Ứng dụng khí nén, thủy lực, bôi trơn trong hệ thống kết cấu máy CNC

Các yêu cầu cơ bản của hệ thống khí nén

Năng lợng đợc cung cấp bởi hệ thống khí nén cho phép thực hiện đợc một số khâu tự động nh thay đổi dụng cụ cắt, kẹp chặt phôi, chi tiết. Khi sử dụng khí nén vào việc tự động thay đổi dụng cụ và kẹp chặt sẽ làm giảm nhẹ sức lao động, giảm thời gian phụ tăng hiệu quả sử dụng máy nâng cao năng suất lao động. - Khí nén đợc cung cấp phải sạch và khô, không lẫn các tạp chất nh bụi, bẩn, hơi nớc.

- Hệ thống đờng ống phải đợc bố trí gọn gàng tránh bị gấp khúc hoặc bị đứt khi giữa các cơ cấu có các chuyển động tơng đối.

Các yêu cầu cơ bản của hệ thống thuỷ lực

Trong hệ thống thuỷ lực chỉ dùng các loại bơm thể tích, tức là các loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lợng bằng cách thay đổi thể tích các buồng làm việc: khi thể tích của buồng làm việc tăng, bơm hút chất lỏng, thực hiện quá trình hút; và khi thể tích giảm, bơm đẩy chất lỏng ra, thực hiện chu kỳ nén cung cấp chất lỏng có thế năng cho hệ thống. Trong những năm gần đây, bơm thuỷ lực điều chỉnh đợc sử dụng ngày càng rộng rãi, vì với sự phát triển của công nghệ chế tạo máy việc đảm bảo các yêu cầu về chế tạo bơm điều chỉnh không thành vấn đề lớn. So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt đảm bảo một lu lợng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn, do đó nó rất phù hợp trong các hệ thống dầu ép của máy công cụ, nh thực hiện lợng chạy dao cho máy tổ hợp, máy doa, máy tiện, máy phay; thực hiện chuyển động của bàn máy và các cơ cấu khác của máy mài, của các băng chuyền, của cơ cấu kẹp chặt, cấp phôi trên máy tự động và dây chuyền tự động.

Khi làm việc, dới tác dụng của lực ly tâm các pit_tông luôn tỳ sát vào mặt trong của thành bơm đặt lệch tâm so với rôto, làm các pit_tông chuyển động cỡng bức thực hiện chuyển động tịnh tiến đi, về. Dầu có áp suất p đợc dẫn vào buồng nén A, tác dụng lên cánh gạt và tạo thành một mômen xoắn bằng hiệu mômen do áp suất dầu tác dụng lên hai cánh gạt nằm hai bên thành ngăn cách buồng nén A và buồng ra B. Xy lanh thuỷ lực thực chất là một loại động cơ thuỷ lực dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ năng, thực hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động vòng không liên tục.

Đối với những ống dẫn có tiết diện lớn và không cần uốn cong nhiều, ngời ta thờng sử dụng các ống bằng thép, ví dụ nh các ống dẫn chính, ống hút, ống nén của các bơm thuỷ lực. Chắn dầu không tốt sẽ bị dò dầu ở các mối nối, bị hao phí dầu, không đảm bảo dợc áp suất cao, không khí dễ xâm nhập vào hệ thống dầu ép, làm cho các cơ cấu làm việc không ổn định. Thể tích hút lý thuyết của máy nén bằng thể tích quét của một pít_tông nhân với số pít_tông nhân với số vòng quay của trục trong vòng một phút bằng thể tích hút lý thuyết nhân với hệ số cấp của máy nén.

Khi bị nén thì chất khí tăng áp suất, giảm thể tích và tăng nhiệt độ do đó ngời ta dùng không khí hoặc nớc để lấy bớt nhiệt lợng cuả khí bị nén và làm nguội máy. Do yêu cầu của việc bôi trơn là dầu bôi trơn phải không có các tạp chất các chất bẩn có tác dụng nh những hạt mài lẫn vào nên dầu bôi trơn khi cung cấp vào hệ thống phải đảm bảo là không lẫn các tạp chất có hại đó.

Chỉ tiêu tính toán chế độ bôi trơn

Nghiên cứu qúa trình bôi trơn trớc hết cần xác định chính xác các phơng trình mô tả dòng chảy của màng dầu bôi trơn trong cơ hệ đó chính là đi thiết lập mô hình hoá cho các bài toán về dòng chảy. Do vậy xuất phát từ các phơng trình mô tả trong bôi trơn và trên cơ sở kết cấu của cơ hệ bôi trơn và điều kiện làm việc của nó, ngời ta hoàn toàn có thể xác định đợc đặt tính của dòng chảy cũng nh các. Trong đó Re là số Reynold (Theo Reynold thì trạng thái chảy của chất lỏng phụ thuộc vào một tổ hợp không thứ nguyên bao gồm các yếu tố ảnh hởng đến chuyển động của dòng chảy nh vận tốc trung bình v, đờng kính ống d, độ nhớt. động học của chất lỏng ν).

Do trong quá trình làm việc của máy chiều cao tơng đối giữa bàn máy (hai trục X và Y) không thay đổi so với bơm dầu bôi trơn, nên trong quá trình tính toán thì z1 và z2 trong phơng trình Bernoully so với một mặt chuẩn nào đó là một. Chất bôi trơn có độ nhớt nên nó bám dính vào bề mặt của các chi tiết, khi các chi tiết có chuyển động tơng đối đối với nhau (ví dụ chuyển động tơng đối giữa dẫn hớng bàn máy với sống trợt, giữa các trục và các ổ, giữa pít_tông và xy lanh..) thì chất bôi trơn bị cuốn theo, chuyển động nh vậy của chất bôi trơn gọi là chuyển động do ma sát. Về nguyên lý thì các thiết bị trong hệ thống thuỷ lực đều có thể làm việc đ- ợc với mọi chất lỏng (bởi vì mọi chất lỏng đều có thể truyền năng lợng trong một phạm vi áp suất nhất định nào đó).

Từ dầu gốc là các loại dầu khoáng có độ nhớt thấp và trung bình ngời ta cho thêm các phụ gia vào nhằm tăng cờng các tính chất của dầu để đáp ứng các yêu cầu của chất lỏng dùng trong hệ thống truyền động thuỷ lực. Về nguyên tắc, bất kỳ một máy thuỷ lực nào cũng đều có thể làm việc thuận nghịch tức là làm hai nhiệm vụ của bơm và động cơ.Về cấu tạo của các thiết bị (bơm, động cơ, dây dẫn..) trên đã đợc trình bày trong phần thiết kế hệ bôi trơn máy. Khi tính toán các hệ thống khí nén trong kỹ thuật và trong các thiết bị dùng khí nén, các đại lợng thờng đợc quan tâm nhất là áp suất p, khối l- ợng riêng (hoặc trọng lợng riêng γ) nhiệt độ T và độ nhớt động lực học à (hoặc độ nhớt động học ν).

Hệ số ma sát λk phụ thuộc vào số Reynolds (Rek), nhng trong các hệ thống khí nén giá trị của Rek lớn hơn giá trị tới hạn một cách đáng kể (Rek>>Rkth = 2300) và chế độ dòng chảy thờng là dòng chảy rối nên khi tính toán có thể coi λk. Tập hợp tất cả các thiết bị khí nén đợc liên hệ và tác động qua lại với nhau theo một sơ đồ nhất định, nhằm đảm bảo một quy luật chuyển động định trớc của bộ phận công tác đợc gọi là hệ truyền động khí nén. Khí nén đợc cung cấp từ máy nén khí cần phải có áp suất đủ lớn để thực hiện việc thay dao và cơ cấu giữ dao phải có một hệ số an toàn nhất định để đảm bảo an toàn khi làm việc tránh dao bị rơi ra trong quá trình làm việc.

Do độ côn của đài dao và độ côn của trục chính đợc chế tạo chính xác cao nên khi không còn lực giữ dao của hệ thống lò xo đĩa nữa thì bản thân trọng lợng dao cha đủ để kéo dao ra khỏi vị trí làm việc khi đó để dao có thể ra khỏi vị trí làm việc một cách dễ dàng ngời ta dùng một luồng khí thổi vào trong (hình vẽ) để tạo thêm lực đẩy dao ra. Khi máy nhận đợc lệnh thay đổi dụng cụ (thay đổi bằng tay hoặc tự động) lúc đó van phân phối khí sẽ mở cửa van dẫn khí vào trong xy lanh khí nằm trên cụm trục chính tạo thành một lực ép hệ thống lò xo đĩa xuống, do độ côn của đài dao và lỗ côn trục chính cho nên khi không còn lực kéo của lò xo nữa thi dao vẫn không thể ra khỏi vị trí đã đợc định vị do đó ta dùng thêm một luồng khí nữa thổi vào khoang trống trong lòng trục chính để đẩy dao ra ngoài. Đối với các máy CNC do máy làm việc liên tục ở chế độ gia công cao cho nên việc làm nguội vùng cắt là một biện pháp nâng cao hiệu suất sử dụng máy, đảm bảo độ chính xác gia công của máy..cho nên trong các máy CNC ngời ta trang bị một hệ thống làm nguội bằng dung dịch trơn lạnh hoặc làm nguội bằng khí đã đợc làm mát hoặc kết hợp cả hai phơng pháp.