Độ chính xác gia công
Khái ni ệm và định nghĩa
Độ chính xác gia công của chi tiết máy phản ánh mức độ tương đồng về hình học và tính chất cơ lý của lớp bề mặt so với chi tiết lý tưởng trong bản vẽ thiết kế.
Trong thực tế, không thể chế tạo chi tiết máy với độ chính xác tuyệt đối về hình học, kích thước và tính chất cơ lý so với các giá trị lý tưởng Do đó, người ta sử dụng giá trị sai lệch để đánh giá mức độ chính xác gia công của chi tiết máy; giá trị sai lệch càng nhỏ thì độ chính xác gia công càng cao Độ chính xác gia công được chia thành hai khái niệm: độ chính xác của từng chi tiết và độ chính xác của loạt chi tiết.
Hình 1.1 Sơ đồ độ chính xác gia công
Độ chính xác kích thước là yếu tố quan trọng trong gia công, phản ánh sự chính xác của kích thước góc hoặc kích thước thẳng của sản phẩm Đánh giá độ chính xác này dựa trên sai số giữa kích thước thực tế và kích thước lý tưởng, được thể hiện qua dung sai của kích thước.
Độ chính xác về vị trí tương quan giữa hai bề mặt là sự xoay một góc nhất định của bề mặt này so với bề mặt kia Đối với các chi tiết rắn, độ chính xác gia công và độ chính xác của từng chi tiết đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất.
Sai lệch kích thước Sai lệch bể mặt chi tiết Sai số tổng
Sai số kích thước số vị Sai tươntrí g quan
Sai số hình dáng hình học đại quan Độ sóng Độ nhám mặtbề
Tính chât cơ lý lớp bề mặt
2 độ chính xác xoay của bề mặt này so với bề mặt kia được quan sát theo 2 mặt phẳng tọa độ vuông góc với nhau
Độ chính xác hình dạng hình học đại quan đề cập đến mức độ tương thích cao nhất của một hình dạng với hình dạng lý tưởng của nó Đối với bề mặt gia công phẳng, độ chính xác hình dạng hình học được xác định qua sai số về độ phẳng so với mặt phẳng lý tưởng.
- Độ sóng của bề mặt là chù kỳ không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được quan sát trong phạm vi nhỏ (từ1 đến 100mm)
Độ nhấp nhô tế vi, hay còn gọi là độ nhám bề mặt, được biểu thị qua hai chỉ tiêu chính là Ra và Rz Đặc điểm này phản ánh bề mặt thực tế trong một vùng nhỏ khoảng 1 mm².
Tính chất cơ lý của lớp bề mặt chi tiết gia công đóng vai trò quan trọng trong độ chính xác gia công, ảnh hưởng lớn đến điều kiện làm việc của các chi tiết máy, đặc biệt là những chi tiết chính xác và hoạt động trong điều kiện đặc biệt.
Khi đánh giá độ chính xác gia công của một nhóm chi tiết, cần xem xét các yếu tố đảm bảo rằng sai số tổng cộng trên mỗi chi tiết đều nhỏ hơn sai số cho phép Một số sai số trong từng chi tiết có thể là không đổi hoặc thay đổi theo quy luật nhất định, được gọi là sai số hệ thống không đổi và sai số hệ thống thay đổi Ngoài ra, còn tồn tại sai số ngẫu nhiên, có giá trị không tuân theo quy luật nào, ảnh hưởng đến độ chính xác của từng chi tiết trong nhóm.
- Các nguyên nhân sinh ra sai số hệ thống không đổi:
+ Sai số lý thuyết của phương pháp cắt
+ Sai số chế tạo của dụng cụ cắt, độ chính xác và mòn của máy, đồ gá
+ Độ biến dạng của chi tiết gia công
- Các nguyên nhân sinh ra sai số hệ thống thay đổi:
+ Dụng cụ cắt bị mòn theo thời gian
+ Biến dạng vì nhiệt của máy, đồ gá, dụng cụ cắt
- Các nguyên nhân sinh ra sai số ngẫu nhiên:
+ Tính chất vật liệu (độ cứng) không đồng nhất
+ Lượng dư gia công không đều
+ Do mài, gá dao nhiều lần
+ Do thay đổi nhiều máy để gia công một loạt chi tiết
+ Do dao động nhiệt của chếđộ cắt gọt
+ Vị trí của phôi trong đồ gá thay đổi (sai sốgá đặt)
+ Sựthay đổi của ứng suất dư
Các phương pháp đạt độ chính xác gia công trên máy công c ụ
Để đạt được độ chính xác trong gia công, thường áp dụng hai phương pháp: cắt thử từng kích thước riêng biệt và tự động điều chỉnh kích thước trên máy công cụ đã được cài đặt sẵn.
1.1.2.1 Phương pháp cắt thử từng kích thước riêng biệt
Sau khi lắp đặt chi tiết lên máy, thợ gia công sẽ sử dụng dao để cắt một lớp phoi mỏng trên bề mặt cần gia công Sau đó, họ sẽ dừng máy và đo kích thước để kiểm tra Nếu kích thước chưa đạt yêu cầu, thợ sẽ điều chỉnh dao để cắt sâu hơn và tiếp tục thử nghiệm với một phần nhỏ của bề mặt Quá trình này lặp lại cho đến khi đạt được kích thước mong muốn Khi gia công chi tiết tiếp theo, quy trình này sẽ được thực hiện tương tự.
- Với phương pháp này có những ưu điểm sau:
+ Có thểđạt được độ chính xác về kích thước nhờ rà gá , do đó phụ thuộc vảo tay nghề của người thợ
Để loại trừ ảnh hưởng của dao mòn đến độ chính xác gia công, công nhân có thể bù lại các sai số hệ thống thay đổi trong từng chi tiết khi rà gá Đối với phôi không chính xác, thợ gia công có khả năng phân bố lượng dư đều đặn thông qua quá trình vạch dấu hoặc rà gá trực tiếp.
+ không cần đến đồ gá phức tạp
-Bên cạnh những ưu điểm nêu trên , phương pháp này có vài nhược điểm sau: + Do phải cắt thử nhiều lần nên năng suất thấp
+ Trình độ tay nghề của người thợ yêu cầu cao
Độ chính xác gia công của phương pháp tiện bị giới hạn bởi bề dày lớp phoi hớt đi Đối với dao tiện hợp kim cứng có mài bóng, bề dày phoi không nhỏ hơn 0,005 mm, trong khi dao tiện đã mòn có thể cắt với bề dày phoi từ 0,02 đến 0,05 mm Do đó, thợ không thể điều chỉnh dụng cụ để lưỡi cắt hớt đi một kích thước nhỏ hơn bề dày lớp phoi, dẫn đến việc không thể đảm bảo sai số nhỏ hơn kích thước này.
Người thợ cần tập trung cao độ trong quá trình gia công, điều này dễ dẫn đến mệt mỏi và sản phẩm phế phẩm Bên cạnh đó, năng suất thấp và yêu cầu tay nghề cao của thợ cũng góp phần làm tăng giá thành gia công.
Phương pháp gia công này thường được áp dụng trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ, cũng như trong công nghệ sửa chữa và chế thử Trong quá trình gia công tinh như mài, phương pháp cắt thử vẫn được sử dụng trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối để bù đắp lượng mòn của dụng cụ mài Tuy nhiên, việc này có thể gặp khó khăn trong việc đảm bảo độ chính xác và dễ dẫn đến sai số.
1.1.2.2 Phương pháp tự động đạt kích thước trên máy công cụ đã điều chỉnh sẵn
Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, việc đạt độ chính xác gia công yêu cầu chủ yếu dựa vào phương pháp tự động trên các máy công cụ đã được điều chỉnh sẵn Phương pháp này đảm bảo rằng dụng cụ cắt có vị trí tương quan cố định so với chi tiết gia công, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình sản xuất.
Để đảm bảo quá trình gia công chính xác, cần xác định vị trí của đồ gá so với dụng cụ cắt thông qua các cơ cấu định vị Đồng thời, đồ gá cũng phải được định vị chính xác trên bàn máy nhờ vào các thiết bị định vị riêng biệt Khi thực hiện gia công theo phương pháp này, cả máy và phôi đều đã được điều chỉnh sẵn, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình sản xuất.
- Phương pháp này có những ưu điểm sau:
+ Chỉ cần cắt một lần là đạt kích thước yêu cầu, không mất thời gian cắt thử, đo thửdo đó năng suất cao
Đảm bảo độ chính xác trong gia công giúp giảm thiểu phế phẩm, vì độ chính xác không phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề của công nhân Phương pháp này cho phép lượng dư gia công lớn hơn bề dày lớp phoi hớt đi, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.
+ Hiệu quả kinh tếđược nâng cao
- Tuy nhiên phương pháp này còn có một số hạn chế về mặt hiệu quả kinh tế nếu quy mô sản xuất quá bé vì:
+ Phí về việc chế tạo phôi chính xác không bù lại được nếu số chi tiết gia công quá ít khi tựđộng đạt kích thước ởnguyên công đầu tiên
Chi phí thiết kế và chế tạo đồ gá, cùng với chi phí công và thời gian điều chỉnh máy và dao lớn, có thể vượt quá hiệu quả mà phương pháp này mang lại.
Khi dụng cụ chất lượng kém và nhanh mòn, kích thước điều chỉnh sẽ thay đổi nhanh chóng, dẫn đến việc phải điều chỉnh lại để khôi phục kích thước ban đầu Điều này không chỉ tốn kém mà còn gây phiền phức Nếu điều chỉnh bằng tay, thời gian sẽ tăng lên và độ chính xác sẽ giảm.
Nhờ sự phát triển nhanh chóng của lý thuyết và điều khiển tự động, ngành chế tạo máy đã cải thiện độ chính xác gia công và giảm thời gian điều chỉnh máy Trên các máy công cụ, việc lắp đặt thiết bị tự động đo và điều chỉnh giúp phát hiện khi kích thước gia công vượt quá giới hạn dung sai cho phép Khi đó, bộ phận điều chỉnh sẽ tự động can thiệp để đảm bảo kích thước đạt yêu cầu.
Các nguyên nhân sinh ra sai s ố gia công
Ảnh hưở ng c ủa độ chính xác c ủa máy dao, đồ gá, và tình tr ạng ăn mòn
ăn mòn của chúng đếnđộ chính xác gia công
1.2.1.1 Sai số của máy công cụ
Các sai số hình học của máy do chế tạo như:
- Độđảo trục chính theo hướng kính
-Độđảo của lỗ côn trục chính
- Độđảo mặt đầu của trục chính ( hướng trục)
- Độđảo và các sai số khác của sống trượt, bàn máy…
Nếu đường tâm 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 1.2 Chi tiết tiện ra hình côn
Ta có, rmax - r = a, với a là độ không song song trong mặt phẳng nằm ngang trên chiều dài L
Nếu trục chính của máy tiện không song song với sống trượt của thân máy trong mặt phẳng thẳng đứng, chi tiết gia công sẽ có hình dạng hyperboloid.
Hình 1.3 Chi tiết gia công có hình hypecbôlôit
Ta có, r max 2 = r2 + b2, với b là độ không song song trong mặt phẳng thẳng đứng trên chiều dài L
Nếu sống trượt không thẳng trên mặt phẳng nằm ngang, quỹ đạo chuyển động của mũi dao sẽ không đều, dẫn đến việc đường kính của chi tiết gia công không đồng nhất, có chỗ to chỗ nhỏ.
Hình 1.4 Chi tiết gia công có đường kính khác nhau khi sống trượt không thẳng
Độ lệch tâm của mũi tâm trước so với tâm quay của trục chính sẽ gây ra sự không trùng khớp giữa đường tâm của chi tiết gia công và đường tâm của hai lỗ tâm đã được gia công trước để gá đặt Mặc dù chi tiết vẫn giữ hình dạng tiết diện tròn, nhưng tâm của nó sẽ lệch khỏi đường nối hai lỗ tâm với độ lệch là e1.
Hình 1.5 Đường tâm của trục chính không trùng với đường tâm của hai lỗ tâm gá đặt
Khi gia công chi tiết trong một lần gá, đường tâm của chi tiết sẽ tạo thành một đường thẳng, nhưng hợp với đường nối hai lỗ tâm một góc α Ngược lại, nếu thực hiện gia công với hai lần gá (đổi đầu), mỗi đoạn cắt sẽ có một đường tâm riêng biệt.
Hình 1.6 Chi tiết gia công trên hai lần gá
Máy móc dù được chế tạo như thế nào thì sau một thời gian sử dụng cũng bị mòn
Hiện tượng mòn trong quá trình sử dụng xảy ra do ma sát giữa các bề mặt chuyển động tương đối, đặc biệt khi bụi và phoi lẫn vào dầu bôi trơn, làm tăng tốc độ mài mòn Bên cạnh đó, dầu bôi trơn và dung dịch trơn nguội có thể gây ra ăn mòn hóa học ở các bộ phận tiếp xúc, dẫn đến mòn nhanh hơn Trạng thái mòn của máy móc sẽ tạo ra sai số hệ thống.
1.2.1.2 Sai số của đồ gá Đồ gá nhằm đảm bảo đúng vịtrí tương đối của chi tiết gia công với dụng cụ cắt Sai số chế tạo, lắp ráp đồgá cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công
Nếu đồ gá chế tạo có sai số hoặc bị mòn, vị trí tương quan giữa máy, dao và chi tiết gia công sẽ bị thay đổi, dẫn đến sai số gia công Sai số này có thể xác định thông qua tính toán dựa vào dung sai của các chi tiết chính hoặc dựa vào kích thước thực tế đo được trong quá trình chế tạo Để đảm bảo độ chính xác gia công, độ chính xác của đồ gá cần phải cao hơn ít nhất một cấp so với kích thước cần đạt được Tuy nhiên, việc này không dễ dàng khi gia công các chi tiết có độ chính xác cao.
1.2.1.3 Sai số của dụng cụ cắt Độ chính xác chế tạo dụng cụ cắt, mức độ mài mòn của nó và sai sốgá đặt dụng cụtrên máy đều ảnh hưởng đến độ chính xác gia công
Khi sử dụng các dụng cụ định kích thước như mũi khoan, khoét, doa và chuốt trong gia công, độ chính xác gia công sẽ bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sai số trong quá trình chế tạo dụng cụ.
Sai số bước ren, góc nâng, góc đỉnh và đường kính trung bình của các loại tarô và bàn ren đều có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng ren gia công.
Khi sử dụng dao định hình như dao phay răng modul hay dao tiện định hình, bất kỳ sai số nào trong prôfin của lưỡi cắt đều có thể dẫn đến việc bề mặt gia công không đạt yêu cầu.
Dao phay ngón và dao phay đĩa là công cụ quan trọng trong gia công rãnh then, trong đó sai số về đường kính và chiều rộng của dao có ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của chiều rộng rãnh then.
Ngoài sai số do chế tạo, quá trình cắt cũng làm mòn dao, ảnh hưởng lớn đến độ chính xác gia công Mức độ mòn dao có thể dẫn đến thay đổi hình dạng và kích thước, gây ra sai số hệ thống trong các chi tiết gia công.
Việc gá đặt dao không chính xác có thể dẫn đến sai số về kích thước và hình dạng của chi tiết gia công Chẳng hạn, trong quá trình tiện ren, nếu dao gá không vuông góc với đường tâm, góc ren cắt ra sẽ không đều ở hai bên Tương tự, khi tiện trục trơn, nếu dao gá cao hoặc thấp hơn tâm quay, đường kính chi tiết gia công sẽ bị tăng lên một lượng nhất định.
Ảnh hưở ng do bi ế n d ạng đàn hồ i c ủ a h ệ th ố ng công ngh ệ MGDC
Hệ thống công nghệ MGDC (máy, đồ gá, dao, chi tiết) không hoàn toàn cứng vững mà sẽ bị biến dạng đàn hồi và biến dạng tiếp xúc khi chịu tác động của ngoại lực Những biến dạng này trong quá trình cắt gọt dẫn đến sai số kích thước và sai số hình dáng hình học của chi tiết gia công.
Khi lực cắt tác động lên chi tiết gia công, nó được truyền qua đồ gá đến bàn máy và thân máy Đồng thời, lực cắt cũng ảnh hưởng đến dao, truyền qua cán dao và bàn dao đến thân máy Mọi chi tiết trong cơ cấu máy, đồ gá, dụng cụ hay chi tiết gia công đều bị biến dạng khi chịu lực cắt Mặc dù vị trí biến dạng có thể khác nhau, nhưng tất cả đều gây ra sự thay đổi vị trí tương đối của dao so với bề mặt gia công, dẫn đến sai số.
Lượng chuyển vị Δ là sự thay đổi tương đối giữa dao và chi tiết gia công, được sinh ra từ lực cắt tác động lên hệ thống công nghệ Δ có thể được phân tích thành ba thành phần chuyển vị x, y, z tương ứng với ba trục tọa độ X, Y, Z.
Khi tiện, dưới tác dụng của lực cắt, dao tiện bị dịch chuyển một lượng là Δ Lúc đó, bán kính của chi tiết gia công sẽtăng từ(R) đến (R + ΔR)
Hình 1.7 Ảnh hưởng của lượng chuyển vị Δ đến kích thước gia công khi tiện
Vì z là rất nhỏ so với R nên
+ y R z là đại lượng nhỏkhông đáng kể, gần đúng ta có: Rtt≈ R + y và ΔR ≈ y
Đối với dao một lưỡi cắt, chuyển vị y ảnh hưởng lớn nhất đến kích thước gia công, trong khi chuyển vị z ít ảnh hưởng hơn Đối với dao nhiều lưỡi cắt hoặc dao định hình, cả ba chuyển vị x, y, z đều có tác động đến độ chính xác gia công Để xác định ảnh hưởng này, cần áp dụng phương pháp thực nghiệm Phân lực cắt tác động lên hệ thống công nghệ MGDC được chia thành ba thành phần lực Px, Py, Pz, và biến dạng của hệ thống được đo theo ba phương X, Y, Z.
Trong tính toán, lực pháp tuyến Py là yếu tố chính cần chú ý Tuy nhiên, để đạt được độ chính xác cao, cần xem xét ảnh hưởng của các lực Px và Pz bằng cách áp dụng hệ số điều chỉnh.
Py là thành phần lực pháp tuyến thẳng góc với mặt gia công và y là lượng chuyển vịtương đối giữa dao và chi tiết gia công Tỷ số y
P y được gọi là độ cứng vững của hệ thống công nghệ và ký hiệu là JHT: y
J HT = P y MN/mm (KG/mm) (1.1)
Trị số biến dạng y liên quan đến lực tác dụng và độ cứng vững của hệ thống công nghệ Độ cứng vững được định nghĩa là khả năng của hệ thống công nghệ trong việc chống lại biến dạng khi có ngoại lực tác động.
Lượng chuyển vị của hệ thống công nghệ không chỉ đơn thuần là chuyển vị của một chi tiết riêng lẻ, mà thực chất là tổng hợp chuyển vị của toàn bộ hệ thống, bao gồm nhiều chi tiết được lắp ghép chặt chẽ với nhau.
Do đó, theo nguyên lý cộng độc lập tác dụng ta có: y = ym + yg + yd + yp
Mặt khác, theo định nghĩa ta có: Σ
Hệ thống có nhiều thành phần thường kém cứng vững hơn, điều này thể hiện qua việc nếu một chi tiết có độ cứng vững J được chia thành nhiều phần nhỏ, thì độ cứng vững của chi tiết mới sẽ giảm Tuy nhiên, việc chia nhỏ chi tiết đôi khi là cần thiết để thuận tiện cho quá trình gia công Do đó, việc lựa chọn phương pháp gia công phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo cả hiệu quả gia công và độ cứng vững của chi tiết.
= 1 ω (1.2) là độ mềm dẻo, thì ta được: ωHT= ωm+ ωg+ ωd+ ωp
Ta có định nghĩa độ mềm dẻo: "Độ mềm dẻo của hệ thống là khảnăng biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệdưới tác dụng của ngoại lực"
1.2.2.1 Ảnh hưởng của độ cứng vững hệ thống công nghệ Để thấy rõ hơn ảnh hưởng của độ cứng vững hệ thống công nghệđến độ chính xác gia công, ta khảo sát quá trình tiện một trục trơn Chi tiết được gá trên hai mũi tâm, vị trí tương đối giữa dao và chi tiết phụ thuộc vào vị trí tương đối của ụtrước, ụ sau và bàn dao Do vậy, ta khảo sát chuyển vị của từng bộ phận nói trên, rồi tổng hợp lại sẽ được chuyển vị của cả hệ thống công nghệ, từ đó biết được sai số gia công
* Sai số do chuyển vị của hai mũi tâm gây ra
Giả sử, xét tại vị trí mà dao cắt cách mũi tâm sau một khoảng là x
Hình 1.8 Sơ đồ tiện trục trơn gá trên hai mũi tâm của máy tiện
Lực cắt pháp tuyến tại điểm cắt là Py, dẫn đến sự dịch chuyển của mũi tâm Mũi tâm sau dịch chuyển từ điểm B đến B’ với đoạn ys, trong khi mũi tâm trước dịch chuyển từ A đến A’ với đoạn yt Nếu xem xét chi tiết gia công cứng tuyệt đối, đường tâm của chi tiết sẽ chuyển từ AB đến A’B’.
Gọi L là chiều dài trục cần gia công, lúc này lực tác dụng lên mũi tâm sau là:
Lực tác dụng lên mũi tâm trước sẽ là:
P t + s = y ⇒ t = y Lượng chuyển vị của mũi tâm sau theo phương lực tác dụng Py:
= (1.3) Lượng chuyển vị của mũi tâm trước theo phương lực tác dụng Py:
Vậy, vịtrí tương đối của mũi dao so với tâm quay của chi tiết sẽ dịch chuyển đi một khoảng từC đến C’: ( ) ( )
Đại lượng CC’ biểu thị sự gia tăng bán kính Δr1 của chi tiết gia công tại mặt cắt đang xem xét, không tính đến biến dạng của chi tiết.
Khi thực hiện chuyển động ăn dao dọc để cắt hết chiều dài chi tiết, sự thay đổi của x dẫn đến lượng tăng bán kính Δr1 tạo thành một đường cong parabol.
Độ cứng vững của hai mũi tâm ảnh hưởng đến cả sai số kích thước và sai số hình dáng, dẫn đến việc trục đã tiện có dạng lõm ở giữa và hai đầu loe ra.
- Sai số do biến dạng của chi tiết gia công
Độ cứng vững của chi tiết gia công không phải là tuyệt đối, mà sẽ bị biến dạng khi chịu lực cắt Tại điểm tác dụng của lực cắt, chi tiết sẽ bị võng, và độ võng này tương ứng với lượng tăng bán kính Δr2, đồng thời là một thành phần của sai số gia công.
Lượng tăng bán kính Δr2 có thể được xác định thông qua các bài toán cơ bản về biến dạng đàn hồi của hệ thống dưới tác động của ngoại lực Dưới đây là một số kết quả cho các trường hợp điển hình.
+ Trường hợp chi tiết gá trên 2 mũi tâm:
Hình 1.9 Chi tiết được gá trên 2 mũi tâm
Với: E: môđun đàn hồi của vật liệu chi tiết gia công
I: mômen quán tính của mặt cắt gia công (với trục trơn I = 0,05d4)
Khi dao ở chính giữa chi tiết thì Δr2 là lớn nhất:
2 ∆ + Trường hợp chi tiết gá trên mâm cặp (côngxôn)
Hình 1.10 Chi tiết được gá trên mâm cặp (côn xôn)
Khi gia công những chi tiết ngắn có L/d10, cần thiết phải có thêm luynet
Nếu là luynet cốđịnh thì lượng chuyển vị cực đại của phôi theo phương Py được xác định bằng công thức:
L x , độ cứng vững của phôi: 3
- Sai số do biến dạng của dao và ụ gá dao:
Ảnh hưở ng do bi ế n d ạ ng nhi ệ t c ủ a h ệ th ố ng công ngh ệ (MGDC) đến độ chính xác gia công
Trong quá trình gia công, hệ thống công nghệ (MGDC) chịu tác động của nhiệt độ tăng lên do ma sát, nhiệt cắt và môi trường xung quanh Mức độ nóng lên của các bộ phận phụ thuộc vào vị trí của chúng gần hay xa nguồn nhiệt Dù có dung dịch trơn nguội và các bộ phận được ngâm trong dầu để giảm nhiệt, nhưng nhiệt độ của các dung dịch cũng tăng, dẫn đến việc nhiệt độ của các bộ phận trong hệ thống công nghệ vẫn gia tăng không đồng đều.
1.2.3.1 Sai số do biến dạng vì nhiệt của máy
Khi máy hoạt động, nhiệt độ ở các bộ phận khác nhau có thể chênh lệch từ 10 đến 50 độ C, gây ra biến dạng không đều và làm giảm độ chính xác Biến dạng nhiệt của ổ trục chính ảnh hưởng nhiều nhất đến độ chính xác gia công Nhiệt độ tăng khiến tâm trục chính bị xê dịch theo cả hai hướng ngang và đứng do sự khác biệt nhiệt độ tại các điểm trên trục Thông thường, nhiệt độ ở ổ đỡ trục chính cao hơn từ 30 đến 40% so với các khu vực khác của ụ trục chính Sự xê dịch ngang của trục chính làm thay đổi kích thước và hình dạng của chi tiết gia công, dẫn đến sai số hệ thống Đặc biệt, khi số vòng quay trục chính n tăng lên, mức độ xê dịch cũng tăng theo tỷ lệ thuận với n.
Thời gian cần thiết để đốt nóng ụ trục chính là từ 4 đến 5 giờ, sau đó nhiệt độ và vị trí tâm sẽ ổn định Nếu máy được tắt, quá trình làm nguội sẽ diễn ra chậm và tâm của trục chính sẽ dịch chuyển ngược lại Để khắc phục sai số gia công do biến dạng nhiệt, nên cho máy chạy không tải khoảng 2 đến 3 giờ trước khi tiến hành điều chỉnh.
Ngoài ra, đối với các máy công cụ chính xác cao, ánh nắng mặt trời chiếu vào cũng làm cho máy mất chính xác
1.2.3.2 Sai số do biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt
Trong quá trình cắt, hầu hết công cơ học được chuyển hóa thành nhiệt tại vùng cắt Tỷ lệ phân bố nhiệt vào phoi, chi tiết gia công, và dụng cụ cắt phụ thuộc vào chế độ cắt, vật liệu dao, và vật liệu gia công Một phần nhiệt cũng sẽ tỏa ra môi trường xung quanh, tạo ra sự khác biệt trong từng trường hợp cụ thể.
Khi nhiệt cắt tác động lên dao, dao sẽ nở dài, dẫn đến mũi dao vươn ra phía trước, làm giảm đường kính ngoài và tăng đường kính lỗ Khi dao đạt trạng thái cân bằng nhiệt, sự nở dài sẽ ngừng lại, và nếu không có mòn dao, kích thước gia công sẽ giữ nguyên.
1.2.3.3 Sai số do biến dạng nhiệt của chi tiết gia công
Nhiệt độ tại vùng cắt ảnh hưởng đến chi tiết gia công, dẫn đến biến dạng và sai số trong quá trình gia công Khi chi tiết được nung nóng đồng đều, chỉ xảy ra sai số về kích thước Ngược lại, nếu nhiệt độ không đồng đều, sẽ gây ra cả sai số về hình dáng.
Nhiệt độ của chi tiết gia công trong quá trình cắt chịu ảnh hưởng lớn từ chế độ cắt Khi thực hiện tiện, việc tăng vận tốc cắt và lượng chạy dao giúp giảm thời gian nung nóng liên tục của chi tiết, dẫn đến nhiệt độ thấp hơn Ngược lại, khi chiều sâu cắt tăng, nhiệt độ của chi tiết gia công cũng sẽ tăng theo.
Một số biện pháp khắc phục biến dạng nhiệt của chi tiết :
- Chi tiết có yêu cầu chính xác cao phải sử dụng chếđộ cắt thích hợp và gia công trong phân xưởng riêng
- Tưới dung dịch trơn nguội vào vùng đang gia công với một chếđộ thích hợp, có hiệu quả
1.2.3.4 Sai số do rung động phát sinh ra trong quá trình cắt
Rung động trong hệ thống công nghệ cắt không chỉ làm tăng độ nhám và độ sóng bề mặt mà còn khiến dao nhanh mòn và làm cứng lớp kim loại bề mặt, hạn chế khả năng cắt gọt Sự rung động này làm thay đổi vị trí tương đối giữa dao cắt và vật gia công theo chu kỳ, dẫn đến việc tạo ra hình dáng không bằng phẳng trên bề mặt chi tiết Khi tần số thấp và biên độ lớn, độ sóng bề mặt sẽ gia tăng; ngược lại, tần số cao với biên độ thấp sẽ tạo ra độ nhám bề mặt Hơn nữa, rung động còn ảnh hưởng đến chiều sâu cắt, tiết diện phoi và lực cắt, gây ra sự biến đổi theo chu kỳ và ảnh hưởng đến sai số gia công.
Rung động chủ yếu xuất phát từ độ cứng vững kém của hệ thống công nghệ Có hai loại rung động chính: rung động cưỡng bức và rung động tự phát Các lực kích thích gây ra rung động cưỡng bức thường có nguồn gốc từ nhiều yếu tố khác nhau.
- Các chi tiết của máy, dao cắt hoặc chi tiết gia công quay nhanh nhưng không cân bằng động,
- Các mặt tiếp xúc có khe hở
- Có sai số của các chi tiết truyền động trong máy Để giảm rung động cưỡng bức có thể thực hiện các biện pháp sau :
- Nâng cao độ cứng vững của hệ thống công nghệ
- Các chi tiết quay nhanh phải được cân bằng động
- Giảm lực kích thích từ bên ngoài truyền tới
1.2.3.5 Sai số gia công do chọn chuẩn và gá đặt chi tiết gia công gây ra Để có thể gia công được phải gá đặt chi tiết lên máy Bản thân việc gá đặt này cũng có sai số và ảnh hưởng trực tiếp đến độchính xác gia công Khi gá đặt không hợp lý, sai sốdo gá đặt lớn và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công
1.2.3.6 Sai số do phương pháp đo và dụng cụ đo gây ra
Trong quá trình chế tạo, đo lường cũng gây ra sai số và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Những sai sốdo đo lường bao gồm:
Sai số do dụng cụ đo là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác trong gia công Mặc dù các dụng cụ này được thiết kế để đánh giá độ chính xác, nhưng quá trình chế tạo, lắp ráp và điều chỉnh của chính chúng có thể dẫn đến sai số trong quá trình gia công.
- Sai sốdo phương pháp đo như chọn chuẩn, cách đọc, lực đo không đều gây ra sai sốđo dẫn đến sai số gia công
Sai số do độ mòn của dụng cụ sau một thời gian sử dụng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Để giảm thiểu tác động này, cần lựa chọn dụng cụ đo và phương pháp đo phù hợp với yêu cầu về độ chính xác.
Các phương pháp xác định độ chính xác gia công
Phương pháp thố ng kê kinh nghi ệ m
Phương pháp này là đơn giản nhất, dựa trên "độ chính xác bình quân kinh tế" để tiến hành đánh giá Độ chính xác bình quân kinh tế phản ánh mức độ chính xác có thể đạt được một cách hiệu quả trong điều kiện sản xuất bình thường, với những đặc điểm riêng biệt.
- Thiết bị gia công hoàn chỉnh
- Trang bị công nghệđạt được yêu cầu về chất lượng
- Sử dụng bậc thợ trung bình
Chế độ cắt và định mức thời gian cần tuân thủ theo tiêu chuẩn hiện hành Phương pháp này nên được sử dụng làm tài liệu tham khảo, tuy nhiên, khi áp dụng, cần xem xét thêm các điều kiện sản xuất cụ thể để đảm bảo tính phù hợp.
Phương pháp th ố ng kê xác su ấ t
Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối, việc xác định độchính xác gia công được thực hiện bằng phương pháp thống kê xác suất
Để tiến hành cắt thử, cần thực hiện cắt một loạt từ 60 đến 100 chi tiết nhằm thu thập các đặc tính phân bố kích thước Sau đó, đo kích thước thực của từng chi tiết trong loạt, xác định kích thước giới hạn lớn nhất và nhỏ nhất Cuối cùng, chia khoảng giới hạn từ kích thước lớn nhất đến nhỏ nhất thành nhiều khoảng khác nhau để phân tích.
6 khoảng) Xác định sốlượng chi tiết có kích thước nằm trong mỗi khoảng và xây dựng đường cong phân bốkích thước thực nghiệm
Đường cong phân bố kích thước thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa kích thước đạt được (trục hoành) và tần suất xuất hiện của các kích thước trong từng khoảng (trục tung) Kết quả cho thấy kích thước phân bố của các chi tiết cắt thử tập trung chủ yếu ở khoảng giữa Khi số lượng chi tiết cắt thử trong một lần điều chỉnh máy tăng lên, đường cong sẽ ngày càng tiệm cận đến đường cong phân bố chuẩn (Gauss).
Hình 1.15 Đường cong phân bố kích thước chuẩn Gauss
Phương trình đường cong phân bố chuẩn được viết dưới dạng:
= với, σ: phương sai của đường cong phân bố
Li: kích thước thực đạt được của chi tiết cắt thử thứ i
L : kích thước trung bình cộng của loạt chi tiết cắt thử
Trong một lần điều chỉnh máy, n là số lượng chi tiết cắt thử của một loạt Phương sai của đường cong phân bố tức thời được xác định theo công thức cụ thể.
Trong khoảng ± 3σ, đường cong phân bố chuẩn gần như chạm trục hoành và bao trùm tới 99,73% tổng diện tích của nó Điều này cho thấy rằng trong phạm vi ± 3σ, đường cong này chứa đến 99,73% số chi tiết trong toàn bộ loạt cắt thử.
Trong bài viết này, chúng ta xem xét hai đường cong phân bố kích thước y1 và y2 với khoảng phân tán tương ứng là 6σ1 và 6σ2 Dung sai của kích thước cần gia công được ký hiệu là T Nhận thấy rằng y2 có cấp chính xác cao hơn y1 do σ2 nhỏ hơn σ1, và vì 6σ2 nhỏ hơn T, nên y2 sẽ không tạo ra phế phẩm Ngược lại, y1 có 6σ1 lớn hơn T, dẫn đến việc phát sinh phế phẩm.
Hình 1.16 Đường cong phân bố kích thước y1 và y2
Đường cong phân bố chuẩn chỉ phản ánh tính chất của các sai số ngẫu nhiên trong gia công Trong quá trình này, không chỉ có sai số ngẫu nhiên mà còn có sai số hệ thống thay đổi và sai số hệ thống không đổi Do đó, sau khi xác định phương sai σ của sai số ngẫu nhiên, cần phân tích quy luật biến đổi của sai số hệ thống thay đổi B(t) Tuy nhiên, sai số hệ thống không đổi A không ảnh hưởng đến sự phân tán kích thước gia công và có thể được triệt tiêu khi điều chỉnh máy.
Hình 1.17 Đường cong phân bố kích thước thực
Trong quá trình gia công, phân bố kích thước thực được xác định bởi sự kết hợp giữa quy luật phân bố chuẩn và quy luật biến đổi sai số hệ thống, với quy luật đồng xác suất Do đó, đường cong phân bố kích thước sẽ chịu ảnh hưởng từ tỷ lệ B/3σ.
Nếu sai số hệ thống biến đổi không theo quy luật tuyến tính theo thời gian, thì đường cong phân bố kích thước sẽ trở nên không đối xứng Trong trường hợp này, mặc dù vẫn đảm bảo tiêu chuẩn 6σ ≤ T, nhưng vẫn có khả năng xuất hiện phế phẩm.
Hình 1.18 Đường cong phân bố không đối xứng
Có thể tổ hợp sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống bằng cách dịch chuyển đường cong phân bố chuẩn theo sai số hệ thống mà không làm thay đổi hình dạng của đường cong Trong trường hợp này, khoảng phân tán tổng cộng của các kích thước trong loạt chi tiết cắt thử được xác định theo công thức: ∆ = 6σ + B.
Hình 1.19 Đường cong phân bố có tính đến các sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống
Phương pháp này, mặc dù đơn giản, nhưng lại tốn kém do yêu cầu cắt thử nhiều chi tiết Để tiết kiệm chi phí và rút ngắn thời gian xác định quy luật phân bố kích thước, người ta thường sử dụng các số liệu có sẵn làm tài liệu tham khảo khi gia công các kích thước tương tự trong điều kiện gia công giống nhau.
Phương pháp tính toán phân tích
Phương pháp này phân tích nguyên nhân gây ra sai số gia công, tính toán và tổng hợp các sai số thành sai số gia công tổng Dựa trên quy luật phân bố của sai số, ta có thể đánh giá độ chính xác gia công Quan trọng là sai số gia công tổng phải nhỏ hơn dung sai cho phép của chi tiết cần chế tạo.
* Tổng hợp các sai số:
- Tổng các sai số hệ thống không đổi AΣ là một sai số hệ thống không đổi và được tổng hợp theo nguyên tắc tổng đại số: ∑
- Tổng các sai số hệ thống thay đổi BΣ (t) là một sai số hệ thống thay đổi và được tổng hợp theo nguyên tắc tổng đại số: ( ) ( )
∑ - Tổng các sai số ngẫu nhiên là một sai số ngẫu nhiên và được tổng hợp theo nguyên tắc cộng xác suất, có phương sai là: ∑
- Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên tổng hợp theo nguyên tắc tổng số học
* Vẽ quy luật phân bố:
Lúc bắt đầu gia công, trung tâm phân bố là C0, khoảng phân tán là D0C0 với
Theo thời gian, sai số của hệ thống sẽ thay đổi, dẫn đến việc trung tâm phân bố di động theo đường C0Ck, trong khi giới hạn phân bố cũng sẽ biến đổi theo đường D0Dk.
Trong quá trình gia công, kích thước của các chi tiết sẽ thay đổi theo thời gian trong hai giới hạn D0Dk và E0Ek Do đó, đường phân bố kích thước gia công sẽ hình thành một đường cong tổng hợp, phản ánh sự thay đổi của sai số hệ thống B(t) và sai số ngẫu nhiên.
Hình 1.20 Đường cong phân bố thực kích thước gia công
Khi khoảng phân tán của đường cong kích thước thực đạt bằng dung sai của chi tiết gia công (∆Σ = T), cần phải điều chỉnh lại máy để đưa tâm phân bố về vị trí ban đầu Thời gian giữa hai lần điều chỉnh máy được gọi là chu kỳ điều chỉnh máy.
Chú ý rằng, chu kỳ điều chỉnh máy phải nhỏ hơn hoặc bằng tuổi bền dao vì nếu không thì dao sẽhư khi chưa kịp điều chỉnh lại máy
Hình 1.21 Chu kỳ điều chỉnh lại máy
Quy lu ậ t phân b ố độ chính xác gia công
Quy lu ậ t phân b ố chu ẩ n (Quy lu ậ t GAUSS)
Quy luật phân bố chuẩn là một công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật, với nhiều đại lượng ngẫu nhiên như sai số đo, chiều cao nhấp nhô và các loại sai số gia công khác thường tuân theo quy luật này Đặc điểm nổi bật của quy luật này là nó được coi là quy luật hai thông số, cho phép các giá trị của đại lượng ngẫu nhiên biến đổi từ - đến +.
Hàm vi phân của đại lượng ngẫu nhiên liên tục phân bố theo quy luật chuẩn được viết dưới dạng:
− ϕ = σ σ π (2.1) Ởđây: x – đại lượng ngẫu nhiên; ϕ(x) - mật độ chính xác; σ - sai sốbình phương trung bình của đại lượng ngẫu nhiên (của x từ X);
X- giá trị trung bình (kỳ vọng toán học của x); e – cơ số logarit tự nhiên (e = 2,71828) π = 3,14
Dạng đồ thị của hàm vi phân này có dạng như trên hình 1.22
Hình 1.22 Đường cong lý thuyết của quy luật phân bố chuẩn
Dạng đường cong này thể hiện sự đối xứng qua trục tung tại điểm x = X, cho thấy nó có các giá trị âm và dương xung quanh X Những giá trị gần X có xu hướng cao hơn so với những giá trị ở xa X.
Đường cong có giá trị và hình dạng phụ thuộc vào hai thông số X và σ Khi X thay đổi, hình dáng của đường cong vẫn giữ nguyên nhưng vị trí của nó sẽ dịch chuyển so với gốc tọa độ.
Hình 1.23 Ảnh hưởng của X t ới vị trí của đường cong phân bố chuẩn
Khi thay đổi σ, vị trí của đường cong không thay đổi nhung hình dáng của đường cong lại thay đổi (hình 1.24.)
Hình 1.24 Ảnh hưởng của σ tới hình dáng của đường cong phân bố chuẩn
Khi σ giảm xuống dưới 1, hai nhánh của đường cong sẽ thu hẹp lại; ngược lại, khi σ tăng lên trên 1, hai nhánh của đường cong sẽ thoải ra Hình 1.25 minh họa đường cong tích phân của quy luật phân bố chuẩn.
Hình 1.25 Đường cong tích phân của quy luật phân bố chuẩn
Hàm tích phân của quy luật được viết dưới dạng: x x ( x X) 2
Trong đó, x có thể biến đổi từ - ∞ đến + ∞, vì vậy xác suất P(- ∞ < x < + ∞) được tính theo công thức:
−∞ σ π ∫ = ( 2.3) Xác suất P(- ∞ < x < + ∞) = 1 là diện tích dưới đường cong vi phân Như vậy, xác suất của x trong phạm vi x1 – x2 (hình 1.9) sẽ nhỏhơn 1 và bằng:
Và x = tσ +X; dx= σ dt sẽ có:
(giới hạn mới t1 =x 1 −X σ và t 2 = x2 −X σ thay cho giới hạn x1 và x2 )
Vế phải của phương trình (2.5) có thểđược viết dưới dạng tổng của 2 tích phân:
Dấu (+) trong phương trình (2.6) được thay bằng dấu (-) là do thay đổi giới hạn của tích phân với t1 – 0 thành 0 – t1 tích phân t t 2 2 0
Hàm Laplace, ký hiệu là Φ, có giá trị phụ thuộc vào x và t, với t được xác định theo σ trong phụ lục 1 Hàm này là hàm lẻ, do đó Φ(-t) = -Φ(t), cho phép chúng ta thay thế Φ(-t) bằng -Φ(t) Thông tin chi tiết có thể được tìm thấy trong phụ lục 1.
(CPPXĐĐCXGC) còn ghi giá trị của hàm 2Φ(t), có nghĩa là:
Vì vậy xác suất mà đại lượng ngẫu nhiên x nằm trong phạm vi x1 – x2 có thể được viết qua Φ(t) như sau:
Xác suất P(x1 < x < x2) được tính bằng công thức Φ(t2) - Φ(t1), trong đó Φ là hàm phân phối chuẩn Đường cong phân bố lý thuyết tiệm cận với trục hoành ở hai đầu vô cùng, từ -∞ đến +∞ Tuy nhiên, trong thực tế, vùng phân tán của đại lượng ngẫu nhiên x chủ yếu nằm trong khoảng X ± 3σ, tương đương với giới hạn 6σ Do đó, xác suất để đại lượng ngẫu nhiên nằm trong khoảng từ X - 3σ đến X + 3σ gần bằng 1.
Trong trường hợp này: P(xa
