Với mục đích đó, tài liệu này 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 th
Nhữ ng khái ni ệm cơ bả n
Giới thiệu chung
Ngành Chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, sản xuất thiết bị và công cụ phục vụ nhiều ngành công nghiệp khác nhau Việc phát triển công nghệ chế tạo máy giúp thiết kế, hoàn thiện và vận dụng các phương pháp chế tạo, tổ chức và điều khiển quá trình sản xuất đạt hiệu quả kinh tế tối đa Điều này góp phần thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp liên quan, tạo nền tảng vững chắc cho sự tiến bộ của nền kinh tế.
Công nghệ chế tạo máy là lĩnh vực khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu, thiết kế và tổ chức quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí với các tiêu chí về kinh tế và kỹ thuật phù hợp với quy mô sản xuất cụ thể Nó bao gồm cả lý thuyết nhằm chuẩn bị và tổ chức sản xuất hiệu quả nhất, đồng thời 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 môn học liên hệ chặt chẽ giữa lý thuyết và thực tiễn sản xuất, được tổng kết từ quá trình thực tiễn qua nhiều lần kiểm nghiệm nhằm nâng cao trình độ kỹ thuật Các kiến thức trong ngành này được ứng dụng để giải quyết các vấn đề phức tạp và khó khăn trong sản xuất thực tế Do đó, phương pháp nghiên cứu công nghệ chế tạo máy cần luôn gắn liền với điều kiện sản xuất thực tế để đảm bảo tính hiệu quả và phù hợp với môi trường công nghiệp.
Ngày nay, xu hướng tất yếu của ngành Chế tạo máy là tự động hóa và điều khiển quá trình sản xuất thông qua điện tử hóa và ứng dụng máy tính, từ khâu chuẩn bị đến khi ra thành phẩm Công nghệ chế tạo máy tập trung nghiên cứu cách thức gia công các chi tiết dựa trên hình dạng bề mặt và mối liên hệ lắp ghép của chúng để tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh Để phát triển công nghệ chế tạo hiệu quả, cần có kiến thức sâu rộng về các môn khoa học cơ sở như Sức bền vật liệu, Nguyên lý máy, Chi tiết máy và Máy công cụ.
Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt đóng vai trò quan trọng trong quá trình học tập và thiết kế trong ngành cơ khí 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 cung cấp kiến thức nền tảng hỗ trợ tốt cho công nghệ chế tạo máy Những vấn đề liên quan đến các môn học này có mối liên hệ mật thiết với việc hiểu và áp dụng nguyên lý cắt cũng như các dụng cụ cắt trong thực tiễn sản xuất cơ khí.
Môn học Công nghệ chế tạo máy giúp người học nắm vững các phương pháp gia công các chi tiết có hình dáng, độ chính xác và vật liệu khác nhau, đồng thời cung cấp kiến thức về công nghệ lắp ráp sản phẩm Nó còn 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 Người học còn được trang bị kỹ năng chọn quá trình công nghệ tối ưu và vận dụng kỹ thuật mới cùng các biện pháp tổ chức sản xuất hiệu quả nhằm nâng cao năng suất lao động.
“ Mục đích cuố i cùng c ủ a Công ngh ệ ch ế t ạ o máy là nh ằm đạt đượ c: ch ất lượ ng s ả n ph ẩm, năng suất lao độ ng và hi ệ u qu ả kinh t ế cao ”.
Quá trình s ả n xu ấ t và quá trình công ngh ệ
Quá trình sản xuất là quá trình con người tác động vào của cải vật chất của thiên nhiên để biến chúng thành sản phẩm phục vụ lợi ích của con người Đây là hoạt động sáng tạo và biến đổi tự nhiên nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng và phát triển kinh tế Trong quá trình này, con người sử dụng các yếu tố lao động, tư liệu sản xuất và công nghệ để chuyển đổi tài nguyên thiên nhiên thành hàng hóa và dịch vụ thiết yếu Sản xuất đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao đời sống, thúc đẩy phát triển kinh tế và mở ra cơ hội việc làm cho xã hội.
Trong một nhà máy cơ khí, quá trình sản xuất bao gồm tổng hợp các hoạt động nhằm biến nguyên vật liệu và bán thành phẩm thành sản phẩm cuối cùng Các quá trình chính gồm có tạo phôi (đúc, rèn, dập), gia công cơ khí, nhiệt luyện, lắp ráp và kiểm tra chất lượng Bên cạnh đó, còn có các quá trình phụ như vận chuyển, sửa chữa thiết bị, sơn lót và đóng gói bao bì, đóng vai trò hỗ trợ trong chuỗi sản xuất để đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Trong quá trình sản xuất trực tiếp, các phương pháp gia công cơ khí làm thay đổi trạng thái và tính chất của vật liệu để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Quá trình này bao gồm các bước như gia công, nhiệt luyện, và xử lý bề mặt, nhằm nâng cao độ cứng, độ bền và khả năng chịu lực của sản phẩm cuối cùng Việc thay đổi trạng thái và tính chất của vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và độ chính xác của các sản phẩm cơ khí.
- 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 là bước quan trọng để tạo ra một vị trí tương quan chính xác giữa các chi tiết Quá trình này thực hiện thông qua các mối lắp ghép, giúp các bộ phận liên kết chặt chẽ và chính xác Nhờ đó, sản phẩm hoàn chỉnh được hình thành một cách đồng bộ, đảm bảo chất lượng và độ bền của sản phẩm cuối cùng.
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 Việc xác định một quy trình công nghệ hợp lý và ghi thành các văn kiện công nghệ chính là bước quan trọng để đảm bảo quá trình sản xuất đạt hiệu quả cao Các văn kiện công nghệ này, gọi là quy trình công nghệ, đóng vai trò hướng dẫn chi tiết các bước thực hiện và đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng trong quá trình sản xuất.
Các d ạ ng s ả n xu ấ t
1.3.1 Sản lượng và sản lượng hàng năm
Sản lượng là số lượng 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 chi tiết, người ta sử dụng các công thức tính toán chính xác dựa trên số lượng sản phẩm tạo ra trong kỳ Việc đo lường sản lượng giúp đánh giá hiệu quả sản xuất và lập kế hoạch sản xuất phù hợp Theo dõi sản lượng còn góp phần tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao năng suất và giảm thiểu chi phí.
Trong đó: N- số chi tiết được sản xuất trong một năm;
N1- số sản phẩm ( sốmáy) 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, chi tiết hoặc phôi được chế tạo theo một bản vẽ nhất định gọi là xeri (loạt) Mỗi loại máy mới ra đời đều được đánh số xeri (số loạt), giúp quản lý và phân biệt các lô sản phẩm hiệu quả Việc xác định xeri đảm bảo tính chính xác và thống nhất trong sản xuất, góp phần nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
Dạng sản xuất là khái niệm quan trọng giúp xác định hợp lý đường lối, biện pháp công nghệ và tổ chức sản xuất nhằm tạo ra sản phẩm đạt các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật Các yếu tố đặc trưng của dạng sản xuất bao gồm tính tổng hợp và khả năng thích ứng, góp phần nâng cao hiệu quả và năng suất của quá trình sản xuất Hiểu rõ dạng sản xuất giúp tối ưu hóa quy trình, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm để phù hợp với yêu cầu thị trường.
- 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
Trong quá trình sản xuất, việc lựa chọn dạng sản xuất phù hợp dựa trên sản lượng và mức độ ổn định của sản phẩm là điều quan trọng Sản xuất theo dạng loạt nhỏ phù hợp với các sản phẩm có nhu cầu thấp và yêu cầu linh hoạt cao, gần như giống với sản xuất đơn chiếc Trong khi đó, sản xuất loạt lớn thích hợp cho số lượng lớn, gần như tương tự với phương pháp sản xuất hàng khối, giúp tối ưu hóa hiệu quả và giảm chi phí.
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
Dạng sản xuất hàng khối cho phép áp dụng các phương pháp công nghệ tiên tiến, đáp ứng yêu cầu về cơ khí hóa và tự động hóa trong quá trình sản xuất Hình thức này tạo điều kiện tổ chức các dây chuyền gia công chuyên môn hóa, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Các máy móc trong dạng sản xuất hàng khối thường được bố trí theo thứ tự nguyên công của quy trình công nghệ, đảm bảo tính hợp lý và hiệu quả trong sản xuất hàng loạt.
Hiệu quả kinh tế khi chế tạo số lượng lớn sản phẩm được tính theo công thức: n S l S k c
Ởđây: N – sốđơn 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 đơn vị sản phẩm trong sản xuất hàng khối phụ thuộc vào sản lượng và mức độ chuyên môn hóa của nhà máy đối với từng loại sản phẩm Hiệu quả của sản xuất hàng khối được xác định trước hết dựa trên yếu tố này Điều kiện tối ưu để đạt hiệu quả cao trong sản xuất hàng khối là chỉ chế tạo một loạt sản phẩm với cùng một kết cấu duy nhất, giúp giảm chi phí và nâng cao năng suất.
Với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, kết cấu của sản phẩm cần được cải tiến để nâng cao chất lượng Do đó, quy trình công nghệ cũng phải được điều chỉnh phù hợp để đảm bảo hiệu quả và hoàn thiện sản phẩm tốt hơn.
Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, phương pháp sản xuất dây chuyền được sử dụng phổ biến để gia công và lắp ráp Các máy móc được bố trí theo trình tự các bước nguyên công nhằm đảm bảo quá trình sản xuất liên tục và hiệu quả Việc tính toán số vị trí làm việc và năng suất phải chính xác để duy trì sự đồng bộ, tránh tình trạng đình trệ giữa các công đoạn Để đạt được sự phối hợp hiệu quả, dây chuyền sản xuất cần tuân theo một nhịp sản xuất cố định và hợp lý.
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 Ởđây: t – nhịp sản xuất (phút);
F – thời gian làm việt tính theo ca, tháng, năm (phút ); q – sốlượng sản phẩm (hoặc chi tiết) được chế tạo ra trong thời gian F
Trong một ngày làm việc 8 giờ, ta có tổng thời gian là 480 phút (F = 8 x 60 = 480 phút) Với số lượng gia công là q = 160 chi tiết, nhịp sản xuất được tính bằng công thức t = Thời gian làm việc / Số lượng chi tiết = 480 phút / 160 chi tiết = 3 phút Điều này có nghĩa là thời gian để hoàn thành mỗi công đoạn sản xuất là 3 phút, bao gồm cả vận chuyển, hoặc đây là bội số của thời gian 3 phút để đảm bảo quy trình liên tục và hợp lý.
Trong quy trình cắt răng, cần sử dụng đồng bộ 4 máy làm việc cùng lúc để kịp tiến độ của giai đoạn trước đó Mỗi máy cắt một chi tiết trong vòng 12 phút, đây là một ví dụ về thời gian làm việc phù hợp với yêu cầu sản xuất nhanh và hiệu quả Việc phân chia công việc như vậy giúp tối ưu hóa năng suất và giảm thiểu thời gian chờ đợi giữa các công đoạn.
1.3.4 Xác định dạng sản xuất.
Sau khi xác định được sản lượng hàng năm N của chi tiết, bước tiếp theo là tính toán khối lượng của từng chi tiết Khối lượng Q của chi tiết được xác định dựa trên công thức cụ thể, giúp đảm bảo tính chính xác trong quá trình thiết kế và sản xuất Việc tính toán khối lượng chi tiết là yếu tố quan trọng để đảm bảo tối ưu hóa nguyên vật liệu và chi phí sản xuất.
Q = V. Ởđây: V- thể tích của chi tiết (dm3);
Khối lượng riêng của các vật liệu kim loại khác nhau như thép có độ dày riêng là 7,852 kg/dm³, gang dẻo là 7,2 kg/dm³, gang xám là 7 kg/dm³, nhôm có khối lượng riêng khoảng 2,7 kg/dm³, và đồng là 8,72 kg/dm³ Những giá trị này giúp xác định trọng lượng và đặc tính của từng loại vật liệu trong các ứng dụng kỹ thuật và xây dựng Hiểu rõ về khối lượng riêng của vật liệu là yếu tố quan trọng để lựa chọn và thiết kế phù hợp trong các công trình.
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
Sản lượng hàng năm của chi tiết (chiếc ) Đơn chiếc
Các phương pháp tổ ch ứ c s ả n xu ấ t
Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng loạt khối gia công chi tiết, có thể áp dụng hai phương pháp chính là tập trung nguyên công hoặc phân tán nguyên công Việc lựa chọn phương pháp phù hợp giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, nâng cao hiệu quả và giảm thiểu chi phí sản xuất Phương pháp tập trung nguyên công thường diễn ra tại một nơi, dễ kiểm soát chất lượng, trong khi phương pháp phân tán nguyên công phù hợp cho các dây chuyền sản xuất linh hoạt và phân tán theo địa điểm Chuyển đổi linh hoạt giữa hai phương pháp này là yếu tố then chốt để tăng sức cạnh tranh của doanh nghiệp trong ngành công nghiệp chế tạo.
1.4.1 Phương pháp tập trung nguyên công
Tập trung nguyên công là phương pháp bố trí nhiều bước công nghệ vào một nguyên công duy nhất và thực hiện trên cùng một máy, giúp tiết kiệm thời gian và tăng năng suất Thông thường, phương pháp này được áp dụng cho các bước công nghệ có đặc điểm gần giống nhau như khoan, khoét, doa, cắt ren, tiện ngoài, tiện trong, nhằm tối ưu hóa quá trình gia công Việc tích hợp các bước công nghệ này trong một nguyên công giúp giảm vật tư phụ, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.
Phương pháp tập trung nguyên công là kỹ thuật gia công hiệu quả cho các chi tiết phức tạp nhiều bề mặt Để tối ưu năng suất gia công, người ta thường sử dụng các máy tổ hợp, máy nhiều trục chính, và máy nhiều dao, cho phép gia công đồng thời trên nhiều trục chính hoặc nhiều vị trí khác nhau Thời gian gia công mỗi chi tiết được giảm thiểu do thực hiện đồng thời các bước gia công, tăng năng suất nhờ vào khả năng gia công song song và trùng hợp thời gian của các máy Các phương pháp này giúp rút ngắn thời gian gia công, nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí.
Phương pháp tập trung nguyên công không chỉ giúp tăng năng suất lao động mà còn nâng cao hệ số sử dụng mặt bằng sản xuất hiệu quả hơn Tuy nhiên, điểm hạn chế của phương pháp này là yêu cầu sử dụng máy móc phức tạp và việc điều chỉnh máy đòi hỏi kỹ thuật cao, gây khó khăn trong quá trình vận hành.
1.4.2.phương pháp phân tán nguyên công
Phương pháp phân tán nguyên công là kỹ thuật chia quy trình công nghệ thành nhiều nguyên công nhỏ, mỗi nguyên công thực hiện trên một máy, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất Phương pháp này sử dụng các máy móc thông dụng, dụng cụ tiêu chuẩn và trang bị công nghệ đơn giản, mang lại tính linh hoạt cao cho quá trình sản xuất Nhờ đặc điểm này, quá trình chuyển đổi đối tượng gia công diễn ra nhanh chóng, đồng thời giảm thiểu chi phí vận hành, nâng cao hiệu quả sản xuất.
Trong lĩnh vực chế tạo máy hiện nay, xu hướng chính là áp dụng phương pháp tập trung nguyên công dựa trên tự động hoá sản xuất để tăng năng suất lao động, rút ngắn chu kỳ sản xuất và giảm chi phí điều hành Phương pháp này giúp tối ưu hoá quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả công việc và giảm thiểu thời gian chết trong quá trình sản xuất Trong khi đó, phương pháp phân tán nguyên công thường chỉ phù hợp với quy mô sản xuất lớn khi trình độ kỹ thuật còn hạn chế, ít phổ biến trong các nhà máy hiện đại.
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 đặ t chi ti ế t gia công
Khái ni ệm cơ bả n
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 phương pháp cố định vị trí chi tiết sau khi đã định vị chính xác, giúp chống lại các lực tác động trong quá trình gia công Việc này đảm bảo chi tiết không bị di chuyển hoặc rời khỏi vị trí đã định, từ đó nâng cao độ chính xác và chất lượng gia công Quá trình kẹp chặt đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cố định chi tiết, giảm thiểu sai số và tăng hiệu quả sản xuất trong quá trình gia công cơ khí.
Trong quá trình gá đặt, quá trình định vị luôn diễn ra trước để đảm bảo chính xác vị trí Sau đó, mới bắt đầu quá trình kẹp chặt để cố định chi tiết một cách chắc chắn Hai quá trình này không bao giờ diễn ra đồng thời nhằm đảm bảo độ chính xác và an toàn trong quá trình gia công hoặc lắp đặt.
Ví dụ: Quá trình gá đạt chi tiếc trên mâm cặp 3 chấu (hình 2-1)
Hình 2.1 : Gá đạt chi tiế t trê n mâm cặp 3 chấu
Việc lựa chọn phương pháp gá đặt chi tiết hợp lý là yếu tố quan trọng trong thiết kế quy trình công nghệ, giúp giảm thời gian phụ trong sản xuất Chọn đúng phương pháp gá đặt còn đảm bảo độ cứng vững của chi tiết, từ đó nâng cao hiệu quả chế độ cắt và giảm thiểu thời gian gia công cơ bản Một quy trình gá đặt hợp lý không chỉ tối ưu hóa năng suất mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm, góp phần vào thành công của quá trình chế tạo.
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 dùng để kẹp chặt, bề mặt dùng để đo lường và bề mặt không gia công đều là những yếu tố quan trọng trong quá trình chế tạo và kiểm tra chi tiết Để xác định chính xác vị trí tương quan giữa các bề mặt của một chi tiết hoặc giữa các chi tiết khác nhau, người ta sử dụng khái niệm về chuẩn Việc áp dụng các chuẩn giúp đảm bảo độ chính xác và tính đồng bộ trong sản phẩm, tối ưu hóa quy trình gia công và kiểm tra chất lượng.
Chuẩn là tập hợp các bề mặt, đường hoặc điểm của một chi tiết, được sử dụng làm cơ sở để xác định vị trí chính xác của các bề mặt, đường hoặc điểm khác trên chi tiết đó Việc xác định chuẩn giúp đảm bảo tính chính xác, đúng quy cách trong quá trình gia công và lắp ráp các bộ phận cơ khí Nhờ vào chuẩn, kỹ thuật viên có thể dễ dàng kiểm tra, đo lường và điều chỉnh các chi tiết sao cho phù hợp với yêu cầu kỹ thuật Đây là bước quan trọng để đảm bảo chất lượng và độ chính xác của sản phẩm cuối cùng.
Việc xác định chuẩn ở một nguyên công gia công cơ là bước quan trọng để đảm bảo sự chính xác trong quá trình gia công Điều này liên quan đến việc xác định vị trí tương quan giữa dụng cụ cắt và bề mặt cần gia công của chi tiết, nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt Đồng thời, việc xác định chuẩn còn giúp tối ưu hóa hiệu quả kinh tế của nguyên công, giảm thiểu sai sót và nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.
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 quy trình thiết kế, hình thành khi lập các chuỗi kích thước để đảm bảo tính chính xác và nhất quán Chuẩn này có thể là chuẩn thực tế hoặc chuẩn ảo, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của dự án Việc áp dụng chuẩn thiết kế giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế và đảm bảo tính thẩm mỹ cũng như chức năng của sản phẩm.
Hình 2.3 chuẩn thiết kế a Chuẩn thực; b Chuẩn ảo
Chuẩn thực Chuẩn ảo C/gia công
Chuẩn thực (Hình a) là bề mặt A được sử dụng để xác định vị trí và kích thước của các mặt bậc trong quá trình gia công Trong khi đó, chuẩn ảo (Hình b) là điểm 0 tại đỉnh nón của mặt lăn bánh răng côn, dùng để xác định góc α chính xác Ngoài ra, chuẩn công nghệ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo các quy trình sản xuất đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và tối ưu hóa chất lượng sản phẩm.
Chuẩn công nghệ chia làm 3 loại sau:
Chu ẩ n gia công : còn chia thành chuẩn thô và chuẩn tinh
Chuẩn thô: Là những bể mặt dùng làm chuẩn nhưng chưa được gia công
Chất lượng chuẩn thô thường đề cập đến các bề mặt chưa qua gia công hoàn thiện, đảm bảo tính nguyên bản của vật liệu trong quá trình sản xuất Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt, chuẩn thô cũng được áp dụng cho các bề mặt đã trải qua gia công sơ bộ để xác định các yêu cầu ban đầu trước khi tiến hành các bước gia công tiếp theo Việc hiểu rõ về chuẩn thô giúp tối ưu hóa quy trình gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Trong quá trình sản xuất máy hạng nặng, phôi được chuyển từ phân xưởng chế tạo phôi đến phân xưởng cơ khí sau khi đã qua gia công sơ bộ, giúp phát hiện phế phẩm sớm ngay tại nơi tạo phôi để giảm thiểu chi phí vận chuyển.
Chuẩn tinh: là những bể mặt dùng làm chuẩn đã qua gia công cơ khí ít nhất
Chuẩn tinh chính được sử dụng xuyên suốt trong quá trình gia công và lắp ráp, đảm bảo độ chính xác cao cho sản phẩm Trong khi đó, chuẩn tinh phụ chỉ dùng trong quá trình gia công nhằm kiểm tra, điều chỉnh trước khi áp dụng chuẩn tinh chính Việc lựa chọn đúng loại chuẩn tinh là yếu tố quyết định đến chất lượng và độ chính xác của toàn bộ quá trình sản xuất.
Hình 2 4 Chuẩn gia c ông a Chuẩn t inh phụ ; b Chuẩn tinh chính
Trong hình 2.4a, mặt đầu A và lỗ B được gia công làm chuẩn tinh trong quá trình gia công để đảm bảo độ chính xác, tuy nhiên khi lắp ráp, chúng không được sử dụng như chuẩn chính thức, mà chỉ đóng vai trò là chuẩn tinh phụ, góp phần duy trì độ chính xác trong quá trình gia công.
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 lập ráp là tiêu chuẩn dùng để xác định vị trí tương quan giữa các chi tiết khác nhau trong quá trình lắp ráp máy móc Đây là yếu tố quan trọng giúp đảm bảo chính xác trong việc ghép nối các bộ phận, tăng tính chính xác và độ bền của sản phẩm Chuẩn lắp ráp có thể trùng hoặc không trùng với mặt tỳ lắp ráp, tùy theo yêu cầu kỹ thuật và thiết kế của từng loại máy móc Việc xác định đúng chuẩn lập ráp góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu lỗi trong quá trình lắp ráp.
Ví dụ, khi lắp ráp thân động cơ đốt trong, cần đảm bảo độ thẳng góc giữa tâm lỗ xilanh (mặt E) và tâm ổ lắp trục khuỷu (M) là chính xác 0,05/1000mm Điều này giúp đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả của động cơ Việc kiểm tra độ thẳng góc này là bước quan trọng trong quá trình lắp ráp, đảm bảo các bộ phận hoạt động đồng bộ và tránh các sai lệch gây hư hỏng Đảm bảo độ chính xác trong lắp ráp giúp nâng cao tuổi thọ của động cơ và tránh các sự cố kỹ thuật không mong muốn.
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
Dựa trên các yếu tố đã phân tích, việc giải chuỗi kích thước theo phương pháp lắp lẫn là cần thiết, với các mặt C1, C2, D2, D3 làm chuẩn lắp ráp Tuy nhiên, nếu thực hiện bằng phương pháp rà 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, còn các mặt C1, C2, D2, D3 sẽ đóng vai trò là các mặt tỳ.
Hình 2- 5 Lắp ráp động cơ
Nguyên t ắc đị nh v ị và k ẹ p ch ặ t chi ti ế t
2.2.1 Nguyên tắc 6 điểm khi định vị.
Một vật rắn tuyệt đối trong hệ tọa độ 3 chiều có 6 chuyển động hoặc 6 bậc tự do, bao gồm ba chuyển động tịnh tiến dọc các trục OX, OY, OZ và ba chuyển động quay quanh các trục đó Bậc tự do theo một phương nào đó của vật rắn là khả năng di chuyển của vật theo phương đó mà không bị cản trở, phản ánh khả năng chuyển động linh hoạt của vật trong không gian 3 chiều.
Ngược lại, vật rắn không thế di chuyến theo phương nào đó, có nghĩa là nó bị khống chế bậc tự do theo phương đó
Vât rắn tuyệt đối có hình dạng khối lập phương được đặt trong hệ toạ độ Đề các thì:
Khi tịnh tiến khối lập phương tiếp xúc với mặt phẳng XOY, các chuyển động của khối bị giới hạn bao gồm: tịnh tiến dọc trục OZ và quay quanh các trục OY, OX Những chuyển động này giúp xác định rõ các giới hạn của khối khi tiếp xúc với mặt phẳng XOY Tịnh tiến theo trục OZ và quay quanh các trục OY, OX tạo thành các thao tác cơ bản trong quá trình phân tích chuyển động của khối lập phương trong không gian Hiểu rõ các chuyển động này là nền tảng để nghiên cứu các ứng dụng trong cơ học và kỹ thuật.
Khi tịnh tiến khối lập phương để tiếp xúc với mặt phẳng YOZ, các chuyển động của khối lập phương bị giới hạn Cụ thể, nó chỉ còn khả năng tịnh tiến dọc theo trục ox và quay xung quanh trục OZ, đảm bảo sự tiếp xúc chính xác và ổn định giữa khối lập phương và mặt phẳng.
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, nó bị tước bỏ tất cả 6 chuyển động tự do Điều này có nghĩa là khối bị hạn chế trong khả năng tịnh tiến theo các trục OX, OY, OZ và không còn khả năng quay quanh các trục này Đây là một trạng thái khống chế toàn diện các bậc tự do của khối lập phương trong hệ tọa độ.
Khi một vật bị khống chế cả 6 bậc tự do, nghĩa là nó đã có vị trí cố định trong không gian, đảm bảo tính chính xác trong quá trình gia công Để xác định vị trí của chi tiết gia công một cách chính xác, cần phải không chế các bậc tự do theo phương cần thiết, từ đó đảm bảo độ chính xác và ổn định trong quá trình gia công Việc kiểm soát đầy đủ các bậc tự do giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quy trình gia công.
Mỗi mặt phẳng trong hệ thống đều có khả năng kiểm soát tối đa 3 bậc tự do Cụ thể, mặt phẳng YOZ và XOZ chỉ kiểm soát lần lượt 2 và 1 bậc tự do, do các bậc tự do còn lại đã được giới hạn trước đó trên 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 ng ắ n kh ố ng ch ế 2 bậc lự do (OZ.OY)
Hình 2-11 trình bày các ví dụ về chốt trụ dùng để khống chế các bậc tự do trong kết cấu Chốt trụ dài có khả năng kiểm soát 4 bậc tự do, bao gồm OX, OY, OX, OY, giúp đảm bảo độ cứng vững tối đa cho kết cấu Trong khi đó, chốt trụ ngắn chỉ kiểm soát 2 bậc tự do (OX, OY), phù hợp với các ứng dụng cần hạn chế di chuyển một cách hạn chế Ngoài ra, chốt trụ âm khống chế chỉ một bậc tự do duy nhất, thích hợp cho các trường hợp cần giới hạn chuyển động nhỏ và linh hoạt trong thiết kế kết cấu xây dựng.
Trong quá trình định vị, không phải lúc nào cũng cần kiểm soát đầy đủ cả 6 bậc tự do của chi tiết; việc này tùy thuộc vào yêu cầu gia công và từng nguyên công cụ thể Việc xác định chính xác các bậc tự do cần kiểm soát giúp tối ưu hóa quá trình gia công, đảm bảo độ chính xác và tiết kiệm thời gian Điều chỉnh các bậc tự do phù hợp cũng giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu sai lệch trong quá trình gia công chi tiết.
Trong quá trình gia công mặt phẳng B có kích thước H±5, cần sử dụng 3 bậc tự do chính để điều chỉnh, bao gồm tịnh tiến theo trục OZ và quay quanh các trục OX, OY Những bậc tự do này ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước gia công chính xác của chi tiết (xem hình 2-11) Việc kiểm soát tốt các bậc tự do này đảm bảo đạt được yêu cầu về kích thước và chất lượng bề mặt sản phẩm.
Một bậc lựdo được khống chế thế hiện bằng một kí hiệu A trên sơ đổđịnh vị
Khi định vị bằng chốt trụ dài, nếu mối lắp ghép giữa chốt định vị và lỗ chi tiết có khe hở lớn, số bậc tự do bị khống chế không còn là 4 do chi tiết bị dịch chuyển tương đối so với chốt định vị Điều này ảnh hưởng đến độ chính xác và ổn định của phép định vị, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao Việc kiểm tra và xử lý khe hở giữa các bộ phận là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của lắp ghép và đảm bảo tính ổn định của kết cấu.
Một bậc tự do bị khống chế quá một lần được gọi là siêu định vị, gây ra hiện tượng đặc biệt trong quá trình cố định Mặt trụ kiểm soát các bậc tự do bằng cách quay quanh các trục OX và OY, đồng thời tịnh tiến theo các hướng này Trong khi đó, mặt phẳng chịu trách nhiệm khống chế các bậc tự do bằng cách tịnh tiến theo trục OZ và quay quanh các trục OX, OY Do đó, bậc tự do quay quanh OX và OY bị khống chế hai lần trong cùng một thao tác gá, dẫn đến hiện tượng siêu định vị.
Hiện tượng siêu định vị gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng gia công, đặc biệt khi lực kẹp tác động vào mặt định vị có thể gây biến dạng chốt định vị Điều này làm giảm độ chính xác và độ bền của chi tiết gia công, gây ra lỗi sản phẩm và tăng chi phí sản xuất Để đảm bảo chất lượng, cần kiểm soát lực kẹp và thiết kế hệ thống định vị phù hợp, hạn chế tác động trực tiếp lên mặt 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 sốgá đặt chi tiết trong quá trình gia công cơ được xác định theo công thức sau:
Trong đó: c Sai số chuẩn
- 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 chủ yếu xuất phát từ việc chế tạo đồ gá không chính xác, dẫn đến sai số trong quá trình gia công Ngoài ra, độ mòn của đồ gá theo thời gian cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của sản phẩm Thêm vào đó, việc đặt đồ gá không chính xác trên máy cũng là nguyên nhân gây ra sai số trong gia công.
Sai sô' đồgá được tính theo công Ihức sau:
đg = ct + m + lđ Trong đó: ct Sai số do chế tạo đồ gá
m - Sai sốdo mòn đồ gá
lđ - Sai số do lắp đặt đồ gá trên máy
Trong quá trình chế tạo đồ gá, người ta thường lấy độ chính xác đổ gá cao hơn so với độ chính xác của chi tiết gia công để đảm bảo kết quả chính xác Độ mòn của đổ định vị phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vật liệu sử dụng, trọng lượng của phôi, tình trạng bề mặt tiếp xúc giữa phôi và đồ gá, cũng như điều kiện gá đặt phôi trên đồ gá Khi sử dụng các chốt tỳ, độ mòn của chúng quyết định đến độ chính xác của quá trình gá cố định, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ chính xác của sản phẩm cuối cùng.
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
Trong hình 2-14a, khí gia cổng mặt G đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí chuẩn của mặt D, vừa là điểm định vị chính vừa là gốc để đo kích thước A Khi đó, kích thước A không có sai số, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình đo lường và gia công kỹ thuật Việc hiểu rõ vị trí của khí gia cổng mặt G giúp nâng cao hiệu quả trong các quy trình sản xuất và kiểm tra kỹ thuật.
Phương pháp gá đặ t chi ti ế t khi gia công
Có hai trường hợp: rà trực tiếp trên máy và rà theo dấu đã vạch sẩn
Phương pháp rà gá, công nhản sử dụng dụng cụ như bàn rà, mũi rà, đổng hổ so hoặc hệ thống ống kính quang học để xác định chính xác vị trí của chi tiết so với máy hoặc dụng cụ cắt Ví dụ, khi gia công lỗ lệch tâm (d2) trên chi tiết trục có đường kính ngoài (d1), quá trình rà gá trên mâm cặp 4 chấu giúp đảm bảo tâm lỗ trùng với đường tâm trục chính của máy, từ đó chính xác hóa gia công lỗ d2.
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
Phương pháp này sử dụng dụng cụ cắt có vị trí cố định tương đối so với vật gia công, nhờ các cơ cấu định vị của dỗ gá để đảm bảo vị trí chính xác Trong quá trình gia công theo phương pháp này, máy và dao được điều chỉnh trước để đạt độ chính xác mong muốn Khi phay bằng dao phay đĩa ba mảnh, dao đã được điều chỉnh sẵn để đảm bảo kích thước a, b, vì dao có vị trí tương quan chính xác với phiến tỳ của dỗ gá, giúp gia công đạt độ chính xác cao và đồng bộ.
Những đặc điểm cùa hai phương pháp trên đã được trình bày tại chương 2.
Các nguyên t ắ c ch ọ n chu ẩ n 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 loại chuẩn chủ yếu sử dụng trong nguyên công đầu tiên của quá trình gia công cơ, giúp xác định tính chính xác và kích thước ban đầu của chi tiết Việc lựa chọn chuẩn thô đóng vai trò quyết định đối với toàn bộ quá trình gia công, ảnh hưởng đến chất lượng và độ chính xác của các nguyên công sau này Để đảm bảo hiệu quả gia công, khi chọn chuẩn thô cần chú ý đến hai yêu cầu chính: phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm và đảm bảo khả năng gia công thuận tiện, tối ưu hóa quá trình gia công.
- 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, quá trình gia công bắt đầu bằng cách sử dụng mặt B làm chuẩn để gia công mặt A Sau khi hoàn thành, mặt A sẽ được xác định làm chuẩn để tiến hành gia công hai bề mặt B một cách chính xác Quy trình này đảm bảo độ chính xác cao trong gia công không có lỗ đúc sẵn.
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 bịđúc lệch, vì nếu lổđúc 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
Trong nguyên tắc 1, khi một chi tiết có một bề mặt không gia công, nên sử dụng bề mặt đó làm chuẩn thô, nhằm giảm thiểu sự thay đổi vị trí tương quan giữa bề mặt không gia công và bề mặt gia công Điều này giúp đảm bảo độ chính xác cao hơn trong quá trình gia công và giữ ổn định kích thước của chi tiết.
Hình 2-17 Chọn chuẩ n thô cho píttông
Khi gia công pittông, người ta chọn chuẩn thô là mặt trong không gia công của pittông để đảm bảo đỉnh và thành pittông có chiều dày đều phù hợp với yêu cầu kỹ thuật Việc này giúp duy trì độ chính xác và độ bền của chi tiết sau quá trình gia công Chọn mặt chuẩn đúng cách đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.
Nguyên tắc 2: Khi chi tiết có một số bề mặt không gia công, nên lựa chọn bề mặt không gia công có yêu cầu độ chính xác về vị trí tương quan cao nhất làm chuẩn thô cho quá trình gia công.
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 t ắ c 3 : Nếu chi tiết có nhiều bề mặt gia công thì nên chọn mặt nào có lượng dư nhỏ và đều làm chuẩn thô
Trong quá trình gia công thân máy tiện, người ta thường chọn mặt B làm chuẩn thô để gia công mặt A, sau đó lấy mặt A làm chuẩn tinh để gia công mặt B Việc này đảm bảo độ chính xác cao vì mặt B nằm ở nửa phần khuôn dưới, có cấu trúc kim loại tốt và bề mặt đúc nhẵn, đều Điều này giúp nâng cao chất lượng gia công và đảm bảo các yếu tố kỹ thuật cần thiết cho sản phẩm cuối cùng.
Hình 2- 19 Gia công thân máy tiện Hình 2- 20 Gia công trục bậc
Nguyên t ắ c 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 t ắ c 5 : Chuẩn thô chỉ nên dùng một lần trong quá trình gia công
Trong quá trình gia công trục bậc, mặt 2 thường là bề mặt không gia công được và được sử dụng làm chuẩn để gia công mặt 3 Sau đó, để gia công mặt 1 chính xác hơn, ta lấy mặt 3 làm chuẩn tinh Việc lấy mặt 2 làm chuẩn thô để gia công mặt 1 sẽ không đảm bảo độ đồng tâm giữa mặt 1 và mặt 3, ảnh hưởng đến chất lượng và độ chính xác của sản phẩm.
Nguyên t ắ c 1 : Khi chọn chuẩn tinh nên chọn chuẩn tinh chính, như vậy sẽ làm cho chi tiết lúc gia công có vị trí tương tự như khi làm việc
Ví dụ như trong quá trình gia công răng của bánh răng chuẩn tinh, lỗ B và mặt đầu A được chọn là các mặt gia công chính Lỗ B có tác dụng là bề mặt sau này sẽ được lắp ghép với trục truyền động, đảm bảo tính chính xác và phù hợp trong quá trình lắp ráp (Hình 2-21)
Hình 2.21 Gia công r ă ng c ủ a bánh r ă ng
Nguyên t ắ c 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 t ắ c 3 : Chọn chuẩn sao cho chi tiết không bị hiến dạng do lực kẹp và lực cắt Mặt chuẩn phải có đủ diện tích đểđịnh vị
Nguyên t ắ c 4 : Chọn chuẩn sao cho kết cấu đổ gá đơn giản và thuân tiện khi sử dụng
Nguyên t ắ c 5 : Cố gắng chọn chuẩn là chuẩn tinh thống nhất
Chuẩn tinh thống nhất là tiêu chuẩn quan trọng được sử dụng trong hầu hết các nguyên công của quá trình gia công Việc thay đổi chuẩn nhiều lần trong quá trình gá đặt sẽ gây ra sai số tích lũy, từ đó làm giảm độ chính xác của sản phẩm cuối cùng Áp dụng chuẩn tinh thống nhất giúp đảm bảo độ chính xác cao, nâng cao chất lượng gia công và hiệu quả sản xuất.
Ví dụ về gia công vỏ hộp giảm tốc cho thấy việc chọn mặt phẳng A và hai lỗ B, C làm chuẩn tinh thống nhất là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác Chuẩn tinh này được sử dụng xuyên suốt quá trình gia công, trừ trong các nguyên công tạo mặt chuẩn và lỗ B, C Mặt phẳng A khống chế 3 bậc tự do, giúp định vị chính xác chi tiết, trong khi lỗ B hạn chế 2 bậc tự do như chốt trụ ngắn, còn lỗ C kiểm soát 1 bạc tự do như chốt trám để 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 ni ệ m
Khi thiết kế và chế tạo máy móc, bên cạnh các yếu tố như tính toán động học, độ bền, độ cứng vững và khả năng chống mòn, việc tính toán độ chính xác của chi tiết máy là vô cùng quan trọng Độ chính xác là đặc tính chủ đạo quyết định hiệu suất và độ tin cậy của máy móc Tuy nhiên, trong thực tế, không thể chế tạo các chi tiết có độ chính xác tuyệt đối do các sai số xuất hiện trong quá trình gia công Do đó, độ chính xác gia công thường có sự khác biệt đáng kể và cần được quản lý phù hợp để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Nâng cao độ chính xác gia công và độ chính xác lắp ráp sẽ làm tăng độ bền và tuổi thọ cuả máy
Ví dụkhi tăng độ chính xác cuả vòng bi (giảm khe hở) xuống từ 20 đến 10
Thời gian phục vụ của máy tăng từ 740 đến 1200 giờ, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất Độ chính xác trong quá trình gia công quyết định tới chất lượng sản phẩm, giúp giảm khối lượng gia công cơ, tiết kiệm nguyên vật liệu và làm giảm chi phí sản xuất Việc đảm bảo các phôi có độ chính xác đồng đều ở tất cả các công đoạn là điều kiện tiên quyết để tự động hóa quá trình gia công và lắp ráp, nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất.
Nâng cao độ chính xác gia công cơ giúp loại bỏ công việc điều chỉnh khi lắp ráp, từ đó tạo điều kiện cho quá trình lắp ráp hoàn toàn tự động và theo dây chuyền Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn giảm thiểu thời gian và công sức sửa chữa máy móc trong quá trình vận hành, đảm bảo hiệu suất sản xuất ổn định và giảm thiểu lỗi kỹ thuật.
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
Trong quá trình gia công, nhà công nghệ cần nghiên cứu độ chính xác thực tế của quá trình để đảm bảo chất lượng sản phẩm, đồng thời phân tích các nguyên nhân gây ra sai số trong gia công và lắp ráp Độ chính xác gia công của chi tiết máy phản ánh mức độ giống nhau về kích thước, hình dạng hình học, cũng như vị trí tương quan của chi tiết gia công trên máy so với bản vẽ thiết kế lý tưởng.
Như vậy , độ chính xác cuả chi tiết được đánh giá theo các yếu tốsau 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
Trong gia công chi tiết hình trục, độ chính xác hình dáng được đánh giá qua các yếu tố như độ côn, độ oval, độ đa cạnh và độ tang trống, phản ánh chính xác hình dạng của chi tiết Còn khi gia công mặt phẳng, độ chính xác hình dáng được xác định dựa trên độ phẳng của mặt phẳng đó so với mặt phẳng lý tưởng, đảm bảo chất lượng và tính năng sử dụng của sản phẩm.
3.1.3 Độchính 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 : Độsong song , độ vuông gốc , độđồng tâm
Trong sản xuất, cần nhớ rằng độ chính xác càng cao (sai số càng nhỏ) thì giá thành càng tăng cao, điều này ảnh hưởng lớn đến chi phí tổng thể Độ chính xác gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ, dụng cụ và kỹ thuật, nên các nhà sản xuất thường hướng đến đạt “độ chính xác kinh tế” để tối ưu hóa chi phí Việc lựa chọn độ chính xác phù hợp giúp cân đối giữa chất lượng sản phẩm và chi phí sản xuất, tránh lãng phí nguồn lực cho những mức độ chính xác không cần thiết.
+ “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 có thể đạt tới trong các điều kiện đặc biệt mà không tính đến chi phí gia công, bao gồm sử dụng máy chính xác, đồ gá chất lượng cao và công nhân có tay nghề cao.
Hình 3.1 Đồ thị mối quan hệ giữa dung sa i và giá thành
Hình 3.2 thể hiện mối quan hệ giữa giá thành gia công và độ chính xác (sai số) của các phương pháp cắt gọt khác nhau Đường 1 thể hiện mối quan hệ giữa giá thành và sai số khi tiện thô, trong khi đường 2 mô tả mức độ chính xác khi tiện tinh Đường 3 biểu diễn mối liên hệ giữa giá thành và sai số trong quá trình mài, giúp so sánh hiệu quả kinh tế và độ chính xác của từng phương pháp gia công.
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 M ô 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 có thể đạt đến độ chính xác cao nhất, gọi là độ chính xác tối đa, trong khi đó vùng II phản ánh độ chính xác kinh tế phù hợp với chi phí và hiệu quả sản xuất Ví dụ, bằng phương pháp tiện tinh (đường cong 2), ta có thể đạt được mức độ chính xác cao ở vùng I nhưng với chi phí cao, còn phương pháp mài (đường cong 3) giúp giảm chi phí mà vẫn duy trì độ chính xác phù hợp Độ chính xác ở vùng III có thể đạt được bằng tiện tinh (đường cong 2), nhưng sử dụng phương pháp tiện thô (đường cong 1) sẽ là sự lựa chọn hợp lý hơn để đảm bảo độ chính xác cần thiết với chi phí tối ưu.
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 hàng loạt chi tiết trong cùng một điều kiện, mặc dù nguyên nhân gây ra các sai số của từng chi tiết giống nhau, nhưng mỗi chi tiết có thể gặp phải các sai lệch khác nhau do các yếu tố như vật liệu, mức độ gia công hoặc điều kiện vận hành Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng giúp tối ưu quy trình gia công và đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng nhất Việc kiểm soát các yếu tố này quan trọng trong giảm thiểu sai số và nâng cao hiệu quả gia công hàng loạt.
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 các loại sản phẩm đều tồn tại theo một quy luật nhất định Những sai số này được gọi là sai số hệ thống cố định hoặc sai số hệ thống thay đổi, ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo lường và cần được phân tích, kiểm soát để nâng cao chất lượng sản phẩm.
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 cốđịnh:
- Sai số lý thuyết cuảphương pháp cắt
- Sai số chế tạo cuảmáy, 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 cuảmáy, 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 cuảphôi trong đồgá thay đổi(dẫn đến sai sốgá đặt)
- Thay đổi cuảứng 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 này bắt đầu bằng việc giữ phôi trên máy và người công nhân đưa dao vào để cắt thử một lượng dư nhất định Sau đó, sử dụng máy để kiểm tra kích thước của sản phẩm Nếu kích thước chưa đạt yêu cầu, người công nhân sẽ điều chỉnh độ sâu của dao rồi thực hiện cắt thử và kiểm tra lại Quá trình này lặp lại nhiều lần cho đến khi đạt được kích thước chính xác theo yêu cầu.
Trước khi tiến hành cắt thử, phôi thường được lấy dấu để người thợ dễ dàng định vị chính xác vị trí cắt Việc này giúp đưa dao vào đúng điểm đã đánh dấu một cách nhanh chóng, đồng thời giảm thiểu tình trạng phế phẩm do dao cắt vào quá sâu Các bước này đảm bảo quy trình cắt diễn ra chính xác, hiệu quả và tiết kiệm nguyên vật liệu.
*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 cuảngười 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:
Độ chính xác gia công phụ thuộc vào bề dày nhỏ nhất của lớp phoi được cắt đi, không thể điều chỉnh dao để giảm bề dày phoi nhỏ hơn giới hạn này Ví dụ, khi tiện bằng dao hợp kim có lưỡi mài bóng, bề dày phoi có thể cắt nhỏ hơn 0.5mm, trong khi dao đã mòn chỉ cắt được bề dày phoi tối thiểu là 0.5mm Do đó, phương pháp cắt thử giới hạn khả năng điều chỉnh của thợ và 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 để sử dụng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ do những nhược điểm nhất định Trong sản xuất thử hàng loạt lớn và hàng khối, phương pháp này không được khuyến khích do hạn chế về hiệu quả Thường thì, phương pháp cắt thử được áp dụng chủ yếu trong quá trình gia công mài, vì lượng mòn của đá có thể dễ dàng điều chỉnh bằng tay trong quá trình gia công để đảm bảo chất lượng.
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 này dựa trên việc điều chỉnh dụng cụ cắt trước khi gia công để đảm bảo vị trí cố định tương quan với chi tiết gia công Chi tiết gia công cần có vị trí xác định chính xác so với dụng cụ cắt, và điều này được đảm bảo nhờ cơ cấu định vị của đồ gá Ngoài ra, đồ gá cũng được cố định chắc chắn trên máy nhờ vào cơ cấu định vị riêng biệt, giúp quá trình gia công diễn ra chính xác và hiệu quả.
Khi phay phôi (chi tiết gia công) để đặt kích thước a và b, bàn máy phay cần được điều chỉnh sao cho mặt tỳ của má tĩnh 1 ở êtô cách trục quay của dao phay một đoạn k = D/2 + a, với D là đường kính của dao phay Điều chỉnh chính xác này đảm bảo quá trình gia công đạt chuẩn về kích thước và chất lượng.
Trong quá trình gia công, mặt bên của dao phay 3 cách mặt đứng má tĩnh của ê tô một khoảng bằng b, đảm bảo độ chính xác trong gia công Việc điều chỉnh máy được thực hiện dễ dàng thông qua phương pháp cắt thử hoặc nhờ vào cơ cấu so dao của đồ gá chuyên dụng, giúp đạt được độ chính xác mong muốn Sau khi hoàn tất điều chỉnh, quy trình gia công diễn ra tự động mà không cần dịch chuyển bàn máy theo hai phương ngang và đứng, tiết kiệm thời gian và nâng cao năng suất.
Trong quá trình gia công, việc giữ cố định các kích thước k và b đảm bảo độ chính xác của các kích thước a và b Nhờ đó, chi tiết gia công sẽ đạt được độ đều nhau và chất lượng cao, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật Việc này giúp đảm bảo tính nhất quán và chính xác của các chi tiết trong từng loạt phôi được gia công trên máy, tăng năng suất và giảm thiểu lỗi sản xuất.
Trong ví dụ khác, chiều mặt đầu của phôi 2 (hình 3-4b) được xác định bằng khoảng cách c từ mặt đầu đồ gá l tới mặt tỳ 4, nhằm giới hạn dịch chuyển của dao 3 Kích thước b tính từ mặt tỳ 4 tới đỉnh dao 3, do đó chiều mặt đầu a được tính bằng công thức a = c - b Khi các kích thước c và b được điều chỉnh cố định, độ chính xác của kích thước a cũng được duy trì ổn định, đảm bảo độ chính xác trong quá trình gia công.
Khi sử dụng phương pháp tự động đặt kích thước, độ chính xác gia công không phụ thuộc vào công nhân mà do các yếu tố như thợ điều chỉnh, thợ chế tạo dụng cụ và nhà công nghệ đảm nhiệm Thợ điều chỉnh có nhiệm vụ điều chỉnh máy, thợ chế tạo dụng cụ chế tạo đồ gá, còn nhà công nghệ xác định chuẩn công nghệ, kích thước phôi và phương pháp gá đặt phôi trên đồ gá để đảm bảo độ chính xác gia công tối ưu.
Phương pháp tự động đặt kích thước có những ưu điểm sau đây:
Để đảm bảo độ chính xác gia công và giảm thiểu phế phẩm, việc kiểm soát chặt chẽ quá trình gia công là cần thiết Độ chính xác này không phụ thuộc vào độ dày nhỏ nhất của lớp phoi được cắt cũng như trình độ tay nghề của công nhân Việc duy trì tiêu chuẩn cao trong quá trình gia công giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa hiệu quả sản xuất.
+ 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 có trình độ tay nghề cao là yếu tố then chốt trong quá trình tự động hóa sản xuất Nhờ vào kỹ năng chuyên môn cao, các công nhân này có khả năng điều chỉnh và vận hành máy móc một cách linh hoạt, đảm bảo hoạt động hiệu quả và nâng cao năng suất Việc tuyển dụng và đào tạo nhân lực có trình độ tay nghề cao giúp doanh nghiệp thích nghi nhanh chóng với các quy trình tự động mới, từ đó tối ưu hóa quá trình sản xuất và giảm thiểu sai sót.
+ Nâng cao hiệu quả kinh tế
Chi phí thiết kế và chế tạo đồ gá, cùng với chi phí điều chỉnh máy móc và dao cắt, đôi khi vượt quá lợi ích kinh tế do phương pháp này 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
Dụng cụ mau mòn sẽ gây ra sự thay đổi nhanh chóng về kích thước đã được điều chỉnh, dẫn đến việc cần điều chỉnh lại nhiều lần Quá trình điều chỉnh này tốn nhiều thời gian và chi phí, đồng thời làm giảm độ chính xác của các hoạt động sử dụng dụng cụ.
Các nguyên nhân gây ra sai s ố 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
- Độđảo cuả lỗ côn trục chính
- Độđảo 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 ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của chi tiết, thể hiện qua các sai số hệ thống trên bề mặt gia công Chuyển động cưỡng bức của các bộ phận chính như trục chính, bàn máy hoặc bàn dao đóng vai trò quan trọng trong hình thành bề mặt chi tiết Nếu các bộ phận này gặp phải sai số về chuyển động, chúng sẽ gây ra các sai lệch và biến dạng trên bề mặt sản phẩm cuối cùng Vì vậy, kiểm soát và hạn chế các sai số này là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng và độ chính xác cao của quá trình gia công.
Khi trục chính của máy tiện không song song với sống trượt của thân máy trong mặt phẳng nằm ngang, quá trình gia công sẽ tạo ra hình dạng côn cho chi tiết Điều này xảy ra do sai lệch trong đường tâm của trục chính, ảnh hưởng đến hình dạng của sản phẩm gia công Việc kiểm tra và chỉnh sửa đường tâm của trục chính máy tiện là cần thiết để đảm bảo độ chính xác cao, tránh hiện tượng hình côn không mong muốn trong quá trình gia công.
Hình 3-5 Đường tâm trục Đường kính lớn nhất cuả chi tiết Dmax được tính như sau: Ởđây: a - độ không song song trên chiều dài L trong mặt phẳng nằm ngang
Trong quá trình gia công, nếu sống trượt không song song với đường tâm của trục chính trong mặt phẳng đứng, chi tiết sẽ có hình dạng hình hyperboloid với đường kính lớn nhất Dmax Tham số Dmax phản ánh mức độ giới hạn của đường kính lớn nhất của chi tiết, đồng thời, độ không song song trong bề mặt đứng trên chiều dài L (được ký hiệu là b) ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng và chất lượng của chi tiết gia công Việc kiểm soát chính xác các yếu tố này giúp đảm bảo độ chính xác cũng như chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Nếu sống trượt không thẳng trên mặt phẳng nằm ngang, quỹ đạo chuyển động của mũi dao trở nên không đều, gây ra sự không đồng đều trong đường kính của chi tiết gia công Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt và độ chính xác của sản phẩm cuối cùng Để đảm bảo đạt được đường kính chính xác, cần duy trì trạng thái sống trượt thẳng, ổn định trên mặt phẳng nằm ngang, hạn chế các sai lệch trong quá trình gia công Đường kính D’ tại một vị trí nào đó phụ thuộc vào quá trình điều chỉnh chính xác của chiếc dao và sự ổn định của hệ thống gia công.
D’=D + 2δ thể hiện mối liên hệ giữa đường kính chi tiết sau biến dạng và đường kính ban đầu, trong đó D là đường kính ban đầu tại tiết diện sống trượt Đδ biểu thị lượng dịch chuyển lớn nhất của sống trượt trên bề mặt nằm ngang so với vị trí tính toán ban đầu Việc tính toán chính xác này giúp đảm bảo độ an toàn và độ chính xác trong thiết kế và phân tích kết cấu.
Độ lệch tâm của mũi tâm trước so với tâm quay của trục chính gây ra sự lệch của đường tâm chi tiết gia công, làm cho nó không khớp với đường tâm của hai lỗ tâm đã được gia công trước đó để làm chuẩn (hình 3.7).
Khi độ lệch tâm của mũi tâm trước là e, đường nối giữa hai lỗ tam sẽ biến đổi thành hình chóp trong quá trình quay Đỉnh của hình chóp chính là mũi tâm sau, thể hiện rõ sự thay đổi vị trí của mũi tâm theo góc quay Hiểu rõ hiện tượng này giúp phân tích chính xác quá trình quay và ảnh hưởng của lệch tâm đến cấu trúc của hình học Tối ưu hóa kỹ thuật thiết kế và kiểm tra các điểm tâm trong các quá trình cơ khí, xây dựng, đang trở nên dễ dàng hơn nhờ việc nắm bắt các biến đổi hình học này.
Hình 3.7 cho thấy đường tâm của trục chính không trùng với đường tâm của hai mũi tâm, gây lệch tâm sau gia công Tại một mặt cắt A - A’ vuông góc với phương chạy dao, diện tích vẫn giữ hình dạng hình tròn, nhưng tâm của nó bị lệch so với đường nối hai lỗ, với lệch tâm e1 được xác định theo tỷ lệ tương ứng.
Trong quá trình gia công một lần gá đặt, đường tâm của chi tiết vẫn duy trì dạng thẳng, đồng thời tạo thành một đường nối giữa hai lỗ tâm với góc a (radian) Chiều dài của chi tiết gia công được ký hiệu là L, phản ánh chiều dài tổng thể của sản phẩm trong quá trình gia công Việc xác định chính xác góc a và chiều dài L là yếu tố quan trọng để đảm bảo độ chính xác và chất lượng của chi tiết gia công.
Hình 3 8 Chi tiết được gia công trong hai lần gá đặt
Khi gia công trong hai lần gá đặt, mỗi đoạn cắt sẽ có một đường tâm riêng biệt và không trùng nhau như hình 3.8, ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình gia công Đối với các máy công cụ khác, sai số chế tạo của máy trực tiếp gây ra sai số trong quá trình gia công, làm giảm chất lượng thành phẩm Hiểu rõ những yếu tố này giúp tối ưu hóa quy trình gia công và nâng cao độ chính xác của sản phẩm cuối cùng.
3.3.2 Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ.
Hệ thống công nghệ (máy, dao, độ gá, chi tiết gia công) hoạt động như một hệ thống đàn hồi quan trọng trong quá trình gia công Sự biến đổi của các giá trị biến dạng đàn hồi do tác dụng của lực cắt gây ra có thể dẫn đến sai số kích thước và sai số hình học của chi tiết gia công, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Lực cắt thay đổi do lượng dư gia công không cố định, tính chất cơ lý của vật liệu gia công không ổn định và mòn dao cắt Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ phụ thuộc vào lực cắt và độ cứng vững của hệ thống đó, ảnh hưởng đến quá trình gia công và chất lượng thành phẩm.
Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ thường không cố định, dẫn đến sai số về kích thước và hình dạng của chi tiết gia công Điều này dễ thấy rõ khi tiện trục trơn có chống tâm ở hai đầu, ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình gia công.
Lực cắt Py gây ra biến dạng đàn hồi của chi tiết sau y2 khi dao di chuyển từ sau về trước, làm cho y2 biến đổi theo đường thẳng BC Đồng thời, biến dạng đàn hồi của phần phía trước y1 cũng biến đổi theo đường thẳng ED, ảnh hưởng đến độ võng của đường tâm chi tiết dưới tác dụng của lực Py, thể hiện bằng đường nét đứt Các biến dạng này xảy ra phía bên kia tính từ đường tâm của chi tiết gia công, do lực Py tác động khiến mũi dao bị biến dạng về phía này Tất cả những biến dạng trong hệ thống công nghệ làm tăng kích thước đường kính của chi tiết so với kích thước đã điều chỉnh, tuy nhiên, kích thước chi tiết gia công thay đổi theo chiều dài; ví dụ, tại vị trí A-A, đường kính thực tế dt(A-A) của chi tiết sẽ lớn hơn so với giá trị thiết kế.
Hình 3-9 trình bày công thức tính tổng các biến dạng liên quan đến quá trình gia công, bao gồm dt(A-A) là đường kính thực của chi tiết tại vị trí A-A, trong khi ddc là đường kính điều chỉnh Các thành phần yt(A-A), y2(A-A), yd(A-A) và yct(A-A) lần lượt đại diện cho biến dạng của ụ trước, ụ sau, mũi dao và chi tiết gia công tại vị trí A-A, phản ánh ảnh hưởng của quá trình gia công đến các bộ phận này Công thức này giúp phân tích chính xác các biến dạng trong quá trình gia công, từ đó tối ưu hóa các thông số kỹ thuật và nâng cao chất lượng 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 thể hiện mức độ chính xác đạt được trong điều kiện sản xuất bình thường, giúp đánh giá hiệu quả của các phương pháp gia công cụ thể Trong thực tế, người ta dựa trên từng phương pháp gia công để xác định cấp chính xác tương ứng, từ đó tính toán gần đúng dung sai (độ chính xác) của nguyên công Phương pháp này mang tính chất định tính hơn là định lượng, giúp đưa ra nhận định phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế.
3.4.2 Phương pháp tính toán phân tích.
Khi gia công trên máy đã được điều chỉnh sẵn, sai số tổng cộng được tính dựa trên công thức cụ thể, trong đó Ay thể hiện sai số kích thước phát sinh do biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ Ngoài ra, sai số gá đặt (£) gồm các thành phần như sai số chuẩn, sai số kẹp chặt và sai số do đồ gá gây ra, ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của quá trình gia công.
AH - Sai sốphát sinh do điều chỉnh máy gây ra
Am - Sai sốđo dụng cụdo 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
Một số thành phần của sai số có thể không xuất hiện trong một số trường hợp cụ thể Ví dụ, khi gia công trục xoay hoặc các mặt phẳng đối xứng, các thành phần sai số này thường không xuất hiện Ngoài ra, trong quá trình gia công các chi tiết nhỏ mà không thay dao, một số loại sai số cũng không được tính toán.
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 cơ cấu, sai số của một chi tiết là một đại lượng ngẫu nhiên, phân bố theo quy luật chuẩn (chuẩn Gaussian) Để xây dựng đường cong phân bố thực nghiệm, cần cắt thử một loạt chi tiết, kiểm tra kích thước của từng chi tiết rồi chia các kích thước này thành các khoảng khác nhau Từ đó, xác định tần suất xuất hiện của các kích thước trong từng khoảng, bằng tỷ lệ số chi tiết nằm trong mỗi khoảng so với tổng số chi tiết của toàn bộ loạt, giúp xây dựng đường cong phân bố chính xác theo quy luật Gauss.
Trong bài viết này, chúng tôi giả sử có một lô hàng gồm 100 chi tiết với kích thước thực nằm trong khoảng từ 50,00 đến 50,36mm Các kích thước này được phân chia thành 7 khoảng khác nhau, giúp dễ dàng xác định và kiểm tra chất lượng sản phẩm Thông tin chi tiết về các khoảng kích thước này đã được trình bày rõ ràng trong bảng 3.15, hỗ trợ quá trình theo dõi và đánh giá các chi tiết chính xác hơn.
Khoảng cách kích thước Tần số m Tần suất m/n
Trục tung thể hiện tần số hoặc tần suất của dữ liệu, giúp đơn giản hóa việc phân tích phân bố số liệu Các cột hình chữ nhật I được gọi là đặc tính phân bố, phản ánh rõ ràng tần suất xuất hiện của các giá trị trong bộ dữ liệu Khi nối các điểm giữa các khoảng phân bố trên biểu đồ, ta tạo thành đường cong gấp khúc gọi là đường cong phân bố thực nghiệm 2, thể hiện hình dạng phân phối dữ liệu một cách trực quan và chính xác.
Khi tăng số lượng chi tiết trong phân đoạn, giảm giá trị khoảng chia và tăng số lượng khoảng chia, đường gấp khúc sẽ gần như trùng với đường cong lý thuyết của quy luật chuẩn (Gaus) Điều này cho thấy cách phân phối dữ liệu càng nhiều chi tiết sẽ càng phản ánh chính xác phân phối chuẩn, giúp cải thiện độ chính xác trong phân tích thống kê và tối ưu hóa mô hình dự đoán.
Trong nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên đến độ chính xác gia công, cần giả thiết rằng các yếu tố này tác động đều nhau đến tần suất xuất hiện và không phụ thuộc vào nhau Điều này giúp đảm bảo tính khách quan và chính xác trong quá trình phân tích, phù hợp với các nguyên tắc của lý thuyết xác suất Việc giả định này là nền tảng quan trọng để mô phỏng và dự đoán kết quả sản xuất một cách hiệu quả và tin cậy.
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 (MSE) của kích thước trung bình cộng của loạt chi tiết được tính theo công thức đặc trưng, trong đó Li là kích thước của chi tiết thứ i và n là tổng số chi tiết trong loạt Công thức này giúp đánh giá chính xác mức độ phân phối và độ biến thiên của các chi tiết trong quá trình kiểm tra chất lượng sản phẩm Việc tính toán MSE là bước quan trọng trong phân tích dữ liệu kỹ thuật nhằm đảm bảo các chi tiết đáp ứng tiêu chuẩn kích thước đã đề ra.
Sai lệch bình phương trung bình được tính theo công thức, trong đó x1 = L1 - Ltb, giúp đo lường độ chính xác của quá trình sản xuất Đại lượng đặc trưng cho sự phân tán về kích thước và hình dạng của đường cong phân bố, phản ánh độ biến đổi của các chi tiết trong mẫu Hiệu giữa kích thước thực lớn nhất và nhỏ nhất của các chi tiết trong loạt gọi là khoảng phân bố hoặc đường phân tán, được tính bằng công thức p = Lmax - Lmin, giúp đánh giá phạm vi biến thiên của kích thước chi tiết trong quá trình sản xuất.
Phương trình đường cong phân bố chuẩn : y 1 2 e 2 x 2
Ởđây: 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 co ng 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 phân phối chuẩn, khoảng ± 3 chiếm khoảng 99,73% diện tích dưới đường cong, cho thấy rằng gần như toàn bộ dữ liệu (với sai số chỉ 0,27%) nằm trong phạm vi này Do đó, ta có thể tin rằng khoảng ± 3 chứa tới 99,73% các chi tiết hoặc giá trị trong toàn bộ tập dữ liệu Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của khoảng ± 3 trong phân tích thống kê và kiểm tra chất lượng, giúp đánh giá chính xác mức độ phân bố của dữ liệu.
Khi tăng δ, giá trị Ymax giảm đồng thời phạm vi phân bố (phân tán) mở rộng, dẫn đến đường cong phân bố giãn ra và giảm độ chính xác của quá trình gia công Đại lượng ơ nhỏ hơn thể hiện độ phân tán kích thước nhỏ hơn, giúp nâng cao tốc độ chính xác trong gia công, như thể hiện rõ trong hình 3.17.
Nếu tâm phân bố trùng với tâm dung sai thì nguyên công không có phế phẩm nếu thỏa mãn điều kiện: > p Ởđây: 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?