Giáo trình Đồ gá

....................................................................................... 4 1.2. Công dụng............................................................................................ 4 1.3. Yêu cầu đối với đồ gá gia công cơ....................................................... 4 1.4. Phân loại đồ gá gia công cơ................................................................. 5 1.5. Các thành phần của đồ gá.................................................................... 6 1.5.1. Định vị, chi tiết định vị.................................................................. 7 1. Định vị........................................................................................... 7 2. Chi tiết định vị............................................................................... 35 1.5.2. Kẹp chặt và cơ cấu kẹp chặt........................................................... 51 1. Kẹp chặt......................................................................................... 51 2. Cơ cấu kẹp chặt.............................................................................. 55 3. Cơ cấu phóng đại lực kẹp............................................................... 70 4. Cơ cấu kẹp chặt nhiều chi tiết đồng thời........................................ 74 5. Cơ cấu kẹp nhanh bằng tay............................................................ 75 6. Cơ cấu kẹp chặt tự động................................................................. 76 7. Cách tính lực kẹp của một số đồ gá hay dùng............................... 77 1.5.3. Các cơ cấu khác của đồ gá............................................................. 82 1. Cơ cấu so dao................................................................................. 82 2. Cơ cấu dẫn h•ớng dụng cụ cắt....................................................... 83 3. Cơ cấu định vị đồ gá trên máy....................................................... 90 4. Cơ cấu phân độ.............................................................................. 92 5. Cơ cấu chép hình........................................................................... 94 6. Thân đồ gá..................................................................................... 96 1.6. Dụng cụ phụ......................................................................................... 97 1.6.1. Khái niệm..................................................................................... 97 1.6.2. Cơ cấu kẹp dụng cụ cắt trên máy khoan....................................... 97 1.6.3. Cơ cấu kẹp dao trên máy tiện....................................................... 100 1.6.4. Cơ cấu kẹp dao trên máy phay..................................................... 101 1.7. Ph•ơng pháp thiết kế đồ gá và tính kinh tế.......................................... 102 1.7.1. Ph•ơng pháp thiết kế.................................................................... 103 2 1.7.2. Tính kinh tế................................................................................... 109 Ch•ơng 2. Đồ gá kiểm tra................................................................................. 111 2.1. Khái niệm chung.................................................................................. 111 2.2. Các thành phần của đồ gá kiểm tra...................................................... 112 2.2.1. Cơ cấu định vị............................................................................... 112 2.2.2. Cơ cấu kẹp chặt............................................................................. 114 2.2.3. Cơ cấu đo...................................................................................... 115 2.2.4. Cơ cấu phụ.................................................................................... 116 2.2.5. Thân đồ gá.................................................................................... 117 2.3. Một số ví dụ về đồ gá kiểm tra............................................................ 117 Ch•ơng 3. Đồ gá lắp ráp................................................................................... 121 3.1. Khái niệm............................................................................................ 121 3.2. Phân loại.............................................................................................. 121 3.3. Các thành phần của đồ gá lắp ráp........................................................ 123 3.3.1. Chi tiết định vị.............................................................................. 123 3.3.2. Chi tiết kẹp chặt............................................................................ 123 3.3.3. Cơ cấu phụ.................................................................................... 124 3.4. Độ chính xác lắp ráp ........................................................................... 124 Tài liệu tham khảo............................................................................................. 129 3 lời nói đầu Trong ngành công nghiệp cơ khí nói chung và ngành chế tạo máy nói riêng trang bị công nghệ có vai trò quan trọng và góp phần mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật tốt cho quá trình chế tạo sản phẩm cơ khí. Việc xác định, lựa chọn, thiết kế và tính toán trang bị công nghệ hợp lý không chỉ là yếu tố quyết định trong khâu chuẩn bị công nghệ cho quá trình sản xuất chế tạo sản phẩm cơ khí mà còn là một trong nội dung chuyên môn chính của quá trình đào tạo kỹ s• cơ khí chuyên ngành công nghệ chế tạo máy. Để nâng cao chất l•ợng đào tạo cần phải thực hiện rất nhiều biện pháp, trong đó cung cấp giáo trình cho sinh viên học tập giữ vai trò quan trọng, nhất là ph•ơng thức đào tạo theo hệ thống tín chỉ. Vì vậy việc biên soạn giáo trình theo ch•ơng trình môn học là rất cần thiết. Tập giáo trình “Đồ gá” cơ bản đ•ợc cấu trúc theo nội dung và thời l•ợng của ch•ơng trình môn học “Đồ gá” đã đ•ợc phê duyệt, dùng đào tạo trình độ cao đẳng, đại học chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy tại Tr•ờng Đại học S• phạm Kỹ thuật Nam Định. Nội dung cuốn giáo trình “Đồ gá” đ•ợc trình bày trên cơ sở tham khảo nội dung trong tài liệu của các tác giả có uy tín thuộc ngành cơ khí chế tạo; tài liệu về Đồ gá, Tính toán thiết kế đồ gá của một số Tr•ờng Đại học trong n•ớc cùng chuyên ngành đào tạo và kinh nghiệm thực tế. Cuốn giáo trình Đồ gá trình bày những vấn đề sau đây: Ch•ơng 1: Đồ gá gia công cơ Ch•ơng 2: Đồ gá kiểm tra Ch•ơng 3: Đồ gá lắp ráp Tập giáo trình “Đồ gá“ biên soạn với mục đích là dùng làm tài liệu học tập cho môn học đồ gá để sinh viên học tập và nghiên cứu, đồng thời là tài liệu làm cơ sở để thống nhất nội dung trong quá trình giảng dạy đối với giảng viên. Rất mong nhận đ•ợc sự đóng góp và cộng tác./. 4 Ch•ơng 1 Đồ gá gia công cơ 1.1. Khái niệm Tất cả các trang bị phụ theo yêu cầu của quy trình công nghệ dùng để xác định chính xác vị trí của chi tiết gia công, dụng cụ cắt và kẹp chặt chúng nhanh chóng đều gọi là đồ gá máy cắt kim loại (đồ gá gia công cơ). Đồ gá gia công cơ là một loại trang bị công nghệ nhằm xác định vị trí chính xác của chi tiết gia công so với dụng cụ cắt, đồng thời giữ nguyên vị trí đó trong suốt quá trình gia công. 1.2. Công dụng Bảo đảm độ chính xác vị trí của các bề mặt gia công. Nhờ đồ gá để có thể xác định chính xác vị trí t•ơng đối của chi tiết gia công đối với máy và dao cắt một cách ổn định, tin cậy và nhanh chóng. Nâng cao năng suất lao động. Sau khi sử dụng đồ gá có thể loại bỏ b•ớc vạch dấu và so dao, nhờ vậy có thể giảm đáng kể thời gian phụ. Ngoài ra, dùng đồ gá gá đặt chi tiết có thể dễ dàng kẹp chặt đồng thời nhiều chi tiết, gia công nhiều vị trí làm cho thời gian cơ bản trùng với thời gian phụ. Khi dùng đồ gá cơ khí hóa, tự động hóa ở mức độ cao có thể tiếp tục giảm thời gian phụ, nâng cao năng suất lao động. Sử dụng đồ gá chuyên dùng có thể mở rộng khả năng công nghệ của máy, ví dụ trên máy tiện vạn năng khi gá sử dụng đồ gá chuyên dùng có thể tiện đ•ợc chi tiết nhiều cạnh. Giảm nhẹ c•ờng độ lao động của ng•ời thợ, không cần tay nghề bậc cao. 1.3. Yêu cầu đối với đồ gá gia công cơ Phù hợp với yêu cầu sử dụng, dạng sản xuất, điều kiện cụ thể của nhà máy về trang thiết bị, trình độ kỹ thuật của công nhân. Bảo đảm độ chính xác, nguyên lý làm việc phải đúng, chi tiết định vị và dẫn h•ớng phải có cấu tạo hợp lý và có độ chính xác cần thiết, chi tiết kẹp chặt phải đủ độ cứng vững, đồ gá phải đ•ợc định vị và kẹp chặt một cách chính xác trên máy. Sử dụng thuận tiện: gá và tháo chi tiết gia công dễ dàng, dễ quét dọn phoi, 5 dễ lắp trên máy, dễ thay thế những chi tiết bị mòn và h• hỏng, những chi tiết nhỏ không bị rơi, vị trí tay quay thích hợp và thuận tiện, thao tác nhẹ nhàng, đảm bảo an toàn lao động, kết cấu đơn giản và có tính công nghệ cao. 1.4. Phân loại đồ gá gia công cơ Hiện nay đồ gá gia công trên máy cắt kim loại đ•ợc sử dụng trong sản xuất cơ khí hết sức phong phú, có thể căn cứ vào những đặc điểm khác nhau để phân loại nó, cụ thể: a) Căn cứ vào phạm vi sử dụng, có thể phân loại nh• sau: - Đồ gá vạn năng là những đồ gá đã đ•ợc tiêu chuẩn hóa, có thể gia công đ•ợc những chi tiết khác nhau mà không cần thiết có những điều chỉnh đặc biệt. Đồ gá vạn năng đ•ợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc, ví dụ: mâm cặp 3 chấu, 4 chấu; êtô; đầu phân độ vạn năng; bàn từ. - Đồ gá chuyên dùng là loại đồ gá đ•ợc thiết kế và chế tạo cho một nguyên công gia công nào đó của chi tiết. Vì vậy, khi sản phẩm thay đổi hoặc nội dung nguyên công thay đổi thì đồ gá này không thể sử dụng lại đ•ợc. Do đó loại đồ gá này đ•ợc sử dụng khi sản phẩm và công nghệ t•ơng đối ổn định trong sản xuất loạt lớn, hàng khối. Ví dụ: đồ gá gia công lỗ ắc piston; đồ gá phay biên dạng cam. - Đồ gá vạn năng lắp ghép (đồ gá tổ hợp): theo yêu cầu gia công của một nguyên công nào đó, chọn một bộ các chi tiết tiêu chuẩn hoặc bộ phận đã đ•ợc chuẩn bị tr•ớc để tổ hợp thành các đồ gá. Sử dụng loại đồ gá này có •u điểm là giảm chu kỳ thiết kế và chế tạo đồ gá, giảm thời gian chuẩn bị sản xuất. Đồng thời với một bộ các chi tiết của đồ gá đã đ•ợc tiêu chuẩn hoá có thể đ•ợc sử dụng nhiều lần, tiết kiệm vật liệu chế tạo đồ gá, giảm công lao động và giảm giá thành sản phẩm. Loại này có nh•ợc điểm: Độ cứng vững kém; nặng và cồng kềnh hơn so với đồ gá vạn năng, cần đầu t• vốn khá lớn để chế tạo hàng vạn chi tiết tiêu chuẩn với độ chính xác cao. Tuy nhiên, loại đồ gá này rất hay đ•ợc dùng trong dạng sản xuất loạt nhỏ, chủng loại chi tiết nhiều, đặc biệt đối với những sản phẩm mới. - Đồ gá điều chỉnh và đồ gá gia công nhóm: Hai loại đồ gá này có chung một đặc điểm là sau khi thay đổi hoặc điều chỉnh một số chi tiết cá biệt của đồ 6 gá thì có thể gia công những chi tiết có hình dáng, kích th•ớc và công nghệ gần giống nhau. - Đồ gá vạn năng điều chỉnh: phạm vi sử dụng t•ơng đối rộng, ví dụ: mâm cặp then hoa dùng trên máy tiện; đồ gá khoan trụ tr•ợt thanh răng. - Đồ gá gia công nhóm đ•ợc thiết kế và chế tạo cho một nhóm chi tiết nhất định nào đó. Đối t•ợng gia công và phạm vi sử dụng t•ơng đối rõ ràng. Sử dụng các loại đồ gá này có thể đạt đ•ợc hiệu quả nh• nhau trong dạng sản xuất loạt nhỏ cũng nh• dạng sản xuất loạt lớn, đồng thời là biện pháp có thể ứng dụng để cải cách thiết kế trang bị công nghệ. b) Căn cứ vào chủng loại máy sử dụng có thể phân ra: Đồ gá tiện, đồ gá phay, đồ gá khoan, đồ gá mài. c) Căn cứ vào nguồn sinh ra lực để kẹp chặt có thể phân ra: Đồ gá kẹp bằng tay, kẹp bằng khí nén, kẹp bằng dầu ép, kẹp kết hợp giữa khí nén- dầu ép, kẹp bằng điện từ. d) Căn cứ vào số chi tiết đồng thời đ•ợc gia công thì có: Đồ gá kẹp một chi tiết, đồ gá kẹp nhiều chi tiết cùng một lúc. 1.5. Các thành phần của đồ gá Chủng loại và kết cấu đồ gá gia công cơ tuy có khác nhau, nh•ng nguyên lý làm việc của nó về cơ bản là giống nhau. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, tr•ớc hết chúng ta căn cứ vào tính năng giống nhau của các chi tiết và cơ cấu trong đồ gá để xác định. Các thành phần chủ yếu của đồ gá gia công cơ gồm: - Cơ cấu định vị (đồ định vị) dùng để xác định vị trí chính xác của chi tiết trong đồ gá. - Cơ cấu kẹp chặt (đồ kẹp chặt) dùng để thực hiện việc kẹp chặt chi tiết gia công trên đồ gá, mà không bị chuyển vị trong suốt quá trình gia công. - Cơ cấu so dao, dẫn h•ớng: dùng để xác định vị trí chính xác của dao cắt đối với đồ gá (vị trí của dao so với bề mặt gia công). - Cơ cấu định vị đồ gá trên máy dùng để định vị đồ gá trên bàn máy - Thân đồ gá để các chi tiết định vị, kẹp chặt và các chi tiết khác đ•ợc lắp trên nó tạo thành một đồ gá hoàn chỉnh. - Để đáp ứng yêu cầu gia công cơ trên đồ gá còn có các chi tiết và cơ cấu 7 khác nh•: cơ cấu phân độ, cơ cấu định tâm, cơ cấu phóng đại lực kẹp, cơ cấu sinh lực. 1.5.1. Định vị, chi tiết định vị trong đồ gá 1) Định vị a) Khái niệm Trong môn học công nghệ chế tạo máy đã đề cập đến vấn đề định vị, đối với đồ gá thì định vị lại trở thành vấn đề cụ thể và không thể tách khỏi đồ gá. Đồ gá là trang bị công nghệ trực tiếp làm nhiệm vụ định vị chi tiết trong quá trình gia công, vì vậy định vị trong đồ gá trở thành nhiệm vụ quan trọng nhất. Để đảm bảo độ chính xác của chi tiết gia công cần phải xác định đ•ợc đúng đắn vị trí t•ơng đối giữa chi tiết gia công với dụng cụ cắt, thông qua đồ gá trên bàn máy và các đồ định vị của đồ gá (chốt định vị, phiến tỳ, trục gá). Định vị là bằng cách này hoặc cách khác xác định một cách đúng đắn vị trí t•ơng đối giữa chi tiết gia công với dụng cụ cắt nhằm mục đích sau khi dao cắt hớt đi một lớp kim loại trên bề mặt chi tiết gia công sẽ tạo ra bề mặt mới gia công có vị trí chính xác t•ơng đối với chuẩn gia công. b) Chuyển động của vật rắn và nguyên tắc sáu điểm định vị Nh• ta đã biết trong cơ học chất rắn, mỗi vật thể trong không gian có sáu khả năng chuyển động cơ bản đ•ợc xác định trong hệ toạ độ đề các ox; oy và oz, các khả năng đó bao gồm: (hình 1.1). y o x z Hình 1.1 Chuyển động thẳng theo ph•ơng ox, ký hiệu là ox Chuyển động thẳng theo ph•ơng oy, ký hiệu là oy Chuyển động thẳng theo ph•ơng oz, ký hiệu là oz Quay quanh trục ox, ký hiệu là ox 8 Quay quanh trục oy, ký hiệu là oy Quay quanh trục oz, ký hiệu là oz Vì thế, mỗi vật rắn muốn xác định một vị trí cố định trong không gian thì phải xác định đ•ợc khả năng chuyển động của sáu chuyển động nói trên, nghĩa là nếu sáu chuyển động tự do của vật thể đều bị hạn chế ở một vị trí nào đó thì vật thể có đ•ợc một vị trí trong không gian và chỉ một vị trí mà thôi. Nếu chỉ cần để cho một chuyển động nào đó đ•ợc tự do chuyển động thì vật thể sẽ có vô số vị trí và do đó trong không gian vật thể không đ•ợc xác định ở một vị trí cố định nào cả. Đó là nguyên tắc sáu điểm định vị. Ví dụ: hình 1.2a là sơ đồ định vị của một chi tiết hình hộp. Chi tiết đ•ợc đặt trong ba toạ độ ox, oy, oz: z z • w • • • 1 • • • • • • o x • • w2 x o • • • • • w3 y • y a/ b/ Hình 1.2 Mặt đáy song song với mặt phẳng xoy ta dùng ba điểm đỡ. Diện tích hình tam giác nối ba điểm này càng lớn thì chi tiết càng cứng vững. Do đó ta th•ờng phải chọn mặt lớn nhất của chi tiết làm mặt định vị bằng ba điểm (th•ờng là mặt đáy) và gọi là mặt chuẩn chính. Ba điểm ở mặt định vị chính khống chế ba bậc tự do: xê dịch thẳng theo trục oz, quay quanh trục ox và quay quanh trục oy. Mặt phẳng bên của chi tiết song song với mặt phẳng yoz đ•ợc tựa vào hai điểm tựa, hạn chế đ•ợc hai bậc tự do: xê dịch thẳng theo trục ox và quay quanh trục oz. Mặt phẳng này đ•ợc gọi là mặt chuẩn định h•ớng và th•ờng chọn mặt dài nhất của chi tiết làm mặt chuẩn h•ớng (th•ờng là mặt bên). 9 Mặt đầu của chi tiết song song với mặt phẳng xoz đ•ợc tỳ vào một điểm tựa, hạn chế đ•ợc một bậc tự do còn lại là xê dịch theo trục oy. Mặt này đ•ợc gọi là mặt chuẩn chặn và th•ờng chọn mặt nhỏ nhất của chi tiết làm mặt chuẩn chuẩn chặn (th•ờng là mặt đầu). Nhờ sáu điểm định vị đó mà vị trí của chi tiết hoàn toàn đ•ợc xác định. Hình 1.2b là sơ đồ định vị chi tiết dạng hộp trong đồ gá, hạn chế đủ sáu bậc tự do. Những điểm định vị này là các chốt định vị, có thể sử dụng một trong các lực kẹp w1, w2, w3 để bảo đảm cho vị trí của chi tiết đ•ợc cố định sau khi đã định vị và không bị xê dịch do lực cắt và rung động sinh ra trong quá trình cắt. Ghi nhớ: Không phải lúc nào chi tiết gia công cũng phải hạn chế hết sáu bậc tự do, mà tuỳ theo yêu cầu của bề mặt gia công có khi chỉ cần hạn chế năm bậc tự do, bốn bậc tự do hoặc thậm chí có tr•ờng hợp chỉ cần hạn chế ba bậc tự do là đủ, nh• tr•ờng hợp gia công một mặt phẳng đơn thuần. Tuy nhiên tr•ờng hợp hạn chế ba bậc tự do ít thấy, vì thực tế khi gá đặt chi tiết trong đồ gá thì vị trí của chi tiết cần đ•ợc xác định nhanh chóng so với dao cắt. Ví dụ, khi phay một mặt phẳng về lý thuyết chỉ cần hạn chế ba bậc tự do, nh•ng thực tế vẫn cần thêm các điểm tựa để xác định nhanh vị trí của chi tiết. Những điểm tựa này về mặt lý thuyết là không cần thiết, nh•ng nó giúp cho việc gá đặt đ•ợc nhanh chóng. Ngoài ra, trong mọi tr•ờng hợp đều không đ•ợc định vị hạn chế quá sáu bậc tự do hoặc một bậc tự do bị hạn chế quá một lần, nh• thế gọi là siêu định vị. Cụ thể là trên một mặt phẳng không hạn chế quá ba bậc tự do, trên hai mặt phẳng thẳng góc không hạn chế quá năm bậc tự do và trên ba mặt phẳng vuông góc với nhau hạn chế không quá sáu bậc tự do. Siêu định vị sẽ gây ra những hậu quả xấu ảnh h•ởng đến độ chính xác về vị trí của chi tiết gia công nh• chi tiết bị vênh. Mặt khác nếu số điểm định vị v•ợt quá số điểm cần thiết thì kết cấu của đồ gá sẽ trở nên phức tạp thêm. Tóm lại, muốn định vị một chi tiết gia công đ•ợc tốt cần phải: - Khống chế đủ số bậc tự do cần thiết - Không dùng quá số điểm định vị cần thiết 10 Ví dụ 1: Định vị của một chi tiết biên để gia công lỗ nhỏ của biên. Muốn thực hiện đ•ợc nhiệm vụ gia công đó cần phải hạn chế cả sáu bậc tự do mới đảm bảo vị trí biên chính xác so với dao cắt đ•ợc. Hình 1.3a là sơ đồ định vị, mặt đáy biên dùng ba điểm hạn chế ba bậc tự do (tịnh tiến theo trục oz, quay quanh trục ox và quay quanh trục oy); mặt lỗ trụ lớn của biên dùng hai điểm hạn chế hai bậc tự do (tịnh tiến theo trục ox và trục oy); mặt bên của biên dùng một điểm hạn chế một bậc tự do còn lại (quay quanh trục oz) z x y a/ b/ c/ Hình 1.3 Trong thực tế, vị trí của chi tiết nằm trong đồ gá nh• (hình 1.3b), đây là những phiến định vị phẳng hạn chế ba bậc tự do, chốt trụ ngắn trong lỗ lớn hạn chế hai bậc tự do và mặt bên của biên tựa vào một chốt trụ hạn chế một bậc tự do còn lại. Sau khi chi tiết biên đã đ•ợc đặt vào đúng vị trí chính xác (nghĩa là đã định vị xong) thì ta tiến hành kẹp chặt chi tiết lại, lực kẹp phải đủ lớn để chống đ•ợc lực cắt và rung động sinh ra trong quá trình cắt gọt, không làm cho chi tiết biên xê dịch khỏi vị trí chính xác đã định vị. Đó là nhiệm vụ của kẹp chặt và cơ cấu kẹp chặt chỉ có nhiệm vụ đó mà thôi. Tr•ờng hợp chiều cao chốt trụ trong lỗ quá chiều dài cho phép thì do đ•ờng tâm lỗ và mặt đáy của biên có thể không vuông góc với nhau, khi định vị chi tiết biên vào sẽ bị kênh lên (hình 1.3c). Vì một chốt dài không phải hạn chế hai bậc tự do mà nó t•ơng đ•ơng với bốn điểm định vị hạn chế bốn bậc tự do. Hậu quả khi kẹp chặt ở phía đầu biên nhỏ, lực này gây c•ỡng bức đầu biên nhỏ gục xuống làm cho biên bị biến dạng uốn cong. Sau khi gia công lỗ nhỏ xong, tháo chi tiết biên khỏi đồ gá chi tiết sẽ phục hồi trở lại dẫn đến mặt trụ trong của 11 lỗ nhỏ vừa gia công không vuông góc với mặt đáy và đ•ờng tâm hai lỗ biên không song song với nhau. Ví dụ 2: Định vị một chi tiết hình trụ để phay rãnh ở mặt đầu đi qua tâm bằng dao phay đĩa ba mặt cắt (hình 1.4) z w w x o y b/ a/ c/ Hình 1.4 Với nhiệm vụ gia công trên chi tiết cần phải hạn chế năm bậc tự do mới đủ để xác định đ•ợc vị trí của rãnh so với dao cắt. ở một mặt đầu định vị trên mặt phẳng hạn chế ba bậc tự do (tịnh tiến theo trục oz, quay quanh trục ox và trục oy). Mặt trong của lỗ định vị bằng một chốt trụ ngắn hạn chế hai bậc tự do (tịnh tiến theo trục ox và trục oy). Duy chỉ có bậc tự do quay quanh trục oz không cần hạn chế, vì dù chi tiết quay quanh trục oz bất kỳ vị trí nào đều không ảnh h•ởng đến vị trí cần thiết so với dao cắt, nghĩa là bề mặt rãnh gia công vẫn đi qua tâm đối xứng. Theo hình 1.4b là sơ đồ thể hiện vị trí thực của chi tiết gia công trong đồ gá, mặt đáy tựa lên một phiến định vị phẳng, mặt trong của lỗ lắp khít với một chốt trụ ngắn. Sau đó dùng lực kẹp chặt để giữ chi tiết khỏi xê dịch trong quá trình gia công. Nếu ta dùng một chốt trụ dài (hình 1.4c) thì do đ•ờng tâm lỗ có thể không thẳng góc với mặt đáy và khi định vị chi tiết có thể bị vênh lên. Hậu quả thành của rãnh sẽ bị bên nông, bên sâu không đều nhau. 12 c) Chuẩn và phân loại chuẩn Trên bản vẽ chi tiết hoặc trong sơ đồ nguyên công, mỗi bề mặt gia công đều có liên hệ về vị trí t•ơng đối với các yếu tố khác của chi tiết. Các yếu tố của chi tiết có thể là điểm, đ•ờng và bề mặt chúng có thể là thực hoặc ảo. Để xác định vị trí t•ơng quan giữa các bề mặt của một chi tiết hay giữa các chi tiết khác nhau, ng•ời ta đ•a ra khái niệm chuẩn và định nghĩa nh• sau: chuẩn là tập hợp những bề mặt, đ•ờng hoặc điểm của một chi tiết mà căn cứ vào đó để xác định vị trí của các bề mặt, đ•ờng hay điểm khác của bản thân chi tiết đó hoặc với chi tiết khác. Chuẩn chia làm hai loại chính là chuẩn thiết kế và chuẩn công nghệ. - Chuẩn thiết kế là chuẩn dùng trong quá trình thiết kế, đ•ợc thành lập các chuỗi kích th•ớc trong quá trình thiết kế. Chuẩn thiết kế có thể là chuẩn thực hay chuẩn ảo. Chuẩn thiết kế ảo th•ờng thấy nhất là đ•ờng tâm của trục, lỗ. - Chuẩn công nghệ gồm chuẩn gia công, chuẩn lắp ráp và chuẩn kiểm tra Chuẩn gia công dùng để xác định vị trí của những bề mặt, đ•ờng, điểm của chi tiết trong quá trình gia công cơ. Chuẩn gia bao giờ cũng là chuẩn thực. Trong chuẩn gia công còn có chuẩn thô, chuẩn tinh. Chuẩn thô là những bề mặt đ•ợc chọn làm chuẩn nh•ng ch•a đ•ợc gia công, còn chuẩn tinh là những bề mặt chọn làm chuẩn đã đ•ợc gia công. Nếu chuẩn tinh đ•ợc dùng trong quá trình gia công và lắp ráp sau này thì gọi là chuẩn tinh chính, ng•ợc lại không dùng trong quá trình lắp ráp gọi là chuẩn tinh phụ. Chuẩn lắp ráp là chuẩn dùng để xác định vị trí t•ơng quan của các chi tiết khác nhau của một bộ phận máy trong quá trình lắp ráp. Chuẩn lắp ráp có thể trùng hoặc không trùng với mặt tỳ lắp ráp. Chuẩn kiểm tra (hay còn gọi là chuẩn đo l•ờng) là chuẩn căn cứ vào đó để tiến hành đo hay kiểm tra kích th•ớc về vị trí giữa các yếu tố hình học của chi tiết máy. Trong thực tế có khi chuẩn gia công, chuẩn lắp ráp, chuẩn kiểm tra có thể trùng nhau hoặc không trùng nhau, tr•ờng hợp chuẩn gia công và chuẩn lắp ráp trùng nhau đ•ợc gọi là chuẩn tinh thống nhất. 13 Ví dụ 1: Trong hình 1.5a là sơ đồ phay mặt phẳng số 2 đảm bảo kích th•ớc Aa, trong tr•ờng hợp này chuẩn gia công và chuẩn định vị trùng nhau nên kích th•ớc A a không có sai số chuẩn, mà chỉ có sai số khi dao bị mòn. 3 Dao phay Dao phay b  B h c   a H 2 2 o C o  1 A 1 Đồ định vị Đồ định vị a/ b/ Hình 1.5 Ví dụ 2: Hình 1.5b cũng là sơ đồ phay mặt phẳng số 2, với cách ghi kích th•ớc và định vị này thì kích th•ớc C c và kích th•ớc B b ngoài sai số khi dao bị mòn còn có cả sai số chuẩn do chuẩn gia công và chuẩn định vị không trùng nhau. Kích th•ớc C c (chuẩn gia công là tâm o), kích th•ớc B b (chuẩn gia công là mặt số 3) nh•ng chuẩn định vị là mặt đáy số 1 áp sát với đồ định vị của đồ gá. Điều đó có thể giải thích nh• sau: giả thử ta lấy mặt số 3 làm chuẩn gia công và ghi kích th•ớc B b (kích th•ớc gia công) trong khi đó khoảng cách từ chuẩn định vị số 1 đến chuẩn gia công là mặt phẳng số 3 không cố định trong cả loại chi tiết gia công, mà khoảng cách đó có dung sai là ( h = 2h). Nh• thế trong cả loạt chi tiết vị trí của chuẩn gia công số 3 cao thấp không giống nhau, do vậy vị trí của bản thân chuẩn gia công so với dao cắt không cố định đ•ợc. Từ đó, sau khi dao cắt gia công đ•ợc mặt số 2 thì bề mặt này sẽ cách mặt số 3 những khoảng cách khác nhau (đối với cả loạt chi tiết). Những khoảng cách khác nhau này không những bao gồm dung sai của kích th•ớc B ( b = 2b) mà còn bao gồm cả dung sai của kích th•ớc H ( h = 2 h). Do đó sai số về vị trí t•ơng quan giữa mặt gia công số 2 và chuẩn gia công số 3 lớn nhất, bằng tổng sai số của hai kích th•ớc: B = 2b + 2h, trong đó trị số (2b) là sai số chuẩn do chuẩn gia công và chuẩn định vị không trùng nhau gây ra. Nếu sử dụng một kết cấu 14 nào đó mà dùng mặt số 3 làm chuẩn định vị trùng với chuẩn gia công, thì trong sai số B của kích th•ớc B sẽ không có trị số 2h nữa, tức là sai số chuẩn bằng không mà chỉ còn lại sai số 2b. Ví dụ 3: hình 1.6 là sơ đồ gia công mặt 1 A số 1 của một chi tiết hình trụ tròn, định vị trên • 3 h 1 khối vê. Có ba tr•ờng hợp ghi kích th•ớc gia h o 2 công: h1, h2 và h3. Chuẩn định vị ở đây là mặt h trụ tròn ngoài cũng có nghĩa là tâm 0 của nó. B • Nếu ghi kích th•ớc nh• h1 thì chuẩn gia công là tâm 0, chuẩn gia công trùng với chuẩn định vị Hình 1.6 và sẽ không có sai số chuẩn. Nếu ghi kích th•ớc nh• h2 thì chuẩn gia công là điểm B, chuẩn này không trùng với chuẩn định vị tâm 0 và sẽ sinh ra sai số chuẩn. Nếu ghi kích th•ớc nh• h3 thì chuẩn gia công là điểm A, tất nhiên tr•ờng hợp này cũng sinh ra sai số chuẩn. Nh• vậy, khi định vị trên khối V tốt nhất ghi kích th•ớc gia công nh• h1, sai số sẽ nhỏ nhất. * Các thành phần sai số của kích th•ớc khởi xuất Trong mỗi nguyên công vấn đề cơ bản là đảm bảo đ•ợc kích th•ớc gia công của nguyên công đó. Sai số tổng cộng của kích th•ớc gia công gồm ba thành phần sau: Sai số gá đặt chi tiết (g) Sai số điều chỉnh máy (đc) Sai số gia công (gc). Sai số gá đặt (g) sinh ra trong quá trình gá đặt chi tiết trong đồ gá, gồm: sai số chuẩn c (sai số do chuẩn gia công và chuẩn định vị không trùng nhau gây ra), sai số kẹp chặt k và sai số đồ gá đg (do đồ gá chế tạo không chính xác, đồ gá định vị trên máy không chính xác, các đồ định vị của đồ gá bị mòn, ...). Sai số điều chỉnh (đc) sinh ra bởi sự gá đặt dao cắt sai, điều chỉnh các cữ tỳ không chính xác. 15 Sai số gia công (gc) sinh ra trong quá trình gia công gồm: sai số về kích th•ớc, về hình dáng hình học do biến dạng đàn hồi, biến dạng nhiệt và sự mài mòn của hệ thống công nghệ (máy - dao - đồ gá - chi tiết gia công), ... Trong ba sai số trên thì sai số gá đặt có ý nghĩa lớn và trong nhiều tr•ờng hợp nó đóng vai trò quyết định. Xét trong đồ gá thì sai số điều chỉnh (đc) và sai số gia công (gc) thì ít tác dụng, nh•ng sai số gá đặt (g) có tác dụng rất lớn, đây là đối t•ợng chủ yếu phải nghiên cứu. Nh• đã trình bày ở trên sai số gá đặt (g) bao gồm: sai số chuẩn (c), sai số kẹp chặt (k) và sai số đồ gá (đg), mỗi thành phần sai số đều có tr•ờng phân tán của nó, nghĩa là: c = L1max – L1min k = L2max – L2min đg = L3max – L3min Cho nên sai số gá đặt cũng có tr•ờng phân tán phân bố kích th•ớc: g = Lmax - Lmin Vì mỗi thành phần đều có những trị số ngẫu nhiên tạo ra tr•ờng phân tán, nên khi tổng hợp chúng lại sai số gá đặt g cũng có nhân tố ngẫu nhiên. Do vậy, khi tổng hợp sai số không cộng theo số học mà là cộng theo định luật phân bố 2 2 2 bình th•ờng (tính chất của đ•ờng cong Gauss) và ta có: g =  C   k   dg Sai số chuẩn (c) là sai số của kích th•ớc gia công do sai số mặt định vị và sai số không trùng chuẩn gây ra. Là phạm vi phân bố của kích th•ớc gia công sinh ra bởi sự xê dịch của chuẩn gia công. Sai số chuẩn bao gồm hai thành phần tổng hợp lại tạo ra: sai số mặt định vị mđv và sai số không trùng chuẩn ktc (chuẩn gia công và chuẩn định vị không trùng nhau). Trong đó: - Sai số mặt định vị là khả năng xê dịch lớn nhất của chuẩn định vị theo một ph•ơng nào đó (th•ờng là thẳng đứng hoặc nằm ngang) do dung sai của chuẩn định vị, sai số của mặt đồ định vị và kết cấu khác của đồ định vị gây ra đối với các chi tiết trong một loạt. 16 - Sai số không trùng chuẩn là khả năng xê dịch lớn nhất của chuẩn gia công theo ph•ơng h•ớng kính của nó, do dung sai của khoảng cách từ chuẩn định vị đến chuẩn gia công gây ra, làm cho chuẩn gia công xê dịch một đoạn t•ơng đối với chuẩn định vị. Nếu hai chuẩn này trùng nhau thì sai số không trùng chuẩn hoàn toàn bằng không. Có thể khái quát sai số chuẩn theo sơ đồ sau: Sai số mặt định vị Làm chuẩn định vị tự mđv xê dịch một đoạn so với dao cắt Sai số chuẩn c (chính là sai số của kích th•ớc gia công) Sai số không trùng Làm chuẩn gia công xê chuẩn ktc dịch một đoạn t•ơng đối với chuẩn định vị Khi tính sai số chuẩn th•ờng tính riêng biệt sai số mặt định vị và sai số không trùng chuẩn, sau đó mới tổng hợp chúng lại thành sai số chuẩn bằng cách chiếu chúng lên ph•ơng của kích th•ớc gia công theo quan hệ hình học cụ thể của chi tiết gia công. Ví dụ 1: Một chi tiết bất kỳ cần gia công mặt A (hình 1.7a), lấy mặt cung tròn B (tâm 0) làm chuẩn định vị. Chuẩn gia công là L. Nh• vậy chuẩn gia công (C) và chuẩn định vị (O) không trùng nhau. Do chuẩn định vị có dung sai là  (là dung sai của nguyên công sát tr•ớc để lại) nên chuẩn định vị có khả năng xê ’ ’ dịch lớn nhất từ tâm O đến O theo ph•ơng thẳng đứng. Do đó: mđv = OO là sai số mặt định vị theo ph•ơng thẳng đứng. Nếu giả thiết sau khi tâm O dịc... Còn chi tiết định vị phụ là chốt tỳ đỡ điều chỉnh (Hình 1.32), đ•ợc sử dụng sau khi đã định vị chi tiết gia công trên các chi tiết định vị chính, tăng c•ờng độ cứng vững cho chi tiết không bị thay đổi hoặc biến dạng, khi chốt tỳ đỡ và điều chỉnh cho tiếp xúc với mặt định vị của chi tiết gia công. Đối với chi tiết gia công nhẹ thì có thể dùng chốt tỳ đỡ điều chỉnh bằng tay, chi tiết gia công nặng khi 41 điều chỉnh phải sử dụng dụng cụ cầm tay nh• cờ lê để vặn đai ốc điều chỉnh cho chốt tỳ dịch chuyển tiếp xúc với vật gia công. Hình 1.32 b) Chi tiết định vị khi chuẩn là mặt trụ ngoài Khi chuẩn là mặt trụ ngoài, chi tiết định vị th•ờng dùng khối V (vê) và cơ cấu tự định tâm. Khối V có thể định vị đ•ợc những mặt trụ ngoài có đ•ờng kính khác nhau. Khối V đ•ợc phân loại theo góc (ký hiệu ) hợp giữa hai mặt định vị,  = 600;  = 900;  = 1200. Tùy theo yêu cầu định vị có thể dùng khối V ngắn hoặc khối V dài. Khối V ngắn (hình 1.33a) có chiều dài tiếp xúc với mặt chuẩn chi tiết gia L công theo tỷ lệ  1 và hạn chế 2 bậc tự do (D là đ•ờng kính của chi tiết gia D công, L chiều dài tiếp xúc thực của chi tiết với khối V). Khối V dài (Hình 1.33b)  C D H h b/ c/ a/ Hình 1-33 42 L có chiều dài tiếp xúc với mặt chuẩn chi tiết gia công theo tỷ lệ  1,5 và hạn D chế 4 bậc tự do. Khi mặt trụ ngoài là chuẩn thô, thì mặt định vị của khối V nhỏ, bề rộng từ 2  5 mm (hình 1.33c) hoặc khía nhám. Để đảm bảo chính xác vị trí của chi tiết gia công trên đồ gá, cần phải định vị chính xác khối V trên thân đồ gá. Khối V đ•ợc định vị trên thân đồ gá bằng hai chốt (chốt lắp ghép với khối V và thân đồ gá theo mối ghép A ) và dùng vít để bắt chặt. Khi thiết kế khối V, tr•ớc hết xác L1 định kích th•ớc C, rồi tính kích th•ớc H theo đ•ờng kính D và kích th•ớc C, quan hệ giữa kích th•ớc H, D và C nh• sau: - Khi góc  = 900; H = h + 0,707D  0,5C - Khi góc  = 1200; H = h + 0,578D  0,289C Cơ cấu tự định tâm dùng định vị chi tiết gia công khi chuẩn là mặt trụ ngoài hoặc mặt trụ trong. Cơ cấu tự định tâm là cơ cấu vừa định vị, vừa kẹp chặt, đồng thời có tác dụng làm cho tâm đối xứng của chi tiết gia công trùng với tâm của cơ cấu định tâm. Tự định tâm rất cần thiết khi phải gá đặt chi tiết hai hoặc nhiều lần, khiến những lần gá đặt đó tâm chi tiết có vị trí không thay đổi. Ưu điểm nổi bật của cơ cấu này là giảm thời gian định vị và kẹp chặt chi tiết; độ chính xác định tâm cao, vì dung sai của hai mặt chuẩn và dung sai khoảng cách giữa hai mặt chuẩn phân đều cho hai bên. Cơ cấu tự định tâm th•ờng hay dùng để định tâm chi tiết tròn xoay, đối xứng và chi tiết có chuẩn định vị là chuẩn tinh, vì có sai số mặt định vị bằng không (mđv = 0). Cơ cấu tự định tâm bằng ren ốc trái chiều nhau (hình 1.34) tự định tâm Hình 1-34 43 nhờ vào hai đoạn ren trái chiều nhau, có b•ớc ren bằng nhau khiến hai hàm ê tô cùng tiến hoặc cùng lùi với tốc độ nh• nhau. Độ chính xác định tâm phụ thuộc vào b•ớc ren của hai đoạn ren và khe hở giữa trục vít me - đai ốc, không phụ thuộc vào kích th•ớc đai ốc và trục vít me, do đó độ chính xác định tâm không cao lắm. Cơ cấu tự định tâm bằng chêm (hình 1.35) nhờ lõi số 4 có ba mặt vát nghiêng nh• hình cái chêm, khi vặn đai ốc số 5 tiến vào, lõi số 4 sẽ đẩy ba con tr•ợt số 3 ra đều nhau để định tâm và kẹp chặt luôn chi tiết gia công bằng mặt chuẩn trong của nó. góc nâng của chêm th•ờng bằng 150. Kết cấu định tâm bằng chêm có độ chính xác định tâm cao, độ cứng vững tốt. Hình 1.35 Cơ cấu tự định tâm bằng đòn bẩy (hình 1.36) độ chính xác định tâm loại này phụ thuộc vào sự lắp ghép các chốt quay, tỷ lệ giữa các cánh tay đòn. Nếu mặt chuẩn là mặt trụ ngoài, sử dụng sơ đồ định vị (hình 1.36ab), còn định tâm mặt trụ trong, sử dụng sơ đồ (hình 1.36c).  Q Q c/ a/ b/ Hình 1.36 44 Cơ cấu tự định tâm bằng các đ•ờng cong (hình 1.37) sử dụng khi mặt chuẩn là mặt trụ trong chi tiết. Dựa vào đ•ờng cong của rãnh để đẩy hai chốt định vị vào mặt lỗ chi tiết. Hành trình của loại này rất ngắn, để tăng hành trình có thể làm hai đoạn đ•ờng cong: đoạn đầu góc nâng d•ới 300 để đẩy chốt đi xa, đoạn hai góc nâng nhỏ hơn 50 để kẹp chặt và tự hãm đ•ợc. Vì đ•ờng cong khó chế tạo chính xác, nên độ chính xác định tâm loại Hình 1.37 này không cao lắm. Tự định tâm bằng mâm cặp tự định tâm (hình 1.38) khi quay bánh khía hình côn làm đĩa quay, trên mặt đĩa có rãnh xoắn Ac-si-met ăn khớp với răng phía sau của vấu, do đó khi đĩa quay ba vấu sẽ tiến vào tâm hoặc lui ra cùng một tốc độ. Loại mâm cặp này sử dụng rộng rãi, •u điểm của chúng là tính vạn năng cao, lực kẹp lớn. Nh•ợc điểm, rãnh xoắn trên mặt đầu có độ cong khác nhau (bán kính không bằng nhau), vì thế, phần răng ở vấu tiếp xúc với rãnh xoắn ác- xi-mét theo đ•ờng chứ không tiếp xúc mặt, nên răng chịu áp lực lớn, nhanh mòn. Hình 1.38 Cơ cấu định tâm bằng khe chêm (hình 1.39) nguyên tắc của loại này là nhờ vào lực cắt để đẩy các con lăn hoặc vấu kẹp vào khe hở hình chêm và có tác dụng tự định tâm đồng thời kẹp chặt, vì thế lực cắt càng lớn thì lực kẹp càng lớn . 45 a) b) e) d) c) Hình 1-39 Hình 1.39a là cơ cấu định tâm khi mặt chuẩn là mặt trụ ngoài chi tiết; hình 1.39bcde là cơ cấu định tâm khi mặt chuẩn là mặt trụ trong chi tiết. Để tăng hệ số ma sát, dùng khi mặt định vị là chuẩn thô (hình 1.39e) sử dụng vấu có khía nhám, còn lại dùng con lăn cho các mặt định vị là chuẩn tinh. Khi muốn tháo lỏng chỉ cần dùng tay hoặc một kết cấu tay quay nào đó quay ng•ợc chi tiết gia công để đẩy con lăn hoặc vấu ra khỏi khe chêm là đ•ợc. Muốn con lăn tự hãm   cầm đảm bảo giá trị của các góc nh• sau:   và   2 1 2 2 Trong đó: 1- là góc ma sát giữa con lăn và vật gia công 2 - là góc ma sát giữa con lăn và lõi cam  - là góc hợp bởi hai tiếp tuyến ở điểm tiếp xúc giữa con lăn và vật gia công; giữa con lăn và lõi cam. Thông th•ờng 1 > 2 nên ta có   22 Cơ cấu tự định tâm bằng lò so đĩa (hình 1.40) loại này có tính định tâm rất cao (0,01 – 0,03 mm) lực kẹp lớn, đơn giản, thao tác dễ dàng. Lò so đĩa đ•ợc làm bằng thép 50C2A, đ•ờng kính bị biến dạng khi định vị thay đổi (tăng hoặc giảm) từ 0,15 đến 0,4 mm, đ•ờng kính Hình 1.40 ngoài từ 18  200 mm, đ•ờng kính trong từ 4  160 mm, chiều dày từ 0,5 đến 1,25 mm, lò so đĩa lỗ hình trụ mài đạt độ nhám Ra = 0,63, mặt định vị lắp 46 ghép với trục tâm theo mối ghép A và A . Kết cấu của lò so đĩa đ•ợc thể hiện L2 L1 trên hình 1.41, số lò so đĩa càng nhiều thì lực kẹp càng lớn. Sau khi vặn vít số 5 các lò so đĩa chịu một lực và biến dạng, đ•ờng kính ngoài của lò so đĩa tăng lên làm cho chi tiết đ•ợc định vị và kẹp chặt. Hình 1.41 Cơ cấu tự định tâm bằng ống kẹp co bóp đàn hồi (hình 1.42) là ống kẹp hình côn đ•ợc sẻ rãnh, nhờ biến dạng đàn hồi của nó để kẹp chặt và định tâm chi tiết. Th•ờng dùng liên hợp với các chi tiết kẹp chặt khác. a) b) Hình 1.42 ống kẹp co bóp đàn hồi có thể định tâm bằng mặt trụ ngoài và mặt trụ trong chi tiết, khi định tâm bằng mặt trong chính là trục tâm đàn hồi th•ờng để gia công những ống lớn; có thể kẹp chặt một đầu và kẹp chặt cả 2 đầu; chiều của lực kẹp chặt có thể đẩy hoặc kéo. Rãnh và lỗ ống kẹp có thể xẻ rãnh nh• hình 1.43, tùy theo tiết diện của phôi có thể dùng lỗ hình vuông (xẻ 4 rãnh), lỗ hình chữ nhật (xẻ 4 rãnh), lỗ hình lục giác (xẻ 3 rãnh). 47 Hình 1.43 Khi ống kẹp nằm trong ổ kẹp thì tùy theo đ•ờng kính phôi to nhỏ mà các điểm tiếp xúc giữa phôi với ống kẹp, giữa ống kẹp với ổ kẹp sẽ khác nhau (hình 1.44) trong đó hình a ứng với đ•ờng kính phôi nhỏ, hình b ứng với đ•ờng kính phôi lớn, hình c ứng với đ•ờng kính phôi trung bình. a/ b/ c/ Hình 1.44 Góc côn () của phần làm việc (hình 1.45) khi ở trạng thái tự do và khi ở trạng thái kẹp chặt th•ờng lấy cách nhau nửa độ (30’). với loại đẩy: 1 =  - 30’ với loại kéo: 1 =  + 30’ Hình 1.45 Tính lực kẹp, nếu ta xem ống kẹp nh• một cái chêm cứng không biến dạng thì phần làm việc của nó chịu các lực sau đây khi kẹp chặt (hình 1.46) 48 1 Hình 1.46 Q - Là lực kéo h•ớng trục W - Là phản lực của chi tiết, tức là lực kẹp F2 - Là lực ma sát giữa chi tiết và ống kẹp (kg) W1 - Tổng phản lực thẳng đứng của phản lực W và ma sát giữa vỏ đồ gá và ống kẹp. Q Theo công thức tính lực kẹp của chêm ta có: W =   tg  1   tg2  2  Trong đó: Góc 1 và 2 là góc ma sát giữa ống kẹp với vỏ và chi tiết (phôi)  Góc 2 là nửa góc côn của ống kẹp. Nếu giữa phôi và ống kẹp có khe hở f thì lực kẹp trên phải trừ bớt đi một thành phần lực W2 cần để các mỏ kẹp A, B, C biến dạng một khoảng là f. Có thể coi các mỏ kẹp đó nh• những đòn công sôn dài là L chịu lực W2 ở đầu để biến 3EJ dạng một đoạn f, vì thế: W = f 2 L3 Trong đó: E- Là môdun đàn hồi J - Là tổng mômen quán tính của ba vấu kẹp A, B, C Q 3EJ Do đó lực kẹp W là W =  f   L3 tg 1   tg2  2  Nếu không có cữ chặn số 1 chi tiết có thể xê dịch đ•ợc theo h•ớng trục, nên lực F2 giữa chi tiết và ống kẹp không ảnh h•ởng đến lực kẹp, lúc đó: 49 Q 3EJ W =  f   L3 tg 1   2  ống kẹp co bóp đàn hồi th•ờng làm bằng thép thấm các bon, hoặc thép có thành phần các bon cao. Đối với những chi tiết lớn, nặng ống kẹp th•ờng làm bằng hợp kim. Ưu điểm của ống kẹp đàn hồi là kết cấu nhỏ, đơn giản, thao tác tiện và nhanh. Nh•ợc điểm lớn nhất là không hoàn toàn tiếp xúc với cả bề mặt phôi, dù ở mặt cắt ngang hay dọc. c) Chi tiết định vị khi chuẩn là mặt trụ trong Khi chuẩn là mặt trụ trong, th•ờng dùng chi tiết định vị là chốt trụ, chốt côn và trục tâm. Chốt trụ có mặt làm việc là mặt trụ ngoài, ngắn đ•ợc định vị với mặt lỗ của chi tiết định vị (chi tiết gia công). Chốt định vị có hai loại chốt không có vai và có vai. Chốt trụ có vai (hình 1.47ab), loại này dùng cho lỗ định vị có đ•ờng kính D lớn hơn 16 mm, mặt đáy chi tiết gia công sẽ tỳ trực tiếp lên vỏ đồ gá sẽ gây mòn và khi thay thế vỏ rất phức tạp, đó là nh•ợc điểm của loại chốt không có vai; chốt có vai (hình 1.47cd) dùng cho lỗ định vị có đ•ờng kính D bằng hoặc nhỏ hơn 16 mm, mặt đáy của chi tiết gia công tựa lên mặt đầu của vai chốt. Ngoài ra trong mỗi loại, tùy theo tr•ờng hợp sử dụng mà mặt làm việc của chốt là trụ tròn hoặc xén vát (chốt trám, hình 2.47b) và có độ dài ngắn khác nhau. Hình 1.47 50 Trong sản xuất loạt nhỏ và trung bình, chốt trụ đ•ợc lắp với thân đồ gá theo mối ghép ép nhẹ A . Trong sản xuất loạt lớn và hàng khối để dễ thay thế C1 chốt trụ khi bị mòn, chốt đ•ợc lắp vào thân đồ gá thông qua bạc lót đ•ợc tôi cứng, lắp theo mối ghép , còn chốt định vị lắp với bạc lót theo mối ghép A T1 hoặc A . Tr•ờng hợp cần thiết có thể bắt chặt chốt với thân đồ gá bằng đai ốc L1 hoặc vít (hình 1.47e) Khi sử dụng chốt trụ để định vị một chi tiết mào đó, th•ờng chỉ dùng một hoặc tối đa là hai chốt. Nếu dùng hai chốt thì mặt làm việc của một chốt là mặt trụ tròn, mặt làm việc của chốt còn lại phải xén vát (chốt trám) mới không bị siêu định vị. Tr•ờng hợp dùng một chốt trụ thì lắp ghép giữa mặt làm việc của chốt với mặt lỗ định vị theo mối ghép A hoặc A ; tr•ờng hợp dùng hai chốt L2 L3 định vị thì lắp ghép giữa mặt làm việc của chốt với mặt lỗ định vị theo mối ghép A A hoặc . L3 L5 Chốt côn định vị (hình 1.48) dùng để định vị ở hai  đầu lỗ. Mặt làm việc của côn có ba phần cách nhau 1200, nên vật gia công đ•ợc xem nh• đặt trên ba điểm, góc côn  = 600 hoặc 900. Do chốt côn khi định vị chỉ định vị vào phần đầu lỗ, để định vị tâm đ•ợc chính xác thì ba phần định vị của mặt côn phải cách đều 1200, đồng thời mặt trụ cần định vị cũng phải tròn. Trục tâm (hình 1.49) đ•ợc dùng khi chuẩn định vị Hình 1.48 là mặt trụ trong của chi tiết gia công, để gia công mặt trụ ngoài nhằm đảm bảo độ đồng tâm. Các trục tâm trên hình 1.49ac chỉ dùng cho một loại đ•ờng kính lỗ, nếu sử dụng trục tâm côn hai đầu có thể dùng đ•ợc cho nhiều đ•ờng kính lỗ khác nhau (hình 1.49bd). L•u ý, khi dùng trục tâm để gia công trên máy tiện, nếu dùng nhiều dao, vì dao đều đã đ•ợc điều chỉnh sẵn nên vị trí t•ơng đối giữa chi tiết và trục tâm phải thống nhất, cũng có nghĩa là lỗ tâm bên trái (đầu có vai) phải có độ sâu 51 bằng nhau (đối với các trục tâm thay nhau làm việc). Trục tâm cần đủ độ cứng vững tránh tính trạng bị biến dạng cong. a/ b/ c/ d/ Hình 1.49 1.5.2. Kẹp chặt và cơ cấu kẹp chặt 1) Kẹp chặt a) Khái niệm về kẹp chặt Tiếp theo việc tìm ph•ơng án định vị là việc tìm ph•ơng án kẹp chặt chi tiết gia công, đó là hai vấn đề rất quan trọng và có liên quan mật thiết với nhau. Việc chọn ph•ơng án kẹp chặt th•ờng phải xét đồng thời với việc chọn ph•ơng án định vị và trong nhiều tr•ờng hợp giải quyết vấn đề kẹp chặt khó hơn vấn đề định vị nhiều, vì kết cấu của đồ gá không cho phép cơ cấu kẹp chặt thoả mãn yêu cầu riêng của nó. Kẹp chặt là tác động lên hệ thống đồ gá, để tác động vào chi tiết gia công một lực làm mất khả năng xê dịch hoặc rung động do lực cắt hay các lực khác trong quá trình cắt sinh ra nh• lực ly tâm, trọng lựợng bản thân chi tiết, rung động, ... Những chi tiết hoặc cơ cấu nào trong đồ gá dùng để triệt tiêu sự xê dịch hoặc rung động của chi tiết gia công do lực cắt hoặc trọng l•ợng bản thân chi tiết gia công gây ra đều gọi là chi tiết kẹp chặt hoặc cơ cấu kẹp chặt. Cần phải phân biệt rõ hai khái niệm định vị và kẹp chặt, định vị là đặt chi tiết gia công vào vị trí chính xác của nó so với dao cắt (theo nguyên tắc 6 điểm định vị), chi tiết gia công ch•a có một ngoại lực nào giữ nó ở vị trí đã định vị để chống lại trọng l•ợng bản thân và lực cắt. Vì thế khi gia công, lực cắt sẽ làm cho 52 chi tiết gia công dịch chuyển khỏi vị trí đã định vị, muốn chi tiết gia công ở nguyên vị trí đã định vị đó, cần phải kẹp chặt. Khi thiết kế đồ gá nên tách rời hai cơ cấu định vị và kẹp chặt riêng biệt, vì mỗi loại có yêu cầu riêng. Đôi khi một cơ cấu có thể làm cả hai nhiệm vụ đó, nh•ng ít dùng. Để phân biệt rõ định vị và kẹp chặt, xét một số sơ đồ định vị và kẹp chặt nh• hình 1.50. 4 Hình 1.50 ở hình 1.50a là sơ đồ công nghệ khoan lỗ trên vành một chi tiết hình chậu để ngửa, phiến tùy số 3 đừng hiểu nhầm là phiến định vị, chi tiết đ•ợc định vị bằng chốt trụ số 2 và mặt đầu của phiến số 1. Chuyển động quay quanh trục Z-Z không cần hạn chế, thông cơ cấu bánh răng thanh răng số 4 sẽ kẹp chặt từ trên xuống. Phiến tỳ số 1 đồng thời là chi tiết kẹp chặt. Hình 1.50b là sơ đồ công nghệ chi tiết hình trụ đ•ợc định vị và kẹp chặt trên hai khối V, trong đó khối V số 2 là chi tiết định vị, còn khối V số 1 là chi tiết kẹp chặt. Hình 1.50c là sơ đồ công nghệ chi tiết hình trụ đ•ợc định vị và kẹp chặt bằng mặt phẳng và khối V, tr•ờng hợp này định vị là mặt phẳng, khối V vừa là chi tiết định vị vừa là chi tiết 53 kẹp chặt. Hình 1.50d là sơ đồ công nghệ phay rãnh trên mặt đế của chi tiết, ở sơ đồ này có sự hiểu lầm về định vị và kẹp chặt. Để phay đ•ợc rãnh cần định vị chi tiết đủ 6 bậc tự do: phiến tỳ số 1 hạn chế 3 bậc tự do, chốt trụ số 2 hạn chế 2 bậc tự do, còn bậc tự do quay quanh trục Z ch•a đ•ợc hạn chế. Nếu bậc tự do quay quanh trục Z do chi tiết kẹp chặt số 3 hạn chế thì đó là một sai lầm lớn về khái niệm, vì chi tiết kẹp chặt số 3 chỉ có tác dụng kẹp chặt mà không có một chút tác dụng định vị. Cơ cấu kẹp chặt chỉ phát huy tác dụng sau khi chi tiết gia công đã đ•ợc định vị tốt. b) ý nghĩa của kẹp chặt Cơ cấu kẹp chặt tốt hay xấu ảnh h•ởng rất lớn đến thời gian gia công, nhất là ảnh h•ởng đến thời gian phụ và sức lao động của công nhân. Ngoài ra còn ảnh h•ởng đến độ chính xác, độ nhám bề mặt của chi tiết gia công. Trong sản xuất loạt lớn và hàng khối việc chọn cơ cấu kẹp chặt rất quan trọng, cần phải cơ khí hoá và tự động hoá việc kẹp chặt nhằm rút ngắn thời gian phụ, thao tác thuận tiện và giảm sức lao động cho công nhân. Đối với các chi tiết lớn, nặng cũng phải cơ khí hoá việc kẹp chặt để khỏi tốn sức. Khi thiết kế cơ cấu kẹp chặt cần chú ý mấy vấn đề chính sau đây: ph•ơng và chiều của lực kẹp, điểm đặt của lực kẹp, trị số lớn nhỏ của lực kẹp, tính tự hãm, truyền động và kết cấu hợp lý nhất. Những yêu cầu cần thiết đối với cơ cấu kẹp chặt, cơ cấu kẹp chặt cần thoả mãn những yêu cầu sau: - Không phá huỷ vị trí đã định vị của chi tiết gia công. - Lực kẹp vừa đủ, không nhỏ quá cũng không lớn quá so với trị số cần thiết khiến cơ cấu to, thô và làm chi tiết gia công bị biến dạng. - Biến dạng do lực kẹp gây ra không đ•ợc v•ợt quá giới hạn cho phép. - Động tác kẹp phải nhanh, nhẹ, thao tác thuận tiện và an toàn. - Cơ cấu phải nhỏ, gọn, đơn giản, thành một khối tránh rơi vãi. Bảo quản và sửa chữa dễ. c) Ph•ơng và chiều của lực kẹp Ph•ơng và chiều của lực kẹp có liên quan mật thiết với vị trí của chuẩn định vị chính, chiều của lực cắt và chiều của trọng l•ợng bản thân chi tiết gia 54 công. Nói chung ph•ơng của lực kẹp nên thẳng góc với mặt chuẩn định vị chính, để có diện tích tiếp xúc lớn nhất, giảm đ•ợc áp xuất và ít biến dạng nhất. Còn chiều của lực kẹp thì đi từ ngoài vào mặt định vị, chiều lực kẹp không nên ng•ợc chiều với lực cắt và chiều trọng l•ợng chi tiết gia công, vì ng•ợc chiều lực kẹp phải rất lớn, cơ cấu kẹp cồng kềnh, to và thao tác tốn sức nhất là khi gia công thô với chi tiết gia công lớn. Lực kẹp nên cùng chiều với lực cắt và bản thân trọng l•ợng vật gia công là tốt nhất, nh•ng đôi khi vì kết cấu không cho phép thì có thể chọn thẳng góc với nhau. Ví dụ trên hình 1.51 W W W W P W P P G G a/ b/ c/ Hình 1.51 Hình 1.51a là sơ đồ gia công khoan lỗ trên chi tiết định vị thẳng đứng, lực kẹp W thẳng góc với chuẩn định vị chính (mặt đáy), đồng thời cùng chiều với lực cắt P và trọng l•ợng G. Lực kẹp không cần lớn lắm, đây là lực kẹp có ph•ơng và chiều tốt nhất. Hình 1.51b là sơ đồ khoan lỗ có lực kẹp W thẳng góc với chuẩn định vị chính và thẳng góc với lực cắt P, ph•ơng và chiều lực kẹp ở đây t•ơng đối tốt. Hình 1.51c là sơ đồ khoan lỗ có lực kẹp W thẳng góc với chuẩn định vị chính và thẳng góc với lực cắt P, nh•ng bề mặt định vị là mặt nghiêng nên ph•ơng và chiều lực kẹp ở đây không tốt. d) Điểm đặt của lực kẹp Điểm đặt của lực kẹp cần thoả mãn hai điều kiện: - Khi kẹp vật gia công ít biến dạng nhất. Muốn vậy điểm đặt lực phải tác động vào vị trí có độ cứng vững lớn. - Khi kẹp không gây ra mômen quay đối với vật gia công. Muốn vậy điểm đặt phải tác dụng ở trong diện tích định vị hoặc ở trong diện tích mấy điểm đỡ và phải gần mặt gia công. 55 W W a/ b/ W W W c/ d/ Hình 1.52 Ví dụ: hình 1.52a là sơ đồ có điểm đặt lực nằm ngoài diện tích định vị. khi kẹp chi tiết sẽ biến dạng, không tốt; hình 1.52b là sơ đồ có điểm đặt lực nằm ngay trên diện tích định vị sẽ không sinh ra biến dạng; hình 1.52c là sơ đồ điểm đặt lực nằm ở vị trí kém cứng vững, chi tiết sẽ bị biến dạng lõm xuống, không tốt; hình 1.52d là sơ đồ có điểm đặt lực nằm ở vị trí đảm bảo độ cứng vững. 2) Cơ cấu kẹp chặt Kết cấu của cơ cấu kẹp chặt trong đồ gá phụ thuộc vào hình dạng, ph•ơng án định vị chi tiết và yêu cầu khi gia công để lựa chọn. Thông th•ờng cơ cấu kẹp chặt đ•ợc phân theo kết cấu; phân theo nguồn lực và phân theo ph•ơng pháp kẹp. - Phân theo kết cấu có cơ cấu kẹp chặt đơn giản và cơ cấu kẹp chặt tổ hợp. Cơ cấu đơn giản do một chi tiết kẹp chặt thực hiện; cơ cấu tổ hợp do hai hoặc nhiều chi tiết cùng phối hợp thực hiện việc kẹp chặt. Ví dụ: Ren ốc - Đòn bẩy; Đòn bẩy - Bánh lệch tâm; Chêm - Ren ốc, ... Những cơ cấu kẹp chặt tổ hợp th•ờng dùng để phóng đại lực kẹp, đổi chiều lực kẹp hoặc có tính chất “bác cầu” đi tới điểm đặt. - Phân theo nguồn lực có cơ cấu kẹp chặt bằng tay, kẹp chặt bằng cơ khí hóa và kẹp chặt bằng tự động hóa. Kẹp chặt bằng cơ khí hóa dùng hơi ép, dầu ép, kẹp chặt bằng chân không, bằng điện từ hoặc các loại trên phối hợp với nhau. 56 Kẹp chặt bằng tự động hóa không cần ng•ời thao tác mà nhờ những cơ cấu chuyên dùng của máy thực hiện tự động. - Phân theo ph•ơng pháp kẹp có cơ cấu kẹp một chi tiết hoặc kẹp nhiều chi tiết một lúc; kẹp một lần hoặc kẹp nhiều lần tách rời. a) Kẹp chặt bằng chêm - Chêm là dạng cơ bản của các cơ cấu kẹp chặt. Chêm là chi tiết kẹp có hai mặt làm việc không song song với nhau. Khi đóng chêm vào thì mặt làm việc tạo ra lực kẹp. trong quá trình làm việc nhờ lực ma sát ở hai mặt làm việc mà chêm không tụt ra, đ•ợc gọi là tính tự hãm của chêm. Đặc tính tự hãm của chêm có ý nghĩa rất lớn trong kẹp chặt. Hình 1.53 Trong thực tế chêm ít dùng vì lực kẹp có hạn. Th•ờng chỉ dùng trong phân x•ởng sửa chữa hoặc trong dạng sản xuất loạt nhỏ, nh•ng lại th•ờng hay dùng phối hợp với các cơ cấu khác nh•: hơi ép, dầu ép, đòn bẩy (hình 1.53). Chêm còn đ•ợc dùng để phóng đại lực kẹp và dùng trong cơ cấu định tâm. - Tính lực kẹp của chêm (hình 1.54): F Khi tác dụng vào chêm một lực Q, trên mặt P Q phẳng nghiêng sinh ra lực ma sát F, trên mặt  W  R W R phẳng ngang sinh ra lực ma sát F1. Hai góc 1 F ma sát  và 1 t•ơng ứng với hai lực ma sát 1 trên. Nếu góc nghiêng của chêm là  thì khi tác dụng lực Q sẽ sinh ra các phản lực pháp Hình 1-54 tuyến ứng với mặt nghiêng là N và mặt ngang là W. Phân tích hệ lực tác dụng lên chêm ta có: F  N.tg F1  W.tg1 57 Tổng hợp các lực: F và N là R F1 và W là R Hợp lực R phân tích thành: phản lực thẳng đứng W và phản lực nằm ngang P, P = W.tg( + ). Cân bằng các lực tác dụng lên chêm ta có: Q = P + F1 = W.tg W.tg1 Q Vậy: W  tg   tg1 Tr•ờng hợp chỉ mặt nghiêng có lực ma sát thì tg1 = 0, lúc đó: Q W  . Tr•ờng hợp lý t•ởng, hai mặt làm việc của chêm không có ma sát tg( ) Q tg = tg = 0 khi đó W  , nếu  tiến đến 0 thì lực kẹp W tiến đến vô cùng. 1 tg - Tính điều kiện tự hãm của chêm: sau khi đã đóng chêm vào, thì trong quá trình làm việc do lực cắt, do rung động chêm có khuynh h•ớng bị đẩy ra ngoài, nh•ng vì có tính tự hãm nên chêm không bị tụt ra, mà vẫn đứng nguyên ở vị trí kẹp chặt đã tạo ra ban đầu (chính xác hơn là lực kẹp lúc đó còn lớn hơn lực kẹp ban đầu). Tại thời điểm trên, lực tác dụng lên chêm nh• (hình 1.55), phản lực pháp tuyến phân thành hai lực phản lực W và P. Lực ma sát F ở mặt nghiêng phân thành hai lực F* và Fsin. Vậy muốn tự hãm chêm cần đảm bảo điều kiện: * F + F1  P (1) tg  W  Trong đó: F = N f = N.tg  W.tg vì  N   cos  cos  và F *  F.cos  W.tg (2) Cân bằng theo ph•ơng thẳng đứng ta có: W *  W  F.sin  W(1 tg.tg) ở mặt ngang ta có: * F P F  W *tg  Wtg .1 tg.tg (3) Q 1 1 1  F W Thay (2) và (3) vào ph•ơng trình (1) ta đ•ợc: Fsin W F1 P = Wtg  Wtg  + Wtg1 (1 + tgtg) Hoặc: tg < tg+tg1+ tg tg tg1 Hình 1.55 Vì góc  nhỏ nên tgtgtg1 sẽ rất 58 nhỏ và gần bằng 0. Vậy điều kiện tự hãm của chêm là: tg < tg + tg1 Hoặc  < (1 + 2) Trong đó: α là góc nhọn của chêm,  là góc ma sát giữa mặt nghiêng của chêm và chi tiết 1 là góc ma sát giữa mặt ngang của chêm và chi tiết Thông th•ờng góc  = 1 nên điều kiện tự hãm của chêm là   2 Khi: f = tg = 0.1, thì  = 5043’ Khi: f = tg = 0,15 thì  = 8030’ - Tính lực cần thiết để đóng chêm ra F* (hình 1.56) là sơ đồ lực tác dụng lên chêm khi đóng chêm ra. R là hợp lực của phản lực  F N R * Qra W R1 pháp tuyến N và lực ma sát F ở mặt nghiêng. W1 * * F Phân tích lực R phân thành hai lực W và F 1 * ta có: W = W1 * Qra = F + F1 Hình 1-56 * * Vì F = W tg (φ – α) và F1 = W1tgφ1 . Do đó lực cần có để đóng chêm ra * là Qra = W [tg (φ – α) + tg φ1] Trong đó: - Qra là lực đóng chêm ra - W* tổng phản lực thẳng đứng ở mặt nghiêng khi chêm ch•a bị đóng ra (W* = W + Fsinα). Tính gần đúng thì W* ≈ W. - α là góc nhọn của chêm. -  và 1 là góc ma sát ở mặt nghiêng, mặt ngang của chêm. Hình 1.57 giới thiệu một số kết cấu kẹp bằng chêm Hình 1.57 59 A A-A c) A Hình 1.57 b) Kẹp chặt bằng ren ốc Kẹp chặt bằng ren ốc tức là dùng bu lông và đai ốc để tạo ra lực kẹp. Trong các nhà máy, phân x•ởng đa số là dùng kẹp chặt bằng ren ốc. Ưu điểm của kẹp chặt bằng ren ốc là kết cấu đơn giản, có thể dùng trong nhiều công việc khác nhau, nhiều chỗ khác nhau, lực kẹp lớn, tự hãm tốt. Nh•ợc điểm phải quay nhiều vòng mất nhiều thời gian, tốn công sức lao động (nhất là khi lực kẹp lớn). Kết cấu của kẹp bằng ren ốc gồm: bu lông, miêng đệm, ống lót, tay quay và đai ốc. Trong đó: - Bu lông th•ờng dùng bu lông đã tiêu chuẩn hoá, có chiều dài trong khoảng từ 20  140 mm, đ•ờng kính ren từ M5  M25 (cấp chính xác 3), vật liệu làm bằng thép 45 hoặc thép hợp kim dụng cụ, nhiệt luyện có độ cứng đạt 30  35 HRC. Trong sản xuất loạt lớn, ít khi đầu bu lông kẹp trực tiếp lên bề mặt chi tiết, mà phải thông qua một miếng đệm (hình 1.58a), vì khi đầu bu lông tỳ trực tiếp lên mặt chi tiết sẽ làm cho mặt chi tiết bị lõm, hỏng, ma sát ở đầu bu lông có thể làm chi tiết xoay theo, điểm đặt bị thay đổi khi ren bu lông và đai ốc bị mòn. Trên hình 1.58b là kết cấu kẹp đầu bu lông có miếng đệm, bu lông số 1 lắp vào vỏ đồ gá số 5 thông qua ống lót trung gian số 2, vít số 3 hãm ống lót không bị quay khi xoay bu lông số 1. Đầu bu lông lắp vào miếng đệm số 4 để lực kẹp phân bố đều trên một diện tích rộng. 60 Hình 1.58 ống lót có tác dụng tăng thời gian sử dụng của đồ gá, do bu lông không lắp trực tiếp với thân đồ gá mà thông qua ống lót trung gian. Cấu tạo ống lót đ•ợc mô tả trên hình 1.58, khi hỏng thay thế ống lót dễ dàng hơn là thay thân đồ gá. ống lót đ•ợc chế tạo bằng thép CT35 hoặc CT45, nhiệt luyện đạt độ cứng từ 25  30 HRC. Miếng đệm có thể lắp với bu lông bằng chốt, bằng ren hoặc bằng đai ốc (hình 1.59) để miếng đệm không rời khỏi bu lông đồng thời tự lựa đ•ợc theo mặt kẹp. Mặt đầu của miếng đệm có thể là mặt phẳng hoặc khía nhám để tăng ma sát. Vật liệu chế tạo miếng đệm bằng thép 45, sau khi nhiệt luyện đạt độ cứng từ 35  40 HRC. a/ b/ c/ Hình 1.59 61 Tay quay dùng để quay bu lông, đ•ợc gắn trên đầu bu lông. Tuỳ theo lực kẹp lớn hay nhỏ và không gian của đồ gá mà ng•ời ta chọn kết cấu tay quay nh• hình 1.60. Hình 1.60 Đai ốc dùng trong tr•ờng hợp không đủ không gian để lắp tay quay, khi sử dụng đai ốc phải cờ lê để quay. Đai ốc chế tạo theo tiêu chuẩn (hình 1.61) chiều cao (H) bằng 1,5 lần đ•ờng kính ren (d). H d Hình 1.61 Tính lực kẹp bằng ren: nếu ta khai triển ren ốc thì thấy nó giống nh• một cái chêm, góc chêm chính là góc nâng của ren (). do đó công thức tính lực kẹp của ren ốc giống nh• công thức tính lực kẹp của chêm. Ví dụ, theo hình 1.62 62 L N  Đai ốc N’  W Q d F Bu lông  F1 W Chi tiết gia công R Hình 1.62 Gọi: W là lực kẹp (KG) Q là ngoại lực (KG) L là chiều dài cánh tay đòn (mm) S  là góc nâng của ren (tg = ); S là b•ớc ren; rTB bán kính 2..rTB trung bình của ren.  là góc ma sát giữa đai ốc và bu lông (tg = ) 1 là góc ma sát giữa chi tiết gia công và miếng kẹp. R là bán kính trung bình của miếng kẹp. Ph•ơng trình cân bằng về mô men: QL = M01 + Mr1 = Q1 rTB + F1 R (1) Trong đó: M01 là mômen do ma sát ở ren bu lông và phản lực của đai ốc gây ra Mr1 là mômen ma sát ở miếng kẹp và mặt bị kẹp. Ta có: Q1 = W tg( + ) (2) F1 = W tg1 (3) Thay (2) và (3) vào (1) ta đ•ợc: Q.L = W tg( + ) rTB + W tg 1 R Do đó: W = QL , đây là công thức tổng quát để tính Tg( )rTB  tg1R lực kẹp bằng ren ốc. 63 c) Kẹp chặt bằng ren ốc - đòn Trong nhiều tr•ờng hợp khi không trực tiếp kẹp chặt bằng ren ốc lên chi tiết gia công đ•ợc, thì thông qua một đòn kẹp trung gian để chuyển lực ban đầu thành lực kẹp, đ•ợc gọi là kẹp chặt bằng ren ốc - đòn. Th•ờng đ•ợc dùng trong các tr•ờng hợp sau: - Khi kết cấu đồ gá không cho phép kẹp trực tiếp, phải với đến các vị trí kẹp ở xa; - Khi cần phóng đại lực kẹp l Q Hình 1.63 là sơ đồ tính lực kẹp bằng ren a/ l ốc - đòn: tr•ờng hợp hình a: tỷ số truyền lực kẹp 1 W Ql bé nhất, lực kẹp đ•ợc tính W = ; tr•ờng hợp Q l1 b/ hình b: tỷ số truyền lực trung bình, lực kẹp đ•ợc l l1 W tính W = Ql ; tr•ờng hợp hình c: tỷ số truyền lực l1 Ql l lớn nhất, lực kẹp đ•ợc tính: W = c/ 1 Q W l1 l Trong đó: Q - là ngoại lực Hình 1.63 W - là lực kẹp l - là khoảng cách từ ngoại lực đến điểm tựa l1 - là khoảng cách từ điểm tựa đến điểm đặt. Hình 1.64, giới thiệu một số sơ đồ kết cấu kẹp chặt bằng ren ốc - đòn: a/ b/ c/ e/ f/ d/ 64 g/ h/ i/ k/ l/ m/ n/ o/ Hình 1.64 d) Kẹp chặt bằng bánh lệch tâm Bánh lệch tâm là chi tiết có tâm quay lệch với tâm hình học của nó. Kẹp chặt bằng bánh lệch tâm là nhờ vào tính tự hãm của bánh lệch tâm để thực hiện việc kẹp chặt (hình 1.65) a/ Vị trí ch•a kẹp b/ Vị trí kẹp chặt Hình 1.65 65 Kẹp chặt bằng bánh lệch tâm có các •u điểm kẹp nhanh, đơn giản và không cần thiết bị phụ. Nh•ợc điểm hành trình kẹp ngắn, lực kẹp yếu (chỉ bằng 1 1 5 đến 6 lực kẹp của ren ốc), tính vạn năng kém hơn ren ốc, tính tự hãm kém. Vì thế bánh lệch tâm th•ờng dùng trong tr•ờng hợp không có rung động khi lực kẹp không cần lớn lắm. Bánh lệch tâm th•ờng làm bằng thép hợp kim dụng cụ, nhiệt luyện đạt độ cứng 55  60 HRC, bề mặt thấm các bon đạt từ 0,8  1,2 mm. Có hai loại bánh lệch tâm hay dùng trong cơ cấu kẹp chặt là bánh lệch tâm tròn và bánh lệch tâm đ•ờng cong (đ•ờng cong th•ờng là đ•ờng cong lô-ga-rít hoặc đ•ờng cong ac-si-met). Tuy nhiên trong thực tế loại đ•ờng cong tròn đ•ợc sử dụng nhiều, đồng thời từ nguyên lý cơ bản của nó có th...•ờng đ•ợc chế tạo bằng gang, bằng thép tấm có kết cấu hàn hoặc bằng một số hợp kim màu nhẹ. Thân đồ gá phải đ•ợc chế tạo đạt độ chính xác cần thiết và giá thành hợp lý. B•ớc 4: Xác định sai số chế tạo đồ gá cho phép theo yêu cầu của nguyên công để quy định điều kiện kỹ thuật chế tạo và lắp ráp đồ gá. Nghĩa là phải xác định các đại l•ợng về sai số gá đặt cho phép và sai số chế tạo đồ gá. B•ớc 5: Năng suất gá đặt và thao tác đồ gá Nâng cao năng suất gá đặt và hợp lý hóa thao tác đồ gá gia công là một trong những biện pháp tất yếu nhằm rút ngắn thời gian phụ của nguyên công. Năng suất gá đặt phôi trên đồ gá phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Trình độ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình gá đặt phôi - Số l•ợng phôi trong một lần gá đặt - Mức độ hợp lý hóa các thao tác và cơ cấu thao tác gá đặt phôi 108 Các yếu tố trên có liên quan chặt chẽ với dạng sản xuất, đ•ờng lối công nghệ và chính xác hơn ảnh h•ởng của quá trình gá đặt phôi trên đồ gá cụ thể đối với năng suất gá đặt và năng suất gia công. Để nâng cao năng suất gá đặt phôi, th•ờng dùng các cơ cấu kẹp chặt nhiều phôi; cơ cấu kẹp nhanh và cơ cấu kẹp chặt tự động. B•ớc 6: Xây dựng bản vẽ lắp chung đồ gá với đầy đủ các hình chiếu, mặt cắt, kích th•ớc, chế độ lắp ghép, điều kiện kỹ thuật cần thiết. Kết cấu tổng thể của đồ gá gia công đ•ợc thể hiện trên bản vẽ chung. bản vẽ lắp chung đồ gá đ•ợc xây dựng trên nguyên tắc vẽ từ trong ra ngoài, vẽ ở trạng thái đang gia công. Chi tiết gia công cần đ•ợc phân biệt rõ ràng với kết cấu của đồ gá và đ•ợc coi là trong suốt (vẽ màu đỏ). Trình tự xây dựng bản vẽ lắp chung của đồ gá nh• sau: - Vẽ các hình chiếu của chi tiết gia công - Vẽ cơ cấu định vị chi tiết gia công - Vẽ cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công - Vẽ các cơ cấu dẫn h•ớng, cơ cấu so dụng cụ cắt và cơ cấu phân độ - Vẽ thân đồ gá đảm bảo đủ độ cứng vững và có tính công nghệ cao - Ghi các kích th•ớc cơ bản của đồ gá (các kích th•ớc lắp ghép, các kích th•ớc tổng thể nh•: chiều dài, chiều rộng, chiều cao) - Đánh số các chi tiết của đồ gá. Xác định điều kiện kỹ thuật của đồ gá theo yêu cầu của nguyên công và khả năng chế tạo đồ gá thực tế. Tùy theo kích th•ớc thực của đồ gá mà bản vẽ chung của đồ gá có thể đ•ợc xây dựng theo tỷ lệ: 1:1; 2:1; 4:1; 1:2;... L•u ý: Kết cấu cụ thể của đồ gá gia công phụ thuộc vào yêu cầu của nguyên công mà chúng phục vụ. Khi thiết kế cần dựa vào tính chất của nguyên công để xác định kết cấu đồ gá thích hợp, đạt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cần thiết. Khi thiết kế đồ gá, ng•ời thiết kế cần phải chú ý tạo điều kiện cho công nhân thao tác đồ gá đ•ợc an toàn, thuận tiện, ít tốn sức, nhanh, gọn, góp phần nâng cao năng suất lao động. Muốn đạt đ•ợc các yêu cầu trên, khi thiết kế phải 109 bố trí vị trí của các cơ cấu trong đồ gá một cách hợp lý để động tác làm việc của công nhân thỏa mái, không thừa, không quá căng thẳng, tốn sức. 1.7.2. Tính kinh tế Tính kinh tế nhằm hai mục đích: Đảm bảo nâng cao chất l•ợng chi tiết gia công hoặc nâng cao năng suất lao động. Khi cần đạt mục đích nâng cao chất l•ợng chi tiết gia công lại có hiệu quả kinh tế ta cần có điều kiện: Pđg  Ppp. Pđg là phí tổn thêm vì dùng đồ gá (so với không dùng) trong một tháng Ppp là giá thành phế phẩm sinh ra nếu không dùng đồ gá trong một tháng Trong đó Pđg = p.n’ (P là phí tổn dùng đồ gá cho 1 chi tiết gia công; n’ là số chi tiết gia công trong 1 tháng) Gg Gg P   q% n.i n Gg - Giá thành đồ gá n - Sản l•ợng hàng năm của chi tiết gia công i - Thời gian dùng đồ gá có khấu hao (th•ờng là ba năm) q% - Tỷ lệ phần trăm chi phí về sửa chữa bảo quản đồ gá trong một năm so với giá thành đồ gá Gg (25% - 30%) Nếu Pđg  Ppp thì dùng đồ gá có hiệu quả kinh tế. Khi cần đạt mục đích nâng cao năng suất lại có hiệu quả kinh tế ta so sánh kinh tế trong việc sử dụng hai đồ gá khác nhau, xem cái nào kinh tế hơn.  Gg1 Gg1   Gg 2 Gg 2  C1 = V + L1 + K1   q%; C2 = V + L2 + K2   q%  n.i n   n.i n  Trong đó: C1, C2 - Chi phí về đồ gá thứ nhất và thứ hai cho một chi tiết gia công V - Giá thành vật liệu của một chi tiết gia công L1, L2 - Tiền l•ơng công nhân gia công một chi tiết bằng đồ gá thứ nhất và bằng đồ gá thứ hai. K1, K2 - Các chi phí khác cho một chi tiết gia công khi dùng đồ gá thứ nhất và bằng đồ gá thứ hai. 110 Trong đó các chi phí khác có thể tính theo tỷ lệ phần trăm so với tiền l•ơng công nhân K1 = L1 t%; K2 = L2 t% Tiền vật liệu của một chi tiết gia công ở hai ph•ơng án bằng nhau có thể t  Gg1 Gg1 q  bỏ qua, nên: C1 = L1 (1 + ) +    ; 100  n.i n 100   Gg 2 Gg 2 q  C2 = L2 (1 + ) +     n.i n 100  Ph•ơng án nào có chi phí ít thì có hiệu quả kinh tế cao hơn. Chi phí trên phải tính tr•ớc khi thiết kế đồ gá mới có ý nghĩa. Nh•ng lúc đó Gg rất khó tính chính xác nên chỉ •ớc l•ợng, căn cứ vào trình độ phức tạp của đồ gá mà •ớc l•ợng Gg. 111 Ch•ơng 2 Đồ Gá kiểm tra 2.1. Khái niệm chung Đồ gá kiểm tra dùng để đánh giá độ chính xác và chất l•ợng bề mặt của chi tiết hoặc sản phẩm trong quá trình gia công và sau khi đã gia công xong. Đặc điểm của đồ gá kiểm tra là độ nhạy, độ chính xác cao. Đồ gá kiểm tra có rất nhiều loại, có thể phân thành: - Đồ gá kiểm tra kích th•ớc bản thân mặt bị kiểm tra hoặc vị trí t•ơng quan giữa chúng. - Đồ gá kiểm tra cuối cùng, đồ gá kiểm tra điều chỉnh máy, đồ gá kiểm tra trong lúc gia công và đồ gá kiểm tra lúc lắp ghép. - Đồ gá kiểm tra bằng tay, kiểm tra bằng cơ khí hoá (hơi ép, điện, v.v...) và kiểm tra tự động hoá. Độ chính xác kiểm tra (sai số đo) là hiệu số giữa chỉ số của dụng cụ đo và giá trị thực tế của đại l•ợng đo. Theo số l•ợng thống kê thì sai số đo nằm trong khoảng 10- 20% dung sai của đối t•ợng cần đo. Sai số đo tổng cộng bao gồm các thành phần sau đây: - Sai số chuẩn và sai số kẹp chặt khi đo - Sai số điều chỉnh đồ gá - Sai số do đồ gá bị mài mòn - Sai số do nhiệt độ thay đổi khi đo Khi thiết kế đồ gá kiểm tra phải chú ý tới những nguyên nhân gây ra sai số đo trên và cố gắng tới mức cao nhất để giảm hoặc loại trừ ảnh h•ởng của các nguyên nhân đó. Năng suất đo cũng ảnh h•ởng rất lớn đến đồ gá kiểm tra. Đối với những tr•ờng hợp cần kiểm tra 100% chi tiết trong sản xuất dây chuyền, thì thời gian kiểm tra một chi tiết không đựơc lớn hơn nhịp sản xuất. Còn đối với những tr•ờng hợp chỉ cần kiểm tra một số phần trăm chi tiết nhất định thì năng suất của đồ gá kiểm tra có thể giảm và nh• vậy ta có thể sử dụng những đồ gá kiểm tra đơn giản hơn. 112 Để kiểm tra các chi tiết nhỏ và vừa ng•ời ta dùng đồ gá cố địmh, còn đối với những chi tiết lớn phải dùng đồ gá di động (đồ gá này đ•ợc gá trên chi tiết). Để nâng cao năng suất kiểm tra, ng•ời ta thiết kế những đồ gá cho phép gá đặt một lần có thể xác định đ•ợc nhiều thông số hoặc dùng những thiết bị tự động, bán tự động. Nh•ng ph•ơng pháp tiên tiến nhất là ph•ơng pháp kiểm tra tích cực (kiểm tra chi tiết ngay trong quá trình gia công), ph•ơng pháp này giảm đ•ợc giá thành sản phẩm do hạn chế đ•ợc phế phẩm và không cần có nguyên công riêng biệt. 2.2. Thành phần của đồ gá kiểm tra Kết cấu của đồ gá kiểm tra bao gồm: - Cơ cấu định vị - Cơ cấu kẹp chặt - Cơ cấu đo - Các chi tiết phụ - Thân đồ gá. 2.2.1. Cơ cấu định vị Cơ cấu định vị là những chi tiết dùng để định vị đối t•ợng kiểm tra. Đó là những chốt tì, phiến tì, khối V, trục gá. Trong đó chốt tỳ chỏm cầu dùng để định vị mặt thô, còn chốt tỳ đầu phẳng dùng để định vị mặt tinh. Định vị bằng mặt trụ ngoài dùng khối V, trong tr•ờng hợp đó chi tiết và khối V chỉ tiếp xúc theo đ•ờng, cho nên khối V chóng mòn và sẽ giảm độ chính xác nếu ta dùng khối V để định vị chi tiết khi kiểm tra. Để khắc phục nh•ợc điểm đó, ng•ời ta dùng khối V với các con lăn (hình 2.1a) và khối V có các trục điều chỉnh (hình 2.1b). a/ b/ Hình 2.1 113 Sai số đo (sai số kiểm tra) khi dùng khối V để định vị chi tiết đ•ợc tính     sin   theo công thức:     D  1 D 2     sin   2  Trong đó: D - Dung sai đ•ờng kính chi tiết  - Góc gá đầu đo sin  Sai số đo nhỏ nhất khi  = 0, nghĩa là tỷ số  1  sin 2 Trong thực tế khối V có góc  = 900 là thông dụng nhất, nên  có thể lấy bằng 450 (hình 2.2a). Dùng khối V có thể xác định đ•ợc sai số hình dáng của chi tiết, chẳng hạn X = a - b là độ ô van khi ta quay chi tiết một vòng trên khối vê có góc  = 900 (hình 2.2b). X a  b  = 900  = 900 a/ b/ Hình 2.2 Độ côn của chi tiết đ•ợc xác định bằng hiệu số giữa hai chỉ số của dụng cụ đo trên hai tiết diện ngang của chi tiết. Độ đảo h•ớng kính của chi tiết đ•ợc xác định bằng hai ph•ơng pháp: định vị chi tiết trên trục gá (chi tiết có lỗ) hoặc chống hai đầu tâm (chi tiết dạng trục). Khi chi tiết định vị trên trục gá, để tránh khe hở giữa lỗ và trục gá ng•ời ta làm trục gá có độ côn ( 1  1 ) hoặc dùng trục gá đàn hồi. 1000 10.000 Ngoài những chi tiết định vị trên, trong thực tế nhiều lúc phải sử dụng kết hợp các hình thức định vị (phiến tì, chốt tì). 114 Khi thiết kế đồ gá kiểm tra nên chú ý chọn chuẩn đo l•ờng trùng với chuẩn gia công để loại trừ ảnh h•ởng của sai số không trùng chuẩn Ví dụ tính sai số gá đặt khi chi tiết đ•ợc định vị trên trục gá theo hai lỗ tâm có độ lệch tâm (hình 2.3), khi tâm trục gá lệch một góc  so với tâm lỗ: e  e  e   1 2 L L e ’ e 2 ’ d A e d 1  d  A d Hình 2.3 Trong đó: e - Độ lệch tâm của hai lỗ tâm (mm) L- Khoảng cách giữa hai mặt đầu của hai lỗ (mm) Các giá trị e1 và e2 đ•ợc xác đinh nh• sau: d  d e  A (1) 1 2 d' d' e  A (2) 2 2 ở đây dA, d’ A, d và d’ là đ•ờng kính các lỗ và các cổ trục gá (mm). Nếu độ lệch tâm đ•ợc đo ở khoảng cách L (từ mặt đầu của chi tiết) thì sai số gá đặt của trục gá ở tiết diện này đ•ợc xác định nh• sau:  = L tg + e1 2.2.2. Cơ cấu kẹp chặt Cơ cấu kẹp chặt giữ cho chi tiết không bị xê dịch khỏi vị trí đã đ•ợc định vị trong quá trình kiểm tra. Cơ cấu kẹp chặt trong đồ gá kiểm tra hoàn toàn khác với cơ cấu kẹp chặt trong đồ gá gia công. Do đồ gá kiểm tra lực kẹp chặt phải rất nhỏ và ổn định để không gây biến dạng chi tiết, đồ gá kiểm tra th•ờng dùng cơ cấu kẹp chặt bằng tay nh•: đòn bẩy, lò xo, ren vít, bánh lệch tâm và cơ cấu kẹp chặt bằng khí nén. 115 Nếu lực kẹp không ổn định thì sai số đo không cố định và sai số đo không tính đ•ợc khi điều chỉnh máy. Chú ý: Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của quá trình đo mà có thể có hoặc không có cơ cấu kẹp chặt. 2.2.3. Cơ cấu đo Cơ cấu đo có hai loại: - Loại cơ cấu đo giới hạn (cữ cặp, ca líp, d•ỡng) - Loại cơ cấu đo chỉ thị (đồng hồ so, thanh chia vạch) Sản phẩm kiểm tra (chi tiết kiểm tra) đ•ợc đánh giá theo ba chỉ tiêu: - Đạt yêu cầu - Phế phẩm theo giới hạn d•ới của dung sai - Phế phẩm theo giới hạn trên của dung sai. Ví dụ: kiểm tra các kích th•ớc H1, H2, H3 theo ph•ơng pháp giới hạn (hình 2.4a) trong tr•ờng hợp đầu đo lắp cố định, cơ cấu kiểm tra sẽ di chuyển trên cơ cấu định vị của đồ gá. Còn nếu chi tiết cố định thì đầu đo sẽ di động. Sơ đồ này dùng để kiểm tra các chi tiết mà dung sai kiểm tra lớn (độ chính xác cấp 9, cấp 10). a/ b/ Hình 2.4 Còn đối với những chi tiết có độ chính xác 0,2 mm đôi khi ng•ời ta dùng ph•ơng pháp kiểm tra bậc thang (hình 2.4b) theo ph•ơng pháp này chi tiết đạt yêu cầu nếu nh• đầu trên của chốt nằm giữa bậc A và B. 116 Trong thực tế ng•ời ta còn dùng ph•ơng pháp đo kiểu cảm biến điện (hình 2.5). Nếu kích th•ớc D nằm trong phạm vi dung sai thì các đèn số 1 và đèn số 2 không sáng. Nếu D nhỏ so với giới hạn d•ới thì đèn số 1 sáng, nếu D lớn hơn giới hạn trên thì đèn số 2 sáng. Đèn số 3 chỉ sáng khi các công tắc đèn số 1 và số 2 không tiếp xúc, nghĩa là khi D nằm trong phạm vi dung sai. Nh• vậy trong mỗi tr•ờng hợp chỉ một đèn sáng. Ph•ơng pháp này rất thuận tiện và nâng cao năng suất lao động. Hình 2.5 Ngoài những kiểu đầu đo trên đây, còn sử dụng rộng rãi đầu đo khí nén. Ph•ơng pháp đo bằng khí nén là ph•ơng pháp đo có độ chính xác và năng suất cao. Dùng khí nén có thể kiểm tra đ•ợc các dạng sai số kích th•ớc, sai số hình dạng và sai số về vị trí t•ơng quan. 2.2.4. Cơ cấu phụ Cơ cấu phụ của đồ gá kiểm tra có nhiều chức năng khác nhau, trong đồ gá kiểm tra độ đảo h•ớng kính và h•ớng trục sử dụng cơ cấu quay, còn trong đồ gá kiểm tra độ phẳng thì dùng cơ cấu tr•ợt. Hình 2.6 là một số ví dụ về cơ cấu phụ th•ờng dùng. Trên hình 2.6a là sơ đồ mà dụng cụ đo có thể đặt ở nơi thuận tiện để tránh bị va chạm gây hỏng hóc. Trên hình 2.6b là tr•ờng hợp cần thay đổi chiều dịch chuyển thẳng và tỉ số truyền của thông số kiểm tra. Còn trên hình 2.6c là sơ đồ sử dụng cơ cấu tựa trên lò xo lá có chiều dày 0,2  0,3 mm, loại cơ cấu này không bị mòn trong quá trình làm việc cho nên không cần điều chỉnh. 117 Nếu cơ cấu đo không thuận tiện cho quá trình gá và tháo chi tiết, thì dùng sơ đồ nh• hình 2.6d. b/ c/ d/ Hình 2.6 2.2.5. Thân đồ gá Thân đồ gá là chi tiết cơ sở đ•ợc th•ờng chế tạo bằng gang xám GX12-28 hoặc GX15- 32. Đối với các đồ gá kiểm tra chính xác làm bằng gang có độ bền cao, chống cong vênh nh• GX24-44, GX28-48. 2.3. Một số ví dụ đồ gá kiểm tra Ví dụ 1: hình 2.7 là sơ đồ của đồ gá kiểm tra độ đồng tâm giữa hai lỗ (đồ gá kiểm tra thụ động). Chi tiết cần kiểm tra số 1 đ•ợc định vị trên trục gá số 2. Khi kiểm tra ng•ời ta dùng tay quay chi tiết đi một vòng, nếu có độ lệch tâm thì đầu đo số 3 dịch chuyển làm cho tay đòn số 4 quay. Lúc đó chốt số 5 dịch chuyển tác động lên kim đồng hồ số 6. Nh• vậy khoảng mở của kim đồng hồ sẽ chỉ hai lần độ lệch tâm. Hình 2.7 118 Ví dụ 2: hình 2.8 là đồ gá kiểm tra nhiều thông số của piston cùng một lúc. Đồng hồ số 1 kiểm tra khoảng cách từ tâm lỗ ắc tới mặt đầu của của piston, đồng hồ số 2 kiểm tra độ vuông góc giữa đ•ờng tâm lỗ ắc và đ•ờng tâm piston, đồng hồ số 3 kiểm tra độ giao nhau của đ•ờng tâm lỗ ắc và đ•ờng tâm của piston. Chỉ số đo của đồng hồ số 2 và số 3 bằng hai lần chỉ số cần đo. Hình 2.8 Ví dụ 3: hình 2.9 là đồ gá kiểm tra khi mài, đây là dạng đồ gá kiểm tra tích cực. Chi tiết gia công đ•ợc tiếp xúc trên hai điểm cố định và một điểm của đầu đo. Ba điểm đ•ợc bố trí trên một cung lớn hơn 1800 để tránh sai số ô van ảnh h•ởng đến kết quả đo. Khi gia công đ•ờng kính của chi tiết nhỏ dần, lò xo số 8 đẩy chốt số 9 xuống tiếp xúc với bề mặt gia công. Chốt số 9 gắn với chi tiết số 3, chi tiết số 3 gắn với đầu đo của đồng hồ số 2. Nh• vậy kim đồng hồ sẽ di động theo chiều giảm dần của kích th•ớc gia công. Ng•ời công nhân chỉ nhìn kim đồng hồ đến khi kích th•ớc đạt yêu cầu Hình 2.9 thì dừng máy. Cần nhớ rằng khi điều chỉnh đồng hồ ng•ời ta phải dùng chi tiết mẫu. Toàn bộ đồ gá này đ•ợc lắp trên đòn số 6 có chốt quay số 7 và số 5. Lò xo số 4 để kéo đồ gá lên gắn liền trên nắp che đá mài. Khi điều chỉnh đồng hồ ng•ời ta phải dùng th•ớc mẫu . 119 Ví dụ 4: hình 2.10 là sơ đồ của đồ gá kiểm tra bằng khí nén, sơ đồ nguyên lí làm việc nh• sau: 1- ống dẫn khí 2 - ống ổn áp 3 - Đầu phun vào (d1) 4 - Buồng đo 5 - áp kế chỉ thị 6 - Đầu đo (d2) 7 - Chi tiết kiểm tra 8 - Thùng ổn áp. Hình 2.10 Khí nén có áp suất H1 từ nguồn theo ống dẫn số 1 vào ống ổn áp số 2. ống số 2 đ•ợc ngâm vào trong thùng ổn áp số 8 với chiều sâu H (từ miệng ống đến mặt thoáng bình). Chiều sâu H tuỳ thuộc vào yêu cầu của áp làm việc có thể lấy 500 mm (nếu H = 0,01kG/cm2) và 1000 mm (nếu H = 0,1kG/cm2). L•ợng áp suất d• đ•ợc xả ra miệng ống thoát rồi ra mặt thoáng thùng d•ới dạng bọt khí làm n•ớc trong thùng sôi lên. Nhờ hiện t•ợng thừa xả này áp suất H đ•ợc duy trì ổn định trong ống số 2. Khí nén có áp suất H đi qua đầu phun số 3 với đ•ờng kính d1 vào buồng đo số 4 và ra đầu đo với đ•ờng kính d2 thoát ra ngoài. Tuỳ thuộc vào sự thay đổi của d2 hoặc khe hở z, áp đo trong buồng đo số 4 thay đổi. Từ buồng đo nhánh, chỉ thị đ•ợc nối với thùng ổn áp tạo thành một áp kế chữ U cân. Khi (h) thay đổi, nó sẽ đẩy cột n•ớc tụt xuống với độ cao t•ơng ứng. Chiều cao từ mặt thoáng trong thùng ổn áp đến mặt thoáng nhánh chỉ thị là áp đo (h) trong buồng đo. Qua áp đo (h), ta có thể xác định đ•ợc kích th•ớc của vật đo. Kí hiệu: H- áp làm việc, H = P1 - Pa h - áp đo, h = P2 - Pa Trong đó: Pa- áp suất khí trời; H1- áp vào lấy từ nguồn (H1 > H, th•ờng lấy H = 1,1 H1), Ưu điểm: Thiết bị đo đơn giản, dễ chế tạo, có thể dễ dàng thay đổi tỷ số truyền nhờ thay đổi d1, d2 hoặc H, thiết bị gọn nhẹ, rẻ tiền, thuận lợi khi sử dụng. 120 Nh•ợc điểm: Khó đạt độ chính xác cao do bị ảnh h•ởng của các yếu tố: xung dao động do hiện t•ợng sôi sẽ làm chỉ thị kém ổn định, làm n•ớc bay hơi, gây ra sự trôi điểm “0”. Để khắc phục các nh•ợc điểm trên, ng•ời ta dùng hệ đo áp kế chữ U lệch (hình 2.11) 1 - ống dẫn vào 2 - ống ổn áp 3 - Đầu phun vào 4 - Buồng đo 5 - áp kế chỉ thị 6 - Đầu phun đo 7 - Đầu đo 8 - Chi tiết Hình 2-11 9 - Bộ chỉ thị 10 - Bình ổn áp. áp suất H đ•ợc ổn định bằng bình ổn áp n•ớc số 10, đ•ợc đ•a vào bình số 4 và qua đầu phun số 6 thoát ra ngoài. áp kế chỉ thị số 5 tách khỏi hệ ổn áp dùng để chỉ sự thay đổi áp suất (h) trong buồng đo số 4 so với áp suất làm việc (H) tác dụng lên bình mực. Khi d2 = 0 hoặc z = 0, thì h = H, cột n•ớc trong nhánh chỉ thị tụt xuống ngang mặt thoáng của bình mực. Khi d2 hoặc z tăng, h < H, cột n•ớc tăng lên trong ống chỉ thị. Cơ cấu đo dùng áp kế n•ớc có •u điểm là hiện t•ợng sôi ít ảnh h•ởng đến chỉ thị, điểm “0” ít bị trôi vì n•ớc trong bình mực ít bị bốc hơi, có thể dùng chất màu làm chất chỉ thị nên dễ đọc, độ chính xác đạt đ•ợc cao hơn loại chữ U cân. Đồ gá đo áp kế n•ớc th•ờng dùng trong tr•ờng hợp áp suất sử dụng (H) thấp (nhỏ hơn 0,1kG/cm2). Các loại đơn giản nh• trình bày ở trên có nh•ợc điểm là sự dao động của áp suất sử dụng (H) ảnh h•ởng đến kết quả đo. 121 Ch•ơng 3 Đồ gá lắp ráp 3.1. Khái niệm Đồ gá lắp ráp dùng để xác định vị trí và kẹp chặt chi tiết (hoặc sản phẩm) trong quá trình lắp ráp. 3.2. Phân loại Đồ gá lắp ráp có hai loại: đồ gá lắp ráp vạn năng và đồ gá lắp ráp chuyên dùng. 3.2.1. Đồ gá lắp ráp vạn năng Loại đồ gá này th•ờng dùng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ. Đó là các bàn lắp ráp, khối V, ke gá, các loại kích, các loại chi tiết và cơ cấu phụ khác nh• tấm lót, chêm, mỏ kẹp, ren vít. - Bàn lắp ráp dùng để định vị, hiệu chỉnh và kẹp chặt chi tiết, bộ phận, cơ cấu lắp ráp và đ•ợc chế tạo bằng gang, trên đó có những rãnh chữ T để gá đối t•ợng lắp. Bàn lắp ráp đ•ợc đặt trên bệ cách mặt đất từ 100  200 mm và phải đ•ợc điều chỉnh chính xác theo ph•ơng nằm ngang. - Khối V và ke gá đ•ợc dùng để định vị và kẹp chặt cơ cấu hoặc các chi tiết cơ sở khi lắp ráp. Trên bề mặt định vị của khối V và ke gá ng•ời ta gia công các lỗ thông suốt để lắp các bu lông kẹp chặt. - Các loại kích đ•ợc dùng để đỡ và nâng các chi tiết nặng hoặc cồng kềnh. 3.2.2. Đồ gá lắp ráp chuyên dùng Đồ gá lắp ráp chuyên dùng đ•ợc sử dụng rộng rãi trong dạng sản xuất loạt lớn và hàng khối để thực hiện việc lắp ráp những nguyên công xác định. Dựa vào chức năng sử dụng, ng•ời ta chia đồ gá lắp ráp chuyên dùng ra làm hai loại: đồ gá dùng để kẹp chặt chi tiết cơ sở hoặc bộ phận của sản phẩm khi lắp và đồ gá dùng để gá đặt chính xác các đối t•ợng lắp ráp. Đồ gá dùng để kẹp chặt chi tiết cơ sở hoặc bộ phận của sản phẩm khi lắp ráp tức là chi tiết cơ sở (hoặc bộ phận) không bị xê dịch d•ới tác dụng của những lực sinh ra trong quá trình lắp ráp. Sử dụng loại đồ gá này cho phép nâng cao năng suất lao động khi lắp ráp. Cần chú ý loại đồ gá thuộc nhóm này đ•ợc dùng 122 chủ yếu để cố định vị trí của chi tiết chứ không phải dùng để định vị chính xác chi tiết. Ví dụ, một số kiểu đồ gá chuyên dùng để kẹp chặt chi tiết cơ sở: - Đồ gá một vị trí (hình 3.1) đó là đồ gá dùng để kẹp chặt vỏ hộp giảm tốc cầu sau ô tô. Hình 3.1 - Đồ gá dùng để kẹp chặt chi tiết cơ sở nhiều vị trí (hình 3.2) cũng giống nh• đồ gá gia công nhiều vị trí, tất cả các chi tiết trên đồ gá này phải đ•ợc kẹp chặt một cách đều đặn. Đồ gá lắp ráp nhiều vị trí có hai loại đồ gá cố định và đồ gá di động. Trong đó đồ gá cố định đ•ợc đặt tại bệ lắp, còn đồ gá di động đ•ợc đặt trên băng truyền. Khi lắp ráp các chi tiết nhỏ và nhẹ ng•ời ta đ•a đồ gá di động ra khỏi băng truyền để thực hiện nguyên công, sau đó lại đặt đồ gá này lên băng truyền để di chuyển đến vị trí khác. Hình 3.2 Đồ gá dùng để gá đặt chính xác các đối t•ợng lắp ráp: khi sử dụng loại đồ gá này, ng•ời công nhân không phải mất thời gian xác định vị trí chính xác của đối t•ợng lắp ráp, bởi vì chúng đã đ•ợc định vị trên đồ gá đủ số bậc tự do cần thiết. Các loại đồ gá này th•ờng dùng để hàn, dán, nong, ép, lắp chặt, các kiểu lắp ren, ... Đây là loại đồ gá cần thiết để tự động hoá trong quá trình lắp ráp. 123 Hình 3.3 là loại đồ gá lắp ráp trục khuỷu, ở đây độ đồng tâm giữa hai cổ trục chính của trục khuỷu đ•ợc đảm bảo là do chi tiết đ•ợc định vị trên hai khối V (đã đ•ợc điều chỉnh chính xác). Hình 3.3 3.3. Thành phần của đồ gá lắp ráp Đồ gá lắp ráp gồm các thành phần sau: - Cơ cấu định vị - Cơ cấu kẹp chặt - Cơ cấu phụ - Thân đồ gá. 3.3.1. Cơ cấu định vị Các chi tiết định vị trong đồ gá lắp ráp cũng làm chức năng nh• trong đồ gá gia công và đồ gá kiểm tra. Trong những tr•ờng hợp chi tiết cơ sở cần kẹp chặt thì trên bề mặt đồ định vị ng•ời ta bọc một lớp cao su để tránh xây x•ớc. 3.3.2. Cơ cấu kẹp chặt Cơ cấu kẹp chặt trong đồ gá lắp ráp cũng t•ơng tự nh• trong đồ gá gia công. Yêu cầu cơ cấu kẹp chặt là không gây biến dạng và không làm hỏng bề mặt của đối t•ợng lắp ráp. Sử dụng cơ cấu kẹp chặt bằng khí nén vừa giảm đ•ợc thời gian kẹp chặt, vừa làm cho đồ gá bớt cồng kềnh. Một điều cần l•u ý là không đ•ợc kẹp chặt chi tiết trên bàn từ, bởi vì nh• vậy đối t•ợng lắp ráp sẽ bị nhiễm từ. Đối với những tr•ờng hợp lực kẹp nhỏ, tốt nhất là kẹp chặt bằng chân không. Khi thiết kế cơ cấu kẹp chặt phải dựa vào lực kẹp cần thiết. Ph•ơng pháp xác định lực kẹp cũng t•ơng tự nh• đối với đồ gá gia công, nghĩa là phải giải bài 124 toán về lực và mômen. Cần nhớ rằng hệ số an toàn khi tính lực kẹp có khác so với khi tính đối với đồ gá gia công. Đối với đồ gá lắp ráp, hệ số an toàn (K) đ•ợc tính: K = K0 . K4 . K5 . K6 các hệ số K1, K2 và K3 không tính. Trong đó: K0 - Hệ số an toàn cho tất cả các tr•ờng hợp; K4- Hệ số tính đến sự ổn định của lực kẹp (kẹp bằng tay K4=1,3; kẹp bằng cơ khí và tự động K4 =1); K5- Hệ số tính đến mức độ thuận lợi khi kẹp chặt trong đồ gá kẹp bằng tay (kẹp thuận lợi K5 =1, kẹp không thuận lợi K5 =1.2); K6 - Hệ số tính mômen làm xoay chi tiết (nếu diện tích giữa đối t•ợng bề mặt lắp ráp và đồ định vị nhỏ, thì K6 =1; còn diện tích tiếp xúc lớn thì K6 =1,5). Trong tr•ờng hợp diện tích tiếp xúc lớn thì độ nhấp nhô đối t•ợng lắp ráp sẽ tạo nên những vị trí tiếp xúc thực một cách ngẫu nhiên đối với tâm quay của đối t•ợng lắp ráp. 3.3.3. Cơ cấu phụ Cơ cấu phụ là những cơ cấu quay, cơ cấu phân độ, các chốt, các cần đẩy và các cơ cấu khác. Công dụng và kết cấu của cơ cấu phụ ở đồ gá lắp ráp cũng t•ơng tự nh• ở đồ gá gia công. Cần chú ý rằng đối với các cơ cấu quay quanh trục nằm ngang, vị trí tối •u của trục quay phải đi qua trọng tâm của phần quay và đối t•ợng lắp trên đó. 3.4. Độ chính xác lắp ráp Độ chính xác lắp ráp phụ thuộc vào ph•ơng pháp lắp ráp, chế độ lắp ráp (chặt hay lỏng), độ chính xác chi tiết, ph•ơng pháp định vị khi lắp ráp và độ chính xác của đồ gá (hình 3.4). Định tâm bằng chốt trụ Định tâm bằng chốt côn Hình 3.4 125 Độ chính xác lắp ráp cao nhất có thể đạt đ•ợc khi các chi tiết đ•ợc lắp ráp với nhau không có khe hở (hình 3.4a), trong tr•ờng hợp này đồ gá không ảnh h•ởng đến độ chính xác định tâm của chi tiết. Trong tr•ờng hợp lắp ráp cố định (hình 3.4b), l•ợng dịch chuyển h•ớng kính lớn nhất của các chi tiết bằng khe hở h•ớng kính lớn nhất. Khi đó, nếu dùng cơ cấu dẫn h•ớng dạng hình côn có thể giảm đ•ợc l•ợng dịch chuyển tới trị số nhỏ nhất. Khi lắp ráp không có chi tiết định tâm, cần chú ý sao cho chuẩn lắp ráp trùng với chuẩn đo l•ờng. Hình 3.5a là đồ gá lắp ráp có chuẩn lắp ráp trùng với chuẩn đo l•ờng, vì các chi tiết lắp số 1 và số 2 có mặt chuẩn lắp ráp là mặt phẳng đứng tỳ vào các mặt của chi tiết a, trong tr•ờng hợp này độ chính xác lắp ráp là cao nhất. Kích th•ớc lắp ráp X chỉ thay đổi khi các chi tiết đồ gá bị mòn. Tr•ờng hợp chuẩn lắp ráp không trùng với chuẩn đo l•ờng (hình 3.5b) lúc này kích th•ớc X có sai số, sai số đó phụ thuộc vào các kích th•ớc l1 và l2. a/ b/ Hình 3.5 Khi lắp ráp các cụm chi tiết máy hoặc sản phẩm hoàn chỉnh có số l•ợng chi tiết lớn, độ chính xác của kích th•ớc lắp ráp đ•ợc xác định trên cơ sở giải chuỗi kích th•ớc. Việc giải chuỗi kích th•ớc có thể dùng ph•ơng pháp đổi lẫn chức năng hoàn toàn hoặc theo ph•ơng pháp đổi lẫn chức năng không hoàn toàn. Tr•ờng hợp giải chuỗi kích th•ớc theo ph•ơng pháp đổi chức năng hoàn toàn (hình 3.6a), dung sai của các kích th•ớc X đ•ợc xác định nh• sau: n      (3-1) X i1 i Trong đó:  - Dung sai của kích th•ớc đồ gá L 126 n  - Tổng dung sai các kích th•ớc l , l l của các chi tiết lắp ráp i1 i 1 2 n Từ công thức (3-1), ta có thể xác định dung sai  của kích th•ớc đồ gá n      (3-2) X i1 i a/ b/ Hình 3.6 Nếu theo ph•ơng pháp đổi lẫn chức năng không hoàn toàn thì dung sai x đ•ợc xác định nh• sau: 2 2 2 2  X  t 11 2 2 ......n n  (3-3) Trong đó (t) là hệ số xác định % phế phẩm theo kích th•ớc X, th•ờng lấy hệ số t =3. Sự phụ thuộc của % phế phẩm vào hệ số (t) theo bảng sau: Hệ số t 1 2 3 % phế phẩm 32 4,5 0,27 1, 2... n - Hệ số phụ thuộc vào hình dáng đ•ờng cong phân bố kích 1 th•ớc của các chi tiết lắp ráp. Trong tr•ờng hợp đ•ờng cong chuẩn   , đ•ờng 9 1 1 cong xác xuất đều và không xác định   ; đ•ờng cong hình tam giác   . 3 6 Từ công thức (4-3) ta có thể xác định dung sai của kích th•ớc đồ gá lắp 2 1  x 2 2 2  ráp:    2  11  2 2  ...  n n  (3-4) X  t  Kết quả tính toán cho thấy rằng, dung sai kích th•ớc đồ gá tăng lên rất lớn khi hệ số (t) giảm rất nhỏ . 127 Hình 3.6b là đồ gá dùng để hàn hai chi tiết A và B, chỗ hàn đ•ợc thể hiện bằng nét đậm, khi hàn đồ gá bị nung nóng vì vậy để tính đến độ giãn nở của đồ gá ng•ời ta phải tính khe hở () khi gá chi tiết trong đồ gá. Trong tr•ờng hợp không có khe hở hoặc khe hở quá nhỏ chi tiết sẽ bị biến dạng. Giá trị khe hở trên hình 3.6b đ•ợc xác định theo công thức sau:  = t[(LA A + LB B ) - L] (3-5) Trong đó : t- Nhiệt độ (0c) LA, LB - Kích th•ớc chi tiết  - Hệ số tăng nhiệt độ của đồ gá L - Kích th•ớc đồ gá (mm) A, B - Hệ số tăng nhiệt của các chi tiết Nếu (LA . A + LB . B ) < L, thì khe hở () tăng. Đối với các chi tiết có hình dáng phức tạp thì khe hở đ•ợc xác định bằng ph•ơng pháp thực nghiệm. + Dung sai kích th•ớc L0 kí hiệu 0 đ•ợc xác định theo ph•ơng pháp đổi lẫn chức năng hoàn toàn, cụ thể: 0 = A + B +  + 0 (3-6) Từ đó ta suy ra dung sai kích th•ớc L đ•ợc xác định nh• sau:  = 0 - A - B +  (3-7) + Theo ph•ơng pháp đổi lẫn chức năng không hoàn toàn ta có thể xác định 2 2 0 từ công thức (4-3): 0  t 1 A  2 B     (3-8) 2 1 1   2 2  Từ đó:    2  1 A  2 B  (3-9)   t  Nếu bộ phận lắp ráp có n chi tiết, thì công thức (3-9) có dạng sau: 2 1 1   2 2 2     2  1 A  2 B ...... n n  (3-10)   t  Khi  =  = ....... = 1 (quy luật phân bố đều) và t =3, ta có: 1 2 n 9 2 2 2 2   ( 0  ) 1  2 ......  n (3-11) Để nâng cao độ chính xác lắp ráp bằng ph•ơng pháp hàn, dán thì các chi tiết cần có vấu, gờ hoặc rãnh để định h•ớng. 128 Vật liệu cho đồ gá lắp ráp có một ý nghĩa quan trọng đối với độ bền và độ chính xác của đồ gá. Hệ số dãn nở vật liệu của đối t•ợng lắp ráp (chi tiết) phải nhỏ hơn hệ số của vật liệu làm đồ gá. Trong tr•ờng hợp này ta có thể giảm khe hở do nhiệt độ giữa đồ gá và sản phẩm (đối t•ợng lắp ráp) và có thể đạt đ•ợc độ chính xác lắp ráp cao hơn (trong nhiều tr•ờng hợp có thể đạt 0,025 0,05 mm). Vật liệu làm đồ gá phải chịu đ•ợc nhiệt, phải có độ bền cao và độ chống mài mòn cao. Kết cấu của đồ gá phải đơn giản, thuận tiện cho việc kiểm tra độ chính xác của chúng và khi cần kiểm tra ta có thể dùng ph•ơng pháp kiểm tra trực tiếp. Đối với các chi tiết cơ sở nặng và lớn khi lắp ráp cần thay đổi vị trí ng•ời ta có thể dùng cơ cấu quay (hình 3.7). 1. Thân gá; 2. Con lăn; 3. Đối t•ợng lắp ráp; 4. Bộ phận lật; 5,6. Giá đỡ Hình 3.7 Đồ gá dùng để lắp ráp các chi tiết hình trụ (hình 3.7a), đối t•ợng lắp số 3 có thể quay nhẹ nhàng trên khối V gồm hai con lăn số 2. Đồ gá lật đối t•ợng lắp ráp (hình 3.7b), đối t•ợng lắp số 3 đ•ợc di động bằng các con lăn tới bộ phận lật số 4 (máng chứa), sau khi đã nằm trong máng chứa số 4 ng•ời ta quay máng chứa số 4 quanh chốt số 5 nửa vòng (1800), nh• vậy đối t•ợng lắp số 3 thay đổi vị trí và đ•ợc chuyển tới các con lăn khác. Máng chứa số 4 đ•ợc cố định bằng chốt số 5. Quá trình quay đối t•ợng lắp có thể thực hiện bằng tay hoặc cơ khí. 129 Tài liệu tham khảo [1] Trần Văn Địch, Lê Văn Tiến, Trần Xuân Việt - Đồ gá - Tr•ờng ĐH Bách Khoa Hà Nội - 1998. [2] Đặng Vũ Giao - Đồ gá - Tr•ờng ĐH Bách Khoa Hà Nội. [3] Trần Văn Địch - Thiết kế đồ án CNCTM - Tr•ờng ĐHBK Hà Nội - 1998. [4] Trần Văn Địch - át lát đồ gá - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - Năm 2000 130