Bài Giảng Độ Chính Xác Gia Công

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


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 dạng sai số: - Sai số trong từng chi tiết
- Sai số trong loạt sản phẩm
Độ chính xác gia công
Độ chính xác của loạt chi tiết

Sai số ngẫu nhiên

(Thay đổi, không đổi)

Tổng sai số
Tính chất cơ 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 chính xác của một chi tiết

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.
Ưu điểm:
- Đạt độ chính xác của kích thước (vì rà theo từng phôi) mà không cần
máy chính xác.
- Loại trừ ảnh hưởng của lượng mòn.
- Tận dụng được các phôi kém chính xác.
- Không cần đồ gá phức tạp để xác định vị trí phôi trên máy.

Nhược điểm:
- Năng suất thấp.
- 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
Phù hợp với sản xuất nhỏ.


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.
b
Phôi có vị trí cố định trên máy bằng đồ gá phôi.
VD: Khi phay mặt phẳng trên máy phay đứng:
Ưu điểm:
- Đảm bảo độ chính xác một cách chủ động và
đồng đều cho cả loạt chi tiết vì không phụ thuộc
thợ.
- Chỉ cắt một lần là đạt kích thước yêu cầu.
Gia công tự động đạt kích thước
- Năng suất cao.
Nhược điểm:
- Chi phí về đồ gá và phí tổn điều chỉnh máy/dao
cao.
- 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.
D/2

K = const

a


3.3. Các nguyên nhân sinh ra sai số gia
công.
3.3.1. Do biến dạng đàn hồi của hệ thống
công nghệ.
Khi cắt: Do hệ thống không đủ cứng vững nên
lực cắt gây ra biến dạng:
+ Biến dạng đàn
+ 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
phức tạp phải khảo sát qua thực nghiệm.
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


J =

Py
y

y



R+

R
z

Py gây chuyển vị là y, qua thực
nghiệm thấy:
Py tăng y tăng ;
Py giảm y giảm.
Do đó:

(MN/m) hoặc (Kg/mm)

được gọi là độ cứng vững của hệ thống
công nghệ
Định nghĩa : Độ cứng vững của hệ thống
công nghệ là khả năng chống lại sự biến
dạng của nó khi có ngoại lực tác dụng
vào.
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.

ảnh hưởng của chuyển vị đến lực cắt
khi tiện


n

n

Py

i=1

i=1

Ji

y = yi =

Py
J

=

Py
J1

Ji
+

Py
J2

+ ... +

Py
Jn

1
1 1
1

= + + ... + =
J J1 J 2
Jn





yi =

A1

Py

1

A

o

N

Sơ đồ chuyển vị của máy khi tăng và giảm lực

: độ mềm dẻo của hệ thống.
Độ mềm dẻo của hệ thống là khả năng biến dạng đàn hồi của nó dư
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
B'
gối là :
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 của mũi dao so với tâm chi tiết là:

CC' = CD + DC' = y tr + (y s y tr )
Py (L x) 2 Py x 2
r1 = .
+ . 2
2
Js
J tr L
L

Lx
= r1
L

Nhận xét : Khi thay đổi vị trí dao dọc theo trục
phôi thì quan hệ giữa r1 và x là bậc hai.

B

C
A

P

x

L

Sơ đồ tiện gá trên hai mũi tâm
Biên dạng thực của chi tiết

r1min

Lượng chuyển vị của hai mũi tâm sẽ là:

D

yt

Ptr = Py

r1

Lx
;
L

yS

Ps = Py

L

Biến dạng của đường tâm chi tiết


x min

J tr
= L.
;
J s + J tr

r1min =

Py
J s + J tr

Thông thường với máy tiện Js < Jtr

r1max =

Py
Js

- 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 :
Py x 2 (L x) 2
r2 =
.
3EI
L

Trong đó:
- E là môdun đàn hồi của vật liệu chi tiết gia
công
- I là mô men quán tính của mặt cắt chi tiết gia
công (trụ trơn I = 0,05d4)
Khi x = L/2 (dao ở chính giữa phôi) thì r2 là
lớn nhất
3

r2 max =
Tổng biến dạng của chi tiết:

1+2
1
2

Biến dạng của chi tiết

Py .L

48EI
1 (L x) 2 1 x 2 x 2 (L x) 2
r = r1 + r2 = Py .
+ . 2 +

2
J
J
3

EIL
L
L
tr
s



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

J ph =

3EI
L3

d

ymax

L3
= Py .
;
3EI

L

Py

ymax

L

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

y max

0,089L3
x
= Py .
t¹i vÞ trÝ = 0,2343;
48EI
L

J ph =

48EI
0,089L3


- 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).
Kdm : Hệ số tỷ lệ - đồi với thép và hợp kim nhôm giá trị cho trong bảng 3 2.
Um : 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 J không đổi
và gọi sai số của phôi là ph thì :
min
max
ph = 2R ph = 2(R max
t min
ph R ph ) = 2( t o
o )

ct = 2R ct = 2(y max y min ) = 2y

Trong đó: t0 là chiều sâu cắt tính toán khi điều chỉnh
máy, gọi t là chiều sâu cắt thực thì :

t max = t max
y max
o

t = to y
t min = t min
o y min

ảnh hưởng của phôi đến chi tiết

sự biến đổi của lực cắt trong một vòng quay của chi tiết: Py = CpySy(tmax - tmin)HBn
Sai số chi tiết sau một lần cắt: Rct=[A/(A+1)]Rph
Nếu gọi = 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 > 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.


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 :
+ Sử dụng các kết cấu hợp lý.
+ 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.
+ Có chế độ sử dụng thiết bị hợp lý.
+ Định kỳ kiểm tra độ cứng vững của các bộ phận trong hệ thống công
nghệ.
+ Không dùng dao quá mòn vì khi đó sẽ làm tăng lực cắt.

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.
Máy được chế tạo không chính xác Gây ra sai số gia công.
Trong quá trình làm việc máy bị mòn Gây ra sai số gia công.
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
máy.
Trong quá trình làm việc máy sẽ
bị nóng lên, các bộ phận khác nhau
của máy có thể có nhệt độ chênh

lệch nhau đến 500C biến dạng
không đều không chính xác.
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
Xê dịch tâm trục chính theo hướng
chính xê dịch theo hướng ngang và
ngang phụ thuộc thời gian gia công
đứng, di chuyển theo hướng đứng
được biểu diễn như hình vẽ.


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,
có độ bóng bề mặt hợp lý để giảm ma sát.
- Các máy chính xác không được để ánh nắng rọi vào. Trước khi máy
làm việc phải chạy không để cân bằng nhiệt.
2. Sai số do biến dạng nhiệt của dụng
cụ cắt
Tại vùng cắt, phần lớn công cắt được
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


L = L c (1 e



1
4)

Trong đó : Lc biến dạng nhiệt của dao ở trạng thái cân bằng nhiệt

L c C
Trong đó

Lp
F

B (t.S) 0,75 v

- 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).
- B giới hạn bền của 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 hÖ gi÷a biÕn d¹ng nhiÖt cña dao víi thêi gian
c¾t
- §­êng 1: Dao nguéi ®i
- §­êng 2: Dao nãng lªn
- §­êng 3: Dao c¾t kh«ng liªn tôc


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
Trường phân bố
nhiệt khi tiện

Chi tiết thu được sau
khi tiện

VD: Khi tiện trục, nhiệt độ ở xung quanh vùng cắt không đồng đều và thay đổi
từ 10 đến 450C. Trường nhiệt độ đó thay đổi liên tục từ trái sang phải chi tiết
sau gia công có dạng như hình vẽ.


Một số biện pháp khắc phục biến dạng nhiệt của chi tiết:
- Tưới dung dịch trơn nguội vào vùng gia công.
- 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:
- Dùng kết cấu chi tiết thích hợp, khó gây ra ứng suất bên trong.
- 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
có: rung động cưỡng bức và rung động tự phát (tự rung).
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):
Nguyên nhân: Là do bản thân quá trình cắt gây ra, xuất hiện khi cắt.
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 C.
-Sai số kẹp chặt K.
-Sai số đồ gá đg.

gd = C + K + dg = 2C + K2 + 2dg
Sai số chuẩn và gá đặt sẽ được trình bày chi tiết trong chương Chuẩn
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.