Chuẩn trong chế tạo máy

4.1- Định nghĩa và phân loại

4.1.1- Định nghĩa

Mỗi chi tiết khi đ-ợc gia công cơ th-ờng có các dạng bề mặt sau: bề mặt gia công, bề mặt dùng để định vị, bề mặt dùng để kẹp chặt, bề mặt dùng để đo l-ờng, bề mặt không gia công. Trong thực tế, có thể có một bề mặt làm nhiều nhiệm vụ khác nhau nh- vừa dùng để định vị, vừa dùng để kẹp chặt hay kiểm tra.

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 về chuẩn và định nghĩa nh- sau:

"Chuẩn là tập hợp của những bề mặt, đ-ờng hoặc điểm của một chi tiết mà căn cứ vào đó ng-ời ta xác định vị trí của các bề mặt, đ-ờng hoặc điểm khác của bản thân chi tiết đó hoặc của chi tiết khác".

Nh- vậy, chuẩn có thể là một hay nhiều bề mặt, đ-ờng hoặc điểm. Vị trí t-ơng quan của các bề mặt, đ-ờng hoặc điểm đ-ợc xác định trong quá trình thiết kế hoặc gia công cơ, lắp ráp hoặc đo l-ờng.

Việc xác định chuẩn ở một nguyên công gia công cơ chính là việc xác định vị trí t-ơng quan giữa dụng cụ cắt và bề mặt cần gia công của chi tiết để đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của nguyên công đó.

4.1.2- Phân loại

Một cách tổng quát, ta có thể phân loại chuẩn trong Chế tạo máy thành các loại nh- sau:

Chuẩn(chuẩn thiết kế+chuẩn công nghệ(chuẩn lắp ráp+chuẩn kiểm tra+chuẩn gia công(chuẩn thô+chuẩn tinh(chuẩn tinh chính+chuẩn tinh phụ)

Chuẩn thiết kế

Chuẩn thiết kế là chuẩn đ-ợc dùng trong quá trình thiết kế. Chuẩn này được hình thành khi lập các chuỗi kích thước trong quá trình thiết kế.

Chuẩn thiết kế có thể là chuẩn thực hay chuẩn ảo.

b) Chuẩn công nghệ

Chuẩn công nghệ đ-ợc chia ra thành: 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 hoặc điểm của chi tiết trong quá trình gia công cơ. Chuẩn này bao giờ cũng là chuẩn thực.

- Nếu gá đặt để gia công theo ph-ơng pháp tự động đạt kích th-ớc cho cả loạt chi tiết máy thì mặt A làm cả hai nhiệm vụ tỳ và định vị.

- Nếu rà gá từng chi tiết theo đ-ờng vạch dấu B thì mặt A chỉ làm nhiệm vụ tỳ, còn chuẩn định vị là đ-ờng vạch dấu B. Như vậy, chuẩn gia công có thể trùng hoặc không trùng với mặt tỳ của chi tiết lên đồ gá hoặc lên bàn máy.

Chuẩn gia công còn được chia ra thành chuẩn thô và chuẩn tinh.

Chuẩn thô là những bề mặt dùng làm chuẩn ch-a qua gia công. Hầu hết các tr-ờng hợp thì chuẩn thô là những yếu tố hình học thực của phôi ch-a gia công; chỉ trong tr-ờng hợp phôi đ-a vào xưởng đã ở dạng gia công sơ bộ thì chuẩn thô mới là những bề mặt gia công, tr-ờng hợp này th-ờng gặp trong sản xuất máy hạng nặng.

Chuẩn tinh là những bề mặt dùng làm chuẩn đã qua gia công. Nếu chuẩn tinh còn được dùng trong quá trình lắp ráp thì gọi là chuẩn tinh chính, còn chuẩn tinh không đ-ợc dùng trong quá trình lắp ráp thì gọi là chuẩn tinh phụ.

Ví dụ: - Khi gia công bánh răng, ng-ời ta th-ờng dùng mặt lỗ A để định vị. Mặt lỗ này sau đó sẽ đ-ợc dùng để lắp ghép với trục. Vậy, lỗ A đ-ợc gọi là chuẩn tinh chính.

- Các chi tiết trục th-ờng có 2 lỗ tâm ở hai đầu. Hai lỗ tâm này đ-ợc dùng làm chuẩn để gia công trục, nh-ng về sau sẽ không tham gia vào lắp ghép, do vậy đây 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 với mặt tỳ lắp ráp và cũng có thể không.

Chuẩn kiểm tra (hay 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.

Ví dụ: Khi kiểm tra độ không đồng tâm của các bậc trên một trục, ng-ời ta th-ờng dùng hai lỗ tâm của trục làm chuẩn, chuẩn này đ-ợc gọi là chuẩn kiểm tra.

Chú ý: Trong thực tế, chuẩn thiết kế, chuẩn công nghệ (chuẩn gia công, chuẩn kiểm tra, chuẩn lắp ráp) có thể trùng hoặc không trùng nhau. Do vậy, trong quá trình thiết kế, việc chọn chuẩn thiết kế trùng chuẩn công nghệ là tối -u vì lúc đó mới sử dụng đ-ợc toàn bộ miền dung sai; nếu không thỏa mãn điều trên thì ta chỉ sử dụng đ-ợc một phần của tr-ờng dung sai.

Ví dụ: Khi gia công piston, yêu cầu phải đảm bảo kích th-ớc H1 để đảm bảo tỷ số nén cho động cơ. Chuẩn thiết kế là mặt M. Ta phải chọn chuẩn gia công là M, lúc đó mới sử dụng đ-ợc hết dung sai của H1; còn nếu chọn chuẩn gia công là N thì phải gia công H2 để đạt đ-ợc H1 thông qua kích th-ớc H. Nh- vậy thì H1 sẽ là khâu khép kín, dung sai nó sẽ là tổng dung sai các khâu thành phần H và H2, vì thế gia công H2 sẽ rất khó để đảm bảo dung sai của H1.

4.2- quá trình gá đặt chi tiết trong gia công

Gá đặt chi tiết bao gồm hai quá trình: định vị chi tiết và kẹp chặt chi tiết.

Định vị là sự xác định chính xác vị trí t-ơng đối của chi tiết so với dụng cụ cắt tr-ớc khi gia công.

Kẹp chặt là quá trình cố định vị trí của chi tiết sau khi đã định vị để chống lại tác dụng của ngoại lực (chủ yếu là lực cắt) trong quá trình gia công làm cho chi tiết không đ-ợc xê dịch và rời khỏi vị trí đã đ-ợc định vị.

Ví dụ: Khi gá đặt chi tiết trên mâm cặp ba chấu tự định tâm. Sau khi đ-a chi tiết lên mâm cặp, vặn cho các chấu cặp tiến vào tiếp xúc với chi tiết sao cho tâm của chi tiết trùng với tâm của trục chính máy, đó là quá trình định vị. Tiếp tục vặn cho ba chấu cặp tạo nên lực kẹp chi tiết để chi tiết sẽ không bị dịch chuyển trong quá trình gia công, đó là quá trình kẹp chặt.

Chú ý rằng, trong quá trình gá đặt, bao giờ quá trình định vị cũng xảy ra tr-ớc, chỉ khi nào quá trình định vị kết thúc thì mới bắt đầu quá trình kẹp chặt. Không bao giờ hai quá trình này xảy ra đồng thời hay quá trình kẹp chặt xảy ra tr-ớc quá trình định vị.

4.3- Nguyên tắc định vị 6 điểm

Bậc tự do theo một ph-ơng nào đó của một vật rắn tuyệt đối là khả năng di chuyển của vật rắn theo ph-ơng đó mà không bị bởi bất kỳ một cản trở nào trong phạm vi ta đang xét.

Một vật rắn tuyệt đối trong không gian có 6 bậc tự do chuyển động. Khi ta đặt nó vào trong hệ tọa độ Đềcác, 6 bậc tự do đó là: 3 bậc tịnh tiến dọc trục T(Ox), T(Oy), T(Oz) và 3 bậc quay quanh trục Q(Ox), Q(Oy), Q(Oz).

Người ta dùng nguyên tắc 6 điểm này để định vị các chi tiết khi gia công.

Chú ý:

- Mỗi một mặt phẳng bất kỳ đều có khả năng khống chế 3 bậc tự do nh-ng không thể sử dụng trong một chi tiết có 2 mặt phẳng cùng khống chế 3 bậc tự do.

- Trong quá trình gia công, chi tiết đ-ợc định vị không cần thiết phải luôn đủ 6 bậc tự do mà chỉ cần những bậc tự do cần thiết theo yêu cầu của nguyên công đó.

- Số bậc tự do khống chế không lớn hơn 6, nếu có 1 bậc tự do nào đó đ-ợc khống chế quá 1 lần thì gọi là siêu định vị. Siêu định vị sẽ làm cho phôi gia công bị kênh hoặc lệch, không đảm bảo đ-ợc vị trí chính xác, gây ra sai số gá đặt phôi, ảnh h-ởng đến độ chính xác gia công. Do đó, trong quá trình gia công không đ-ợc để xảy ra hiện t-ợng siêu định vị.

- Không đ-ợc khống chế thiếu bậc tự do cần thiết, nh-ng cho phép khống chế lớn hơn số bậc tự do cần thiết để có thể dễ dàng hơn cho quá trình định vị gá đặt.

- Số bậc tự do cần hạn chế phụ thuộc vào yêu cầu gia công ở từng b-ớc công nghệ, vào kích th-ớc bề mặt chuẩn, vào mối lắp ghép giữa bề mặt chuẩn của phôi với bề mặt làm việc của cơ cấu định vị phôi.

Khả năng khống chế của các chi tiết định vị thường gặp:

Khối V dài khống chế 4 bậc tự do.

Khối V ngắn khống chế 2 bậc tự do.

Chốt trụ dài định vị 4 bậc tự do.

Chốt trụ ngắn định vị 2 bậc tự do.

Chốt trám định vị 1 bậc tự do.

Mâm cặp ba chấu định vị 4 bậc tự do.(L>D)

Hai mũi tâm định vị 5 bậc tự do

Các nguyên tắc chọn chuẩn

Khi chọn chuẩn để gia công, ta phải xác định chuẩn cho nguyên công đầu tiên và chuẩn cho nguyên công tiếp theo. Thông th-ờng, chuẩn dùng cho nguyên công đầu tiên là chuẩn thô, còn chuẩn dùng trong các nguyên công tiếp theo là chuẩn tinh.

Mục đích của việc chọn chuẩn là để bảo đảm :

- Chất l-ợng của chi tiết trong quá trình gia công.

- Nâng cao năng suất và giảm giá thành.

4.5.1- Nguyên tắc chọn chuẩn thô

Chuẩn thô th-ờng đ-ợc dùng trong ở nguyên công đầu tiên trong quá trình gia công cơ. Việc chọn chuẩn thô có ý nghĩa quyết định đối với quá trình công nghệ, nó có ảnh h-ởng đến các nguyên công tiếp theo và độ chính xác gia công của chi tiết.

Khi chọn chuẩn thô phải chú ý hai yêu cầu:

- Phân phối đủ l-ợng d- cho các bề mặt gia công.

- Bảo đảm độ chính xác cần thiết về vị trí t-ơng quan giữa các bề mặt không gia công và các bề mặt sắp gia công.

Dựa vào các yêu cầu trên, ng-ời ta đ-a ra 5 nguyên tắc khi chọn chuẩn thô:

Nếu chi tiết gia công có một bề mặt không gia công thì nên chọn bề mặt đó làm chuẩn thô, vì nh- vậy sẽ làm cho sự thay đổi vị trí t-ơng quan giữa bề mặt gia công và bề mặt không gia công là nhỏ nhất.

Nếu có một số bề mặt không gia công thì nên chọn bề mặt không gia công nào có yêu cầu độ chính xác về vị trí t-ơng quan cao nhất đối với các bề mặt gia công làm chuẩn thô.

4.5.2- Nguyên tắc chọn chuẩn tinh

Khi chọn chuẩn tinh, ng-ời ta cũng đ-a ra 5 nguyên tắc sau:

Cố gắng chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh chính, khi đó chi tiết lúc gia công sẽ có vị trí t-ơng tự lúc làm việc. Vấn đề này rất quan trọng khi gia công tinh.

Ví dụ: Khi gia công răng của bánh răng, chuẩn tinh đ-ợc chọn là bề mặt lỗ của bánh răng, chuẩn tinh này cũng là chuẩn tinh chính vì sau này nó sẽ đ-ợc lắp với trục.

Cố gắng chọn chuẩn định vị trùng với gốc kích th-ớc để sai số chọn chuẩn bằng 0.

Chọn chuẩn sao cho khi gia công, chi tiết không bị biến dạng do lực cắt, lực kẹp. Mặt chuẩn phải đủ diện tích định vị.

Chọn chuẩn sao cho kết cấu đồ gá đơn giản và thuận tiện khi sử dụng.

Cố gắng chọn chuẩn thống nhất, tức là trong nhiều lần cũng chỉ dùng một chuẩn để thực hiện các nguyên công của cả quá trình công nghệ, vì khi thay đổi chuẩn sẽ sinh ra sai số tích lũy ở những lần gá sau.