Chuỗi kích thước là một vòng khép kín các kích thước nối tiếp nhau, trong đó một kích thước không được gia công trực tiếp mà hình thành từ tất cả những cái còn lại. Khe hở dọc trục của cụm ổ, khoảng cách từ mặt bích đến tâm lỗ sau ba lần gá, độ nhô của một chốt sau khi lắp: tất cả đều là kết quả của nhiều kích thước cộng trừ với nhau. Sai số của từng kích thước cũng cộng dồn, và nếu không tính trước, cụm lắp ráp có thể không đạt dù từng chi tiết đều nằm trong dung sai.
Bài này trình bày cách lập chuỗi, cách giải theo phương pháp cực đại cực tiểu và phương pháp xác suất, một ví dụ giả định có đủ số, phần chuỗi kích thước công nghệ khi phải đổi chuẩn đo, và cách giao phần tính cho trợ lý AI mà vẫn kiểm soát được.
Các thành phần của một chuỗi
Khâu khép kín. Là kích thước hình thành sau cùng, không gia công hay chỉnh trực tiếp được trong chuỗi đó: khe hở, độ dôi, độ nhô, khoảng cách giữa hai bề mặt nằm trên hai chi tiết khác nhau. Mỗi chuỗi chỉ có một khâu khép kín, và việc xác định đúng nó là bước quan trọng nhất.
Khâu thành phần tăng. Là kích thước mà khi nó lớn lên thì khâu khép kín cũng lớn lên. Trong cụm ổ trên trục, chiều dài lòng trong thân hộp là khâu tăng của khe hở dọc trục.
Khâu thành phần giảm. Là kích thước mà khi nó lớn lên thì khâu khép kín nhỏ đi. Bề rộng ổ lăn, chiều dài ống cách là các khâu giảm của cùng khe hở đó. Cách nhận biết nhanh: đi một vòng quanh chuỗi theo một chiều, các khâu cùng chiều với khâu khép kín là giảm, ngược chiều là tăng, hoặc đơn giản thử tưởng tượng phóng to từng khâu.
Chuỗi lắp ráp và chuỗi công nghệ. Chuỗi lắp ráp gồm kích thước nằm trên nhiều chi tiết, khâu khép kín là yêu cầu của cụm máy. Chuỗi công nghệ gồm các kích thước trên cùng một chi tiết qua các nguyên công, khâu khép kín là kích thước thiết kế không đo trực tiếp được với chuẩn đang dùng.
Lập và giải chuỗi theo phương pháp cực đại cực tiểu
Phương pháp cực đại cực tiểu, còn gọi là lắp lẫn hoàn toàn, giả định trường hợp xấu nhất: mọi khâu tăng cùng ở giới hạn lớn và mọi khâu giảm cùng ở giới hạn nhỏ, hoặc ngược lại. Kết quả chắc chắn đạt cho mọi tổ hợp.
- Vẽ sơ đồ chuỗi bằng các mũi tên nối đuôi nhau, khép thành vòng; đánh dấu khâu khép kín.
- Xác định từng khâu là tăng hay giảm.
- Kích thước danh nghĩa của khâu khép kín bằng tổng danh nghĩa các khâu tăng trừ tổng danh nghĩa các khâu giảm.
- Giới hạn lớn nhất của khâu khép kín bằng tổng giới hạn lớn nhất các khâu tăng trừ tổng giới hạn nhỏ nhất các khâu giảm.
- Giới hạn nhỏ nhất của khâu khép kín bằng tổng giới hạn nhỏ nhất các khâu tăng trừ tổng giới hạn lớn nhất các khâu giảm.
- Kiểm: dung sai khâu khép kín phải bằng tổng dung sai mọi khâu thành phần. Nếu không bằng, có chỗ tính sai.
- So kết quả với yêu cầu của cụm. Nếu vùng khép kín rộng hơn yêu cầu, phải thu hẹp dung sai các khâu thành phần hoặc đổi phương pháp đảm bảo độ chính xác.
Đẳng thức ở bước 6 cho thấy điểm yếu của phương pháp này: chuỗi càng nhiều khâu, dung sai khép kín càng lớn. Muốn giữ khâu khép kín hẹp với nhiều khâu, mỗi khâu phải rất chặt, và chi phí gia công tăng nhanh.
Ví dụ giả định: khe hở dọc trục của cụm hai ổ lăn
Một trục đỡ trên hai ổ lăn đặt trong thân hộp, giữa hai ổ có ống cách, hai nắp ổ áp vào mặt ngoài. Khe hở dọc trục cần nằm trong khoảng 0,4 đến 1,0 mm. Bốn khâu thành phần với dung sai giả định như sau.
| Khâu | Loại | Danh nghĩa (mm) | Giới hạn (mm) | Dung sai (mm) |
|---|---|---|---|---|
| Lòng trong thân hộp | Tăng | 120 | 120,00 đến 120,20 | 0,20 |
| Bề rộng ổ thứ nhất | Giảm | 20 | 19,88 đến 20,00 | 0,12 |
| Bề rộng ổ thứ hai | Giảm | 20 | 19,88 đến 20,00 | 0,12 |
| Ống cách | Giảm | 79,5 | 79,45 đến 79,55 | 0,10 |
| Khe hở dọc trục | Khép kín | 0,5 | 0,45 đến 0,99 | 0,54 |
Giới hạn lớn nhất: 120,20 trừ 19,88 trừ 19,88 trừ 79,45 bằng 0,99 mm. Giới hạn nhỏ nhất: 120,00 trừ 20,00 trừ 20,00 trừ 79,55 bằng 0,45 mm. Tổng dung sai 0,20 cộng 0,12 cộng 0,12 cộng 0,10 bằng 0,54 mm, khớp với hiệu 0,99 trừ 0,45. Kết quả nằm trong yêu cầu 0,4 đến 1,0 mm nên phương án dung sai này dùng được theo cách lắp lẫn hoàn toàn. Các số trên là ví dụ giả định để minh hoạ cách tính; bề rộng và dung sai ổ thật phải tra catalog của đúng ổ.
Phương pháp xác suất: khi nào được dùng và rủi ro là gì
Trong sản xuất loạt, khả năng mọi chi tiết cùng rơi vào giới hạn xấu nhất cùng lúc là rất nhỏ, vì kích thước gia công thường phân bố dày ở giữa vùng và thưa ở hai mép. Phương pháp xác suất, hay lắp lẫn không hoàn toàn, tận dụng điều này: thay vì cộng dung sai, ta lấy căn bậc hai của tổng bình phương dung sai các khâu. Ở ví dụ trên, căn của 0,20 bình phương cộng 0,12 bình phương hai lần cộng 0,10 bình phương ra khoảng 0,28 mm, gần bằng nửa con số 0,54 của cách tính xấu nhất.
Điều đó cho phép nới dung sai từng khâu mà vẫn giữ vùng khép kín, đổi lại chấp nhận một tỷ lệ rất nhỏ cụm lắp không đạt, phải xử lý riêng. Công thức căn tổng bình phương dựa trên giả định các khâu độc lập với nhau, phân bố gần chuẩn và tâm phân bố nằm giữa vùng dung sai. Ở xưởng nhỏ, cả ba giả định này hay bị vi phạm: thợ có thói quen làm trục to một chút cho an toàn, dao mòn làm kích thước trôi dần về một phía, một lô ổ lăn cùng nghiêng về một mép.
Vì vậy phương pháp xác suất phù hợp khi sản lượng đủ lớn, quá trình gia công ổn định và có số liệu đo chứng minh phân bố. Với hàng đơn chiếc, sửa chữa hay loạt nhỏ, cách tính xấu nhất an toàn hơn. Ngoài hai cách trên, sách công nghệ chế tạo máy còn nêu các phương pháp khác: chọn lắp theo nhóm kích thước, sửa lắp bằng cạo hoặc mài một khâu bù, và điều chỉnh bằng vòng đệm có chiều dày khác nhau. Ở cụm ổ, dùng bộ đệm căn dưới nắp ổ là cách rất phổ biến để không phải siết chặt dung sai thân hộp.
Chuỗi kích thước công nghệ: khi chuẩn đo khác chuẩn thiết kế
Bản vẽ có thể ghi kích thước từ mặt A đến mặt C, nhưng khi gia công, mặt C lại được đo từ mặt B vì mặt A đã bị che bởi đồ gá hoặc chưa được gia công. Khi đó kích thước thiết kế trở thành khâu khép kín của một chuỗi gồm kích thước A đến B và B đến C. Để đảm bảo A đến C, hai kích thước công nghệ phải có dung sai cộng lại không vượt dung sai thiết kế, tức là mỗi kích thước phải làm chặt hơn so với khi đo trực tiếp.
Ví dụ giả định: bản vẽ ghi chiều sâu bậc từ mặt đầu là 15 cộng trừ 0,1 mm. Nếu đo trực tiếp được thì dung sai là 0,2 mm. Nhưng nếu phải đo chiều dài tổng 60 từ mặt đầu kia và chiều dài phần còn lại 45, thì 0,2 mm phải chia cho hai kích thước, ví dụ mỗi kích thước chỉ còn cộng trừ 0,05 mm. Người lập quy trình không tính lại sẽ giao cho thợ dung sai cộng trừ 0,1 cho cả hai, và chi tiết có thể lệch tới cộng trừ 0,2 ở kích thước thiết kế mà từng phép đo vẫn báo đạt.
Cách tránh tốt nhất là chọn chuẩn đo trùng chuẩn thiết kế ngay từ lúc lập quy trình, hoặc đo khâu thiết kế trực tiếp bằng dụng cụ đo chiều sâu, đồng hồ so trên bàn máp. Khi buộc phải đổi chuẩn, ghi rõ trên phiếu công nghệ kích thước công nghệ đã tính lại, để thợ không tự quay về con số trên bản vẽ.
Đọc kết quả chuỗi để ra quyết định, không chỉ để có con số
Giải xong một chuỗi, con số quan trọng không phải là vùng khép kín mà là phần đóng góp của từng khâu. Ở ví dụ cụm hai ổ, lòng trong thân hộp chiếm 0,20 trong tổng 0,54 mm, tức hơn một phần ba. Nếu cần thu hẹp khe hở, siết dung sai thân hộp hiệu quả hơn nhiều so với đòi hỏi ổ lăn chính xác hơn, vốn không phải do xưởng làm ra.
Cũng từ bảng đóng góp, bạn thấy khâu nào là khâu bù hợp lý nhất. Ống cách là chi tiết rẻ, dễ tiện lại theo số đo thực của thân hộp và ổ; nhiều xưởng làm ống cách hơi dài rồi tiện bớt khi lắp, biến nó thành khâu sửa lắp. Cách làm này đổi một phép tính dung sai khó thành một phép đo và một lần tiện, rất hợp với hàng đơn chiếc. Điều kiện là bản vẽ và phiếu công nghệ ghi rõ khâu nào được phép sửa, để người lắp không tự ý mài nắp ổ hay thân hộp.
Giao phần tính cho AI mà vẫn nắm được chuỗi
Chuỗi nhiều khâu rất dễ cộng nhầm dấu, nên AI hoặc bảng tính giúp nhiều. Nhưng phần khó nhất, là xác định khâu khép kín và chiều tăng giảm, phải do người hiểu cụm máy làm.
- Tự vẽ sơ đồ chuỗi và ghi rõ khâu nào tăng, khâu nào giảm trước khi hỏi AI.
- Đưa AI bảng khâu với danh nghĩa, giới hạn và loại; câu lệnh mẫu: "Hãy giải chuỗi kích thước này theo phương pháp cực đại cực tiểu và theo căn tổng bình phương, trình bày từng phép cộng trừ, kiểm đẳng thức tổng dung sai, rồi so với yêu cầu khe hở 0,4 đến 1,0 mm."
- Yêu cầu AI chỉ ra khâu đóng góp nhiều dung sai nhất, đó là khâu nên cân nhắc thu hẹp hoặc thay bằng khâu bù.
- Kiểm kết quả bằng một bảng tính tự lập; hai cách tính ra cùng số mới dùng.
- Không để AI tự chọn tăng hay giảm từ mô tả bằng lời; mô tả mơ hồ là nguồn sai phổ biến nhất.
- Khi dán thông số cụm máy của khách, bỏ tên khách và mã hàng; chuỗi kích thước chỉ cần con số.
Với xưởng thường làm một loại cụm lặp lại, lập sẵn một bảng tính chuỗi có công thức khoá, được người có kinh nghiệm soát, sẽ an toàn và nhanh hơn hỏi AI mỗi lần.
Câu hỏi thường gặp
Làm sao biết đâu là khâu khép kín?
Khâu khép kín là kích thước không trực tiếp gia công hay chỉnh trong chuỗi đang xét, mà hình thành sau khi các khâu khác đã xong, như khe hở sau khi lắp hoặc kích thước thiết kế khi đo từ chuẩn khác. Mỗi chuỗi chỉ có một khâu khép kín.
Có nên luôn dùng phương pháp xác suất để nới dung sai không?
Không. Phương pháp xác suất chỉ đáng tin khi sản lượng đủ lớn, gia công ổn định và có số liệu đo cho thấy kích thước phân bố quanh giữa vùng. Với hàng đơn chiếc, sửa chữa hay loạt nhỏ, nên tính theo trường hợp xấu nhất.
Chuỗi quá nhiều khâu thì xử lý thế nào?
Có thể rút bớt khâu bằng cách thiết kế lại để các bề mặt quan trọng tựa trực tiếp vào nhau, hoặc dùng một khâu bù như vòng đệm căn, chi tiết cạo sửa lúc lắp. Cách này thường rẻ hơn siết dung sai tất cả các khâu.
Vì sao đổi chuẩn đo lại làm dung sai chặt hơn?
Vì kích thước thiết kế lúc đó là tổng hoặc hiệu của hai kích thước đo được, và sai số của cả hai cộng dồn vào nó. Để giữ dung sai thiết kế, tổng dung sai hai kích thước công nghệ không được vượt dung sai ban đầu.
Có phần mềm nào tính chuỗi kích thước không?
Nhiều phần mềm CAD có mô đun phân tích chồng dung sai, và một bảng tính tự lập cũng đủ cho phần lớn chuỗi một chiều ở xưởng nhỏ. Dù dùng công cụ nào, sơ đồ chuỗi và chiều tăng giảm vẫn phải do người hiểu cụm máy xác định.
AI có tự lập được chuỗi từ ảnh bản vẽ lắp không?
Có thể gợi ý, nhưng hay nhầm chiều tăng giảm và bỏ sót khâu như chiều dày đệm hay mép vát. Nên dùng AI để tính và trình bày, còn sơ đồ chuỗi tự vẽ và kiểm lại. Nhớ che thông tin khách trước khi gửi ảnh.