Chương độ xác gia công Độ xác gia công yếu tố quan trọng gia công khí, phản ánh trình độ gia công sản xuất khí 3.1 Khái niệm định nghĩa Các chi tiết máy thiết kế có yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo tính làm việc chúng Đó độ xác kích thước hay vị trí tương quan Tuy nhiên, bãn vẽ thiết kế Khi gia công, việc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật chi tiết ghi vẽ cần thiết Thực tế chi tiết gia công với chi tiết lý tưởng vẽ có sai số khác nhau, sai số đư ợc gọi sai số gia công Định nghĩa độ xác gia công: Là mức độ giống chi tiết lý tư ởng vẽ thiết kế chi tiết thực gia công Nói chung, độ xác gia công tiêu khó đạt gây tốn kể trình xác lập trình chế tạo Thực tế, chế tạo chi tiết máy hoàn toàn tuyệt đối xác, người ta dùng giá trị sai lệch để đánh giá độ xác gia công Các dạng sai số: - Sai số chi tiết - Sai số loạt sản phẩm Độ xác gia công Độ xác loạt chi tiết Sai số ngẫu nhiên (Thay đổi, không đổi) Tổng sai số Tính chất lý Độ nhám bề mặt Độ sóng (Độ trong, độ trụ v.v) Sai lệch bề mặt Sai số hình dáng (Độ không song song, độ không vuông góc) Sai số vị trí Sai số kích thước Sai lệch kích thước Sai số hệ thống Độ xác chi tiết Các nguyên nhân gây sai số hệ thống không đổi: - Sai số lý thuyết phương pháp cắt - Sai số chế tạo máy, đồ gá, dụng cụ v.v - Do biến dạng chi tiết Các nguyên nhân gây sai số hệ thống thay đổi: - Dụng cụ cắt bị mòn theo thời gian - Biến dạng nhiệt máy, dao, đồ gá Các nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên: - Tính chất vật liệu gia công không - Lượng dư gia công không đồng - Vị trí phôi đồ gá thay đổi Sai số gá đặt - Sự thay đổi ứng suất dư - Do mài dao gá dao nhiều lần - Do thay đổi nhiều máy để gia công chi tiết - Do dao động nhiệt chế độ cắt 3.2 Các phương pháp đạt độ xác gia công máy công cụ 3.2.1 Phương pháp cắt thử chi tiết riêng biệt Phôi vạch dấu cắt đến đường vạch dấu Cắt thử phần mặt gia công kiểm tra đạt kích thước yêu cầu cắt tiếp, không đạt chỉnh máy dựa theo du xích máy Ưu điểm: - Đạt độ xác kích thước (vì rà theo phôi) mà không cần máy xác - Loại trừ ảnh hưởng lượng mòn - Tận dụng phôi xác - Không cần đồ gá phức tạp để xác định vị trí phôi máy Nhược điểm: - Năng suất thấp - Bậc thợ cao độ xác gia công tuỳ thuộc vào bậc thợ - Độ xác phụ thuộc vào chiều sâu cắt nhỏ - Thợ phải làm việc căng thẳng nên dễ gây phế phẩm Phù hợp với sản xuất nhỏ 3.2.2 Phương pháp tự động đạt kích thước máy điều chỉnh sẵn Đặc điểm : Dao có vị trí tương quan cố định so với phôi (cho loạt chi tiết) Trư ớc cắt loạt phôi phải điều chỉnh máy, dao b Phôi có vị trí cố định máy đồ gá phôi VD: Khi phay mặt phẳng máy phay đứng: Ưu điểm: - Đảm bảo độ xác cách chủ động đồng cho loạt chi tiết không phụ thuộc thợ - Chỉ cắt lần đạt kích thước yêu cầu Gia công tự động đạt kích thước - Năng suất cao Nhược điểm: - Chi phí đồ gá phí tổn điều chỉnh máy/dao cao - Phôi phải xác chế tạo phôi phương pháp tiên tiến: đúc khuôn kim loại, rèn khuôn, đúc áp lực Thích hợp với sản xuất hàng loạt lớn D/2 K = const a 3.3 Các nguyên nhân sinh sai số gia công 3.3.1 Do biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ Khi cắt: Do hệ thống không đủ cứng vững nên lực cắt gây biến dạng: + Biến dạng đàn + Biến dạng tiếp xúc (biến dạng dẻo) Biến dạng gây sai số kích thước, sai số hình dạng bề mặt gia công Biến dạng hệ thống công nghệ có chất phức tạp phải khảo sát qua thực nghiệm VD: Khi tiện, lực cắt phân thành thành phần : Px, Py, Pz Px: lực dọc trục phôi Py: lực vuông góc trục phôi gây biến dạng phôi nhiều Pz: lực tiếp tuyến Sơ đồ cắt tiện Lực cắt Tiện J = Py y y R+ R z Py gây chuyển vị y, qua thực nghiệm thấy: Py tăng y tăng ; Py giảm y giảm Do đó: (MN/m) (Kg/mm) gọi độ cứng vững hệ thống công nghệ Định nghĩa : Độ cứng vững hệ thống công nghệ khả chống lại biến dạng có ngoại lực tác dụng vào Lượng chuyển vị y dụng cụ cắt phôi tổng hợp chuyển vị phần tử hệ thống công nghệ ảnh hưởng chuyển vị đến lực cắt tiện n n Py i=1 i=1 Ji y = yi = Py J = Py J1 Ji + Py J2 + + Py Jn 1 1 = + + + = J J1 J Jn yi = A1 Py A o N Sơ đồ chuyển vị máy tăng giảm lực : độ mềm dẻo hệ thống Độ mềm dẻo hệ thống khả biến dạng đàn hồi dư ới tác dụng ngoại lực a) ảnh hưởng độ cứng vững hệ thống công nghệ * Khảo sát tiện trục trơn, chi tiết gá hai mũi tâm: Sai số chuyển vị hai mũi tâm gây Giả sử xét vị trí C hình vẽ, lực cắt pháp tuyến điểm cắt Py Do mũi tâm cứng vững nên B B (BB = ys) ; A A (AA = ytr), coi chi tiết gia công cứng tuyệt đối lực tác dụng lên B' gối : C' x L A' Ps Py L x ys = = ; Js Js L Ptr Py x y tr = = J tr J tr L Vị trí tương đối mũi dao so với tâm chi tiết là: CC' = CD + DC' = y tr + (y s y tr ) Py (L x) Py x r1 = + 2 Js J tr L L Lx = r1 L Nhận xét : Khi thay đổi vị trí dao dọc theo trục phôi quan hệ r1 x bậc hai B C A P x L Sơ đồ tiện gá hai mũi tâm Biên dạng thực chi tiết r1min Lượng chuyển vị hai mũi tâm là: D yt Ptr = Py r1 Lx ; L yS Ps = Py L Biến dạng đường tâm chi tiết 3.3.3 ảnh hưởng biến dạng nhiệt hệ thống công nghệ đến độ xác gia công Các thành phần hệ thống công nghệ làm việc bị nóng lên giản nở gây sai số gia công Sai số biến dạng nhiệt máy Trong trình làm việc máy bị nóng lên, phận khác máy có nhệt độ chênh lệch đến 500C biến dạng không không xác Nhiệt độ cao ổ đỡ trục chính, nhiệt cao nơi khác ụ trục từ 30 đến 40% Nhiệt làm cho đầu trục Xê dịch tâm trục theo hướng xê dịch theo hướng ngang ngang phụ thuộc thời gian gia công đứng, di chuyển theo hướng đứng biểu diễn hình vẽ Một số biện pháp để giảm biến dạng nhiệt máy : - Kết cấu máy phải đảm bảo điều kiện toả nhiệt - Các phận động cơ, cấu thuỷ lực phải bố trí cho trình làm việc chúng phải nóng - Các chi tiết máy thiết kế phải có tiết diện đủ lớn để dễ toả nhiệt, có độ bóng bề mặt hợp lý để giảm ma sát - Các máy xác không để ánh nắng rọi vào Trước máy làm việc phải chạy không để cân nhiệt Sai số biến dạng nhiệt dụng cụ cắt Tại vùng cắt, phần lớn công cắt chuyển thành nhiệt Nhiệt cắt truyền vào phoi, dao, chi tiết với tỷ lệ biểu diễn hình vẽ Nhiệt truyền vào dao làm cho dao vươn phía trước, lượng vươn tính sau : Nhiệt cắt phân bố dao, chi tiết, phôi phụ thuộc vận tốc cắt L = L c (1 e 4) Trong : Lc biến dạng nhiệt dao trạng thái cân nhiệt L c C Trong Lp F B (t.S) 0,75 v - C số Khi v = 100 ữ 200 m/ph ; t 1,5 mm ; S 0,2 mm/vg C = 4,5 - Lp chiều dài phần công xôn dao tiện (mm) - B giới hạn bền vật liệu gia công (Kg/mm2) - F tiết diện cán dao (mm2) Khi cắt không liên tục: ' L c = L c ' Tmáy thời gian máy làm việc liên tục Tnghỉ thời gian nghỉ liên tục Tmá y Tmá y + Tnghỉ Quan hệ biến dạng nhiệt dao với thời gian cắt - Đường 1: Dao nguội - Đường 2: Dao nóng lên - Đường 3: Dao cắt không liên tục 3, Sai số biến dạng nhiệt chi tiết gia công Khi gia công nhiệt truyền vào chi tiết làm biến dạng sai số gia công - Nếu chi tiết nung nóng Gây sai số kích thước - Nếu chi tiết nung nóng không Gây sai số hình dáng lẫn kích thước Trường phân bố nhiệt tiện Chi tiết thu sau tiện VD: Khi tiện trục, nhiệt độ xung quanh vùng cắt không đồng thay đổi từ 10 đến 450C Trường nhiệt độ thay đổi liên tục từ trái sang phải chi tiết sau gia công có dạng hình vẽ Một số biện pháp khắc phục biến dạng nhiệt chi tiết: - Tưới dung dịch trơn nguội vào vùng gia công - Khi yêu cầu độ xác cao phải dùng chế độ cắt thích hợp - Cho máy chạy không tải lúc trước cắt nhiệt độ khâu máy tăng lên đến mức cân nhiệt với môi trường xung quanh Do nhiệt độ chi tiết không đồng nên nguội gây ứng suất bên làm biến dạng chi tiết ssau gia công Để khắc phục ảnh hưởng ứng suất bên trong, sử dụng biện pháp sau: - Dùng kết cấu chi tiết thích hợp, khó gây ứng suất bên - Sử dụng vật liệu làm chi tiết hợp lý - Chọn trình công nghệ gia công nóng hợp lý - Thường hoá tự nhiên nhân tạo phôi, bán thành phẩm nhiệt luyện vài lần trình công nghệ để giảm ứng suất bên 3.3.4 Sai số rung động phát sinh trình cắt Rung động hệ thống công nghệ cứng vững Rung động gồm có: rung động cưỡng rung động tự phát (tự rung) Nguyên nhân gây rung động cưỡng bức: - Các chi tiết quay nhanh hệ thống công nghệ không cân - Có sai số chi tiết truyền động máy - Lượng dư gia công không đều, bề mặt gia công không liên tục - Các mặt tiếp xúc có khe hở - Rung động máy xung quanh Để giảm rung động cưỡng có biện pháp: - Nâng cao độ cứng vững hệ thống công nghệ - Giảm lực kích thích từ bên - Các chi tiết truyền động cần có độ xác cao - Các chi tiết quay tròn phải cân - Cố gắng tránh cắt không liên tục - Khi cắt chi tiết yêu cầu độ xác cao cần phải có cấu giảm rung Rung động tự phát (tự rung): Nguyên nhân: Là thân trình cắt gây ra, xuất cắt Trong trình cắt, lực cắt thay đổi nên gây rung động Để giảm rung động tự phát, sử dụng biện pháp sau: - Tránh hớt lớp phoi rộng mỏng - Chọn chế độ cắt hợp lý cho không tồn lẹo dao - Thay đổi hình dáng hình học 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 hệ thống công nghệ - Sử dụng cấu giảm rung nhằm tiêu hao lượng tạo rung trình cắt 3.3.5 Sai số chọn chuẩn gá đặt chi tiết gây Khi gá đặt chi tiết sinh sai số, sai số gá đặt bao gồm : -Sai số chuẩn C -Sai số kẹp chặt K -Sai số đồ gá đg gd = C + K + dg = 2C + K2 + 2dg Sai số chuẩn gá đặt trình bày chi tiết chương Chuẩn 3.3.6 Sai số phương pháp đo dụng cụ đo gây - Sai số thiết bị đo không xác -Sai số phương pháp đo gây 3.4 Các phương pháp xác định độ xác gia công 3.4.1 Phương pháp thống kê kinh nghiệm Là phương pháp ghi lại thông số điều kiện sản xuất kết sản xuất ứng dụng kết cho lần sản xuất sau Là phương pháp đơn giản nhất, chi phí thấp độ xác không cao, thường áp dụng cho sản xuất nhỏ 3.4.2 Phương pháp thống kê xác suất Phương pháp ứng dụng thành lý thuyết xác suất thống kê Để thực phương pháp người ta cắt thử loạt chi tiết (n) lần điều chỉnh máy (n từ 60 đến 100) Đo tất n chi tiết đó, tìm quy luật phân bố kích thước đo cách xếp n kích thước thành khoảng, sau vẽ đường cong biểu diễn Trục tung tần suất kích thước xuất khoảng, trục hoành kích thước đạt Tần suất Ví dụ : Cần gia công chi tiết trục đạt yêu cầu kích thước : 30-0,1 : max = 30, = 29,9 Sau gia công 60 chi tiết đo : max = 30,15 ; = 29,85 chia nhóm : Nhóm : 29,85 ữ < 29,89 ; n1 = Nhóm : 29,89 ữ < 29,93 ; n2 = Nhóm : 29,93 ữ < 29,97 ; n3 = Nhóm : 29,97 ữ < 30,01 ; n4 = 25 Nhóm : 30,01 ữ < 30,05 ; n5 = 12 Nhóm 6: 30.05 ữ30.1 ; n6= Nhóm 7: 30.1 ữ 30.15 ; n7=2 Nhận xét: Khoảng kích thước - Kích thước tập trung nhiều khoảng - Số chi tiết cắt lần điều chỉnh lớn đường cong thu tiệm cận với đường phân bố chuẩn Gauss Phương trình đường cong phân bố chuẩn Gauss y= e : Phương sai đường cong phân bố ( Li LTB ) Li: Kích thước thực đạt cắt thử 2 LTB: Kích thước trung bình n = ( L L ) i TB i =1 Vùng chiếm 99.73% diện tích n n LTB = L i =1 i n -3 +3 L-LTB Điều kiện để 100% chi tiết gia công đạt yêu cầu: 6