(NB) Giáo trình Công nghệ chế tạo máy cung cấp những phần lý thuyết cơ bản nhất trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy, những yếu tổ ảnh hưởng đến chất lượng khi gia công cơ khi, đồng thời giới thiệu các phương pháp gia công thông dụng để tạo ra các dạng bề mặt đạt yêu cầu khác nhau về chất lượng gia công.
Những khái niệm cơ bản
Giới thiệu chung
Ngành Chế tạo máy đóng vai trò then chốt trong việc sản xuất thiết bị và công cụ cho mọi lĩnh vực kinh tế, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các ngành này Do đó, việc phát triển khoa học và công nghệ trong lĩnh vực chế tạo máy là vô cùng quan trọng, nhằm thiết kế và hoàn thiện các phương pháp chế tạo, tổ chức và điều khiển quy trình sản xuất để đạt hiệu quả kinh tế tối ưu.
Công nghệ chế tạo máy là lĩnh vực khoa học kỹ thuật tập trung vào nghiên cứu, thiết kế và tổ chức quá trình sản xuất sản phẩm cơ khí, nhằm đạt được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật trong quy mô sản xuất cụ thể Nó không chỉ là lý thuyết hỗ trợ cho việc chuẩn bị và tổ chức sản xuất hiệu quả, mà còn nghiên cứu các quá trình hình thành bề mặt chi tiết và lắp ráp chúng thành sản phẩm hoàn chỉnh.
Công nghệ chế tạo máy là một lĩnh vực học tập kết nối chặt chẽ giữa lý thuyết và thực tiễn sản xuất Nó được hình thành từ kinh nghiệm thực tế, trải qua nhiều lần kiểm nghiệm để cải thiện kỹ thuật Việc áp dụng công nghệ này vào sản xuất giúp giải quyết các vấn đề thực tế phức tạp Do đó, phương pháp nghiên cứu trong Công nghệ chế tạo máy cần phải gắn liền với điều kiện sản xuất thực tế.
Ngày nay, tự động hóa và điều khiển quá trình sản xuất thông qua điện tử hóa và máy tính là xu hướng chủ đạo trong ngành chế tạo máy Công nghệ chế tạo máy tập trung vào việc nghiên cứu các chi tiết gia công, đặc biệt là hình thành bề mặt và lắp ghép chúng thành sản phẩm hoàn chỉnh Để nâng cao chất lượng công nghệ chế tạo, cần có hiểu biết sâu rộng về các môn khoa học cơ bản như sức bền vật liệu, nguyên lý máy, chi tiết máy và máy công cụ.
Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt là những kiến thức cơ bản, trong khi các môn học như Tính toán và thiết kế đồ gá, Thiết kế nhà máy cơ khí và Tự động hóa quá trình công nghệ sẽ cung cấp sự hỗ trợ quan trọng cho môn Công nghệ chế tạo máy Những lĩnh vực này có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, góp phần nâng cao hiệu quả trong quá trình học tập và ứng dụng công nghệ chế tạo máy.
Môn học Công nghệ chế tạo máy trang bị cho người học kiến thức vững chắc về các phương pháp gia công chi tiết với hình dáng, độ chính xác và vật liệu đa dạng Học viên sẽ phát triển khả năng phân tích, so sánh ưu nhược điểm của từng phương pháp để lựa chọn phương pháp gia công phù hợp nhất Bên cạnh đó, môn học còn giúp sinh viên nắm bắt quy trình công nghệ hoàn thiện, áp dụng kỹ thuật mới và các biện pháp tổ chức sản xuất tối ưu nhằm nâng cao năng suất lao động.
“ Mục đích cuối cùng của Công nghệ chế tạo máy là nhằm đạt được: chất lượng sản phẩm, năng suất lao động và hiệu quả kinh tế cao ”.
Quá trình sản xuất và quá trình công nghệ
Quá trình sản xuất là hoạt động của con người nhằm tác động vào tài nguyên thiên nhiên, biến đổi chúng thành sản phẩm phục vụ cho nhu cầu và lợi ích của con người.
Trong một nhà máy cơ khí, quá trình sản xuất bao gồm các hoạt động thiết yếu nhằm chuyển đổi nguyên vật liệu và bán thành phẩm thành sản phẩm cuối cùng Quá trình này được chia thành các quá trình chính như tạo phôi (đúc, rèn, dập), gia công cơ khí, nhiệt luyện, lắp ráp và kiểm tra, cùng với các quá trình phụ như vận chuyển, sửa chữa thiết bị, sơn lót và bao bì đóng gói.
Trong quá trình sản xuất trực tiếp, có sự thay đổi về trạng thái và tính chất của đối tượng sản xuất Đối với ngành sản xuất cơ khí, những thay đổi này rất quan trọng và bao gồm nhiều yếu tố khác nhau.
- Thay đổi trạng thái hình học (kích thước, hình dáng, vị trí tương quan giữa các bộ phận của chi tiết )
- Thay đổi tính chất (tính chất cơ lý như độ cứng, độ bền, ứng suất dư ) Quá trình công nghệ bao gồm:
- Quá trình công nghệ tạo phôi: hình thành kích thước của phôi từ vật liệu bằng các phương pháp như đúc, hàn, gia công áp lực
- Quá trình công nghệ gia công cơ: làm thay đổi trạng thái hình học và cơ lý tính lớp bề mặt
- Quá trình công nghệ nhiệt luyện: làm thay đổi tính chất cơ lý của vật liệu chi tiết cụ thể tăng độ cứng, độ bền
Quá trình công nghệ lắp ráp đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí tương quan giữa các chi tiết Qua các mối lắp ghép, các thành phần được kết nối với nhau, từ đó hình thành nên sản phẩm hoàn thiện.
Quá trình công nghệ cho một đối tượng sản xuất cần được xác định phù hợp với yêu cầu về chất lượng và năng suất Khi đã xác định được quá trình công nghệ hợp lý và ghi lại thành văn kiện, các tài liệu này sẽ được gọi là quy trình công nghệ.
Các dạng sản xuất
1.3.1 Sản lượng và sản lượng hàng năm
Sản lượng là tổng số máy, chi tiết hoặc phôi được sản xuất trong một khoảng thời gian nhất định, như năm, quý hoặc tháng Để xác định sản lượng hàng năm của một chi tiết, ta sử dụng công thức cụ thể.
Trong đó: N- số chi tiết được sản xuất trong một năm;
N1- số sản phẩm ( số máy) được sản xuất trong một năm; m- số chi tiết trong một sản phẩm (số máy);
- số chi tiết được chế tạo thêm để dự phòng ( = 57%)
Nếu tính đến số % chi tiết phế phẩm (chủ yếu trong các phân xưởng đúc và rèn) thì ta có công thức xác định N như sau:
Số lượng máy móc, chi tiết hoặc phôi được sản xuất theo một bản vẽ cụ thể được gọi là xeri (loạt) Mỗi loại máy mới khi ra mắt đều được gán một số xeri (số loạt) riêng biệt.
Dạng sản xuất là khái niệm tổng hợp quan trọng, giúp xác định hợp lý các chiến lược, biện pháp công nghệ và tổ chức sản xuất nhằm tạo ra sản phẩm đạt tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật Các yếu tố đặc trưng của dạng sản xuất bao gồm nhiều khía cạnh cần thiết để tối ưu hóa quy trình sản xuất.
- Tính ổn định của sản phẩm
- Tính lặp lại của quá trình sản xuất
- Mức độ chuyên môn hoá trong sản xuất
Tuỳ theo các yếu tố trên mà người ta chia thành 3 dạng sản xuất :
- Sản xuất hàng khối a Dạng sản xuất đơn chiếc
Dạng sản xuất đơn chiếc có đặc điểm là:
- Sản lượng hàng năm ít, thường từ một đến vài chục chiếc
- Sản phẩm không ổn định do chủng loại nhiều
- Chu kỳ chế tạo không được xác định Đối với dạng sản xuất này ta phải tổ chức kỹ thuật và công nghệ như sau:
- Sử dụng các trang thiết bị, dụng cụ công nghệ vạn năng để đáp ứng tính đa dạng của sản phẩm
- Yêu cầu trình độ thợ cao, thực hiện được nhiều công việc khác nhau
- Tài liệu hướng dẫn công nghệ chỉ là những nét cơ bản, thường là dưới dạng phiếu tiến trình công nghệ b Dạng sản xuất hàng loạt
Dạng sản xuất hàng loạt có đặc điểm là:
- Sản lượng hàng năm không quá ít
- Sản phẩm tương đối ổn định
- Chu kỳ chế tạo được xác định
Dựa vào sản lượng và độ ổn định của sản phẩm, quy trình sản xuất được chia thành ba loại: sản xuất loạt nhỏ, loạt vừa và loạt lớn Sản xuất loạt nhỏ tương tự như sản xuất đơn chiếc, trong khi sản xuất loạt lớn gần giống với sản xuất hàng khối.
Dạng sản xuất hàng khối có đặc điểm là:
- Sản lượng hàng năm rất lớn
- Sản phẩm rất ổn định
- Trình độ chuyên môn hóa sản xuất cao Đối với dạng sản xuất này ta phải tổ chức kỹ thuật và công nghệ như sau:
- Trang thiết bị, dụng cụ công nghệ thường là chuyên dùng
- Quá trình công nghệ được thiết kế và tính toán chính xác, ghi thành các tài liệu công nghệ có nội dung cụ thể và tỉ mỉ
- Trình độ thợ đứng máy không cần cao nhưng đòi hỏi phải có thợ điều chỉnh máy giỏi
- Tổ chức sản xuất theo dây chuyền
Sản xuất hàng khối cho phép sử dụng công nghệ tiên tiến và nâng cao mức độ cơ khí hóa, tự động hóa trong quy trình sản xuất Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc tổ chức các dây chuyền gia công chuyên môn hóa, với máy móc được sắp xếp theo thứ tự nguyên công của quá trình công nghệ.
Hiệu quả kinh tế khi chế tạo số lượng lớn sản phẩm được tính theo công thức: n S l S k c
Ở đây: N – số đơn vị sản phẩm:
C – chi phí cho việc thay đổi từ dạng sản xuất hàng loạt sang dạng sản xuất hàng khối
Sl – giá thành của một đơn vị sản phẩm trong sản xuất hàng loạt;
Giá thành của một sản phẩm trong sản xuất hàng khối được xác định bởi sản lượng và mức độ chuyên môn hóa của nhà máy cho từng loại sản phẩm cụ thể Để đạt hiệu quả tối ưu trong sản xuất hàng khối, điều kiện lý tưởng là chỉ chế tạo một loạt sản phẩm với kết cấu duy nhất.
Với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, cấu trúc sản phẩm cần được cải tiến để nâng cao chất lượng Do đó, quy trình công nghệ cũng cần được điều chỉnh phù hợp.
Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, phương pháp sản xuất dây chuyền (bao gồm gia công và lắp ráp) được sử dụng phổ biến Các máy móc được sắp xếp theo thứ tự các nguyên công, với số vị trí và năng suất được tính toán để đảm bảo tính đồng bộ, tránh tình trạng đình trệ giữa các nguyên công Để duy trì sự đồng bộ của dây chuyền sản xuất, cần tuân thủ nhịp sản xuất nhất định.
Nhịp sản xuất là khoảng thời gian lặp lại chu kỳ gia công ( hoặc lắp ráp) và được tính bằng công thức: t = q
F Ở đây: t – nhịp sản xuất (phút);
F – thời gian làm việt tính theo ca, tháng, năm (phút ); q – số lượng sản phẩm (hoặc chi tiết) được chế tạo ra trong thời gian F
Trong một ngày làm việc 8 giờ, tổng thời gian làm việc là 480 phút, trong đó gia công được 160 chi tiết Nhịp sản xuất được tính toán là 3 phút cho mỗi chi tiết, bao gồm cả thời gian vận chuyển Điều này có nghĩa là thời gian cho mỗi nguyên công là 3 phút hoặc bội số của 3 Ví dụ, trong nguyên công cắt răng, cần 4 máy hoạt động đồng thời để đáp ứng yêu cầu sản xuất, vì mỗi máy cắt một chi tiết mất 12 phút, là bội số của 3.
1.3.4 Xác định dạng sản xuất
Sau khi xác định sản lượng hàng năm N của chi tiết, bước tiếp theo là tính toán khối lượng Q của chi tiết Khối lượng này được xác định dựa trên công thức cụ thể.
Q = V. Ở đây: V- thể tích của chi tiết (dm3);
Khối lượng riêng của các vật liệu là yếu tố quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo Cụ thể, khối lượng riêng của thép là 7,852 kg/dm³, gang dẻo là 7,2 kg/dm³, gang xám là 7 kg/dm³, nhôm là 2,7 kg/dm³ và đồng là 8,72 kg/dm³ Những thông số này giúp xác định tính chất và ứng dụng của từng loại vật liệu trong thiết kế và sản xuất.
Khi có N và Q dựa vào bảng 1.1 để chọn dạng sản xuất phù hợp
Bảng 1.1 xác định dạng sản xuất
Dạng sản xuất Q - khối lượng của chi tiết
> 200kg 4 -200kg < 4kg Sản lượng hàng năm của chi tiết (chiếc ) Đơn chiếc
Các phương pháp tổ chức sản xuất
Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng loạt khối, việc gia công chi tiết có thể thực hiện qua hai phương pháp chính: tập trung nguyên công và phân tán nguyên công.
1.4.1 Phương pháp tập trung nguyên công
Tập trung nguyên công là quá trình bố trí nhiều bước công nghệ tương tự vào một nguyên công và thực hiện trên cùng một máy Thường thì các bước công nghệ này bao gồm khoan, khoét, doa, cắt ren, cũng như tiện ngoài và tiện trong, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Phương pháp tập trung nguyên công được sử dụng cho các chi tiết phức tạp với nhiều bề mặt gia công, yêu cầu máy có năng suất cao như máy tổ hợp và máy nhiều trục chính Gia công diễn ra tuần tự trên từng trục chính và đồng thời ở nhiều vị trí khác nhau, giúp thời gian gia công cho một chi tiết tương đương với thời gian gia công trên một trục chính Năng suất gia công tăng lên nhờ vào việc gia công song song và sự trùng hợp thời gian máy, trong khi thời gian phụ tương ứng với thời gian quay của bàn máy Ngoài ra, các máy nhiều dao cũng được áp dụng để thực hiện phương pháp này.
Phương pháp tập trung nguyên công không chỉ mang lại năng suất cao mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng mặt bằng sản xuất Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là yêu cầu sử dụng máy móc phức tạp và việc điều chỉnh máy gặp nhiều khó khăn.
1.4.2.phương pháp phân tán nguyên công
Phương pháp phân tán nguyên công là cách chia quy trình công nghệ thành nhiều nguyên công nhỏ, mỗi nguyên công thực hiện trên một máy riêng Phương pháp này sử dụng máy thông dụng, dụng cụ tiêu chuẩn và trang bị công nghệ đơn giản, mang lại tính linh hoạt cao Nhờ đó, quá trình chuyển đổi đối tượng gia công diễn ra nhanh chóng với chi phí thấp.
Trong lĩnh vực chế tạo máy hiện nay, xu hướng chủ đạo là áp dụng phương pháp tập trung nguyên công dựa trên tự động hóa sản xuất Điều này giúp tăng năng suất lao động, rút ngắn chu kỳ sản xuất và giảm chi phí điều hành cũng như lập kế hoạch sản xuất Ngược lại, phương pháp phân tán nguyên công chỉ được áp dụng trong quy mô sản xuất lớn khi trình độ sản xuất còn hạn chế về mặt kỹ thuật.
Câu 1: Thế nào là qui trình công nghệ? Trình bày nguyên công, gá, vị trí, bước, đường chuyển dao?
Câu 2: Trình bày khái niệm và đặc điểm các dạng sản xuất?
Gá đặt chi tiết gia công
Khái niệm cơ bản
Chi tiết trước khi gia cồng phải được gá đặt, quá trình gá đặt bao gổm hai quá trình: Định vị chi tiết và kẹp chặt chi tiết
Quá trình định vị: là quá trình xác định vị trí chính xác của chi tiết với dụng cụ cắt
Quá trình kẹp chặt là bước quan trọng trong gia công, nhằm cố định vị trí của chi tiết sau khi đã định vị Mục đích chính là ngăn chặn tác động của ngoại lực, đảm bảo chi tiết không bị di chuyển khỏi vị trí đã được xác định.
Trong quá trình gá đặt, cần lưu ý rằng định vị luôn diễn ra trước khi bắt đầu kẹp chặt Hai quá trình này không bao giờ xảy ra đồng thời.
Ví dụ: Quá trình gá đạt chi tiếc trên mâm cặp 3 chấu (hình 2-1)
Hình 2.1: Gá đạt chi tiết trên mâm cặp 3 chấu
Gá đăt chi tiết hợp lý là yếu tố quan trọng trong thiết kế quy trình công nghệ, giúp giảm thời gian phụ và nâng cao hiệu quả cắt Việc chọn phương pháp gá đặt phù hợp không chỉ đảm bảo độ cứng vững tốt mà còn góp phần giảm thiểu thời gian cơ bản trong quá trình sản xuất.
Mỗi chi tiết khi được gia công thường có các dạng bề mặt sau:
Bề mặt gia công, bề mặt dùng đinh vị, bề mặt kẹp chặt, bề mặt đo lường và bề mặt không gia công đều là những yếu tố quan trọng trong quá trình chế tạo Để xác định vị trí tương quan giữa các bề mặt của một chi tiết hoặc giữa các chi tiết khác nhau, khái niệm về chuẩn được đưa ra nhằm đảm bảo độ chính xác và tính đồng nhất trong sản xuất.
Chuẩn là tập hợp các bề mặt, đường, hoặc điểm của một chi tiết, từ đó xác định vị trí của các bề mặt, đường, hoặc điểm khác.
Xác định chuẩn trong nguyên công gia công cơ là quá trình xác định vị trí tương quan giữa dụng cụ cắt và bề mặt cần gia công, nhằm đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của nguyên công.
Do mục đích và yêu cầu sử dụng, chuẩn được phân chia thành nhiều loại theo sơ đồ (Hình 2-2)
Hình 2.2 Sơ đồ phân loại chuẩn a Chuẩn thiết kế:
Chuẩn thiết kế là yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế, được hình thành thông qua việc lập các chuỗi kích thước Chuẩn này có thể tồn tại dưới dạng thực tế hoặc ảo, đóng vai trò quyết định trong việc đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của thiết kế.
Hình 2.3 chuẩn thiết kế a Chuẩn thực; b Chuẩn ảo
Chuẩn thực là bề mặt A, được sử dụng để xác định vị trí và kích thước các mặt bậc, trong khi chuẩn ảo là điểm 0 đỉnh nón của mặt lăn bánh răng côn, dùng để xác định góc α Chuẩn công nghệ đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất và kiểm tra các chi tiết cơ khí.
Chuẩn công nghệ chia làm 3 loại sau:
Chuẩn gia công : còn chia thành chuẩn thô và chuẩn tinh
Chuẩn thô: Là những bể mặt dùng làm chuẩn nhưng chưa được gia công
Trong nhiều trường hợp, chuẩn thô đề cập đến các bề mặt chưa trải qua gia công Tuy nhiên, cũng có một số trường hợp mà chuẩn thô áp dụng cho các bề mặt đã được gia công sơ bộ.
Trong sản xuất máy hạng nặng, phôi được chuyển từ phân xưởng chế lạo đến phân xưởng cơ khí sau khi đã qua gia công sơ bộ tại phân xưởng tạo phôi Mục tiêu của quy trình này là phát hiện phế phẩm ngay tại nơi tạo phôi, từ đó giúp giảm chi phí vận chuyển.
Chuẩn tinh: là những bể mặt dùng làm chuẩn đã qua gia công cơ khí ít nhất
Trong quá trình gia công và lắp ráp, nếu chuẩn tinh được sử dụng cho cả hai giai đoạn, nó được gọi là chuẩn tinh chính Ngược lại, những chuẩn tinh chỉ áp dụng trong quá trình gia công được gọi là chuẩn tinh phụ.
Hình 2.4 Chuẩn gia công a Chuẩn tinh phụ ; b Chuẩn tinh chính
Mặt đầu A và lỗ B được gia công chuẩn tinh trong quá trình sản xuất, nhưng không được sử dụng trong lắp ráp, do đó A và B được coi là chuẩn tinh phụ.
Trên (Hình 2.4b) măt đầu A và lỗ B được dùng làm chuẩn tinh cả khi gia công và lắp ráp, do đó A và B là chuẩn tinh chính
Chuẩn lắp ráp là tiêu chuẩn xác định vị trí tương quan giữa các chi tiết trong một bộ phận máy khi tiến hành lắp ráp Chuẩn này có thể trùng hoặc không trùng với mặt tỳ lắp ráp, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của từng sản phẩm.
Khi lắp ráp thân động cơ đốt trong, cần chú ý đảm bảo độ thẳng góc giữa tâm lỗ xilanh (mặt E) và tâm ổ lắp trục khuỷu M là 0,05/1000mm.
005/1000 mm (h.2.5) Khi tiến hành lắp các chi tiết 1, 2, 3, 4 cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Độ không song song giữa đường tâm ởtrục M với mặt lắp C1
+ Độ không song song giữa măt lắp D2 và C2
+ Độ khống vuông góc giữa đường tâm lỗ chi tiếr 3 với măt lắp D3
Để giải chuỗi kích thước theo phương pháp lắp lẫn, cần xác định các mặt C1, C2, D2, D3 là chuẩn lắp ráp Tuy nhiên, nếu thực hiện kiểm tra mặt M theo mặt E để đảm bảo độ thẳng góc giữa xilanh và tâm lỗ trục khuỷu, thì mặt E sẽ trở thành chuẩn lắp ráp, trong khi các mặt C1, C2, D2, D3 chỉ đóng vai trò là mặt tỳ.
Hình 2-5 Lắp ráp động cơ
Nguyên tắc định vị và kẹp chặt chi tiết
2.2.1 Nguyên tắc 6 điểm khi định vị
Một vật rắn tuyệt đối trong hệ tọa độ ba chiều có tổng cộng 6 bậc tự do, bao gồm 3 chuyển động tịnh tiến dọc theo các trục OX, OY, OZ và 3 chuyển động quay quanh các trục này Bậc tự do theo phương nào đó của vật rắn là khả năng di chuyển mà không bị cản trở Ngược lại, nếu vật rắn không thể di chuyển theo một phương nhất định, điều đó có nghĩa là nó bị hạn chế bậc tự do trong phương đó.
Vât rắn tuyệt đối có hình dạng khối lập phương được đặt trong hệ toạ độ Đề các thì:
Khi khối lập phương tịnh tiến tiếp xúc với mặt phẳng XOY, nó bị hạn chế trong các chuyển động sau: tịnh tiến dọc theo trục OZ và quay xung quanh các trục OY và OX.
Khi tịnh tiến khối lập phương để tiếp xúc với mặt phẳng YOZ, khối lập phương sẽ bị giới hạn các chuyển động, bao gồm tịnh tiến dọc theo trục ox và quay quanh trục OZ.
Hình 2.8 Sơ đồ xác định vị trí của vật rắn trong tọa độ Đềcác
Khi tịnh tiến khối lập phương cho tiếp xúc với mặt phảng XOZ khối lập phương bị khống chế chuyển động tịnh tiến dọc trục OY
Khi khối lập phương tiếp xúc với cả ba mặt phẳng của hệ tọa độ Đề-các, nó sẽ bị tước bỏ tất cả 6 chuyển động, tức là khối lập phương bị khống chế hoàn toàn về 6 bậc tự do, bao gồm tịnh tiến theo các trục OX, OY, OZ và quay quanh các trục OX, OY, OZ.
Khi một vật bị khống chế tất cả 6 bậc tự do, nó sẽ có vị trí xác định trong không gian Đối với chi tiết gia công, việc xác định vị trí cũng yêu cầu kiểm soát các bậc tự do theo phương cần thiết.
Mỗi mặt phẳng trong không gian đều có khả năng khống chế 3 bậc tự do Cụ thể, mặt phẳng YOZ và XOZ chỉ khống chế 2 và 1 bậc tự do, do các bậc tự do còn lại đã được khống chế trước đó ở mặt phẳng XOY.
Dưới đây là một số ví dụ về các chi tiết định vị:
Một mật phẩng khống chế 3 bâc tự do
Một khối V dài khống chế 4 bậc tự do (h2-9)
Một khôi V ngắn khống chế 2 bậc tự do (h2-10)
Mộl chốt trụ dài khống chế 4 bậc tự do (h2-11a)
Một chốt trụ ngắn khống chế 2 bậc tự do (h2-11b)
Mổt chốt trám khống chế 1 bậc tự do (h 2-11c)
Hinh 2.9 Khối V dài khống chế 4 bậc tự do (OZ,OY,OZ.OY)
Hình 2-10 Khối V ngắn khống chế 2 bậc lự do (OZ.OY)
Chốt trụ là một thành phần quan trọng trong cơ cấu, có khả năng khống chế các bậc tự do của hệ thống Ví dụ, chốt trụ dài có thể khống chế 4 bậc tự do (OX, OY, OX, OY), trong khi chốt trụ ngắn chỉ khống chế 2 bậc tự do (OX, OY) Đối với chốt trám, nó có khả năng khống chế 1 bậc tự do.
Trong quá trình định vị, không nhất thiết phải kiểm soát cả 6 bậc tự do mà cần điều chỉnh theo yêu cầu cụ thể của từng nguyên công.
Khi gia công mặt phẳng B với kích thước H±5, chỉ cần điều chỉnh 3 bậc tự do, bao gồm tịnh tiến theo trục OZ và quay quanh các trục OX, OY Ba bậc tự do này có ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước gia công.
Một bậc lự do được khống chế thế hiện bằng một kí hiệu A trên sơ đổ định vị
Khi sử dụng chốt định vị trong các chi tiết có khe hở lớn, số bậc tự do không còn là 4, vì chi tiết sẽ bị dịch chuyển tương đối so với chốt định vị.
Siêu định vị là tình trạng khi một bậc tự do bị khống chế quá một lần Hình ảnh minh họa (H 2-12) cho thấy mặt trụ khống chế các bậc tự do, bao gồm việc quay quanh các trục OX, OY và tịnh tiến theo các trục này.
Mặt phẳng khống chế các bậc tự do bao gồm tịnh tiến OZ và quay quanh các trục OX, OY Khi bậc tự do quay quanh OX và OY được khống chế hai lần trong một lần gá, hiện tượng siêu định vị sẽ xảy ra.
Hiện tượng siêu định vị có tác động tiêu cực đến chất lượng gia công, đặc biệt khi lực kẹp tác động vào mặt định vị, dẫn đến biến dạng chốt định vị.
- Lực kẹp đảm bảo chắc chắn, không gây ảnh hưởng đến lực cắt khi gia công chi tiết;
- Lực kẹp đảm bảo vừa đủ ;
- Lực kẹp không làm biến dạng chi tiết;
2.2.2.2 Lực kẹp chặt khi gá đặt
Như ở chương 2 đã đề cặp đến sai số gá đặt chi tiết trong quá trình gia công cơ được xác định theo công thức sau:
Trong đó: c Sai số chuẩn
đg - Sai số đồ gá
- Sai số kẹp chặt: Là lượng chuyển vị của chuẩn gốc chiếu lên phương kích thước thực hiện do lực kẹp thay đổi gây ra (h.2-13)
Trong đó : yraM, ymin * lượng chuyến vị lớn nhât và nhỏ nhất của chuẩn gốc khi lực kẹp thay dổi;
- góc giữa phương kích thước thực hiện và phương dịch chuyến của chuẩn gốc
Hình 2-13 Sai số kẹp chặt
Sai số đồ gá xuất hiện khi quá trình chế tạo đồ gá không được thực hiện chính xác, dẫn đến sự không chính xác trong việc đo lường Ngoài ra, độ mòn của đồ gá cũng góp phần tạo ra sai số, cùng với việc lắp đặt đồ gá trên máy không đúng cách.
Sai sô' đồ gá được tính theo công Ihức sau:
đg = ct + m + lđ Trong đó: ct Sai số do chế tạo đồ gá
m - Sai số do mòn đồ gá
lđ - Sai số do lắp đặt đồ gá trên máy
Khi chế tạo đồ gá, độ chính xác của đồ gá thường cao hơn độ chính xác của chi tiết gia công Độ mòn của định vị trên đồ gá phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm vật liệu, trọng lượng phôi, tình trạng bề mặt tiếp xúc giữa phôi và đồ gá, cũng như điều kiện gá đặt phôi trên đồ gá.
Khi dùng các chốt tỳ, độ mòn của chốt tỳ xác định ỉhco cổng thức thực nghiêm sau:
Trong đó : N - số lần tiếp xúc của phôi với chốt tỳ;
- hệ số phụ thuộc vào tình trạng bể mặt và điều kiện tiếp xúc
Sai số lắp đặt đổ gá trên máy không lớn lắm và có thể điều chỉnh được để giá trị đó bằng không
Hình 2-14: Sự hình thành sai số chuẩn
Phương pháp gá đặt chi tiết khi gia công
Có hai trường hợp: rà trực tiếp trên máy và rà theo dấu đã vạch sẩn
Theo phương pháp rà gá, công nhân sử dụng các dụng cụ như bàn rà, mũi rà và hệ thống ống kính quang học để xác định vị trí chi tiết so với máy hoặc dụng cụ cắt Ví dụ, trong quá trình gia công lỗ lệch tâm (d2) trên chi tiết trụ có đường kính ngoài (d1), cần thực hiện rà để đảm bảo tâm lỗ d2 trùng với đường tâm trục chính của máy, nhằm đạt được độ chính xác cao trong gia công.
Phương pháp rà gá thường được sử dụng trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ hoặc trong những trường hợp phôi quá thô không thể sử dụng đổ gá
2.3.2 Phương pháp tự động đạt kích thuớc
Theo phương pháp này, dụng cụ cắt được giữ ở vị trí cố định so với vật gia công nhờ các cơ cấu định vị của đồ gá Trước khi gia công, máy và dao được điều chỉnh để đảm bảo chính xác Khi phay bằng dao phay đĩa ba mặt, dao đã được điều chỉnh trước để đảm bảo kích thước a, b và có vị trí tương quan xác định với phiến tỳ của đồ gá Những đặc điểm của hai phương pháp này đã được trình bày chi tiết trong chương 2.
Các nguyên tắc chọn chuẩn khi gia công
Khi chọn chuẩn để gia công các chi tiết máy, cần đảm bảo các yêu cầu sau: Nâng cao năng suất, hạ giá thành
Chuẩn thô là yếu tố quan trọng trong nguyên công đầu tiên của gia công cơ khí, ảnh hưởng quyết định đến quy trình công nghệ và độ chính xác của các nguyên công sau Khi lựa chọn chuẩn thô, cần chú ý đến hai yêu cầu chính để đảm bảo hiệu quả gia công của chi tiết.
- Phần phôi đủ lượng dư cho các bề mặt gia công
- Đảm bảo độ chính xác cần thiết về vị trí tương quan giữa các bề mặt gia công và các bề mặt không gia công
Ví dụ trên hình 2-17 là phôi đúc của chi tiết hộp Phồi đúc cần gia cồng các bề mặt A, B và lỗ 0
Trong trường hợp không có lỗ đúc sẵn, trước tiên, cần sử dụng mặt B làm chuẩn thô để gia công mặt A Sau khi hoàn tất, mặt A sẽ được dùng làm chuẩn để gia công hai bề mặt còn lại của mặt B.
Trường hợp 2 : Có lỗ đúc sẵn Khi đó phải lấy lỗ làm chuẩn để gia công mặl
A, sau đó lây mặt A làm chuẩn đổ gia công mặt B Như vậy lượng dư phân bố' đều, tránh phế phẩm khi lồ bị đúc lệch, vì nếu lổ đúc lệch, luợng dư phân không đều, khi gia công, lỗ bị lệch tâm hoặc có sai số hình dạng hình học do lực cắt thay đổi Trường hợp lồ bị đúc lệch quá sẽ không đủ lượng dư để gia công lỗ
Dựa vào các yêu cẩu trên, người ta đưa ra các nguyên tắc chọn chuẩn thô
Nguyên tắc 1: Khi chi tiết có một bề mặt chưa gia công, nên chọn bề mặt đó làm chuẩn thô Việc này giúp giảm thiểu sự thay đổi vị trí tương quan giữa bề mặt chưa gia công và bề mặt đã gia công.
Hình 2-17 Chọn chuẩn thô cho píttông
Khi gia công píttông, cần chọn mặt trong chưa gia công làm chuẩn thô để đảm bảo rằng đỉnh và thành của píttông có độ dày đồng đều theo yêu cầu.
Nguyên tắc 2: Khi chi tiết có bề mặt không gia công, hãy lựa chọn bề mặt không gia công có yêu cầu độ chính xác về vị trí tương quan cao nhất so với bề mặt sẽ gia công, để làm chuẩn thô.
Ví đụ: Khi gia công lỗ biên (h 2.18) nên lấy mặt A làm chuẩn thô để đàm bảo lổ gia công có bề dày đều đặn
Hình 2.18 Gia công lỗ biên
Nguyên tắc 3 : Nếu chi tiết có nhiều bề mặt gia công thì nên chọn mặt nào có lượng dư nhỏ và đều làm chuẩn thô
Khi gia công thân máy tiện, mặt B được chọn làm chuẩn thô để gia công mặt A, sau đó mặt A được sử dụng làm chuẩn tinh cho mặt B Lý do là mặt B nằm ở nửa phần khuôn dưới trong quá trình đúc, dẫn đến cấu trúc kim loại tốt và bề mặt đúc nhẵn, đồng đều.
Hình 2-19 Gia công thân máy tiện Hình 2-20 Gia công trục bậc
Nguyên tắc 4 : Khi chọn chuẩn thô nên chọn bề mặt bằng phẳng không có rìa mép dập, đậu ngót, đậu rót hoặc quá gổ ghề
Nguyên tắc 5 : Chuẩn thô chỉ nên dùng một lần trong quá trình gia công
Khi gia công trục bậc, bề mặt 2 được sử dụng làm chuẩn thô để gia công mặt 3, trong khi mặt 1 cần được gia công dựa trên mặt 3 làm chuẩn tinh Nếu sử dụng mặt 2 làm chuẩn thô cho mặt 1, sẽ không đảm bảo độ đồng tâm giữa mặt 1 và mặt 3.
Khi lựa chọn chuẩn tinh, nguyên tắc đầu tiên là nên chọn chuẩn tinh chính Điều này giúp đảm bảo rằng vị trí của chi tiết trong quá trình gia công sẽ tương tự như khi làm việc, từ đó nâng cao độ chính xác và hiệu quả của công việc.
Khi gia công răng của bánh răng chuẩn tinh, cần chọn lỗ B và mặt đầu A, trong đó lỗ B là bề mặt sẽ được lắp ghép với trục truyền động.
Hình 2.21 Gia công răng của bánh răng
Nguyên tắc 2 : Cố gắng chọn chuẩn định vị trùng với gốc kich thước để sai số chuẩn e = 0 Mặt A là mặt chuẩn định vị và gốc kích thước H (Hình2-22)
Nguyên tắc 3 : Chọn chuẩn sao cho chi tiết không bị hiến dạng do lực kẹp và lực cắt Mặt chuẩn phải có đủ diện tích để định vị
Nguyên tắc 4 : Chọn chuẩn sao cho kết cấu đổ gá đơn giản và thuân tiện khi sử dụng
Nguyên tắc 5 : Cố gắng chọn chuẩn là chuẩn tinh thống nhất
Chuẩn tinh thống nhất là yếu tố quan trọng trong hầu hết các nguyên công của quá trình công nghệ, vì việc thay đổi chuẩn nhiều lần trong quá trình gá đặt có thể dẫn đến sai số tích lũy, làm giảm độ chính xác trong gia công.
Khi gia công vỏ hộp giảm tốc, chuẩn tinh thống nhất được xác định là mặt phẳng A và hai lỗ B, C Chuẩn tinh này sẽ được duy trì trong toàn bộ quá trình gia công, ngoại trừ nguyên công tạo mặt chuẩn và hai lỗ B, C Mặt A kiểm soát 3 bậc tự do, trong khi lỗ B kiểm soát 2 bậc tự do (chốt trụ ngắn) và lỗ C kiểm soát 1 bậc tự do (chốt trám), giúp chống xoay quanh trục của lỗ B.
Câu 1: Nêu và lấy ví dụ minh họa, các chú ý khi vận dụng nguyên tắc 6 điểm
Câu 2: Tính sai số chuẩn cho hình vẽ sau a,
Độ chính xác gia công
Khái niệm
Khi thiết kế và chế tạo máy, việc tính toán động học, độ bền, độ cứng vững và độ chống mòn là cần thiết, nhưng độ chính xác cũng là yếu tố quan trọng Độ chính xác là đặc tính chủ yếu của chi tiết máy; tuy nhiên, trong thực tế, không thể chế tạo chi tiết với độ chính xác tuyệt đối do sự xuất hiện của các sai số trong quá trình gia công Do đó, độ chính xác gia công có thể thay đổi đáng kể.
Nâng cao độ chính xác gia công và độ chính xác lắp ráp sẽ làm tăng độ bền và tuổi thọ cuả máy
Ví dụ khi tăng độ chính xác cuả vòng bi (giảm khe hở) xuống từ 20 đến 10
Thời gian phục vụ của sản phẩm đã tăng từ 740 lên 1200 giờ, cho thấy sự cải thiện đáng kể Độ chính xác trong quá trình sản xuất là yếu tố quan trọng nhất, giúp nâng cao chất lượng phôi, từ đó giảm khối lượng gia công cơ khí và tiết kiệm nguyên vật liệu Việc đảm bảo các phôi có độ chính xác đồng nhất ở tất cả các nguyên công là điều kiện tiên quyết để tự động hóa quy trình gia công và lắp ráp.
Nâng cao độ chính xác trong gia công cơ khí giúp loại bỏ công việc điều chỉnh khi lắp ráp, từ đó tạo điều kiện cho việc lắp ráp hoàn toàn và áp dụng phương pháp lắp ráp theo dây chuyền Điều này không chỉ giảm thiểu công việc sửa chữa máy móc trong quá trình vận hành mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất.
Khi giải quyết vấn đề độ chính xác trong chế tạo máy , nhà công nghệ cần đảm bảo :
- Độ chính xác gia công và lắp ráp với năng xuất và hiệu quả kinh tế cao
- Các thiết bị kiểm tra độ chính xác thực tế khi gia công và lắp ráp
- Xác định đúng sai của các nguyên công và kích thước phôi và phương pháp đạt được kích thước trong quá trình gia công
Nhà công nghệ cần nghiên cứu độ chính xác thực tế của quá trình gia công và lắp ráp, đồng thời phân tích các nguyên nhân gây ra sai số Độ chính xác gia công của chi tiết máy được xác định bởi mức độ tương đồng về kích thước, hình dáng hình học và vị trí tương quan giữa chi tiết gia công trên máy và chi tiết lý tưởng trong bản vẽ.
Như vậy , độ chính xác cuả chi tiết được đánh giá theo các yếu tố sau đây
3.1.1 Độ chính xác kích thước Đó là độ chính xác về kích thước thẳng hoặc kích thước góc Độ chính xác kích thước được đánh giá bằng sai số cuả kích thước thực so với kích thước lý tưởng được ghi trên bản vẽ
3.1.2 Độ chính xác hình dáng hình học Đó là mức độ phù hợp giữa hình dáng hình học thực và hình dáng hình học lý tưởng cuả chi tiết
Khi gia công chi tiết hình trục, độ chính xác hình dạng được đánh giá qua các yếu tố như độ côn, độ ôvan, độ đa cạnh và độ tang trống Ngược lại, trong gia công mặt phẳng, độ chính xác hình dạng được xác định dựa trên độ phẳng so với tiêu chuẩn lý tưởng.
3.1.3 Độ chính xác vị trí tương quan Độ chính xác này thực chất là sự xoay đi 1 gốc nào đó cuả bề mặt này so với bề mặt kia (dùng làm khuôn) Độ chính xác vị trí tương quan thường được ghi thành 1 điều kiện kỹ thuật trên bản vẽ thiết kế
Ví dụ : Độ song song , độ vuông gốc , độ đồng tâm
Độ chính xác gia công càng cao thì giá thành càng lớn Trong sản xuất, độ chính xác phụ thuộc vào nhiều yếu tố, vì vậy thường chỉ gia công chi tiết với “độ chính xác kinh tế” thay vì “độ chính xác tối đa có thể đạt được”.
+ “Độ chính xác kinh tế” là độ chính xác đạt được trong điều kiện sản xuất bình thường với giá thành hạ nhất
Độ chính xác tối đa có thể đạt được trong các điều kiện đặc biệt bao gồm việc sử dụng máy móc chính xác, đồ gá chất lượng cao và công nhân có tay nghề cao, mà không tính đến chi phí gia công.
Hình 3.1 Đồ thị mối quan hệ giữa dung sai và giá thành
Hình 3.2 thể hiện mối quan hệ giữa giá thành gia công và độ chính xác (sai số) trong các phương pháp cắt gọt khác nhau Đường 1 biểu thị mối liên hệ khi thực hiện tiện thô, đường 2 khi thực hiện tiện tinh, và đường 3 khi thực hiện mài.
Ta thấy đường cong 2 cắt cả 2 đường cong 1 và 3 tạo ra 3 vùng I, II ,III khác nhau
Hình 3.2 Mô tả mối quan hệ giữa giá thành gia công và độ chính xác (sai số) ở các phương pháp cắt gọt khác nhau
Vùng I đại diện cho độ chính xác cao nhất, trong khi vùng II là độ chính xác kinh tế và vùng III là độ chính xác đảm bảo Phân tích các đường cong cho thấy rằng phương pháp tiện tinh (đường cong 2) có thể đạt độ chính xác ở vùng I nhưng với chi phí cao Ngược lại, phương pháp mài (đường cong 3) mang lại chi phí thấp hơn Độ chính xác ở vùng III có thể đạt được bằng phương pháp tiện tinh, nhưng phương pháp tiện thô (đường cong 1) thường mang lại kết quả tốt hơn.
II tốt nhất là dùng phương pháp tiện tinh vì có giá thành hạ nhất
Tính chất của sai số gia công:
Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện, các nguyên nhân gây ra sai số cho từng chi tiết có thể giống nhau, nhưng sai số thực tế lại không giống nhau Điều này cho thấy rằng mặc dù điều kiện gia công giống nhau, nhưng sự khác biệt trong quá trình sản xuất vẫn có thể dẫn đến kết quả không đồng nhất.
34 số tổng cộng trên từng chi tiết là khác nhau Sở dĩ có hiện tượng như vậy là do tính chất khác nhau cuả các sai số thành phần
Một số sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loại đều có giá trị không đổi theo một quy luật nhất định Những sai số này được phân loại thành sai số hệ thống cố định hoặc sai số hệ thống thay đổi.
Có 1 số sai số khác mà giá trị cuả chúng xuất hiện trên mỗi chi tiết không theo 1 quy luật nào cả Những sai số này gọi là sai số ngẫu nhiên
Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống cố định:
- Sai số lý thuyết cuả phương pháp cắt
- Sai số chế tạo cuả máy, dao, đồ gỗ
- Biến dạng nhiệt cuả chi tiết gia công
Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống thay đổi (theo thời gian gia công):
- Dụng cụ bị mòn theo thời gian gia công
- Biến dạng nhiệt cuả máy, dao và đồ gỗ
Các nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên:
- Độ cứng cuả vật liệu không đồng đều
- Lượng dư gia công không đồng đều
- Vị trí cuả phôi trong đồ gá thay đổi(dẫn đến sai số gá đặt)
- Thay đổi cuả ứng xuất dư
- Thay đổi nhiều máy để gia công một loạt chi tiết
- Dao động nhiệt cuả quá trình cắt.
Các phương pháp đạt độ chính xác gia công
Phương pháp cắt phôi bắt đầu bằng việc công nhân gá phôi trên máy, sau đó đưa dao vào và thực hiện cắt thử với một lượng dư nhất định Tiếp theo, kích thước sẽ được kiểm tra bằng máy Nếu kích thước chưa đạt yêu cầu, công nhân sẽ điều chỉnh dao để cắt sâu hơn, rồi tiến hành cắt thử và kiểm tra lại Quy trình này sẽ được lặp lại cho đến khi kích thước đạt yêu cầu.
Trước khi tiến hành cắt thử, phôi thường được đánh dấu để thợ cắt có thể nhanh chóng đưa dao vào đúng vị trí đã được xác định, từ đó hạn chế việc tạo ra phế phẩm do dao cắt quá sâu.
*Phương pháp cắt thử có những ưu điểm sau:
- Trên máy không chính xác vẫn có thể đạt được độ chính xác cao(nhờ vào tay nghề cuả người công nhân)
- Loại trừ ảnh hưởng cuả mòn dao khi gia công cả loạt chi tiết (do dao luôn luôn được điều chỉnh đúng vị trí)
- Không cần chế tạo đồ gá đắt tiền mà chỉ cần người thợ rà gá chính xác
*Tuy nhiên phương pháp rà gá có những nhược điểm sau:
Phương pháp cắt thử trong gia công có độ chính xác phụ thuộc vào bề dày lớp phoi được hớt đi Khi sử dụng dao hợp kim mài bóng, bề dày phoi có thể nhỏ hơn 0.5mm, trong khi dao đã mòn không thể cắt được lớp phoi nhỏ hơn 0.5mm Do đó, trong quá trình cắt thử, người thợ không thể điều chỉnh dao để đạt được bề dày phoi nhỏ hơn, dẫn đến việc không đảm bảo kích thước với sai số nhỏ hơn bề dày lớp phoi.
- Người thợ phải làm việc căng thẳng nên dễ mệt, do đó dễ gây ra phế phẩm
- Năng suất thấp do phải cắt nhiều lần
- Do năng suất thấp nên giá thành gia công cao
Phương pháp cắt thử chỉ phù hợp cho sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ do những nhược điểm của nó Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, phương pháp này chủ yếu được áp dụng trong nguyên công mài, vì lượng mòn của đá có thể được điều chỉnh bằng tay trong quá trình gia công.
Nếu sử dụng hệ thống điều chỉnh tự động thì phương pháp cắt thử sẽ không còn được sử dụng đối với nguyên công mài
3.2.2 Phương pháp tự động đạt kích thước
Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối để đạt được độ chính xác gia công chủ yếu người ta dùng phương pháp tự động đặt kích thước
Hình 3.4 Phương pháp tự động đạt kích thước
Phương pháp gia công này yêu cầu điều chỉnh dụng cụ cắt trước khi thực hiện, đảm bảo vị trí cố định so với chi tiết gia công Điều này có nghĩa là chi tiết gia công cũng cần có vị trí xác định tương ứng với dụng cụ cắt Vị trí của chi tiết được đảm bảo nhờ cơ cấu định vị của đồ gá, trong khi đó đồ gá cũng có vị trí xác định trên máy thông qua cơ cấu định vị riêng.
Khi phay phôi (chi tiết gia công) 2 để đạt kích thước a và b, bàn máy phay cần được điều chỉnh sao cho mặt tỳ của má tĩnh 1 ở ê tô cách trục quay của dao phay 1 đoạn k = D/2 + a, trong đó D là đường kính của dao phay.
Trong quá trình gia công, mặt bên của dao phay 3 cần được điều chỉnh sao cho cách mặt đứng má tĩnh của ê tô một khoảng b Việc điều chỉnh này có thể thực hiện thông qua cắt thử hoặc sử dụng cơ cấu so dao của đồ gá chuyên dụng Sau khi hoàn tất điều chỉnh, quá trình gia công sẽ diễn ra tự động mà không cần di chuyển bàn máy theo hai phương ngang và đứng.
Trong quá trình gia công, khi kích thước k và b được cố định, độ chính xác của các kích thước a và b sẽ đồng nhất cho tất cả các chi tiết gia công Điều này đảm bảo rằng các phôi được gia công trên máy sẽ có chất lượng đồng đều trong suốt cả loạt sản phẩm.
Kích thước a của phôi 2 được xác định bằng khoảng cách c từ mặt đầu của đồ gá l đến mặt tỳ 4, trong khi kích thước b là khoảng cách từ mặt tỳ 4 đến đỉnh dao 3, do đó a = c - b Nếu các kích thước điều chỉnh c và b được cố định, thì độ chính xác của kích thước a cũng sẽ được đảm bảo.
Khi áp dụng phương pháp tự động đặt kích thước, độ chính xác trong gia công không còn phụ thuộc vào công nhân mà thuộc về trách nhiệm của thợ điều chỉnh máy, thợ chế tạo dụng cụ và nhà công nghệ Thợ điều chỉnh máy đảm nhận việc điều chỉnh thiết bị, thợ chế tạo dụng cụ có nhiệm vụ chế tạo đồ gá, trong khi nhà công nghệ xác định các tiêu chuẩn công nghệ, kích thước phôi và phương pháp gá đặt trên đồ gá.
Phương pháp tự động đặt kích thước có những ưu điểm sau đây:
Để đảm bảo độ chính xác trong gia công và giảm thiểu phế phẩm, cần lưu ý rằng độ chính xác không chỉ phụ thuộc vào bề mặt dày nhỏ nhất của lớp phoi được cắt mà còn vào trình độ tay nghề của công nhân.
+ Chỉ cắt 1 lần là đạt kích thước, không mất thời gian lấy dấu và cắt thử do đó năng suất gia công tăng
Sử dụng hợp lý nhân công tay nghề cao là điều cần thiết trong bối cảnh tự động hóa sản xuất ngày nay, vì những công nhân này có khả năng điều chỉnh và vận hành các loại máy móc khác nhau một cách hiệu quả.
+ Nâng cao hiệu quả kinh tế
Chi phí thiết kế và chế tạo đồ gá, cùng với chi phí điều chỉnh máy và dao, có thể vượt quá lợi ích kinh tế mà phương pháp mang lại.
+ Chi phí cho việc chế tạo phôi chính xác đôi khi không bù lại được nếu các chi tiết gia công quá ít
Nếu dụng cụ nhanh chóng bị mòn, kích thước đã điều chỉnh sẽ thay đổi nhanh chóng, dẫn đến việc cần phải điều chỉnh lại nhiều lần Quá trình điều chỉnh này không chỉ tốn thời gian mà còn tiêu tốn chi phí, đồng thời làm giảm độ chính xác.
Các nguyên nhân gây ra sai số gia công
3.3.1 Ảnh hưởng độ chính xác của máy
Thông thường máy công cụ có những sai số hình học như sau:
- Độ đảo hướng kính cuả trục chính
- Độ đảo cuả lỗ côn trục chính
- Độ đảo mặt đầu cuả trục chính
- Các sai số cuả các bộ phận khác như sống trượt , bàn máy
Các sai số trong quá trình gia công có thể ảnh hưởng trực tiếp đến chi tiết sản phẩm, tạo ra sai số hệ thống Sự hình thành bề mặt gia công phụ thuộc vào chuyển động cưỡng bức của các bộ phận chính như trục chính, bàn máy và bàn dao Nếu những chuyển động này gặp sai số, chúng sẽ dẫn đến sự không chính xác trên bề mặt chi tiết gia công.
Nếu trục chính của máy tiện không song song với sống trượt của thân máy trong mặt phẳng ngang, thì chi tiết gia công sẽ có hình dạng côn.
Hình 3-5 Đường tâm trục Đường kính lớn nhất cuả chi tiết Dmax được tính như sau: Ở đây: a - độ không song song trên chiều dài L trong mặt phẳng nằm ngang
Nếu chi tiết gia công không được sống trượt song song với đường tâm của trục chính trong mặt phẳng đứng, thì hình dạng của chi tiết sẽ là một hyperboloid với đường kính lớn nhất Dmax Ở đây, b đại diện cho độ không song song trong bề mặt đứng trên chiều dài L.
Khi sống trượt không thẳng trên mặt phẳng ngang, quỹ đạo chuyển động của mũi dao sẽ không thẳng, dẫn đến đường kính của chi tiết gia công không đồng đều Tại một vị trí cụ thể, đường kính D’ có thể được xác định.
D = D + 2δ, trong đó D là đường kính của chi tiết tại tiết diện mà sống trượt trùng với vị trí tính toán δ là lượng dịch chuyển lớn nhất của sống trượt trên bề mặt nằm ngang so với vị trí tính toán.
Độ lệch tâm của mũi tâm trước so với tâm quay của trục chính sẽ dẫn đến việc đường tâm của chi tiết gia công không trùng khớp với đường tâm của hai lỗ tâm đã được gia công trước đó để làm chuẩn.
Khi độ lệch tâm của mũi tâm trước là e, quá trình quay sẽ làm cho đường nối giữa hai lỗ tam chuyển đổi thành một hình chóp, với đỉnh nằm ở mũi tâm sau.
Sau khi gia công, tâm của tiết diện hình tròn tại mặt cắt A - A’ không trùng với đường nối hai lỗ, mà bị lệch một khoảng e1 Đường tâm của trục chính cũng không trùng với đường tâm của hai mũi tâm, dẫn đến sự lệch này được xác định theo tỷ lệ cụ thể.
Khi gia công trong một lần gá đặt, đường tâm của chi tiết vẫn giữ nguyên hình dạng đường thẳng, tuy nhiên, nó sẽ tạo thành một đường nối giữa hai lỗ tâm với một góc a (radian) Trong đó, L đại diện cho chiều dài của chi tiết gia công.
Hình 3 8 Chi tiết được gia công trong hai lần gá đặt
Khi gia công cần thực hiện hai lần gá đặt, mỗi đoạn cắt sẽ có một đường tâm riêng biệt, không trùng nhau Điều này cũng áp dụng cho các loại máy công cụ khác, nơi sai số chế tạo sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của quá trình gia công.
3.3.2 Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ
Hệ thống công nghệ bao gồm máy, dao, đồ gá và chi tiết gia công là một hệ thống đàn hồi Sự thay đổi của các giá trị biến dạng đàn hồi do tác động của lực cắt sẽ dẫn đến sai số kích thước và sai số hình học của chi tiết gia công.
Lực cắt thay đổi do nhiều yếu tố, bao gồm lượng dư gia công không cố định, tính chất cơ lý của vật liệu gia công và sự mòn dao Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ chịu ảnh hưởng từ lực cắt và độ cứng vững của hệ thống đó.
Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ thường không cố định, dẫn đến sai số kích thước và hình dạng của chi tiết gia công Hiện tượng này có thể dễ dàng nhận thấy khi thực hiện tiện trục trơn với chống tâm ở hai đầu.
Khi thành phần lực cắt Py tác động lên ụ sau y2, biến dạng đàn hồi của ụ này diễn ra theo đường thẳng BC, trong khi biến dạng đàn hồi của ụ trước y1 lại theo đường thẳng ED Độ võng của đường tâm chi tiết dưới tác dụng của lực Py được thể hiện qua các biến dạng ở phía bên kia so với đường tâm chi tiết gia công Lực Py làm cho mũi dao bị biến dạng về phía bên này, dẫn đến sự gia tăng kích thước đường kính chi tiết so với kích thước điều chỉnh Tuy nhiên, kích thước của chi tiết gia công cũng thay đổi theo chiều dài; ví dụ, tại vị trí A-A, đường kính thực dt (A-A) của chi tiết gia công sẽ được xác định.
Hình 3-9 thể hiện công thức tính toán đường kính điều chỉnh ddc, bao gồm các yếu tố như dt(A-A), đường kính thực của chi tiết gia công tại vị trí A-A, và các biến dạng tại vị trí này: yt(A-A) là biến dạng của ụ trước, y2(A-A) là biến dạng của ụ sau, yd(A-A) là biến dạng của mũi dao, và yct(A-A) là biến dạng của chi tiết gia công.
Các phương pháp xác định độ chính xác gia công
3.4.1 Phương pháp thống kê kinh nghiệm
Phương pháp này rất đơn giản, nó dựa vào “ đội' chính xác kinh tế” để đánh
Độ chính xác kinh tế đạt được trong điều kiện sản xuất bình thường, và việc đánh giá chính xác thường dựa vào từng phương pháp gia công cụ thể Mỗi cấp chính xác tương ứng với dung sai gần đúng của nguyên công, tuy nhiên, phương pháp này chủ yếu mang tính chất định tính hơn là định lượng.
3.4.2 Phương pháp tính toán phân tích
Khi gia công trên máy đã được điều chỉnh, sai số tổng cộng được xác định theo công thức: Ay là sai số kích thước do biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ gây ra, trong khi £ là sai số gá đặt, bao gồm sai số chuẩn, sai số kẹp chặt và sai số đồ gá.
AH - Sai số phát sinh do điều chỉnh máy gây ra
Am - Sai số đo dụng cụ do điều chỉnh máy gây ra
AI sai số do biến dạng nhiệt độ của hệ thống công nghệ gây ra
Ahd sai số hình dạng hình họa do sai số của máy và biến dạng của chi tiết gây ra
Trong một số trường hợp, một số thành phần của sai số có thể không xuất hiện Chẳng hạn, khi gia công trục xoay hoặc các mặt phẳng đối xứng, sai số này không được tính đến Ngoài ra, khi gia công các chi tiết nhỏ mà không thay dao, cũng không cần xem xét đến sai số.
Am (trong trường hợp này sai số tổng cộng bằng hiệu của các kích thước lớn nhất và nhỏ nhất sẽ giảm)
Xác định sai số tổng cộng nếu Ay= 10 Mm; e= 25 Mm; A H= 30 Mm; A m
Theo công thức (3) ta có:
3.4.3 Phương pháp thống kê xác suất
Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối việc xác định độ chính xác gia công được thực hiện bằng phương pháp thống kê xác suất
Khi gia công hàng loạt chi tiết trên máy đã được điều chỉnh sẵn, kích thước
Khi gia công các chi tiết, sai số do các yếu tố ngẫu nhiên thường tuân theo quy luật chuẩn, được mô tả bởi đường cong Gaus Để xây dựng đường cong phân bố thực nghiệm, cần tiến hành cắt thử một loạt chi tiết và kiểm tra kích thước từng chi tiết Các kích thước này sau đó được phân chia thành các khoảng nhất định, từ đó xác định tần suất, tức là tỷ lệ giữa số chi tiết có kích thước trong từng khoảng và tổng số chi tiết của cả loạt.
Trong một loạt chi tiết gồm 100 chi tiết, kích thước thực của chúng nằm trong khoảng từ 50,00 đến 50,36mm Những kích thước này được phân chia thành 7 khoảng khác nhau, như được thể hiện trong bảng 3.15.
Khoảng cách kích thước Tần số m Tần suất m/n
Trục tung biểu thị tần số (m) hoặc tần suất (m/n), trong khi các cột hình chữ nhật I được gọi là đặc tính phân bố Khi nối các điểm giữa các khoảng phân bố, ta hình thành đường cong gấp khúc, được biết đến là đường cong phân bố thực nghiệm.
Khi tăng số lượng chi tiết trong loạt, việc giảm giá trị khoảng chia và tăng số lượng khoảng chia sẽ giúp đường gấp khúc gần trùng với đường cong lý thuyết của quy luật chuẩn (Gaus).
Khi nghiên cứu tác động của các yếu tố ngẫu nhiên đến độ chính xác gia công, cần giả định rằng các yếu tố này có ảnh hưởng tương đương đến tần suất xuất hiện và không có sự phụ thuộc lẫn nhau.
Quy luật chuẩn được đặc trưng bằng các đại lượng sau đây:
Kích thước trung bình cộng (hay sai lệch trung bình cộng)
Sai lệch bình phương trung bình của kích thước trung bình cộng trong một loạt chi tiết được tính theo công thức sau: trong đó, Li là kích thước của chi tiết thứ i và n là tổng số chi tiết trong loạt.
Sai lệch bình phương trung bình được tính bằng công thức: x1 = L1 - Ltb, trong đó đại lượng thể hiện sự phân tán về kích thước và hình dáng của đường cong phân bố Khoảng phân bố, hay đường phân tán, được xác định bằng hiệu giữa kích thước thực lớn nhất và nhỏ nhất của các chi tiết trong loạt, được tính bằng p = Lmax - Lmin.
Phương trình đường cong phân bố chuẩn : y 1 2 e 2 x 2
Ở đây: e - cơ số của logarit tự nhiên Đường cong phân bố chuẩn có các đặc tính sau đây:
+ Đối xứng qua trục tung là hai nhánh tiệm cận với trục hoành Đỉnh của đường cong (trục tung) khi Li = Ltb được xác định theo công thức
Hình 3.16 Đường cong phân bố chuẩn (đường cong gaus)
+ Ở khoảng cách ± s tính từ đỉnh, đường cong có 2 điểm uốn (các điểm A và B) với các trục tung:
+ Diện tích giới hạn của đường cong chuẩn được tính theo công thức:
Hình 3-17 Ảnh hưởng của sai lệch bình phương trung bình tới hình dáng của đường cong phân bố chuẩn
Trong khoảng ± 3σ, diện tích chiếm khoảng 99,73% tổng diện tích dưới đường cong phân bố chuẩn Do đó, có thể khẳng định rằng trong khoảng này, đường cong phân bố chuẩn chứa đến 99,73% số liệu trong toàn bộ mẫu, với sai số chỉ 0,27%.
Khi tăng độ lệch chuẩn (), giá trị Ymax giảm, dẫn đến sự gia tăng trong độ phân bố, làm cho đường cong giãn ra và giảm độ chính xác Ngược lại, khi đại lượng ơ giảm, độ phân tán kích thước cũng giảm, từ đó cải thiện tốc độ chính xác trong gia công.
Nếu tâm phân bố trùng với tâm dung sai thì nguyên công không có phế phẩm nếu thỏa mãn điều kiện: > p Ở đây: p - trường phân bố, dung sai nguyên công
Câu 1 Hãy so sánh phương pháp cắt thử và phương pháp tự động đạt kích thước?
Câu 2 Phân tích các ảnh hưởng gây ra sai số gia công?
