Đồ gá khoan là gì? Chức năng và phân loại đồ gá khoan

Trong lĩnh vực gia công cơ khí, đồ gá khoan được xem là cánh tay hỗ trợ đắc lực, giúp quá trình khoan diễn ra chính xác, ổn định và đạt hiệu suất cao. Nhờ khả năng cố định chi tiết và định vị vị trí khoan chính xác, đồ gá khoan góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu sai sót trong sản xuất.

Trong bài viết dưới đây, Thiết Bị Cơ Khí Đức Phong sẽ giúp doanh nghiệp hiểu rõ hơn về đồ gá khoan là gì, các loại đồ gá khoan phổ biến hiện nay và vai trò quan trọng của chúng trong hoạt động gia công cơ khí.

Đồ gá khoan là gì?

Đồ gá khoan (Drilling Jig) là một trang bị công nghệ chuyên dụng trong lĩnh vực gia công cơ khí, có chức năng định vị chính xác phôi gia công đồng thời dẫn hướng mũi khoan trong suốt quá trình tạo lỗ.

Khác với đồ gá kẹp (Fixture) chỉ có nhiệm vụ cố định chi tiết, đồ gá khoan còn đóng vai trò như một “bộ dẫn hướng”, giúp mũi khoan đi đúng vị trí, đúng phương và đúng kích thước theo yêu cầu thiết kế, không cần thực hiện các công đoạn lấy dấu thủ công phức tạp.

Mục tiêu cốt lõi của đồ gá khoan là đảm bảo độ lặp lại và tính đồng nhất cao cho sản phẩm hàng loạt, từ đó chuẩn hóa quy trình sản xuất, giảm phụ thuộc vào tay nghề người vận hành và nâng cao hiệu quả cũng như chất lượng gia công.

Dưới góc nhìn kỹ thuật, đồ gá khoan chính là cầu nối trực tiếp giữa bản vẽ kỹ thuật và sản phẩm gia công thực tế. Thiết bị này có nhiệm vụ chuyển hóa các thông số kích thước, vị trí lỗ khoan từ dữ liệu thiết kế thành các bề mặt tỳ, chốt và lỗ định vị vật lý trên đồ gá.

Khi phôi được lắp vào đồ gá khoan, chi tiết sẽ tự động được định vị chính xác trong một hệ tọa độ cố định, đảm bảo đúng vị trí theo yêu cầu bản vẽ. Nhờ đó, toàn bộ sai số phát sinh do đo thủ công, lấy dấu bằng tay hoặc kinh nghiệm người thợ đều được loại bỏ, giúp nâng cao độ chính xác, tính đồng nhất và chất lượng của sản phẩm gia công.

>> Tìm hiểu thêm về đồ giá (JIG)

Cấu tạo của đồ gá khoan

Bộ Phận	Chức Năng Chính	Các Loại Thường Gặp	Vật Liệu Chế Tạo
Bộ phận định vị (Locating Elements)	Xác định và hạn chế 6 bậc tự do của phôi, đưa phôi vào vị trí chính xác duy nhất.	Chốt trụ, chốt trám, phiến tỳ, khối V, mâm cặp, chốt côn.	Thép dụng cụ, thép hợp kim (đã qua nhiệt luyện để tăng độ cứng và chống mài mòn).
Bộ phận kẹp chặt (Clamping Elements)	Cố định phôi một cách chắc chắn sau khi đã được định vị, chống lại lực cắt sinh ra khi khoan.	Bulong & đai ốc, kẹp nhanh (toggle clamp), kẹp lệch tâm, kẹp khí nén/thủy lực.	Thép C45, thép hợp kim. Các tay cầm của kẹp nhanh có thể bọc nhựa hoặc cao su.
Bộ phận dẫn hướng (Guiding Elements)	Dẫn hướng cho mũi khoan đi đúng tâm và đúng phương, quyết định độ chính xác của vị trí lỗ.	Bạc dẫn hướng (Drill Bushing), phiến dẫn hướng, lỗ dẫn hướng trực tiếp trên thân gá.	Thép gió, thép dụng cụ, hợp kim cứng (Carbide). Yêu cầu độ cứng và chống mài mòn cực cao.
Thân và đế đồ gá (Jig Body/Frame)	Là bộ khung xương, liên kết tất cả các bộ phận khác lại với nhau thành một kết cấu cứng vững.	Dạng tấm (plate jig), dạng hộp (box jig), dạng góc (angle-plate jig), thân đúc hoặc hàn.	Gang (có khả năng giảm chấn tốt), thép tấm, nhôm (cho các đồ gá nhẹ).
Cơ cấu phụ trợ (Auxiliary Devices)	Hỗ trợ các thao tác phụ như xoay, lật, phân độ.	Mâm xoay, cơ cấu phân độ, chân đế, tay cầm.	Tùy thuộc vào chức năng, thường là thép hoặc gang.

Chi tiết về bộ phận định vị trong đồ gá khoan

Bộ phận định vị được xem là trái tim quyết định độ chính xác của đồ gá khoan. Trong thiết kế và chế tạo đồ gá, nguyên tắc định vị 3-2-1 là nền tảng kỹ thuật quan trọng và được áp dụng phổ biến nhất. Cụ thể, 3 điểm định vị trên mặt phẳng chuẩn chính giúp hạn chế 3 bậc tự do, 2 điểm trên mặt phẳng thứ hai khống chế thêm 2 bậc tự do, và 1 điểm trên mặt phẳng còn lại loại bỏ bậc tự do cuối cùng. Nhờ đó, phôi được định vị hoàn toàn và chính xác theo hệ tọa độ thiết kế.

Các chốt định vị trong đồ gá khoan phải được gia công với độ chính xác cao, độ cứng vững tốt và bề mặt nhẵn bóng, nhằm đảm bảo khả năng định vị ổn định, đồng thời không gây trầy xước hay hư hỏng bề mặt phôi trong quá trình lắp đặt và gia công.

Chi tiết về bộ phận kẹp chặt trong đồ gá khoan

Bộ phận kẹp chặt có nhiệm vụ giữ cố định phôi trong suốt quá trình khoan, đảm bảo chi tiết không bị dịch chuyển dưới tác dụng của lực cắt. Lực kẹp cần được tính toán hợp lý, đủ lớn để thắng lực cắt, nhưng không quá lớn gây biến dạng phôi, đặc biệt với các chi tiết mỏng hoặc vật liệu mềm.

Bên cạnh đó, hướng lực kẹp phải được bố trí hướng về các bề mặt định vị chính, nhằm tăng độ ổn định và tránh làm xê dịch phôi khỏi vị trí chuẩn. Trong sản xuất hàng loạt và sản xuất quy mô lớn, các cơ cấu kẹp nhanh bằng khí nén hoặc thủy lực thường được ưu tiên sử dụng, giúp tự động hóa quá trình kẹp, rút ngắn thời gian thao tác và nâng cao năng suất gia công.

Chức năng và lợi ích của đồ gá khoan

Chức năng của đồ gá khoan

Đồ gá khoan đảm nhiệm 3 chức năng chính, đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo độ chính xác, độ ổn định và chất lượng lỗ khoan trong quá trình gia công cơ khí:

Thứ nhất, chức năng định vị

Định vị là chức năng quan trọng nhất của đồ gá khoan, giúp đảm bảo chi tiết được đặt đúng vị trí cần khoan theo bản vẽ kỹ thuật. Đồ gá khoan thường được thiết kế với các hệ thống định vị chính xác như chốt định vị, bề mặt tỳ, điểm tựa hoặc cơ cấu gá kẹp chuẩn. Nhờ đó, chi tiết luôn được giữ cố định tại vị trí chuẩn, giúp các lỗ khoan được gia công đúng tọa độ, đúng khoảng cách và đúng yêu cầu thiết kế.

Thứ hai, chức năng dẫn hướng

Đồ gá khoan còn có nhiệm vụ dẫn hướng mũi khoan, giúp mũi khoan di chuyển đúng phương, đúng vị trí, hạn chế tối đa hiện tượng lệch tâm, lệch hướng hoặc sai vị trí lỗ. Chức năng này đặc biệt quan trọng trong các trường hợp khoan lỗ có độ chính xác cao, khoan hàng loạt hoặc khoan lỗ sâu, nhằm đảm bảo tính đồng nhất và độ chính xác của các lỗ khoan.

Thứ ba, chức năng kẹp chặt

Chức năng kẹp chặt có vai trò giữ chi tiết ổn định trong suốt quá trình khoan, ngăn ngừa hiện tượng xê dịch hoặc biến dạng chi tiết dưới tác động của lực cắt. Đồ gá khoan thường được trang bị các cơ cấu kẹp chặt như cặp kẹp, tay kẹp, vít kẹp hoặc cơ cấu kẹp điều chỉnh, giúp đảm bảo chi tiết được giữ chắc chắn, an toàn và ổn định, góp phần nâng cao chất lượng gia công và tuổi thọ dụng cụ cắt.

Lợi ích của đồ gá khoan

Đồ gá khoan giữ vai trò then chốt trong việc nâng cao chất lượng và hiệu quả gia công cơ khí. Việc sử dụng đồ gá khoan mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho quá trình sản xuất, đặc biệt trong gia công hàng loạt và gia công yêu cầu độ chính xác cao:

Đảm bảo độ chính xác cao

Đồ gá khoan giúp định vị phôi chính xác và ổn định, đảm bảo các lỗ khoan được gia công đúng vị trí, đúng hướng và đúng kích thước theo bản vẽ kỹ thuật. Nhờ đó, sai số được kiểm soát chặt chẽ và tính đồng nhất của sản phẩm được duy trì khi sản xuất số lượng lớn.

Nâng cao chất lượng sản phẩm

Các lỗ khoan được thực hiện thông qua đồ gá khoan thường có độ chính xác cao, bề mặt lỗ nhẵn mịn, không bị trầy xước hay ba via lớn. Điều này góp phần tăng độ bền, độ ổn định và tuổi thọ của chi tiết cơ khí trong quá trình sử dụng.

Gia tăng năng lực và hiệu suất sản xuất

Đồ gá khoan giúp rút ngắn thời gian thiết lập, căn chỉnh và giảm thao tác thủ công, từ đó quá trình khoan diễn ra nhanh, liên tục và ổn định hơn. Kết quả là năng suất lao động được cải thiện rõ rệt, đặc biệt phù hợp với sản xuất hàng loạt.

Đảm bảo an toàn trong quá trình gia công

Nhờ khả năng cố định phôi chắc chắn, đồ gá khoan giúp giảm thiểu nguy cơ phôi bị trượt, xoay hoặc văng ra trong khi khoan. Điều này nâng cao mức độ an toàn cho người vận hành và hạn chế các sự cố trong xưởng sản xuất.

Tiết kiệm chi phí sản xuất

Việc sử dụng đồ gá khoan giúp giảm tỷ lệ phế phẩm do sai số gia công, hạn chế chi phí sửa chữa và làm lại. Đồng thời, đồ gá còn góp phần tăng tuổi thọ mũi khoan và dụng cụ cắt, từ đó tối ưu chi phí vận hành và bảo trì thiết bị.

Tổng hợp các loại đồ gá khoan thông dụng trên máy khoan

Thế giới đồ gá khoan vô cùng đa dạng, được thiết kế nhằm đáp ứng nhiều hình dạng phôi khác nhau và các yêu cầu kỹ thuật từ đơn giản đến phức tạp. Việc phân loại đồ gá khoan theo công dụng và khả năng gia công giúp người thiết kế và kỹ sư sản xuất có cái nhìn hệ thống, từ đó lựa chọn giải pháp đồ gá phù hợp và tối ưu nhất cho từng ứng dụng cụ thể.

Phân loại đồ gá khoan theo công dụng và khả năng gia công

Cách phân loại này dựa trên nhiệm vụ gia công mà đồ gá khoan được thiết kế để thực hiện, phổ biến nhất gồm các nhóm sau:

Đồ gá khoan lỗ trên một mặt (Template Jig và Plate Jig)

Template Jig (Đồ gá mẫu)

Đây là loại đồ gá khoan đơn giản nhất, thường chỉ là một tấm kim loại mỏng được khoan sẵn các lỗ đúng vị trí theo bản vẽ. Khi sử dụng, tấm gá được đặt trực tiếp lên bề mặt phôi và các lỗ trên đồ gá đóng vai trò dẫn hướng mũi khoan.

Ưu điểm của đồ gá mẫu là chi phí thấp, thiết kế nhanh và dễ chế tạo. Tuy nhiên, độ chính xác không cao, khả năng chống mòn kém và không phù hợp cho sản xuất số lượng lớn.

Plate Jig (Đồ gá dạng tấm)

Plate Jig là phiên bản nâng cấp của Template Jig, sử dụng tấm gá dày hơn và được lắp các bạc dẫn hướng mũi khoan. Nhờ đó, độ chính xác gia công và tuổi thọ đồ gá được cải thiện đáng kể. Phôi thường được kẹp chặt ở mặt dưới của tấm gá, giúp đảm bảo ổn định trong quá trình khoan.

Loại đồ gá này rất phổ biến trong gia công các chi tiết dạng tấm, đặc biệt trong sản xuất hàng loạt vừa và lớn.

Đồ gá khoan nhiều lỗ trên nhiều mặt (Channel Jig, Box Jig, Trunnion Jig)

Channel Jig (Đồ gá dạng máng)

Đồ gá dạng máng có tiết diện hình chữ U, cho phép khoan lỗ trên ba mặt của phôi mà không cần tháo phôi ra gá đặt lại. Điều này giúp giữ được độ chính xác tương quan giữa các lỗ và rút ngắn thời gian gia công.

Box Jig (Đồ gá dạng hộp)

Box Jig có kết cấu dạng hộp, bao bọc phôi bên trong và cho phép gia công lỗ trên nhiều mặt khác nhau như 4, 5 hoặc thậm chí cả 6 mặt chỉ trong một lần gá. Ưu điểm nổi bật của loại đồ gá này là đảm bảo độ chính xác vị trí tương đối giữa các lỗ trên các mặt khác nhau, rất phù hợp cho các chi tiết có hình dạng không gian phức tạp.

Trunnion Jig (Đồ gá có ngõng trục)

Trunnion Jig được thiết kế cho các phôi lớn, nặng hoặc có kích thước cồng kềnh. Đồ gá được lắp trên hai ngõng trục, cho phép xoay quanh một trục ngang, giúp đưa các mặt khác nhau của phôi vào vị trí khoan một cách dễ dàng và an toàn, giảm sức lao động và tăng độ chính xác.

Đồ gá khoan lỗ sâu

Đối với các lỗ khoan sâu có tỷ lệ chiều dài trên đường kính lớn, yêu cầu về dẫn hướng mũi khoan và làm mát vùng cắt trở nên đặc biệt quan trọng. Đồ gá khoan cho ứng dụng này thường có kết cấu chuyên biệt, sử dụng bạc dẫn hướng dài kết hợp với hệ thống cấp dung dịch làm mát áp suất cao trực tiếp vào vùng cắt. Nhờ đó, quá trình khoan lỗ sâu đạt độ chính xác cao, ổn định và hạn chế gãy mũi khoan.

Phân loại theo kết cấu và tính linh hoạt

Phân loại theo kết cấu và tính linh hoạt, ta có bảng phân loại dưới đây:

Loại Đồ Gá	Mô Tả	Ưu Điểm	Nhược Điểm	Ứng Dụng Tiêu Biểu
Đồ gá có phiến dẫn hướng cố định	Phiến (tấm) chứa bạc dẫn hướng được bắt vít cố định vào thân gá.	Cứng vững, độ chính xác cao, kết cấu đơn giản.	Không linh hoạt, khó khăn khi cần không gian để tháo lắp phôi.	Khoan các chi tiết đơn giản, không bị vướng khi đưa phôi vào/ra.
Đồ gá có phiến dẫn hướng tháo rời (Leaf Jig)	Phiến dẫn hướng được gắn vào thân gá bằng bản lề, có thể lật lên/xuống như một trang sách.	Dễ dàng tháo lắp phôi, vệ sinh đồ gá.	Độ cứng vững có thể kém hơn loại cố định một chút.	Các chi tiết có hình dạng phức tạp, cần không gian thao tác.
Đồ gá kiểu mâm quay (Indexing Jig)	Có cơ cấu phân độ cho phép xoay phôi hoặc cụm dẫn hướng đi một góc chính xác.	Khoan các lỗ phân bố đều trên một vòng tròn (như lỗ trên mặt bích) một cách nhanh chóng và chính xác.	Kết cấu phức tạp, chi phí cao.	Gia công mặt bích, bánh răng, đĩa phanh.

Qua những phân tích chuyên sâu, có thể khẳng định rằng đồ gá khoan không đơn thuần là một phụ kiện hỗ trợ, mà là thành phần công nghệ cốt lõi trong gia công cơ khí hiện đại. Đây chính là một khoản đầu tư thông minh, mang lại lợi ích kép về chất lượng sản phẩm và năng suất sản xuất cho doanh nghiệp.

Từ khả năng định vị phôi với độ chính xác vi mô đến việc dẫn hướng mũi khoan ổn định và chính xác, đồ gá khoan đã biến quá trình khoan lỗ từ thao tác tiềm ẩn nhiều rủi ro thành một quy trình được kiểm soát chặt chẽ, hiệu quả và an toàn. Nhờ đó, sai số gia công được hạn chế tối đa, độ đồng nhất giữa các chi tiết được đảm bảo ngay cả trong sản xuất hàng loạt.

Không dừng lại ở đó, việc hiểu rõ và làm chủ các chi tiết quan trọng như bạc dẫn hướng khoan chính là chìa khóa để khai thác tối đa hiệu suất của đồ gá khoan, đồng thời gia tăng tuổi thọ thiết bị, giảm chi phí bảo trì và nâng cao tính kinh tế trong dài hạn.

Bên cạnh thiết kế, lựa chọn đúng loại đồ gá khoan, vận hành đúng kỹ thuật và bảo dưỡng định kỳ không chỉ giúp tạo ra những sản phẩm đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cao, mà còn thể hiện tư duy sản xuất chuyên nghiệp, bài bản và hiện đại của cơ sở gia công.

Hy vọng rằng, với những kiến thức toàn diện và có tính ứng dụng cao được chia sẻ trong bài viết này, bạn đã có cái nhìn sâu sắc hơn về vai trò của đồ gá khoan, đồng thời có đủ cơ sở và công cụ cần thiết để áp dụng hoặc cải tiến hệ thống đồ gá khoan tại xưởng sản xuất của mình.