạng đã được bù 79
4.5 Kiểm tra sai số 80
4.6 Kết luận chương IV 81
Chương V KẾT LUẬN
82
TÀI LIỆU THAM KHẢO
84

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
4
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


CÁC TỪ VIẾT TẮT

CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo toạ độ 3 chiều
Co-or. Sys Coordinate System Hệ toạ độ
CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính
CAM Computer Aided Manufacturing Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính
CNC Computer Numerical Control Điều khiển số bằng máy tính
2D 2 Dimension Không gian 2 chiều
3D 3 Dimension Không gian 3 chiều
CL Cutter Location Điểm chuẩn dụng cụ cắt
CC Cutter Contact Điểm tiếp xúc
PP Post Processor Hậu xử lý
SW Software Phần mềm

I/O Input/Output Vào/ Ra
PC Personal Computer Máy tính cá nhân
PLC Programmable Logic Controller 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
5
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang
Hình 1.1 Phân loại độ chính xác gia công 12
Hình 1.2 Các sai số thành phần trên máy công cụ 15
Hình 1.3 Sai số độ không vuông góc giữa từng đôi trục 16
Hình 1.4 Hệ thống phản hồi của máy công cụ 21
Hình 1.5 Phần lồi/lõm – Các điểm CC và CL 22
Hình 1.6 Hệ thống bù sai số của máy công cụ 24
Hình 1.7 Các thành phần của Post Processor 25
Hình 1.8 Các thành phần của bộ biến đổi chương trình NC 26
Hình 2.1 Sơ đồ quá trình bù sai số 30
Hình 2.2 Trung tâm gia công 3 trục VMC-85S 32
Hình 2.3 Máy CMM C544 33

Hình 3.1 Đường chạy dao gia công rãnh 53
Hình 3.2 Biên dạng gia công rãnh 54
Hình 3.3 Thiết kế biên dạng rãnh trên MasterCam 54
Hình 3.4 Khai báo phôi, vật liệu phôi, hệ điều khiển 55
Hình 3.5 Khai báo dao và chế độ cắt. 56
Hình 3.6 Các thông số về biên dạng 57
Hình 3.7 Cửa sổ hiển thị quá trình công nghệ 57
Hình 3.8 Mô phỏng đường chạy dao. 58
Hình 3.9 Mô phỏng quá trình gia công 58
Hình 3.10 Post processing. 59
Hình 3.11 Chương trình NC. 59
Hình 3.12 Giao diện DNC 60
Hình 3.13 Sản phẩm gia công trước khi bù sai số 61
Hình 3.14 Đo mẫu gia công. 61
Hình 3.15 Phần mềm GEOPAK 62
Hình 3.16 Đo điểm 63
Hình 3.17 Kết quả đo 64
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
6
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


Hình 3.18, 3.19 Mẫu sản phẩm gia công sau khi bù sai số 70
Hình 3.20 Đồ thị so sánh kết quả thí nghiệm trước và sau khi
được bù sai số
73
Hình 4.1 Bản vẽ chi tiết 75

Hình 4.2 Tạo mô hình CAD của sản phẩm trên Mastercam 75
Hình 4.3 Khai báo các thông số công nghệ 76
Hình 4.4 Khai báo kiểu đường chạy dao 76
Hình 4.5 Mô phỏng đường chạy dao khi phay hốc lõm 77
Hình 4.6 Mô phỏng quá trình phay hốc lõm 77
Hình 4.7 Mô phỏng chi tiết sau quá trình phay 78
Hình 4.8 Sản phẩm ứng dụng phương pháp bù 80
Hình 4.9 Kích thước thực tế của sản phẩm 80

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
7
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang
Bảng 3.1 Kết quả đo trước khi bù sai số theo phương X 66
Bảng 3.2 Kết quả đo trước khi bù sai số theo phương Y 68
Bảng 3.3 Kết quả đo sau khi bù sai số theo phương X 71
Bảng 3.4 Kết quả đo sau khi bù sai số theo phương Y 72
Bảng 4.1 Kết quả đo sai số gia công chi tiết ứng dụng 80

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
8
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy

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



LỜI CAM ĐOAN


T
ôi xin cam đoan những kết quả có được trong Luận văn là do bản thân
tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè. Ngoài phần
tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và
chưa được công bố trong bất cứ công trình nào khác.

Thái Nguyên, ngày 2 tháng 5 năm 2009
Người thực hiện



Lê Thị Thu Thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
9
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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



LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả
các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn về chất lượng
sản phẩm, mức độ tự động hoá quy trình sản xuất và đặc biệt là độ chính xác kích
thước, hình dáng hình học của sản phẩm.
Để nâng cao được độ chính xác của các máy CNC nói chung, máy phay CNC
nói riêng, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, tác giả đã thực hiện đề
tài:“Nghiên c ứu bù off-line sai s ố tổng hợp trên trung tâm gia công 3 trục VMC – 85S” .
Trong thời gian thực hiện đề tài, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất lớn của
nhà trường, các Khoa, các Phòng, Ban chức năng, các thầy cô giáo và các đồng
nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, khoa Sau đại học, các giảng
viên đã tạo đi
ều kiện cho người viết hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè,
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tận tình hướng dẫn trong quá trình người
viết thực hiện Luận văn này.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Trung tâm thực nghiệm và các đồng
nghiệp thuộc Trung tâm đã giúp đỡ và tạo điều kiện về máy móc, thiết bị để tác giả có
thể hoàn thành các thí nghiệm thực nghiệm trong điều kiện tốt nhất.
Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ, kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc
chắn Luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong sẽ nhận được
những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để Luận văn được

hoàn thiện hơn và có ý nghĩa trong thực tiễn.
Xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 2 tháng 5 năm 2009.
Người thực hiện

Lê Thị Thu Thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
10
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
11
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trên tất cả
các lĩnh vực thì các sản phẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn về chất lượng
sản phẩm, mức độ tự động hoá sản xuất và đặc biệt là độ chính xác gia công về hình
dáng hình học. Vì vậy, công nghệ gia công trên các máy vạn năng khó đáp ứng được
nhu cầu ngày càng cao này và do đó sự cạnh tranh các sản phẩm của chúng trên thị
trường bị hạn chế. Thực tế đó đòi hỏi phải phát triển và nghiên cứu đưa công nghệ mới
vào sản xuất nhằm nâng cao độ chính xác hình dáng hình học, nâng cao chất lượng sản
phẩm.
Xuất phát từ thực tế trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã có trung tâm gia
công VMC - 85S, máy đo toạ độ 3 chiều CMM. Để nâng cao hơn nữa hiệu quả sử

dụng của các hệ thống thiết bị kỹ thuật này vào chương trình đào tạo đại học, sau đại
học, nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ và khai thác ứng dụng vào quá trình
sản xuất, gia công các sản phẩm có độ phức tạp và độ chính xác gia công cao, tác giả
đề xuất hướng nghiên cứu sau đây: “Nghiên cứu bù off-line sai số tổng hợp trên trung
tâm gia công 3 tr ục VMC – 85S” .
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.1. Ý nghĩa khoa học
Việc gia công các chi tiết hình dáng hình học phức tạp với độ chính xác cao
thường được áp dụng nhiều trên các trung tâm gia công. Tuy nhiên 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 một trong những nhiệm vụ quan trọng của ngành cơ khí, nó luôn được
quan tâm, lưu ý ở mọi lúc, mọi nơi. Mặt khác , trong thực tế sản xuất hiện nay thì vấn
đề bù sai số trên các các trung tâm gia công vẫn là nội dung mới và khó khăn. Do đó,
hướng nghiên cứu xây dựng chương trình bù sai số trên trung tâm gia công nhằm nâng
cao độ chính xác gia công là một công việc cần thiết và mang ý nghĩa khoa học.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài mang tính ứng dụng cao, phục vụ trực tiếp cho chương trình đào tạo,
chuyển giao công nghệ của nhà trường và đặc biệt là ứng dụng vào thực tế sản xuất,
gia công các chi tiết với độ chính xác gia công cao.
3. Mục đích nghiên cứu
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
12
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


- Nghiên cứu và khai thác tính năng công nghệ của trung tâm gia công VMC –
85S;

-Ứng dụng công nghệ đo CMM – Scanning để kiểm tra độ chính xác gia công;
- 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 của nhà trường;
- Ứng dụng vào thực tế sản xuất công nghiệp.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, nhưng chủ yếu là
thực nghiệm .
* Đối tượng nghiên cứu:
Chọn một số mẫu sản phẩm nhất định để tiến hành gia công và đề ra phương
pháp bù sai số.
* Thiết bị thực nghiệm:
+ Máy đo toạ độ 3 chiều CMM - C544 - Tại trường ĐHKTCN;
+ Trung tâm gia công VMC - 85S - Tại trường ĐHKTCN;
+ Các phần mềm đo, xử lý dữ liệu, thiết kế CAD /CAM.
5. Nội dung nghiên cứu
+ Chương 1: Sai số gia công và các nguyên lý bù sai số gia công trên các máy
CNC.
+ Chương 2: Quy trình bù sai số cho máy VMC-85S.
+ Chương 3: Xác định sai số và bù sai số tổng hợp.
+ Chương 4: Bù sai số khi phay biên dạng.
+ Chương 5: Kết luận.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
13
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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

Chương I:
SAI SỐ GIA CÔNG VÀ CÁC NGUYÊN LÝ BÙ SAI SỐ GIA CÔNG
TRÊN CÁC MÁY CNC
1.1. Độ chính xác gia công
Kỹ thuật ngày nay đòi hỏi máy móc, thiết bị phải gọn, đẹp, làm việc chính xác,
độ tin cậy cao. Muốn vậy từng chi tiết máy phải có kết cấu hợp lý, độ chính xác và độ
bóng bề mặt phù hợp với yêu cầu làm việc, tính chất cơ lý của bề mặt.
Độ chính xác của một chi tiết máy hay một cơ cấu máy là do người thiết kế quy
định trên cơ sở yêu cầu làm việc của máy như độ chính xác, độ ổn định, độ bền lâu,
năng suất làm việc, mức độ điều khiển, độ phức tạp, an toàn tuyệt đối khi làm
việc.v.v..Tuy nhiên, người trực tiếp chế tạo sẽ là người quyết định cuối cùng độ chính
xác đạt được của chi tiết.
Độ chính xác gia công của một chi tiết máy là mức độ giống nhau về hình học,
tính chất cơ lý bề mặt của chi tiết gia công so với chi tiết lý tưởng trên bản vẽ thiết kế.
Nói chung, độ chính xác của chi tiết gia công là chỉ tiêu khó đạt nhất và tốn
kém nhất trong quá trình thiết kế cũng như trong quá trình chế tạo.
Trong thực tế không thể chế tạo được chi tiết tuyệt đối chính xác, nghĩa là hoàn
toàn phù hợp về hình học, kích thước cũng như tính chất cơ lý với các giá trị lý tưởng.
Vì vậy dùng giá trị sai lệch của nó để đánh giá độ chính xác gia công của chi tiết máy,
giá trị sai lệch đó càng lớn thì độ chính xác gia công càng thấp.
Độ chính xác gia công bao gồm các khái niệm sau:
- Độ chính xác của một chi tiết;
- Độ chính xác của cụm chi tiết.
- 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 lý tưởng cần có và được thể hiện bằng dung sai của kích thước đó.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
14
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy

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



Hình 1.1: Phân loại độ chính xác gia công
- Độ chính xác về vị trí tương quan giữa hai bề mặt thực chất là sự xoay đi một
góc nào đó của bề mặt này so với bề mặt kia. Vì chi tiết là một vật rắn nên độ chính
xác xoay của bề mặt này so với bề mặt kia được quan sát theo hai mặt phẳng toạ độ
vuông góc nhau. Như vậy, độ chính xác vị trí tương quan được đánh giá theo sai số về
góc yêu cầu giữa vị trí bề mặt này với bề mặt kia trong hai mặt phẳng toạ độ vuông
góc với nhau. Độ chính xác vị trí tương quan thường được ghi thành một điều kiện kỹ
thuật 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 dáng hình học lý tưởng. Ví dụ như chi tiết hình trụ thì độ chính xác
hình dạng hình học là độ côn, độ ôvan, độ đa cạnh .v.v..
- Độ sóng: Là chu kỳ không phẳng của bề mặt chi tiết 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
và R
z
. Đây là sai số của bề mặt thực quan sát trong một miền
xác định.
- Tính chất lớp cơ lý lớp bề mặt của chi tiết gia công: Là một trong những chỉ
tiêu quan trọng của độ chính xác gia công, nó ảnh hưởng lớn đến điều kiện làm việc
của chi tiết máy nhất là các chi tiết chính xác và các chi tiết làm việc trong những điều
kiện đặc biệt.
Sai

số
kích
thước
Sai số
vị trí
tương
quan
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 hình
dạng hình
học
Độ
sóng
Độ
nhám
bề
mặt
Tính
chất cơ
lý lớp
bề mặt
Sai số tổng

Sai
số hệ
thống
Sai
số
ngẫu
nhiên
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
15
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


Khi xem xét độ chính xác gia công của một cụm chi tiết, ngoài những yếu tố
cần xem xét cho một chi tiết cần phải kể đền những yếu tố khác nhằm đảm bảo sai số
tổng hợp xuất hiện trên một chi tiết bất kì trong nhóm đều nhỏ hơn sai số cho phép.
Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện xác định mặc dù những nguyên
nhân sinh ra từng sai số nói trên của mỗi chi tiết là giống nhau nhưng xuất hiện giá trị
sai số tổng ở từng chi tiết lại khác nhau. Sở dĩ có hiện tượng như vậy là do tính chất
khác nhau của các sai số thành phần.
1.2. Các nguồn gây sai số
Có rất nhiều nguồn sai số tác động đến vị trí thực của dụng cụ cắt. Trong các
nhân tố 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 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 điều khiển 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 trên máy công cụ.
Nói chung, máy CNC có các nguồn gây ra sai số sau đây:
- Sai số hình học của các chi tiết và kết cấu máy;
- Sai số do giãn nở nhiệt;
- Ma sát trong hệ thống dẫn động;
- Sai số do lực cắt;
- Hệ thống điều khiển servo;
- Dao động ngẫu nhiên;
- Sai số do sự hình thành đường chạy dao trong CAM và máy CNC;
Ngoài ra còn có các nguồn sai số như:
- Sai số do biến dạng đàn hồi;
- Sai số chạy không;
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
16
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


- Sai số vị trí đồ gá;
- Sai số do mòn dao…
1.2.1. Sai số hình học
Sai số hình học được coi là sai số của máy tồn tại trong điều kiện nguội và sai
số này không thay đổi theo thời gian (chúng có tính lặp lại ổn định). 75% sai số ban
đầu của một máy công cụ mới xuất hiện do quá trình sản xuất và lắp ráp . Sai số hình
học là sai số trục và sai số độ nghiêng, độ lắc và sai số hướng tâm.
Đối với máy phay 3 trục, có 21 thành phần sai số. Mô hình sai số hình học được
xác định bằng việc sử dụng mô hình vật cứng, lấy gần đúng góc nhỏ của sai số và phép

biến đổi thuần nhất. Mô hình sai số hình học của K.G Ahn, Cho [9] được ứng dụng
như sau:


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
17
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


Hình 1.2: Các sai số thành phần trên máy công cụ.

Hình 1.3: Sai số độ không vuông góc giữa từng đôi trục.
Trong đó:
+ x, y, z là toạ độ của điểm khảo sát trong hệ Oxyz;
+ δ
xx
, δ
yy
, δ
zz
là các sai số vị trí dọc trục theo phương chuyển động;
+ δ
yx
, δ
zx
, δ
xy

, δ
zy
, δ
xz
, δ
yz
là các sai số dọc trục theo phương vuông góc với
phương chuyển động X, Y và Z;
+ ε
xx
, ε
yx
, ε
zx
, ε
xy
, ε
yy
, ε
zy
, ε
xz
, ε
yz
, ε
zz
là các sai số góc quay quanh các trục vuông
góc với phương chuyển động X, Y và Z;
+ S
xy

, S
xz
, S
yz
là các sai số độ không vuông góc giữa từng đôi trục.
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, sai số góc, sai số độ thẳng, sai số vuông góc,
song song và sai số vị trí điểm không. Thỉnh thoảng sự va chạm cũng làm hỏng phôi
và thay đổi các thành phần hình học và chi tiết dẫn động của máy.
Các loại sai số này thay đổi chậm theo thời gian, tức là máy lặp lại sai số trong
một khoảng thời gian nào đó. Trong đó sai số do lắp ráp tác động nhiều đến độ chính
xác của máy. Tất cả các bộ phận trượt của máy có liên quan đến sai số quay quanh trục
x, y và z. Mặc dù các sai số góc rất nhỏ, sự khuyếch đại sai số này tại đầu dụng cụ là
đáng kể.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
18
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


Sai số này không thể được đo một cách trực tiếp nhưng bằng tín hiệu liên hệ
ngược chúng ta có thể tính được sai số này. Sự cố định các sai số này rất khó. Nhưng
với phép tính toán học và sự đo lường của máy, chúng ta có thể điều khiển máy để
hiệu chỉnh định vị đầu dụng cụ.
1.2.2. Sai số do vít me
Cơ cấu chuyển động quay của động cơ servo được chuyển thành chuyển động
tịnh tiến bằng vít me bi. Thông thường vít me đai ốc có ma sát lớn hơn so với vít me
bi. Vít me bi có đường xoắn vít, đai ốc và một số viên bi lăn giữa vít và đai ốc. Khi vít

me quay, các viên bi truyền chuyển động dọc trục tới gối đỡ. Nếu cần hệ thống độ
cứng vững cao hay không có độ rơ, cần phải đặt lực trước vào hệ thống vít me theo
phương pháp dự ứng lực.
Sai số động học trong cơ cấu đo đường dịch chuyển xuất phát chủ yếu từ sai số
bước vít me. Sai số này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo vì bước của vít me bi liên
quan trực tiếp tới chuyển động tuyến tính.
Ngoài ra, sai số vị trí còn bị tác động bởi góc nghiêng của nắp ổ, sự lệch tâm
của trục động cơ servo với các phần ghép nối.
1.2.3. Sai số do sống trượt
Trong máy CNC, có hai loại sống dẫn hướng được sử dụng, sống dẫn hướng lăn
và sống dẫn hướng trượt. Với sống dẫn hướng trượt, lực chuyển động ban đầu cao hơn
để làm bàn máy chuyển động. Nếu sống dẫn hướng và các chi tiết dẫn động vít me bi
không được đặt đối xứng. Với sống dẫn hướng trượt, ma sát trượt lớn và luôn luôn
xuất hiện sai số do dính trượt. Sai số còn xuất hiện trong quá trình chế tạo sống dẫn
hướng và sai số trong quá trình lắp ráp.
Sống dẫn hướng lăn có ma sát nhỏ hơn loại trượt. Tuy nhiên sống dẫn hướng
lăn có khả năng dập rung động kém hơn loại sống trượt. Sống dẫn hướng thủy tĩnh có
khả năng giảm áp lực. Việc điều khiển nhiệt độ của chất lỏng có tính quan trọng; nếu
không, tác động củ a nhiệt là đáng kể. Các nguồn sai số chính gây ra bởi sống dẫn
hướng là:
- Chế tạo không chính xác;
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
19
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


- Mòn sống dẫn hướng;

- Biến dạng tĩnh do khối lượng và lực cắt;
- Biến dạng nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ.
1.2.4. Sai số do ổ đỡ
Các loại phản ứng khác nhau có thể dự đoán được phụ thuộc vào việc vít me bi
có thể giãn ra dễ dàng hay không. Phần lớn máy CNC sử dụng 3 sơ đồ bố trí ổ bi khác
nhau để đỡ trục vít me. Có các ổ cố định tại một đầu và vít me giãn ra dễ dàng theo sự
thay đổi của nhiệt độ. Ổ cố định hai đầu trục vít me làm cho trục vít me bị uốn khi
nhiệt độ tăng. Loại thứ ba có một đầu cố định và đầu kia được đặt tải từ trước. Loại ổ
đỡ này làm việc giống như loại ổ đỡ cố định hai đầu ở phạm vi lực nhất định và ngoài
khoảng này nó làm việc như loại một đầu cố định và một đầu trượt. Các nguồn sai số
liên quan đến ổ đỡ do góc nghiêng của ở vành ổ, sự đồng tâm của trục động cơ servo
với các phần lắp ghép.
1.2.5. Sai số do nhiệt
Một máy công cụ thường hoạt động ở trạng thái không ổn định về nhiệt do
nhiệt xuất hiện từ nhiều nguồn. Mọi thay đổi về sự phân bố nhiệt độ của máy công cụ
gây ra biến dạng do nhiệt và tác động đến độ chính xác gia công. Các nguồn nhiệt do
ma sát như ma sát trong thiết bị truyền động và hộp tốc độ, ma sát ở ổ đỡ và sống dẫn
hướng, nhiệt xuất hiện do quá trình gia công như quá trình cắt. Các nguồn nhiệt bên
ngoài bao gồm bức xạ nhiệt, ánh nắng mặt trời hay nhiệt độ môi trường. Các nguồn
nhiệt chính trong máy công cụ xuất phát từ:
- Ổ lăn;
- Bánh răng và dầu thủy lực;
- Thiết bị dẫn động và li hợp;
- Bơm và động cơ;
- Sống dẫn hướng và vít me bi;
- Quá trình cắt và tạo phoi;
- Nguồn nhiệt từ bên ngoài.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
20
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy

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


Các tác động của các nguồn nhiệt này ảnh hưởng đến sai lệch vị trí, độ thẳng và
sai lệch góc.
* Giảm sai số do nhiệt trong quá trình thiết kế
Việc thiết kế cấu trúc để cải tiến chế độ nhiệt của máy công cụ thực hiện theo
các hướng sau:
- 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 nhiệt giữa dụng cụ và phôi để giảm thiểu sai số
này khi thiết kế máy.
* Giảm sai số nhiệt trong quá trình sử dụng
Sai số vị trí do sự giãn nở nhiệt của vít me bi là yếu tố đầu tiên cần phải làm
giảm đi. Phần lớn lực ma sát trong hệ dẫn động được tạo thành bởi vít me bi. Kết quả
này là do động học phức tạp của cơ cấu vít me bi..
Các loại khác trong chế độ nhiệt phụ thuộc khớp cầu có giãn nở tự do hay
không. Để giảm sự ảnh hưởng của nhiệt độ có hai phương pháp bù đã được đề xuất
[10]: Làm mát vít me bi và bù bằng phần mềm. Việc làm mát vít me bi có sự bất lợi
liên quan tới vấn đề kín khít. Sự nghiên cứu đang được thực hiện để bù sự biến dạng
nhiệt với sự hỗ trợ của các mô hình phân tích, các mạng nơron và các phương pháp
thực nghiệm. Để bù sự giãn nở của khớp nối cầu, sự phân bố nhiệt của nó phải được
biết và phụ thuộc vào sơ đồ cắt. Trực tiếp đo nhiệt của vít me quay rất khó. Tuy nhiên,
sự giãn nở nhiệt của dụng cụ có thể được tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn
(FEM). Bằng sự tính toán nhiệt phân bố trong vít me, chúng ta có thể bù được sai số
bằng phần mềm.
1.2.6. Sai số do rung động tự do

Tải tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công gây nên biến dạng tạo ra sai số hình
học của chi tiết trong quá trình gia công. Độ cứng vững của máy cắt kim loại không
hợp lý sẽ gây ra sai số về hình dạng của chi tiết gia công. Đặc tính động không đồng
đều sẽ dẫn đến hình thành các rung động, có thể dẫn đến làm xấu chất lượng bề mặt
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
21
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


gia công tinh; tăng độ mòn máy, gãy dụng cụ và phá huỷ cả chi tiết gia công và máy.
Dưới điều kiện gia công kéo dài, có hai loại rung động xảy ra:
- Rung động cưỡng bức: Rung động cưỡng bức do sự mất cân bằng khi vật thể
quay.
- Tự rung: Hệ thống rung động tại một hoặc nhiều tần số khi không có các lực
bên ngoài. Khi tần số kích thích ở cùng tần số tự rung sẽ tạo ra hiện tượng cộng
hưởng.
1.2.7. Sai số do tải tĩnh và động
Các tải tĩnh của máy công cụ là kết quả của lực gia công và khối lượng của chi
tiết gia công, khối lượng của bàn dao, các thiết bị và các thành phần máy. Tải trọng
tĩnh và khối lượng của chi tiết gia công tạo ra sự biến dạng, gây ra các sai số hình học.
Các lực dẫn đến sự biến dạng của bộ phận dẫn động gây ra sự dịch chuyển vị trí
bàn dao. Chúng gồm các lực quán tính gây ra bởi gia tốc của cơ cấu trượt, lực gia công
và ma sát trong trục chính . Các nhân tố động khác như mômen xoắn của động cơ, bộ
khuếch đại của cơ cấu dẫn động.v.v.. cũng ảnh hưởng tới hệ thống điều khiển vị trí.
1.2.8. Sai số do hệ thống điều khiển truyền động servo
Dữ liệu đầu vào được chuyển đổi bởi hệ thống điều khiển thành tín hiệu ra ở
dạng điện áp xung (PPS). Dữ liệu này dùng để dẫn động bàn quay hoặc cơ cấu chấp

hành khác tới vị trí đã được lập trình.
Hệ thống dẫn động servo đóng vai trò quan trọng tới độ chính xác gia công.
Động cơ servo và cơ cấu dẫn động trục vít me thường được ghép trực tiếp với nhau.
Các cơ cấu dẫn động bằng đai răng cũng được sử dụng rộng rãi.
Vị trí thực được đo bằng cơ cấu đo đường dịch chuyển và được truyền đi dưới
dạng tín hiệu số.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
22
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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



Hình 1.4: Hệ thống phản hồi của máy công cụ
Trong hình trên, đường chấm cách chỉ rằng một bộ mã hoá quay đã được sử dụng.
Một hạn chế chính với cả hai hệ thống đo là sự định vị điểm đo và đầu dụng cụ có sự
sai lệch về khoảng cách. Vì sai lệch về khoảng cách này, các sai số bước nhỏ đã được
khuếch đại dựa trên độ lệch (ảnh hưởng Abbe). Sự khuếch đại sai số phụ thuộc vào vị
trí kẹp chi tiết gia công. Cả bộ mã hoá quay và tuyến tính đều không thể dò được các
ảnh hưởng của sai số Abbe (Sai số Abbe hay còn gọi là sai số sin mô tả mức độ phóng
đại của sai số góc trên toàn bộ chiều dài. Ví dụ, nếu ta cố gắng đo một điểm ở cách xa
1mét ở góc 45
0
thì sai số góc trên 1
0
tương ứng với sai số trên toàn vị trí là 1.745 cm,
tương đương với sai số phép đo độ dài là 1.745%).
Có hai loại nội suy cơ bản là nội suy tuyến tính và nội suy liên tục. Các phép

nội suy khác dựa trên hai loại nội suy này.
Trong sự chuyển đổi dữ liệu gia công đầu vào, sai số phụ thưộc loại nội suy
được sử dụng. Các nguồn sai số có thể là:
- Các hằng số thời gian cao;
- Sự biến thiên trong các bộ khuếch đại vận tốc của các vòng điều khiển vị trí
riêng lẻ;
- Sự biến thiên động lực của các cơ cấu dẫn động;
- Tín hiệu phi tuyến;
Với nhiều cơ cấu điều khiển hiện đại, như Sinumerik 840D và Heidenhain TNC
426/TNC 430 có điều khiển ăn tới có thể thực hiện khử sự không chính xác gây nên
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
23
Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy


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


bởi các sai số trên và các cấp chính xác cao có thể đạt được thậm chí với tốc độ gia
công cao.
1.2.9. Sai số do sự hình thành đường chạy dao trong CAM và máy CNC


Hình 1.5: Phần lồi/lõm – Các điểm CC và CL.

Hệ thống CAD/CAM tạo ra một đường chạy dao trong hệ tọa độ gắn với phôi.
Đường chạy dao được tạo ra với giả thiết rằng dụng cụ cắt thực hiện tất cả các dịch
chuyển. Thuật toán chạy dao tìm ra các vị trí liên tục thích hợp của dụng cụ cắt vì vậy
điểm chuẩn ( điểm CL- ISO 3592) (CL: Cutter Location point) trên dụng cụ cắt di
chuyển trong từng mảng liên tục (đường gạch gạch trong hình 1.5). Từng đoạn đường

chạy dao thẳng này được tính toán bởi module CAM giống như cách mà điểm chuẩn
CC (Cutter Contact point) theo sau cũng là một đường chạy dao thẳng, nó gần đúng
với bề mặt phôi trong một dung sai nào đó. Hình 1.5 chỉ ra 3 vị trí đường chạy dao kế
tiếp V
i
, V
i + 1
và V
i + 2
. Chỉ một mặt phẳng 2D được vẽ ra mà không ảnh hưởng đến
tính tổng quát. Có thể thấy từ hình 1.5 rằng dụng cụ cắt sẽ cắt đi nhiều vật liệu hơn từ
phôi ttrong vùng lồi. Dụng cụ cắt sẽ không lấy đi tất cả vật liệu trong vùng lõm. Đầu ra
của module CAM là một lệnh được đặt bởi các vectơ: x
1i
, y
1i
, z
1i
, J
1i
, K
1i
. Những
vectơ này là các tọa độ theo phương x, y, z của điểm CL (điểm chuẩn dụng cụ cắt) trên
dụng cụ cắt các thành phần của vectơ dụng cụ cắt I, J, K. Tất cả các hệ thống CAM