Nâng cao độ chính xác biến dạng bánh răng bằng phương pháp bù sai số trên máy cắt dây DK7732

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-------------------

ĐỖ THANH MAI

NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG BÁNH RĂNG

BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÙ SAI SỐ TRÊN MÁY CẮT DÂY

DK7732

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy

Mã số :

Thái Nguyên, năm 2011

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả có đƣợc trong luận văn là do bản thân tôi

thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè. Ngoài tài

liệu tham khảo đã đƣợc liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và

chƣa đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào khác.

Thái Nguyên ,Ngày 20 tháng 10 năm 2011.

Ngƣời thực hiện

Đỗ Thanh Mai

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2

LỜI CẢM ƠN

Cùng với xu thế phát triển của xã hội, các nghành khoa học kỹ thuật cũng có

những bƣớc tiến vƣợt bậc. Đặc biệt là sản xuất cơ khí hiện đại đã dần dần thay thế

sản xuất truyền thống , các sản phẩm cơ khí ngày càng đòi hỏi độ chính xác, độ tin

cậy cao.

Với mong muốn nâng cao độ chính xác của các sản phẩm gia công trên máy

công cụ nói chung và máy cắt dây nói riêng . Dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS

Nguyễn Đăng Hoè, tác giả đã thực hiện đề tài : “Nâng cao độ chính xác biên

dạng bánh răng bằng phương pháp bù sai số trên máy cắt dây DK7732 ”.

Trong thời gian thực hiện đề tài, tác giả đã nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn

của nhà trƣờng, các Khoa, các Phòng, Ban chức năng, các thầy cô giáo và các bạn

đồng nghiệp.

Tác giả bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè,

Trƣờng Đại học Kỹ Thuật công nghiệp đã tận tình hƣớng dẫn trong quá trình thực

hiện luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa sau đại học, các giáo

viên giảng dạy và các đồng nghiệp.

Tác giả chân thành cảm ơn Trung tâm thí nghiệm và các giáo viên thuộc

trung tâm đã tạo điều kiện về thiết bị và giúp đỡ trong quá trình sử dụng thiết bị để

thực hiện luận văn.

Tác giả chân thành cảm ơn trƣờng Cao Đẳng Công Nghiệp Cẩm Phả đã tạo

mọi điều kiện về trang thiết bị thí nghiệm để thực hiện đề tài này.

Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc

chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót. Tác giả mong nhận đƣợc những ý kiến

đóng góp từ các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để Luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn !

Thái nguyên, Ngày 20 tháng 10 năm 2011.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3

Tóm tắt luận văn

Luận văn này đƣa ra một giải pháp nâng cao độ chính xác của bánh răng trụ

răng thẳng khi gia công trên máy cắt dây DK 7732 bằng phƣơng pháp bù sai số.

Thiết kế thí nghiệm toàn phần theo phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu để tìm ra lƣợng bù

tối ƣu sao cho giá trị sai số đạt đƣợc là hợp lý nhất.

Nội dung chính của luận văn là phân tích những nguyên nhân gây ra sai số

gia công và tìm cách khứ các sai số đó, tuy nhiên đó là một biện pháp hoàn chỉnh và

tốn kém. Chính vì vậy tác giả đề xuất một phƣơng pháp hiệu quả, đơn giản hơn : Đó

là kết hợp giữa phƣơng pháp lựa chọn chế độ cắt, tối ƣu (ti

, te) và phƣơng pháp bù

sai số tọa độ dịch chuyển (x, y) trong chƣơng trình NC. Các thí nghiệm đƣợc thiết

kế theo phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu RSN và phần mềm Minitab. Qua quá trình

thực nghiệm kết quả chính mà luận văn đạt đƣợc nhƣ sau :

 Phân tích đánh giá các nguyên nhân gây sai số.

 Thiết kế thí nghiệm bù sai số đơn giản và hiệu qủa .

 Ứng dụng phần mềm thiết kế thí nghiệm có khả năng hội tụ nhanh hơn và

độ chính xác cao hơn.

 Đƣa ra khoảng lƣợng bù tối ƣu và sai số đạt đƣợc ở vùng tối ƣu đƣợc

trình bày trong bảng dƣới đây.

 Phân tích đánh giá các nguyên nhân gây ra sai số khi gia công bánh răng

trụ răng thẳng trên máy cắt dây DK7732.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4

Giá trị tối ưu (ti

, te) để đạt được sai số bước răng nhỏ nhất.

TT Giá trị ( ti ) Giá trị ( te )

Giá trị sai s ố

Bước răng

1 65.4246 3.4203 0.0105

2 63.394 3,3429 0.0188

3 68.8091 3.4861 0.0225

Giá trị lượng bù và sai số khoảng pháp tuyến chung trong miền tối ưu.

TT Lượng bù X Lượng bù Y

Giá trị sai s ố

Khoảng pháp

tuyến chung

1 0.0919 0.0447 0.0165

2 0.088 0.0374 0.029

3 0.0956 0.0513 0.0257

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

5

MỤC LỤC

Đề mục Nội dung Trang

Phần mở đầu 13

CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT DÂY 15

1.1 Tổng quan về gia công tia lửa điện. 15

1.1.1 Đặc điểm gia công tia lửa điện của máy cắt dây CNC. 15

1.1.2 Khả năng công nghệ của phƣơng pháp gia công tia lửa điện

trên máy cắt dây CNC.

16

1.1.2.1 Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện 16

1.1.2.2 Phƣơng pháp gia công xung định hình. 16

1.1.2.3 Phƣơng pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện. 16

1.1.2.4 Các phƣơng pháp khác. 17

1.1.3 Cơ sở công nghệ của quá trình gia công tia lửa điện. 18

1.2 Máy cắt dây DK7732 24

1.2.1 Thông số kỹ thuật chính của máy cắt dây. 24

1.2.2 Đặc điểm của máy cắt dây DK 7732 25

1.3 Những xu hƣớng nghiên cứu gần đây về bù sai số cho máy

CNC

26

CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SAI SỐ BÁNH RĂNG

VÀ PHƢƠNG PHÁP KHẮC PHỤC SAI SỐ KHI GIA CÔNG

BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG TRÊN MÁY CẮT DÂY

DK7732

28

2.1 Các phƣơng pháp đánh giá sai số khi gia công bánh răng. 28

2.1.1. Phƣơng pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp một bên 28

2.1.2 Phƣơng pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp khít 34

2.1.3 Phƣơng pháp đo sai số tích luỹ bƣớc vòng 36

2.1.3.1 Đo theo sai lệch bƣớc góc 38

2.1.3.2 Đo theo sai số tích luỹ bƣớc sau nửa vòng quay của bánh

răng

39

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

6

2.1.3.3 Đo sai lệch bƣớc vòng trên vòng tròn đo 40

2.1.3.4 Đo sai lệch giới hạn bƣớc pháp cơ sở 41

2.1.3.5 . Đo sai lệch khoảng pháp tuyến chung 42

2.1.3.6 Đo độ đảo hƣớng tâm vành răng 44

2.1.3.7 Đo đƣờng kính vòng chia 45

2.1.3.8 Đo sai số prôfin răng 46

2.2 Phƣơng pháp khắc phục sai số khi gia công bánh răng trụ

răng thẳng trên máy cắt dây DK7732.

48

2.2.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ chính xác gia công khi gia

công trên máy cắt dây DK7732.

48

2.2.2 Phƣơng pháp khắc phục sai số. 52

2.3 Thiết kế thí nghiệm bù sai số. 52

2.3.1 Cơ sở tiến hành thí nghiệm: 52

2.3.2 Nội dung chính của phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu ( RSM) 53

2.3.3 Thiết kế hệ thống thí nghiệm. 54

2.3.3.1 Hệ thống thí nghiệm. 54

2.3.3.2 Thiết kế thí nghiệm 56

2.4 Kết luận chƣơng II 59

CHƢƠNG III: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 60

A KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC SAI SỐ BƢỚC RĂNG 60

3.1 Thí nghiệm sàng lọc:( sơ bộ) 60

3.2 Thí nghiệm xuống dốc 66

3.3 Thí nghiệm RSM 69

B KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC SAI SỐ KHOẢNG 77

3.1 Thí nghiệm sàng lọc. 77

3.2 Thí nghiệm xuống dốc 86

3.3 Thí nghiệm RSM 91

C Kết luận chƣơng III 101

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

7

CHƢƠNG IV : KẾT LUẬN 103

PHỤ LỤC

Phụ lục 1 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc

( 9 thí nghiệm)

105

Phụ lục 2 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc

( 10 thí nghiệm)

115

Phụ lục 3 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc

( 13 thí nghiệm)

126

TÀI LI ỆU THAM KH ẢO 140

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

8

CÁC TỪ VIẾT TẮT

CMC Coordinate Measuring Machine Máy đo toạ độ 3 chiều

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

CCD Central composite design. Thí nghiệm toàn phần

RSM Response Surface Methodology Phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu

3D 3 Dimension 3 chiều

2D 2 Dimension 2 chiều

FMS Flexible Manufacturing Systems Hệ thống sản xuất linh hoạt

WEDM Electrical Discharge Manufacturing Phƣơng pháp gia công cắt dây bằng

tia lửa điện

AEDG Abrasive Electrical Discharge Grinding Mài xung điện

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ / ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện.

Hình 1.2 Pha đánh lửa.

Hình 1.3 Sự hình thành kênh phóng điện.

Hình 1.4 Sự hình thành và bốc hơi vật liệu.

Hình 1.5 Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện.

Hình 1.6 Máy cắt dây DK7732

Hình 1.7 Một số sản phẩm gia công trên máy cắt dây DK7732

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên tắc đo sai số động học

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp kiểu ăn khớp một bên

Hình 2.3 Các sơ đồ đo bánh răng dùng bánh răng trung

Hình 2.4 Máy đo sai số tổng hợp dùng đòn trung gian

Hình 2.5 Máy đo sai số tổng hợp dùng thƣớc sin

Hình 2.6 Phân tích quá trình đo thuận nghịch

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp 2 bên

Hình 2.8 Sơ đồ máy đo độ dao động khoảng cách

Hình 2.9 Xác định khe hở mặt bên

Hình 2.10 Sự phân bố của răng gây nên sai số tích luỹ bƣớc

Hình 2.11 Phƣơng pháp đo sai lệch bƣớc góc

Hình 2.12 Phƣơng pháp đo theo sai số tích luỹ bƣớc sau nửa vòng quay

Hình 2.13 Sơ đồ đo sai lệch bƣớc

Hình 2.14 Sơ đồ đo sai lệch bƣớc cơ

Hình 2.15 Sơ đồ đo khoảng pháp tuyến chung

Hình 2.16 Sơ đồ đo độ đảo hƣớng tâm vành

Hình 2.17 Đo đƣờng kính vòng

Hình 2.18 Các phƣơng pháp tạo hình thân khai

Hình 2.19 Máy đo thân khai đơn

Hình 2.20 Máy đo thân khai Evonvienmet

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

10

Hình 2.21 Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt góc

Hình 2.22 Sơ đồ quy trình bù

Hình 2.23 Chi tiêt gia công

Hình 2.24 Máy đo toạ độ 3 chiều

Hình 3.1 Biểu đồ Pareto, Plot các thông số thí nghiệm

Hình 3.2 Phân tích hồi quy bậc 1 và ANOVA

Hình 3.3 Giá trị sai số tại các bƣớc xuống dốc

Hình 3.4 Phân tích hồi quy bậc 2 và ANOVA

Hình 3.5 Đồ thị sai số bƣớc răng phụ thuộc vào lƣợng bù ti

, lƣợng bù te

Hình 3.6 Đồ thị contuor miền cực trị

Hình 3.7 (a, b,c) Tối ƣu hóa sai số bƣớc răng.

Hình 3.8 Biểu đồ Pareto, Plot các thông số thí nghiệm.

Hình 3.9 Phân tích hồi quy bậc 2 và ANOVA

Hình 3.10 Gía trị sai số tại các bƣớc xuống dốc

Hình 3.11 Phân tích hồi quy bậc 2 và ANOVA

Hình 3.12 Đồ thị sai số phụ khoảng pháp tuyến chung thuộc vào lƣợng bù X,

lƣợng bù Y

Hình 3.13 Đồ thi contour miền cực trị

Hình 3.14 Tối ƣu hóa sai số khoảng pháp tuyến chung

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

11

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của máy cắt dây DK 7732

Bảng 2.1 Các xác lập biến thí nghiệm của độ chính xác bƣớc răng

Bảng 2.2 Các xác lập biến thí nghiệm của độ chính xác khoảng pháp tuyến

chung

Bảng 2.3 Các thông số thí nghiệm CCD của độ chính xác bƣớc răng

Bảng 2.4 Các thông số thí nghiệm CCD của độ chính xác khoảng pháp tuyến

chung

Bảng 3.1 Các xác lập biến thí nghiệm của độ chính xác bƣớc răng

Bảng 3.2 Bảng các bƣớc thí nghiệm

Bảng 3.3 Kết quả đo sai số bƣớc răng theo các bƣớc sơ bộ

Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm

Bảng 3.5 Kết quả đo bánh răng theo các bƣớc xuống dốc

Bảng 3.6 Sai số bƣớc răng phụ thuộc vào lƣợng bù ti

, te

Bảng 3.7 Các thông số thí nghiệm CCD của độc hính xác bƣớc răng

Bảng 3.8 Bảng thí nghiệm CCD

Bảng 3.9 Kết quả đo bánh răng theo thí nghiệm CCD

Bảng 3.10 Thí nghiệm CCD và kết quả

Bảng 3.11 Giá trị lƣợng bù và sai số trong miền tối ƣu

Bảng 3.12 Các xác lập biến thí nghiệm của độ chính xác khoảng pháp tuyến

chung

Bảng 3.13 Bảng các bƣớc thí nghiệm

Bảng 3.14 Kết quả đo sai số khoảng pháp tuyến chung theo các bƣớc sơ bộ

Bảng 3.15 Thí nghiệm sơ bộ và kết quả

Bảng 3.16 Kết quả đo sai số khoảng pháp tuyến chung theo các bƣớc xuống dốc

Bảng 3.17 Khoảng pháp tuyến chung phụ thuộc vào lƣợng bù theo x, y

Bảng 3.18 Các thông số thí nghiệm CCD của độ chính xác khoảng pháp

Tuyến chung

Bảng 3.19 Thí nghiệm CCD và kết quả

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

12

Bảng 3.20 Kết quả đo bánh răng theo thí nghiệm CCD

Bảng 3.21 Thí nghiệm CCD và kết quả

Bảng 3.22 Giá trị lƣợng bù và sai số miền tối ƣu

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

13

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài.

Một trong những thành tựu quan trọng nhất của tiến bộ khoa học kĩ thuật là

tự động hóa sản xuất. Phƣơng thức cao của tự động hóa sản xuất là sản xuất tích

hợp có sự hỗ trợ của máy tính (dây chuyền mềm). Trong hệ thống sản xuất tích hợp

thì máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng một vai trò rất

quan trọng. Sử dụng máy công cụ điều khiển số (CNC) cho phép giảm khối lƣợng

gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, tăng năng

suất, đồng thời rút ngắn đƣợc chu kỳ sản xuất. Chính vì vậy hiện nay, nƣớc ta và

các nƣớc trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi các máy điều khiển số (CNC).

Hiện nay, máy cắt dây điều khiển số DK7732 đƣợc dùng khá phổ biến ở Việt

Nam. Máy đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhƣ máy đo, đồng hồ đo, điện

gia dụng, cơ khí, xe ô tô, công nghiệp nhẹ...Trong lĩnh vực cơ khí, máy cắt dây

DK7732 thích hợp gia công các loại khuôn mẫu có độ chính xác cao, độ cứng cao,

độ rai cao, các linh kiện có hình thái phức tạp và các bản mẫu…

2. Ý nghĩa khoa học và Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

Ý nghĩa khoa học.

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 đƣợc quan tâm, lƣu 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, hƣớng nghiên cứu

xây dựng chƣơng 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.

Ý nghĩa thực tiễn.

Đề tài mang tính ứng dụng cao, phục vụ trực tiếp cho chƣơng trình đào tạo,

chuyển giao công nghệ của nhà trƣờng và đặc biệt là ứng dụng vào thực tế sản xuất,

gia công các chi tiết với độ chính xác gia công cao.