đồ gá và thiết kế đồ gá gia công cơ khí

Đồ gá là các trang bị phụ tùng dùng để xác định chính xác vị trí tương đối của chi tiết gia công đối với máy và dụng cụ cắt một cách nhanh chóng và kẹp chặt chúng lại để cho chi tiết gia

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Chương1: Tổng quan về đồ gá

1.1 Khái niệm về trang bị đồ gá 2

1.2 Khái niệm về đồ gá trên máy công cụ 2

1.3 Cấu tạo chung (các bộ phận của đồ gá) 2

1.4 Vai trò và tác dụng của đồ gá 2

1.5 Yêu cầu đối với đồ gá 3

1.6 Phân loại đồ gá 3

Chương 2: Gá đặt chi tiết trên đồ gá 2.1 Nguyên tắc gá đặt chi tiết trên đồ gá 4

2.2 Sai số gá đặt 8

Chương 3: Cơ cấu định vị của đồ gá 3.1 Đồ định vị bề mặt phẳng .15

3.2 Các chi tiết định vị mặt trụ ngoài .19

3.3 Các chi tiết định vị mặt trụ trong .22

3.4 Mũi tâm .29

Chương 4: Kẹp chặt và các cơ cấu kẹp chặt 4.1 Khái niệm về kẹp chặt .31

4.2 Yêu cầu đối với cơ cấu kẹp chặt .32

4.3 Phương và chiều của lực kẹp .32

4.4 Điểm đặt của lực kẹp .33

4.5 Phương pháp tính lựckẹp .33

4.6 Các cơ cấu kẹp chặt .39

4.6.1 Phân loại .39

4.6.2 Kẹp chặt bằng chêm .40

4.6.2b Kẹp chặt bằng ren vít .43

4.6.3 Kẹp chặt bằng ren vít và đòn kẹp .46

4.6.4 Kẹp chặt bằng bánh lệch tâm .47

4.6.5 Kẹp chặt bằng thanh truyền .49

4.6.6 Kẹp chặt bằng trụ trượt thanh răng và bánh răng .50

4.6.7 Kẹp chặt nhờ lực chạy dao .52

4.6.8 Kẹp chặt nhờ cắt .52

4.6.9 Kẹp chặt nhờ lực quán tính li tâm .53

4.6.10 Kẹp chặt nhờ ống kẹp đàn hồi .54

4.6.11 Kẹp chặt nhờ mâm cặp đàn hồi 55

4.6.12 Kẹp chặt bằng lò xo đĩa .55

4.6.13 Kẹp chặt nhờ chất dẻo .56

4.6.14 Kẹp chặt bằng chân không .58

4.6.15 Kẹp chặt bằng lực điện từ .59

4.7 Sử dụng truyền động cơ – thuỷ lực – khí nén trong các cơ cấu kẹp chặt của đồ gá .60

4.7.1 Cơ cấu kẹp chặt bằng khí nén .60

4.7.2 Cơ cấu kẹp chặt bằng thuỷ lực .63

4.7.3 Cơ cấu kẹp chặt kết hợp khí nén và thuỷ lực 66

4.7.4 Cơ cấu kẹp chặt kiểu khí nén – thuỷ lực 66

Chương 5: Các cơ cấu khác của đồ gá

5.1 Cơ cấu dẫn hướng .70

5.2 Cơ cấu so dao .72

5.3 Cơ cấu phân độ .73

5.4 Cơ cấu chép hình .74

Chương 6: Một số đồ gá gia công cơ điển hình 6.1 Đồ gá gia công trên máy tiện .80

6.2 Đồ gá gia công trên máy khoan - khoét .84

6.3 Đồ gá gia công trên máy phay .95

6.3.1 Đồ gá phay các chi tiết dạng càng .95

6.3.2 Đồ gá phay các chi tiết dạng hộp 101

6.3.3 Đồ gá phay các chi tiết dạng trục 106

6.3.4 Đồ gá phay các chi tiết dạng bạc 109

6.4 Đồ gá doa trên máy doa ngang 111

6.5 Đồ gá chuốt 113

6.6 Đồ gá gia công răng 116

Chương 7: Thiết kế đồ gá gia công cơ chuyên dùng 7.1 Tài liệu cần thiết để thiết kể đồ gá 119

7.2 Các công việc cần thực hiện khi thiết kế đồ gá 119

7.3 Trình tự thiết kế đồ gá 119

7.4 Ghi yêu cầu kỹ thuật cho bản vẽ đồ gá 120

7.5 Đặc điểm chế tạo và kiểm tra đồ gá 121

7.6 Dung sai chế tạo đồ gá 122

7.7 Tính công nghệ của đồ gá 132

7.8 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng đồ gá 133

7.9 Các ví dụ về tính toán lực kẹp và cơ cấu kẹp chặt 134

7.10 Các ví dụ về tính toán sai số chế tao đồ gá 141

7.11 Thí dụ về quy trình xây dựng bản vẽ lắp 144

Tài liệu tham khảo 149

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỒ GÁ

1.1 Khái niệm về trang bị công nghệ

Trong toàn bộ các trang thiết bị máy móc trong ngành cơ khí chế tạo, ngoài các máy công cụ ra thì toàn bộ các phụ tùng kèm theo máy gia công để trợ giúp cho quá trình gia công một cách nhanh chóng và hiệu quả thì được gọi là trang bị công nghệ

Thực tế mà nói, các trang thiết bị công nghệ trên bao gồm:

- Đồ gá trên các máy công cụ

- Đồ gá lắp ráp

- Đồ gá đo lường, kiểm tra

- Các dụng cụ phụ

- Các loại khuôn

- Các cơ cấu vận chuyển cung cấp phôi

Trong quá trình chuẩn bị công nghệ cho sản xuất, việc thiết kế toàn bộ các trang bị công nghệ để sản xuất một sản phẩm có thể chiếm tới 80% khối lượng lao động, giá thành chế tạo có thể chiếm tới 15-20% giá thành các thiết bị

1.2 Khái niệm về đồ gá trên máy công cụ

Đồ gá là các trang bị phụ tùng dùng để xác định chính xác vị trí tương đối của chi tiết gia công đối với máy và dụng cụ cắt một cách nhanh chóng và kẹp chặt chúng lại để cho chi tiết gia công không bị xê dịch khỏi vị trí định vị ban đầu dưới tác dụng của lực cắt

1.3 Cấu tạo chung (các bộ phận chính) của đồ gá

- Bộ phận định vị

- Bộ phận kẹp chặt

- Các cơ cấu truyền lực từ bộ phận tác động đến cơ cấu chấp hành kẹp chặt

- Các cơ cấu dẫn hướng dẫn hướng dụng cụ cắt và so dao

- Các cơ cấu quay và phân độ

- Thân (đế ) đồ gá

- Cơ cấu định vị và kẹp chặt đồ gá vào bàn máy

1.4 Vai trò và tác dụng của đồ gá

- Nâng cao năng suất và độ chính xác gia công vì vị trí của chi tiết so với máy và dụng cụ cắt được xác định một cách nhanh chóng bằng các bộ phận định vị của đồ gá mà công cần phải vạch dấu hay rà gá mất thời gian

- Mở rộng khả năng công nghệ của các máy công cụ cho phép gia công các bề mặt phức tạp hay các nguyên công khác nhau trên các máy thông thường

- Nhiều nguyên công đòi hỏi bắt buộc phải có đồ gá mới có thể gia công nhanh chóng và đạt được độ chính xác yêu cầu

- Giảm nhẹ điều kiện lao động của công nhân (do được cơ khí hoá), không cần sử dụng thợ bậc cao trong quá trình gia công

1.5 Yêu cầu đối với đồ gá

Đồ gá trên máy công cụ phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Kết cấu phải đơn giản, gọn nhẹ, giá thành chế tạo thấp nhưng vẫn đảm bảo được vai trò của nó trong gá đặt và gia công

- Đảm bảo được độ chính xác gia công đã cho Sai số gia công của chi tiết được gia công trên đồ gá phụ thược vào nhiều yếu tố của trong đồ gá do vậy người thiết kế phải hiểu được các sai số nào ảnh hưởng nhiều đến sai số gia công để khống chế nó

- Thao tác và sử dụng dễ dàng, an toàn khi làm việc Cụ thể là phải dễ dàng thực hiện việc gá đặt chi tiết, kẹp chặt thuận thiện, dễ quét sạch phôi, các chi tiết quay, các cạnh sắc và các bộ phận nhô ra phải được che chắn…

1.6 Phân loại đồ gá

Đồ gá nói chung được chia làm các loại sau:

- Đồ gá gia công

- Đồ gá lắp ráp

- Đồ gá đo lường, kiểm tra

Trong phạm vi 2 ĐVHT của môn học chỉ tập trung và đồ gá gia công cơ

Đồ gá gia công cơ được phân loại như sau:

1.6.1 Phân loại theo nhóm máy:

Bao gồm đồ gá trên máy tiện, máy phay, máy khoan, máy khoan, máy doa, máy phay, máy chuốt, máy mài…

1.6.2 Phân loại theo mực độ chuyên môn hoá:

a) Đồ gá vạn năng thông dụng

Loại đồ gá này dùng để định vị và kẹp chặt các chi tiết có kích thước và hình dáng khác nhau trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ Các loại đồ gá này thường được chế tạo kèm theo các máy công cụ ví dụ như mâm cặp vạn năng, êtô vạn năng, đầu phân độ vạn năng, bàn xoay…

b) 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 thông dụng không mang lại hiệu quả kinh tế Đồ gá vạn năng điều chỉnh bao gồm bộ phận cố định và bộ phận thay đổi hoặc điều chỉnh lắp ghép lại với nhau Bộ phận cố định thường là thân đồ gá và các cơ cấu truyền động, bộ phận thay đổi là các chi tiết của đồ gá sử dụng tuỳ theo hình dáng và kích thước của chi tiết cần gia công

c) Đồ gá chuyên môn hoá điều chỉnh (có thể gọi là đồ gá gia công nhóm)

Dùng để gá đặt các nhóm các chi tiết có kích thước và hình dáng, bề mặt định vị và phương pháp gia công gần tương tự nhau Đồ gá chuyên môn hoá vạn cũng năng gồm hai bộ phận: bộ phận vạn năng cố định và bộ phận thay đổi Bộ phận thay đổi được chế tạo phù hợp với hình dáng và kích thước nhóm các chi tiết khác nhau và nó dễ dàng lắp ghép lên thân đồ gá (bộ phận vạn năng)

d) Đồ gá chuyên dùng

Là đồ gá chỉ dùng cho một nguyên công nhất định và nó 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 Do chỉ dùng để chế tạo một chi tiết nhất định nên cần phải giảm giá thành chế tạo xuống đến mức thấp nhất bằng cách sử dụng các chi tiết tiêu chuẩn Nếu sản lượng chi tiết cần gia công nhiều thì giá thành chế tạo đồ gá trên một đơn vị sản phẩm chi tiết gia công sẽ giảm xuống Thời gian sử dụng đồ gá chuyên dùng từ 3 – 5 năm và trong từng loạt chi tiết nhất định một số chi tiết của đồ gá bị mòn sẽ được thay thế bằng các chi tiết tiêu chuẩn mới

CHƯƠNG 2 GÁ ĐẶT CHI TIẾT TRÊN ĐỒ GÁ

Gá đặt là quá trình định vị

chi tiết so với dụng cụ cắt rồi sau

đó kẹp chặt chi tiết lại để định vị

không bị phá hỏng dưới tác dụng

của lực cắt Khi gá đặt, quá trình

định vị thực hiện trước và quá

trình kẹp chặt xảy ra sau, không

có trường hợp ngược lại hay xảy

ra đồng thời Có 2 phương pháp

gá đặt chi tiết đó là:

- Rà gá (bao gồm rà gá

theo bề mặt hoặc rà gá

theo dấu đã vạch sẵn)

- Gá đặt chi tiết trên đồ

gá (việc định vị được

thực hiện một cách

nhanh chóng nhờ các đồ

định vị có trên đồ gá)

Phương pháp rà gá dùng

trong sản xuất đơn chiếc hoặc

loạt nhỏ, không cần phải chế tạo

đồ gá vì nếu chế tạo đồ gá sẽ làm

tăng giá thành chế tạo sản phẩm

Phương pháp gá đặt trên đồ

gá cho phép đạt độ chính xác vị

trí của chi tiết cao hơn phương

pháp rà gá, không cần trình độ

tay nghề công nhân cao tuy nhiên

cần phải chế tạo đồ gá và nó

được áp dụng trong sản xuất hàng

loạt lớn hoặc hàng khối

2.1 Nguyên tắc gá đặt (định vị

và kẹp chặt) chi tiết trên đồ gá

Một vật rắn trong không gian sẽ có vị trí cố

định khi 6 bậc tự do chuyển động của nó trong hệ

toạ độ Đề các bị khống chế (3 bậc tự do chuyển

động tịnh tiến dọc các trục và 3 bậc tự do chuyển

động xoay quanh các trục)

Lấy một chi tiết hình hộp chữ nhật đặt trong

hệ toạ độ Oxyz làm ví dụ (hình 2.2), nếu dưới mặt

Hình 2.1: Các phương pháp gá đặt

a)

b)

c)

Dấu vạch

Rà mặt trái song song với bàn máy

Đồ gá

Phiến

tì 2 BTD

Cữ so dao để đạt được đúng độ cao

2 Phiến

tì 3 BTD

đáy có 3 chốt tì (hay nói cách khác là 3 điểm tì) không thẳng hàng thì sẽ khống chế được

3 bậc tự do (tịnh tiến theo Oz và quay theo Ox, Oy) Nếu dùng thêm hay chốt tì ở mặt trái thì lúc này chi tiết sẽ bị khống chế thêm 2 bậc tự do nữa đó là tịnh tiến theo Ox và quay theo Oz Còn một bậc tự do nữa là tịnh tiến theo Oy, nếu muốn khống chế nốt ta dùng thêm một chốt tì nữa ở mặt sau như hình vẽ Chú ý rằng không nhất thiết mặt đáy khống chế một bậc tự do, mặt trái 2 bậc tự do, mặt sau 1 bậc tự do mà vai trò định vị của các mặt có thể thay đổi tuỳ điều kiện gá đặt Điều này có nghiã là mặt trái, mặt sau hay mặt trên đều có thể khống chế 3 bậc tự do, mặt dưới hay mặt sau có thể khống chế 2 bậc tự

do v.v… miễn là đủ 6 bậc tự do thì chi tiết gia công sẽ được xác định cố định

Để cho vị trí của chi tiết gia công không bị thay đổi trong quá trình gia công do lực cắt và rung động thì ta phải dùng lực kẹp để giữ chi tiết lại Trên hình vẽ dùng 3 lực kẹp

w1, w2, w3 theo hướng đối diện với các điểm định vị Tuy nhiên không nhất thiết phải dùng cả 3 hướng kẹp này mà chỉ dùng 1 hoặc hai lực cũng được vì lực ma sát sẽ giữ cho chi tiết không tách khỏi vị trí định vị ban đầu theo các hướng còn lại

Chú ý rằng khi kẹp chặt ta hay dùng các thanh kẹp hay đòn kẹp đè vào chi tiết thì các điểm tiếp xúc của thanh kẹp hay đòn kẹp lên chi tiết không phải là các bậc tự do khống chế mà nó là nhân tố tạo lực kẹp nên không được xem là yếu tố khống chế bậc tự

do Ví dụ khi kẹp chi tiết hình hộp trên êtô thì má tĩnh là tham gia khống chế bậc tự do còn má động không than gia định vị mà là chi tiết tạo lực kẹp

Ta sử dụng nguyên tắc định vị 6 điểm để định vị chi tiết gia công nhưng không nhất thiết lúc nào cũng phải khống chế đủ 6 bậc tự do mà tuỳ vào từng trường hợp gia công cụ thể (hình 2.3) Khống chế thừa số bậc tự do cần thiết là không nên

Trên hình 2.3 a, để gia công mặt phẳng trên một viên bi cầu thì về nguyên tắc chỉ cần khống chế 1 bậc tự do là đạt được kích thước h

Trên hình 2.3 b, để gia công mặt phẳng trên hình trụ, về nguyên tắc chỉ cần khống chế 2 bậc tự do là đạt được kích thước h (nhưng trong thực tế người ta dùng 1 khối V 4 bậc tự do để dễ dàng gá đặt và kẹp chặt)

Trên hình 2.3 c, khi phay mặt trên của hình hộp chỉ cần khống chế 3 bậc tự do (dùng 1 mặt phẳng tì) là đạt được kích thước h

Trên hình 2.3 d, để phay rãnh không thông có chiều dài và chiều sâu xác định phải cần khống chế đủ 6 bậc tự do

Trên hình 2.3 e, để phay rãnh bậc thông hai đầu thì không cần không chế đủ 6 bậc tự do mà chỉ cần khống chế 5 bậc tự do vì bậc tự do tịnh tiến dọc theo theo chiều dài rãnh

Trên hình 2.3 f, với chi tiết hình trụ tròn thì nên dùng khối V định vị vào mặt ngoài khống chế đủ 4 bậc tự do để phay được rãnh thông suốt song song với đường tâm của hình trụ

Trên hình 2.3 g, nếu phay thêm rãnh thứ hai thông suốt hai đầu và chia chu vi đường tròn ra 900 thì phải thêm một bậc tự do chống xoay nữa

Trên hình 2.3 h, nếu rãnh thứ hai không thông suốt hai đầu thì phải khống chế thêm một bậc tự do tịnh tiến theo rãnh để xác định chiều dài rãnh

Trên hình 2.3 k, để khoan lỗ như hình vẽ thì phải lật đế chi tiết 900 để lỗ cần khoan theo phương thẳng đứng mới khoan được và đồng thời để khoan lỗ này phải khống chế đủ 6 bậc tự do mới khoan được lỗ đúng vị trí và chiều sâu xác định Trong 6 bậc tự do này ta dùng 2 phiến tì kết hợp với nhau khống chế 3 bậc tự do, 1 chốt trụ khống chế 2 bậc tự do, 1 chốt trám khống chế 1 bậc tự do

Khi định vị cũng cần phải chú ý không được để xảy ra trường hợp siêu định vị (siêu định vị là trường hợp một bậc tự do nào đó bị khống chế đến hơn 1 lần, điều này có nghĩa là nếu khống chế 7 bậc tự do thì chắc chắn xảy ta siêu định vị và khống chế ít hơn hoặc bằng 6 bậc tự do cũng có thể xảy ra siêu định vị) Ví dụ: khi tiện một trục dài trên máy tiện với cách gá đặt một đầu cặp trên mâm cặp và một

đầu chống tâm thì đầu cặp trên mâm cặp phải cặp với

chiều dài ngắn (2 bậc tự do), nếu cặp dài thì xảy ra

siêu định vị có thể làm cong trục cần gia công

Khi gia công các chi tiết có độ cứng vững thấp thì

phải tìm cách nâng cao độ cứng vững của chi tiết bằng

cách bố trí thêm một số chốt tì phụ, lúc đó số điểm tì

có thể lớn hơn 6 Trên hình 2.4 là một ví dụ, khi khoét

lỗ ngang trên phần đầu càng nhô ra thì càng dễ bị biến

dạng dưới tác dụng của lực cắt Để tránh điều này ta

dùng một chốt tì phụ ở phía thân gần đầu càng

Các chốt tì phụ được điều chỉnh chiều dài bằng

đai ốc hoặc có khả năng tự điều chỉnh chiều dài của mình bằng các lò xo sao cho đầu chốt tì tiếp xúc với chi tiết cần định vị; để cố định chốt tì lại người ta dùng vít hãm vặn chặt lại

2.2 Sai số gá đặt

Trong quá trình gá đặt chi tiết gia công có phát sinh ra sai số và nó là một trong những thành phần gây ra sai số gia công Sai số gá đặt gđ được tính bằng công thức:

dg kc c

trong đó: c – sai số chuẩn

kc – sai số kẹp chặt

đg – sai số của bản thân đồ gá Các số số hạng trong công thức 2.1 là các đại lượng véctơ, để tính trị số của sai số gá đặt ta phải lấy căn bậc hai

2 2 2

dg kc c

Sau đây sẽ xét từng thành phần trong sai số gá đặt

2.2.1 Sai số chuẩn

Định nghĩa: sai số chuẩn là lượng dao động của gốc kích thước chiếu lên phương

kích thước thực hiện khi chuẩn định vị không trùng với gốc kích thước Để rõ hơn ta xét các ví dụ sau:

a) Khi phay mặt phẳng song song với đường sinh của một chi tiết dạng bạc bằng phương pháp tự động đạt kích thước, ta sử dụng trục gá để làm chuẩn định vị và tiến hành gia công đạt kích thước A như vậy chuẩn định vị là bề mặt lỗ trong (tâm của lỗ) khi đó gốc kích thước A là bề mặt trụ ngoài do vậy sẽ gây ra sai số chuẩn và sai số này được tính như sau:   

2

) A (

c với  là dung sai đường kính ngoài chi tiết và  là khe hở đường kính (hình 2.5)

Hình 2.4: Sơ đồ gá đặt có dùng

chốt tì phụ

Nếu sử dụng trục gá bung tức là không có khe hở giữa lỗ

và trục gá thì lúc đó sao số chuẩn bằng dung sai của kích thước

đường kính mặt trụ ngoài /2 (c =/2 )

Nếu sử dụng trục gá lắp có khe hở với lỗ của chi tiết

đang gia công thì trong quá trình gá đặ, lực kẹp sẽ làm cho khe

hở lệch về một hướng nào đó và nó sẽ ảnh hưởng lớn nhấât khi

khe hở lệch theo phương song song với kích thước (phương

thẳng đứng), lúc đó sai số chuẩn phải cộng thêm một lượng 

là khe hở đường kính

(c =/2 + ) b) Cũng với dạng chi tiết hình trụ trên, nếu gá đặt

trên khối V để phay mặt đặt được các kích thước Hi như trên

hình vẽ 2.6, vì chuẩn định vị là điểm tiếp xúc giữa chi tiết

và khối V không trùng với các gốc kích thước đã ghi nên

gây ra các sai số chuẩn và ta dễ dàng chứng minh được bằng

hình học phẳng các sai số chuẩn trên với kết quả như sau:

c(H1) = =/2(1/sin(/2)-1)

c(H2) = =/2(1/sin(/2)+1)

c(H3) = =/2(1/sin(/2))

c) Trên hình 2.7 c khi gia công kích

thước H2, gia công mặt A trước, mặt B sau để

đạt kích thước H2 (tức là chọn gốc kích thước

là mặt A); lúc này gốc kích thước không

trùng với chuẩn định vị là mặt đáy nên sẽ có

sai số chuẩn và c = H1 (H1 là dung sai của

kích thước H1 khi gia công mặt A trước )

Còn để gia công kích thước H1 ngay

sau khi đã gia công mặt chuẩn C thì không

có sai số chuẩn (c = 0) vì chuẩn định vị trùng

với gốc kích thước

Bảng 2.1 là sơ đồ gá đặt của một số trường hợp và sai số chuẩn của nó

c(H1) = c(H2) = /2+2e+1 /2+2 /2 +ltg

)2/sin(

2) 1 H ( c

12) 2 H ( c

12) 3 H ( c

2.2.2 Sai số do kẹp chặt

Định nghĩa: sai số do kẹp chặt là lượng dịch chuyển của chuẩn gốc chiếu lên phương kích thước thực hiện do lực kẹp thay đổi gây nên Sai số kẹp chặt được tính bằng công thức:

trong đó  - góc hợp bởi gữa phương kích thước thực hiện và phương dịch chuyển của gốc chuẩn

ymax và ymin là lượng dịch chuyển gốc kích thước tương ứng với lực kẹp Pmax và

Trong đó C – hệ số phụ thuộc vào tính chất

tiếp xúc, vật liệu chi tiết gia công, vật liệu của chi

tiết làm đồ định vị, độ nhám và độ cứng lớp bề mặt

W – lực kẹp

n – số mũ (n < 1) Thay (2.2) vào công thức (2.1) ta được:

k = C(Wnmax - Wnmin)cos (2.3)

Trên thực tế tính toán sai số kẹp chặt người ta

không dùng công thức (**) mà sử dụng công thức:

trong đó ytn là biến dạng do tiếp xúc được xác

định bằng các công thức thực nghiệm tuỳ vào từng

trường hợp cụ thể sau đây:

HB – độ cứng Brinel của vật liệu (kG/mm 2 )

R – bán kính chỏm cầu

W – lực kẹp (kG)

y tn tính bằng m

ytn = 0,008HB+9,23/R)W0,6Hình 2.8: Quan hệ giữa biến dạng tiếp xúc và lực kẹp

2

cosW)

2/sin(

1y

2 a

Ra – độ nhám bề mặt phôi

Để giảm sai số do kẹp chặt ta phải tăng cường độ cứng vững của đồ gá mà đặc biệt quan trọng là độ cứng của các chi tiết làm đồ định vị bằng việc chọn thép cácbon kết cấu có thành phần cácbon cao (C30-C45) sau đó nhiệt luyện Tăng cường sự tiếp xúc đồng đều của bề mặt làm chuẩn định vị, tăng diện tích tiếp xúc và tìm biện pháp tạo lực kẹp ổn định

Chú ý: sai số kẹp chặt không ảnh hưởng đến kích thước đường kính và không ảnh

hưởng đến kích thước dài giữa hai bề mặt gia công đồng thời bằng một dao

W

Hình 2.9: Gá đặt chi tiết trên một số đồ định vị

2.2.3 Sai số của đồ gá

Sai số đồ gá do ba thành phần tạo thành là sai số chế tạo, sai số mòn và sai số do việc điều chỉnh đồ gá

dc m ct

m = sai số mòn của đồ gá

đc = sai số điều chỉnh đồ gá Các đại lượng trong công thức trên là các đại lượng véc tơ, khó xác định và phân bố theo quy luật chuẩn nên độ lớn của đg được xác định bằng công thức sau:

2 2 2

dc m ct

Sai số chế tạo ct là độ không chính xác do chế tạo của bản thân của đồ gá cũng như bao chi tiết bộ phận khác Nếu ta chỉ sử dụng một đồ gá để gia công một loạt chi tiết thì sai ct là sai số hệ thống không đổi do đó có thể khử được bằng cách điều chỉnh máy Nói chung sai số chế tạo đồ gá phải khá bé mới đảm bảo sai số chế tạo cho chi tiết, do vậy mà theo thống kê, độ chính xác chế tạo của đồ gá cao hơn độ chính xác của chi tiết gia công một cấp

Sai số mòn m của đồ gá trong quá trình làm việc của nó được xác định bằng công thức gần đúng sau:

N

 trong đó : N – số lượng chi tiết được gá trên đồ gá

 - hệ số phụ thuộc vào cơ cấu định vị và điều kiện tiếp xúc

Loại đồ định vị Khoảng giá trị của  Vật liệu

Giá trị lớn lấy khi điều kiện làm việc nặng

Bảng này xét khi vật liệu như trên, khi tăng chất lượng vật liệu (thay bằng thép các bon dụng cụ hay hợp kim) thì độ mòn có thể lấy giảm đi 7 – 15 %

Sai số điều chỉnh của đồ gá đc là sai số đo điều chỉnh các chi tiết lắp ghép thành đồ gá và việc điều chỉnh đồ gá khi lắp đồ gá lên máy Khi lắp đồ gá lên máy ta phải dùng phương pháp rà gá để căn chỉnh thật kỹ để giảm sai số đc đến mức nhỏ nhất có thể Khi

dùng nhiều đồ gá khác nhau trong loạt chi tiết lớn thì sai số điều chỉnh là đại lượng ngẫu nhiên

Sai số điều chỉnh còn phụ thuộc vào tình trạng mòn và trạng thái bề mặt của đồ gá, tình trạng và độ mòn của bàn máy

Khi tính toán đồ gá, sai số điều chỉnh đc có thể lấy từ 10 15 m

2.2.4 Tính toán sai số chế tạo cho phép của đồ gá

Khi thiết kế đồ gá, điều cần thiết là phải xác định sai số chế tạo cho phép của đồ gá để chế tạo ra đồ gá

Từ công thức: gd  c2 kc2  ( ct2  m2  dc2 )

Ta rút ra sai sai số chế tạo cho phép của đồ gá :

) (

] [ ] [ ct  gd2  c2 kc2  m2  dc2Để tính được sai số chế tạo của đồ gá ta phải xác định trước sai số gá đặt

Sai số gá đặt được lấy như sau:

131

trong đó  là dung sai của nguyên công mà ta cần thiết kế đồ gá

Chú ý: biểu thức dưới căn bậc hai phải > 0 Nếu [gd2 ](c2kc2 m2dc2)< 0 ta phải tìm cách giảm c , kc , m , đc

CHƯƠNG 3

CƠ CẤU ĐỊNH VỊ CỦA ĐỒ GÁ

Cơ cấu định vị (hay còn gọi là chi tiết định vị, đồ định vị) của đồ gá dùng để xác định vị trí của chi tiết gia công trên đồ gá một cách nhanh chóng Cơ cấu định vị yêu cầu cần phải có độ chính xác, độ cứng vững và độ chống mài mòn cao

Các chi tiết định vị bao gồm các loại chính sau:

Định vị theo lỗ tâm

3) Bạc định vị 4) Mâm cặp

1) Chốt định vị 2)Trục gá:

+ trục gá cứng + Trục gá bung

1) Mũi tâm: + Mũi tâm thường

+ Mũi tâm khía nhám

+ Mũi tâm ngược

+ Mũi tâm tuỳ động

Sau đây sẽ xét kỹ từng loại đồ định vị theo từng dạng bề mặt cần định vị

3.1 Đồ định vị bề mặt phẳng

Vật liệu chế tạo: từ thép 20,40,45 đến 20X hoặc Y7A, thấm C và nhiệt luyện đạt độ

cứng 50-55HRC

Công dụng của từng loại như sau:

Chốt tì đầu phẳng: định vị mặt phẳng đã qua gia công tinh

Chốt tì đầu chỏm cầu: định vị mặt phẳng còn thô

Chốt tì đầu có khía nhám: định vị các bề mặt thô, nhất là các mặt bên (mặt theo phương thẳng đứng), ma sát giữa đầu chốt và chi tiết gia công lớn nên đảm bảo tiếp xúc ổn định  lực kẹp cần thiết nhỏ (tuy nhiên có nhược điểm là khó quét sạch phoi)

Để giúp cho việc thay thế chốt tì được dễ dàng khi nó bị mòn người ta sử dụng thêm bạc trung gian (hình 3.1d)

Chế độ lắp ghép chốt tì với thân đồ gá: theo chế độ lắp chặt hoặc trung gian gần

chặt: H7/r6, H7/n6

Bạc trung gian lắp với thân đồ gá bằng chế độ lắp chặt H7/r6 còn mặt trong bạc lắp với cuống chốt định vị bằng chế độ lắp trung gian hoặc lỏng nhẹ (H7/h6, H7/h6)

Chốt tì phải được vát mép để dễ dàng dịch chuyển chi tiết khi gá lắp và đảm bảo

an toàn cho công nhân khi dùng tay gạt phoi Phần cuống hay đuôi chốt tì cũng phải vát mép để dễ dàng lắp vào lỗ của thân đồ gá Lỗ lắp ghép đuôi chốt tì nên thông suốt để dễ dàng đóng chốt tì ra thi cần thay thế

Kích thước chốt tì đã được tiêu chuẩn hoá như trong bảng 3.1

Để điều chỉnh chiều cao hay

chiều dài của chốt tì tuỳ từng loại

ta có thể dùng tay vặn các đai ốc

có khiá nhám, dùng cờlê vặn các

đai ốc sau cạnh hay dùng

tuốc-nơ-vít

Chốt tì điều chỉnh thường

được lắp với thân đồ gá bằng

ren vì bản thân chốt tì là các

kiểu bulông

Vật liệu chế tạo: thường

là thép 45, nhiệt luyện đạt độ

cứng 35-40HRC

c) Chốt tì tự lựa

Công dụng của chốt tì tự

lựa cũng giống như chốt tì điều

chỉnh nhưng chốt tì tự lựa có

khả năng tự điều chỉnh sau cho

các chốt tì luôn tiếp xúc tốt với

chi tiết gia công mà không cần

phải dùng tay điều chỉnh (hình 3.3) Ở chốt

tì tự lựa có sự kết nối liên động giữa các

chốt (thường là hai chốt) trong quá trình định

vị Nói chung chốt tì tự lựa có kết cấu phức

tạp nên chỉ dùng trong các trường hợp cần

thiết

d) Chốt tì phụ

Chốt tì phụ không tham gia khống chế

bậc tự do (không tham gia định vị) mà chỉ có

tác dụng làm tăng độ cứng vững cho chi tiết

gia công Nói chung nguyên lý làm việc của

chốt tì phụ gần giống như chốt tì điều chỉnh,

chỉ khác là chốt tì điều chỉnh có kết cấu

Hình 3.2: Các loại chốt tì điều chỉnh

Hình 3.3: Chốt tì tự lựa

Hình 3.4: Chốt tì phụ

phức tạp hơn và thường có lò xo để tự đẩy chốt tì tiếp xúc với chi tiết cần định vị sau đó dùng vít , đai ốc hay tay vặn để hãm chặt vị trí của chốt Hình 3.4 là ví dụ về một loại chốt tì phụ

Phiến tì phẳng (hình 3.4t.a) có nhược điểm là khó quét sạch phôi chỗ lõm xuống ngay chỗ lắp vít Do vậy phiến tì phẳng thích hợp hơn cho việc định vị vào mặt đứng của chi tiết gia công (phiến tì được lắp trên mặt đứng của thân đồ gá)

Phiến tì có bậc (hình 3.4t.b) có ưu điểm là dễ quét sạch phôi vì chỗ bắt vít thấp hơn bề mặt của phiến tì Tuy vậy bề rộng của phiến tì tăng lên do đó hao tốn kim loại và kết cấu cồng kềnh

Phiến tì có rãnh nghiêng (hình 3.4t.c) được sử dụng trong thực tế Phần bắt vít nằm chỗ ránh sẻ thấp hơn bề mặt định vị nên dễ quét sạch phôi và dễ dịch chuyển chi tiết gia công khi cần

Kích thước của phiến tì được tiêu chuẩn như bảng

Bảng : Tiêu chuẩn kết cấu của các loại phiến tì

3.2 Các chi tiết định vị bề mặt trụ ngoài

3.3.1 Khối V

Khối V dùng để

dịnh vị mặt trụ ngoài,

mặt làm việc của khối

V là hai mặt nghiêng

với góc nghiêng  có

thể là 600, 900 hoặc

1200 Khối V có hai

loại là khối V ngắn

(khống chế 2 bậc tự do )

và khối V dài (khống

chế 4 bậc tự do) (hình

3.5) Để định vị và bắt

chặt khối V lên thân đồ

gá ta phải sử dụng 2 lỗ

định vị để lắp chốt với

chế độ lắp dôi nhẹ

H7/r6 và 2 lỗ để lắp vít

hoặc bulông Bề mặt

định vị của khối V được mài phẳng nên cần phải có rãnh thoát đá mài giữa hai mặt nghiêng này Khi lắp ráp hai khối V ngắn để có tác dụng như khối V dài thì cần đảm bảo độ đồng tâm của hai khối V Các kích thước của khối V đã được tiêu chuẩn hoá như trong bảng 3.2

Vật liệu chế tạo khối V: thép 20X, bề mặt định vị thấm cácbon đạt độ sâu > 0,8

mm, tôi đạt độ cứng 55-60 HRC

Hình 3.5: Khối V

Hình 3.4(t): Phiến tì

a)

b)

Bảng 3.2: Các kích thước t

3.2.2 Ống cặp đàn hồi

Ống kẹp đàn hồi có khả năng tự định tâm tốt hơn so với mâm cặp 3 chấu Khi chuẩn cần định là là mặt trụ đã qua gia công tinh và đạt được độ chính xác nhất định thì mới sử dụng ống kẹp đàn hồi Ống kẹp đàn hồi thường được sử dụng trên máy tiện Trên hình 3.6, nếu là cấu tạo của một loại ống kẹp đàn hồi Khi vặn chặt đai ốc bao 1 thì ống kẹp 2 có xẻ rãnh sẽ bị bóp lại và ép chặt vào phôi Nói chung có rất nhiều cách tạo lực xiết để bóp chặt hay nới lỏng ống kẹp đàn hồi tuỳ vào từng kết cấu cụ thể của các chi tiết đi kèm

Vật liệu chế tạo ống kẹp đàn hồi: ống kẹp đàn hồi phải có khả năng đàn hồi tốt và

có độ cứng cao nên thường được chế tạo bằng các loại thép sau: 45, 20X, 40X, Y10A Bề mặt làm việc cần tôi cứng đến 45-50HRC

Kết cấu của ống kẹp đàn hồi hay dùng như hình 3.7 và kích thước của nó cũng được tiêu chuẩn hoá (xem ở sổ tay công nghệ chế tạo máy)

3.2.3 Bạc định vị

Khi gia công các chi tiết có nguyên công mà bề

mặt định vị là mặt trụ ngoài kết hợp với gờ phẳng hình

vành khăn (ví dụ các chi tiết dạng ống nối) người ta

dùng bạc định vị như hình 3.8 Bạc định vị cho phép

hạn chế 5 bậc tự do vì nó đóng vai trò như một chốt trụ

ngắn và một mặt phẳng

3.3 Các chi tiết định vị mặt trụ trong

3.3.1 Chốt định vị

Hình 3.6: Ống kẹp đàn hồi

Hình 3.7 Kết cấu thường gặp của ống kẹp đàn hồi

Hình 3.8: Bạc định vị

Chốt định vị gồm có 4 loại: chốt trụ dài, chốt trụ ngắn, chốt trám (chốt vát) và chốt côn (hình 39) Đầu chốt được vát côn để dễ dàng gá lắp chi tiết Về mặt lắp ghép chốt với thân đồ gá còn chia ra 2 loại: chốt trụ cố định và chốt trụ thay thế nhằm mục đích dễ dàng thay thế chốt khi nó bị mòn (hình 3.6c,d)

a) Chốt trụ dài (hình 3.9a): Hạn chế được 4 bậc tự do Tỉ lệ L/D  1,5 mới gọi là

chốt trụ dài Khi định vị nếu mặt gờ vai của chốt (hình vành khăn) tiếp xúc với phôi và cũng tham gia vào quá trình định vị thì mặt này chỉ tính 1 bậc tự do (như vậy tổng cộng tối đa 5 bậc tự do)

b) Chốt trụ ngắn (hình 3.9b,c,d): Chốt trụ ngắn có tỉ lệ L/D  0,30,5 và chỉ khống

chế 2 bậc tự do Nếu dùng cả mặt gờ vai để định vị thì được tính thêm 1 bậc tự do nữa

c) Chốt trám (còn gọi là chốt vát) (hình 3.9e): Chốt trám chỉ hạn chế 1 bậc tự do và

đóng vai trò chính là chống xoay khi kết hợp với 1 chốt trụ ngắn Đôi khi nhiều trường hợp ta dùng chốt trám để khống chế bậc tự

do tịnh tiến (hình 3.10) Về mặt kết cấu

chốt trám giống chốt trụ ngắn nhưng được

vát bớt đi phần mặt trụ để giảm số bậc tự

do khống chế từ 2 xuống 1

d) Chốt côn (hình 3.9g,h): Chốt côn

cứng hạn chế 3 bậc tự do tịnh tiến (hình

3.9g) và chốt côn tuỳ động khống chế 2 bậc

tự do tịnh tiến vuông góc với tâm lỗ Chốt

côn thường được sử dụng khi bề mặt lỗ

định vị còn thô

Vật liệu chế tạo chốt định vị:45, Y7A,

Y10A, 9XC, 20X, thấm cácbon đạt chiều sâu 0,81,2mm, tôi cứng 50  55 HRC

Hình 3.10: chốt trám khống chế bậc tự do

tịnh tiến Hình 3.9: Các loại chốt trụ

Chế độ lắp ghép và cách lắp ghép chốt trụ với thân đồ gá:

Miền dung sai của phần đường kính chốt tiếp xúc với bề mặt định vị của phôi là g6 hoặc f7 Cuống chốt lắp với thân đồ gá theo các chế độ lắp sau: trong sản xuất hàng loạt vừa và nhỏ thường sử dụng chốt cố định với chế độ lắp H7/j6, H7/h6 Trong sản xuất hàng khối sử dụng chốt thay thế qua bạc trung gian: bạc trung gian lắp với thân đồ gá theo chế độ lắp H7/h6, chốt lắp với bạc theo chế độ lắp H7/j6 m H7/n6

Các kích thước của chốt trụ ngắn được tiêu chuẩn hoá như trong bảng 3.3

Bảng 3.3: Tiêu chuẩn hoá kết cấu chốt gá cố định

Người ta thường kết hợp hai phiến tì

phẳng 2, một chốt trụ ngắn 3 và một chốt

trám 4 (hình 3.11) để khống chế đủ 6 bậc

tự do của các chi tiết dạng hộp Khi chế

tạo đồ gá cần phải tính được dung sai

khoảng cách tâm của hai chốt trụ và chốt

trám nếu không sẽ có trường hợp không gá

được hai lỗ cần định vị của phôi trong loạt

chi tiết gia công lọt vào hai chốt Dung sai

khoảng cách tâm của 2 lỗ là  và nó có hai

vị trí giới hạn như hình 3.11 Tất cả các chi

tiết gia công trong loạt đều có có lỗ bên

phải nằm trong giới hạn hai đường tròn a

và b (khi cố định vị trí lỗ bến trái), đó là lý

do lý giải tại sao phải sử dụng chốt vát

Bề rộng 2e của phần vát (hình 3.11)

được tính bằng công thức (trong tài liệu

này không chứng minh, chỉ đưa ra kết quả

cuối cùng để áp dụng):

c c

d

2

2.2

(**) và c được tính bằng công thức:

2

2' 1



c

trong đó: d – đường kính lỗ lắp chốt trám

2 - khe hở hướng kính của lỗ lắp chốt trám và chốt trám 21 - khe hở hướng kính của lỗ lắp chốt trụ và chốt trụ

 - dung sai kích thước L giữa hai tâm lỗ định vị

’ - dung sai kích thước L giữa hai tâm chốt định vị của đồ gá

Từ công thức ** có thể tính được ’

Lượng xê dịch lớn nhất x max của chi tiết gia công theo phương vuông góc với tâm chốt trụ được tính bằng công thức:

22

'2

1 1 1 1

dung sai đường kính lỗ chuẩn, dung

sai đường kính chốt và dung sai độ

mòn của chốt

Dựa vào lượng xê dịch này ta

tính được sai số gá đặt của các kích

Hình 3.11: Sơ đồ gá trên hai phiến tì và hai chốt

HÌnh 3.12: Sơ đồ tính góc xoay khi gá trên

thước thực hiện (trong trường hợp sai số kẹp chặt = 0)

Góc xoay max của chi tiết gia công được tính bằng công thức:

L

m m

22

'22

2

'2sin

1 2 2 1

1 1 1

2 – dung sai đường kính lỗ định vị chốt trám

’2 – dung sai đường kính chốt trám

2m – dung sai độ mòn chốt trám Khoảng cách A từ tâm chốt trụ đến tâm quay O có thể lấy gần đúng bằng L/2 Như vậy để giảm góc xoay  ta nên chọn kích thước L lớn nhất Đó là lí do tại sao trên các chi tiết dạng hộp có 4 lỗ ở đế thì ta phải dùng 2 lỗ chéo nhau để lắp chốt định vị 3.3.2 Trục gá

Trục gá gồm hai loại chính: trục gá cứng và trục gá bung

Trục gá dùng để định vị vào lỗ đã được gia công tinh của phôi Chiều dài bề mặt làm việc của trục gá phải đủ dài sao cho L/D > 1,5 để đảm bảo khống chế đủ 4 bậc tự do

a) Trục gá cứng:

Hình 3.12 là một số trục gá cứng thường gặp

Trục gá côn (hình 3.13a) với độ côn bé (1/2000) dùng để gá đặt các chi tiết có lỗ trục đạt cấp chính xác cao Độ chính xác định tâm có thể đạt 0,005 đến 0,01 mm Khi lắp chi tiết lên trục gá chỉ cần dùng tay gõ nhẹ đầu trục xuống bàn giống như cách tra cán búa thì lực ma sát tạo ra đủ chặt để truyền momen xoắn Nhược điểm của trục gá này là không xác định được chính xác vị trí dọc trục của chi tiết, nó chỉ được áp dụng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ

Trục gá cứng trên hình 3.13b có đường kính lớn hơn lỗ cần định vị (gọi là trục gá ép) với mục đích tạo ra lực ma sát truyền momen xoắn và tạo độ định tâm tốt Khi gá lắp phải dùng máy ép Rãnh 1 của trục là rãnh thoát dao để gia công mặt đầu của chi tiết

Hình 3.13: Trục gá cứng

Phần đầu trục 2 có kích thước nhỏ hơn có tác dụng dẫn hướng khi gá lắp Độ chính xác định tâm của trục gá này đạt 0,05 đến 0,01mm

Thi thiết kế trục gá ép cần tính toán độ dôi cần thiết để đủ tạo ra lực ma sát thắng momen cắt và lực cắt Công thức tính giống như phần tính toán mối lắp độ dôi trong chi tiết máy hay sức bền vật liệu

Trên hình 3.13c là loại trục gá cứng có đường kính nhỏ hơn lỗ định vị của chi tiết gia công nên khi gá đặt có khe hở Vị trí của chi tiết gia công theo chiều dài trục được xác định bằng gờ trục gá Để chi tiết không bị xoay ta dùng đai ốc 3 để xiết chặt Độ chính xác định tâm của trục gá này không lớn hơn 0,02 – 0,03 mm

Vật liệu chế tạo trục gá: thép 20X, thấm cácbon đạt chiều sâu 1,2 – 1,5 mm, tôi đạt

độ cứng 55- 60 HRC Bề mặt làm việc phải mài bóng đạt cấp 8

a) Trục gá đàn hồi (trục gá bung)

Trục gá bung có khả năng tạo ra lực ma sát và khử khe hở giữa trục và chi tiết Hình 3.14a là trục gá đàn hồi xẻ rãnh Chi tiết gia công sẽ được kẹp chặt khi xiết trục côn 3 Độ chính xác định tâm của loại trục gá này  0,04mm

Trên hình 3.14 b là trục gá có ba miếng kẹp, các miếng kẹp này bung ra khi rút trục côn Trục gá này dùng để gá lắp các chi tiết thành mỏng có lỗ chuẩn cần định vị còn thô hoặc gia công sơ bộ

Hình 3.14c là trục gá bung kẹp chặt bằng chất dẻo Khi xiết vít 1 chất dẻo (gồm 20% polyclovinil , 78% điputilftalat, 2%stealat canxi) sẽ bị nén lại phía trong và bung ra phía ngoài tạo lực kẹp

Hình 3.14 d là trục gá có ống mỏng đàn hồi có ống mỏng gấp nếp biến dạng Khi dùng lực kéo trục rút 3 về bên trái thì các ống mỏng gấp nếp co lại theo phương dọc trục và bung ra theo phương hướng kính kẹp chặt chi tiết Có thể thay ống mỏng gấp nếp bằng các lò xo đĩa mỏng

Để biết thêm một số loại trục gá đàn hồi khác cần tham khảo thêm ở các sổ tay công nghệ chế tạo máy

Hình 3.14: Các loại trục gá bung

Cách gá lắp trục gá lên máy:

- Trục gá có thể được chống tâm hai đầu và dùng tốc kẹp để truyền momen xoắn (với kết cấu của trục gá như trên hình 3.13 )

- Một đầu cặp trên mâm cặp và đầu kia chống tâm

- Đầu côn của trục gá lắp vào lỗ côn của trục chính và dùng trục rút (bulông dài) lắp vào phần có ren của trục gá kéo về phía bên trái lỗ trục chính của máy (với kết cấu của trục gá như trên hình 3.15)

3.3 Mũi tâm

Mũi tâm định vị vào lỗ tâm của các chi tiết trục đặc hay lỗ của các trục rỗng Một mũi tâm cứng khống chế 3 bậc tự do và hai mũi tâm kết hợp với nhâu khống chế 5 bậc tự

do Trên hình 3.16 là sơ đồ cấu tạo của một số mũi tâm thường gặp

Hình 3.16a là sơ đồ gá đặt chi tiết lên mũi tâm cứng

Hình 3.16b là sơ đồ gá đặt trục rỗng hoặc bạc lên mũi tâm cắt đầu

Hình 3.15: kết cấu đầu trục gá rút qua trục chính

Hình 3.16: Các loại mũi tâm

k)

Hình 3.16c là sơ đồ gá đặt trục rỗng hoặc bạc lên mũi tâm vát 3 khía

Hình 3.16d là sơ đồ gá đặt trục rỗng hoặc bạc lên mũi tâm khái nhám có tác dụng truyền momen xoắn

Hình 3.16e là mũi tâm đặc biệt, mũi tâm 3 có khả năng tuỳ động nhờ lò xo, bạc tự lựa 2 và tốt tì khía nhám 3 tì lên mặt đầu chi tiết có tác dụng truyền momen xoắn

Hình 3.16g là mũi tâm tuỳ động có khả năng loại bỏ sai số chiều dài các bậc trục khi định vị chi tiết trên hai mũi tâm

Hình 3.16k là mũi tâm ngược không gá vào lỗ tâm của chi tiết mà định vị vào vành trụ ngoài của chi tiết trục

Vật liệu chế tạo mũi tâm: thép 45, Y6A, Y8A, nhiệt luyện đạt độ cứng 55-60 HRC

Mũi tâm có thể cố định hoặc xoay, khi tốc độ quay thấp có thể sử dụng mũi tâm cố định, khi tốc độ quay cao phải dùng mũi tâm quay (hình 3.17) nếu không ma sát sẽ làm cháy hỏng mũi tâm

Mũi tâm cũng có thể dùng để gá đặt các chi tiết dạng hộp khi hai mũi tâm kết hợp với nhau định vị vào lỗ chi tiết (thay vì dùng trục gá) Để hạn chế nốt bậc tự do chống xoay phải sử dụng thêm một chốt tì (hình 3.18)

Hình 3.17: Cấu tạo mũi tâm xoay

Hình 3.18: Sơ đồ gá chi tiết dạng hộp trên hai mũi tâm

CHƯƠNG 4

KẸP CHẶT VÀ CÁC CƠ CẤU KẸP CHẶT

4.1 Khái niệm về kẹp chặt

Sau khi định vị, chi tiết đã có vị trí tương đối xác định so với máy và dụng cụ cắt Nhưng để vị trí đó không bị xê dịch dưới tác dụng của lực cắt thì cần phải giữ chi tiết gia công bằng các cơ cấu kẹp chặt

Đôi khi cơ cấu kẹp chặt đóng luôn cả vai trò của cơ cấu định vị ví dụ như mâm cặp tự định tâm thường dùng trên máy tiện, cơ cấu kẹp đàn hồi và các dạng cơ cấu kẹp như trên hình 4.1

Trong nhiều trường hợp gá đặt không cần dùng lực kẹp để giữ chi tiết khỏi bị xê dịch, đó là các trường hợp lực cắt có xu hướng đè chi tiết xuống cơ cấu định vị

Hình 4.1: Một số cơ cấu kẹp chặt

Hình 4.1.2 Sơ đồ gia công không cần kẹp chặt

4.2 Yêu cầu đối với cơ cấu kẹp chặt

- Không phá hỏng vị trí định vị của chi tiết

- Lực kẹp phải đủ để khống chế không cho chi tiết bị xê dịch dưới tác dụng của lực cắt và trọng lượng của chi tiết đồng thời lực kẹp tạo ra cũng không được quá lớn gây ra biến dạng cho chi tiết gia công

- Biến dạng do lực kẹp gây ra không được vượt quá giá trị cho phép

- Lực kẹp tạo ra phải đồng đều, ổn định

- Thao tác kẹp nhanh chóng, dễ dàng và an toàn

- Kết cấu nhỏ gọn, dễ chế tạo, dễ sử dụng, sửa chữa và bảo quản

4.3 Phương và chiều của lực kẹp

Nguyên tắc cung cần thực hiện là:

- Phương của lực kẹp phải vuông góc với bề mặt định vị chính, còn chiều hướng từ ngoài vào mặt định vị

- Chiều của lực kẹp không được ngược chiều với lực cắt và trọng lượng của chi tiết (Nếu ngược lại thì lực kẹp tạo ra cần phải lớn và đồng nghĩ với cơ cấu kẹp cồng kềnh)

Trên hình 4.2 là một số sơ đồ thể hiện phương và chiều kẹp chặt phù hợp và không phù hợp sẽ được phân tích sau đây

Các sơ đồ trên hình 4.2 a,b có phương của lực kẹp W vuông góc với mặt định vị, do đó các sơ đồ này là hợp lý Sơ đồ kẹp chặt trên hình 4.2 c là không hợp lý vì lực kẹp không vuông góc với mặt định vị chính Sơ đồ kẹp chặt trên hình 4.2 d là tốt vì phương của lực cắt cùng chiều với lực kẹp trong khi đó hình 4.2 e là ngược lại nên không tốt Trên hình 4.2 g là không hợp lý vì lực kẹp và lực cắt ngược chiều nhau nhưng thực ra với cách gá đặt này thì buộc phải kẹp như vậy chứ không còn cách nào khác, vấn đề nguồn gốc là phải lật chi tiết lại khi gá đặt

Hình 4.2: một số phương và chiều của lực kẹp phù hợp và không phù hợp

4.4 Điểm đặt của lực kẹp

Điểm đặt của lực kẹp phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:

- Chi tiết gia công ít bị biến dạng khi chịu tác động của lực kẹp

- Lực kẹp không được gây ra momen lật chi tiết

Để thoả mãn hai điều kiện trên thì điểm đặt của lực kẹp phải đạt vào chỗ cững vững nhất của chi tiết và không được lọt ra ngoài chân đế của diện tích định vị

Trên hình 4.3 sẽ phân tích một số chỗ nên và không nên đặt lực kẹp

Lực kẹp W trên hình 4.3 a là không hợp lí vì điểm đặt lực kẹp quá xa vị trí của chốt sẽ dễ làm biến dạng chi tiết Khắc phục nhược điểm này là sơ đồ 4.3 b Trên hình 4.3 c lực kẹp sẽ làm biến dạng đỉnh của chi tiết, để khắc phục nhược điểm này thì điểm đặt lực phải như hình 4.3 d Điểm đặt lực kẹp trên hình 4.3 e,g và hình 4.3 h đều không hợp lý vì nó cách xa điểm tì định vị và sẽ làm biến dạng chi tiết Để khắc phục chỗ mất hợp lý ở hình 4.3 h ta phải dời điểm đặt của lực kẹp xuống như hình 4.3 i

4.5 Phương pháp tính lực kẹp

Tính được lực kẹp là cơ sở để thiết kế cơ cấu kẹp chặt Trong thực tế ta tính lực kẹp bằng phương pháp tĩnh học (nhờ các phương trình cân bằng lực ở trạng thái tĩnh) nên tính toán lực kẹp là gần đúng Trong thực tế lực cắt không ổn định do nhiều nguyên nhân như chiều dày cắt không đồng đều, độ cứng vật liệu không đồng đều, lực ma sát do tiếp xúc cũng không ổn định và trong quá trình gia công cũng gây ra rung động nên lực kẹp là không ổn định

Khi xác định lực kẹp ta phải thực hiện các bước sau đây:

hình 4.3: Một số điểm đặt của lực kẹp phù hợp và không phù hợp

1 Lập sơ đồ gá đặt (sơ đồ định vị và kẹp chặt ) chi tiết gia công, xác định điểm đặt, phương chiều lực kẹp, lực cắt, lực ma sát, phản lực của các điểm tì Trong một số trường hợp còn phải tính thêm lực li tâm và trọng lượng của chi tiết

2 Viết và giải phương trình cân bằng lực của tất cả các lực tác dụng lên chi tiết để tìm lực kẹp W cần thiết

3 Nhân thêm hệ số an toàn K vào kết quả tính (việc nhân hệ số an toàn có thể

đưa nay vào bước 2)

Hệ số an toàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong từng điều kiện gia công cụ thể: K

= K0.(K1 K2 K3 K4 K5 K6)

Trong đó:

K0 – hệ số an toàn trong tất cả các trường hợp gia công (k0 = 1,5)

K1 – hệ số xét đến sự tăng lực cắt khi lượng dư gia công và độ nhám không đồng đều (gia công tinh K1 =1,0; gia công thô K1 =1,2)

K2 – hệ số xét đến sự tăng lực cắt khi dao bị mòn (K2 = 1 1,8)

K3 – hệ số xét đến sự tăng lực cắt khi gia công không gián đoạn (K3 =1,3)

K4 – hệ số xét đến sai số của cơ cấu kẹp chặt (kẹp chặt bằng tay K4 =1,4; kẹp chặt bằng cơ khí K4 = 1)

K5 – hệ số xét đến mực độ thuận lợi của cơ cấu kẹp chặt bằng tay (kẹp thuận lợi

K5 = 1; kẹp chặt không thuận lợi K5 = 1,2)

K6 – hệ số tính đến momen làm quay chi tiết (định vị trên chốt tì K6 = 1; định vị trên phiến tì K6 = 1,5)

4.5.1 Tính lực kẹp khi tiện

a) Gá trên mâm cặp chấu

Lực cắt gồm 3 thành phần (hình 4.4):

- Px dọc trục có xu hướng làm dịch chi tiết hướng trục

- Py hướng kính có xu hướng tạo momen lật

D

L P

-Pz tạo momen xoắn làm xoay chi tiết quanh trục chi tiết

20

D P

Lực kẹp từ các chấu Wt tạo ra được momen ma sát bằng:

Phương trình cân bằng lực: momen ma sát và

momen xoắn cân bằng nhau:

Mms = Mx  Wt.f.D/2 = PZD0/2

(4.4) Giải ra ta được

fD

D P

Lực kẹp trên mỗi chấu kẹp:

chấu kẹp và bề mặt chi tiết gia công, nó phụ thuộc vào dạng chấu kẹp (bề mặt nhẵn: f = 0,2; bề mặt có rãnh hình cung: f = 0,3-0,4; bề mặt có rãnh dọc: f = 0,45-0,50; bề mặt có rãnh khái nhám: f = 0,8-1,0)

b) Gá trên trục gá bung (hình 4.5)

Momen ma sát được tính bằng công thức:

f – hệ số ma sát giữa trục gá đàn hồi và lỗ chi tiết (f = 0,15 –0,20)

Momen làm xoay chi tiết sau khi đã nhân hệ số an toàn:

R KP

 - góc ma sát trong trục gá đàn hồi (tg = 0,2)

c) Gá trên trục gá cứng (hình 4.6)

Xét trục gá cứng lắp có khe hở với chi tiết gia công

và được kẹp chặt ở hai mặt đầu thì lực kéo cần thiết Q để rút trục rút và ép chặt chi tiết được tính như sau:

Phương trình cân bằng momen:

2

.2

2

1

P K d D f

hệ số ma sát f lấy bằng 0,10  0,15

hệ số an toàn lấy bằng 1,2  1,5

Từ 1.14 ta rút ra:

f d D

D KP

)(

2

1

4.5.2 Tính lực kẹp khi khoan

Khi khoan, khoét, doa, chi tiết gia công chịu tác dụng của momen xoắn Mx và lực chạy dao P0 Thông thường lực kẹp và lực chạy dao cùng chiều nên có tác dụng ấn chi tiết xuống mặt định vị

Hình 4.5: Sơ đồ tính lực kẹp trên trục gá bung

Hình 4.6: Sơ đồ tính lực kẹp trên trục gá cứng

Sau đây làmột số sơ đồ tính lực kẹp khi khoan:

a) Chi tiết dạng bạc, lựckẹp đặt ở giữa chi tiết (hình 4.7)

Chi tiết được định vị bằng lỗ và mặt đầu

Tại thời điểm mũi khoan bắt đầu cắt, chi tiết có

xu hướng xoay xung quanh tâm của nó nhưng

khi mũi khoan đã ăn sâu thì sự phối hợp của

mũi khoan và chốt gá làm cho chi tiết không

thể xoay được Lực kẹp đảm bảo cho phiến dẫn

kẹp chặt chi tiết ở thời điểm bắt đầu được tính

từ phương trình cân bằng momen:

1

2

P R f d

R K M

(4.17)

R1 – khoảng cách từ tâm diện tích mặt tì đến tâm chi tiết gia công

f- hệ số ma sát (lấy bằng 0,2)

b) Chi tiết được gá trên khối V, khoan dọc trục, kẹp bằng thanh kẹp (hình 4.8)

Momen xoắn do lực cắt gây ra có xu hướng làm

xoay chi tiết xung quanh trục của nó Momen này bị

chống lại nhờ mô men ma sát tại chỗ tiếp xúc của

khối V và chi tiết; tại chỗ tiếp xúc của đòn kẹp và chi

tiết (nơi tạo ra lực kẹp) và tại chốt tì ở mặt đầu của chi

tiết

Nếu bỏ qua ma sát tại mặt đầu của chi tiết và

chốt tì, ta có phương trình cân bằng momen:

)2/sin(

1



R f W R f W M

trong đó: f – hệ số ma sát giữa bề mặt khối V và

chi tiết gia công (f = 0,2)

f1 - hệ số ma sát giữa bề mặt chi tiết gia

công và đòn kẹp (f1 =0,20,4)

 - góc nghiêng của khối V

từ (4.18) ta suy ra:

)2/sin(

1

1



R f R f

M K W



c) Chi tiết gia công được định vị bằng mặt phẳng và kẹp chặt bằng thanh kẹp (hình 4.9)

Trong trường hợp này ta có phương trình cân bằng momen sau:

Suy ra

a f

M K W

a – Khoảng cách từ tâm mũi khoan

đến tâm mỏ kẹp

d) Chi tiết gia công dạng bích tròn, gá trên mặt

phẳng, khoan lỗ ở giữa (hình 4.10)

Lực kẹp sinh ra nhờ đòn kẹp ở hai bên, mặt

tiếp xúc của chi tiết với mặt phẳng định vị là hình

vành khăn, lúc đó momen ma sát dưới mặt đáy

được tính bằng công thức:

2 2

3 3)(

.2.3

1

d D

d D W f

Chi tiết có xu hướng xoay xung quanh tâm

lỗ khoan và phương trình cân bằng momen là:

Suy ra lực kẹp ở mỗi phía là:

)(

)(

.2

3

3 3

2 2

d D f

d D M





e) Khoan chi tiết dạng trụ, định vị và kẹp chặt

bằng hai khối V

D f

M K W

.2sin

Hình 4.10: Sơ đồ tính lực kẹp khi khoan, Chi tiết gia công dạng bích tròn, gá trên mặt phẳng, khoan lỗ ở giữa

D

MX

WW



Hình 4.10b

4.5.3 Tính lực kẹp khi phay

a) Phay bằng dao phay mặt đầu, gá đặt đủ 6

bậc tự do, kẹp chăït ở mặt bên (hình 4.11)

Tổng hợp lực tiếp tuyến Rz và lực hướng

kính Py ta được hợp lực R Lại phân tích hợp

lực R ra thành hai thành phần: một thành phần

Ps theo hướng song song với phương chạy dao,

thành phần còn Pv lại vuông góc với thành

phần thứ nhất Để đơn giản hoá công việc tính

toán ta cho rằng chỉ có lực Ps tác dụng lên chi

tiết gia công và khi đó cơ cấu kẹp phải tạo

được lực ma sát lớn hơn lực chạy dao Ps Ta có

phương trình cân bằng lực:

suy ra

f

P K

n D

k B Z S t C

Khi gom P1 và P2 thành P, từ (4.27) ta được:

2 1

L L

L R P

hệ số ma sát f: f = 0,16 khi mặt

định vị đã gia công; f = 0,25 khi mặt

định vị chưa gia công

K – hệ số an toàn

Hình 4.11: Sơ đồ tính lực kẹp khi phay dao phay mặt đầu, kẹp ở mặt bên

Hình 4.12: Sơ đồ tính lực kẹp khi phay dao

phay trụ, kẹp ở mặt bên