Bài Giảng Độ Chính Xác Gia Công

Các dạng sai số: - Sai số trong từng chi tiết - Sai số trong loạt sản phẩm Thực tế, không thể chế tạo được chi tiết máy hoàn toàn tuyệt đối chính xác, vì vậy người ta dùng giá trị sai l

Chương 3

độ chính xác gia công

“Độ chính xác gia công là một yếu tố rất quan trọng trong gia công cơ khí, nó phản ánh trình độ gia công của một nền sản xuất cơ khí”

3.1 Khái niệm và định nghĩa

Các chi tiết máy khi được thiết kế đều có các yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo tính năng làm việc của chúng Đó có thể là độ chính xác về kích thước hay vị trí tương quan Tuy nhiên, đó mới chỉ là trên bãn vẽ thiết kế Khi gia công, việc đảm bảo các yêu cầu

kỹ thuật của chi tiết được ghi trên bản vẽ là rất cần thiết Thực tế là giữa chi tiết được gia công với chi tiết lý tưởng trên bản vẽ có những sai số khác nhau, và các sai số đó đư

ợc gọi là sai số gia công.

Định nghĩa về độ chính xác gia công: Là mức độ giống nhau giữa chi tiết lý tư“

ởng trên bản vẽ thiết kế và chi tiết thực được gia công”

Nói chung, độ chính xác gia công là chỉ tiêu khó đạt nhất và gây tốn kém nhất kể cả trong quá trình xác lập cũng như trong quá trình chế tạo

Các dạng sai số: - Sai số trong từng chi tiết

- Sai số trong loạt sản phẩm

Thực tế, không thể chế tạo được chi tiết máy hoàn toàn tuyệt đối chính xác, vì vậy người ta dùng giá trị sai lệch của nó để đánh giá độ chính xác gia công

Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống không đổi:

- Sai số lý thuyết của phương pháp cắt

- Sai số chế tạo của máy, đồ gá, dụng cụ v.v

- Do sự biến dạng của chi tiết

Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống thay đổi:

- Dụng cụ cắt bị mòn theo thời gian

- Biến dạng nhiệt của máy, dao, đồ gá

Các nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên:

- Tính chất của vật liệu gia công không đều

- Lượng dư gia công không đồng đều

- Vị trí của phôi trong đồ gá thay đổi Sai số gá đặt

- Sự thay đổi do ứng suất dư

- Do mài dao và gá dao nhiều lần

- Do thay đổi nhiều máy để gia công một chi tiết

- Do dao động nhiệt của chế độ cắt

3.2 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công trên máy công cụ

3.2.1 Phương pháp cắt thử từng chi tiết riêng biệt.

“Phôi được vạch dấu và cắt đến đường vạch dấu”

Cắt thử một phần mặt gia công và kiểm tra nếu đạt kích thước yêu cầu thì cắt tiếp, nếu không đạt thì chỉnh máy dựa theo du xích của máy

- Bậc thợ cao vì độ chính xác gia công tuỳ thuộc vào bậc thợ

- Độ chính xác phụ thuộc vào chiều sâu cắt nhỏ nhất

- Thợ phải làm việc căng thẳng nên dễ gây ra phế phẩm

3.2.2 Phương pháp tự động đạt kích thước trên máy điều chỉnh sẵn.

Đặc điểm :

Dao có vị trí tương quan cố định so với phôi (cho một loạt chi tiết) Trư

ớc khi cắt một loạt phôi phải điều chỉnh máy, dao

Phôi có vị trí cố định trên máy bằng đồ gá phôi

VD: Khi phay mặt phẳng trên máy phay đứng:

- Phôi phải chính xác ⇒ chế tạo phôi bằng phương

pháp tiên tiến: đúc trong khuôn kim loại, rèn khuôn, đúc áp lực…

⇒ Thích hợp với sản xuất hàng loạt lớn

a

D/2 b

K = co nst

Gia công tự động đạt kích thước

3.3 Các nguyên nhân sinh ra sai số gia

+ Biến dạng tiếp xúc (biến dạng dẻo)

Biến dạng gây ra sai số kích thước, sai số hình

dạng của bề mặt gia công.

Biến dạng của hệ thống công nghệ có bản chất

VD: Khi tiện, lực cắt được phân ra thành 3 thành

phần : Px, Py, Pz

Px: lực dọc trục phôi.

Py: lực vuông góc trục phôi ⇒ gây biến dạng

phôi nhiều nhất.

Pz: lực tiếp tuyến.

Sơ đồ cắt khi tiện

Lực cắt khi Tiện

(MN/m) y

Lượng chuyển vị y của dụng cụ cắt đối

với phôi là tổng hợp các chuyển vị của

các phần tử trong hệ thống công nghệ

i i J

P y

⇒

i

y i

y 1

y y

J

P

J

P J

P J

P

+ + +

=

⇒

Σ

Σ Σ

ω

= +

+ +

=

⇒

n 2

1

J

1 J

1 J

ωΣ : độ mềm dẻo của hệ thống

ới tác dụng của ngoại lực.

a) ảnh hưởng của độ cứng vững hệ thống công nghệ.

* Khảo sát tiện trục trơn, chi tiết được gá trên hai mũi tâm:

Sai số do chuyển vị của hai mũi tâm gây ra Giả sử xét vị trí C trên hình vẽ, lực cắt

pháp tuyến ở điểm đang cắt là Py Do mũi tâm kém cứng vững nên B ⇒ B’ (BB’ = ys) ;

A ⇒ A’ (AA’ = ytr), nếu coi chi tiết gia công là cứng tuyệt đối thì lực tác dụng lên các

gối là :

L

x P P

; L

x L P

Sơ đồ tiện gá trên hai mũi tâm

Biến dạng của đường tâm chi tiết

Lượng chuyển vị của hai mũi tâm sẽ là:

L

x J

P J

P y

; L

x L J

P J

s

L

x L ) y y

( y

' DC CD

2

s

y 1

L

x J

P L

) x L ( J

P

∆

⇒

Nhận xét : Khi thay đổi vị trí dao dọc theo trục

phôi thì quan hệ giữa ∆r1 và x là bậc hai.

- Sai số gây ra do biến dạng của chi tiết gia công: Thực tế thì chi tiết gia công không phải là vật rắn tuyệt đối, nên theo lý thuyến biến dạng vật rắn, người ta tính toán được rằng, với chi tiết gá trên hai đầu mũi tâm thì độ võng tại điểm gia công là :

L

) x L ( x EI 3

L

P r

3 y max

−

=

∆ +

∆

=

∆

EIL 3

) x L (

x L

x J

1 L

) x L ( J

1 P r

r r

2 2

2

2

tr 2

2

s

y 2

1

Tổng biến dạng của chi tiết:

tr s

y min

1 tr

s

tr min

J J

P r

; J J

J L

x

+

=

∆ +

=

Thông thường với máy tiện Js < Jtr ⇒

s

y max

1 J

P

r =

∆

* Chi tiÕt gia c«ng g¸ trªn m©m cÆp (khi L/d<5)

3

3 max

3

; 3

.

L

EI J

EI

L P

3 y

max

L 089 , 0

EI 48 J

; 2343 ,

0 L

x trÝ vÞ

t¹i EI

48

L 089 , 0 P

* Chi tiÕt gia c«ng g¸ trªn m©m cÆp cã chèng t©m (khi L/d>10)

- Sai số do biến dạng của dao cắt và ụ gá dao:

Dao và ụ gá dao không cứng vững nên khi cắt sẽ bị biến dạng, làm bán kính chi tiết tăng lên một lượng: khi chế độ cắt không đổi : Py = const ⇒ ∆ r3 = const ⇒ ∆ r3 chỉ gây sai số không đổi của kích thước đường kính ⇒ có thể khử bằng cách cắt thử.

Như vậy, sai số gia công một phần là do hệ thống công nghệ kém cứng vững ⇒ phải tìm cách để nâng cao độ cứng vững cho hệ thống công nghệ Sai số phụ thuộc lực cắt

Py, khi lực cắt là không đổi thì sai số sẽ là không đổi (đối với một loạt chi tiết) Nhưng trong thực tế do sự biến đổi của các yếu tố công nghệ nên Py luôn thay đổi nên sai số gia công thay đổi.

b) ảnh hưởng do dao cùn

Dao cùn làm cho kích thước ban đầu của dao thay đổi và tăng lực cắt một lượng là ∆ Py

tỷ lệ với diện tích mòn Um Khi gia công thép 2X13 và hợp kim nhôm thì :

∆ Py = Kdm.Um

Trong đó:

∆Py : Lượng tăng lực pháp tuyến vì dao mòn (N).

K dm : Hệ số tỷ lệ - đồi với thép và hợp kim nhôm giá trị cho trong bảng 3 2.–

U m : bề rộng diện tích mòn ở mặt sau của dao (mm).

c) ảnh hưởng do sai số của phôi

Do sai số hình dạng hình học của phôi ⇒ thay đổi

chiều sâu cắt ⇒ Py thay đổi Nếu gọi ∆ JΣ không đổi

và gọi sai số của phôi là ∆ph thì :

) t t(

2 ) R R

( 2 R

2 ph maxph minph maxo mino

∆

y 2 ) y y

( 2 R

2 ct max min

∆

Trong đó: t0 là chiều sâu cắt tính toán khi điều chỉnh

máy, gọi t là chiều sâu cắt thực thì :

max

max o

max o

y t

t

y t

t y

t t

Nếu gọi ε = ∆ph/ ∆ct là hệ số độ chính xác, K = ∆ct/ ∆ph là hệ số giảm sai (hệ số in dập) thì sai số gia công của chi tiết :

Thông thường, với ε > 1 và K < 1 thì tăng số bước công nghệ sẽ giảm sai số gia công Nhưng số bước công nghệ không thể tăng vô hạn mà nó phải tăng phù hợp với phương pháp gia công.

⇒ sự biến đổi của lực cắt trong một vòng quay của chi tiết: ∆ Py = CpyS y (tmax - tmin)HB n

ảnh hưởng của phôi đến chi tiết

Sai số chi tiết sau một lần cắt: ∆ Rct=[A/(A+1)] ∆ Rph

Kết luận

Độ cứng vững của hệ thống công nghệ có ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác gia công

Để giảm sai số gia công phải nâng cao độ cứng vững, có một số phư

ơng pháp nâng cao độ cứng vững hệ thống công nghệ sau :

+ Giảm bớt các khâu trong hệ thống công nghệ.

+ Nâng cao chất lượng chế tạo các chi tiết nhất là chất lượng bề mặt của các mặt tiếp xúc, nhằm nâng cao độ cứng vững tiếp xúc.

3.3.2 ảnh hưởng của độ chính xác của máy, dao, đồ gá và tình trạng mòn của chúng đến độ chính xác gia công.

a) Sai số của máy công cụ.

b) Sai số của đồ gá.

Đồ gá có tác dụng đảm bảo đúng vị trí tương đối của dao so với phôi ⇒ sai số chế tạo, lắp ráp và mòn của đồ gá sẽ sinh ra sai số gia công.

c) Sai số của dụng cụ cắt

Sai số chế tạo dụng cụ, sai số gá đặt dụng cụ lên máy, mòn của dụng cụ trong quá trình gia công đều gây ra sai số gia công.

Để khắc phục sai số hình học của máy, dao, đồ gá có thể dùng các biện pháp sau :

- Sửa chữa định kỳ, thêm các cơ cấu hiệu chỉnh.

- Giảm sai số gá đặt chi tiết, đồ gá, giảm sai số gá đặt Nâng cao độ chính xác chế tạo đồ gá.

- Nâng cao độ chính xác chế tạo dụng cụ Chọn vật liệu làm dao tốt, nhiệt

luyện và mài dao tốt để tăng tuổi thọ của dao.

- Chọn chế độ cắt hợp lý để đảm bảo năng suất mà dao ít mòn.

3.3.3 ảnh hưởng do biến dạng nhiệt của hệ thống công nghệ đến độ chính xác gia công.

Các thành phần của hệ thống công nghệ khi làm việc sẽ bị nóng lên và giản nở gây ra sai số gia công

1 Sai số do biến dạng vì nhiệt của

Nhiệt độ cao nhất là ở ổ đỡ trục

chính, nhiệt ở đây có thể cao hơn

các nơi khác của ụ trục chính từ 30

đến 40% Nhiệt sẽ làm cho đầu trục

chính xê dịch theo hướng ngang và

đứng, di chuyển theo hướng đứng

được biểu diễn như hình vẽ

Xê dịch tâm trục chính theo hướng ngang phụ thuộc thời gian gia công

Một số biện pháp để giảm biến dạng nhiệt của máy :

- Kết cấu máy phải đảm bảo điều kiện toả nhiệt.

- Các bộ phận như động cơ, cơ cấu thuỷ lực phải bố trí sao cho trong quá trình làm việc chúng phải được nóng đều.

- Các chi tiết máy khi thiết kế phải có tiết diện đủ lớn để dễ toả nhiệt,

chuyển thành nhiệt Nhiệt cắt sẽ truyền

vào phoi, dao, chi tiết với các tỷ lệ như

được biểu diễn ở hình vẽ Nhiệt truyền

vào dao sẽ làm cho dao vươn ra phía

trước, lượng vươn ra đó được tính như

sau :

Nhiệt cắt phân bố trong dao, chi tiết, phôi phụ thuộc vận tốc cắt

) e 1 ( L

1 c

S t

( F

L C

∆

Trong đó

- C là hằng số Khi v = 100 ữ 200 m/ph ; t ≤ 1,5 mm ; S ≤ 0,2 mm/vg thì C = 4,5

- Lp – chiều dài phần công xôn của dao tiện (mm)

- σB – giới hạn bền của vật liệu gia công (Kg/mm2)

- F – tiết diện cán dao (mm2)

nghỉ y

á m

y

á

m '

c

' c

T T

T L

Khi cắt không liên tục:

Tmáy – thời gian máy làm việc liên tục.

Tnghỉ – thời gian nghỉ liên tục.

Quan hÖ gi÷a biÕn d¹ng nhiÖt cña dao víi thêi gian

3, Sai số do biến dạng nhiệt của chi tiết gia công.

Khi gia công nhiệt truyền vào chi tiết làm nó biến dạng ⇒ sai số gia công.

- Nếu chi tiết được nung nóng đều  Gây ra sai số kích thước

- Nếu chi tiết được nung nóng không đều  Gây ra cả sai số hình dáng lẫn kích thước

VD: Khi tiện trục, nhiệt độ ở xung quanh vùng cắt không đồng đều và thay đổi

từ 10 đến 45 0 C Trường nhiệt độ đó thay đổi liên tục từ trái sang phải ⇒ chi tiết sau gia công có dạng như hình vẽ.

Trường phân bố nhiệt khi tiện

Chi tiết thu được sau khi tiện

Một số biện pháp khắc phục biến dạng nhiệt của chi tiết:

- Khi yêu cầu độ chính xác cao phải dùng chế độ cắt thích hợp.

- Cho máy chạy không tải một lúc trước khi cắt để cho nhiệt độ các

khâu trong máy tăng lên đến mức cân bằng nhiệt với môi trường xung

quanh

Do nhiệt độ trên chi tiết không đồng đều nên khi nguội sẽ gây ra ứng

suất bên trong làm biến dạng chi tiết ssau khi gia công Để khắc phục ảnh hưởng của ứng suất bên trong, có thể sử dụng các biện pháp sau:

- Sử dụng vật liệu làm chi tiết hợp lý.

- Chọn quá trình công nghệ gia công nóng hợp lý.

- Thường hoá tự nhiên và nhân tạo phôi, bán thành phẩm hoặc nhiệt

luyện một vài lần trong quá trình công nghệ để giảm ứng suất bên trong.

3.3.4 Sai số do rung động phát sinh trong quá trình cắt.

Rung động là do hệ thống công nghệ kém cứng vững Rung động gồm

Nguyên nhân gây ra rung động cưỡng bức:

- Các chi tiết quay nhanh trong hệ thống công nghệ không cân bằng

- Có sai số của các chi tiết truyền động trong máy

- Lượng dư gia công không đều, bề mặt gia công không liên tục

- Các mặt tiếp xúc có khe hở

- Rung động của máy xung quanh

Để giảm rung động cưỡng bức có các biện pháp:

- Nâng cao độ cứng vững của hệ thống công nghệ

- Giảm lực kích thích từ bên ngoài

- Các chi tiết truyền động cần có độ chính xác cao

- Các chi tiết quay tròn phải được cân bằng

- Cố gắng tránh cắt không liên tục

- Khi cắt chi tiết yêu cầu độ chính xác cao cần phải có cơ cấu giảm rung

Rung động tự phát (tự rung):

Trong quá trình cắt, do lực cắt thay đổi nên gây ra rung động.

Để giảm rung động tự phát, có thể sử dụng các biện pháp sau:

- Tránh hớt lớp phoi quá rộng và quá mỏng

- Chọn chế độ cắt hợp lý sao cho không tồn tại lẹo dao.

- Thay đổi hình dáng hình học của dao để giảm lực cắt theo phương có rung động

- Dùng dung dịch trơn lạnh để giảm bớt mòn dao

- Nâng cao độ cứng vững của hệ thống công nghệ

- Sử dụng các cơ cấu giảm rung nhằm tiêu hao năng lượng tạo rung trong quá trình cắt

3.3.5 Sai số do chọn chuẩn và gá đặt chi tiết gây ra.

Khi gá đặt chi tiết sinh ra sai số, sai số gá đặt bao gồm :

-Sai số chuẩn εC

-Sai số kẹp chặt εK

-Sai số đồ gá εđg

2 dg

2 K

2 C dg

K C

gd = ε + ε + ε = ε + ε + ε

ε

3.3.6 Sai số do phương pháp đo và dụng cụ đo gây ra.

- Sai số do thiết bị đo không chính xác

-Sai số do phương pháp đo gây ra

là tần suất của các kích thước xuất hiện trong khoảng, còn trục hoành là kích thước đạt được.

Ví dụ : Cần gia công chi tiết trục đạt yêu

- Kích thước tập trung nhiều ở khoảng giữa

- Số chi tiết cắt trong một lần điều chỉnh càng lớn thì đường cong thu được

tiệm cận với đường phân bố chuẩn Gauss

i L

Le y

n

i i TB

n

i

TB i

Tuy vậy đường cong phân bố này chỉ mới thể hiện tính chất phân bố của các sai số ngẫu nhiên. Trong quá trình gia công, ngoài sai số ngẫu nhiên, sai số hệ thống không

đổi và thay đổi cũng đồng thời xuất hiện Vì vậy sau khi xác định phương sai σ của số ngẫu nhiên, cần phải xác định qui luật biến đổi của sai số hệ thống thay đổi B(t) Riêng sai số hệ thống không đổi không ảnh hưởng đến sự phân tán kích thước gia công và có thể loại bỏ bằng cách điều chỉnh máy.

ảnh hưởng của sai số hệ thống không đổi đến độ

chính xác gia công

Kích thước

Đường phân bố thực của kích thước

gia công

3.5.3 Điều chỉnh theo phương pháp cắt thử bằng dụng cụ đo vạn

năng.

Thực chất của phương pháp này là gá đặt dụng cụ và các cữ hành trình theo kích thước điều chỉnh Ld3, sau đó cắt thử m chi tiết, nếu kích thước trung bình cộng của m chi tiết đó nằm trong phạm vi dung sai điều chỉnh thì việc điều chỉnh coi như là được Nếu phương sai cả loạt chi tiết là σ

thì phương sai của một nhóm m chi tiết trong loạt đó là