Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu đánh giá độ chính xác tái tạo ngược khi sử dụng trung tâm gia công vmc-85s.pdf
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP o0o - LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC TÁI TẠO NGƯỢC KHI SỬ DỤNG TRUNG TÂM GIA CÔNG VMC-85S Học viên : Nguyễn Tuấn Hưng Hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè THÁI NGUYÊN 2008 MỤC LỤC Trang Phần mở đầu Chương TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TÁI TẠO NGƯỢC 1.1 Kỹ thuật tái tạo ngược 1.2 Các phương pháp quét hình phổ biến 11 Phương pháp quang học 1.2.1 Máy quét laser 11 Máy quét dùng ánh sáng trắng 1.2.2 Phương pháp học 16 1.2.3 Máy đo toạ độ chiều CMM 16 1.3 Công nghệ CAD/CAM 21 1.3.1 Thiết kế với trợ giúp máy tính CAD 22 1.3.2 Sản xuất với trợ giúp máy tính CAM 24 1.3.3 Phần mềm sử dụng luận văn để sử lý liệu quét 27 1.3.3.1 Phần mềm Geomagic studio 27 1.3.3.2 Phần mềm Rapidform XOR 29 1.3.3.3 Phần mềm Catia 30 1.3.3.4 Phần mềm Mastercam 31 Chương HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Lựa chọn sản phẩm thực nghiệm tái tạo ngược 36 2.2 Quét hình bề mặt chi tiết 37 2.2.1 Gá đặt chi tiết 37 2.2.2 Khởi động kiểm tra hệ thống 37 2.2.3 Hiệu chuẩn đầu đo 38 2.2.4 Lập hệ toạ độ chương trình đo 39 2.2.5 Đo biên dạng bao quanh vật thể 40 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3 Xây dựng bề mặt 42 2.3.1 Các bước xây dựng bề mặt 42 2.3.1.1 Xây dựng lưới tam giác từ đám mây điểm 42 2.3.1.2 Đơn giản hoá lưới tam giác 43 2.3.1.3 Chia nhỏ lưới 44 2.3.2 Các mơ hình hình học 44 2.3.2.1 Mơ hình hình học 44 2.3.2.2 Mơ hình lưới 44 2.3.2.3 Mơ hình bề mặt 45 2.3.2.4 Mơ hình khối đặc 45 2.4 Chỉnh sửa mẫu từ liệu quét 45 2.5 Thiết kế bề mặt gia công 46 2.6 Thiết kế chương trình gia cơng NC 48 2.6.1 Lập trình gia cơng 48 2.6.2 Mơ phỏng, kiểm tra xuất chương trình NC 52 2.7 Truyền chương trình sang máy CNC 58 2.7.1 Các phương thức truyền chương trình sang máy gia cơng 58 2.7.2 Thiết lập tham số truyền 60 2.8 Điều chỉnh máy để gia công 61 Chương PHÂN TÍCH-ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC TÁI TẠO NGƯỢC 3.1 Sai số hình dáng hình học vị trí tương quan 3.2 Phân tích đánh giá độ xác gia cơng hình dáng hình học vị trí tương quan 65 66 3.2.1 Sai số quét hình 68 3.2.2 Sai số tạo lưới tam giác 71 3.2.3 Sai số đơn giản hố lưới tam giác 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2.4 Sai số chia nhỏ ô lưới 79 3.2.5 Sai số hiệu chỉnh bề mặt 79 3.3 Dự báo độ xác tái tạo ngược trung tâm gia công VMC-85S Chương 80 KẾT LUẬN 81 Tài liệu tham khảo 82 CÁC TỪ VIẾT TẮT CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo toạ độ chiều RE Reverse engineering Kỹ thuật tái tạo ngược Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Co-or Sys Coordinate System Hệ toạ độ VMC Vertical machining center Trung tâm gia công đứng CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing CNC Computer Numerical Control CAP Computer Aided Planning MRP Manufacturing Resource Planning CAPP Computer Aided Process Planning CAQ Computers Aided Quality Control PP&C Production Planning and control DNC Direct Numerical Control Thiết kế với trợ giúp máy tính Sản xuất có trợ giúp máy tính Điều khiển số máy tính l xu cơng nghệ Lập kế hoạch sản xuất điều khiển Điều khiển số trực tiếp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Một số sản phẩm tái tạo ngược Hình 1.2 Máy quét laser Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 1.3 Measuring System COMET Hình 1.4 Nguyên lý nhận điểm Hình 1.5 Cấu tạo máy CMM Hình 1.6 Các loại đầu dị dùng cho máy CMM Hình 1.7 Máy đo CMM thơng dụng kiểu cầu Hình 1.8 Máy CMM kiểu Grantry B&S Hình 1.9 Máy CMM kiểu Cantiver Tarrus Hình 1.10 Quy trình chỉnh sửa liệu quét Geomagic studio Hình 2.1 Càng để chân xe máy Future Neo Hình 2.2 Giao diện phần mềm GEOPAK Hình 2.3 Hiệu chuẩn đầu đo Hình 2.4 Thiết lập thơng số đo Hình 2.5 Dữ liệu quét hình Hình 2.6 Xây dựng lưới tam giác Hình 2.7 Đơn giản hố lưới tam giác Hình 2.8 Mơ hình lưới Hình 2.9 Mơ hình bề mặt Hình 2.10 Sản phẩm thiết kế hồn thiện Hình 2.11 Xây dựng bề mặt gia cơng Hình 2.12 Bề mặt gia cơng Hình 2.13 Thiết kế chương trình gia cơng Mastercam Hình 2.14 Kích thước sản phẩm Hình 2.15 Khai báo phơi, vật liệu hệ điều khiển Hình 2.16 Thiết lập thơng số cơng nghệ Hình 2.17 Các kiểu đường chạy dao thường dùng Hình 2.18 Mơ q trình gia cơng Hình 2.19 Giao diện phần mềm DNC Server Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.20 Cài đặt tham số truyền DNC Hình 2.21 Truyền nhận chương trình Hình 2.22 Set-up gốc toạ độ Hình 2.23 Bù đường kính dao Hình 2.24 Bù chiều dài dao Hình 2.25 Gia công chi tiết trung tâm gia công VMC-85S Hình 3.1 Bề mặt sản phẩm gia cơng Hình 3.2 Các kích thước đo kiểm Hình 3.3 Mặt qt hình song song Hình 3.4 Mặt qt hình trịn xoay Hình 3.5 Mặt quét hình phi tham số Hình 3.6 Dữ liệu biên mặt cong tam giác Hình 3.7 Mặt cong Gregory tam giác Hình 3.8 Mặt lưới đa thức chuẩn tắc bậc kép Hình 3.9 Mặt lưới Ferguson Hình 3.10 Mặt lưới Bezier bậc kép Hình 3.11 Mặt lưới B-spline bậc kép PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày với phát triển nhanh chóng khoa học cơng nghệ tất lĩnh vực sản phẩm khí ngày có u cầu cao chất lượng, độ xác gia cơng, mức độ tự động sản xuất đặc biệt yêu cầu kiểu dáng, mẫu mã sản phẩm phải thay đổi cách thường Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn xuyên linh hoạt Vì nhu cầu thiết kế phát triển sản phẩm chép mẫu thiết kế lại từ sản phẩm có, nhu cầu sản xuất, chế tạo khuôn mẫu có độ xác độ phức tạp cao lớn Thực tế địi hỏi phải phát triển cơng nghệ mới, có cơng nghệ CAD/CAM/CNC kỹ thuật tái tạo ngược (RE) Vì sau nhận định hướng giúp đỡ tận tình Thầy PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè tác giả chọn thực đề tài “Nghiên cứu đánh giá độ xác tái tạo ngược sử dụng trung tâm gia công VMC-85S" Vấn đề cấp bách, cần thiết có ý nghĩa thực tiễn cao giai đoạn Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu đề tài nhằm giải vấn đề sau: Ứng dụng kỹ thuật tái tạo ngược máy đo chiều CMM việc thiết kế gia cơng khn mẫu có độ xác cao Nghiên cứu đánh giá độ xác tái tạo ngược, nhằm đưa dự báo sai số thiết kế tái tạo ngược sai số gia công máy CNC từ có biện pháp bù sai số gia cơng sai số thiết kế tái tạo ngược Đối tượng nghiên cứu Máy : Trung tâm gia công VMC-85S, Máy đo chiều CMM- C544 Công nghệ : Kỹ thuật đo chiều CMM kỹ thuật tái tạo ngược Các phần mềm sử lý liệu đo thiết kế CAD/CAM Nội dung nghiên cứu Trong phạm vi nghiên cứu đề tài tác giả tập trung nghiên cứu vào vấn đề sau Tổng quan kỹ thuật tái tạo ngược Hệ thống công nghệ thực nghiệm Phân tích - Đánh giá độ xác tái tạo ngược Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Kết luận đề xuất hướng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, thực nghiệm giữ vai trị Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đánh giá độ xác tái tạo ngược sử dụng trung tâm gia công VMC - 85S từ liệu đo máy đo chiều CMM, đưa dự báo để khắc phục sai số gia công sai số tái tạo ngược Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết nghiên cứu đề tài ứng dụng trực tiếp thiết kế, tạo mẫu sản phẩm chế tạo khuôn mẫu Việt Nam Dự kiến kết đạt được: Từ nội dung nghiên cứu kỹ thuật tái tạo ngược sở sử dụng hệ thống thiết bị công nghệ trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, đề tài dự kiến đạt kết sau: Ứng dụng máy đo chiều CMM-C544 phần mềm CAD/CAM, trung tâm gia công VMC-85S kỹ thuật tái tạo ngược Phân tích đánh giá độ xác tái tạo ngược từ đưa dự báo sai số kỹ thuật tái tạo ngược máy CMM - C544 Chương TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TÁI TẠO NGƯỢC 1.1 Kỹ thuật tái tạo ngược Từ năm 90 kỷ trước, kỹ thuật tái tạo ngược nghiên cứu áp dụng lĩnh vực phát triển sản phẩm, đặc biệt lĩnh vực thiết kế mơ hình 3D từ mơ hình cũ có nhờ trợ giúp máy tính Kỹ thuật tái tạo ngược ngày phát triển theo phát triển máy quét hình, máy đo chiều phần mềm CAD/CAM Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trong công nghệ gia công truyền thống, để chế tạo sản phẩm từ ý tưởng nhu cầu sản xuất, người ta thiết kế mơ hình CAD gia cơng máy công cụ Tuy nhiên thực tế, người ta cần chế tạo theo mẫu có sẵn mà chưa (hoặc khơng) có mơ hình CAD tương ứng số loại sản phẩm sau: - Các sản phẩm đồ cổ - Những chi tiết ngừng sản xuất từ lâu - Những chi tiết không rõ xuất xứ - Những tác phẩm điêu khắc - Những chi tiết phức tạp - Các phận thể người động vật dùng kỹ thuật cấy ghép Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 67 RL10 10.545 10.395 0.15 RL11 19.967 20.099 -0.132 RL12 75.016 75.147 -0.131 RL13 6.518 6.671 -0.153 RL14 10 9.897 0.103 3.2.1 Sai số quét hình 3.2.1.1 Cơ sở lý thuyết mơ hình mặt lưới quét hình: Mặt quét hình định nghĩa quỹ đạo quét hình đường sinh dọc theo đường chuẩn Ta có loại mặt lưới qt hình sau: Mặt lưới quét hình song song Xét đường cong tham số g(u) d(v) (Hình 3.3) Nếu coi đường cong 3D sợi dây cứng ta tưởng tượng mặt cong quét hình song song mặt cong xác định quỹ đạo quét hình đường sinh g(u) dọc đường chuẩn d(v): r(u,v) = g(u) + d(v) - d(0) : ≤ u,v ≤ (3.1) đó: d(0) điểm đầu đường cong dẫn hướng Có thể mở rộng ý tưởng quét hình cho trường hợp đường cong tham số định nghĩa đỉnh điều khiển Bezier B-spline Đối với trường hợp Bezier bậc di chuyển đỉnh điều khiển V0, V1, V2, V3 dọc theo đường chuẩn d0(v), d1(v), d2(v), d3(v) Như mặt cong kết biểu diễn sau Hình 3.3 Mặt quét hình song song (3.2) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 68 Khi đường sinh đường cong cônic đường chuẩn đường bậc mặt cong qt hình gọi mặt bậc cơnic, sử dụng để thiết lập mặt cong kết nối biên Mặt lưới qt hình trịn xoay Đây dạng mặt cong sử dụng tương đối phổ biến Xét đường sinh s(u) mặt phẳng x-z (Hình 3.4a): s(u) = d(u)i - z(u)k = (d(u), 0, z(u)) (3.3) đó: i = (1, 0, 0) k = (0, 0, 1) Phương trình tham số mặt cong quét hình định nghĩa phép xoay tròn đường sinh (3.3) quanh trục z (Hình 3.4b) có dạng sau: r(u,θ) = (d(u)cosθ, d(u)sinθ, z(u)) = d(u)cosθ.i + d(u)sinθ.j + z(u).k (3.4) đó: d(u), z(u) đường sinh (3.3) Hình 3.4 Mặt qt hình trịn xoay Mặt qt hình phi tham số Ta biết mặt cong tham số r(u,v) suy biến thành mặt cong phi tham số x(u,v) ≡ u y(u,v) ≡ v: r(u,v) = {x(u,v), y(u,v), z(u,v)} ≡ {u,v,z(u,v)} ≡ (x,y,z(x,y)) (3.5) Thực tế phương trình tương đương với z = z(x,y) Xét trường hợp mặt cong Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 69 quét hình song song z = z(x,y) (Hình 3.5c) tạo đường sinh z = g(x) đường chuẩn z = d(y) (Hình 3.5a,b): z = g(x), x [x0, x1] z = d(y), y [y0, y1] Hình 3.5 Mặt cong quét hình phi tham số Theo định nghĩa mặt cong quét hình song song (3.1) mặt cong quét hình tham số xác định sau: z(x,y) = g(x) + d(y) - d(0) với x0 ≤ x ≤ x1; y0 ≤ y ≤ y1 (3.6) Có thể trình bày lại phương trình (3.6) dạng chuẩn: f(x,y,z) ≡ -g(x) - d(y) + z +d(0) = Từ xác định vectơ pháp tuyến N mặt cong quét hình (3.6) sau: (3.7) 3.2.1.2 Sai số quét hình Khi quét hình chi tiết gia công máy đo chiều CMM-C544, tác giả chọn phương pháp quét hình cắt lớp Khác với phương pháp quét laze, scan máy đo chiều phương pháp đo tiếp xúc, bề mặt phức tạp đòi hỏi phải tốn nhiều thời gian phải đo lấy liệu điểm, mật độ đo dày số điểm đo lớn tương ứng với độ xác cao, việc chọn mật độ phân bố điểm đo có ảnh hưởng lớn đến độ xác tái tạo ngược Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 70 Trong đề tài tác giả chia vùng chọn mật độ điểm để quét sau: Tại mặt cong phức tạp chọn mật độ điểm 0.5mm cho dải đo, biên dạng mặt cong trơn chọn mật độ dải đo 1mm Vì sử lý để xây dựng lưới tam giác có sai số bảng 3.1 3.2.2 Sai số tạo lưới tam giác 3.2.2.1 Cơ sở mặt lưới tam giác Gregory: Ta khảo sát vấn đề thiết lập mặt lưới tam giác từ đường biên ei(si) tiếp tuyến biên ngang ti(si) (Hình 3.6) cách áp dụng phép nội suy cho đường biên Khi xác định phương trình tham số đường biên tiếp tuyến biên ngang mặt cong cho trước 1/8 mặt cầu đơn vị (Hình 3.6) Có thể tham số hố cung trịn mặt phẳng x-y sau: x = cosθ ; y = sinθ Từ phương trình đường biên có dạng: e1(s1)=(0,cos(s1π/2),sin(s1π/2)): 0≤s1≤1 e2(s2)=( sin(s2π/2),0,cos(s2π/2)): 0≤s2≤1 e3(s3)=( cos(s1π/2),sin(s1π/2),0): 0≤s3≤1 Hình 3.6 Dữ liệu biên mặt cong tam giác Vì tiếp tuyến biên ngang song song với trục toạ độ nên ta biểu diễn chúng sau: t1 = (π/2, 0, 0); t2 = (0, π/2, 0); t3 = (0, 0, π/2) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 71 Để thiết lập mặt cong trơn láng từ liệu biên (Hình 3.6) cần xác định giới hạn tham số cho miền tam giác Xét tam giác V 1, V2, V3 đặt λi khoảng cách vng góc từ điểm V tam giác đến cạnh đối diện đỉnh Vi (Hình 3.7a): V = (λ1, λ2, λ3) Hình 3.7 - Mặt cong Gregory tam giác Như λi tạo nên toạ độ trọng tâm miền tam giác Ta xác định tham số si đường biên theo λi s1=λ3(λ2+λ3) s2=λ1(λ3+λ1) s3=λ2(λ1+λ2) Từ xác định hàm nội suy tuyến tính Taylor ri(si, λi) theo đường biên ei(si) tiếp tuyến biên ngang ti(si): ri(si, λi) = ei(si) + λiti(si) i = 1, 2, (3.8) Cuối mặt lưới Gregory tam giác giới hạn đường biên (Hình 3.7b) thiết lập phép kết nối lồi mặt cong nội suy tuyến tính Taylor: (3.9) : V(λ1, λ2, λ3) : Toạ độ trọng tâm, si : tham số đường cong Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 72 Giải thuật thiết lập mặt cong theo (3.9) gọi phép kết nối lồi mặt cong kết nội suy từ miền lồi giới hạn đường biên Ta mở rộng phương pháp để thiết lập mặt cong giới hạn mởi n đường biên; ngồi thiết lập mặt cong n cạnh theo giải thuật mặt Coons Giải thuật cịn gọi phép cong Lơgic Theo mặt lưới kết biểu diễn tổng Lôgic mặt cong thành phần: r(u,v) = r1(u,v) + r2(u,v) = r1(u,v) + r2(u,v) - r3(u,v) r3(u,v) phần giao r1(u,v) r2(u,v) 3.2.2.2 Sai số tạo lưới Bằng cách nối điểm cạnh để tạo thành hình tam giác, phần gấp khúc, lồi lõm hay phần giao bề mặt thường có mật độ điểm dày hơn, cịn mặt phẳng trơn có mật độ điểm thưa Do xây dựng lưới tam giác vùng khác có mật độ tam giác khác tùy thuộc vào độ phân giải vùng Khi nối tập hợp điểm thành tập hợp ô lưới tam giác ta thường phải đơn giản hố điểm xố điểm khơng cần thiết, nguyên nhân gây sai số xây dựng bề mặt từ lưới tam giác Tuy nhiên khác với quét hình phương pháp khơng tiếp xúc qt hàng triệu điểm vùng nhỏ, với đo chiều tiếp xúc số lượng điểm đo thường nhiều phụ thuộc vào chọn dải đo, phần lớn điểm đo dùng để tạo lưới tam giác Do sai số gây kỹ thuật chủ yếu chọn mật độ dải đo đo 3.2.3 Sai số đơn giản hố lưới tam giác 3.2.3.1 Sơ sở mơ hình mặt lưới đa thức tham số Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 73 Mơ hình sử dụng chủ yếu mơ hình hố mặt cong phức hợp từ ma trận điểm, mơ hình Ferguson, Bezier B-spline sử dụng phổ biến Một cách tổng quát có dạng mơ hình mặt lưới đa thức tham số bậc sử dụng phổ biến mơ hình hố mặt cong từ liệu điểm 3D tương ứng với mơ hình đường cong khảo sát: a Đường đa thức chuẩn tắc : r(u) = U A b Đường Ferguson : r(u) = U C S c Đường Bezier : r(u) = U M R d Đường B-spline : r(u) = U N R e Đường cong B-spline không : r(u) = U Nc R Mơ hình mặt lưới đa thức chuẩn tắc Mặt lưới đa thức chuẩn tắc bậc kép định nghĩa sau (3.10 a) hay dạng ma trận: r(u,v) = U D VT (3.10b) đó: r(u,v) đa thức vectơ bậc miền tham số (u,v) Khi đơn giản hố lưới sử dụng mơ hình để thiết lập mặt cong trơn láng nội suy qua (4x4) dãy điểm 3D {Pij ; i =0, ,3; j = 0, ,3} (Hình 3.8): Đặt giá trị tham số điểm góc lưới: P00 : u = v = 0, P03 : u = , v = 1, P30 : u = , v = 0, P33 : u = , v = Giá trị tham số điểm khác lấy theo chiều dài cát tuyến: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 74 Hình 3.8 Mặt lưới đa thức chuẩn tắc bậc kép Ví dụ điểm P11: Ta tăng bậc mặt lưới đến giá trị (mxn) cho mặt lưới nội suy qua (m+1) x (n+1) điểm Mơ hình nói chung khó trì tính liên tục đường biên mặt lưới có dạng phức tạp mặt lưới có xu hướng dao động bậc đa thức tăng Mơ hình mặt lưới Ferguson Ta sử dụng mặt lưới cách tiện dụng cách thiết lập mặt lưới nội suy qua điểm góc {Pij : i, j = 0,1} (Hình 3.9) Trong biểu thức (3.10) có 16 hệ số chưa biết nên cần xác định 16 hệ thức ràng buộc Điều kiện ràng buộc liên quan đến điểm góc bao gồm: r(i,j) = Pij : i,j = 0,1 (3.11) Điều kiện biên điểm góc lưới Pij : -Vectơ tiếp tuyến theo phương u: -Vectơ tiếp tuyến theo phương v: - Vectơ xoắn Pij: (3.12) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 75 Hình 3.9 Mặt lưới Ferguson Bằng cách giải 16 phương trình (3.11) (3.12) ta xác định hệ số dij Có thể biến đổi phương trình (3.10) thành phương trình Ferguson: r(u,v) = U D VT = U C Q CT VT , ≤ u,v ≤ (3.13) đó: C: Ma trận hệ số Ferguson Ta thấy phương trình đường cong Ferguson thực hàm kết nối điều kiện biên hàm Hermite bậc ta thiết lập mặt cong r(u,v) hàm kết nối đường biên tiếp tuyến biên ngang hàm Hermite bậc sau: Kết nhận phương trình mặt cong Ferguson (3.13) đạt kết tương tự bắt đầu với đường biên v = 0,1 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 76 Mặt khác mặt cong xác định hồn tốn điều kiện góc (P, s, t, x) gọi mặt cong tích tenxơ Mặt cong tích Tenxơ có cấu hình chữ nhật đối xứng (theo u v) có tính chất quan nêu Mơ hình mặt lưới Bezier Hãy xét dãy (4x4) đỉnh điều khiển {Vij} (Hình 3.10) Bằng cách kết nối đỉnh điều khiển đa thức Bernstein mặt lưới Bezier bậc kép định nghĩa sau: (3.14) Hình 3.10 - Mặt lưới Bezierbậc kép Có thể phát triển mơ hình mặt lưới Bezier bậc kép tới bậc (m x n): (3.15) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 77 Một số phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp sử dụng giá trị m = n = m = n = Khi m = n = ta cần 36 đỉnh điều khiển để thiết lập mơ hình mặt lưới Bezier bậc kép Mơ hình mặt lưới B-spline Tương tự mặt lưới Bezier bậc kép, mặt lưới B-spline bậc kép định nghĩa mặt cong tích Tenxơ đường cong B-spline đều: Ta lập mặt lưới B-spline với thứ bậc khác theo phương u v riêng biệt Hình 3.11 - Mặt lưới B-spline bậc kép 3.2.3.2.Sai số chọn mặt lưới Bằng cách giảm số lượng tam giác không cần thiết tối ưu hố vị trí đỉnh Sau nối cạnh tam giác lưới cho điểm hình học khơng thay đổi Sau đơn giản hoá bề mặt vật thể trơn có độ phân giải thấp Tuy nhiên giảm số lượng tam giác mặt cong chỗ lồi lõm phức tạp biên dạng lưới liền kề nối trực tiếp với đường thẳng Spline, nguyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 78 nhân gây sai số tạo hình bề mặt Trong sản phẩm tái tạo ngược tác giả giữ nguyên số lượng tam giác tạo bề mặt cong phức tạp nhằm nâng cao độ xác tạo hình, vùng bề mặt trơn tác giả giảm 1/3 số lưới tam giác nhằm giảm dung lượng độ phân giải bề mặt trơn hơn, nhiên nguyên nhân gây sai lệch kích thước bao hình 3.2 3.2.4 Sai số chia nhỏ lưới: Chia nhỏ lưới đơn giản hoá để tạo bề mặt trơn theo ý muốn Tùy mức độ trơn cần thiết mà ta chia mật độ lưới khác nhau, mặt phẳng chia lưới to so với chỗ lồi lõm phần giao Khi chia nhỏ lưới tuỳ theo trình độ tư thiết kế người khoảng lưới chia khác sai số khác Trong phần thực nghiệm vùng bệ mặt trơn đơn giản để đảm bảo độ trơn nhẵn cung lượn, vùng lồi, lõm phức tạp tác giả chia nhỏ từ 0.5 - 0.75 tam giác chỉnh sửa làm trơn bề mặt sai số bán kính hình 3.2 lớn 3.2.5 Sai số hiệu chỉnh bề mặt Quá trình xây dựng bề mặt từ lưới tam giác, bề mặt tạo thành khơng trơn khơng đồng với người thiết kế phải cắt xén phần bề mặt không phù hợp tạo đường để tạo bề mặt trơn đẹp Do vẽ đường khơng cịn đám mây điểm để cố định thơng số Spline sản phẩm vẽ tiếp tục có sai số tích luỹ Từ phân tích thấy sai số tái tạo ngược sử dụng máy đo chiều kiểu tiếp xúc nguyên nhân gây sai số chủ yếu chọn mật độ điểm đo dải đo Từ đưa dự báo kỹ thuật độ xác tái tạo ngược Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 79 3.3 Dự báo kỹ thuật độ xác tái tạo ngược trung tâm gia công VMC-85S Từ kết nghiên cứu tác giả sử dụng phần mềm CAD/CAM để sử lý xây dựng bề mặt sản phẩm từ liệu đo chiều máy CMM-C544 đưa số định hướng sau đây: - Kỹ thuật tái tạo ngược máy đo chiều CMM cho độ xác cao tin cậy Tuy nhiên phụ thuộc nhiều vào cơng nghệ đo trình độ người thiết kế Với sản phẩm có u cầu cao độ xác cần chọn dải đo nhỏ (khoảng 0.05- 0.25mm), công cụ thiết kế phần mềm phải đủ mạnh chuyên dùng xây dựng bề mặt ta tối ưu toạ độ điểm tạo lưới để tạo bề mặt trơn mà khơng ảnh hưởng đến độ xác tạo hình sản phẩm Ngồi lực trình độ thiết kế yếu tố định độ xác tái tạo ngược Khi cần tái tạo ngược sản phẩm có độ xác cao ngồi việc tối ưu thiết kế sử lý liệu phân tích cần xét đến ảnh hưởng độ xác gia cơng chế tạo sản phẩm, có nhiều nguyên nhân gây sai số gia công như: ảnh hưởng hệ thống công nghệ, ảnh hưởng nhiệt cắt, lực cắt, rung động, mòn dụng cụ Từ có sai số tổng hợp đưa phương án bù sai số chế tạo gia công sản phẩm Phần bù sai số chế tạo phải giải chuyên đề khác Chương KẾT LUẬN Với đề tài "Nghiên cứu đánh giá độ xác tái tạo ngược sử dụng trung tâm gia công VMC-85S” Tác giả hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, đề tài hoàn thành đạt kết sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 80 Trên sở hệ thống thiết bị bao gồm máy đo chiều CMM-544, trung tâm gia công VMC-85S trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp tài liệu liên quan, đề tài khai thác ứng dụng hệ thống thiết bị công nghệ cao nhà trường kỹ thuật tái tạo ngược đánh giá độ xác tái tạo ngược sử dụng máy CMM, kết nghiên cứu đề tài ứng dụng trực tiếp lĩnh vực sau: - Ứng dụng phần mềm Geomagic studio, Rapidfrom XOR, Catia, Mastercam để sử lý liệu đo chiều máy CMM, xây dựng mơ hình bề mặt thiết kế chương trình gia cơng chi tiết có hình dáng hình học phức tạp - Ứng dụng cơng nghệ cao thiết kế chế tạo khuôn mẫu - Là sở để nghiên cứu độ xác thiết kế - chế tạo khuôn mẫu Tuy nhiên đề tài vấn đề Việt Nam, tài liệu tham khảo tiếng Việt ít, mặt khác trình độ tác giả cịn hạn chế thời gian thực ngắn nên đề tài khơng tránh khỏi sai sót Trong tương lai, tác giả dự định tiếp tục phát triển luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ theo định hướng: Nghiên cứu nâng cao độ xác chế tạo khn mẫu sở ứng dụng kỹ thuật ngược Vì vậy, tác giả mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy cô bạn đồng nghiệp, để đề tài hoàn thiện có triển vọng phát triển tương lai Xin trân trọng cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Đặng Văn Nghìn tập thể tác giả-Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài: Nghiên cứu công nghệ tạo mẫu nhanh để gia công chi tiết có bề mặt phức tạp Thành phố Hồ Chí Minh tháng 06/2004 [2] PGS.TS.Nguyễn Đăng H – Giáo trình cơng nghệ tạo mẫu nhanh Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 81 [3] Trần Đức Quý – Giáo trình máy đo chiều Hà Nội tháng 02/2002 [4] Chế độ cắt gia cơng khí (NXB Đà Nẵng) [5] Tối ưu hố q trình gia công cắt gọt (NXB Giáo dục) [6] Quy Hoạch thực nghiệm (NXB Khoa học kỹ thuật) [7] Công nghệ gia công máy CNC (PGS.TS Trần Văn Địch – Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2000) [8] Dung sai lắp ghép (NXB Đà Nẵng) [9] Metrology of engineers - Fifth Edition (Luton College of higher Education) [10] Fundamental of Dimensional Metrology 3RD ED (ADIvision of International Thomson Limited) [11] Handbook of Dimentional Measurement (Industrial press inc - 200 Madison Avenue, New york, N.Y 10157) [12] Operation's manual for machining center Fanuc Series O-MD, O-MD (Fanuc Ltd 1998) [13] Mechanical Design Solutions 1,2,3 Catia V5R16 [14] Advanced Modelling for CAD/CAM System (Heidelberg 1991) [15] Mastercam Version 9.0 User Guide [16] Software Mastercam Version 9.0 [17] C.B Beesaut “ Computer Aided Design And Manufacture (New York – Toronto – Singapore) [18] Reverse Engineering (Google internet) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... Ứng dụng kỹ thuật tái tạo ngược máy đo chiều CMM việc thiết kế gia cơng khn mẫu có độ xác cao Nghiên cứu đánh giá độ xác tái tạo ngược, nhằm đưa dự báo sai số thiết kế tái tạo ngược sai số gia công. .. đề tài ? ?Nghiên cứu đánh giá độ xác tái tạo ngược sử dụng trung tâm gia công VMC-85S" Vấn đề cấp bách, cần thiết có ý nghĩa thực tiễn cao giai đoạn Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu đề tài... nghĩa khoa học: Nghiên cứu đánh giá độ xác tái tạo ngược sử dụng trung tâm gia công VMC - 85S từ liệu đo máy đo chiều CMM, đưa dự báo để khắc phục sai số gia công sai số tái tạo ngược Ý nghĩa thực
