Nghiên cứu độ chính xác tái tạo ngược khi sử dụng trung tâm gia công VMC – 85S

Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 1(49)/năm 2009<br /> <br /> Kĩ thuật – Công nghệ<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ĐỘ CHÍNH XÁC TÁI TẠO NGƯỢC<br /> KHI SỬ DỤNG TRUNG TÂM GIA CÔNG VMC-85S<br /> Nguyễn Đăng Hòe - Trương Thị Thu Hương - Nguyễn Tuấn Hưng (Trường ĐH Kĩ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên)<br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, các sản phẩm cơ<br /> khí ngày càng có yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, độ chính xác gia công, mức độ tự<br /> động hóa, đặc biệt là sự phong phú về kiểu dáng, mẫu mã sản phẩm. Theo số liệu điều tra của Sở<br /> Công nghiệp Hà Nội, Công ty Song Long hàng năm cần trên 400 loại khuôn mẫu; Công ty Kim<br /> khí Thăng Long trong giai đoạn 2006 - 2010 cần tới 6500 bộ khuôn dập; Công ty Điện cơ Thống<br /> Nhất cần 100 bộ khuôn đúc áp lực, 300 bộ khuôn nhựa, 350 bộ khuôn dập; Công ty Xích líp<br /> Đông Anh cần tới 3000 bộ khuôn dập… Như vậy, nhu cầu của thị trường về khuôn mẫu ngày<br /> càng tăng. Ngoài ra, đa số các sản phẩm khuôn mẫu đều có yêu cầu cao về mặt công nghệ, kĩ<br /> thuật và khả năng tái tạo ngược sản phẩm để sản xuất các linh kiện có độ chính xác cao, trong<br /> khi năng lực sản xuất hiện tại của các doanh nghiệp trong nước mới chỉ đáp ứng được một phần<br /> nhỏ nhu cầu khuôn mẫu của thị trường.<br /> Với những lí do trên, việc nghiên cứu đánh giá độ chính xác tái tạo ngược nhằm phục vụ<br /> thiết kế các bộ khuôn mẫu có độ chính xác cao là rất quan trọng. Bài báo này gồm hai phần<br /> chính: Phần 1 nêu ứng dụng máy đo 3 chiều CMM - C544, các phần mềm CAD/CAM và trung<br /> tâm gia công VMC-85S vào kĩ thuật tái tạo ngược chi tiết càng để chân xe máy Future Neo của<br /> hãng Honda; Phần 2 phân tích và đánh giá độ chính xác tái tạo ngược nhằm dự báo sai số trong<br /> kĩ thuật ngược trên máy đo 3 chiều CMM - C544.<br /> <br /> Hình 1. Sản phẩm tái tạo ngược<br /> <br /> 2. Kĩ thuật tái tạo ngược chi tiết càng để chân xe máy Future Neo của hãng Honda<br /> 2.1. Đặc tính kĩ thuật cơ bản của sản phẩm<br /> - Kích thước bao: X: 369.350; Y: 196.071; Z: 71.519.<br /> - Vật liệu: Nhôm hợp kim.<br /> - Phương pháp chế tạo: Đúc áp lực trên máy ≥ 250 tấn.<br /> 2.2. Xây dựng mô hình bề mặt sản phẳng bằng máy đo tọa độ CMM - C544<br /> Sử dụng máy đo tọa độ CMM C544 để quét bề mặt chi tiết. Toàn bộ phần bề mặt quét<br /> được hiển thị ở dạng đám mây điểm.<br /> * Xây dựng lưới tam giác từ đám mây điểm<br /> Nối các điểm cạnh nhau để tạo thành các hình tam giác. Mật độ đám mây điểm được lựa<br /> chọn phụ thuộc mức độ chính xác của sản phẩm (Hình 2).<br /> <br /> 1<br /> <br /> Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 1(49)/năm 2009<br /> <br /> Kĩ thuật – Công nghệ<br /> <br /> Hình 2. Xây dựng lưới tam giác<br /> <br /> * Đơn giản hóa lưới tam giác<br /> Lưới tam giác được đơn giản hóa bằng cách giảm số lượng tam giác không cần thiết và<br /> tối ưu hóa vị trí các đỉnh. Sau đó, nối các cạnh của mỗi tam giác trong lưới sao cho các điểm<br /> hình học không thay đổi.<br /> * Chia nhỏ lưới<br /> Chia nhỏ lưới đã được đơn giản hóa để tạo bề mặt trơn theo ý muốn. Để tăng độ chính<br /> xác thì chia các ô lưới càng vuông càng tốt. Sau đó chuyển thành file CAD với các định dạng<br /> hoặc IGES, hoặc DXF, STL…<br /> 2.3. Các mô hình hình học<br /> Sau khi chuyển thành các file định dạng thích hợp chúng ta sẽ có mô hình CAD từ dữ<br /> liệu quét, ở một trong những dạng sau:<br /> - Mô hình hình học;<br /> - Mô hình lưới (Hình 4);<br /> - Mô hình bề mặt (Hình 5);<br /> <br /> Hình 3. Mô hình Lưới<br /> <br /> Hình 4. Mô hình bề mặt<br /> <br /> 2.4. Chỉnh sửa dữ liệu quét hình<br /> Dữ liệu quét thường không hoàn hảo, vì vậy, cần chỉnh sửa dữ liệu quét được nhờ các<br /> phần mềm chuyên dụng (Geomagic, Rapidform, Catia, Pro/ Engineer, Solidedge, Inventor).<br /> 2.5. Gia công sản phẩm bằng máy VMC 85S<br /> - Tạo bề mặt gia công từ bề mặt của sản phẩm;<br /> - Lập trình và mô phỏng quá trình gia công;<br /> - Truyền chương trình sang máy gia công VMC 85S qua cổng RS232 bằng phần mềm DNC.<br /> <br /> Hình 5. Sản phẩm gia công<br /> <br /> 3. Phân tích và đánh giá độ chính xác tái tạo ngược<br /> 3.1. Phân tích sai số<br /> <br /> 2<br /> <br /> Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 1(49)/năm 2009<br /> <br /> Kĩ thuật – Công nghệ<br /> <br /> Trong quá trình thiết kế và xây dựng, bề mặt từ dữ liệu đo là đám mây điểm thì các sai số<br /> tích lũy gồm:<br /> - Sai số do xây dựng lưới tam giác từ các đám mây điểm: Khi xây dựng lưới tam giác, do<br /> phải đơn giản hóa các điểm và xóa đi các điểm không cần thiết, mặt khác, ở những vùng khác<br /> nhau (vùng phẳng, gấp khúc, lồi lõm, giao nhau…) thì mật độ tam giác cũng khác nhau. Do đó<br /> đây chính là một nguyên nhân gây ra sai số.<br /> - Sai số do khi đơn giản hóa lưới tam giác: Khi đơn giản hóa lưới tam giác cần giảm số<br /> lượng tam giác không cần thiết và tối ưu hóa vị trí các đỉnh, tại những mặt cong hoặc những chỗ<br /> lồi lõm phức tạp thì các biên dạng của lưới liền kề được nối trực tiếp với nhau bởi đường thẳng<br /> hoặc Spline do đó cũng gây ra sai số.<br /> - Sai số do chia nhỏ ô lưới: Chia nhỏ lưới đã được đơn giản hóa để tạo bề mặt trơn theo ý<br /> muốn. Tùy mức độ trơn cần thiết, chia mật độ ô lưới khác nhau, mặt phẳng có thể chia các ô lưới<br /> to hơn so với những chỗ lồi lõm và những phần giao nhau. Khi chia nhỏ lưới, tùy theo trình độ và<br /> tư duy thiết kế của từng người, các khoảng lưới được chia khác nhau, do đó sai số khác nhau.<br /> - Sai số do xây dựng bề mặt: Quá trình xây dựng bề mặt từ các ô lưới tam giác, các bề<br /> mặt tạo thành đôi khi không trơn và không đồng nhất với nhau. Vì vậy, người thiết kế phải cắt<br /> xén phần bề mặt không phù hợp và tạo các bề mặt mới, bề mặt được tạo sẽ trơn và đẹp hơn. Tuy<br /> nhiên, khi vẽ các đường mới, do không còn đám mây điểm để cố định, chúng được nối với nhau<br /> bởi đường Spline. Vì vậy, đây cũng là nguyên nhân gây ra sai số tạo hình bề mặt.<br /> 3.2. Đánh giá độ chính xác về hình dáng hình học và vị trí tương quan<br /> Sau khi hoàn chỉnh mô hình, chế tạo và đo kiểm, kết quả được thể hiện ở bảng 2.2:<br /> Bảng 2.2. Sai số tái tạo ngược<br /> STT<br /> L1<br /> L2<br /> L3<br /> L4<br /> L5<br /> L6<br /> L7<br /> L8<br /> RL9<br /> RL10<br /> RL11<br /> RL12<br /> RL13<br /> RL14<br /> RL11<br /> <br /> Sản phẩm gốc<br /> 184.673<br /> 54.066<br /> 28.75<br /> 20.134<br /> 28.75<br /> 13.598<br /> 19.58<br /> 8.25<br /> 23.581<br /> 10.545<br /> 19.967<br /> 75.016<br /> 6.518<br /> 10<br /> 19.967<br /> <br /> Sản phẩm tái tạo ngược<br /> 184.619<br /> 54.019<br /> 28.83<br /> 20.102<br /> 28.78<br /> 13.658<br /> 19.69<br /> 8.33<br /> 23.378<br /> 10.395<br /> 20.099<br /> 75.147<br /> 6.671<br /> 9.897<br /> 20.099<br /> <br /> Sai số tuyệt đối<br /> 0.054<br /> 0.047<br /> -0.08<br /> 0.032<br /> -0.03<br /> -0.06<br /> -0.011<br /> -0.08<br /> 0.203<br /> 0.15<br /> -0.132<br /> -0.131<br /> -0.153<br /> 0.103<br /> -0.132<br /> <br /> 3.3. Dự báo kĩ thuật về độ chính xác tái tạo ngược trên máy đo 3 chiều CMM<br /> Kĩ thuật tái tạo ngược trên các máy đo CMM cho độ chính xác và độ tin cậy cao. Tuy<br /> nhiên, nó phụ thuộc nhiều vào công nghệ đo và trình độ người thiết kế. Với sản phẩm yêu cầu độ<br /> chính xác cao, cần chọn dải đo nhỏ (khoảng 0.05 - 0.25mm), sử dụng các phần mềm đủ mạnh và<br /> chuyên dùng khi xây dựng bề mặt để tối ưu được tọa độ các điểm và tạo lưới có bề mặt trơn mà<br /> không ảnh hưởng đến độ chính xác tạo hình sản phẩm.<br /> <br /> 3<br /> <br /> Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 1(49)/năm 2009<br /> <br /> Kĩ thuật – Công nghệ<br /> <br /> Ngoài ra, khi tái tạo ngược sản phẩm có độ chính xác cao, cần xét đến nhiều nguyên nhân<br /> gây ra sai số gia công như: ảnh hưởng của hệ thống công nghệ, nhiệt cắt, lực cắt, rung động, mòn<br /> dụng cụ... từ đó xác định sai số tổng hợp và đưa ra phương án bù sai số khi chế tạo và gia công sản<br /> phẩm. Phần bù sai số chế tạo sẽ được nhóm tác giả trình bày trong bài báo tiếp theo.<br /> 4. Kết luận<br /> Kết quả nghiên cứu ứng dụng các phần mềm CAD/CAM để xử lí dữ liệu đo 3 chiều trên máy<br /> CMM, xây dựng mô hình bề mặt, thiết kế chương trình gia công các chi tiết có hình dáng hình học<br /> phức tạp. Từ đó, đánh giá độ chính xác tái tạo ngược khi sử dụng trung tâm gia công VMC 85S đã<br /> tạo cơ sở để nghiên cứu nâng cao độ chính xác thiết kế - chế tạo khuôn mẫu.<br /> Định hướng nghiên cứu tiếp theo là: Nghiên cứu nâng cao độ chính xác chế tạo khuôn mẫu<br /> trên cơ sở kĩ thuật ngược bằng phương pháp bù sai số<br /> Tóm tắt<br /> Ngày nay, nhu cầu về thiết kế sản phẩm mới, tạo dáng công nghiệp và thiết kế lại từ các<br /> sản phẩm đã có cũng như nhu cầu về sản xuất, chế tạo khuôn mẫu có độ chính xác và độ phức<br /> tạp cao là rất lớn. Điều này có thể thực hiện được nhờ áp dụng công nghệ CAD/CAM/CNC và kĩ<br /> thuật tái tạo ngược. Tuy nhiên, quá trình sản xuất thường không hoàn hảo và gây sai số. Bài báo<br /> này trình bày nghiên cứu đánh giá độ chính xác tái tạo ngược khi sử dụng trung tâm gia công<br /> VMC 85S để tìm biện pháp bù sai số gia công và sai số thiết kế ngược nhằm nâng cao độ chính<br /> xác chi tiết gia công.<br /> Summary<br /> A study on reverse engineering accuracy evaluation by using machining center VMC - 85S<br /> Nowadays, requirements about new product design, copy sample and model redesign as<br /> well as requirements about prodution, manufacture pattern with high accuracy and complexity are<br /> very significant. They can be implemented by CAD/CAM/CNC technology and Reverse<br /> Engineering. However, manufacturing processes are not always perfect and cause errors. This<br /> article presents studies on reverse engineering accuracy evaluation when using machining center<br /> VMC - 85S to compensate machining error and reverse design error to enhance the accuracy of<br /> machined parts.<br /> Tài liệu tham khảo<br /> [1]. Trần Văn Địch (2000), Công nghệ gia công trên máy CNC, NXB KHKT;<br /> [2]. Nguyễn Đăng Hòe, Giáo trình công nghệ tạo mẫu nhanh - Trường ĐH KTCN-ĐHTN;<br /> [3]. Đặng Văn Nghìn (2004), Báo cáo tổng kết KHKT đề tài: Nghiên cứu công nghệ tạo mẫu<br /> nhanh để gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp. TP Hồ Chí Minh, 6/2004.<br /> [4]. Mechanical Design Solutions. Catia V5R16.<br /> [5]. Heidelberg (1991), Advanced Modelling for CAD/CAM System.<br /> [6]. Reverse Engineering.<br /> <br /> 4<br /> <br />