- Nguyễn Trung Thiên Nghiên cứu bù sai số trong máy CNC bằng xử lý post-processor của phần mềm CAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Hoàng Vĩnh Sinh HÀ NỘI – 2010 1LỜI CAM ĐOAN Nội dung luận văn được nghiên cứu từ cơ sở lý thuyết về các sai số ảnh hưởng đến độ chính xác khi gia công trên máy CNC và các phương pháp bù sai số, trong đề tài này dưới sự hướng dẫn của T.S Hoàng Vĩnh Sinh tôi đã thực hiện một phương pháp mới để bù sai số bằng phần mền tự viết khi ứng dụng CAD/CAM CNC để gia công ( cụ thể hơn tức là bù sai số của máy trực tiếp trong file NC khi đã xuất từ chương trình CAM). - Với chức danh là một giảng viên của một trường Đại Học tôi xin cam đoan rằng những nội dung trong đề tài luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi. - Lịch sử nghiên cứu . - Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Tóm tắt những luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả . - Phương pháp nghiên cứu Chương TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC Giới thiệu chung. - Máy công cụ điều khiển số Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số Chuyển động của các trục và khái niệm về hệ tọa độ Chuyển động các trục Hệ toạ độ Chương SAI SỐ TRONG MÁY CNC Giảm sai số gia công Nguyên nhân sai số Các phương pháp giảm sai số Bù sai số hình học . - Phương pháp tổng hợp sai số động học . - Sự kiểm tra sai số hình học Thuật toán bù sai số (algorithm Bù sai số nhiệt Nhận dạng sai số nhiệt Mô hình sai số nhiệt. - Vị trí Sensor nhiệt Phương pháp tạo mô hình sai số nhiệt bền vững thông qua phân tích phương thức nhiệt. - Các mô hình nhiệt. - Cắt giảm mô hình Tạo mô hình sai số nhiệt bền vững Vị trí cảm biến nhiệt Tạo mô hình sai số nhiệt. - Mô phỏng số cho hình dáng biến dạng của của sai số nhiệt đơn giản. - Xác định vị trí cảm biến nhiệt dựa vào sự phân tích mô hình nhiệt Sự so sánh của kế hoạch xác định vị trí cảm biến nhiệt Mô hình sai số nhiệt và thẩm định sự bền vững. - Tóm tắt Kế hoạch bù sai số nhiệt dựa trên sự phân tích chu trình nhiệt. - Sơ đồ của sự phân tích chu trình nhiệt Chu trình cấu trúc và chu trình nhiệt Phân tích chu trình nhiệt và tạo mô hình. - Chứng minh số học Chương BÙ SAI SỐ TRONG BỘ ĐIỀU KHIỂN FANUC Giới thiệu. - Các quy ước và mã lệnh G/M-code trong hệ điều khiển Fanuc. - Các quy ước Mã lệnh G-code trong hệ điều khiển fanuc Ví dụ . - Bù sai số trong hệ điều khiển Fanuc Giới thiệu Bù sai số trong hệ Fanuc. - Thông số bù sai số bước vít me Chương BÙ SAI SỐ TRONG POST-PROCESSOR Giới thiệu Viết phần mềm điều khiển bằng ngôn ngữ C#. - 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Kí hiệu các trục toạ độ trên máy CNC Hình 1.2 Các trục toạ độ trên máy CNC Hình 2.1 Hình dáng biến dạng nhiệt cơ bản Hình 2.2 Bốn kiểu nhiệt đầu tiên cùng với phạm vi nhiệt và hằng số thời gian cho biến dạng dài của nhiệt Hình 2.3 Bốn kiểu nhiệt cùng với phạm vi nhiệt độ và hằng số thời gian cho biến dạng cong. - Hình 2.4 Hằng số thời gian và sự phân bố tải trọng biến dạng dài nhiệt Hình 2.5 Hằng số thời gian và phân bố tải trọng cho biến dạng cong nhiệt Hình 2.6 Vị trí cảm biến nhiệt Hình 2.7 So sánh vị trí cảm biến nhiệt Hình 2.8 Luồng nhiệt nhập vào cho sự mô phỏng số Hình 2.9 Kết quả mô hình sai số nhiệt cho sự tản nhiệt Hình 2.10 Kết quả tạo mô hình sai số nhiệt cho độ uốn nhiệt Hình 2.11 Khảo sát phép ngoại suy của mô hình sai số nhiệt cho sự giãn dài nhiệt47 Hình 2.12 Khảo sát phép ngoại suy của mô hình sai số nhiệt cho độ giãn của giãn nở nhiệt Hình 2.13 Khảo sát phép ngoại suy của mô hình sai số nhiệt Hình 2.14 Nguồn nóng vào cho sự khảo sát tần số nhạy Hình 2.15 Khảo sát tần số nhạy cho sự dãn nhiệt Hình 2.16 Khảo sát độ nhạy cho sự uốn nhiệt Hình 2.17 Thiết lập thí nghiệm cho mẫu thử giãn nhiệt Hình 2.18 Kết quả thí nghiệm của mẫu Hình 2.19 Kết quả đo được và tạo mô hình của thí nghiệm trục chính. - Hình 2.20 Tốc độ trục chính, sai số nhiệt đo được và dự đoán cho Hình 2.21 Sự biến đổi nhiệt độ sau mỗi mẫu thử Hình 2.22 Phân bố tải trọng của ba dạng nhiệt độ đầu tiên Hình 2.23 Sơ đồ của sự phân tích mô hình nhiệt Hình 2.24 Miêu tả vòng lặp cấu trúc Hình 2.25 Miêu tả mắt xích nhiệt cùng với biến dạng nhiệt và HTM Hình 2.26 Biểu đồ bố trí 2D của máy Hình 2.27 Phân tích chu trình nhiệt cho máy công cụ trong sự minh hoạ số Hình 2.28 Biến dạng nhiệt của các vị trí mắt xích Hình 2.29 Sai số nhiệt của sự di chuyển trục Hình 2.30 Sai số thể tích trong vùng làm việc của hình dạng danh nghĩa Hình 2.31 Sai số thể tích trong vùng làm việc cho sự thiết lập lại hình dáng Hình 3.1 Bảng điều khiển của hệ điều khiển Fanuc Hình 3.2 Mô phỏng quá trình gia công trong hệ Fanuc Hình 3.3 Kết nối với máy tính trong hệ Fanuc Hình 3.4 Các menu soạn thảo Hình 3.5 Các chương trình gia công tích hợp trên phần mềm điều khiển Hình 3.6 Khả năng gia công, mô phỏng phức tạp Hình 3.7 Hệ toạ độ trong hệ điều khiển Fanuc Hình 3.8 Màn hình và bảng điều khiển của máy CNC Funuc OC Hình 3.9 Thông số input để bù sai số Hình 3.10 Vị trí nhập dữ liệu bù sai số Hình 4.1 Gia công bằng phần mềm Mastercam Hình 4.2a. - Chọn đối tượng để xuất ra G1code trong Mastercam Hình 4.2b File NC xuất dưới mã code G Hình 4.3 Không gian hình học của máy DANH MỤC CÁC BẢNG TRA Bảng 2.1 Thông số và thuộc tính vật liệu của các yếu tố được đơn giản hoá Bảng 2.2 HTM cho sự minh hoạ số của phân tích chu trình nhiệt Bảng 2.3 Thông số biến dạng nhiệt cho mỗi mắt xích nhiệt Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm. - Điều khiển thích nghi CAD (Computer Aided Design. - Thiết kế có trợ giúp của máy tính. - Sản xuất có trợ giúp của máy tính. - Điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính. - Phương pháp giới hạn FEA (Finite Element Analysis)- Phân tích thành phần giới hạn FEM (Finite Element Method ) HTM (Homogeneous Transformation Matrix)- Ma trận dịch chuyển NC (Numerical Control. - Điều khiển số DMAP (Direct Matrix Abstraction Program)- Ma trận điều khiển MDFM (Multi-Degree-of-Freedom Measuring. - Mạng diện rộng PITE (Position Independent Thermal Errors)- Sai số nhiệt độc lập PDTE (Position Dependent Thermal Errors)- Sai số nhiệt phụ thuộc TCCN – Trung cấp chuyên nghiệp 1D, 2D, 3D - Điều khiển 1, 2, 3 chiều 9 PHẦN MỞ ĐẦU 1. - Gia công được các chi tiết phức tạp hơn - Qui hoạch thời gian sản xuất tốt hơn do có thể tính toán được chính xác thời gian máy. - Trên máy CNC, có khả năng gia công bằng nhiều dao nên có thể gia công nhiều bề mặt trong cùng một thời gian, thay đổi dụng cụ cũng được thực hiện tự động. - Tính linh hoạt cao hơn do việc thay đổi chương trình gia công nhanh chóng và đơn giản. - Độ chính xác gia công ổn định đều. - 10 Những nét ưu việt trên cho thấy rằng độ chính xác trong máy CNC là rất quan trọng và nó hoàn toàn quyết định tới chất lượng sản phẩm. - Tuy nhiên không phải máy CNC nào cũng đạt được độ chính xác tối ưu như mong muốn (1/1000) mà do nhiều nguyên nhân gây ra sai số sau một thời gian sử dụng nhất định. - Vì thế việc xác định phương pháp để bù lại những sai số cho máy CNC là hết sức cần thiết. - Nó đánh giá đựơc thực trạng của máy đang sử dụng, bằng việc bù này thì lượng sai số của máy giảm đáng kể để đảm bảo được độ chính xác của sản phẩm mà chi phí cũng như thời gian được tiết kiệm. - Các nhà thiết kế cũng đã dự đoán được các khả năng gây sai số trong máy sau một thời gian làm việc, tuy nhiên nó được bù trực tiếp trong hệ điều khiển bằng số lượng hạn chế ( chẳng hạn như sai số bước vít me, sai số động cơ…) những thông số mà không bù được sai sô tổng hợp của máy. - Chính vì thế đề tài này đưa ra một phương pháp bù tổng quát và hoàn toàn hợp lí bằng dữ liệu được xuất trực tiếp từ chương trình CAM. - Nó khẳng định rằng chúng ta có thể hoàn toàn chủ động để có thể bù lượng sai số trong máy sau khi kiểm tra bằng một phương pháp mới. - Bên cạnh đó chi phí cho phương pháp bù này là không đáng kể. - Tuy nhiên chúng ta vẫn phải khảo sát tỉ mỉ để tìm ra sai số của máy, nó đòi hỏi về thời gian và trang thiết bị để cung cấp những số liệu chính xác. - Trên đây là những thông tin quan trọng để chỉ ra rằng việc bù sai số trong máy CNC bằng một phương pháp mới là rất cần thiết và cần được tiến hành ngay càng sớm càng tốt. - Lịch sử nghiên cứu. - Nghiên cứu sai số và bù sai số trong máy CNC là một lĩnh vực rộng, đã và đang được các nhà khoa học trên toàn thế giới nghiên cứu trên nhiều phương diện khác nhau chẳng hạn như phương pháp tích phân toán học, phương pháp tạo mô hình sử dụng cảm biến để đo biến dạng sai số nhiệt, phương pháp trực tiếp và phương pháp gián tiếp…Tất nhiên mỗi phương pháp sẽ mang lại những kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn nhất định. - Các đề tài mà các nhà khoa học đã công bố chủ yếu tập trung vào khảo sát sai số và bù sai số trong phần điều khiển của máy chẳng hạn như: 11Abbaszadeh-Mir, Y., Mayer, J., Cloutier, G. - and Fortin, C., 2002 đã nghiên cứu lý thuyết và sự mô phỏng cho các vị trí sai số hình học cho máy CNC 5 trục. - and Fraser, S., 1999a nghiên cứu phương pháp luận tạo mô hình bù sai số cho biến dạng nhiệt cho máy công cụ điều khiển số. - and Ni, J., 2001 nghiên cứu đánh giá sai số hình học và xác định vị trí kiểm tra. - and Ni, J., 1996 nghiên cứu tạo mô hình sai số nhiệt cho sự bù sai số. - Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng và phạm vi nghiên cứu. - Để có được cơ sở lý thuyết về các dạng sai số ảnh hưởng đến độ chính xác CNC và phát triển phương pháp bù sai số, mục đích nghiên cứu của đề tài tập trung vào: Các loại sai số phổ biến trên máy CNC, nguyên nhân, phương pháp đánh giá và kiểm tra. - Tổng quan về một hệ điều khiển phổ biến cho máy CNC ở nước ta ( hệ điều khiển Fanuc) và phương pháp bù sai số trực tiếp trong hệ điều khiển Fanuc. - phương pháp bù sai số bước. - Sau khi đã tổng hợp được kiến thức cơ bản, đề tài sẽ phát triển một phương pháp mới để bù sai số cho máy bằng cách viết phần mềm để xử lý số liệu trong postprocessor khi đã xuất ra dưới dạng câu lệnh NC để bù lại sai số theo kết quả đã khảo sát sai số của máy( kết quả trong phần phụ lục). - Cuối cùng kiểm chứng sự hiệu quả khi bù sai số bằng phần mềm. - Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. - Đối tượng nghiên cứu là tìm hiểu về các số của máy CNC xảy ra trong quá trình gia công. - Việc nghiên cứu thí nghiệm được tiến hành với các điều kiện sau. - Máy thực nghiệm: Máy phay CNC SH50M - Máy đo laser - Vật liệu gia công là thép C45 12- Gia công hốc tròn bằng dao phay trụ hợp kim. - Bằng việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các sai số và phương pháp bù sai số trong máy CNC kết hợp với thực nghiệm, luận văn cần đưa ra được một phương pháp mới để bù sai số trong máy CNC khi ứng dụng phần mềm CAD/CAM bất kì. - Xây dựng một phần mềm để bù lại sai số của máy theo kết quả sai số đã đo được bằng thực nghiệm và ứng dụng cho tất cả các máy CNC. - Ứng dụng cho tất các các máy CNC trên thị trường hiện nay, không cần can thiệp vào bộ điều khiển của máy. - Làm cơ sở để phát triển cho các phương pháp bù sai số khác. - Tạo cơ sở nghiên cứu tại đơn vị và là phương pháp mới nhất được ứng dụng bù sai số trong máy CNC. - Phương pháp nghiên cứu Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. - Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu các ảnh hưởng của sai số và phương pháp bù sai số trong máy CNC. - Thực nghiệm để tìm ra các vị trí sai số trong máy CNC cụ thể, lấy cơ sở dữ liệu để viết phần mềm bù lại sai số đó. - Kiểm chứng gia công bằng sử dụng phần mềm bù sai số. - 13CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 1.1 Giới thiệu chung. - Vào cuối những năm 40 học viện công nghệ MIT Hoa Kỳ bắt đầu thực hiện đề án nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển số. - Năm 1960 các hệ điều khiển số được chế tạo tương ứng với trình độ kỹ thuật của các công nghệ bóng đèn điện tử và rơle (cơ/điện/thuỷ lực), máy kích thước lớn, rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường khác nhau và giá cả thì rất đắt đỏ. - Từ sau những năm 1960, bóng đèn điện tử được thay dần bằng các phần tử bán dẫn rời rạc, đi ốt, và tranzito ( đèn 3 cực), thế nhưng những linh kiện đơn lẻ vẫn đòi hỏi có thể tích chiếm chỗ đủ lớn, còn rất nhiều mối hàn và các ổ cắm, các ghép nối vừa tốn kém khi chế tạo vừa hạn chế độ tin cậy khi vận hành điều khiển. - Những thông tin điều khiển được ghi trên băng đục lỗ nên dung lượng thấp và phải đọc từng bước trong quá trình gia công, khi gia công nhiều chi tiết giống nhau vẫn phải đọc băng đục lỗ cho từng lần gia công. - Khi thay đổi chương trình điều khiển chẳng hạn như muốn thay đổi chế độ cắt cho phù hợp đòi hỏi phải làm lại băng đục lỗ. - Vào những năm 70, kỹ thuật điều khiển số nhanh chóng ứng dụng các tiến bộ của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp: những hệ NC sử dụng những bản mạch lôgíc được thay thế bởi các bộ nhớ có dung lượng đủ lớn. - do nối ghép các cụm vi tính vào hệ điều khiển số mà những phần cứng trước đây được thay thế bằng những phần mềm linh hoạt hơn. - Dung lượng bộ nhớ ngày càng được mở rộng tạo điều kiện lưu giữ trong hệ điều khiển số trước hết là từng chương trình đơn lẻ, sau đó là cả một thư viện chương trình lại có thể sửa đổi chương trình đã lập một cách dễ dàng thông qua việc cấp lệnh bằng tay, thao tác trực tiếp trên máy. - Các hệ thống CNC 14được chế tạo hàng loạt theo các công thức xử lý đa chức năng dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau. - Việc cài đặt các cụm vi tính trực tiếp vào hệ NC để trở thành CNC (Computer Numerical Control) đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng, cho chúng ta có thể ứng dụng được máy công cụ điều khiển số CNC ngay cả trong các xí nghiệp vừa và nhỏ không có phòng lập trình riêng, điều đó có nghĩa là người điều khiển máy có thể lập trình trực tiếp trên máy. - Những dữ liệu được nhập vào, nội dung lưu trữ trên máy, thông báo về tình trạng hoạt động của máy cùng các chỉ dẫn cần thiết khác cho người điều khiển máy đều được hiển thị trên màn hình. - Lúc đầu màn hình của các hệ điều khiển số chỉ là màn hình đen trắng với các ký tự chữ cái và con số nay đã sử dụng các màn hình mầu đồ hoạ với độ phân giải cao, biên dạng của chi tiết gia công, chuyển động của dao cụ đều được hiển thị, có thể mô phỏng chi tiết gia công theo 3 chiều kích thước (3D). - Trong những năm gần đây sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin, sự phát triển của công nghệ Hig-Tech ngày càng tạo ra được những thế hệ máy công cụ điều khiển số ngày càng ưu việt hơn, đáp ứng được những yêu cầu cao của thị trường. - Ngoài những ưu điểm cơ bản của máy và công nghệ CNC như độ chính xác cao của sản phẩm, đáp ứng nhanh về số lượng và thích ứng nhanh với thị trường về mẫu mã sản phẩm thì những ưu điểm nổi bật chỉ có ở máy CNC nữa là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “điện tử-số hoá”, cho phép nối ghép với hệ thống xử lý trong phạm vi toàn xí nghiệp tạo điều kiện mở rộng việc tự động hoá toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật quản lý hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ (LAN) hay mạng liên thông toàn cầu (WAN). - Xét về bản chất của các máy điều khiển theo chương trình số, từ các máy NC đầu tiên với bộ xử lý là được áp dụng công nghệ đèn điện tử, rơle đến các phần tử 15bán dẫn rời rạc, điốt, và tranzito ( đèn 3 cực ) và sau đó là đã áp dụng các tiến bộ của kỹ thuật vi điện tử, vi mạch tích hợp và siêu vi mạch cũng chỉ là để sử lý các hệ thống dữ liệu đầu vào cho hệ thống điều khiển số. - 1.2 Máy công cụ điều khiển số 1.2.1 Các hệ thống dữ liệu cần nạp cho máy công cụ điều khiển số. - Một máy công cụ điều khiển số muốn hoạt động được thì nó yêu cầu phải được cung cấp các hệ thống dữ liệu, nó được coi như một thứ ngôn ngữ chung để giao tiếp giữa người với máy. - Khi ta soạn thảo chương trình cho một hệ thống điều khiển số thì có nghĩa là ta đưa toàn bộ các thông tin cần thiết để chế tạo một chi tiết xác định trên máy công cụ trở thành dạng có thể hiểu được cho hệ điều khiển của máy và thông báo cho nó theo một hình thức thích hợp. - Các dữ liệu đó bao gồm: a- Các thông tin hình học ( đó là các dữ liệu tạo hình hay các số liệu về đường dịch chuyển của dụng cụ cắt trong quá trình gia công. - Chuyển động của các trục được điều khiển đơn giản hơn và logic hơn qua các tọa độ. - Trong các máy gia công hệ tọa độ Đề các phổ biến hơn
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt