CHƯƠNG 4 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
5.3. Các nguyên nhân gây ra sai số gia công
5.3.2. Ảnh hưởng của độ chính xác của Máy – Dao – Gá và tình trạng mòn của
5.3.2.1 Độ chính xác của máy và tình trạng mòn
Thông thường máy công cụ có những sai số hình học như sau:
- Độ đảo hướng kính của trục chính.
- Độ đảo của lỗ côn trục chính.
- Độ đảo mặt đầu của trục chính.
- Các sai số của các bộ phận khác như sống trượt, bàn máy,v.v...
Các sai số trên đây sẽ phản ánh một phân hoặc toàn bộ lên chi tiết gia công dưới dạng sai số hệ thống.
Việc hình thành các bề mặt gia công là do chuyển động cưỡng bức của các bộ phận chính như trục chính, bàn máy hoặc bàn dao,v.v...Nếu các chuyển động này có sai số chúng sẽ phản anh slên bề mặt của chi tiết gia công.
Hình 5.11. xác định độ cứng vững động (khi gia công với chiều sâu cắt thay đổi.).
a, b-tiện phôi bậc và phôi lệch tâm; c-Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu.
Ví dụ: nếu đường tâm của 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 5.12).
Đường kính lớn nhất của chi tiết Dmax được tính như sau.
2 max
D =
2 D + a
ở đây: a - độ không song song trên chiều dài L trong mặt phẳng nằm ngang.
Nếu sống trượt không song song với đường tâm của trục chính trong mặt phẳng đứng thì chi tiết gia công sẽ có hình hypecboloit với đường kính lớn nhất Dmax là:
Dmax = 2 2
4 b
d + ( 5.35 ) ở đây: b - độ không song song trong mặt phẳng đứng trên chiều dài L.
Nếu sống trượt không thẳng trên mặt phẳng nằm ngang thì quỹ đạo chuyển động của mũi dao không thẳng làm cho đường kính của chi tiết gia công không đều nhau ( hình 5.13 ). Đường kính D’ tại một vị trí nào đó bằng:
D’ = D + 2δ ( 5. 36 )
D - đường kính của chi tiết ở tiết diện mà ở đó sống trượt trùng với vị trí đúng theo tính toán.
δ - lượng dịch chuyển lớn nhất của sống trượt trên mặt phẳng nằm ngang so với vị trí tính toán.
Độ lệch tâm của mũi trước so với tâm quy của trục chính sẽ là cho đường tâm của chi tiết gia công không trùng với đường tâm của hai đường tâm đã được gia công trước để làm chuẩn ( hình 5.14 )
Nếu độ lệch tâm của mũi tâm trước là e
thì trong khi quay đường nối hai lỗ tâm sẽ đảo thành một hình chóp mà đỉnh là mũi tâm sau. Sau khi gia công, tại một mặt cắt A – A’ nào đó ( thẳng góc với phương chạy dao)
Hình 5.14. Đồng tâm của trục chính không trùng với đường tâm của hai mũi tâm.
Hình 5.15. Chi tiết đường gia công trong hai lần gá đặt.
Hình 5.12. chi tiết có sai số hình côn khi trục chính không song
song với sống trượt
Hình 5.13. Chi tiết gia công có đường kính
khác nhau khi sống trượt không thẳng
tiết diện vẫn là hình tròn nhưng tâm của nó bị lệch so với đường nối hai lỗ tâm một lượng là e1 và được xác định theo tỷ lệ:
c c1
= L l1
Nếu gia công trong một lần gá đặt thì đường tâm của chi tiết vẫn là đường thẳng nhưng nó làm với đường nối hai lỗ tâm một góc ỏ (radian)
a = L
c (5.37 )
ở đây: L – chiều dài của chi tiết gia công
Nhưng nếu phải gia công trong hai lần gá đặt ( trở đầu chẳng hạn ) thì mỗi đoạn cắt sẽ có một đường tâm riêng và chúng không trùng nhau như trên hình 5.15.
Trên máy phay đứng, nếu trục chính của máy không thẳng góc với bàn máy theo phương ngang của bàn máy thì mặt phẳng gia công sẽ không song song với mặt đáy của chi tiết đã định vị trên bàn máy. Độ không song
song này sẽ bằng độ không vuông góc của đường tâm trục chinh so với bàn máy ( hình5.16)
Nếu trục chính không vuông góc với bàn máy theo phương dọc thì bề mặt gia công sẽ bị lõm ( hình 5.17 )
Đối với máy tiện nếu sống trượt của thân máy bị mòn nó sẽ làm cho bàn xe dao tụt xuống và vị trí tương đối của dao so với chi tiết gia công bị thay đổi và gây ra sai số gia công. Thông thường sống trượt phía trước của máy sẽ mòn nhanh hơn vì chịu lực lớn hơn, do dó làm cho dao bị nghiêng ( hình 5. 18)
Lượng dịch chuyển y của dao theo phương ngang được tính theo công thức sau:
Y = B H Δ
ở đây: H – Chiều cao tính từ mặt đáy của sống trượt tới tâm chi tiết.
B – Khoảng cách giữa hai sống trượt Δ - lượng mòn của sống trượt
Nếu lượng dịch chuyển y thay đổi theo
chiều dài của sống trượt thì nó không gây ra sai số kích thước mà còn gây ra sai số hình dáng hình học của.chi tiết gia công
5.3.2.2. Ảnh hưởng của sai số của đồ gá và độ mòn tới độ chính xác gia công
Hình 5.16. Mặt phẳng gia công không song song với mặt phẳng đáy của chi tiết.
Hình 5.17. Mặt phẳng gia công bị lõm .
Hình 5.18. Sơ đồ tính lượng dịch chuyển y của dao theo lượng của sống
trượt
Sai số chế tạo và lắp ráp của đồ gá cũng ảnh hưởng đến độ chính xác cảu chi tiết gia công. Các chi tiết quan trọng của đồ gá như các chi tiết định vị,dẫn hướng, so dao, v.v… nếu có sai số do chế tạo hoặc mòn sẽ làm thay đổi vị trí tương đối giữa máy – dao – chi tiết , do đó cũng gay ra sai số gia công. Sai số này có thể xác định được bằng tính toán dựa vào dung sai của các chi tiết chủ yếu của đồ gá hoặc có thể dựa vào kích thước thực tế của chi tiết đó khi chế tạo.
Nhìn chung, tốc độ mòn của đồ gá cũng như của máy công cụ rất chậm, vì sai số hình học của đồ gá sẽ phản ánh lên chi tiết được gia công là như nhau và mang tính hệ thống.
Ngoài ra, sai số do lắp ráp đồ gá lên máy cũng gây ra sai số gia công vì nó làm mất vị trí chính xác của đồ gá so với dụng cụ cắt.
Để đảm bảo độ chính xác gai công thì độ chính xác của đồ gá được chế tạo ra phải cao hơn ít nhất là ột cấp so với độ chính xác của kích thước gia công.
5.3.2.3. Ảnh hưởng của sai số dụng cụ cắt và độ mòn tới độ chính xác gia công.
Độ chính xác chế tạo dụng cụ cắt, mức độ mài mòn của nó và sai số gá đặt trên máy đều ảnh hưởng dến độ chính xác gia công.
Khi gia công bằng các dụng cụ định kích thước ( ví dụ như mũi khoan, mũi khoét, dao doa, dao chuốt
…) thì sai số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công.
Khi gia công rãnh then bằng dao phay ngón, dao phay đĩa thì sai số đường kính và bề rộng của dao cũng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác chiều rộng của rãnh then.
Sai số bước ren, góc nâng của ren, đường kính trung bình của các loại tatô và bàn ren và phản ánh trực tiếp tới ren gia công.
Khi gia công các mặt định hình bằng các dao định hình ( như dao tiện định hình, dao phay răng môđun ) thì sai số prophin của dao sẽ gây ra sai số hình dạng bề mặt.
Ngoài sai số chế tạo, trong quá trình cắt dao cắt dao sẽ bị mòn và ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác gia công.
Độ mòn mặt sau h ( hình 5.19) có ảnh hưởng lớn nhất đến kích thước gia công.
Trong trường hợp này mũi dao lùi ra khỏi chi tiết gia công một lượng là U.
Khi gia công trục dài, độ mòn của dao sẽ gây ra sai số hình dáng hình học (độ côn), còn khi gia công độ trục có độ dài nhỏ thì độ mòn của dao sẽ gây ra sai số kích
Hình 5.19. Ảnh hưởng của độ mòn mặt sau của dao tới kích thước đường kính
của chi tiết gia công.
Hình 5.20. Quan hệ giữa độ mòn của dao U và chiều dài cắt L.
thước cho cả loạt chi tiết (kích thước đường kính ngoài tăng dần). Nếu gia công lỗ thì kích thước đường kính trong giảm dần.
Hình 5.20 là quy luật mòn của dao khi cắt. Ở giai đoạn cắt ban đầu (I) dao mòn nhanh. Độ mòn ở giai đoạn này được gọi là độ mòn ban đầu ( Uh). Độ mòn ban đầu Uh
phụ thuộc vào chiều dài đường cắt Lh, vật liệu làm dao, vật liệu gia công, chất lượngmài và đánh bóng phần cắt. Chiều dài đường cắt Lh của phần này thường nằm trong khoảng 500 - 1500m.
Ở giai đoạn hai (II) dao mòn bình thường, lượng mòn có quan hệ chiều dài đường cắt theo đường thẳng. Đường thẳng này làm với trục hoành một góc δ.
Cường độ mũn của giai đoạn này Uo ( àm/ km) được xỏc định theo cụng thức:
Uo - tg α = UL2 ( 5.38) ở đõy: U2 – lượng mũn trong giai đoạn 2 (àm)
L2 – chiều dài đường cắt trong giai đoạn 2 ( k m) Chiều dài đường cắt của giai đoạn II ( L2) khi gia công thép bằng dao tiện T15K6 có thể đạt 40.000m.
Giai đoạn 3 là giai đoạn mòn kịch liệt, có thể làm cho dao bị gẫy, vì vậy cần phải mài lại dao hoặc thay dao.
Lượng mũn của dao U (àm)ảnh hưởng đến độ chớnh xỏc gia cụng và được xỏc định theo công thức:
U = Uo
1000
L . (5.39) ở đây: L – chiều dài đường cắt tính bằng m và được xác định tuỳ theo phương pháp gia công.
Khi tiện, chiều dài đường cắt (m) được tính theo công thức:
L = s
l D
. 1000
π .
(5.40) ở đây: D - đường kính gia công (mm)
l – chiều dài gia công (mm)
s – lượng chạy dao dọc của dao (mm/ vòng )
Khi phay bằng dao phay mặt đầu thì L được tính như sau L =
So
B l
. 1000
. =
Sz
Z lB
. . 1000
ở đây: l – chiều dài gia công trên chi tiết (mm) B – chiều rộng phay (mm)
So – lượng chạy dao vòng ( mm/ vòng ) Sz – lượng chạy dao răng ( mm/ răng ) Z – là số răng của dao phay.
Các công thức tên đây được dùng để tính độ mòn trong giai đoạn II ( mòn trung bình ), không kể đến sự mòn nhanh của giai đoạn I.
Đối với dao mới hoặc dao mài lại, để xác định chính xác độ mòn dao trong quá trình cắt phải kể đến chiều dài đường cắt ban đầu Lh và độ mòn của giai đoạn đàu Uh. Khi đó lượng mòn tổng cộng được tính theo công thức
U = L Lb Uo
1000 .
+ (5.41)
Lb – chiều dài đường cắt bổ sung (m)
Bảng 5.1. Cường độ mòn của dao khi tiện tinh.
Vật liệu gia công Vật liệu dao Tốc độ cắt m/ phút Cường độ Uo m/ km Thép hợp kim có úB
= 92 kG/ mm2
T15K6 T30K4 T30K6 BK3 BK4
135
8,5 3,5 2,0 9,5 20,0
Thép 20 T30K40
T15K6
150 120
4,0 8,0
Thép 20 T30K4
T15K6
120 480
4,0 8,0
Thép 45 T15K6
T30K4
100 120
12 3,0 Gang xám
15 – 36
BK9 90
120 240
13,0 18,0 35,0 Gang hợp kim
HB = 230
BK3 2,5
Chiều dài đường cắt bổ sung Lb trung bình có thể lấy khoảng 1000m. Khi tính lượng mòn U thì giá trị lượng mòn tương đối (cường độ mòn) Uo được chọn theo bảng 5.1.
Dưới đay xét ví dụ tính lượng mòn U theo phương pháp trên.Tiện tinh trục ( vật liệu là thép 20) với lượng dư đường kính 3mm, lượng chạy dao S = 0,3 mm/ vòng. Chìều dài trục 1 = 2000 mm, đường kính trục D = 200 mm. Cần xác định độ côndo mòn dao gây ra.
Các bước tính toán được tiến hành như sau:
+ Chiều dài đường cắt L:
L = L Lb .Uo 1000
+ = .8
1000 1000 4200+
= 42 àm (5.42)
Như vậy, đường kính của chi tiét gia công tăng lên do độ mòn dao gây ra là: 42 x 2 = 84 àm = 0,084 mm. Tron gkhi đú dung sai của cấp chớnh xỏc 3 khi tiện trục cú đường kớnh 200mm bằng 90 àm. Điều này cho thấy sai số hỡnh dỏng hỡnh học ( độ cụn) của chi tiết do mòn dao gây ra nằm trong phạm vi dung sai cho phép.