MÁY ĐIỀU KHIỂN SỐ
Sự ra đời và phát triển của máy điều khiển số
1.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển máy điều khiển số
Từ năm 1807, Joseph M Jacquard đã áp dụng bìa đục lỗ để điều khiển máy dệt, mở ra một bước tiến quan trọng trong công nghệ Nguyên lý này sau đó cũng được ngành công nghiệp dầu mỏ và hóa chất khai thác, chứng minh tính ứng dụng rộng rãi của nó trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Vào năm 1947, John Parsons từ công ty Parsons ở Traverse City, Michigan, đã bắt đầu thử nghiệm ý tưởng sử dụng dữ liệu đường cong ba chiều để điều khiển máy công cụ gia công các bộ phận phức tạp của máy bay Ông đã áp dụng thành công nguyên lý xấp xỉ toán học (nguyên lý nội suy) để cắt gọt biên dạng cánh máy bay trực thăng vào tháng 12 năm 1948.
Tháng 6 năm 1949 Parsons đã liên kết với phòng thí nghiệm Servomechanisms (cơ cấu bám) của Viện công nghệ Masachuset (Massachusetts Insutute of Technology - MIT) nhằm phát triển máy tự động điều khiển số mà kết quả là vào năm 1952 đã chế tạo thành công máy tự động điều khiển số đầu tiên, máy phay trục đứng Cincinnati Hydrotel Cụm điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU) được thiết kế từ các đèn điện tử chân không và chiếm nhiều không gian hơn máy công cụ MCU tiếp nhận dữ liệu máy từ các bìa đục lỗ để tạo ra các chuyển động theo ba trục toạ độ nhờ bộ nội suy tuyến tính.
Ngay sau đó, một phương án chế tạo máy NC công nghiệp được đề nghị với 3 nguyên tắc sau:
- Sử dụng máy tính 1 để tính toán quỹ đạo chạy dao và lưu dữ liệu vào bìa đục lỗ.
- Dùng thiết bị đọc tại máy để tự động đọc dữ liệu từ bìa đục lỗ.
- Hệ thống điều khiển có nhiệm vụ xử lý và liên tục đưa ra thông tin điều khiển các động cơ dẫn động cơ cấu chấp hành.
Năm 1959, triển lãm máy công cụ tại Paris đã giới thiệu những máy NC đầu tiên trên thế giới, với thông tin điều khiển được ghi trên bìa đục lỗ Đến giữa thập kỷ 60, máy NC mới bắt đầu được sản xuất và ứng dụng trong công nghiệp, nhưng các bộ điều khiển số đầu tiên sử dụng đèn điện tử, dẫn đến tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng Việc sử dụng các máy này gặp nhiều khó khăn do chương trình được lưu trữ trên băng hoặc bìa đục lỗ, khó hiểu và không thể sửa chữa Giao tiếp giữa người và máy cũng rất hạn chế vì thiếu màn hình và bàn phím Tuy nhiên, sự phổ biến của các linh kiện bán dẫn đã mở ra hướng đi mới cho công nghệ này.
Chiếc máy tính điện tử đầu tiên, ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), được Mauchly và Eckert chế tạo vào năm 1943 Đến khoảng năm 1960, máy tính đã trở nên gọn nhẹ hơn, với tốc độ xử lý cao hơn và tiêu tốn ít năng lượng hơn Các phương tiện lưu trữ như băng và bìa đục lỗ đã được thay thế bằng băng hoặc đĩa từ Tuy nhiên, tính năng sử dụng của các máy tính vẫn chưa được cải thiện đáng kể cho đến khi công nghệ máy tính được áp dụng rộng rãi hơn.
Trong lĩnh vực tiêu chuẩn hoá, những hoạt động tích cực đang diễn ra với sự biến đổi của phần cứng và phần mềm trong các hệ thống điều khiển số, tập trung vào ba hướng chính.
- Kiểu và định dạng của thiết bị vào.
- Cấu hình hệ thống nội suy.
- Ngôn ngữ lập trình gia công chi tiết.
Sự ra đời của IC (1959), LSI (1965) và vi xử lý (1974) đã tạo nên cuộc cách mạng trong kỹ thuật điều khiển số máy công cụ, với thuật ngữ CNC (Computer Numerical Control) được sử dụng từ đầu thập kỷ 70 Máy CNC vượt trội hơn máy NC thông thường với tốc độ xử lý nhanh, cấu trúc gọn nhẹ và giao diện thân thiện, cung cấp nhiều thiết bị ngoại vi như màn hình và bàn phím để tương tác với người dùng Nhờ vào màn hình, người dùng có thể theo dõi tình trạng máy, nhận cảnh báo lỗi và mô phỏng quá trình gia công trước khi thực hiện Máy CNC còn có khả năng làm việc đồng bộ với các thiết bị sản xuất khác như rô-bốt và băng tải, đồng thời có thể kết nối và trao đổi thông tin qua các mạng máy tính từ LAN đến Internet.
Sự phát triển của máy CNC và công nghệ gia công liên quan chặt chẽ đến thiết kế và sản xuất có trợ giúp của máy tính (CAD/CAM), ứng dụng máy tính vào thiết kế, tính toán kết cấu, và tổ chức sản xuất Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) bao gồm máy CNC, rô-bốt, và thiết bị vận chuyển, hoạt động dưới sự điều khiển của mạng máy tính Tích hợp các thiết bị sản xuất và quy trình thiết kế - sản xuất - quản trị kinh doanh thông qua phần mềm, tạo nên hệ thống sản xuất tích hợp nhờ máy tính (CIM).
Hình 1-1 Trung tâm gia công CNC hiện đại
Hình 1-2 Máy tiện CNC hiện đại
CAD/CAM là lĩnh vực liên quan đến kỹ thuật điều khiển số trong sản xuất, bao gồm CAD (Thiết kế có trợ giúp của máy tính) và CAM (Sản xuất có trợ giúp của máy tính) CAD hỗ trợ nhà thiết kế trong việc mô hình hoá và xuất tài liệu thiết kế, trong khi CAM phục vụ cho việc lập trình và điều khiển các thiết bị như máy CNC, rô-bốt và các hệ thống vận chuyển Mặc dù CAD và CAM từng tồn tại độc lập, nhưng hiện nay chúng ngày càng kết hợp chặt chẽ, tạo thành một môi trường thiết kế - sản xuất hiệu quả nhờ vào công nghệ máy tính.
Máy CNC đã trải qua một quá trình phát triển đáng kể, liên quan chặt chẽ đến các hệ thống CAD/CAM và CIM Hiện nay, CAD/CAM và CNC đang trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ, trong khi CIM mới chỉ bắt đầu hình thành.
Hình 1-3 Các giai đoạn phát triển của máy CNC và
CAD/CAM 1.1.2 Các tính năng kỹ thuật của máy điều khiển số a) Các tính năng kỹ thuật chung
Hệ thống CNC là một dạng hệ thống điều khiển tự động, với các tính năng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Người dùng cần xác định độ chính xác mong muốn và các tiêu chí để đánh giá hiệu quả sử dụng Thông thường, có bốn tính năng kỹ thuật chính được xem xét để đảm bảo hiệu suất tối ưu của hệ thống.
1 ộ chính xác Độ chính xác được đánh giá bằng tổng sai lệch trong phạm vi nào đó Ví dụ bàn trượt có sai lệch 0,002 mm (0,0008 inch) khi dịch chuyển 500 mm (20 inch) Độ chính xác cần thiết đặc trưng cho một máy CNC là 0,001mm/250 mm (tức là khoảng 0,0004 inch/10 inch).
2 ộ phân giải Độ phân giải là giá trị dài (hoặc góc) nhỏ nhất mà hệ thống CNC có thể nhận biết và thực hiện được, thực chất đây là đơn vị cơ sở hay đơn vị lập trình nhỏ nhất Các hệ thống CNC thông thường đạt đến 0,001 mm (0,0001 inch) và 0,001 o
3 ộ chính xác lặp lại Độ chính xác lặp lại là sai lệch vị trí của bàn máy khi trở về vị trí đã được lập trình trước đó Độ chính xác lặp lại được coi trọng hơn độ chính xác khi đánh giá hệ thống CNC và máy CNC Thông thường độ chính xác lặp lại đạt ±0,005 mm (±0,002 inch).
4 ộ nhạy Độ nhạy là thời gian trễ giữa thời điểm nhập một tín hiệu vào hệ thống và thời điểm đạt được điều kiện mong muốn Số vòng lặp điều khiển càng lớn thì độ nhạy càng cao Tuy nhiên nếu số vòng lặp điều khiển quá lớn thì hệ thống sẽ mất ổn định. Giải pháp dung hoà là giảm thời gian trễ nhưng vẫn duy trì tính ổn định của hệ thống. Hằng số thời gian của các hệ thống servo (bám) là yếu tố chính quyết định độ nhạy của hệ thống Thông thường hằng số thời gian cho các hệ thống CNC bằng 0,033 giây. b) Các tính năng tiêu chuẩn
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ CNC đã làm một số chức năng trở thành các tính năng tiêu chuẩn (standard) Các tính năng đó như sau:
- Các mã chuẩn bị và các chức năng phụ.
- Nội suy tuyến tính và cung tròn.
- Bù kích thước dao cắt.
- Các chu kỳ cố định.
- Lập trình các thủ tục tham số.
- Tăng hoặc giảm tự động.
- Lựa chọn hệ toạ độ.
- Dung lương bộ nhớ cơ sở.
- Truy nhập chương trình gia công. c) Các tính năng mở rộng
Các tính năng mở rộng còn được gọi là các tính năng lựa chọn (option) Chúng bao gồm:
- Nội suy parabol và xoắn ốc.
- Các chu kỳ đặc biệt.
- Quản lý tuổi bền dao cắt.
- Kiểm soát thời gian chết (không gia công). d) Các tính năng vận hành
Các tính năng vận hành cung cấp các hỗ trợ để vận hành thuận lợi:
- Phục hồi điểm chuẩn thủ công hoặc tự động.
- Cài đặt hệ thống toạ độ thủ công hoặc tự động.
- Chạy khô (dry run), chạy không gia công.
- Thay đổi tốc độ chạy dao.
- Thay đổi tốc độ trục chính.
- Chọn tốc độ chạy dao nhanh.
- Hiển thị trạng thái và thông báo lỗi.
- Hiển thị đường chạy dao.
- e) Các tính năng bổ trợ
Các tính năng bổ trợ gồm:
- Nhập chương trình thủ công (từ panel điều khiển của máy)
- Chẩn đoán tại chỗ và kiểm tra mạch điện
- Chẩn đoán trong qúa trình và trực tuyến -
Các cổng giao tiếp khác.
1.1.3 Hiệu quả sử dụng máy CNC
Cấu trúc chung của máy NC
1.2.1 Sơ đồ động học của xích chạy dao
Sơ đồ động học của xích chạy dao máy CNC khác biệt rõ rệt so với các máy công cụ truyền thống, chủ yếu ở việc điều chỉnh các chuyển động công tác và chạy không Trên máy CNC, các chuyển động này được điều chỉnh thông qua dữ liệu trong chương trình gia công, bao gồm việc xác lập và thay đổi tốc độ trục chính theo khoảng gia công nhất định, cũng như điều chỉnh lượng chạy dao và phối hợp chuyển động của phôi và dao.
Xích công suất cắt gọt thường bắt đầu từ một động cơ với tốc độ thay đổi vô cấp, dẫn động trục chính qua hộp tốc độ chỉ có 2 đến 3 cấp để khuyếch đại mô men cắt Tuy nhiên, hiện nay, hộp tốc độ này đã không còn được sử dụng, mà thay vào đó, động cơ dẫn động được lắp trực tiếp trên trục chính hoặc thông qua bộ truyền đai thang.
Trong máy CNC, động cơ điện được sử dụng để điều chỉnh tốc độ vòng quay, bao gồm động cơ bước và các hệ thống truyền động không khe hở như vít me - đai ốc bi Để thay đổi tốc độ trục chính, động cơ không đồng bộ được sử dụng kết hợp với hộp tốc độ tự động và hộp tốc độ có số tốc độ nhỏ Đối với yêu cầu điều chỉnh tốc độ trục chính vô cấp, động cơ một chiều kết hợp với hộp số có số tốc độ nhỏ được áp dụng để đạt được phạm vi điều chỉnh rộng.
=Dạng Sơ đồ nguyên lý động học Dạng phản hồi Có hộp số Không có.
Quay, lắp trên trục động cơ.
Quay, lắp trên vít me.
Quay, lắp trên cơ cấu chấp hành.
Tuyến tính, lắp trên cơ cấu chấp hành.
Hình 1-6 Sơ đồ động học dẫn động chạy dao điển hình của máy CNC
Dạng Sơ đồ nguyên lý động học Dạng phản hồi
Quay, lắp trên vít me
Quay, lắp trên trục động cơ
Quay, lắp trên cơ cấu chấp hành
Hình 1-6 Sơ đồ động học dẫn động chạy dao điển hình của máy CNC (tiếp).
B: ộng cơ bước; C: ộng cơ; KT: Khuếch đại thuỷ lực;
CH: Cơ cấu chấp hành; DC: o dịch chuyển
Hình 1-6 minh họa các sơ đồ động học tiêu biểu cho chuyển động chạy dao của máy CNC Trong quá trình này, có hai loại dẫn động được sử dụng: dẫn động có phản hồi (sơ đồ kín) và dẫn động không có phản hồi (sơ đồ hở).
Dẫn động không có phản hồi sử dụng động cơ bước công suất lớn hoặc nhỏ, trong đó động cơ bước công suất nhỏ thường được kết hợp với hệ khuếch đại thu lực KT Do không kiểm soát được vị trí thực của cơ cấu chấp hành, các hệ dẫn động này phải chịu sai số từ động cơ bước, khuếch đại thu lực và cơ cấu truyền động như bánh răng và cặp vít me đai ốc.
Dẫn động chạy dao có phản hồi giúp kiểm soát chính xác dịch chuyển và vị trí của cơ cấu chấp hành Có nhiều dạng dẫn động, trong đó hình 1-6b cho thấy sự kết hợp giữa động cơ dẫn động ĐC và vít me 3 thông qua hộp số 2 Tỉ số truyền của hộp số được tối ưu hóa để đảm bảo khi động cơ hoạt động với tốc độ định mức, lượng chạy dao đạt mức tối đa Đặc biệt, phản hồi ĐT (dạng quay) được kết nối với động cơ qua bộ truyền bánh răng 1.
Trong dẫn động chạy dao, việc đo dịch chuyển của cơ cấu chấp hành được thực hiện thông qua cảm biến quay lắp trực tiếp trên trục vít me, giúp đảm bảo độ chính xác gia công không bị ảnh hưởng bởi biến dạng đàn hồi của hộp số Sơ đồ này không chỉ đơn giản mà còn tiện lợi cho việc lắp đặt cảm biến Đặc biệt, vít me trong hệ thống này cần có độ chính xác cao, với dịch chuyển đàn hồi nhỏ và không có khe hở.
Trong hệ thống dẫn động chạy dao, cảm biến quay được sử dụng để đo trực tiếp dịch chuyển của cơ cấu chấp hành thông qua thanh răng - bánh răng Mặc dù hệ thống phản hồi bao gồm các cơ cấu dẫn động chạy dao như truyền động vít me - đai ốc, nhưng việc đo vẫn chịu sai số từ cặp truyền thanh răng – bánh răng Do đó, cần thiết phải sử dụng bộ truyền bánh răng – thanh răng có độ chính xác cao, trong khi chiều dài của thanh răng phải phù hợp với hành trình của cơ cấu chấp hành.
Trong sơ đồ sử dụng cảm biến tuyến tính (hình 1-6e), việc đo trực tiếp lượng dịch chuyển của cơ cấu chấp hành được đảm bảo, giúp hệ thống phản hồi toàn diện cho các cơ cấu truyền động chạy dao, từ đó đạt được độ chính xác cao Tuy nhiên, độ chính xác dịch chuyển của cơ cấu chấp hành còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như sai số của máy, mòn dẫn hướng và biến dạng nhiệt.
Để nâng cao độ chính xác trong xích động học chạy dao, cần loại trừ khe hở trong các bộ truyền, giảm biến dạng đàn hồi và tối giản hóa hệ thống truyền động Trong máy CNC, dẫn động chạy dao thường sử dụng cơ cấu dịch chuyển thẳng không hộp số hoặc hộp số đơn giản với động cơ điện có mômen khởi động lớn Những động cơ này đảm bảo độ chính xác tĩnh cao và phản ứng nhanh Trong hệ dẫn động không hộp số, trục động cơ điện được kết nối với trục vít me qua một ly hợp có độ cứng vững xoắn lớn, trong khi cảm biến phản hồi có thể được lắp trực tiếp với trục vít hoặc thông qua bộ truyền bánh răng – thanh răng.
Dẫn động không hộp số giúp đạt được vận tốc hành trình chạy từ 10 đến 15 m/phút Việc sử dụng dẫn động chạy dao với môment khởi động lớn và dẫn động trục chính có phạm vi điều chỉnh rộng cho phép đơn giản hóa sơ đồ động học, từ đó nâng cao độ chính xác và độ bền của máy Cảm biến quay đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa sơ đồ động học, đặc biệt trong các máy gia công răng như phay răng, xọc răng và mài răng.
1.2.2 Cấu trúc chung của máy tiện NC a Máy tiện NC có trục chính nằm ngang (hình 1-6a): loại này thường có băng nghiêng hoặc thẳng đứng, trên đó có lắp một đến hai bàn dao mang đầu dao quay (dạng revonve) gá nhiều dao cắt khác nhau.
Các bàn dao có thể mang theo ổ dao và thông qua một tay máy chuyên dùng để chuyển đổi dao cắt giữa ổ dao và trục mang dao.
Trên những máy tiện NC hai bàn dao, có thể tiến hành cắt gọt đồng thời, được gọi là máy tiện NC điều khiển 4 trục tự động.
Cơ cấu thải phoi cắt được lắp đặt trong gầm máy và được bao che toàn bộ. Thiết bị điều khiển NC gắn liền với cấu trúc máy.
Hình 1-7 Cấu trúc máy tiện NC
A- Băng máy; B- ầu dao revonve; C- Chi tiết; D- Ụ gá chi tiết;
E: ầu dao revonve có hai chuyển động cắt nhau vuông góc b Máy tiện NC có trục chính thẳng đứng.
Trên hình 1-7b và 1-7c trình bày các mẫu bố cục loại máy này.
Chúng có thể có một hoặc hai trục chính, các bàn dao mang nhiều dao cắt được truyền các chuyển động chạy dao vuông góc với nhau.
Trên một số máy tiện, có thể lắp đặt các đầu phay chuyên dụng để mở rộng khả năng công nghệ, tạo thành một cụm máy tích hợp với cấu trúc tổng thể của máy.
1.2.3 Cấu trúc chung của máy phay NC
Hình 1-8 tổng kết các cấu trúc khác nhau của máy phay CNC, cho thấy số lượng chuyển động của bàn máy chính và phụ ảnh hưởng đến khả năng điều khiển với 4, 5, 6 trục hoặc nhiều hơn Đối với máy phay có ít trục điều khiển, đầu trục chính thường được trang bị đài dao revonve với nhiều dao hoặc hộp truyền động cho nhiều trục quay, tự động ghép nối vào trục quay chính trong quá trình làm việc.
Hình 1-8 Cấu trúc chung của một số máy phay CNC
Nghiên cứu máy CNC cho thấy rằng bên cạnh các tính năng kỹ thuật, việc tổ chức lưu thông cho dòng vận động của chi tiết, dao và các yếu tố phụ trợ cũng rất quan trọng Đặc biệt, trường công tác của rô-bốt công nghiệp là một khía cạnh không thể thiếu trong thiết kế và vận hành máy CNC.
Các hệ thống cơ khí của máy CNC
Hệ dẫn động chạy dao bao gồm việc chuyển đổi các xung số từ CPU thành tín hiệu cho động cơ dẫn động Hệ thống này có hai giao tiếp chính: giao tiếp điều khiển dẫn động và giao tiếp phản hồi Giao tiếp điều khiển nhận tín hiệu về vị trí và vận tốc từ CPU, nhưng cần được khuyếch đại trước khi cung cấp cho động cơ Mạch khuyếch đại công suất không phải là bộ phận chính của hệ CNC, nhưng đóng vai trò quan trọng trong hệ dẫn động Hệ thống phản hồi thường sử dụng bộ đo số hoá (encoders) hoặc bộ đo tương tự (resolvers) để kiểm soát vị trí và tốc độ của dao cắt, với tín hiệu được gửi về CPU qua giao tiếp phản hồi.
Hình 1-10 Sơ đồ kết nối của hệ thống dẫn động chạy dao
Hệ thống dẫn động chạy dao phải bảo đảm các tính chất sau đây:
- Có tính động học rất cao: nếu đại lượng dẫn biến đổi thì bàn máy phải theo kịp biến đổi trong thời gian ngắn nhất.
Máy có độ ổn định vòng quay cao, giúp duy trì tốc độ chạy dao không bị ảnh hưởng bởi các biến đổi của lực cản Điều này đảm bảo rằng ngay cả khi tốc độ chạy dao thấp, vẫn cần có sự ổn định tối ưu trong quá trình vận hành.
- Phạm vi điều chỉnh số vòng quay lớn, thông thường bằng 1:10000 đến 1:30000.
- Độ nhạy cao, phản ứng tốt với những dịch chuyển nhỏ: ≤ 1 mk.
Hệ thống dẫn động chạy dao bao gồm các thành phần chính như động cơ dẫn động, hộp giảm tốc (thường là bộ truyền đai răng) và bộ truyền vít me đai ốc bi, giúp chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng Các cụm kết cấu này đảm bảo sự chính xác và hiệu quả trong các chuyển động của bàn máy.
Về mặt chức năng xích chạy dao phải thoả mãn những yêu cầu đặt ra là:
- Truyền động cho các bộ phận dịch chuyển với tốc độ đều, chạy êm và ổn định.
Thực hiện các thay đổi về vận tốc theo chương trình một cách chính xác, đảm bảo xác định đúng trị số và chiều, đồng thời không xảy ra tình trạng tháo lỏng chi tiết hay sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết gia công.
- Cung cấp lực cần thiết để thắng những thành phần lực cắt theo chiều chuyển động.
- Trong trường hợp cần thiết, một bộ phận nào đó của xích chạy dao cần phải đảm nhiệm chức năng đo lường các dịch chuyển của xe dao.
Để đáp ứng hai yêu cầu đầu tiên, xích chạy dao phải đạt tần số dao động riêng lớn nhất ngay từ nguồn động lực của xích.
Giả định rằng khối lượng bàn máy và chi tiết gia công đã được xác định, mục tiêu là sử dụng các cơ cấu có quán tính nhỏ nhất có thể, đồng thời đảm bảo độ cứng vững cao nhất.
Trong thiết kế động học cho máy CNC, các lý thuyết truyền động truyền thống đã trở nên lỗi thời do sự phát triển của các nguyên tắc như truyền dẫn vô cấp và modul hoá kết cấu Hiện nay, sự chú trọng được đặt vào các cụm kết cấu cụ thể, với việc đầu tư nghiên cứu và ứng dụng nhanh chóng các tiến bộ khoa học kỹ thuật Đặc biệt, cơ cấu vít me - đai ốc bi được sử dụng trong các xích truyền động cơ khí của máy CNC nhằm đảm bảo độ chính xác và êm dịu trong chuyển động Một đầu của trục vít me thường được lắp động cơ truyền động, có thể kết nối trực tiếp hoặc qua bộ truyền đai răng để đảm bảo khả năng truyền động êm và chống trượt Ngoài ra, thiết bị đo vị trí như encoder quay cũng có thể được gắn vào đầu trục để nâng cao độ chính xác.
3 Bàn máy 2 được gắn trên đai ốc 5 Kết cấu này được ứng dụng phổ biến trong xích động chạy dao Bản thân vít me-đai ốc bi phải là cơ cấu không khe hở.
Hình 1-11 Vị trí của cơ cấu vít me - đai ốc bi trong dẫn động chạy dao.
1 ộng cơ; 2 Bàn máy; 3 Encoder; 4 Vít me; ai ốc bi.
Có ba phương pháp điều chỉnh ban đầu cho vít me- đai ốc bi:
- Điều chỉnh vị trí dọc trục của đai ốc.
- Quay đai ốc tại chỗ, hay quay một nửa đai ốc (hình 1-12).
- Tạo độ dôi công nghệ.
Mặc dù đã áp dụng các biện pháp giảm thiểu, vẫn tồn tại sai số trong chế tạo cơ khí, như sai số bước vít me và sai số do biến dạng cơ, nhiệt trong quá trình gia công Hầu hết các bộ điều khiển hiện đại có khả năng bù đắp cho những sai số cơ khí này, giúp cải thiện độ chính xác trong sản xuất.
Hình 1-12 Vít me-đai ốc bi.
1 ai ốc bi; 2 Vòng cách; 3 Bi;
4 Vít me chính xác theo tiêu chuẩn DIN 69051 (Đức); sai số tích luỹ trong khoảng dịch chuyển 300mm là 5, 10, 25, 50 àm đối với ren mài và 25, 50, 100, 200 àm đối với ren phay mỏng; nhiệt độ làm việc từ -20 0 - 100 0 C Trước khi tạo độ dôi ban đầu khe hở hướng kính giữa trục vít và đai ốc lớn nhất là 0,093 - 0,25 mm, nhỏ nhất là 0,067 - 0,18 mm phụ thuộc vào kích thước của trục vít Bảng 1-2 là thông số của một số bộ truyền vít me đai ốc bi.
Bảng 1-2 Đường kính Bước ren Độ cứng vững hướng Tải trọng, N danh nghĩa tâm, không nhỏ hơn
P, mm Tĩnh Co Động C d 0 , mm N/àm
Cấp Sai số tích luỹ Sai số tích luỹ dài
Từ 250 Từ 315 Từ 400 Từ 630 chính trong một bước Dưới đến dưới đến dưới đến dưới đến dưới xác μm 250
Độ chính xác động học của bộ truyền vít me đai ốc bi được xác định bằng độ chính xác dịch chuyển tương đối giữa đai ốc và vít me, tính theo sai số tích luỹ dài trong chiều dài dịch chuyển và sai số tích luỹ trong một bước Theo tiêu chuẩn ISO 3408, độ chính xác về bước được phân loại thành các cấp IT1, IT3, IT5, IT7 và IT10 Trong khi đó, theo tiêu chuẩn DIN, các cấp độ chính xác bao gồm 5, 10, 25, 50, 100 và 200 Thông tin chi tiết về độ chính xác động học và các tiêu chuẩn này được trình bày trong các bảng 1-3 và 1-4.
Loại Cấp Sai số tích luỹ của bước (μm) trên chiều dài dịch chuyển ren chính (mm) xác 300 600 900 1200 1500 2000 3000
Các vít me trong bộ truyền này bị hạn chế về chiều dài ở độ dài 3 hay 4m nó khó thực hiện được các tốc độ dịch động cao.
Truyền động quay cho vít me được thực hiện theo một số phương án sau đây:
Hộp tốc độ sử dụng các bộ truyền bánh răng với kết cấu khử độ hở ăn khớp, được dẫn động bởi động cơ tốc độ cao như động cơ điện quán tính nhỏ hoặc động cơ thu lực kiểu quay.
Dựa vào khoảng cách giữa hai gối tựa, cần sử dụng một bộ truyền đai với tỷ số giảm tốc cao, được dẫn động bởi các động cơ có tốc độ chậm.
Để tối ưu hóa hiệu suất cho động cơ dẫn động có tốc độ chậm, cần sử dụng các khớp nối trực tiếp với trục của động cơ Trong trường hợp cần hành trình lớn, nên thay thế vít me dài bằng vít me ngắn và sử dụng bánh răng xoắn thay cho đai ốc Kết cấu thanh răng và bánh răng cũng cần được xem xét để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Hình 1-13 Các trục trên máy tiện
Hình 1-14 Các trục trên máy phay
Kết cấu này chủ yếu được áp dụng cho các máy NC cỡ lớn với hành trình chạy dao dài, không bị giới hạn về tốc độ như vít me-đai ốc bi Tuy nhiên, cần thiết phải thực hiện các biện pháp khử khe hở ăn khớp bánh răng Thường thì, thiết kế sử dụng hai xích đồng nhất hoạt động theo hai hướng ngược nhau trên thanh răng Đối với các tốc độ dịch chuyển chậm của bàn máy, bánh răng cần quay với tốc độ rất thấp, do đó, việc sử dụng hộp giảm tốc là cần thiết để tạo ra vùng số vòng quay nhỏ này.