Xác định quy luật phân bố của độ chính xác gia công thép SKD11 trên máy

Khảo sát nghiên cứu xác định quy luật phân bố của độ chính xác khi gia công thép SKD11 trên máy tiện CNC được lựa chọn để nghiên cứu là một việc thiết thực và thực Nội dung nghiên cứu X

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Tất cả kết quả nghiên cứu, số liệu đưa ra trong luận văn là kết quả của quá trình thu thập từ thực nghiệm Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Học viên

Cao Thế Anh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 10

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH QUY LUẬT PHÂN BỐ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 13

1.1 Khái niệm và định nghĩa 13

1.2 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công trên máy công cụ 14

1.2.1 Phương pháp cắt thử từng kích thước riêng biệt 15

1.2.2 Phương pháp tự động đạt kích thước trên các máy công cụ đã điều chỉnh sẵn 16

1.3 Các nguyên nhân sinh ra sai số gia công 16

1.3.1 Ảnh hưởng do biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ MGDC 17

1.3.2 Ảnh hưởng của độ chính xác máy, dao, đồ gá và tình trạng mòn của chúng đến độ chính xác gia công 26

1.3.2.1 Sai số của máy công cụ 26

1.3.2.2 Sai số của đồ gá 28

1.3.2.3 Sai số của dụng cụ cắt 29

1.3.3 Ảnh hưởng do biến dạng nhiệt của hệ thống công nghệ (MGDC) đến độ chính xác gia công 29

1.3.3.1 Sai số do biến dạng vì nhiệt của máy 29

1.3.3.2 Sai số do biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt 30

1.3.3.3 Sai số do biến dạng nhiệt của chi tiết gia công 30

1.3.4 Sai số do rung động phát sinh ra trong quá trình cắt 31

1.3.5 Sai số gia công do chọn chuẩn và gá đặt chi tiết gia công gây ra 31

1.3.6 Sai số do phương pháp đo và dụng cụ đo gây ra 31

1.4 Các phương pháp xác định độ chính xác gia công 31

1.4.1 Phương pháp thống kê kinh nghiệm 31

1.4.2 Phương pháp xác suất thống kê 32

1.4.3 Phương pháp tính toán phân tích 35

1.5 Quy luật phân bố độ chính xác gia công 37

1.5.1 Quy luật phân bố chuẩn (Quy luật GAUSS) 37

1.5.2 Quy luật phân bố chuẩn Logarit 43

1.5.3 Quy luật xác suất đều 44

1.5.4 Quy luật phân bố hình tam giác 45

1.5.5 Quy luật phân bố lệch tâm 46

1.5.6 Quy luật môđun hiệu hai thông số 47

1.5.7 Tổng hợp các quy luật 49

1.6 Kết luận chương 51

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ TIỆN CNC 53

2.1 Khái niệm cơ bản về điều khiển số 53

2.2 Hệ điều khiển NC và CNC 53

2.2.1 Hệ điều khiển NC ( Numerical Control) 53

2.2.2 Hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control) 54

2.3 Máy công cụ CNC 54

2.3.1 Máy công cụ CNC 54

2.3.2 Hệ trục tọa độ của máy công cụ CNC 55

2.3.3 Các điểm chuẩn 56

2.3.3.1 Điểm 0 của máy (machine zero point) 56

2.3.3.2 Điểm 0 của chi tiết (điểm W: work part zero point) 56

2.3.3.3 Điểm tham chiếu R 56

2.3.3.4 Điểm điều chỉnh dao E 56

2.3.3.5 Điểm chuẩn của dao p 57

2.4 Các bộ phận chính của máy tiện CNC 57

2.4.1 Ụ trước 58

2.4.2 Truyền động chạy dao 58

2.4.3.Mâm cặp 59

2.4.4 Ụ động 59

2.4.5 Hệ thống bàn xe dao 59

2.5 Kỹ thuật tiện CNC và việc ứng dụng ở nước ta hiện nay 62

2.5.1 Khái niệm và đặc trưng cơ bản của các máy tiện CNC 62

2.5.2 Tổ chức lập trình và những vấn đề cần chú ý khi lập trình để đảm bảo độ chính xác gia công 64

2.5.2.1 Tổ chức lập trình gia công trên máy tiện CNC 64

2.5.2.2 Một số vấn đề cần chú ý khi lập trình để đảm bảo độ chính xác khi gia công tiện 66

2.6 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy gia công CNC và việc khai thác, sử dụng hiện nay 67

2.6.1 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng máy gia công CNC 67

2.6.2 Tình hình khai thác, sử dụng máy gia công CNC ở một số doanh nghiệp tại Việt Nam hiện nay 68

2.7 Kết luận chương 69

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 70

3.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm 70

3.2 Hệ thống trang thiết bị thí nghiệm 70

3.2.1 Dụng cụ cắt để thực nghiệm 70

3.2.2 Xác định chế độ cắt dùng trong thực nghiệm 71

3.2.3 Dung dịch trơn nguội 71

3.2.4 Phôi dùng trong thực nghiệm 71

3.2.4.1 Chuẩn bị phôi và sơ đồ gá đặt trong thực nghiệm 71

3.2.4.2 Thành phần và cơ tính hóa học của thép SKD11 73

3.2.5 Máy gia công dùng trong thực nghiệm 73

3.2.6 Dụng cụ đo dùng trong thực nghiệm 75

3.3 Chương trình gia công 75

3.4 Tiến hành gia công 76

3.5 Xử lý số liệu thực nghiệm 77

3.5.1 Phương pháp tiến hành thực nghiệm 77

3.5.2 Xử lý số liệu thực nghiệm 77

3.5.3 Xử lý số liệu và xây dựng đồ thị của độ chính xác gia công 78

3.6 Kết luận chương 85

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

SKD11 Ký hiệu thép hợp kim theo tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản -

(x)

 Sai số bình phương trung bình của đại lượng ngẫu nhiên (của

xi Giá trị trung bình của khoảng chia mm

fi Tần số thực nghiệm (số chi tiết) trong khoảng chia cái

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình Tên hình Trang

Hình 1.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ chính xác gia công 14

Hình 1.2 Ảnh hưởng của lượng chuyển vị Δ đến kích thước gia công khi tiện 18

Hình 1.3 Sơ đồ tiện trục trơn trên hai mũi tâm 20

Hình 1.4 Chi tiết được gá trên hai mũi tâm 22

Hình 1.5 Chi tiết được gá trên mâm cặp (côn xôn) 22

Hình 1.6 Chi tiết được gá trên mâm cặp và chống mũi tâm sau 23

Hình 1.7 Chi tiết gia công có thêm luynet 23

Hình 1.8 Ảnh hưởng sai số hình dáng của phôi đến sai số hình dạng của chi tiết khi tiện 25

Hình 1.9 Chi tiết gia công có hình côn 26

Hình 1.10 Chi tiết gia công có hình hypecbôlôit 27

Hình 1.11 Chi tiết gia công có chỗ to chỗ nhỏ 27

Hình 1.12 Chi tiết gia công trong một lần gá 28

Hình 1.13 Chi tiết gia công trong hai lần gá 28

Hình 1.14 Đường cong phân bố kích thước thực nghiệm 32

Hình 1.15 Đường cong phân bố kích thước chuẩn (Gauuss) 33

Hình 1.16 Đường cong phân bố kích thước y 1 và y 2 34

Hình 1.17 Đường cong phân bố kích thước thực 34

Hình 1.18 Đường cong phân bố không đối xứng 35

Hình 1.19 Đường cong phân bố có tính đến các sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống 35

Hình 1.20 Đường cong phân bố thực kích thước gia công 36

Hình 1.21 Chu kỳ điều chỉnh lại máy 37

Hình 1.22 Đường cong lý thuyết của quy luật phân bố chuẩn 38

Hình 1.23 Ảnh hưởng của Xtới vị trí của đường cong phân bố chuẩn 39

Hình 1.24 Ảnh hưởng của σ tới hình dáng của đường cong phân bố chuẩn 39

Hình 1.25 Đường cong tích phân của quy luật phân bố chuẩn 39

Hình 1.26 Các đường cong phân bố bị lệch so với đường cong chuẩn 42

Hình 1.27 Đường cong phân bố chuẩn logarit 43

Hình 1.28 Đồ thị phân bố đều của hàm vi phân 44

Hình 1.29 Đồ thị hàm tích phân của quy luật xác suất đều 45

Hình 1.30 Đồ thị quy luật phân bố lệch tâm 47

Hình 1.31 Các dạng đường cong phân bố φ (p) khi  0 = 0 và  0 = 3 48

Hình 1.32 Tổng hợp các quy luật phân bố 51

Hình 2.1 Hệ trục tọa độ máy công cụ CNC 55

Hình 2.2.Dao nằm sau tâm quay và dao nằm trước tâm quay 56

Hình 2.3 Các điểm 0 và điểm chuẩn trên máy tiện 56

Hình 2.4 Điểm điều chỉnh dao 57

Hình 2.5 Điểm chuẩn của dao 57

Hình 2.6 Cấu tạo bên ngoài của máy tiện CNC 58

Hình 2.7 Hệ thống dụng cụ trên máy tiện CNC 60

Hình 2.8 Bảng điều khiển máy tiện CNC 61

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy tiện CNC 64

Hình 2.10 Tổ chức lập trình gia công trên máy tiện CNC 65

Hình 2.11 Hệ thống lập trình tự động 66

Hình 3.1 Dao tiện thô và lưỡi cắt 70

Hình 3.2 Dao tiện tinh và lưỡi cắt 70

Hình 3.3 Phôi thực nghiệm 72

Hình 3.4 Sơ đồ gá đặt thực nghiệm 72

Hình 3.5 Gá đặt thực nghiệm trên máy 72

Hình 3.6 Máy tiện CNC DOOSAN-LYNX 220L 73

Hình 3.7 Pan me đo ngoài 75

Hình 3.8 Tiến hành thực nghiệm 76

Hình 3.9 Mẫu sau gia công 76

Hình 3.10 Đo lấy số liệu 77

Hình 3.11 Đường cong phân bố thực nghiệm của quy luật chuẩn 80

Hình 3.12 Đường cong phân bố lý thuyết của quy luật chuẩn 84

Hình 3.13 Đồ thị so sánh phân bố thực nghiệm với quy luật chuẩn 84

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Tên bảng Trang

Bảng 3.1 Chế độ cắt thực nghiệm cho vật liệu thép SKD11 71

Bảng 3.2 Bảng Thành phần hóa học của thép SKD 11 73

Bảng 3.3 Đặc tính kỹ thuật của máy 74

Bảng 3.4 Kết quả đo đường kính ngoài của chi tiết tại ba tiết diện 77

Bảng 3.5 Phân bố thực nghiệm của x 79

Bảng 3.6 Bảng xác định đặc tính của phân bố 81

Bảng 3.7 Tính tần số lý thuyết của quy luật chuẩn 82

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay việc sử dụng thiết bị máy móc điều khiển số trong sản xuất đóng vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao năng suất, chất lượng, đẩy nhanh tiến độ công việc, nâng cao hiệu quả kinh tế và cải thiện điều kiện làm việc của con người; tuy vậy mặc

dù ở Việt nam máy công cụ CNC đã được sử dụng khá phổ biến ở các cơ sở sản xuất tuy nhiên hiệu quả khai thác vẫn chưa cao Nguyên nhân chủ yếu là do việc vận hành

và sử dụng máy chưa hợp lý Xuất phát từ quan điểm này việc chọn phương án nghiên cứu trên máy công cụ CNC là để góp phần nâng cao hiệu quả khai thác sử dụng máy

và thiết bị Hơn nữa nghề chế tạo khuôn mẫu cũng đang khá phát triển và một số trong những chi tiết tiện trong khuôn dập phổ biến được chế tạo từ thép SKD11

Khảo sát nghiên cứu xác định quy luật phân bố của độ chính xác khi gia công thép SKD11 trên máy tiện CNC được lựa chọn để nghiên cứu là một việc thiết thực và thực

Nội dung nghiên cứu

Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn này có nội dung như sau:

Nghiên cứu, khảo sát quy luật phân bố của độ chính xác gia công, tổng quan về kỹ thuật tiện CNC, cơ sở lý thuyết của các phương pháp xác định độ chính xác gia công khi gia công trên máy tiện CNC

Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về quy luật phân bố của độ chính xác gia công khi tiện mặt trụ ngoài với thép SKD11 trên máy tiện CNC

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

*Đối tượng nghiên cứu: Xác định quy luật phân bố của độ chính xác gia công thép SKD11 trên máy tiện CNC

* Phạm vi nghiên cứu: Do điều kiện thời gian và trang thiết bị còn hạn chế nên luận văn chỉ dừng lại ở mức khảo sát quy luật phân bố của độ chính xác gia công thép SKD11 trên máy tiện CNC trong điều kiện sản xuất hàng loạt vừa

Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt với độ chính xác về kích thước gia công

- Thực nghiệm cắt thử để kiểm chứng cơ sở lý thuyết về quy luật phân bố của độ chính xác gia công

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn

Ý nghĩa khoa học: - Bằng phương pháp nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận văn đã đưa ra được quy luật phân bố độ chính xác của kích thước gia công

- Kết quả nghiên cứu làm sáng tỏ các nghiên cứu lý thuyết về quy luật phân bố của độ chính xác gia công

Ý nghĩa thực tiễn : - Kết quả nghiên cứu nhằm xác định quy luật phân bố của độ chính xác gia công khi gia công thép SKD 11 trên máy tiện CNC có ý nghĩa thực tiễn trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sản xuất

- Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt gọt

- Kết quả nghiên cứu là cơ sở để xác định xác suất xuất hiện trong khoảng kích thước, phạm vi mở rộng kích thước, tỷ lệ phế phẩm để ứng dụng điều chỉnh máy trong sản xuất hàng loạt khi gia công trong điều kiện tương tự

Để hoàn thành được luận văn, tôi đã được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy hướng

dẫn GS.TS TRẦN VĂN ĐỊCH cùng toàn thể các thầy cô trong Viện Cơ khí Trường

Đại học Bách Khoa Hà Nội; Các đồng nghiệp trong Trung tâm Cơ khí Viêt – Hàn, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Tôi xin đặc biệt cảm ơn đến các thầy cô và các đồng nghiệp trên!

Do những hạn chế về thời gian và tài liệu nghiên cứu, trang thiết bị nên bản luận văn của tôi không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các Thầy, Cô và các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến giúp đỡ để luận văn được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH QUY LUẬT PHÂN BỐ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 1.1 Khái niệm và định nghĩa

Độ chính xác gia công của chi tiết máy là mức độ giống nhau về hình học, về tính chất cơ lý lớp bề mặt của chi tiết máy được gia công so với chi tiết máy lý tưởng trên bản vẽ thiết kế

Nói chung, độ chính xác của chi tiết máy được gia công là chỉ tiêu khó đạt và gây tốn kém nhất kể cả trong quá trình xác lập ra nó cũng như trong quá trình chế tạo Trong thực tế, không thể chế tạo được chi tiết máy tuyệt đối chính xác, nghĩa là hoàn toàn phù hợp về mặt hình học, kích thước cũng như tính chất cơ lý với các giá trị ghi trong bản vẽ thiết kế Giá trị sai lệch giữa chi tiết gia công và chi tiết thiết kế được dùng để đánh giá độ chính xác gia công

Độ chính xác gia công bao gồm hai khái niệm: Độ chính xác của một chi tiết và

độ chính xác của loạt chi tiết (hình 1.1)

- Độ chính xác kích thước bản thân mặt gia công có thể là độ chính xác kích thước thẳng hoặc kích thước góc Độ chính xác kích thước được đánh giá bằng sai số kích thước thật so với kích thước lý tưởng cần có và được thể hiện bằng dung sai của kích thước đó

- Độ chính xác về vị trí tương quan giữa hai bề mặt được đánh giá theo sai số về góc xoay hoặc sự dịch chuyển giữa vị trí bề mặt này với bề mặt kia (dùng làm mặt chuẩn) trong hai mặt phẳng tọa độ vuông góc với nhau và được ghi thành điều kiện kỹ thuật riêng trên bản vẽ thiết kế như độ song song, độ vuông góc, độ đồng tâm, độ đối xứng

- Độ chính xác hình dạng hình học đại quancủa chi tiết máy là mức độ phù hợp lớn nhất của chúng với hình dạng hình học lý tưởng của nó và được đánh giá bằng độ côn,

độ ôvan, độ không trụ, độ không tròn (bề mặt trụ), độ phẳng, độ thẳng (bề mặt phẳng)

- Độ sóng của bề mặt là chù kỳ không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được quan sát trong phạm vi nhỏ (từ 1 đến 100mm)

- Sai lệch hình học tế vi (độ nhấp nhô tế vi) còn gọi là độ nhám bề mặt được biểu thị bằng một trong hai chi tiêu Ra và Rz Đây là bề mặt thực quan sát trong một miền rất nhỏ khoảng 1 mm2

- Tính chất cơ lý của lớp bề mặt chi tiết gia công là một trong những chỉ tiêu quan trọng của độ chính xác gia công, nó ảnh hưởng lớn đến điều kiện làm việc của chi tiết máy nhất là các chi tiết chính xác và các chi tiết làm việc trong điều kiện đặc biệt Một số sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt đều có giá trị không đổi hoặc thay đổi nhưng theo một quy định nhất định Những sai số này gọi là sai số hệ thống không đổi hoặc sai số hệ thống thay đổi Có một sai số khác mà giá trị của chúng xuất hiện trên mỗi chi tiết không theo một quy luật nào cả Những sai số này gọi là sai số ngẫu nhiên

Hình 1.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ chính xác gia công

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

Đối với các dạng sản xuất khác nhau thì sẽ có phương hướng công nghệ và tổ chức sản xuất khác nhau Để đạt được độ chính xác gia công theo yêu cầu ta thường dùng hai phương pháp sau

Độ chính xác gia công

Độ chính xác củaloạt chi tiết

Độ chính xác củamột chi tiết

Sai lệch kích thước Sai lệch bể mặt chi tiết Sai số tổng

quan

Sai số hình dáng hình học đại quan

Độ sóng

Độ nhám

bề mặt

Tính chât

cơ lý lớp

bề mặt

Sai số

hệ thống

Sai số ngẫu nhiên

1.2.1 Phương pháp cắt thử từng kích thước riêng biệt

Sau khi gá đặt chi tiết lên máy, người thợ đưa dao vào và cắt đi một lớp phoi trên một phần rất ngắn của mặt gia công sau đó dừng máy đo thử kích thước nhận được Nên chưa đạt kích thước yêu cầu thì lại điều chỉnh dao ăn sâu thêm nữa dựa trên

du xích của máy, rồi lại cắt thử và cứ tiếp tục cho đến khi đạt kích thước yêu cầu Khi gia công chi tiết tiếp theo thì lại lặp lại quá trình nói trên

* Với phương pháp này có những ưu điểm sau:

- Có thể đạt được độ chính xác về kích thước nhờ rà gá và tay nghề của người thợ

- Có thể loại trừ được ảnh hưởng của dao mòn đến độ chính xác gia công, vì khi rà gá, người công nhân đã bù lại các sai số hệ thống thay đổi trên từng chi tiết

- Đối với phôi không chính xác, người thợ có thể phân bố lượng dư đều đặn nhờ vào quá trình vạch dấu hoặc rà gá trực tiếp

- Phương pháp này không cần đến đồ gá phức tạp

* Tuy vậy bên cạnh những ưu điểm thì vẫn còn tồn tại những nhược điểm sau:

- Độ chính xác gia công của phương pháp này bị giới hạn bởi bề dày bé nhất của lớp phoi hớt đi Đối với dao tiện hợp kim cứng có mài bóng lưỡi cắt, bề dày phoi có thể cắt được không nhỏ hơn 0,005 mm, đối với dao tiện đã mòn, bề dày phoi có thể cắt được không nhỏ hơn 0,02  0,05 mm Người thợ không thể nào điều chỉnh được dụng

cụ để lưỡi cắt hớt đi một kích thước bé hơn chiều dày của lớp phoi trên và do đó không thể bảo đảm được sai số bé hơn chiều dày lớp phoi đó

- Người thợ phải chú ý cao độ khi gia công nên dễ mệt do đó dễ sinh ra phế phẩm

- Do phải cắt thử nhiều lần nên năng suất thấp

- Trình độ tay nghề của người thợ yêu cầu cao

- Do năng suất thấp, tay nghề của thợ yêu cầu cao nên giá thành gia công cao

Phương pháp này thường chỉ dùng trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ, trong công nghệ sửa chữa, chế thử Ngoài ra khi gia công tinh như mài vẫn dùng phương pháp cắt thử ngay trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, lúc đó có thể bù lại lượng mòn của dụng cụ mài, tuy vậy việc này khó làm chính xác và dễ gây sai số

1.2.2 Phương pháp tự động đạt kích thước trên các máy công cụ đã điều chỉnh sẵn

Theo phương pháp này dụng cụ cắt có vị trí tương quan cố định so với chi tiết gia công (tức là vị trí đã được điều chỉnh) Nói ngược lại thì vật gia công cũng phải có

vị trí xác định so với dụng cụ cắt Vị trí này được đảm bảo nhờ các cơ cấu định vị của

đồ gá Còn đồ gá lại có vị trí xác định trên bàn máy cũng nhờ các đồ định vị riêng Khi gia công theo phương pháp này máy và phôi đã được điều chỉnh sẵn Phương pháp này

có những ưu điểm sau:

- Đảm bảo độ chính xác gia công, giảm bớt phế phẩm Độ chính xác đạt được khi gia công hầu như không phụ thuộc vào trình độ tay nghề công nhân và bề dày bé nhất của lớp phoi hớt đi, bởi vì lượng dư gia công theo phương pháp này sẽ lớn hơn bề dày lớp phoi bé nhất có thể cắt được

- Chỉ cần cắt một lần là đạt kích thước yêu cầu, không mất thời gian cắt thử, đo thử

do đó năng suất cao

- Nâng cao hiệu quả kinh tế

* Tuy nhiên phương pháp này còn có một số hạn chế về mặt hiệu quả kinh tế nếu quy mô sản xuất quá bé vì:

- Chi phí về việc thiết kế, chế tạo đồ gá cũng như chi phí về công và thời gian điều chỉnh máy và dao lớn có thể vượt quá hiệu quả mà phương pháp này mang lại

- Chi phí về việc chế tạo phôi chính xác không bù lại được nếu số chi tiết gia công quá

ít khi tự động đạt kích thước ở nguyên công đầu tiên

- Nếu chất lượng dụng cụ kém, nhanh mòn thì kích thước đã điều chỉnh sẽ bị thay đổi nhanh chóng Do đó lại phải điều chỉnh để khôi phục lại kích thước điều chỉnh ban đầu Điều này gây tốn kém và khá phiền phức Nếu điều chỉnh bằng tay thì phí tổn về thời gian tăng lên và độ chính xác sẽ thấp

1.3 Các nguyên nhân sinh ra sai số gia công

Trong quá trình gia công, có rất nhiều nguyên nhân sinh ra sai số gia công Sai

số gia công gồm có sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

Sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt đều có giá trị không đổi gọi là sai số hệ thống không đổi

Hoặc sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt có giá trị thay đổi nhưng theo một quy luật nhất định, sai số này gọi là sai số hệ thống thay đổi

Có một sai số khác mà giá trị của chúng xuất hiện trên mỗi chi tiết không theo một quy luật nào cả, những sai số này gọi là sai số ngẫu nhiên

* Các nguyên nhân sinh ra sai số hệ thống không đổi:

- Sai số lý thuyết của phương pháp cắt

- Sai số chế tạo của dụng cụ cắt, độ chính xác và mòn của máy, đồ gá

- Độ biến dạng của chi tiết gia công

* Các nguyên nhân sinh ra sai số hệ thống thay đổi:

- Dụng cụ cắt bị mòn theo thời gian

- Biến dạng vì nhiệt của máy, đồ gá, dụng cụ cắt

* Các nguyên nhân sinh ra sai số ngẫu nhiên:

- Tính chất vật liệu (độ cứng) không đồng nhất

- Lượng dư gia công không đều (do sai số của phôi)

- Vị trí của phôi trong đồ gá thay đổi (sai số gá đặt)

- Sự thay đổi của ứng suất dư

- Do mài, gá dao nhiều lần

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

- Do dao động nhiệt của chế độ cắt gọt

Độ chính xác gia công là đặc tính chủ yếu của chi tiết máy, trong thực tế người ta không thể chế tạo chi tiết có độ chính xác tuyệt đối bởi vì khi gia công có rất nhiều sai

số như sai số về hệ thống Máy - Đồ gá - Chi tiết gia công – Dao… chính vì vậy để nâng cao chất lượng của sản phẩm cần phải phân tích các thông số của độ chính xác và nghiên cứu mối quan hệ phụ thuộc giữa chúng với các yếu tố công nghệ bằng các phương pháp thực nghiệm, kết quả thu được cho phép xây dựng các mô hình toán học

1.3.1 Ảnh hưởng do biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ MGDC

Hệ thống công nghệ MGDC (máy, đồ gá, dao, chi tiết) không phải là một hệ thống tuyệt đối cứng vững mà ngược lại khi chịu tác dụng của ngoại lực nó sẽ bị biến dạng đàn hồi và biến dạng tiếp xúc Trong quá trình cắt gọt, các biến dạng này gây ra sai số kích thước và sai số hình dáng hình học của chi tiết gia công

Lực cắt tác dụng lên chi tiết gia công, sau đó thông qua đồ gá truyền đến bàn máy, thân máy Mặt khác, lực cắt cũng tác dụng lên dao và thông qua cán dao, bàn dao truyền đến thân máy Bất kỳ một chi tiết nào của các cơ cấu máy, đồ gá, dụng cụ hoặc chi tiết gia công khi chịu tác dụng của lực cắt ít nhiều đều bị biến dạng Vị trí xuất hiện biến dạng tuy không giống nhau nhưng các biến dạng đều trực tiếp hoặc gián tiếp làm cho dao rời khỏi vị trí tương đối so với mặt cần gia công, gây ra sai số

Gọi Δ là lượng chuyển vị tương đối giữa dao và chi tiết gia công do tác dụng của lực cắt lên hệ thống công nghệ Lượng chuyển vị Δ có thể được phân tích thành ba lượng chuyển vị x, y, z theo ba trục tọa độ X, Y, Z

Khi tiện, dưới tác dụng của lực cắt, dao tiện bị dịch chuyển một lượng là Δ Lúc đó, bán kính của chi tiết gia công sẽ tăng từ (R) đến (R + ΔR) (Hình 1.2)

Hình 1.2 Ảnh hưởng của lượng chuyển vị Δ đến kích thước gia công khi tiện

z y

R z y R R

Rtt

Đối với dao nhiều lưỡi cắt hoặc dao định hình thì có trường hợp cả ba chuyển vị x, y, z đều có ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Để xác định ảnh hưởng này, người ta phải dùng phương pháp thực nghiệm Phân lực cắt tác dụng lên hệ thống công nghệ MGDC thành ba thành phần lực Px, Py, Pz, sau đó đo biến dạng của hệ thống theo ba phương X, Y, Z

Trong tính toán, người ta chỉ quan tâm đến lực pháp tuyến Py, ở trường hợp yêu cầu

độ chính xác cao, thì phải tính đến độ ảnh hưởng của Px, Pz bằng cách nhân thêm hệ

số

Py là thành phần lực pháp tuyến thẳng góc với mặt gia công và y là lượng chuyển vị

tương đối giữa dao và chi tiết gia công Tỷ số

Lượng chuyển vị của hệ thống công nghệ không phải là chuyển vị của một chi tiết mà

là chuyển vị của cả một hệ thống gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau Do đó, theo nguyên lý cộng độc lập tác dụng ta có:

y y 1

Từ đó, suy ra:

i p

d g

J J

11

1111

* Sai số do chuyển vị của hai mũi tâm gây ra (hình 1.3)

Giả sử, xét tại vị trí mà dao cắt cách mũi tâm sau một khoảng là x

Hình 1.3 Sơ đồ tiện trục trơn trên hai mũi tâm Lực cắt pháp tuyến tại điểm đang cắt là Py Lúc này, do kém cứng vững nên mũi tâm sau bị dịch chuyển một đoạn ys từ điểm B đến B’, còn mũi tâm trước bị dịch chuyển một đoạn yt từ điểm A đến A’ Nếu xem chi tiết gia công cứng tuyệt đối thì đường tâm của chi tiết sẽ dịch chuyển từ AB đến A’B’

Gọi L là chiều dài trục cần gia công, lúc này lực tác dụng lên mũi tâm sau là:

L

x L P P x

L P L P

 

L

x L J

P J

P y

s y

s

s s





 (1) Lượng chuyển vị của mũi tâm trước theo phương lực tác dụng Py:

L

x J

P J

P y

t y

t

t

t   (2) Vậy, vị trí tương đối của mũi dao so với tâm quay của chi tiết sẽ dịch chuyển đi một

L

x L y y y D C CD C

2 2

L

x J

P L

x L J

P r

t y s

Từ đó, ta thấy rõ ảnh hưởng của độ cứng vững của hai mũi tâm không những gây ra sai số kích thước mà còn cả sai số hình dáng, nó làm cho trục đã tiện có dạng yên ngựa hoặc tang trống

* Sai số do biến dạng của chi tiết gia công

Chi tiết gia công có độ cứng vững không phải là tuyệt đối như khi ta xét ở trên, mà nó cũng sẽ bị biến dạng khi chịu tác dụng của lực cắt Ngay tại điểm mà lực cắt tác dụng, chi tiết gia công sẽ bị võng Độ võng đó chính là lượng tăng bán kính Δr2 và cũng là một thành phần của sai số gia công

Lượng tăng bán kính Δr2 này hoàn toàn có thể xác định được nhờ các bài toán cơ bản

về biến dạng đàn hồi của một hệ dưới tác dụng của ngoại lực Sau đây là vài kết quả cho các trường hợp điển hình:

* Trường hợp chi tiết gá trên 2 mũi tâm (Hình 1.4):

Hình 1.4 Chi tiết được gá trên hai mũi tâm

L

x L x EI

p

2 2

Với: E: môđun đàn hồi của vật liệu chi tiết gia công

I: mômen quán tính của mặt cắt gia công (với trục trơn I = 0,05d4)

Khi dao ở chính giữa chi tiết thì Δr2 là lớn nhất:

EI

L P

* Trường hợp chi tiết gá trên mâm cặp (côngxôn) (Hình 1.5):

Hình 1.5 Chi tiết được gá trên mâm cặp (côn xôn) Khi gia công những chi tiết ngắn có L/d<5, phôi chỉ cần gá trên mâm cặp

Lượng chuyển vị cực đại của phôi:

EI

L P

3

Hình 1.6 Chi tiết được gá trên mâm cặp và chống mũi tâm sau

Khi phôi được gá như trên thì việc xác định lượng chuyển vị cực đại của phôi phải giải bằng bài toán siêu tĩnh

Ta có:

3

102

y max

P L y

J p 

* Trường hợp gia công trục trơn có thêm luynet (Hình 1.7)

Hình 1.7 Chi tiết gia công có thêm luynet Khi gia công trục trơn dài có tỷ lệ L/d>10, cần thiết phải có thêm luynet

Nếu là luynet cố định thì lượng chuyển vị cực đại của phôi theo phương Py được xác định bằng công thức:

P V

P V

R 1

L

I E

J p 

* Sai số do biến dạng của dao và ụ gá dao:

Dao cắt và ụ gá dao khi chịu tác dụng của ngoại lực cũng bị biến dạng đàn hồi và làm

cho bán kính chi tiết gia công tăng lên một lượng Δr3 với:

d

y J

1.3.1.2 Ảnh hưởng do dao mòn

Khi dao mòn sẽ làm cho lưỡi cắt bị cùn đi, việc đó làm cho kích thước gia công thay đổi, lực cắt cũng thay đổi một lượng ΔPy tỷ lệ thuận với diện tích mòn Um Ngoài ra, các thông số hình học của dao cũng có ảnh hưởng đến lượng thay đổi lực pháp tuyến Py Do vậy, khi xác định ΔPy ngoài mòn dao còn phải nhân thêm các hệ số điều chỉnh

Ta có: ΔPy = Kdm Kϕ Kγ Kr Um (các hệ số tỷ lệ được tra theo bảng)

Khi gia công trên các máy đã điều chỉnh sẵn (theo phương pháp tự động đạt kích thước), mòn dao sẽ gây ra sai số hệ thống thay đổi

1.3.1.3 Ảnh hưởng do sai số của phôi

Tổng quát thì sai số đường kính của chi tiết gia công do ảnh hưởng của độ cứng

y y

D 2( m d p) 2 2 y

với P y C py.S y.t x.HB n C y.S y.t x

Do sai số về hình dạng hình học của phôi trong quá trình chế tạo mà trong quá trình cắt lượng dư gia công thay đổi, làm cho chiều sâu cắt cũng thay đổi và lực cắt thay đổi theo, gây nên sai số hình dạng cùng loại trên chi tiết (Hình 1.8)

Hình 1.8 Ảnh hưởng sai số hình dáng của phôi đến sai số hình dạng của chi tiết khi

tiện Nếu gọi Δp là sai số của phôi thì khi gia công sẽ xuất hiện sai số của chi tiết là Δct

Ta có: Δph = 2ΔRph = 2(Rph max - Rph min) = 2(t0 max - t0 min)

Và Δct = 2Δct = 2(ymax - ymin)

Với, t0 là chiều sâu cắt tính toán khi điều chỉnh máy; nếu gọi t là chiều sâu cắt thực tế thì: t = t0 - y

Do đó: tmax = t0max - ymax

tmin = t0min - ymin

t

y y y

t y

t

y y t

t

y y

t t K

Hay Δph > Δct, điều này nói lên rằng sau mỗi bước gia công, sai số sẽ giảm đi Nếu ε càng lớn thì sai số của phôi ảnh hưởng đến sai số của chi tiết càng giảm

Từ phôi ban đầu có sai số Δph, sau khi gia công lần 1 sẽ được chi tiết có sai số là ΔD1

Sau gia công lần 2, sai số chi tiết sẽ là ΔD2, suy ra

Chú ý rằng, việc tính số bước công nghệ chỉ đúng đến số bước thứ i nào đó mà sai số gia công ΔDi của chi tiết lớn hơn sai số do ảnh hưởng của hệ thống công nghệ

Tóm lại, không thể sau một lần gia công mà ta được chi tiết có độ chính xác theo yêu cầu, và ở các lần gia công về sau thì ảnh hưởng của sai số do phôi càng ít

1.3.2 Ảnh hưởng của độ chính xác máy, dao, đồ gá và tình trạng mòn của chúng đến độ chính xác gia công

1.3.2.1 Sai số của máy công cụ

Việc hình thành các bề mặt gia công là do các chuyển động cắt của những bộ phận chính của máy như trục chính, bàn xe dao, bàn máy Nếu các chuyển động này

có sai số, tất nhiên nó sẽ phản ánh lên bề mặt gia công của chi tiết máy

* Nếu đường tâm trục chính máy tiện không song song với sống trượt của thân máy trong mặt phẳng nằm ngang thì khi tiện chi tiết gia công sẽ có hình côn (Hình 1.9)

Hình 1.9 Chi tiết gia công có hình côn

Sèng tr-ît

L

rmax

Ta có, rmax - r = a, với a là độ không song song trong mặt phẳng nằm ngang trên chiều dài L

* Nếu đường tâm trục chính máy tiện không song song với sống trượt của thân máy trong mặt phẳng thẳng đứng thì khi tiện chi tiết gia công sẽ có hình hypecbôlôit (Hình 1.10)

Hình 1.10 Chi tiết gia công có hình hypecbôlôit

Ta có, rmax2 = r2 + b2, với b là độ không song song trong mặt phẳng thẳng đứng trên

chiều dài L

* Nếu sống trượt không thẳng trên mặt phẳng nằm ngang sẽ làm cho quỹ đạo chuyển động của mũi dao không thẳng, làm cho đường kính chi tiết gia công chỗ to, chỗ nhỏ (Hình 1.11)

Hình 1.11 Chi tiết gia công có chỗ to chỗ nhỏ Đường kính Di tại một mặt cắt nào đó sẽ là: Di = D ± 2δ với: D là đường kính tại mặt cắt đó nếu sống trượt thẳng; δ là lượng dịch chuyển lớn nhất của sống trượt trên mặt phẳng nằm ngang so với vị trí tính toán

* Độ lệch tâm của mũi tâm trước so với tâm quay của trục chính sẽ làm cho đường tâm của chi tiết gia công không trùng với đường tâm của hai lỗ tâm đã được gia công trước

Sèng tr-ît

L

rmax

Sèng tr-ît

để gá đặt Chi tiết vẫn có tiết diện tròn nhưng tâm của nó lệch với đường nối hai lỗ tâm

là e1 (Hình 1.12)

Hình 1.12 Chi tiết gia công trong một lần gá

* Nếu chi tiết gia công trong một lần gá thì đường tâm của chi tiết là đường thẳng nhưng hợp với đường nối hai lỗ tâm một góc α Nhưng nếu gia công với hai lần gá (đổi đầu) thì mỗi đoạn cắt có một đường tâm riêng (Hình 1.13)

Hình 1.13 Chi tiết gia công trong hai lần gá Máy dù được chế tạo như thế nào thì sau một thời gian sử dụng cũng bị mòn Hiện tượng mòn trong quá trình sử dụng là do ma sát giữa các mặt có chuyển động tương đối với nhau Nhất là khi có bụi phoi trộn lẫn với dầu bôi trơn thì hiện tượng mài mòn càng nhanh Ngoài ra, dầu bôi trơn và dung dịch trơn nguội còn gây nên hiện tượng ăn mòn hóa học ở những bộ phận nó tác dụng vào và làm mòn thêm nhanh Trạng thái mòn của máy sẽ gây ra sai số mang tính chất hệ thống

1.3.2.2 Sai số của đồ gá

Sai số chế tạo, lắp ráp đồ gá cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công Nếu đồ gá chế tạo có sai số hoặc bị mòn sau một thời gian sử dụng sẽ làm thay đổi vị trí tương quan giữa máy, dao và chi tiết gia công, do đó, gây ra sai số gia công

Để đảm bảo độ chính xác gia công (bù lại những sai số do chế tạo, lắp ráp, mòn các chi tiết chính của đồ gá), độ chính xác của đồ gá được chế tạo ra phải cao hơn ít nhất

T©m quay(t©m trôc chinh m¸y)

§-êng nèi hai lç t©m

T©m quay khi giac«ng phÇn B

T©m quay khi giac«ng phÇn A

AB

một cấp so với độ chính xác của kích thước cần đạt được sẽ gia công trên đồ gá đó Điều này không dễ dàng đạt được khi gia công những chi tiết có độ chính xác cao

1.3.2.3 Sai số của dụng cụ cắt

Độ chính xác chế tạo dụng cụ cắt, mức độ mài mòn của nó và sai số gá đặt dụng

cụ trên máy đều ảnh hưởng đến độ chính xác gia công

Khi gia công bằng các dụng cụ định kích thước (mũi khoan, khoét, doa, chuốt ) thì sai số chế tạo dụng cụ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công

Dao phay ngón, phay đĩa dùng để gia công rãnh then thì sai số đường kính và chiều rộng của dao cũng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác chiều rộng rãnh then

Sai số bước ren, góc nâng của ren, góc đỉnh ren, đường kính trung bình của các loại tarô, bàn ren đều phản ánh trực tiếp lên ren gia công

Khi gia công bằng các loại dao định hình, nếu prôfin của lưỡi cắt có sai số sẽ làm sai

bề mặt gia công

Ngoài sai số chế tạo, trong quá trình cắt, dao sẽ bị mòn và ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác gia công Tùy theo mức độ mòn, dao có thể thay đổi cả hình dạng lẫn kích thước và sinh ra sai số trên chi tiết gia công dưới dạng sai số hệ thống thay đổi

Ngoài ra, việc gá đặt dao không chính xác cũng gây nên sai số kích thước và hình dạng hình học của chi tiết gia công Ví dụ, khi tiện ren, nếu dao gá không vuông góc với đường tâm chi tiết thì góc ren cắt ra ở bên phải và bên trái không bằng nhau; hay khi tiện trục trơn, nếu dao gá cao hơn hoặc thấp hơn tâm quay của chi tiết thì sẽ làm cho đường kính chi tiết gia công tăng lên một lượng

1.3.3 Ảnh hưởng do biến dạng nhiệt của hệ thống công nghệ (MGDC) đến độ chính xác gia công

Trong quá trình cắt, nhiệt cắt và nhiệt độ môi trường xung quanh truyền vào hệ thống công nghệ làm nó biến dạng và gây ra sai số gia công

1.3.3.1 Sai số do biến dạng vì nhiệt của máy

Khi máy làm việc nhiệt độ ở các bộ phận khác nhau có thể chênh lệch khoảng 10 

500C, sinh ra biến dạng không đều và máy sẽ mất chính xác Ảnh hưởng đến độ chính xác gia công nhiều nhất là biến dạng nhiệt của ổ trục chính Nhiệt tăng làm cho tâm trục chính xê dịch theo hướng ngang và hướng đứng vì các điểm trên nó có nhiệt độ

khác nhau Thông thường, nhiệt tăng nhiều nhất ở ổ đỡ trục chính, nhiệt độ ở đây có thể cao hơn các nơi khác của ụ trục chính từ 30  40%

Độ xê dịch theo hướng ngang của trục chính làm thay đổi kích thước và hình dạng của chi tiết gia công, gây ra sai số hệ thống thay đổi Khi số vòng quay trục chính n càng lớn thì sự xê dịch càng nhiều và tỉ lệ thuận với n

Thời gian đốt nóng ụ trục chính khoảng 4  5 giờ, sau đó nhiệt độ đốt nóng cũng như

vị trí tâm sẽ ổn định Nếu tắt máy sẽ xảy ra quá trình làm nguội chậm và tâm của trục chính sẽ xê dịch theo hướng ngược lại

Để khắc phục sai số gia công do biến dạng nhiệt gây ra có thể cho máy chạy không tải chừng 2  3 giờ rồi mới tiến hành điều chỉnh máy

Ngoài ra, đối với các máy công cụ chính xác cao, ánh nắng mặt trời chiếu vào cũng làm cho máy mất chính xác

1.3.3.2 Sai số do biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt

Tại vùng cắt, hầu hết công cơ học cần thiết cho qúa trình cắt đều chuyển thành nhiệt Tùy theo chế độ cắt, vật liệu làm dao, vật liệu gia công mà tỷ lệ phần nhiệt phân

bố vào phoi, chi tiết gia công, dụng cụ cắt và một phần tỏa ra môi trường xung quanh

sẽ khác nhau

Khi nhiệt cắt truyền vào dao, dao bị nở dài, mũi dao vươn thêm về phía trước làm cho đường kính ngoài giảm đi, đường kính lỗ tăng lên Cho đến khi dao ở trạng thái cân bằng nhiệt thì dao không nở dài thêm nữa và nếu không có sự mòn dao thì kích thước gia công sẽ không đổi

1.3.3.3 Sai số do biến dạng nhiệt của chi tiết gia công

Một phần nhiệt ở vùng cắt truyền vào chi tiết gia công, làm nó biến dạng và gây

ra sai số gia công Nếu chi tiết được nung nóng toàn bộ thì chỉ gây ra sai số kích thước, còn nếu bị nóng không đều thì còn gây ra cả sai số hình dáng

Nhiệt độ của chi tiết gia công trong quá trình cắt phụ thuộc vào chế độ cắt Khi tiện, nếu tăng vận tốc cắt và lượng chạy dao, tức là rút ngắn thời gian nung nóng liên tục chi tiết gia công thì nhiệt độ của nó sẽ nhỏ Còn chiều sâu cắt tăng thì nhiệt độ chi tiết gia công cũng tăng theo

1.3.4 Sai số do rung động phát sinh ra trong quá trình cắt

Rung động của hệ thống công nghệ trong quá trình cắt không những làm tăng

độ nhám bề mặt và độ sóng, làm cho dao nhanh mòn mà còn làm cho lớp kim loại mặt

bị cứng nguội, hạn chế khả năng cắt gọt Rung động làm cho vị trí tương đối giữa dao cắt và vật gia công thay đổi theo chu kỳ, do đó ghi lại trên bề mặt chi tiết hình dáng không bằng phẳng Nếu tần số thấp, biên độ lớn sẽ sinh ra độ sóng bề mặt; nếu tần số cao, biên độ thấp sẽ sinh ra độ nhám bề mặt Ngoài ra, rung động làm cho chiều sâu cắt, tiết diện phoi và lực cắt sẽ tăng, giảm theo chu kỳ, làm ảnh hưởng tới sai số gia công

Rung động xảy ra phần lớn là do độ cứng vững của hệ thống công nghệ kém Thông thường rung động có hai loại: rung động cưỡng bức và rung động tự phát

1.3.5 Sai số gia công do chọn chuẩn và gá đặt chi tiết gia công gây ra

Để có thể gia công được phải gá đặt chi tiết lên máy Bản thân việc gá đặt này cũng có sai số và ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công Khi gá đặt không hợp

lý, sai số do gá đặt lớn và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công

1.3.6 Sai số do phương pháp đo và dụng cụ đo gây ra

Trong quá trình chế tạo, đo lường cũng gây ra sai số và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Những sai số do đo lường bao gồm:

- Sai số do dụng cụ đo: tuy là dụng cụ để đánh giá độ chính xác gia công nhưng bản thân nó khi chế tạo, lắp ráp điều chỉnh sẽ trực tiếp gây ra sai số gia công

- Sai số do phương pháp đo như chọn chuẩn, cách đọc, lực đo không đều gây ra sai

số đo dẫn đến sai số gia công

- Sai số do độ mòn của dụng cụ sau một thời gian sử dụng

Để giảm bớt ảnh hưởng của đo lường đến độ chính xác gia công, khi đo lường phải chọn dụng cụ đo và phương pháp đo phù hợp với độ chính xác theo yêu cầu

1.4 Các phương pháp xác định độ chính xác gia công

1.4.1 Phương pháp thống kê kinh nghiệm

Đây là phương pháp đơn giản nhất, căn cứ vào “độ chính xác bình quân kinh tế” để đánh giá

Độ chính xác bình quân kinh tế là độ chính xác có thể đạt được một cách kinh tế trong điều kiện sản xuất bình thường, là điều kiện sản xuất có đặc điểm sau:

- Thiết bị gia công hoàn chỉnh

- Trang bị công nghệ đạt được yêu cầu về chất lượng

- Sử dụng bậc thợ trung bình

- Chế độ cắt theo tiêu chuẩn và định mức thời gian cũng theo tiêu chuẩn

Phương pháp này nên dùng làm tham khảo và khi vận dụng phải căn cứ thêm điều kiện sản xuất cụ thể để xác định cho thích hợp

1.4.2 Phương pháp xác suất thống kê

Phương pháp này được sử dụng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối

Cách tiến hành: Cắt thử một loạt chi tiết có số lượng đủ để thu được những đặc tính phân bố của kích thước đạt được Thông thường, số lượng chi tiết cắt thử từ 60 đến

100 chi tiết trong một lần điều chỉnh máy Đo kích thước thực của từng chi tiết trong

cả loạt Tìm kích thước giới hạn lớn nhất, nhỏ nhất của cả loạt Chia khoảng giới hạn

từ lớn nhất đến nhỏ nhất đó thành một số khoảng (thường lớn hơn 6 khoảng) Xác định

số lượng chi tiết có kích thước nằm trong mỗi khoảng và xây dựng đường cong phân

bố kích thước thực nghiệm (Hình 1.14)

Hình 1.14 Đường cong phân bố kích thước thực nghiệm Đường cong thực nghiệm có trục hoành là kích thước đạt được, còn trục tung là tần suất của các kích thước xuất hiện trong mỗi một khoảng Trên đường cong thực nghiệm ta thấy rằng: kích thước phân bố của cả loạt chi tiết cắt thử tập trung ở khoảng giữa Số chi tiết cắt thử trong một lần điều chỉnh máy càng lớn thì đường cong càng có dạng tiệm cận đến đường cong phân bố chuẩn (Gauss) (hình 1.15)

Hình 1.15 Đường cong phân bố kích thước chuẩn (Gauuss) Phương trình đường cong phân bố chuẩn được viết dưới dạng:

2 2 ( ) 21

2

Li: kích thước thực đạt được của chi tiết cắt thử thứ i

L : kích thước trung bình cộng của loạt chi tiết cắt thử

1

n i i L n

Ý nghĩa: Giả sử có hai đường cong phân bố kích thước y1 và y2 với khoảng phân tán tương ứng là 61 và 62 Dung sai của kích thước cần gia công là T Ta thấy rằng, y2

có cấp chính xác cao hơn y1 (vì 2 < 1) và y2 có 62 < T nên sẽ không có phế phẩm, còn y1 có 61 > T nên sẽ có phế phẩm (Hình 1.16)

L y

0

Hình 1.16 Đường cong phân bố kích thước y1 và y2Tuy nhiên, đường cong phân bố chuẩn mới chỉ thể hiện tính chất phân bố của các sai

số ngẫu nhiên Trong quá trình gia công, các sai số ngẫu nhiên, sai số hệ thống thay đổi, sai số hệ thống không đổi cũng đồng thời xuất hiện Vì vậy, sau khi xác định được phương sai  của sai số ngẫu nhiên cần phải xác định quy luật biến đổi của sai số hệ thống thay đổi B(t) Riêng sai số hệ thống không đổi A sẽ không ảnh hưởng đến sự phân tán kích thước gia công và có thể triệt tiêu được nó khi điều chỉnh máy

Hình 1.17 Đường cong phân bố kích thước thực Như vậy, trong quá trình gia công, phân bố kích thước thực phải là tổ hợp của quy luật phân bố chuẩn và quy luật biến đổi sai số hệ thống thay đổi là quy luật đồng xác suất Lúc này, đường cong phân bố kích thước sẽ phụ thuộc vào tỷ lệ B/3

Nếu sai số hệ thống thay đổi không tuyến tính với thời gian thì đường cong phân bố kích thước sẽ không đối xứng Lúc đó, dù đảm bảo 6 ≤ T nhưng có thể vẫn có phế phẩm

6 2

6 1T

Hình 1.18 Đường cong phân bố không đối xứng Ngoài ra, có thể tổ hợp các sai số ngẫu nhiên và các sai số hệ thống thay đổi bằng cách

xê dịch đường cong phân bố chuẩn đi một lượng bằng sai số hệ thống nhưng vẫn giữ nguyên hình dạng đường cong phân bố Trong trường hợp này, khoảng phân tán tổng cộng các kích thước cả loạt chi tiết cắt thử được xác định theo công thức: ∆ = 6 + B Phương pháp này tuy đơn giản nhưng tốn kém vì phải cắt thử cả loạt chi tiết

Để giảm bớt chi phí đồng thời rút ngắn thời gian xác định quy luật phân bố kích thước, người ta dùng các số liệu có sẵn để tham khảo khi gia công các kích thước có tính chất tương tự trong điều kiện gia công tương tự

Hình 1.19 Đường cong phân bố có tính đến các sai số ngẫu nhiên

và sai số hệ thống

1.4.3 Phương pháp tính toán phân tích

Theo phương pháp này, ta phân tích nguyên nhân sinh ra sai số gia công, tính các sai số đó, rồi tổng hợp chúng lại thành sai số gia công tổng Từ đó, vẽ quy luật phân bố và căn cứ vào đó để đánh giá độ chính xác gia công Trong mọi trường hợp, sai số gia công tổng phải nhỏ hơn dung sai cho phép của chi tiết cần chế tạo

* Phân tích nguyên nhân:

* Tổng hợp các sai số:

- Tổng các sai số hệ thống không đổi A là một sai số hệ thống không đổi và

B



được tổng hợp theo nguyên tắc tổng đại số: 



 

i i A A

1

- Tổng các sai số hệ thống thay đổi B (t) là một sai số hệ thống thay đổi và

được tổng hợp theo nguyên tắc tổng đại số: ( ) ( )

1

t B t

B

p

j J





- Tổng các sai số ngẫu nhiên là một sai số ngẫu nhiên và được tổng hợp theo

nguyên tắc cộng xác suất, có phương sai là: 



  n

z

z z

K

1

2 )



- Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên tổng hợp theo nguyên tắc tổng số học

* Vẽ quy luật phân bố:

Lúc bắt đầu gia công, trung tâm phân bố là C0, khoảng phân tán là D0C0 với

và sai số ngẫu nhiên

Hình 1.20 Đường cong phân bố thực kích thước gia công

Khi khoảng phân tán của đường cong kích thước thực đã bằng với dung sai của chi tiết cần gia công: ∆ = T, thì ta phải điều chỉnh lại máy, đưa tâm phân bố về lại vị trí ban đầu Khoảng thời gian giữa hai lần điều chỉnh máy, người ta gọi là chu kỳ điều chỉnh lại máy

Chú ý rằng, chu kỳ điều chỉnh máy phải nhỏ hơn hoặc bằng tuổi bền dao vì nếu không thì dao sẽ hư khi chưa kịp điều chỉnh lại máy

Hình 1.21 Chu kỳ điều chỉnh lại máy

1.5 Quy luật phân bố độ chính xác gia công

Trong quá trình gia công cơ khí, kích thước của chi tiết gia công biến động do

đó sẽ không đạt được kích thước được ghi trên bản vẽ, đó chính là sai số gia công Sai

số gia công (độ chính xác của kích thước) nó có thể được phân bố theo nhiều quy luật khác nhau Xác định đúng quy luật phân bố của độ chính xác gia công là nhiệm vụ rất quan trọng của cả quá trình nghiên cứu Sau đây ta tìm hiểu một số quy luật phân bố được sử dụng trong công nghệ chế tạo máy để xác định độ chính xác gia công

1.5.1 Quy luật phân bố chuẩn (Quy luật GAUSS)

Quy luật phân bố chuẩn được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành kỹ thuật khác nhau Có rất nhiều đại lượng ngẫu nhiên phân bố theo quy luật này Ví dụ, sai số

đo, chiều cao nhấp nhô và nhiều loại sai số gia công khác Quy luật phân bố này được coi là quy luật hai thông số (các giá trị của đại lượng ngẫu nhiên có thể thay đổi từ - đến +)

Hàm vi phân của đại lượng ngẫu nhiên liên tục phân bố theo quy luật chuẩn được viết dưới dạng:

Lmin

L max

T ck

(x X) 2

 - sai số bình phương trung bình của đại lượng ngẫu nhiên (của x từ X);

X- giá trị trung bình (kỳ vọng toán học của x);

e – cơ số logarit tự nhiên (e = 2,71828)

 = 3,14

Dạng đồ thị của hàm vi phân này có dạng như trên hình 1.22

Hình 1.22 Đường cong lý thuyết của quy luật phân bố chuẩn

Từ dạng đường cong này ta thấy nó đối xứng qua trục tung tại điểm

x = X, có nghĩa là nó có các giá trị âm và dương so với X Các giá trị gần X có giá trị cao hơn các giá trị ở xa X

Các giá trị và hình dạng của đường cong phụ thuộc vào hai thông số X và ζ Nếu

X thay đổi, hình dáng của đường cong không thay đổi mà chỉ thay đổi vị trí so với gốc tọa độ (hình 1.23)

Hình 1.23 Ảnh hưởng của Xtới vị trí của đường cong phân bố chuẩn

Khi thay đổi ζ, vị trí của đường cong không thay đổi nhung hình dáng của đường cong lại thay đổi (hình 1.24.)

Hình 1.24 Ảnh hưởng của ζ tới hình dáng của đường cong phân bố chuẩn

Ta thấy, nếu ζ giảm (ζ < 1) thì hai nhánh của đường cong được thu hẹp lại, còn nếu ζ tăng (ζ >1), hai nhánh của đường cong thoải ra (Hình 1.25) là đường cong tích phân của quy luật phân bố chuẩn

Hình 1.25 Đường cong tích phân của quy luật phân bố chuẩn

Hàm tích phân của quy luật được viết dưới dạng:

0,5

0

X

Trong đó, x có thể biến đổi từ - ∞ đến + ∞, vì vậy xác suất P(- ∞ < x < + ∞) được

tính theo công thức:

P(- ∞ < x < + ∞) =

2 ( x X) 2

của x trong phạm vi x1 – x2 (hình 1.9) sẽ nhỏ hơn 1 và bằng:

P(x1 < x< x2 ) =

2 2

2

1

(x X) x

2 x

1

t t 2

t

1

e dt2



   (2.5)

(giới hạn mới t1 =x1X

 và t2 =x2 X

 thay cho giới hạn x1 và x2 )

Vế phải của phương trình (2.5) có thể được viết dưới dạng tổng của 2 tích phân:

của tích phân với t1 – 0 thành 0 – t1

tích phân

2

t t 2 0

 được xác định theo phụ lục 1 Đây là hàm lẻ cho nên giá trị Φ(-t) = -

Φ(t) Do đó nếu cho Φ(-t) ta thay bằng - Φ(t) Trong phụ lục 1 (CPPXĐĐCXGC) còn

ghi giá trị của hàm 2Φ(t), có nghĩa là: