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

`
đại học thái nguyên
trường đhkt công nghiệp
***
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
----------------- o0o -----------------


Thuyết minh
luận văn thạc sỹ kỹ thuật

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


Học viên : Trần Thị Phương Thảo
Lớp : Chk9 - ctm
Ngành : công nghệ chế tạo máy
Hướng dẫn khoa học: ts. Hoàng vị


khoa sau đại học



TS. Nguyễn Văn Hùng
người hướng dẫn

TS. Hoàng Vị
học viên



Trần Thị Phương Thảo


S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

2
Lời cam đoan

Xuất phát từ thực tế với đề tài

Nghiên cứu ứng dụng thiết bị đo Cơ
điện tử cho máy công cụ vạn năng nhằm nâng cao độ chính xác dịch
chuyển. Từ nghiên cứu lý thuyết và làm thực nghiệm, tôi xin cam đoan rằng
những nội dung trong luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Nội dung
luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình
nào khác.

Tác giả



Trần Thị Phương Thảo

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
MỤC LỤC
Nội dung Trang
Phần mở đầu
10
Chương I. Tổng quan về dề tài
13
1.1. Các khái niệm cơ bản về đo lường 13
1.1.1. Đo lường 13
1.1.2. Đơn vị đo – Hệ thống đơn vị đo 13
1.1.3. Phương pháp đo 13
1.1.4. Kiểm tra 14
1.1.5. Phương tiện đo 15
1.1.6. Các chỉ tiêu đo lường 15
1.2. Nguyên tắc cơ bản trong đo lường 16
1.2.1. Nguyên tắc Abbe 16

1.2.2. Nguyên tắc chuỗi kích thước ngắn nhất 16

1.2.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất 17
1.2.4. Nguyên tắc kinh tế 17
1.3. Sai số của phép đo 17
1.3.1. Sai số hệ thống của phép đo 18
1.3.2. Sai số ngẫu nhiên của phép đo 21
1.4. Tổng quan về sai số trên máy công cụ 24
1.4.1. Các nghiên cứu về sai số trên máy công cụ 24
1.4.2. Các nguồn gây sai số trên máy công cụ 28

1.5. Kết luận chương I 30
Chương II. Dụng cụ đo và hệ thống đo dịch chuyển trên máy vạn năng
31
2.1. Các dụng cụ đo dịch chuyển cơ khí 31
2.1.1. Khái quát về các dụng cụ đo cơ khí 31

2.1.2. Một số dụng cụ đo cơ khí 31

2.1.2.1. Dụng cụ đo kiểu trực tiếp 31

2.1.2.2. Dụng cụ đo kiểu gián tiếp 40
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
2.2. Các hệ thống đo dịch chuyển cơ khí sử dụng trên máy vạn năng 47
2.2.1. Đo dịch chuyển thẳng 47
2.2.2. Đo dịch chuyển góc 50
2.3. Sai số của hệ thống đo dịch chuyển cơ khí 51
2.3.1. Sai số của hệ thống đo trực tiếp 51
2.3.2. Sai số của hệ thống đo gián tiếp 53
2.4. Kết luận chương II 54
Chương III. Dụng cụ đo và phương pháp đo dịch chuyển dùng thiết bị đo
Cơ điện tử
55
3.1. Các phương pháp đo dịch chuyển 55
3.1.1. Một số khái niệm liên quan đến phép đo vị trí 55
3.1.2. Các phương pháp đo 55
3.2. Các thiết bị đo vị trí trên máy NC 59
3.2.1. Các dạng xác định chỉ tiêu vị trí 60

3.2.2. Đo điểm và cảm biến dữ liệu 60
3.2.3. Dụng cụ đo vị trí kiểu số 62
3.2.4. Dụng cụ đo kiểu tương tự 68
3.2.5. Giao thoa kế Laze 72
3.2.6. Đấu kích quang điện động 73
3.3. Kết luận chương 3 72
Chương IV. Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp đo dịch chuyển thằng
cho chạy dao dọc và chạy dao ngang trên máy tiện ren vít vạn năng
78
4.1 Đánh giá và lựa chọn phương pháp đo dịch chuyển thẳng trên máy
tiện ren vít vạn năng
78
4.2. Đánh giá sai số của phương án đo đã chọn 81
4.3. Biện pháp khắc phục sai số gá đặt dung cụ đo sau cải tiến 83
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
4.4 Kết luận chương 4 84
Chương 5. Kết luận và thảo luận 85
1. Kết luận chung
85
2. Hướng nghiên cứu tiếp
86
Tài liệu tham khảo
87

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
TT Bảng số Nội dung
Trang
1 Bảng 1.1
Sù phô thuéc cña c¸c gi¸ trÞ t vµ
n

t
vµo n vµ
x¸c xuÊt p.
24

Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

7
DANH MC CC HèNH V - NH CHP

TT Hỡnh Ni dung Trang
1 Hỡnh 1.1
Phân bố chuẩn của các giá trị đo riêng lẻ.
23
2 Hỡnh 1.2
Cỏc ngun gõy sai s ca mỏy cụng c (Anderson
1992)
27
3 Hỡnh 2.1
Thc cp

32
4 Hỡnh 2.2
Cấu tạo của thước phụ
33
5 Hỡnh 2.3
Cỏc kiu thc kp

34
6 Hỡnh 2.4 Cu to Panme o ngoi c khớ

35
7 Hỡnh 2.5
Cỏc kiu panme

36
8 Hỡnh 2.6
Cấu tạo panme đồng hồ

37
9 Hỡnh 2.7
Dụng cu đo góc cơ khí
38
10 Hỡnh 2.8 Nguyờn lớ lm vic ca kớnh o gúc 39
11 Hỡnh 2.9 Nguyên lớ làm việc của máy đo góc 40
12 Hỡnh 2.10 Nguyên lớ làm việc và cấu tạo của đồng hồ so 41
13 Hỡnh 2.11
Nguyên lớ làm việc và cấu tạo của đồng hồ đo
chuyển vị nhỏ
42
14 Hỡnh 2.12
Nguyên lớ làm việc và cấu tạo của đồng hồ đo mặt
đầu
43
15 Hỡnh 2.13
Mt ct l cụn
45
16 Hỡnh 2.14
Rónh mang cỏ

45
17 Hỡnh 2.15 Nguyờn o gúc bng thc sin v thc tang 45
18 Hỡnh 2.16
S ca dng c o gúc t vi

46
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

8
19 Hỡnh 2.17
Mặt cắt bàn dao ngang máy tiện 1K62
48
20 Hỡnh 2.18
Sơ đồ động bàn dao máy 16K20
49
21 Hỡnh 2.19
Nguyên tắc làm việc của máy đo góc mang tên là
đầu chia độ.
50
22 Hỡnh 2.20
Đầu phân độ quang học
51
23 Hỡnh 2.21 S tớnh sai số của phép đo bằng thước cặp. 52
24 Hỡnh 2.22 S tính sai số của phép đo bằng panme. 52
25 Hỡnh 3.1.a
Đo vị trí trực tiếp

56
26 Hỡnh 3.1.b
S tp hp cỏc phng phỏp o v trớ ng dng
trờn mỏy

57
27 Hỡnh 3.2

Đo gián tiếp Thông qua trục vít me chạy dao

58
28 Hỡnh 3.3
Đo vị trí gián tiếp thông qua bộ bánh răng -
thanh răng

58
29 Hỡnh 3.4
Đo vị trí bằng đại lượng tương tự

59
30 Hỡnh 3.5
Đo vị trí bằng đại lượng số

59
31 Hỡnh 3.6
Đo vị trí chu kỳ tuyệt đối
60
32 Hỡnh 3.7
Các dạng do vị trí và thành phần đo: D đo trực tiếp,
I đo gián tiếp, R kiểu quay, T tuyến tính
61
33 Hỡnh 3.8
Nhân tố ảnh hưởng trong cảm biến dữ liệu đo trực
tiếp và đo gián tiếp
62
34 Hỡnh 3.9

Các dạng lưới nhiễu xạ trong hệ thống đo gia số

64
35
Hỡnh 3.10

Nguyên lý hoạt động của quá trình nhiễu xạ cho
ánh sáng truyền qua
65
35
Hỡnh 3.11

Xung đầu ra của hệ thống đo đường dài bằng quang
điện
66
36 Hỡnh 3.12

Thước đo mã nhi phân cho bộ mã hóa tuyệt đối
68
37 Hỡnh 3.13

Thước mã nhị phân với nguyên tắc đọc hình chữ V
68
38 Hỡnh 3.14

Nguyên lý bộ giải góc đồng bộ
70
39 Hỡnh 3.15

Cảm biến góc quay
71
40 Hỡnh 3.16

Nguyên lý của hệ thống industosyn scale
72
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9




41
Hình 3.17

Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña ®Çu kÝch quang ®iÖn
®éng (phillips)
74
42 Hình 3.18 Bộ mã hóa tuyến tính thu gọn 75
43 Hình 3.19
Hình ảnh đỉnh dao sau 4,1 phút khi gia công với
v = 110 (m/phút), s = 0,3(mm/ răng)
76
44 Hình 3.20
Hình ảnh đỉnh dao sau 6,1 phút khi gia công với
v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng)
76
45 Hình 3.21
Hình ảnh đỉnh dao sau 6,0phút khi gia công với
v = 80 (m/phút), s = 0,2(mm/ răng)
77

46
H×nh 4.1
Sơ đồ sai số gá đặt thước dụng cụ đo
82
47 Hình 4.2
Kết cấu thước số gá đặt trên máy
83
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

10
Phần mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay việc ứng dụng công nghệ mới, k thut cao luôn là nhu cầu cấp
bách của mọi nền sản xuất và mọi quốc gia trong đó có cả Việt nam. Tuy nhiên vic
nghiờn cu ng dng cỏc k thut tiờn tin, mỏy cụng c cú chớnh xỏc cao vi
ngnh cụng nghip c khớ nc ta cũn cha nhiu, m cỏc mỏy vn nng thụng
thng vn chim mt s lng ln trong nn sn xut c khớ. Vỡ vy vic nõng cao
chớnh xỏc ca cỏc mỏy vn nng thụng thng nhằm để mở rộng hơn nữa độ
chính xác gia công của chúng thay cho việc đầu tư một máy hiện đại, khá tốn kém
so với việc nâng cấp cho máy vạn năng sẵn có mà chúng vẫn có thể gia công được
những chi tiết cho độ chính xác như nhau. Vì vậy việc nâng cao độ chính xác của
các máy vạn năng l rt cn thit.
Trờn cỏc mỏy vn nng, chớnh xỏc dch chuyn ca bn dao , bn mỏy cú
nh hng khụng nh ti chớnh xỏc gia cụng, nu nõng cao c c hớnh xỏc
dch chuyn s gúp phn nõng cao c chớnh xỏc ca chi tit gia cụng.
Hin nay cỏc h thng o dch chuyn trờn mỏy cụng c vn nng núi chung
c thc hin theo nguyờn lý chuyn i c khớ, dựng c cu m cú khc vch
chia nh thc o thng v thc o vũng, nú cho chớnh xỏc khi o cha cao.
nõng cp chớnh xỏc khi o dch chuyn t rờn mỏy cụng c, cú th ng dng

phng phỏp o trc tip hoc o giỏn tip vi thiết bị đo cơ điện tử.
Phng phỏp o trc tip l phng phỏp o bỏm sỏt v trớ cn o hay cỏc
bin i v trớ khụng cn n cỏc dn ng c khớ trung gian. H thng o c
ghộp trc tip vi chuyn ng cn o. Phng phỏp ny cho chớnh xỏc khi o
rt cao. Tuy nhiờn nu s dng phng phỏp o ny do dch chuyn trờn mt s
mỏy s gp khú khn khi lp t thiết bị đo, do hn ch khụng gian, nh hng mụi
trng v giỏ thnh thiết bị đo cao. Vỡ vy cú th thay s dng phng phỏp o giỏn
tip với thiết bị đo dùng phương pháp đo gián tiếp, õy l phng phỏp o m v trớ
cn o c o thụng qua mt dn ng c khớ trung gian. Cỏc thit b o dựng
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

11
phng phỏp o giỏn tip cú giỏ thnh khụng quỏ cao m cỏc sai s gp phi khi o
cú th khc phc c.
Trên thực tế hiện nay đã có nhiều máy vạn năng được ứng dụng thiết bị
đo hiện đại để nâng cao độ chính xác của máy, chủ yếu là độ chính xác dịch chuyển,
nhưng chưa thy một nghiên cứu phân tích cụ thể nào về nó. Vì vậy ti: Nghiờn
cu ng dng thit b o c in t cho mỏy cụng c vn nng nhm nõng cao
chớnh xỏc dch chuyn là đề tài cú kh nng hin thc v cn thit. Qua đề tài
này cho chúng ta những hiểu biết cơ bản về các dạng sai số đo dịch chuyn thường
gặp trên máy công cụ vạn năng hiện nay, các phương pháp đo và các thiết bị cơ điện
tử từ đó có những phân tích cụ thể để có những lựa chọn hợp lý ứng dụng trực tiếp
trên một máy vạn năng cụ thể nhằm nâng cao độ chính xác dịch chuyển của máy
này đồng thời nghiên cứu đưa ra những phương pháp để giảm sai số cho dụng cụ đo
lựa chọn, từ đó góp phần đáng kể nâng cao độ chính xác gia công của máy.
2. í ngha khoa hc v thc tin ca ti.
a. í ngha khoa hc.
Nghiờn cu, kho sỏt tng quan v cỏc thit b o thụng thng v thit b
o c in t. Cỏc phng phỏp o dch chuyn, v t ú ng dng nõng cao

chớnh xỏc dch chuyn ca cỏc mỏy cụng c vn nng núi chung. p dng cho o
chy dao dc v chy dao ngang i vi mỏy tin ren vớt vn nng.
b. í ngha thc tin.
ti mang tớnh ng dng cao, kt qu nghiờn cu ca ti s gúp phn
ci tin k thut, nõng cao c chớnh xỏc dch chuyn ca mỏy cụng c vn
nng thụng thng t ú nõng cao c chớnh xỏc gia cụng ca mỏy.

3. Phng phỏp nghiờn cu.
Nghiờn cu lý thuyt kt hp vi nghiờn cu thc nghim.

4. i tng nghiờn cu v phm vi nghiờn cu
4.1. i tng nghiờn cu:
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
4.1.1. Máy: máy công cụ vạn năng (Máy tiện ren vít vạn năng)
4.1.2. Thiết bị đo cơ điện tử dùng phương pháp đo gián tiếp đo dịch chuyển
thẳng: Dùng đầu đo encoder kết hợp với mạch điện cho hiển thị số.
4.2. Phạm vi nghiên cứu:
Chỉ hạn chế trong việc nghiên cứu nâng cao độ chính xác dịch chuyển
nhỏ của chạy dao dọc và ngang trên máy tiện ren vít vạn năng.

5 . Nội dung nghiên cứu.
Nội dung nghiên cứu của đề tài tập chung vào các phần sau:
5.1 Phương pháp đánh giá sai số của hệ thống đo dịch chuyển trên máy
công cụ vạn năng.
5.2 Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp cải tiến độ chín h xác đo dịch
chuyển chạy dao trên máy công cụ vạn năng.
5.3 Phân tích lựa chọn loại thiết bị đo ứng dụng và máy thí nghiệm trong

đề tài.
5.4 Nghiên cứu đưa ra giải pháp tính toán thiết kế và triển khai đề tài trên
máy tiện ren vít vạn năng.











Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

13
Chương I: Tổng quan về đề tài
1.1 Các khái niệm cơ bản về đo lường
1.1.1 Đo lường
Đo lường là định lượng độ lớn của đối tượng đo, tức là thiết lập mối quan hệ
giữa đại lượng cần đo và một đại lượng đại lượng có cùng tính chất vật lý được quy
định cùng làm đơn vị đo.
Thực chất đo lường là so sánh đại lượng cần đo với đơn vị đo để tìm ra tỷ lệ
giữa chúng. Độ lớn đối tượng đo được biểu diễn bằng trị số của tỷ lệ nhận được,
kèm theo đơn vị đo dùng khi so sánh.
Ví dụ:
Đại lượng cần đo là Q, đơn vị đo dùng so sánh là u. Khi so sánh tỷ lệ giữa
chúng:

q
u
Q
=

Kết quả đo sẽ là:
.Q qu=


1.1.2. Đơn vị đo - Hệ thống đơn vị đo
Đơn vị đo được quy định dùng để so sánh độ chính xác của nó ảnh hưởng đến
kết quả đo.
Độ lớn của đơn vị đo cần được quy định thống nhất, để thuận tiện trong chế
tạo, lắp ráp,...
Hệ thống đơn vị đo gồm có đơn vị đo cơ bản và đơn vị đo dẫn xuất.
1.1.3. Phương pháp đo
a. Khái niệm
Phương pháp đo được xây dựng từ định nghĩa về thông số đo, là tập hợp cơ sở
khoa học có thể thực hiện phép đo, trong đó nêu rõ nguyên tắc xác định thông số đo,
các nguyên tắc này dựa trên mối quan hệ toán học hay vật lý có liên quan với đại
lượng đo.

b. Cơ sở phân loại phương pháp đo
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

14
Dựa vào quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo chia thành phương pháp đo tiếp
xúc, giữa đầu đo và bề mặt chi tiết có áp lực đo.
Trong phương pháp đo không tiếp xúc, giữa đầu đo và chi tiết không tiếp xúc với

nhau và không có áp lực đo.
Dựa vào quan hệ giữa giá trị chỉ thị trên dụng cụ và giá trị đại lượng đo chia
thành phương pháp đo tuyệt đối và phương pháp đo so sánh.
Trong phương pháp đo tuyệt đối, giá trị thị trên dụng cụ đo là giá trị đo được.
Phương pháp này đơn giản, do hành trình đo dài nên độ chính xác không cao.
Trong phương pháp đo so sánh, giá trị mẫu chỉ thị trên dụng cụ cho sai lệch
giữa giá trị đo và giá trị mẫu chuẩn dùng khi chỉnh 0 cho dụng cụ đo. Kết quả đo
bằng tổng giá trị chuẩn và giá trị chỉ thị chỉ thị.
Dựa vào quan hệ giữa đại lượng cần đo và đại lượng được đo chia thành
phương pháp đo trực tiếp và phương pháp đo gián tiếp.
Trong phương pháp trực tiếp, đại lượng được đo chính là đại lượng cần đo,
phương pháp này có độ chính xác cao nhưng hiệu quả không cao.
Trong phương pháp đo gián tiếp, đại lượng cần đo có quan hệ hàm số với đại
lượng được đo.

1.1.4. Kiểm tra
Kiểm tra là việc xem xét thông số hình học của chi tiết có nằm trong giới hạn
cho phép hay không.
Căn cứ vào mục đích sử dụng của yếu tố cần kiểm tra chia thành kiểm tra thu
nhận và kiểm tra trong khi gia công.
Kiểm tra thu nhận, để phân loại sản phẩm đạt và không đạt yêu cầu.
Kiểm tra trong khi gia công, để theo dõi sự thay đổi kích thước kích thước chi
tiết gia công -thông số đo. Do đó, hệ thống điều khiển đưa ra tác động ngược vào hệ
thống công nghệ, nhằm tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu.
Căn cứ vào mức độ phức tạp của thông số kiểm tra chia thành kiểm tra yếu tố
và kiểm tra tổng hợp.
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

15

Kiểm tra yếu tố được thực hiện riêng với thông số mà nó có thể ảnh hưởng
nhiều tới chất lượng sản phẩm.
Trong kiểm tra tổng hợp, kiểm tra đồng thời sự ảnh hưởng của các yếu tố đến
chất lượng sản phẩm. Phương pháp này thường được dùng để kiểm tra thu thập sản
phẩm.

1.1.5. Phương tiện đo
Phương tiện đo là tập hợp các dụng cụ, máy, đồ gá và các thiết bị phụ trợ cho
quá trình đo.
Phương tiện đo được phân loại theo bản chất vật lý quá trình đo, theo đặc tính
sử dụng và theo toạ độ đo.
Theo bản chất vật lý quá trình đo có dụng cụ đo cơ khí, quang học, khí nén,...
Theo đặc tính sử dụng có thiết bị đo vạn năng và thiết bị đo chuyên dùng.
Theo toạ đo có thiết bị đo một, hai hay ba toạ độ.
Việc lựa chọn phương tiện đo phụ thuộc vào đặc điểm sản phẩm, phương
pháp đo và khả năng đáp ứng của thiết bị đo.
1.1.6. Các chỉ tiêu đo lường
Giá trị độ chia là độ biến thiên của đại lượng đo ứng với chuyển vị của vật chỉ
thị đi 1 vạch trên bảng chia độ.
Khoảng chia vạch là khoảng cách giữa tâm hai vạch chia nhỏ nhất kề nhau
trên thang chia.
Độ nhạy E là tỷ số giữa độ biến thiên của đại lượng ra y (đại lượng chỉ thị)
và độ biến thiên của đại lượng vào x (đại lượng đo) tương ứng.
x
y
E


=

Khi sự thay đổi ở đầu vào và đầu ra có cùng tính chất vật lý, thì độ nhạy là
đại lượng không thứ nguyên, được gọi là tỷ số truyền và được ký hiệu là K.
Đường đặc trưng biểu thị mối quan hệ giữa đại lượng ra y và đại lượng vào x,
cùng là quan hệ giữa chuyển vị của kim chỉ thị trên thang đo và độ biến thiên của
đại lượng đo.
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

16
Phạm vi chỉ là phạm vi của thang đo giới hạn bởi giá trị đầu vào và giá trị
cuối thang. Nếu kim chỉ nằm ngoài thang đo, cũng có nghĩa là nằm ngoài phạm vi
chỉ.
Phạm vi đo là một miền của phạm vi chỉ, trong đó sai số dụng cụ đo nằm
trong giới hạn chỉ số cho phép của nó. Một số dụng cụ có thể có nhiều phạm vi đo
và thường thì phạm vi đo lớn nhất có thể bằng phạm vi chỉ.
Lực đo là lực nén do trục của dụng cụ tác động lên vật đo trong phép đo tiếp
xúc.
Sai số giới hạn là sai số lớn nhất cho phép.
Độ lệch chuẩn của dụng cụ đo là giá trị lớn nhất cho phép của độ lệch chuẩn
các giá trị đo riêng rễ được thực hiện trên dụng cụ đo.
Hồi sai là chênh lệch giữa hai lần chỉ thị đối với cùng một kích thước đo khi kim chỉ
thị di chuyển từ giá trị nhỏ hơn và từ giá trị lớn xuống đến kích thước đo này.
Độ tản mạn số chỉ là chênh lệch lớn nhất giữa các giá trị trên dụng cụ đo khi
phép đo tiến hành lặp lại nhiều lần với cùng một hướng di chuyển trục đo và trong
cùng một điều kiện đo.

1.2. các nguyên tắc cơ bản trong đo lường
1.2.1. Nguyên tắc Abbe
Khi kích thước đo và kích thước mẫu nằm trên một đường thẳng thì kết quả
đo đạt độ chính xác rất cao.

Kích thước của chi tiết đo có thể được đặt nối tiếp hoặc song song với thước
mẫu. Trên các dụng cụ đo kích thước, chẳng hạn như thước cặp giữa đầu đo di trượt
và thân thước có thể hở. Do lắp ghép có độ hở, áp lực đo và biến dạng gây ra sai số
đo.

1.2.2. Nguyên tắc chuỗi kích thước ngắn nhất
Khi đo gián tiếp kích thước, sẽ hình thành chuỗi kích thước đo từ sơ đồ đo,
các kích thước này có quan hệ hàm với thông số cần đo. Nếu chuỗi kích thước càng
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

17
ít khâu tham gia, thì độ chính xác phép đo càng cao. Do đó có nghĩa là sơ đồ đo
càng đơn giản, ít thông số đo, kết quả đo càng chính xác.

1.2.3. Nguyên tắc chuẩn thống nhất
Nếu trong quá trình thiết kế, gia công và đo lường tuân theo nguyên tắc
chuẩn thống nhất, thì kết quả đo đạt độ chính xác cao nhất.
Tuy nhiên, trên thực tế không phải bao giờ cũng đạt được nhiều mong muốn
là chuẩn thiết kế, chuẩn công nghệ và chuẩn đo lường trùng nhau. Tuỳ thuộc vào độ
chính xác yêu cầu, mà có quyết định phù hợp.

1.2.4. Nguyên tắc kinh tế
Nguyên tắc tinh tế trong quá trình đo có nghĩa là việc lựa chọn phương án đo,
dụng cụ, thiết bị đo, đồ gá đo đảm bảo độ chính xác yêu cầu, đồng thời chi phí với
giá thành phù hợp.
1.3. Sai số của phép đo
Mỗi phép đo đều có một sai số, cho dù nó được thực hiện trong điều kiện rất
lý tưởng.
Sai số đo là sai lệch giữa giá trị đo đọc được trên chỉ thị của dụng cụ đo và

giá trị thực của đại lượng đo.
Gọi x là giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo và x
t
là giá trị thực của đại lượng đo,
sai số x sẽ được tính theo công thức sau:
t
xxx=

Ví dụ:
Một panme được hiển thị bằng căn mẫu chuẩn 20 mm. Nếu bỏ qua sai số của
mẫu và chỉ số trên panme là 19,998 mm, thì sai số tuyệt đối của panme ở vị trí này
là:
19,998 20,000 0,002x mm= =

Sai số cũng được biểu diễn dưới dạng tương đối như sau:
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

18
x
Sai so tuong doi
Gia tri thuc

=

Do ảnh hưởng của nhiều nguyên nhân, sai số đồng thời mang tính hệ thống
và tính ngẫu nhiên.
*
Ngyên nhân và phân loại sai số đo
Nếu bỏ qua sai số rối, sai số bao đo bao gồm sai số hệ thống và sai số ngẫu

nhiên.
Nguyên nhân gây ra sai số đo do:
- Sai số của phương tiện đo;
- Sai số của phương pháp đo;
- Tính chất vật lý và đo lường của đối tượng đo;
- ảnh hưởng của môi trường đo;
- ảnh hưởng của người thao tác đo;
- ảnh hưởng do việc quy tròn số kết quả đo.
1.3.1. Sai số hệ thống của phép đo
Khái niệm:
Sai số hệ thống được phân thành hai loại là sai số hệ thống không đổi và sai
số hệ thống thay đổi theo quy luật hoặc không theo quy luật, nhưng có thể ước đoán
được giá trị của chúng.
Sai số hệ thống không đổi là sai số luôn xuất hiện với cùng trị số và dấu nếu
điều kiện đo không thay đổi. Vì nguyên nhân cũng như độ lớn của thành phần sai số
này là xác định, nên có thể loại trừ sai số này khỏi kết quả đo. Nếu một đại lượng y
được xác định từ nhiều thành phần x
1
, x
2
,..., x
n
thì các thành phần sai số hệ
thống không đổi x
1
, x
2
,..., x
n
sẽ được tính vào sai số hệ thống không đổi

y
của
phép đo. Khi đó, sai số hệ thống không đổi được xác định thông qua phép đo lặp lại
trên cùng một dụng cụ đo rồi tính giá trị trung bình hoặc xác định bằng dụng cụ đo
chính xác hơn. Tổng các thành phần sai số hệ thống không đổi của phép đo được gọi
là độ không đúng và được hiệu chỉnh vào kết quả đo.
Đối với phép đo trực tiếp, độ không đúng được xác định theo công thức:
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

19
y =

=

k
j
j
1

Trong đó j là sai số hệ thống không đổi của các giá trị đo x
j
, với j =1,2,.., k.
Đối với phép đo gián tiếp hay so sánh, từ mối quan hệ giữa đại lượng cần tìm
y với các đại lượng đo trực tiếp độc lập x
j
, với j = 1, 2,..., k được thể hiện thông qua
hàm
( )
12

, ,...,
k
y fxx x=
. Các đại lượng đo độc lập x
j
chứa sai số hệ thống không đổi
là x
1
, x
2
,..., x
k
.
Nếu giả thiết x
j
là rất nhỏ so với x
j
, độ không đúng
( )
12
, ,...,
k
yfxx x=

sẽ được tính theo công thức:
12
12
. . ......... .
k
k

ff f
yx x x
xx x

= + + +



=



=
k
j
j
j
x
x
f
y
1
.

Khi
( )
j
y fx=
là một hàm tuyến tính thì :
1=

j
x
f
và

=
=
k
j
j
xy
1

Nguyên nhân gây ra sai số hệ thống của phép đo:
Sai số hệ thống của phép đo xuất hiện do nhiều nguyên nhân khác nhau:
- Sai số của mẫu kích thước: mỗi mẫu kích thước đều có sai số do chế tạo và
độ mòn khi sử dụng. Các sai lệch này còn có thể thay đổi cùng với thời gian.
Sai số của dụng cụ đo: Do các chi tiết của dụng cụ đo có dung sai chế tạo, do
các cơ cấu truyền động không tuyến tính hay do sai số lắp ráp, điều chỉnh, gây
nên.
Ví dụ như sai số bước ren của panme, sai số bánh răng, thanh răng trong
đồng hồ so, sai số tỷ lệ giữa chiều dài các đòn bẩy trong đồng hồ so chính xác kiểu
cơ khí.
Sai số nghiêng hay sai số Abbe, xuất hiện khi vật đo và mẫu kích thước
không song song và đường sống trượt không thẳng.
- ảnh hưởng của môi trường:
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

20
Trong các yếu tố ảnh hưởng của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất
không khí, trường điện từ thì ảnh hưởng của nhiệt độ có ý nghĩa quan trọng nhất đối
với phép đo độ dài. Nhiệt độ chuẩn được quy định là 20
o
C. Vì vậy, sai số do sự
chênh lệch nhiệt độ đo so với 20
o
C cần được tính toán và xử lý trong kết quả đo theo
công thức :
..ll t

=

Trong đó:
l
- Sai lệch do nhiệt độ đo khác nhiệt độ chuẩn
0
20 C
;
l - Chiều dài đoạn đo;

- Hệ số dãn nở chiều dài;
t
- Chênh lệch nhiệt độ so với
0
20 C
.
- ảnh hưởng của người đo: Sai số của hệ thống đo đọc, ngắm vạch chia,...

phụ thuộc nhiều vào người đo. vì vậy nên tránh thay đổi người đo trong khi đang
thực hiện một phép đo hay một dãy đo.
Hồi sai của dụng cụ do: nguyên nhân của hồi sai là do ma sát và hiện tượng
biến dạng đàn hồi trong dụng cụ đo. Giá trị hồi sai thường không ổn định, nhưng
phải nằm trong một phạm vi nhất định.trong thực tế cần tính đên nó trong một phép
đo như độ đro bằng đồng hồ so.
- Lực đo: Trong phép đo theo kiểu cơ khí, luôn tồn tại một lực đo nhất định,
để đẩy lớp không khí ở vị trí tiếp xúc và vượt lực ma sát trong dụng cụ đo. Nhiều khi
ảnh hưởng của những lực đo này ảnh hưởng đến những phép đo rất lớn, như gây ra
hiện tượng biến dạng dẻo tại nơi tiếp xúc với vật đo, cũng như hiện tượng cong trụ
gá dụng cụ đo.
Độ biến dạng dẻo của chi tiết đo bằng thép, do lực đo gây nên, sẽ được tính
theo định luật Húc
.
0,005.
Fl
l
Q
=

Trong đó:
F - Lực đo (N);
l - Chiều dài đo (mm);
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

21
Q - Tiết diện đo(mm
2
).

Giá trị độ biến dạng dẻo phụ huộc vào dạng bề mặt tiếp xúc, nhám bề mặt và
mô đun đàn hồi. Sai số do độ biến dạng dẻo a do lực đo hay trọng lực của vật gây ra
, được tính theo công thức Héc, với điều kiện vật đo bằng thép và bề mặt tiếp xúc với
đầu đo được gia công theo phương pháp mài.
Bi giữa hai mặt phẳng:

2
3
0,829
F
a
D
=

Bi với bi:

2
3
12
11
0,415. .aF
DD

= +



Trụ giữa hai mặt phẳng:
3
1

0,092. .
F
a
lD
=

Trong đó:
F Lực đo hay trọng lực của vật (N);
D, D
1
,

D
2
- Đường kính bi hay trụ (mm);
l - Chiêu dài trụ (mm).
ảnh hưởng của độ biến dạng dẻo có giá trị đáng kể trong các phép đo so sánh
giữa vạt đo dạng trụ hay bi có đường kính nhỏ với mẫu kích thước có mặt đo phẳng
như căn mẫu song phẳng.
Giá trị sai số hệ thống do độ biến dạng dẻo của vật đo luân luân âm có nghĩa
là giá trị đo được nhỏ hơn so với giá trị thực của chi tiết đo .
1.3.2. Sai số ngẫu nhiên của phép đo
Sai số ngẫu nhiên là sai số có tự số và dấu không xác định trong phép đo lặp.
Sai số này làm cho kết quả đo không ổn định .
Nguyên nhân gây ra sai bsố ngẫu nhiên là do những biến thiên ngẫu nhiên ở
chi tiết đo, mẫu kích thước, dụng cụ đo cũng như thay đổi về nhiệt độ nà khả năng
thao tác của người đo.
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

22
Sai số ngẫu nhiên tồn tại trong kết quả đo, nó được nhận biết thông qua sự
dao động của kết quả đỏiêng rẽ. Trong phép đo lặp do một người đo thực hiện trên
cùng một dụng cụđo và đối với cùng một chi tiết đo.
Sai số ngẫu nhiên được đặc trưng bằng sai số bình phương trung bình s, được
xác định trên cơ sở các dao động của tất cả các giá trị đo riêng rẽ xung quanh giá trị
trung bình của chúng trong phép đo lặp nhiều giá trị.
Sai lệch bình phương trung bình s được xác định theo công thức sau:
1
)(
1
2


=

=
n
xx
s
n
i
ni

Trong đó:
x
i
Giá trị của kết quả đo thứ i;
x
m

Giá trị trung bình từ n giá trị đob riêng rẽ;
n Số lần đo lặp.
Nếu tăng số lần đo n lên rất lớn (trên 200 lần) , thì sai lệch bình phương trung
bình s sẽ đạt tới giá trị giới hạn và trở thành độ lệch chuẩn .
Chú ý rằng , khi tính độ lệch chuẩn hay sai lệch bình phương trung bình s,
cần phải quy tròn giá trị trung bình x
m
tới số thập phân đứng sau vị trí thập phân của
giá trị đo riêng rẽ x
i
.
Ví dụ:
Một phép đo sau 10 lần quan sát có các giá trị đo là 2,6; 2,5; 2,7; 2,7; 2,3;
2,5; 2,8; 2,7; 2,3 và 2,6 .
Hãy tính sai lệch bình phương trung bình s của các giá trị đo trên .

I x
i
x
m
(x
i
- x
m
) (x
i
- x
m
)
2

1
2
3
4
5
2,6
2,5
2,7
2,7
2,3





+ 0,03
- 0,07
+ 0,13
+ 0,13
- 0,27
0,0009
0,0049
0,0169
0,0169
0,0729
Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

23

6
7
8
9
10
2,5
2,8
2,7
2,3
2,6
2,57 - 0,07
+ 0,23
+ 0,13
- 0,27
+ 0,03

0,0049
0,0529
0,0169
0,0729
0,0009

).(17,0
9
261,0
1
10
)(x
10
1

2
i
m
x
s
i
m
à
==


=

=

Giả sử các giá trị đo riêng rẽ của phếp đo trên xuất hiện theo phân bố chuẩn
như tronh hình 1.1 và n đủ lớn thì trong phạm vi :
x
m
s sẽ có xác suất xuất hiện giá trị đo riêng rẽ là p = 68,3%;
x
m
2s sẽ có xác suất xuất hiện giá trị đo riêng rẽ là p = 95,4%;
x
m
3s sẽ có xác suất xuất hiện giá trị đo riêng rẽ là p = 99,7%.
x
i
y
0

x
m





Hình 1.1: Phân bố chuẩn của các giá trị đo riêng lẻ.
Nếu sai số hệ thống đã được loại trừ , thì giá trị đo trung bình sẽ được bao bởi
hai giới hạn của khoảng mà trong đó giá trị thực của đại lượng đo có thể xuất hiện
với một xác suất p đã chọn . Khi đó các giới hạn này được gọi là giới hạn tin cậy và
phạm vi giữa chúng gọi là phạm vi tin cậy , trong đó có :
Giới hạn tin cậy trên :
nm
S
n
t
x .+

Lun vn tt nghip thc s k thut Chuyờn ngnh: Cụng ngh CTM
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

24
Giới hạn tin cậy dưới :
nm
S
n
t
x .

Phạm vi tin cậy :
n
S
n
t
V .=

Trong các công thức trên, t là hệ số có giá trị phụ thuộc vào xác xuất p và số
lần đo n được chỉ dẫn trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Sự phụ thuộc của các giá trị t và
n
t
vào n và xác xuất p.
Số lượng các giá trị
riêng rẽ n
P = 95% P = 99%
t
n
t

t
n
t

3
4
5
6
8
10

20
30
50
100
200
Trên 200
4,3
3,2
2,8
2,6
2,4
2,3
2,1
2,0
2,0
2,0
1,97
1,96
2,5
1,6
1,24
1,05
0,84
0,72
0,47
0,37
0,28
0,20
0,14
0

9,9
5,8
4,6
4,0
3,5
3,2
2,9
2,8
2,7
2,6
2,6
2,58
5,7
2,9
2,1
1,6
1,24
1,03
0,64
0,50
0,38
0,26
0,18
0
Trong kỹ thuật , thường chọn p = 95% .
Kết quả phép đo được biểu diễn theo công thức:
x = x
m
v với xác xuất P .
1.4. tổng quan về sai số trên máy công cụ

1.4.1 Các nghiên cứu về sai số trên máy công cụ
Da trờn cỏc kt qu nghiờn cu trờn CMM, nhiu nh nghiờn cu mỏy cụng
c ó tp trung vo mụ hỡnh sai s mỏy cụng c. Cỏc lý do chớnh, cỏc nguyờn nhõn
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

25
chính gây ra các sai số chuyển động là sai số hình học, quá trình cắt, cơ cấu dẫn
động và môi trường. Mỗi lĩnh vực đã nhận được sự tập trung của nhiều nhà nghiên
cứu trong quá khứ. Tải trọng tĩnh của máy công cụ tạo ra từ lực tác động trong quá
trình và số lượng của phôi và chi tiết máy. Do sự thay đổi các chế độ cắt trong quá
trình cắt, độ lớn và hướng của lực và momen thay đổi, cũng như điểm đặt lực, điều
này làm biến dạng thân máy. Tải tĩnh và khối lượng của phôi được gia công tạo ra
sự biến dạng nên tồn tại các sai số hình học trên máy công cụ. Việc các máy công
cụ chịu tải thay đổi cũng cần phải được xem xét. Do lực tác động thay đổi, toàn bộ
hệ thống máy bị rung động. Tác động của tải tĩnh đến cấu trúc của máy công cụ và
các tác động của chúng đến sai số hình học đã được trình bày một cách phù hợp bởi
Weck (1984a).
Trong các máy công cụ, cố một số nguồ n nhiệt gây ra sự thay đổi trong sự
phân bố nhiệt độ trong chi tiết, phụ thuộc vào điều kiện tải và thời gian. Chủ yếu có
hai nguồn nhiệt chính, nguồn trong và nguồn ngoài (Anderson 1992). Biến dạng gây
ra bởi tải tĩnh và động có thể được loại bỏ khi tải ngừng tác động. Trong trường hợp
sai số do nhiệt, sai số này tăng dần dần khi trường nhiệt độ tăng lên. Tác động của
nguồn này tồn tại đến khi quá trình nguội đi kết thúc. Với máy công cụ chính xác,
người dùng giữ máy vài giờ khi chạy không tải để nhiệt độ của máy ổn định hay
máy được giữ ở nhiệt độ không đổi bằng làm nguội hay sấy nóng. Sai số do nhiệt
được nghiên cứu bởi nhiều nhà nghiên cứu như Donmez (1986), và nhiều nhà
nghiên cứu khác.
Khả năng làm việc của máy công cụ xét theo độ chính xác được định nghĩa
là sai số của chuyển động tương đối giữa dụng cụ cắt và phôi lý tưởng (Chen và CS

1993). Sự không chính xác xuất hiện chủ yếu từ các chi tiết của máy. Những sai
lệch này có thể được bù với một mức độ nào đó của bộ điều khiển (Holsa 1999). Để
tăng độ chính xác của máy, có hai phương pháp được áp dụng: Phương pháp thứ
nhất là tăng độ chính xác cơ khí của máy và phương pháp kia là điều chỉnh sai số
hiện có bằng phần mềm máy tính trong hệ điều khiển của máy. Để tạo ra máy có độ
chính xác cao hơn, có nhiều nỗ lực được dành cho thiết kế, chế tạo và bảo trì máy