bài giảng đồ gá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ NGUYỄN VĂN TƯỜNG BÀI GIẢNG ĐỒ GÁ Nha Trang, 2012 1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2 CHƯƠNG 2 CÁC CHI TIẾT ĐỊNH VỊ CỦA ĐỒ GÁ 6 CHƯƠNG 3 CƠ CẤU KẸP CHẶT 16 CHƯƠNG 4 CƠ CẤU PHỤ VÀ THÂN ĐỒ GÁ 32 CHƯƠNG 5 MỘT SỐ ĐỒ GÁ GIA CÔNG ĐIỂN HÌNH 39 CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ ĐỒ GÁ 50 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm về đồ gá Đồ gá là các phụ tùng, thiết bị dùng để định vị, giữ và đỡ chi tiết trong suốt quá trình chế tạo. Chúng là những phần tử rất cần thiết, không thể thiếu cho các quá trình sản xuất như gia công, kiểm tra và lắp ráp. Đồ gá phải định vị chính xác vị trí của chi tiết theo một hướng nhất định đã cho và có sự tương quan dụng cụ cắt hoặc thiết bị đo lường, hoặc có sự tương quan với các phần tử khác (ví dụ như trong lắp ráp, hàn). Vị trí đó của chi tiết phải được giữ nguyên trong suốt quá trình gia công. Điều này có nghĩa là cơ cấu kẹp chặt của đồ gá phải kẹp chi tiết và đảm bảo chi tiết ở nguyên vị trí đó trong một công đoạn gai công cụ thể. Nói chung, ứng với mỗi nguyên công cần có một loại đồ gá nhất định. Đồ gá này có thể là đồ gá tiêu chuẩn hoặc đồ gá được thiết kế dùng riêng cho một nguyên công nhất định nào đó mà thôi. Có nhiều loại đồ gá tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi như mâm cặp chấu, ê-tô, bầu cặp khoan, collet… Thuật ngữ tiếng Anh của"đồ gá" thì “Jigs and Fixtures”. Thực ra hai từ này có sự khác biệt. Jigs là những chi tiết của đồ gá dùng để dẫn hướng dụng cụ cắt. Còn fixtures là những chi tiết của đồ gá dùng để định vị và kẹp chặt chi tiết gia công. 1.2 Các thành phần của đồ gá Nói chung một đồ gá bao gồm những chi tiết/cơ cấu thành phần sau: - Các cơ cấu định vị Cơ cấu định vị thường được cố định trong đồ gá. Nó được dùng để thiết lập và duy trì vị trí của chi tiết gia công trong đồ gá bằng cách ràng buột các chuyển động của chi tiết. Đối với những chi tiết có sự thay đổi nhiều về hình dáng cũng như điều kiện bề mặt thì người ta thường dùng cơ cấu định vị điều chỉnh được. - Các cơ cấu kẹp chặt Cơ cấu kẹp chặt dùng để kẹp chặt chi tiết gia công, đảm bảo giữ nguyên vị trí của chi tiết dưới tác dụng của ngoại lực. - Các cơ cấu đỡ Các cơ cấu đỡ có thể được cố định hoặc thay đổi được trong đồ gá. Khi chi tiết gia công được tiên đoán là sẽ bị bị võng dưới tác dụng của lực cắt và lực kẹp thì người ta thêm vào các cơ cấu đỡ phía dưới chi tiết nhằm ngăn chặn hoặc ràng buộc biến dạng. - Thân đồ gá Thân đồ gá là phần tử kết cấu chính của đồ gá. Các cơ cấu khác của đồ gá sẽ được lắp trên thân đồ gá và thân đồ gá duy trì mối quan hệ không gian giữa các phần tử đồ gá với nhau. Ngoài ra trên một số đồ gá còn có thể có cơ cấu dẫn hướng dụng cụ cắt và cơ cấu so dao, cơ cấu phân độ 1.3 Lợi ích và tầm quan trọng của đồ gá trong gia công Nâng cao năng suất để giảm chi phí là một trong những mục tiêu của nền sản xuất hiện đại. Việc sử dụng đồ gá đã làm giảm thời gian chu kỳ gia công sản phẩm. 3 Việc sử dụng đồ gá trong gia công mang lại nhiều lợi ích như sau: - Nâng cao năng suất Nhờ sử dụng đồ gá mà đã loại trừ việc vạch dấu, định vị bằng tay (rà gá) và kiểm tra thường xuyên vị trí tương đối giữa chi tiết gia công với máy hoặc dao. Điều này đã làm giảm thời gian phụ. Bằng cách sử dụng đồ gá có kết cấu cứng vững cũng cho phép cắt vơi tốc độ cao vì thế giảm được thời gian gia công cơ bản. Việc giảm thời gian phụ và thời gian gia công cơ bản đã nâng cao năng suất gia công. - Nâng cao độ chính xác Khi chi tiết được gá trong đồ gá vị trí của chi tiết so với máy và dụng cụ cắt được xác định một cách chính xác. - Không cần sử dụng thợ bậc cao Nhờ vào đồ gá mà việc định vị và kẹp chặt chi tiết trở nên dễ dàng và đơn giản. Các cơ cấu dẫn hướng dụng cụ cắt đảm bảo độ chính xác vị trí của dao đối với chi tiết. Do đó không cần nhiều đến kỹ năng gá lắp và điều chỉnh dao và chi tiết. Bất cứ người bình thường nào cũng có thể được huấn luyện để sử dụng đồ gá thay cho thợ bậc cao. Điều này cũng góp phần giảm chi phí gia công. - Mở rộng khả năng công nghệ của máy Có thể thiết kế những đồ gá thích hợp cho các yêu cầu công nghệ khác nhau. Điều này có thể cho phép gia công các bề mặt phức tạp hay các nguyên công khác nhau trên các máy thông thường. Ví dụ như có thể thiết kế đồ gá để phay hoặc mài trên máy tiện. - Đảm bảo tính đổi lẫn của chi tiết được gia công Nhờ đồ gá mà loạt chi tiết được gia công đồng nhất về chất lượng chế tạo vì thế đảm bảo tính đổi lẫn khi lắp ráp. Bất kỳ chi tiết nào trong loạt cũng phù hợp với yêu cầu lắp ráp và tất cả các chi tiết đều có thể thay thế cho nhau. - Giảm chi phí Như đã nói ở trên, việc sử dụng đồ gá đã nâng cao năng suất gia công và giảm chi phí nhân công. Bên cạnh đó, việc sử dụng đồ gá còn làm giảm phế phẩm khi gia công. Kết quả là làm giảm đáng kể chi phí gia công 1.4 Các yêu cầu chung của đồ gá Để duy trì độ ổn định của chi tiết khi gia công, đồ gá phải đáp ứng một số yêu cầu để thực hiện đầy đủ chức năng của một thiết bị gá đặt. Sau đây là một số ràng buộc phải được cân nhắc khi thiết kế hay lựa chọn đồ gá. Chi tiết gia công bị hạn chế về mặt động học trong đồ gá bởi các cơ cấu định vị. Sai số định vị sinh ra bởi các cơ cấu định vì và bề mặt định vị phải nhỏ nhất nhằm đạt được một vị trí thống nhất và chính xác của chi tiết gia công trong hệ tọa độ của máy công cụ. - Đảm bảo đầy đủ các ràng buộc Chi tiết gia công phải luôn luôn được ràng buộc đầy đủ để ngăn cản bất kỳ chuyển động nào. Cơ cấu kẹp chặt phải cố định được chi tiết gia công tại nơi mà nó đã được đinh vị. Một khi đã được ràng buộc đầy đủ thì chi tiết gia công phải có khả năng 4 giữ nguyên ở trạng thái cân bằng để chống lại mọi lực sinh ra trong quá trình gia công. Điều kiện cần và đủ để bảo đảm sự ổn định cho chi tiết gia công trong đồ gá là thỏa mãn điều kiện đường lực khép kín. - Hạn chế biến dạng Sự biến dạng của chi tiết gia công là không thể tránh khỏi do đặc tính đàn hồi/dẻo vốn có của vật liệu và do tác động của lực cắt và lực kẹp. Mức độ biến dạng này phải được hạn chế đến một biên độ có thể chấp nhận được nhằm đạt dung sai yêu cầu. - Ràng buộc hình học Sự ràng buộc hình học đảm bảo rằng tất cả các phần tử của đồ gá đều có những vị trí nhất định so bề mặt chuẩn nào đó. Điều này đảm bảo rằng dao cắt không chạm các phần tử đồ gá trong quá trình gia công. Ngoài những yêu cầu nói trên thì đồ gá phải có những đặc tính như: - Tháo lắp nhanh. - Dễ sử dụng và an toàn. - Số lượng chi tiết cấu thành là nhỏ nhất. - Dễ chế tạo. - Giá thành thấp. - Dễ di chuyển. …. 1.5 Vật liệu làm đồ gá Đồ gá được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau tùy theo mục đích sử dụng. Có loại được tôi cứng đạt độ cứng 58-63HRC nhằm tăng tính chống mòn, có loại được giữ nguyên tính chất ban đầu của nó. Đôi khi người ta sử dụng vật liệu không chứa sắt như đồng đỏ pha phốt pho để giảm mài mòn bề mặt của cặp lắp ghép. Hoặc người ta sử dụng nylon hay vật liệu sợi để ngăn cản sự hư hỏng chi tiết gia công. Sau đây là một số vật liệu thường dùng để chế tạo đồ gá gá đặt chi tiết cũng như đồ gá gá dao. - Thép gió (High Speed Steel –HSS) - Thép làm khuôn. - Thép các bon. - Thép lò xo. - Thép dụng cụ. - Thép có độ bền cao. - Gang. - Thép đã thấm các bon. - Thép các bon thấp. - Thép đúc - Nylon hoặc sợi. 5 - Đồng đỏ pha phốt pho. 1.5 Phân loại đồ gá a. Phân loại theo nguyên công: - Đồ gá gia công cơ, đồ gá gia công nhiệt, đồ gá hàn… - Đồ gá lắp ráp. - Đồ gá đo lường, kiểm tra. b. Phân loại theo nhóm máy: - Đồ gá trên máy gia công cơ: tiện, phay, khoan,… - Đồ gá trên thiết bị đo kiểm. - Đồ gá trên thiết bị phục vụ lắp ráp. c. Phân loại theo mực độ chuyên môn hoá: 1. Đồ gá vạn năng Đồ gá vạn năng được dùng trong sản xuất đơn chiếc, chế thử, trong các phân xưởng dụng cụ và sửa chữa. Loại đồ gá này cho phép gá đặt nhiều loại chi tiết có kích thước và hình dáng khác nhau. Các đồ gá vạn năng thông dụng là: mâm cặp, êtô, đầu phân độ, bàn xoay … Đồ gá vạn năng có độ chính xác thấp và thời gian gá đặt lớn hơn so với các loại đồ gá khác. 2. Đồ gá vạn năng – lắp ghép Đồ gá vạn năng – lắp ghép được sử dụng trong sản xuất đơn chiếc hoặc hàng loạt nhỏ. Đồ gá này được lắp ghép từ những chi tiết được chế tạo sẵn và được lưu giữ trong kho. Độ chính xác gia công chi tiết trên đồ gá vạn năng – lắp ghép phụ thuộc vào chất lượng lắp ráp, độ mòn và trạng thái của các chi tiết định vị. 3. Đồ gá vạn năng-điều chỉnh Đồ gá vạn năng - điều chỉnh được sử dụng trong sản xuất hàng loạt vừa khi việc sử dụng đồ gá vạn năng không mang lại hiệu quả kinh tế. Đồ gá vạn năng điều chỉnh gồm các chi tiết được lắp với nhau có điều chỉnh thay đổi. Khi thay đổi chi tiết điều chỉnh thì thân đồ gá và các cơ cấu truyền động được giữ nguyên. 4. Đồ gá chuyên dùng Đồ gá chuyên dùng chỉ được sử dụng cho một nguyên công nhất định vì vậy nó chỉ được thiết kế để gia công một chi tiết nhất định. Các loại đồ gá này cho phép gá đặt nhanh và đạt được độ chính xác gá đặt cao. Để giảm giá thành chế tạo đồ gá người ta sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn. Thời gian sử dụng đồ gá chuyên dùng từ 3 – 5 năm. 6 CHƯƠNG 2 CÁC CHI TIẾT ĐỊNH VỊ CỦA ĐỒ GÁ 2.1 Khái niệm –phân loại – yêu cầu 1. Khái niệm: Các hay các cơ cấu của đồ gá có tác dụng để xác định chính xác vị trí yêu cầu của chi tiết gia công đối với các dụng cụ cắt gọt gọi là các chi tiết định vị của đồ gá. 2. Phân loại: a. Các chi tiết định vị chính: là các chi tiết có thể khử được một số hoặc toàn bộ bậc tự do của chi tiết gia công. Loại này có thể điều chỉnh được. b. Các chi tiết định vị phụ: là các chi tiết dùng để tăng thêm độ cứng vững của chi tiết gia công mà không tác dụng khử bậc tự do. 3. Yêu cầu đối với chi tiết định vị: - Số lượng và sự phân bố các chi tiết định vị chính được phân bố sao cho phôi dễ dàng định vị tại vị trí cần thiết trong đồ gá và vị trí đó không bị thay đổi trọng lượng bản thân. - Các chi tiết định vị cần đủ độ cứng vững để không bị biến dạng bởi lực cắt hay lực kẹp. - Các chi tiết định vị cần được phân bố sao cho phương tác dụng của lực cắt hay lực kẹp không tách rời hoặc làm dịch phôi với các chi tiết định vị. Muốn vậy thì các chi tiết định vị cần được phân bố sao cho lực cắt hay lực kẹp hướng vào nó hoặc gần một chi tiết nào đó. - Độ bền mòn bề mặt làm việc của chi tiết định vị phải nằm trong phạm vi cho phép vì nó ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác định vị của phôi trong đồ gá. Do đó các chi tiết định vị được làm bằng thép thấm các bon trên bề mặt để đạt được độ cứng 58 - 62 HRC. - Để đảm bảo chi tiết định vị của đồ gá tiếp xúc tốt với bề mặt chuẩn của phôi thì các bề mặt làm việc của các chi tiết định vị phải gia công đạt độ chính xác cấp 7 - 8, độ nhẵn bề mặt cao nhất là Ra = 2,5 µm. 2.2 Các chi tiết định vị để gia công mặt phẳng 2.2.1 Chốt tỳ cố định Hình 2.1 7 - Chốt tỳ đầu phẳng dùng để định vị mặt phẳng đã qua gia cơng. - Chốt tỳ chỏm cầu, chốt tỳ đầu có khía nhám dùng để định vị mặt phẳng thơ. - Để dễ thay thế chốt khi bị mòn người ta dùng chốt tỳ cuống có bạc lót. Các chốt tỳ cố định được lắp với thân đồ gá theo mối ghép H7/r6; H7/n6. Bạc lắp với cuống theo mối ghép H7/j6 hoặc H7/h6. 2.2.2 Phiến tỳ cố định Phiến tỳ cố định thường dùng để định vị bằng mặt phẳng những chi tiết lớn. Có ba loại sau: - Phiến tỳ phẳng đơn giản (hình 2.2a): loại này có chổ bắt vít lõm xuống nên khó qt sạch phoi. Loại này thường được lắp lên các mặt phẳng thẳng đứng của đồ gá. - Phiến tỳ có bậc (hình 2.2b): dễ thốt phoi hơn nhưng bề rộng B lớn nên ít dùng. - Loại có rãnh nghiêng (hình 2.2c): loại này rất hay dùng. Hình 2.2 2.2.3 Chốt tỳ điều chỉnh Chốt tì điều chỉnh được sử dụng trong các trường hợp như: lượng dư phôi không đồng đều, dung sai phôi thay đổi nhiều, bề mặt chuẩn có sai số hình dáng. Vật liệu chế tạo: thường là thép 45, nhiệt luyện đạt độ cứng 35÷40HRC 8 Hình 2.3 2.2.4 Chốt tỳ tự lựa Chốt tỳ tự lựa được sử dụng khi chuẩn định vị là mặt thô, có sai số lớn hoặc có bậc. Chốt tỳ tự lựa cho phép nâng cao độ cứng vững của chi tiết gia công và giảm áp lực trên các điểm tỳ. Hình 2.4 9 2.2.5 Chốt tỳ phụ Chốt tì phụ không tham gia khống chế bậc tự do mà chỉ có tác dụng làm tăng độ cứng vững cho chi tiết gia công. Trên các hình 2.5 và 2.6 là một số ví dụ về một loại chốt tì phụ. Hình 2.5 Hình 2.6 2.3 Các chi tiết định vị mặt trụ ngoài 2.3.1 Khối V Khối V dùng để định vị bề mặt trụ ngoài, gồm có 2 loại: Khối V ngắn, khối V dài. Khối V được định vị trên thân đồ gá bằng hai chốt và dùng vít để lắp chặt. Góc α của khối V thường là 60 0 , 90 0 và 120 0 . Khối V có góc lớn dùng để định vị những chi tiết lớn. [...]... 0.63µm gá t phôi chính xác, trên tr c gá thư ng có hai l tâm Hình 2.12 b Tr c gá bung: Hình 2.13 Trên hình 2.13a là tr c gá àn h i x rãnh Chi ti t gia công s ư c k p ch t khi xi t tr c côn 3 Trên hình 3.15d là tr c gá có ba mi ng k p, các mi ng k p này bung ra khi rút tr c côn Tr c gá này dùng gá l p các chi ti t thành m ng có l chu n c n nh v còn thô ho c gia công sơ b Hình 2.13c là tr c gá bung... thay gá theo th ch t ngư i ta thư ng l p qua m t b c trung gian B c này l p v i thân ch H7/h6, còn ch t l p v i b c theo m i ghép H7/j6, H7/n6 Ch t có d 16 mm thì ch t o t thép 20X, m t nh v th m C sâu 0,8÷1,2 mm, tôi t c ng 50 ÷ 55 HRC 2.4.2 Tr c gá: Có hai lo i: tr c gá c ng và tr c gá bung a Tr c gá c ng: Trên hình 2.11a là tr c gá côn... n ng chêm c a tr c gá côn nên phôi ư c c nh trên tr c gá trong su t quá trình gia công Như c i m c a lo i này là chính xác hư ng theo chi u tr c không cao Hình 2.12b là tr c gá l p có dôi v i chi ti t gia công, vì th nh v theo chi u dài chính xác hơn Nh có rãnh 1 nên có th xén m t u c a chi ti t gia công ư c d dàng Hình 2.13c là tr c gá l p có khe h v i chi ti t gia công 11 Tr c gá thư ng ch t o t... Hình 3.25 K p b ng lò xo ĩa a) 1- thân tr c gá; 2- chi ti t gia công; 3- lò xo ĩa; 4- b c; 5- vít k p c) 1- chi ti t gia công; 2- lò xo ĩa; 3- ai c k p 31 Hình 3.26 Sơ 1- thân k p ch t b ng ch t d o gá; 2- các ch t k p; 3- chi ti t gia công; 4- òn rút 32 CƠ C U PH VÀ THÂN CHƯƠNG 4 GÁ Ngoài các chi ti t nh v , cơ c u k p ch t…, tùy theo phương pháp gia công, gá còn có các cơ c u ph khác như cơ c u d n... th l p ép lên v gá ho c l p t do r i dùng vít và ai c b t ch t Ch t không có vai dùng cho l có ư ng kính d < 16 mm Lo i này có như c i m là m t áy c a chi ti t gia công tỳ tr c ti p lên v gá làm cho nó mau mòn Hình 2.10 Tùy trư ng h p s d ng mà ch t dài khác nhau nh v tr c tròn ho c ch t trám, có th ng n nh và và l p Trong s n xu t hàng lo t v a và nh thư ng dùng lo i ch t c vào thân gá theo ch H7/h6... t côn (hình 4.6c) cho phép - Cơ c u phân các cơ c u phân b b ng bi và ch t tr t chính xác cao hơn Hình 4.6 4.3 Cơ c u so dao Cơ c u so dao là m t b ph n trong gá dùng xác nh chính xác v trí c a d ng c c t so v i gá C so dao ư c s d ng trên gá ti n, phay, bào và chu t m t ngoài Cơ c u so dao r t quan tr ng vì trong s n xu t hàng lo t và hàng kh i thì dao b mòn ph i mài l i, kích thư c làm vi c c a... cơ c u to, thô và làm bi n d ng phôi - ng tác k p ph i nhanh, nh , thao tác thu n ti n, an toàn mb ob ol ck p nhi u v trí ng u, nh t là khi k p nhi u phôi ho c trong gá - Không làm bi n ho c làm hư h i b m t c a phôi -K tc u và s a ch a gá ph i nh g n, ơn gi , t o thành m t kh i ch c ch n, d b o qu n 3.1.3 Phân lo i cơ c u k p ch t: a Theo k t c u: cơ c u ơn g an và cơ c u t h p - Cơ c u ơn gi n: do... c t vuông góc nhau (hình 3.1c) L c ma sát W.f1 , W.f2 ngư c chi u v i P Khi ó: W.f1 + W.f2 = k.P => W = kP f1 + f 2 f1, f2 là h s ma sát gi a các chi ti t k p ch t và gia công nh v c a gá v i chi ti t 4 Khi chi ti t gá trên mâm c p ba ch u khi ti n Hình 3.2 Thành ph n l c Pz t o thành mô men xo n, Px làm xê d ch chi ti t theo phương hư ng tr c, Py là chi ti t b l t Mô men ma sát Mms = Wt f.R = kM =... th nh v nh v c a gá ⇔ 2c = δ + δ’– 2∆1 ư c thay b ng ch t tr Hình 2.16 Ch t trám còn ch a l i ph n hình tr có b r ng là 2e: 2e = Trong ó: d 2∆ −c 2c d – ư ng kính l l p ch t trám 2∆ – Khe h hư ng kính c a l l p ch t trám và ch t trám 2∆1 – Khe h hư ng kính c a l l p ch t tr và ch t tr δ – Dung sai kích thư c L gi a hai tâm l δ’– Dung sai kích thư c L gi a hai tâm ch t nh v nh v c a gá 2c = δ + δ’–... gia công, gá còn có các cơ c u ph khác như cơ c u d n hư ng d ng c c t, cơ c u ki m tra v trí c a d ng c c t, cơ c u phân và thân gá 4.1 Cơ c u d n hư ng c ng Cơ c u d n hư ng là cơ c u dùng d n hư ng d ng c c t và nâng cao v ng c a nó, thư ng là các b c d n hư ng dùng trong gá khoan, khóet, doa a B c d n Hình 4.1 a Lo i c nh không có g b Lo i c nh có g c B c d thay i B c d n hư ng d thay i thư ng dùng . - Thân đồ gá Thân đồ gá là phần tử kết cấu chính của đồ gá. Các cơ cấu khác của đồ gá sẽ được lắp trên thân đồ gá và thân đồ gá duy trì mối quan hệ không gian giữa các phần tử đồ gá với nhau hoặc sợi. 5 - Đồng đỏ pha phốt pho. 1.5 Phân loại đồ gá a. Phân loại theo nguyên công: - Đồ gá gia công cơ, đồ gá gia công nhiệt, đồ gá hàn… - Đồ gá lắp ráp. - Đồ gá đo lường, kiểm tra - Đồ gá trên máy gia công cơ: tiện, phay, khoan,… - Đồ gá trên thiết bị đo kiểm. - Đồ gá trên thiết bị phục vụ lắp ráp. c. Phân loại theo mực độ chuyên môn hoá: 1. Đồ gá vạn năng Đồ gá