Chúng ta hiểu rằng các sản phẩm sau khi gia công không thể nào đạt mức độ hoàn hảo như lý thuyết. Kích thước vị trí thật luôn luôn khác so với vị trí lý thuyết của mỗi đối tượng trong sản phẩm. Dung sai vị trí sinh ra để giữ được sự sai khác này trong một giới hạn đã đặt ra.

1. Định nghĩa

Dung sai vị trí là dung sai hình học mà nó kiểm soát độ sai lệch vị trí cho phép của một đối tượng so với vị trí đúng của nó. Dung sai vị trí được sử dụng để định vị các tính năng của kích thước tính từ các khung tham chiếu chuẩn như là lỗ hoặc rãnh then.

Hình 1. Biểu diễn dung sai vị trí

Một dung sai vị trí là tổng hợp các biến động vị trí cho phép của một tính năng so với vị trí thực của nó.

2. Dung Sai Vị Trí Nằm Ở Đâu?

Chúng ta hiểu rằng các sản phẩm sau khi gia công không thể nào đạt mức độ hoàn hảo như lý thuyết. Kích thước vị trí thật luôn luôn khác so với vị trí lý thuyết của mỗi đối tượng trong sản phẩm. Dung sai vị trí sinh ra để giữ được sự sai khác này trong một giới hạn đã đặt ra

Sai lệch vị trí là dung sai 2D/3D trong bảng dung sai hình học GD&T xác định vùng dung sai tùy thuộc vào đối tượng cần kiểm soát. Sai lệch vị trí nằm trong nhóm dung sai vị trí và yêu cầu mặt chuẩn để so sánh.

Hình 2. Vị trí của sai lệch vị trí trong bảng dung sai hình học GD&T

Đối với đối tượng là hình trụ, nó được xếp vào dung sai 3D, nó tạo ra một vùng dung sai hình trụ xung quanh vị trí thực mà trục của đối tượng phải nằm trong đó. Ký hiệu (Ø) trong ô dung sai thể hiện sự kiểm soát vùng dung sai hình trụ như ví dụ hình 3.

Hình 3. Biểu diễn dung sai vị trí đối với vùng dung sai 3D

Đối với các đối tượng khác, các đối tượng 2D như đường thẳng, tâm, mặt phẳng của đối tượng phải nằm trong vùng dung sai chỉ định như hình 4.

Hình 4. Mô tả vùng dung sai 2D, tâm của hình tròn

3. Thể Hiện Độ Thẳng Trên Bản Vẽ?

ASME đưa ra ví dụ minh họa về việc biểu diễn kiểm soát dung sai vị trí 6 lỗ giống nhau dựa vào kích thước lý thuyết (basic dimension) so với hệ trục tọa độ datum A và B.

Hình 5. Biểu diễn dung sai vị trí trên bản vẽ

4. Kích thước lý thuyết (basic dimension) là gì?

Để xác định vị trí của đối tượng so với khung tham chiếu chuẩn, hay còn gọi là datum thì người ta dùng kích thước lý thuyết (basic dimension). Basic dimension được đóng khung trong ô vuông như hình 6.

Hình 6. Biểu diễn kích thước lý thuyết (basic dimension)

Người ta biểu diễn basic dimension theo 2 cách như hình bên dưới, hình 5 là biểu diễn theo tọa độ trụ (tọa độ polar), hình 7 biểu diễn theo tọa độ Đề Các (tọa độ đường XYZ).

Hình 7. Biểu diễn kích thước basic dimension theo hệ tọa độ trụ (Polar)

Hình 8. Biểu diễn kích thước basic dimesion theo hệ tọa độ Đề Các (XYZ)

Các bộ phận trong nhà máy phải phân biệt kích thước lý thuyết, kích thước tham khảo, kích thước áp dụng dung sai chung của bản vẽ hoặc dung sai theo một tiêu chuẩn nào đó như ISO, JIS, DIN, TCVN, KS, …

5. Áp dụng điều kiện vật liệu MMC, LMC cho dung sai vị trí

Người ta áp dụng điều kiện vật liệu tối đa MMC và điều kiện vật liệu tối thiếu LMC chủ yếu là vào dung sai vị trí để mở rộng vùng dung sai đúng của vị trí cho việc lắp ráp và gia công được dễ dàng hơn.

Ngoài việc áp dụng điều kiện vật liệu trong ô dung sai thì người ta còn áp dụng cả MMB cho ô trục chuẩn B, C như hình 9.

Lúc này trục chuẩn B, C cũng đóng vai trò như là bộ phận lắp ráp để mở rộng vùng dung sai lắp ghép cho bộ phận.

Hình 9. Áp dụng MMC, MMB cho dung sai vị trí

6. Sự khác nhau giữa việc kiểm soát vị trí của dung sai kích thước (Linear Tolerancing) và dung sai hình học (True Position)

Người ta phát hiện ra rằng đối với dung sai kích thước thẳng truyền thống, các chi tiết mặc dù không đạt yêu cầu kích thước nhưng vẫn có thể lắp ráp được. Vậy nên người ta đã nghiên cứu ra dung sai kích thước hình học GD&T để giải quyết triệt để nguyên lý của lắp ráp giúp cho các nhà máy gia công được nới lỏng dung sai hơn.

Để giải thích cho điều trên là đúng, hãy cùng nhìn ví dụ về vùng diện tích dung sai cần kiểm soát dung sai vị trí của một lỗ như hình 10.

Một lỗ có yêu cầu dung sai vị trí là ±0.1, điều này có nghĩa tâm của trụ này được phép di chuyển trong đường tròn có bán 0.141 vẫn thỏa mãn dung sai kích thước truyền thống.

Thực tế, tâm gia công nằm ở vị trí xa nhất so với tâm thiết kế – Nhưng nó vẫn nằm trong miền dung sai cho phép. Lúc này khoảng cách của 2 điểm trong không gian từ tâm của vị trí thật cho tới tâm lý thuyết được tính bằng công thức:

√((x1-x2) ² + (y1-y2) ²)

Hình 10. Sự khác nhau giữa diện tích cho vùng dung sai

Vậy rõ ràng vị trí thực hoàn toàn có thể nằm ngoài dung sai kích thước truyền thống mà nằm trong vùng dung sai hình tròn có bán kính là 0.141 thì chúng vẫn thỏa mãn yêu cầu của lắp ráp mà vùng diện thích này được nới lỏng hơn, vậy có phải là GD&T đã giúp các nhà máy tiết kiệm chi phí gia công không?

7. Cách tính toán vị trí thực trong đo lường

Vị trí thực được tính bằng công thức sau:

Dung sai vị trí = 2 x Căn bậc hai [(giá trị thực trục X – kích thước lý thuyết X) ² + (giá trị thực trục Y – kích thước lý thuyết Y) ² ],

Trong đó thì,

Giá trị thực là giá trị đo được theo trục so với datum chuẩn

Kích thước lý thuyết (basic dimension) là kích thước cho sẵn trên bản vẽ thiết kế.

Ngoài ra thì nhà máy còn có nhiều chọn lựa để đo dung sai vị trí một cách dễ dàng hơn như sử dụng các loại dưỡng chuyên dụng và cao cấp nhất là máy đo CMM để đo nhiều đối tượng linh hoạt hơn.