Nghiên ứu rung động ụm ổ trụ hính máy tiện cnc trên ơ sở mòn

Tôi xin cảm ơn Trƣờng Đại h c Bách Khoa Hà Nọ ội, Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí, đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn.. Rung động trên tr c chính máy công c .... Đánh g

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

MÁY TIỆN CNC TRÊN CƠ SỞ MÒN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHUYÊN NGÀNH K THU Ỹ ẬT CƠ KHÍ

Hà N ộ i – Năm 2018

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

MÁY TIỆN CNC TRÊN CƠ SỞ MÒN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu c a riêng tôi Các s li u, k t ủ ố ệ ế

qu nêu trong luả ận văn là trung thực và chưa từng đuợc ai công b trong b t k công ố ấ ỳtrình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích d n trong luẫ ận văn đã đ ợu c ch rõ ỉngu n g ồ ốc

Hà Nội, Ngày 14 tháng 09 năm 2018 Tác gi ả luận văn

NG GIANG

QUÁCH TRƯỜ

LỜI CẢM ƠN

Trước h t, tác gi bày t lòng biế ả ỏ ết ơn sâu sắ ớc t i thầy giáo hướng d n khoa h c ẫ ọ

TS Bùi Tu n Anh ấ đã tận tình hướng d n, nghiêm kh c ch b o trong su t quá trình ẫ ắ ỉ ả ốlàm luận văn, đã định hướng gi i quyả ết các vấn đề khoa h c cho luọ ận văn Đổng th i ờ

chỉnh sửa cấu trúc luận văn, để ận văn hoàn thành đúng thờ lu i hạn

Tôi xin cảm ơn Trường Đại h c Bách Khoa Hà Nọ ội, Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí, đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn Tôi xin bày tỏ lòng cám

ơn Ban lãnh đạo Công ty TNHH Xây d ng k thuự ỹ ật và Thương mại Hà n i ộ đã tạo điều

kiện để tôi hoàn thành luận văn và đảm b o tiả ến độ

Đặc bi t cệ ảm ơn anh Phạm Minh Tâm Nghiên c u sinh c– ứ ủa Trường Đạ ọi h c Bách Khoa Hà N i (2011-2018) ộ đã cho phép tôi cùng tham gia nghiên cứu trên các thi t b thế ị ực nghi m ệ

Tác gi bày t lòng biả ỏ ết ơn các đổng nghiệp, đã góp ý kiến xây dựng để luận

văn có ch t lư ng cao ấ ợ

MỤC LỤ C

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC I DANH MỤC CHỮ ẾT TẮT III VI DANH MỤC CÁC KÝ HI U IV Ệ DANH MỤC CÁC HÌNH V VI Ẽ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VIII

M Ở ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của Luận văn 1

3 Đối tượng và ph m vi nghiên c u 2 ạ ứ 4 Ý nghĩa khoa học và th c ti n c a đ 2ự ễ ủ ềtài 5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 N i dung Luộ ận văn 3

7 Các k t qu m i 3ế ả ớ Chương 1 TỔNG QUAN 5

I.1 Đặc điểm, vai trò c a c m tr c chính máy CNC 5 ủ ụ ụ I.1.1 Vỏ trục chính 8

I.1.2 Động cơ 9

I.1.3 Trục chính 10

I.1.4 Ổ trục chính 11

I.2 Các yêu cầu k ỹthuật của cụm tr c chính máy CNC 18ụ I.2.1 Các yêu c u k thuầ ỹ ật của cụm tr c chính máy CNC 18ụ I.2.2 Nguyên tắc thi t kế ụế c m tr c chính máy CNC 19 ụ I.3 Rung động trên tr c chính máy công c 22 ụ ụ I.4 Tổng quan v ề đánh giá chất lượng c m tr c chính máy công cụ CNC 28 ụ ụ I.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước 28

I.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 37

Kết luận chương 1 39

Chương 2 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LÀM VI C C M TR C CHÍNH Ệ Ụ Ổ Ụ MÁY CNC 40

II.1 Tuổi th ọ và độ tin c y c a cụm ổ ụậ ủ tr c chính máy CNC 40

II.1.1 Tuổi th c m ổ ụọ ụ tr c chính máy CNC 40

II.1.1.2 Tả ọng động hướng kính tương đươngi tr 43

II.1.1.3 Tuổi thọ ửa đổ s i danh định 46

II.1.2 Độ tin c y c m tr c chính máy CNC 51 ậ ụ ổ ụ II.1.2.1 Khái niệm 51

II.1.2.2 Đặc trưng độ tin c y 52 ậ II.1.3 Xác định tu i thọ ổổ lăn theo đ tin c y 52 ộ ậ II.2 Đánh giá cụm tu i th c m tr c chính máy CNC theo tiêu chí mòn 53 ổ ọ ụ ổ ụ II.3 Đánh giá chất lượng c m trụ ục chính máy CNC trên cơ sởrung động 55

II.3.1 Tổng quan v ề rung động 55

II.3.2 Cấu trúc cơ bản c a tín hiủ ệu rung động 56

II.3.3 Phân tích và xử lý tín hiệu đo 57

II.3.3.1 Các giá trị tín hiệu đặc trưng 57

II.3.3.2 Phép lọc tín hi u 58 ệ Kết luận chương 2 60

Chương 3 THÍ NGHIỆM VÀ K T QU 61 Ế Ả III.1 Thiế ị và Điềt b u ki n thí nghi m: 61 ệ ệ III.2 Lựa chọn thông s thố ực nghiệm 62

III.3 Thực nghiệm xác định tương quan giữa mòn và rung động a 63

III.3.1 Kết qu thí nghi m 63 ả ệ III.3.2 Đồ ị ể th bi u di n quan h gi a mòn và gia tễ ệ ữ  ốc a của rung động 64

III.3.3 Xác định tương quan qua hàm hồi quy Tdc v i a 66 ớ III.3.4 Xác định quan h Tdc và [a] theo t i P 67 ệ ả Kết luận chương 3 68

KẾT LUẬN 69 KHUYẾN NGH 69 Ị TÀI LIỆU THAM KH O 70 Ả

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CNC Computer Numerical Control (máy công c ụ điều khi n s ) ể ốRMS Root Mean Square (giá tr trung bình hi u d ng) ị ệ ụ

DB Double back hoặc Bacsk to Back

ISO International Organization for Standardization

TCVN Tiêu chuẩn Vi t Nam ệ

DANH M C CÁC KÝ HI U Ụ Ệ

[a] Giá trị trung bình hi u d ng gi i h n cho phép c a gia tốc ệ ụ ớ ạ ủ mm/s2

P Tải tương đương

q S ố mũ của phương trình tuổi thọ ổ lăn

bm H s ệ ố danh định đối với thép ổ lăn chất lượng cao

fc H s ph ệ ố ụthuộc vào hình học của các b ph n và vộ ậ ật liệu

i S dãy ố con lăn

k H s ệ ốtuổi th giọ ữa bôi trơn tiêu chuẩn và không bôi trơn

l H s gi a gia t c gi i h n cho phép ệ ố ữ ố ớ ạ ở trạng thái có bôi trơn

và không bôi trơn Tuổi thọ xác định theo th c nghiệm ự gi ờ

Py Lực tác dụng theo phương hướng kính c a b mủ ề ặt gia công N

y Lượng d ch chuy n tr c chính theo phương c a l c ị ể ụ ủ ự µm

Tín hiệu rung động trung bình x(t) Tín hiệu rung động

pa Áp suất qua van điều ch nh l c d c trỉ ự ọ ục bar

pr Áp suất qua van điều ch nh l c hư ng kính ỉ ự ớ bar

DANH M C CÁC HÌNH V Ụ Ẽ

Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu động học của máy tiện CNC 5

Hình 1.2 Cụm trục chính máy tiện CNC 6

Hình 1.3 Các phương pháp dẫn động tr c chính 6 ụ Hình 1.4 Trục chính tích hợp 8

Hình 1.5 Cấu tạo cụm trục chính máy CNC 8

Hình 1.6 Hình dạng v tr c chính máy công cụ 9 ỏ ụ Hình 1.7 Tích hợp động cơ và trục chính 10

Hình 1.8 Hệ ống làm mát cho động cơ trụ th c chính và vòng bi 10

Hình 1.9 Cấ ạo điểu t n hình tr c chính máy CNC truyụ ền động đai 11

Hình 1.10 Các bộ ph n chính c a ổ lăn 12 ậ ủ Hình 1.11 Ảnh hưởng c a góc tiếủ p xúc trong kh ả năng chị ảu t i 12

Hình 1.12 Các kiểu b trí b vòng bi khác nhau 13 ố ộ Hình 1.13 Back – to back 13 –

Hình 1.14 Cách bố trí trước - sau 13

Hình 1.15 Cách bố trí mặt đối m t trư c - sau 14 ặ ớ Hình 1.16 Một số phương pháp bôi trơn ổ lăn 14

Hình 1.17 Sự ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ đến kích thước m t sốộ ph n trầ ục chính 14

Hình 1.18 Làm mát không khí 15

Hình 1.19 Trục chính điều khi n bể ằng đai của máy ti n CNC 16 ệ Hình 1.20 Sơ đồ ệ ống bôi trơn trụ h th c chính 16

Hình 1.21 Nguyên lý bôi trơn không khí 17

Hình 1.22 Hệ ống bôi trơn Macro th 17

Hình 1.23 Hệ ống bôi trơn Micro th -Fog 18

Hình 1.24 Sơ đồ ố b trí tr c chính 19 ụ Hình 1.25 Máy phay CNC 5 trục kiểu đứng 20 Hình 1.26 Máy phay CNC 5 trục ki u quay 20 ể Hình 1.27 Đầu tr c chính b trí kiụ ố ểu động h c song song 21 ọ Hình 1.28 Đầu tr c chính có nhi u c m tr c chính 21 ụ ề ụ ụ Hình 1.29 Kết cấu các c m tr c chính máy CNC 22 ụ ụ Hình 1.30 Kết cấu ph n l p bi vầ ắ ổ ới các cụm tr c chính đụ ộng cơ liền tr c 22 ụ Hình 1.31 Đốm năng gây ra mất cân b ng 23 ằ Hình 1.32 Đáp ứng biên độ ủ c a roto không cân b ng 24 ằ

Hình 1.33 Khả năng phát hiệ ỗn l i và phí b o trì theo th i gian 26 ả ờHình 1.34 a) Kết cấu của ổ lăn và b) dạng tín hiệu dao động v 28ở ỏ ổHình 1.35 Rung động c a máy các ch khác nhau 28 ủ ở ế độHình 1.36 Thiết lập th nghi m và phát hi n l i 29ử ệ ệ ỗHình 1.37 Thiết lập th nghi m c a Neuebauer 30 ử ệ ủHình 1.38 Xu hướng rung động đến khi h ng tr c & k t qu hoỏ ổ ụ ế ả ạt động c a các k ủ ỹthuật giám sát khác nhau 30 Hình 1.39 Sơ đồ giám sát tr c chính 31ụHình 1.40 Đồ thị biểu diễn giá trị thông số đặc trưng rung động đo được 32 Hình 1.41 Phương pháp của Vogl & Donmez để giám sát tình tr ng tr c chính 33 ạ ụHình 1.42 Xác nhậ ố ệu đượ ền s li c đ xu t 33 ấHình 1.43 Thiết bị thí nghi m c a Butdee S and Kullawong T 34 ệ ủHình 2.1 Hệ ố ổ s tu i thọ ử s a đổi aiso theo u



 47 Hình 2.2 Đồ thi xác định độ nh t đ ng h c chu n ớ ộ ọ ẩ 1 50 Hình 2.3 Sự ph thu c mòn vào thụ ộ ời gian t hay quãng đường ma sát L 53 Hình 2.4 a – Đồ thị rung động v trên ph n m m Microlog Analysis; b ng d ng ẽ ầ ề – Ứ ụtính giá trị đặc trưng của rung động trên Matlab 59 Hình 3.1 Sơ đồ kh i thi t bố ế ị thí nghi m 61 ệHình 3.2 Hình ảnh Thi t b thế ị ực nghiệm trên máy ti n CNC Eclipse 300 62 ệHình 3.3 Đồ ị ổ th t ng h p gi a lư ng mòn và gia t c trong các thí nghi m 65 ợ ữ ợ ố ệ

DANH M C CÁC B NG BI U Ụ Ả Ể

Bảng 1.1 Quan hệ giữa tản nhiệt và lưu lượng dòng chảy nước làm mát Q 15

B ng 1.2: Vùng và mả ức độ rung theo và ISO/TR 17342-2 36

B ng 2.1 - ả Giá trị ủ c a bm cho ổ bi đỡ 41

B ng 2.2 Các giá tr cả ị ủa hệ ố fc đối vớ s i các ổ bi đỡ 42

B ng 2.3 Các giá tr ả ị X và Y đối với ổ đỡ 44

B ng 2.4 H s nhi m b n eả ệ ố ễ ẩ C 49

B ng 2.5 H s ả ệ ốtuổi thọ ử ổ ố s a đ i đ i vớ ội đ tin c y, a1 52ậ B ng 2.6 Giá tr tín hiả ị ệu đặc trưng cơ bản của rung động 58

B ng 3.1 Th ng s ả ố ố ổtrục thí nghiệm 61

B ng 3.2 Thông k ả ỹthuật của các thí nghiệm 63

B ng 3.3 Kả ết quả đo lượng mòn (µm) và rung động a (mm/s2 rms) 63

B ng 3.4 Giá tr c a Tdc và [a] khi [ ]=5µm 66ả ị ủ 

M Ở ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Máy công c CNC là h ụ ệ thống thi t b ế ị cơ điện t hiử ện đại, được s d ng khá ử ụ

ph bi n trong h u h t các ngành công nghi p, vổ ế ầ ế ệ ới ưu điểm ổn i tr i là linh ho t v ộ ạ ềhình dáng, kích thướ ảc s n phẩm được gia công mà vẫn đảm b o chính xác gia công, ả độchất lượng ổn định, hi u qu kinh t và th i gian chu n b gia công ng n ệ ả ế ờ ẩ ị ắ

M t trong nh ng b ộ ữ ộphận quan tr ng c u thành máy công c CNC là c m trọ ấ ụ ụ ục chính Chất lượng hoạt động c a c m tr c chính máy công c có vai trò r t quan tr ng ủ ụ ụ ụ ấ ọ

vì nó quyết định tr c tiự ếp đế độn chính xác gia công c a máy Các yêu c u k ủ ầ ỹthuật cơ

bản đố ớ ụi v i c m tr c chính máy công c ụ ụ là độ chính xác chuyển động quay, độ ứ c ng

v ng, kh ữ ả năng ch ng rung, tu i th ố ổ ọ và độ tin c y ậ

Trong quá trình vận hành, rung động xu t hi n và ph n ánh r t nh y, chính xác ấ ệ ả ấ ạ

đố ớ ự thay đổi v i s i tình tr ng hoạ ạt động c a máyủ Đánh giá tình trạng hoạt động máy công c nói chung và cụ ụm ổ trụ c chính nói riêng theo các đặc trưng của rung động là

rất thuậ ợn l i do không phải dừng máy, tháo máy

Tuy nhiên, vi c nghiên c u m i quan h gi a các thông s ệ ứ ố ệ ữ ố đặc trưng của rung

động và tu i th c m trổ ọ ụ ổ ục chính đặc trưng cho chất lượng làm vi c c a c m tr c ệ ủ ụ ổ ụchính máy công c nói chung và máy công c ụ ụ CNC nói riêng, chưa được nghiên cứu nhi u mà ch y u t p trung nghiên c u chề ủ ế ậ ứ ất lượng v n hành các cậ ụm vòng bi đơn lẻ ở

trạng thái dài h n – ạạ tr ng thái xu t hiấ ện các hư hỏng c c b trên vòng trong, vòng ụ ộngoài, viên bi hay vòng cách Ở Việt Nam hiện nay, chưa có quy trình đánh giá chất lượng làm vi c c a c m tr c chính máy công c ệ ủ ụ ụ ụ CNC căn cứ vào các thông s ố đặc trưng của rung động Chính vì vậy, đề tài Luận văn đã chọn hướng nghiên c u là ứ

―Nghiên cứ rung độu ng c m tr c chính máy tiệ CNC trên cơ sởụ ổ ụ n mòn ‖

2 Mục đích nghiên cứu củ Luận văn a

Nghiên cứu nhằm xác định mối tương quan giữa lượng mòn t ng c ng và giá tr ổ ộ ịđặc trưng của rung động c m tr c chính máy ti n CNC theo th i gian làm vi c, trong ụ ụ ệ ờ ệđiều ki n phòng thí nghi m ệ ệ

Xác định giá tr trung bình hi u d ng gi i h n cho phép c a gia tị ệ ụ ớ ạ ủ ốc rung động

cụm ổ trụ c chính máy ti n t giá tr ệ ừ ị lượng mòn t ng c ng ổ ộ thể ệ hi n tuổi thọ ới hạn ở gi

m t ộ chế độ làm vi c ệ xác định i tr ng, t(tả ọ ốc độ c chính) T trụ ừ đó, xác định thời điểm

điều ch nh b o ỉ ả dưỡng c m tr c chính Tụ ổ ụ dk nhằm duy trì chất lượng làm vi c c a cệ ủ ụm

ổ ụ tr c chính máy ti n CNC máy ti n CNC, nâng cao tu i th ệ ệ ổ ọ và độ tin cậy

3 Đối tượ ng và ph m vi nghiên c u ạ ứ

Đối tượng nghiên c u ứ

Đối tượng nghiên c u chung cứ ủa đề tài là c m tr c chính máy ti n CNC là ụ ổ ụ ệ

c m chi tiụ ết được mô đun hóa và tiêu chuẩn hóa, đa dạng v ề chủng lo i và phong phú ạ

v k t cề ế ấu đã đáp ứng được các yêu c u truyầ ền động khác nhau c a các thi t b ủ ế ị cơ điện

t hiử ện đại

Đối tượng nghiên c u c th ứ ụ ể trong đề tài Luận văn là c m tr c chính máy ti n ụ ổ ụ ệCNC Eclipse 300, trong đó có tích hợp 02 7210B c a hãng NSK l p ghép kiổ ủ ắ ểu lưng đối lưng DB (back to back)

việc bình thường của ổ lăn, nhi t đệ ộ làm việc được duy trì nh ỏ hơn 600C

4 Ý nghĩa khoa họ c và th c ti n c a đ tài ự ễ ủ ề

Ý nghĩa khoa học

- Đềtài Luận văn đã đưa ra quy trình thực nghiệm xác định mối tương quan giữa mòn

vớ ặc trưng rung đội đ ng của trục chính máy công c CNC ụ

- Đã xác lập được mối tương quan giữa lượng mòn t ng c ng, v giá tr trung bình ổ ộ ới ị

hi u d ng gi i h n cho phép cệ ụ ớ ạ ủa gia tốc rung động c a c m tr c chính máy ti n CNC ủ ụ ụ ệthí nghi m.ệ

- Nghiên c u lý thuy t v tin c y, tu i th thi t b ứ ế ề độ ậ ổ ọ ế ị trên cơ sở mòn và lý thuy t rung ế

động, s dử ụng phương pháp phân tích và tổng h p khi nghiên c u các tài li u khoa h c ợ ứ ệ ọliên quan

- Nghiên c u th c nghiứ ự ệm trên đối tượng kh o sát k t h p vả ế ợ ới các phương pháp xử lý

s ố liệu để đưa ra mối tương quan giữa đặc trưng rung động v mòn tr c chính, s ới ụ ử

d ng thi t b và trang b ng b ụ ế ị ị đồ ộ cũng như các công cụ ữ, d u h c a hãng SKF, liệ ỗ trợ ủThụy sĩ

6 N i dung ộ Luận văn

Nội dung chính củ Luận văna bao gồm:

Chương 1: ổT ng quan v c m tr c chính máy ti n CNC ề ụ ụ ệ

Nghiên c u c u tứ ấ ạo, đặc tính k ỹ thuậ ủt c a c m tr c chính máy ti n CNC Các ụ ụ ệphương pháp đánh giá chất lượng làm vi c c m tr c chính máy ti n CNC Phân tích, ệ ụ ổ ụ ệđánh giá những công trình nghiên cứu đã có của tác gi trong và ngoài nu c liên quan ả ớđến đánh giá chất lượng c m tr c chính máy tiụ ổ ụ ện CNC Trên cơ sở đó xác định

nh ng vữ ấn đềmà Luận văn ầ ậ c n t p trung nghiên c u, gi i quyứ ả ết

Chương 2: Cơ sở lý thuy t v ế ề mòn và rung động tr c chính máy ti n CNC ổ ụ ệ

Nghiên cứu cơ sở lý thuy t v ế ề mòn và rung động cụm ổ trục chính máy ti n ệCNC; m i quan h giố ệ ữa lượng mòn t ng c ng ổ ộ và độ ứ c ng vững đến chất lượng làm

vi c c a cệ ủ ụm ổ trục chính; Các phương pháp, kỹ thuật đo và phân tích rung động s ử

dụng để đá nh giá chất lượng c m tr c chính máy tiụ ụ ện CNC, phương pháp giám sát chất lượng làm vi c c a c m ổ ụệ ủ ụ tr c chính máy tiện CNC trên cơ sở kh o sát rung ảđộng

Chương 3: Đánh giá ếK t qu th c nghi m ả ự ệ rung động

Trên cơ sở ế k t qu th c nghi m kh o sát, xây d ng mô hả ự ệ ả ự ình toán định lu ng ợ

m i quan h giố ệ ữa mòn và giá tr ị đặc trưng của rung động đo được, t ừ đó xác định thời điểm Tdc c n thi t ph i dầ ế ả ừng máy để điều chỉnh độ căng của cụm ổ trụ c chính v trang ềthái ban đầu nh m nâng cao tu i th ằ ổ ọ và độ tin c y máy công c CNC, gi m chi phí s n ậ ụ ả ả

xu ất

7 Các kết quả ớ m i

- Quy trình xác định mòn t ng c ng và [aổ ộ  ] để giám sát chất lượng cụm ổ trụ c chính máy tiện CNC trong điều ki n vệ ận hành bình thường và ch ra thỉ ời điểm (tu i th Tổ ọ dc)

điều ch nh tr c chính trong chu k làm viỉ ổ ụ ỳ ệc để đả m b o duy trì chả ất lƣợng làm việc

Chương 1 TỔNG QUAN I.1 Đặc điể m, vai trò c a cụm trục chính máy CNC ủ

Máy công c CNC ụ là sản phẩm cơ điệ ử ện đại, được ử ụn t hi s d ng ph bi n vổ ế ới nhi u ề ưu điểm: Độ chính xác gia công cao; s n phả ẩm đa dạng, linh hoạt; chấ ượt l ng ổn

định, hi u qu kinh t cao, th i gian chu n b gia công ng n… S n ph m c a quá trình ệ ả ế ờ ẩ ị ắ ả ẩ ủgia công trên máy công c ụ được s d ng trong hử ụ ầu như tấ ả các lĩnh vựt c c c a cuủ ộc

s ng: y t , giao thông, xây dố ế ựng, năng lượng,

C m tr c chính, ụ ụ được ví như trái tim của máy công c , ụ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác và hi u su t c a máy công c nói chung và máy CNC ệ ấ ủ ụnói riêng Ph m vi công su t và tạ ấ ốc độ quyết định kh ả năng gia công của máy công c , ụtuy nhiên, còn có nh ng thông s k ữ ố ỹ thuật khác rất quan trong như: độ chính xác, độ

c ng v ng, hi u su t, kh ứ ữ ệ ấ ả năng công nghệ … cũng có vai trò hế ứ, t s c quan tr ng V ọ ề

m t k ặ ỹ thuật, tr c máy công c có chụ ụ ức năng quan trọng: truyền chuyển động quay chính xác đến công c /phôi và truyụ ền năng lượng đến vùng cắt để lo i b v t li u ạ ỏ ậ ệHình 1.1 mô tả sơ đồ ế k t cấu động h c máy ti n CNC ọ ệ

.1

Trong quá trình gia công tr c chính ph i ch u t i tr ng do c t g t và nhi t phát ụ ả ị ả ọ ắ ọ ệsinh do ma sát trong ổ lăn Lực và mô men c t bao g m dắ ồ ạng tĩnh và động, thông qua

h ệ thống d ng c ụ ụ (đồ gá d ng c và d ng c ) tác dụ ụ ụ ụ ụng đến các vòng bi tr c chính ụ

độ cao (đến 20.000 vòng/phút) và đảm bảo độ chính xác yêu c u t ầ ừ 1µm ( mài) đến

100 µm ( ti n, phay, bào )ệ Do đó ả, t i tr ng và nhiọ ệt là nguyên nhân cơ bản gây mòn

ổ lăn và dẫn đến rung động c m tr c chính Hình 1.2 mô t k t c u tr c chính c a m t ụ ụ ả ế ấ ụ ủ ộmáy ti n CNC ệ

Hiện nay, ph n l n máy công c nói chung và máy CNC nói riêng s d ng d n ầ ớ ụ ử ụ ẫ

động gián ti p vế ới đường truy n gề ồm động cơ, bộ truyền động (bánh răng; đai hay

kh p n i) và tr c chính ớ ố ụ

Các tr c chính truyụ ền động bằng đai thường s dử ụng đai răng để truy n công ềsuấ ừ động cơ đết t n tr c chính H th ng truyụ ệ ố ền động này có giá thành th p và d bấ ễ ảo trì nhưng có nhược điểm như như tổn thất năng lượng, ti ng n, rung và t o ra t i tác ế ồ ạ ả

d ng trên vòng bi ụ trục chính Hi u su t cệ ấ ủa ệ thốh ng này kho ng 95% và có th ả ể đạt đượ ốc t c đ kho ng 15.000 vòng/phút ộ ả

Trục chính truyền động tr c ti p nh n công su t tr c ti p t ự ế ậ ấ ự ế ừ động cơ bằng h ệthống ghép n i tr c ti p, có kh ố ự ế ả năng làm việc ở ốc độ cao nhưng chỉ ở t các moment

thấp Hi u su t truyệ ấ ền động c a hệ ốủ th ng này kho ng 100% ả

Trục chính truyền động b ng b truyằ ộ ền bánh răng không hoạt động t t ở ốc độố tcao b i vì t n hao công su t và mở ổ ấ ức độ rung động tăng Tuy nhiên, chúng có thểtruy n mô men l n tề ớ ở ốc độthấp và do đó phù hợp cho gia công nhiệm vụ gia công thô

hoặc gia công với công suất lớn Hi u ệ suất của h ệthống truyền động này là dưới 90%

Ở ạ lo i tr c chính truyền độụ ng tích h pợ , động cơ có thể là động cơ điện đồng b ho c ộ ặkhông đồng b ộ được tích h p vào k t c u tr c chính gi a các trượ ế ấ ụ ữ ổ đỡ ớc và sau như hình 1.3 Bằng cách này, rung động và ti ng ế ồn được gi m thi u và công vi c có th ả ể ệ ểđược th c hi n các tự ệ ở ốc độ quay cao, t ừ 15.000 vg/ph Do đó trục chính lo i này r t ạ ấ

ph bi n các máy công c gia công cao t c ổ ế ở ụ ố Kiểm soát s truyự ền nhi t bên trong tr c ệ ụchính và giãn n nhi t là y u t then chở ệ ế ố ốt để đạt được hi u su t t t cho lo i truy n ệ ấ ố ạ ềđộng này Do động cơ lắp bên trong thân tr c chính nên h th ng t n nhi t có vai trò ụ ệ ố ả ệ

vô cùng quan tr ng Lo i trọ ạ ục chính này đắt n do có các h tiề ệ thống ph cho làm mát ụ

và giám sát cũng như yêu cầu độ chính xác c c k cao trong l p ráp ự ỳ ắ

Các tr c chính ghép tích h p ụ ợ còn được g i là trọ ục điện, trục xoay động cơ và

trục động cơ chứa một động cơ điện k t h p l p ráp c a nó, n m ở ịế ợ ắ ủ ằ v trí trung tâm giữa các b ố trí vòng bi (trước và sau) C u hình này chiấ ếm không gian ít hơn so với các trục chính khác nhưng nó đắt hơn và phứ ạp hơn trong cấc t u trúc Tuy nhiên, l i th ợ ếlà đạt đượ ốc độc t cao rung và ti ng n th p v i hi u suở độ ế ồ ấ ớ ệ ất đặc bi t l n [ ] ệ ớ 1 Ổ ụ tr c tích

hợp cũng được đặc trưng cho khả năng tăng tốc cao, độ ứng không mài mòn, độ ứ c c ng cao và hi u qu trong các nguyên công gia công tinh Hình 1.4 th hi n m t c t mệ ả ể ệ ặ ắ ột trục chính tích h p ợ

1.4 T [39]

Trục chính máy công cụ CNC là c m ph c t p ụ ứ ạ đƣợc cấu thành từ nhiều thành phần khác nhau thƣ ng bao g m các thành phờ ồ ần cơ bản là: V tr c chính, tr c chính, ỏ ụ ụcác ổ đỡ ệ ố , h th ng dẫn động, h th ng làm mát M i thành phần đóng mộệ ố ỗ t vai trò quan trọng trong các chức năng của tr c chính Hi u su t riêng c a các thành ph n sẽ ụ ệ ấ ủ ầ quyết định tới ệ hi u su t t ng th c a tr c chính Hình 1.5 ấ ổ ể ủ ụ là cấu tạo cấu trục chính tích h p ợtrên máy CNC

I.1.1  trc chính

V là ph n c u trúc ch a t t c các b ph n khác c a tr c chính và tách riêng ỏ ầ ấ ứ ấ ả ộ ậ ủ ụtrục chính ra kh i c u trúc d ng c máy Hỏ ấ ụ ụ ình dạng bên ngoài c a chúng có th khác ủ ểnhau (Hình 1.6) tùy thu c vào c u hình bên trong và giao di n c n thi t cho thân máy ộ ấ ệ ầ ếcông c ụ nơi nó sẽ đƣợc cài đặt Tuy nhiên, ph bi n nh t là hình vuông và d ng hổ ế ấ ạ ộp, sau đó có hình dạng hình tr ụ

Hình 1.6 Hình d ng v tr c chính máy công c [39]

Chức năng chính của vỏ là định v chính xác và b o v các thành ph n c m trị ả ệ ầ ụ ục chính khỏi tác động củ môi trườa ng Độ chính xác hình dáng hình học ủc a vỏ là đặc

bi t quan tr ng ệ ọ trong việc ắ l p ráp và định vị ịv trí c a vòng bi tr c chính Trong thủ ụ ực

t , tr c máy công c yêu c u vòng bi ế ụ ụ ầ chính xác cao, được phân lo i theo l p dung saiạ ớ

Vì lí do này, ph i tuân th các dung sai hình dáng hình h c và v vỏ ả ủ ọ ị trí tương quan như

độ tròn, dung sai kích thướng, ng tâm, độ đồ Ngoài ra ỏ ộv h p tr c chính ụ là nơi cung

c p ấ chấ bôi trơn và làm mát vòng bi và động cơ trong các trụt c chính Bên cạnh đó, trong m t s c chính, v máy cung c p dung dộ ố trụ ỏ ấ ịch trơn nguộ ầi c n thi t cho các hoế ạt

động gia công và có th ể được tích h p c m bi n và h th ng ợ ả ế ệ ố điện, điệ ửn t

I 1.2 

Động cơ là cơ cấu biến năng lượng điện thành năng lượng cơ học theo d ng ạquay Trong các ng d ng ứ ụ của công c ụ máy, động cơ điện đượ ử ụ khá phổ biến c s d ngbởi ưu điểm nhỏ gọn, dễ điều khiển …,

Có r t nhiấ ều động cơ điệ đượn c s d ng cho máy công c ử ụ ụ CNC: động cơ điện

m t chi u hoộ ề ặc động cơ điện xoay chi u ề Trong động cơ điện xoay chi u (AC) gề ồm hai lo ng b ại: đồ ộhoặc không đồng bộ Trong các động cơ đồng b , rôto quay theo tộ ốc

độ được xác định b i t n s cung cở ầ ố ấp điện và s cố ực, được g i là tọ ốc độ đồ ng b ộTrong các động cơ không đồng ng b đồ ộ (cũng có động cơ cả ứm ng), rôto quay chậm hơn tốc độ đồ ng b [ ] Trong trộ 2 ục chính, tốc độ được điều ch nh bỉ ằng cách thay đổi

t n s nh bi n t n v i h ầ ố ờ ế ầ ớ ệthống CNC c a máy công c ủ ụ

Xu hướng hiện nay đang chuyể ừ động cơ không đồn t ng b ộ sang động cơ đồng

b ộ nam châm vĩnh cử Động cơ đồu ng b ộ nam châm vĩnh cửu thể hiện đặc tính tương

đố ốt hơn như: công suấi t t cao và t l công su t/trỷ ệ ấ ọng lượng lớn, cho phép cơ cấu tr c ụchính nh ỏ hơn và n ẹ hơnh Hình 1.7 cho th y vi c có th tích hấ ệ ể ợp được tr c chính và ụđộng cơ để truy n công su t c t trên máy công c ề ấ ắ ụ

Hình 1.7 Tích h c chính

Trong quá trình làm vi c, do t n hao hi u suệ ổ ệ ất trên động cơ điện, h ệthống s b ẽ ịnóng lên do m ph n công su t t n hao bi n thành nhiột ầ ấ ổ ế ệt năng Do đó phải có giải pháp là mát cho động cơ ằ b ng cách cung c p m t "áo khoác làm mát" (Hình 1.8) là ấ ộ

m t khoang xo n c bao quanh stato Thông qua khoang này, ch t làm mát (ví dộ ắ ố ấ ụ: nước, d u, dung dầ ịch glycol) được lưu thông bởi m t thi t b làm mát bên ngoài ộ ế ịTrong nhi u thi t k c chính, mề ế ế trụ ạch làm mát này cũng chịu trách nhi m làm mát các ệvòng bi

I 1.3 Tr c chính

Chức năng chính của tr c là nh n ngu n ụ ậ ồ năng lượng (mô men) t ừ động cơ, qua

b truy n (n u có) và truy n công suộ ề ế ề ất này đến b ph n gá dao, gá phôi Tùy thu c vào ộ ậ ộ

c u hình tr c chính ấ ụ mà thường l p ắ hai đến ba c m vòng bi Các cụ ụm vòng bi này định

v ịchính xác ị trí v và h n ch chuyạ ế ển động d c tr c ọ ụ

Trục là cơ sở để tích h p thanh kéo cợ ủa cơ cấu gá phôi, gá dao và trong m t s c u ộ ố ấhình cho phép dung dịch trơn nguội lưu thông trong trục

Hình 1.9 C u t o n hình tr c chính máy CNC truy [39]

Các yêu c u k thuầ ỹ ật cơ bản c a tr c ủ ụ chính là đảm bảo độ đồng tâm, độ song song, dung sai kích thước và độ nhám b mề ặt Trong đó, dung sai kích thướ ạ ịc t i v trí

l p ghép (c c) có vai trò quan tr ng nh M t khác, trắ ổ trụ ọ ất ặ ục được ch t o phế ạ ải đảm

b o cân bả ằng động và tĩnh để ả gi m thiểu rung động trong quá trình làm vi c Khi thiệ ết

k c chính máy công c , phếtrụ ụ ải lưu ý tần s cố ộng hưởng của rung động

I 1.4  

Ổ trục chính có ảnh hưởng rất lớn đến việc hình thành độ cứng vững của hệ thống trục chính máy công cụ, nó phải đảm bảo độ chính xác của truyền động trên tất

cả mọi số vòng quay và tải trọng

Yêu cầu cơ bản đối với ổ trục chính:

- Đảm bảo chuyển động quay chính xác ngay c khi ả tải trọng thay đổi Ổ trục phải chịu được chấn động, đây là một trong những yêu cầu quan trọng của trục chính làm việc với tốc độ cao Điểu ch nhỉ khe hở dễ dàng, chế tạo và sử dụng đơn giản Đảm bảo được tuổi thọ theo yêu cầu Tùy theo điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật có thể sử dụng các loại vòng bi như vòng bi lăn, vòng bi khí, từ, thủy tĩnh và thủy động l c h c ự ọTuy nhiên, vòng bi có đặc tính t ng th tổ ể ốt hơn so với m i lo i khác, trong các ng ỗ ạ ứ

d ng tr c chính c a công c máy [ ] M t b t l i chính cụ ụ ủ ụ 3 ộ ấ ợ ủa vòng bi lăn là thi u tính ếchất giảm xóc cao Tuy nhiên, vòng bi lăn nổ ậi b t ở ứ m c giá th p và d ấ ễ dàng bôi trơn,

do đó đượ ử ục s d ng r ng rãi trên c m tr c chính máy công c Hình 1.10 bi u di n cỗ ụ ụ ụ ể ễ ấu

t o c a mạ ủ ột ổ lăn

Hình 1.10 Các b ph n chính c a

M t trong nh ng y u t ộ ữ ế ố ảnh hưởng đến độ ề b n c a tu i th ủ ổ ọ vòng bi là độ ớ l n và

lo i t i trạ ả ọng với các điều ki n tệ ải danh định Loại tải tương quan chặt chẽ ớ v i hình h c ọ

c a vòng bi Trong các vòng bi ti p xúc góc, góc tiủ ế ếp xúc α sẽ ảnh hưởng đế ả ọc n t i dtrục hoặ ải hước t ng tâmvà tốc độ cho phép của ổ đỡ Giá tr ị cao hơn của α thì khả năng chịu đượ ả ọc t i d c trục cao hơn, nhưng ở ốc độ ấp hơn Góc tiếp xúc điể t th n hình cho vòng bi ti p xúc góc là 15º, 25º và 30º ế (hình 1.11)

* B vòng bi ộ

Để ự th c hi n t i tr ng tr c theo c ệ ả ọ ụ ả hai hướng và tăng độ ứ c ng tr c d c và tr c ụ ọ ụxuyên tâm, các vòng bi đượ ế ợc k t h p và s p x p theo các cách khác nhau d c theo trắ ế ọ ục chính Nh ng s p xữ ắ ếp này thường được g i là l p b vòng bi ọ ắ ộ

Hình 1.12 Các ki u b trí b vòng bi khác nhau

Các cấu hình cơ bản nh t là DB, mấ ặt đối m t (DF) hoặ ặc song song (TD) đề ậ c p

đến v ị trí tương đố ủi c a các mặt vòng bi đố ới v i vòng bi th hai (xem Hình 1.12) Tuy ứnhiên chúng có th ể được k t hế ợp để ạ t o thêm s s p x p vự ắ ế ới hơn hai vòng bi cạnh nhau

Cách b trí back- -back là thông d ng nh ố to ụ ất

 Vòng trong củ ổ lăn đượ ắa c g n ch t v i nhau ặ ớ

 ụ ục chính đượ ận hành vơi tả ọ tr c v i tr ng l n ớ

Hình 1.13 Back to back [36]

Cách b ố trí trước – sau:

 Vòng trong và vòng ngoài có độ ệ l ch, t o ra kh ạ ả năng tải cao hơn

 Chịu đượ ả ọc t i tr ng d c tr c l n theo m t chiọ ụ ớ ộ ều nhưng không chị ảu t i có hướng ngượ ạc l i

B ng 1.1 Quan h gi a t n nhi ng dòng ch c làm mát Q[36

o S dử ụng không khí làm môi trường làm mát m– ột phương pháp rất hi u qu ệ ả

làm mát c bên trong và bên ngoài cả ủa động cơ trục chính tách r i ờ

o H ệ thóng này làm mát không khí bên ngoài đồng th i xung quanh stator và ờ

thông qua động cơ

o Hiệu qu c a h thả ủ ệ ống này cho phép động cơ chạy mát hơn > tạo ra nhiều năng

lượng hơn

o Không khí lạnh bên ngoài thường được hút thông qua m t b l c t phía sau ộ ộ ọ ừ

của máy thông qua động cơ

Hình 1.18 Làm mát không khí[36]

Hình 1.19 bi u di n cách b trí b vòng bi s d ng trong tr c chính máy tiể ễ ố ộ ử ụ ụ ện

CNC truyền động bằng đai Tr c chính ụ đượ ắc l p 2 b ộ vòng bi phía trước (gần cơ cấu

Hình 1.19 Tr u khi n b a máy ti n CNC[2]

Ngoài ra, trên c m tr c chính còn tích hụ ụ ợp các cơ cấu, h ệ thống khác như hệ

thống bôi trơn làm mát, hệ ống điện, điệ ử, cơ cấth n t u k p phôi, ẹ

*H ệthống bôi trơn khí nén trên máy công cụ CNC

Bôi trơn không khí được dùng r ng rãi nh m giộ ằ ảm ma sát và ăn mòn các bộ

phận cơ khí Dầu bôi trơn tồ ại dưới dạng sương, do đó khi hỗn t n h p này thoát ra ợ

ngoài không khí, s t n tẽ ồ ại lượng dầu bôi trơn gây ảnh hưởng môi trường xung quanh,

ảnh hưởng s c kho ứ ẻ ngườ ậi v n hành

Nguyên lý bôi trơn không khí: Dựa trên chênh lệch vậ ốn t c dòng ch y t o ra ả ạ

sức hút dầu khu ch tán vào dòng không khí ế

t ửMicro Fog đượ- c chuyển hướng 90O quay lên cửa A, tạo h n h p dỗ ợ ầu bôi trơn Dầu

điểm gây ảnh hưởng s c kho nứ ẻ gườ ận hành, đặi v c bi t cệ ần lưu ý đến nhi t đ có thê ệ ộgây cháy

I Các yêu c 2 ầu kỹ thuật của cụ m tr c chính máy CNC ụ

I 2.1 Các yêu c u k   thut ca cm trc chính máy CNC

C m tr c chính bao gụ ụ ồm trục chính và ổtrục chính được dùng để truy n chuy n ề ể

động quay chính xác cho d ng c c t hay chi tiụ ụ ắ ết gia công Đối v i c m tr c chính ớ ụ ụMáy, cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau đây

– Độ chính xác chuyển động quay: được đo bằng độ đảo đầu trước tr c chính theo ụphương hướng kính và d c tr c S sai l ch chuyọ ụ ự ệ ển động quay so v i lý thuy t là m t ớ ế ộtrong những nguyên nhân ch y u gây ra sai s gia công trên máy ủ ế ố

– Độ ứ c ng v ng c a cữ ủ ụm: xác định theo chuy n v ể ị đầu trước tr c chính, bao gụ ồm độ

c ng v ng c a b n thân tr c chính và các ứ ữ ủ ả ụ ổ trục chính Độ ứ c ng vững theo phương hướng kính và d c tr c có ọ ụ ảnh hưởng lớn đến độchính xác gia công

– Tính chịu rung: Rung động c a c m tr c chính ủ ụ ụ ảnh hưởng đến độ bóng b m t và ề ặ

h n ch ạ ếchế độ gia công cho phép trên máy Ngoài ra đố ớ i v i các máy cao t c còn có ố

kh ả năng gây ra hiện tượng cọng hưởng

– Tu i th c a c m trổ ọ ủ ụ ục chính, đặc bi t là tu i th c a , t c là th i gian làm vi c c a ệ ổ ọ ủ ổ ứ ờ ệ ủ

ổ đả m bảo độ chính xác quay ban đầu Yêu c u nầ ầy đặc bi t quan trệ ọng đố ớ ổ ụi v i tr c chính dùng ổ lăn

- Độ tin c y: C m tr c chính phậ ụ ụ ải đảm b o hoả ạt động với độ tin c y cao, xác su t xậ ấ ảy

ra các hư hỏng b t thư ng th p ấ ờ ấ

– Gi m thi u ả ể ảnh hưởng c a bi n d ng nhi t Bi n d ng nhi t c a c m tr c chính có ủ ế ạ ệ ế ạ ệ ủ ụ ụảnh hưởng quan trọng đến độ chính xác gia công Các tr c chính làm vi c v i s ổ ụ ệ ớ ốvòng quay cao luôn là ngu n nhiồ ệt lớn g n vầ ới miền gia công

– ế ấu gá đặ ụ K t c t d ng c ho c phôi Yêu cụ ặ ầu định tâm và k p ch c d ng c c t hay chi ẹ ặ ụ ụ ắtiết gia công m t cách chính xác, nhanh chóng, tin cộ ậy Đối v i các máy hiớ ện đại, khuynh hướng t ự động hoá gá đặ ụt d ng c hay chi ti t đư c chú tr ng ụ ế ợ ọ

I 2.2 Nguyên t c thi   t k m tr c c chính máy CNC

 Tránh cho tr c chính ch u trụ ị ực tiế ực căng dây đaip l

 Ít chi tiết truyền động trên tr c chính; b trí chi ti t g n ụ ố ế ầ ổ đỡ

 Các kiểu b trí tr c chính ố ụ

o Kết cấ ụm trụu c c chính trong máy công c là mụ ột thành phầ ấn r t quan tr ng, ọ

ph ụthuộc vào s ự đa năng và ứng d ng c ụ ụthể ủ c a máy công c ụ

o Dung sai lắp ghép các chi ti t ế

o Các phương pháp lắp và di chuyển chi ti t trên tr c ế ụ

o Phương pháp điều ch nh khe h c a trên tr c chính c ỉ ở ủ ổ ụ ả hướng kính và hướng tr c ụ

o Kích thước và lo i ạ ổ

o Phương pháp ắl p ráp và công ngh nhi t luy n ệ ệ ệ

o Phương pháp kẹp ch t d ng c ho c chi ti t trên tr c chính ặ ụ ụ ặ ế ụ

động m c cao có th ở ứ ể ảnh hưởng đến các chi ti t máy khác và ế ảnh hưởng tr c ti p ự ế

đến độ chính xác gia công, chất lượng s n ph m Trong m t s trư ng hả ẩ ộ ố ờ ợp, rung động

ở ứ m c quá cao có th phá h y các chi ti t máy ể ủ ế Rung động trong c m tr c chính máy ụ ụcông cụ, thường bao g m các lo i sau: ồ ạ

S phân b khự ố ối lượng không đồng đều trên b ph n quay gây nên m t cân ộ ậ ấ

b ng S phân b khằ ự ố ối lượng không đồng đều được mô hình hóa t i mạ ột điểm và được

Như được trình bày trong hình trên m t cân b ng nghiêm trấ ằ ọng thường t o ra ạ

một biên độcao bất thường tại vậ ốc tớ ạn và biên độ ản t i h gi m xuống sau khi vượt qua

v n tậ ốc tớ ại h n Tuy nhiên sau khi gi m xuả ống biên độ này v n còn lẫ ớn hơn so với biên độ ủ c a rôto cân b ng ằ

Hình 1.32 c a roto không cân b ng[37]

Khi đốm n ng ch hi n di n trong m t m t phặ ỉ ệ ệ ộ ặ ẳng đơn thì gọi là m t cân b ng ấ ằtĩnh Có thể phát hi n ra hiệ ện tượng này bằng cách đặt trục rôto lên đồ gá c a thi t bị ủ ếcân bằng Rôto s t ẽ ự quay đến khi đốm n ng di chuyển đếặ n v trí th p nh t ị ấ ấ

Khi đốm n ng hi n diặ ệ ện trong hơn một m t ph ng thì g i là m t cân bặ ẳ ọ ấ ằng động Trong trường hợp này, đặt trục lên đồ gá s không thẽ ấy được tình tr ng m t cân b ng ạ ấ ằ

L c ly tâm do không cân bự ằng gây ra rung động

*Không đồng tr c ụ

Không đồng tr c x y ra do sai l ch v ụ ả ệ ị trí ban đầu (do thi t k , lế ế ắp đặt), ho c s ặ ựthay đổ ịi v trí c a m t chi ti t máy do hiủ ộ ế ện tượng dãn n nhi t Nguyên nhân này gây ở ệnên rung động và t o ra các ng suạ ứ ất có xu hướng gây hư hỏng cho nh ng kh p n i ữ ớ ốtrục và ổ đỡ

Không đồng tr c có th là l ch góc, lệụ ể ệ ch song song ho c k t hặ ế ợp hai loại trên

– Khi m t ph n c a rôto ti p xúc vào v ộ ầ ủ ế ỏ máy…

Trong mỗi trường h p, tín hiợ ệu rung động s ẽ được th hi n mể ệ ở ột đỉnh biên độthấp, thông thường kho ng gi a 1 và 10Hz ở ả ữ

*Bánh răng bị mòn

Nếu bánh răng bị mòn, t n s ầ ố rung động rất cao, pha rung động thay đổi thất thường và biên độ rung động th p Hiấ ện tượng này phát sinh trên bánh răng bị mòn do các nguyên nhân sau:

– Khe h dở ọc theo đường ăn khớp c a chi u rủ ề ộng vành răng tạo va đập khi truy n tề ải trọng

– ắp ráp không đả L m bảo đồng tâm làm thay đổi thư ng xuyên chiều sâu ăn ờ

kh p cớ ủa bánh răng, gây va đập kèm theo ti ng n có t n s th p ế ồ ầ ố ấ

*Độ rơ của máy

Các chi tiết máy đượ ắp không đúng quy cách hoặc l c b ị rơ sau thời gian làm

việc khiến chúng va đập v i nhau dớ ẫn đến rung động

c lả ực tĩnh và lực động Ví d , mụ ột giá đỡ máy có đủ độ ứ c ng v ng s h n ch rung ữ ẽ ạ ế

động do mômen xo n c a đắ ủ ộng cơ gây ra

*Lựa chọn thi t b không phù h p ế ị ợ

Thiế ịt b quá c so v i yêu c u là không c n thi t, có th ỡ ớ ầ ầ ế ể gây ra rung động do các l c quán tính và do các h ự ệthống gi m ch n hoả ấ ạt động không hi u qu Thi t b ệ ả ế ịcó kích thước nh ỏ hơn yêu cầu cũng gây ra rung động do quá tải và do đó khi lựa ch n ọthi t bế ị ph i xem xét k , đặả ỹ c bi t là công su t c n thi t.[37] ệ ấ ầ ế

Các mức độ rung động ảnh hưởng tr c tiự ếp đến độ tin c y và tu i th c a cậ ổ ọ ủ ụm trục chính máy công c Cụ NC Các rung động hoặc rung động t n s cầ ố ộng hưởng ho c ặ

mức độ rung l n là nguyên nhân chính gây suy giớ ảm độ tin c y và tu i th c m trậ ổ ọ ụ ục chính [ ] 5

K ỹthuậ ảo trì trên cơ sởt b giám sát tích c c tình tr ng thi t b CBM (Condition- ự ạ ế ịBased Maintenance – CBM) đƣợc áp d ng r t phù h p máy công c ụ ấ ợ ụ CNC, đặc bi t là ệcác thi t b quan tr ng trong công nghi p qu c phòng, công nghiế ị ọ ệ ố ệp hàng không vũ trụ,

…để duy trì chất lƣợng làm việc, độ chính xác gia công và nâng cao độ tin c y, ch ậ ủ

động trong k ho ch s n xu t, bế ạ ả ấ ảo dƣỡng cũng nhƣ giảm chi phí s n xu t T các d ả ấ ừ ữ

liệu giám sát k ỹ thuật thu đƣợc, qua phân tích s ẽ đƣa ra các giải pháp k ỹ thuật: điều chỉnh, bảo dƣỡng hay s a ch a thay th phù hử ữ ế ợp đểthiế ị đạt đột b chính xác gia công,

độ tin c y theo yêu c u cậ ầ ủa chất lƣợng s n ph m ả ẩ

V nguyên tề ắc, để giám sát k ỹ thuật thi t b theo th i gian th c có th s d ng ế ị ờ ự ể ử ụcác bi n pháp kệ ỹ thuật: phân tích d u, nhiầ ệt, siêu âm, phân tích rung động,… [ ] M6 ỗi

bi n pháp s phù h p v i tình tr ng k ệ ẽ ợ ớ ạ ỹ thuậ ủt c a thi t b nhế ị ở ững giai đoạn v n hành ậkhác nhau Ví dụ, nhƣ hình1.15 cho th y, thi t b s b ấ ế ị ẽ ị hƣ hỏng sau m i quá trình làm ỗ

vi c kèm theo các bi u hi n tình tr ng k thu t tuân theo m t quy luệ ể ệ ạ ỹ ậ ộ ật chung đó là rung động, n, h t mòn, nhi t cao, ồ ạ ệ …

Tuy nhiên, các giá tr ị đơn lẻ ủ c a các thông s ố đặc trƣng nói trên sẽ không có thông tin h u d ng n u không có m i quan h qua l i v i chữ ụ ế ố ệ ạ ớ ất lƣợng c a h ủ ệ thống đƣợc khảo sát Đố ớ ụi v i c m tr c chính máy công c ụ ụ CNC thì đặc trƣng chất lƣợng của

nó chính là lƣợng mòn t ng c ng c a c m ổ ộ ủ ụ ổ lăn Khi lƣợng mòn t ng c ng c a c m ổ ộ ủ ụ ổlăn trục chính đạt đến giá tr ị giớ ạn (đƣợc xác địi h nh b i tiêu chu n ISO 13042 - ở ẩ1:2004), ph i tiả ến hành điều ch nh, bỉ ảo trì để duy trì tình tr ng k thu t c a máy công ạ ỹ ậ ủ

c ụCNC [ ] 7

Phân tích rung động đƣợc s d ng r t phù h p trên các máy công c CNC do ử ụ ấ ợ ụtính linh hoạt và độ tin cậy cao Giám sát rung động cho phép phát hi n k p th i các ệ ị ờ

d u hiấ ệu nhƣ mòn, mất cân b ng các b ph n chuyằ ở ộ ậ ển động kh h i ho c chuyứ ồ ặ ển

động quay, t ừ đó đề xu t các bi n pháp k ấ ệ ỹthuật nâng cao độ tin c y và chậ ất lƣợng gia

công, gi m chi phí s n xu t và b o trì [ ] C m tr c chính máy công c CNC là b ả ả ấ ả 8 ụ ụ ụ ộ

ph n quan tr ng, ậ ọ ảnh hưởng đến toàn b quá trình s n xu t và tính ộ ả ấ ổn định c a máy, ủ

do đó việc giám sát rung động được th c hi n trên c m tr c chính c a máy [ ] Trong ự ệ ụ ụ ủ 9

đó, tình trạng k thu t c a c m ỹ ậ ủ ụ ổ lăn có vai trò quyết định chất lượng làm vi c c a c ệ ủ ả

c m tr c chính [ ] ụ ụ 10

Quá trình giám sát tình tr ng k thu t cạ ỹ ậ ụm ổ trục chính máy công c ụ CNC thông qua các đặc trưng rung động có th ể được mô t qua bả ốn giai đoạn [ ] 11

- Giai đoạn th nh t: Cứ ấ ụm ổ trụ c chính còn hoạt động tốt, lúc này biên độ rung động s ẽ

rất nhỏ do chưa xuất hiện hiện tượng mòn và các s c ự ố

- Giai đoạn th hai: Cứ ụm ổ trụ c chính b ị mòn đồng bộ, khi đó biên độ ủa rung độ c ng tăng theo thời gian, tương ứng v i khe h gi a các b ph n c a c m ớ ở ữ ộ ậ ủ ụ ổ tăng lên hay mòn t ng cổ ộng tăng Nếu phân tích ph ổ rung động có th phát hi n ra các hiể ệ ện tượng mòn Để ả gi m kinh phí s n xu t và b o trì, ph i duy trì tình tr ng hoả ấ ả ả ạ ạt động c a củ ụm ổtrục chính máy công c ụ ở giai đoạn này càng dài càng tốt, do đó cần tăng cường giám sát tình trạng, tiến hành điều ch nh c m ổ ụỉ ụ tr c chính k p th i ị ờ

- Giai đoạn th ba: Xu t hi n các hiứ ấ ệ ện tượng hư hỏng c c b trong cụ ộ ụm ổ trụ c chính, phân tích v n t c hay t n s có th phát hi n lậ ố ầ ố ể ệ ỗi ở các chi tiết như con lăn, ca trong, ca ngoài hay vòng cách N u tháo cế ụm ổ trục chính, đã có thể quan sát th y hiấ ện tượng hư

h ng c a các chi ti t trong ỏ ủ ế ổ lăn như tróc rỗ con lăn, mòn vẹt ca trong, ca ngoài, … Ởgiai đoạn này, nên ti n hành thay th càng s m càng t t, n u ti p t c làm vi c s nh ế ế ớ ố ế ế ụ ệ ẽ ảhưởng đến ch t lư ng s n ph m gia công ấ ợ ả ẩ

- Giai đoạn b n: Xu t hiố ấ ện hư hỏng l n trên cớ ụm ổ trụ c chính, các m c rung s ứ ẽ tăng lên, phân tích ph v n t c s d dàng nh n th y cổ ậ ố ẽ ễ ậ ấ ụm ổ đã hư hỏng Lúc này c n tiầ ến hành thay th cế ụm ổ trục chính ngay để không gây hư hỏng đến các chi tiết, cơ cấu khác trong tr c chính ụ Hình 1.16 bi u di n k t c u cể ễ ế ấ ủa ổ lăn và dạng tín hiệu dao động

đo đượ ạ ỏ ổ tương ức t i v ng v i tớ ừng giai đoạn làm vi c c a lăn [ ]ệ ủ ổ 12 Đố ớ ổ lăn i v i thông thường, luôn t n t i khe hở hướồ ạ ng kính gi a ca trong, ca ngoài và viên bi ữ

Hình 1.34 a) K t c u c a ng tín hi ng v .

Hình 1.17 chỉ ra tầm quan tr ng cọ ủa việc điều ch nh máy khi mỉ ức rung động đạt

đến giá tr gi i h n cho phép N u tiị ớ ạ ế ến hành điều ch nh máy, s s ỉ ẽ ẽ đƣa máy về ạ tr ng

thái làm việc ban đầu, nếu không điều ch nh, bỉ ảo dƣỡng, thi t b s b ế ị ẽ ị hƣ hỏng nhanh

chóng [ ] Vi13 ệc xác định chính xác thời điểm dừng máy để ảo dƣỡng, điề b u ch nh có ỉ

vai trò quan tr ng trong vi c l p k ọ ệ ậ ếhoạch s n xuả ất, nâng cao độ chính xác gia công và

làm giảm chi phí s n xu ả ất

I.4 T ng quan v ổ ề đánh giá chất lƣợng cụm trụ c chính máy công c ụCNC

I.4.1 Các nghiên c    c

Nhiều nghiên cứu đã tìm ra mối liên h gi a các d ng h ng c c b c a ổ lăn ệ ữ ạ ỏ ụ ộ ủ

trên các thi t b công nghiế ị ệp nhƣ hỏng ca ngoài, ca trong hay con lăn và đặc trƣng của

rung động d a trên các phép phân tích trong mi n th i gian, mi n t n s hay mi n th i ự ề ờ ề ầ ố ề ờ

gian t n s – ầ ố