7. Các kết quả mới
4.5 Ảnh hƣởng của lực ma sát đến sai lệch vị trí của xylanh –piston khí nén trong ở cấp
piston khí nén trong ở cấp dao máy phay CNC
4.5.1 Giới thiệu hệ thống thay dao máy phay CNC [44]
Hệ thay dao tự động của máy CNC - V30 dùng ổ cấp hình tang trống với tâm quay thẳng đứng, tổng số dao mà đài dao có thể chứa là 20 dao.
Trọng lƣợng của mỗi dao m = 7kg
Dẫn động quay đài dao: Động cơ 5IK60GU-AWU của Đài Loan thông qua cơ cấu Mante
Dẫn động tịnh tiến toàn bộ đài dao bằng khí nén thông qua cơ cấu dẫn động xylanh khí nén đƣờng kính piston D = 50mm.
Hệ thống thay dao tự động đƣợc bố trí bên trái của đầu trục chính ( nhìn từ phía trƣớc của máy) và có bộ phận cố định đƣợc gắn cứng với thân máy.
Các dao gắn trên đài gá dao là các dao tiêu chuẩn. Các chuôi dao là loại chuôi tiêu chuẩn BT 40.
Hệ thống thay dao của máy V-30 có kích thƣớc nhỏ, khối lƣợng không quá lớn, phù hợp cho những trung tâm gia công trong sản xuất đơn chiếc và sản xuất loạt nhỏ với khả năng linh hoạt cao trong sản xuất. Dễ thay thế dụng cụ bằng cả hai phƣơng pháp thay thế bằng tay và thay thế tự động
105
4.5.2 Cấu tạo hệ thống thay dao máy phay CNC
Cấu tạo của hệ thống thay dao máy CNC cỡ trung đƣợc trình bày trên hình 4.16
Hình 4.16 Cấu tạo hệ thống thay dao trên máy CNC V30
Ổ cấp dao đƣợc đƣa vào vị trí thay dao nhờ hệ thống XLPTKN 2. Trên hình 4.17 trình bày sơ đồ điều khiển khí nén của hệ thống thay dao.
Hình 4.17 Sơ đồ hệ thống khí nén máy CNC - V30 [44]
Khi có lệnh thay dao, thiết bị cung cấp khí nén đƣợc khởi động cấp khí nén cho XLPTKN nhờ điều khiển bằng điện từ SOL1, đồng thời điều chỉnh lƣu lƣợng thông qua van tiết lƣu đảm bảo tốc độ làm việc của piston rồi vào buồng A của xylanh tạo ra lực đẩy của piston. Piston đẩy vào tang chứa của ổ cấp dao làm cho nó chuyển động tịnh tiến vào
1- Giá đỡ 2- XLPTKN
3- Động cơ dẫn động quay ổ cấp dao 4- Chuôi gá dao
5- Kẹp dao 6- Cơ cấu mante 7- Tang chứa dao
Di chuyển ổ cấp dao Tháo/ kẹp dao Làm sạch cổ trục chính Nguồn khí nén
106 vị trí thay dao. Khí nén sau đó đƣợc đƣa vào XLPTKN tháo/kẹp dao thông quan van điện từ SOL2, đồng thời khi gá dao thoát khỏi lỗ côn trục chính van điện từ SOL3 thổi khí nén dọc tâm trục chính đi ra lỗ côn để làm sạch bề mặt lắp ghép.
Trục chính đƣợc điều khiển chuyển động lên trên thoát khỏi chuôi côn của dao. Ổ cấp dao quay phân độ đƣa dao đƣợc gọi bởi chƣơng trình NC vào vị trí thay dao. Trục chính đƣợc điều khiển chuyển động về mặt phẳng thay dao đồng thời SOL2 điều khiển kẹp dao. SOL1 điều khiển XLPTKN đƣa ổ cấp dao về vị trí trữ dao.
Trong chu trình thay dao nói trên thì chuyển động của XLPTKN đƣợc điều khiển bởi van điện từ SLO1, van tiết lƣu sẽ quyết định ảnh hƣởng sai lệch vị trí dừng của ổ cấp dao.
4.5.3 Sai lệch vị trí dừng của ổ cấp dao máy CNC
Một số thông số cơ bản của ổ cấp dao tự động máy phay CNC V30: Hành trình của piston là : H = 250 mm.
Khối lƣợng của ổ cấp và các chi tiết lắp ghép khác: m (kg) gồm: - Khối lƣợng của Tang: m1= 50kg;
- Khối lƣợng của 1 dao: m2 = 7kg; - khối lƣợng cơ cấu kẹp dao: m3 = 0.8kg;
- Khối lƣợng của động cơ gắn liền hộp giảm tốc quay đài dao: m4 = 22 kg; - Các thành phần lắp ghép khác chọn m5= 10 kg;
=> m = 231.74 kg
- Khối lƣợng của cần piston: m6 = 0.74kg.
Thời gian đƣa ổ cấp dao về vị trí thay dao 3-5s; Áp suất làm việc 5 ÷ 6 bar
Vị trí dừng của XLPTKN khi đƣa ổ cấp dao về vị trí thay dao chịu ảnh hƣởng bởi đặc tính ma sát trong điều kiện biến thiên nhiệt ẩm Việt Nam. Dung sai sai lệch vị trí dừng
của ổ cấp dao đƣợc thể hiện hình 4.18.
= Lmax – Lmin (4.20)
Trong đó: Lmax – Sai lệch lớn nhất của ổ cấp dao khi có tín hiệu dừng; Lmin - Sai lệch nhỏ nhất của ổ cấp dao khi có tín hiệu dừng. LT – Khoảng hiệu chỉnh vị trí ổ cấp dao
107
Hình 4.18 Định lượng sai lệch và điều chỉnh ổ cấp dao
Mô hình chuyển động của piston đƣa ổ cấp dao về vị trí thay dao đƣợc thể hiện trên hình 4.19
Hình 4. 19 Mô hình chuyển động của piston đưa ổ cấp dao về vị trí thay dao
Phƣơng trình chuyển động của XLPTKN dùng cho ổ cấp dao máy CNC:
Mx&&= FP - FL - Fmsd (4.21)
Fp = p1. A1 –p2.A2 M = m + m6
Fmsd = f(T, RH) với T = 150C ÷ 500C, RH = 51% ÷ 99% FL = f.m.g; f = 0.05
Trong đó: p1 – Áp suất buồng 1; p2 – Áp suất buồng 2; A1 – Diện tích buồng 1; A2 - Diện tích buồng 2; Fms FL FP P1 P2 m x Trục chính Ổ cấp dao ở vị trí chờ m6 CB1 CB2 LT A2 A1
108 x – Dịch chuyển của piston tại thời điểm t;
m – Khối lƣợng của ổ cấp dao và các chi tiết lắp ghép khác; m6 – Khối lƣợng của cần piston;
M – khối lƣợng của toàn bộ hệ thống khi thay dao; Fp – Lực đẩy piston;
Fmsd - Lực ma sát giữa các gioăng – xylanh; FL – Lực cản lăn.
Xét quá trinh dừng của ổ cấp dao phƣơng trình chuyển động của ổ cấp dao có dạng sau:
L msd
Mx&&= -F - F
(4.22)
Khoảng dịch chuyển quá độ trong qúa trình dừng ổ cấp dao máy phay CNC đƣợc tính theo công thức: v2 – v02 = 2.a.L 2 0. 2( . . msd) v M L f m g F (4.23) Trong đó: v – Vận tốc dừng, v = 0mm/s;
v0 - Vận tốc làm việc của piston khi bắt đầu quá trình dừng; a - Gia tốc của piston;
L – Khoảng dịch chuyển quá độ trong quá trình dừng.
Sử dụng phần mềm Matlab tính sai lệch vị trí dừng của ổ cấp dao máy phay CNC ứng với từng tốc độ dịch chuyển.
Xét trường hợp 1: Khi ổ cấp dao mang đủ 20 dao
Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao máy phay CNC ở các tốc độ dịch chuyển 30, 50, 100mm/s đƣợc thể hiện trên hình 4.20, 4.21, 4.22.
Hình 4.20 Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp
dao ở tốc độ dịch chuyển v = 30mm/s khi mang đủ dao
Hình 4.21 Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp
dao ở tốc độ dịch chuyển v = 50mm/s khi mang đủ dao
109 Nhận xét: Từ các đồ thị sai lệch vị trí dừng
hình 4.20, hình 4.21, hình 4.22 cho thấy ma sát của XLPTKN trong điều kiện biến thiên nhiệt ẩm Việt Nam có ảnh hƣởng rõ rệt đến vị trí dừng của ổ cấp dao máy phay CNC. Sai lệch vị trí dừng có chiều hƣớng tăng khi tốc độ dịch chuyển tăng. Sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao máy phay lớn nhất tại vùng nhiệt ẩm (T = 500C, RH = 99%), sai lệch nhỏ nhất trong vùng nhiệt ẩm (T = 150C, RH = 51%). Dung sai () của sai lệch vị trí
ở các tốc độ dịch chuyển 30mm/s, 50mm/s, 100mm/s lần lƣợt là: 0.035mm, 0.108mm, 0.387mm.
Trường hơp 2: Khi ổ cấp dao mang 1 dao
Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao máy phay CNC ở các tốc độ dịch chuyển 30mm/s, 50mm/s, 100mm/s đƣợc thể hiện trên hình 4.23, 4.24, 4.25
Hình 4.23 Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp
dao ở tốc độ dịch chuyển v = 30mm/s khi mang 1 dao
Hình 4.24 Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp
dao ở tốc độ dịch chuyển v = 50mm khi mang 1 dao
Nhận xét:
Từ các đồ thị sai lệch vị trí dừng hình 4.23, hình 4.24, hình 4.25 cho thấy ma sát của XLPTKN trong điều kiện biến thiên nhiệt ẩm Việt Nam có ảnh hƣởng rõ rệt đến vị trí dừng của ổ cấp dao máy phay CNC. Sai lệch vị trí dừng có chiều hƣớng tăng khi tốc độ dịch chuyển tăng. Sai lệch vị trí của ổ cấp dao máy phay CNC lớn nhất tại vùng nhiệt ẩm (T = 500C, RH = 99%), sai lệch nhỏ nhất trong vùng nhiệt ẩm (T = 150C, RH = 51%).
Hình 4.22 Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp
dao ở tốc độ dịch chuyển v = 100mm/s khi mang đủ dao
110 Dung sai () của sai lệch vị trí ở các tốc độ dịch chuyển 30mm/s, 50mm/s, 100mm/s lần lƣợt là: 0.066mm, 0.200mm, 0.648mm.
Nhận xét chung:
Từ các đồ thị sai lệch vị trí của ổ cấp dao trong 2 trƣờng hợp ổ cấp dao mang đủ dao và ổ cấp dao mang 1 dao cho thấy khoảng dung sai phụ thuộc vào đặc tính ma sát trong môi trƣờng nhiệt ẩm, tốc độ dịch chuyển và khối lƣợng của ổ cấp dao đƣợc thể hiện trong bảng 4.13
Bảng 4.13 Tổng hợp sai lệch vị trí dừng của ổ cấp dao khi dừng
v(mm/s) Lmin1 (mm) Lmax1 (mm) 1 (mm) Lmin20 (mm) Lmax20 (mm) 20 (mm) LT = (Lmin1+Lmax20)/2 30 0.712 0.778 0.066 0.820 0.855 0.035 0.7835 50 1.895 2.095 0.200 2.232 2.340 0.108 2.1175 100 6.922 7.570 0.648 8.537 8.924 0.387 7.9226 Trong đó:
Lmin1 - Sai lệch nhỏ nhất của ổ cấp dao chứa 1 dao khi dừng; Lmax1 - Sai lệch lớn nhất của ổ cấp dao chứa 1 dao khi dừng;
1 - Dung sai sai lệch của ổ cấp dao chứa 1 dao khi dừng; Lmin20 - Sai lệch nhỏ nhất của ổ cấp dao chứa đủ dao khi dừng; Lmax20 - Sai lệch lớn nhất của ổ cấp dao chứa đủ dao khi dừng;
20 - Dung sai sai lệch của ổ cấp dao chứa đủ dao khi dừng; LT - Khoảng hiệu chỉnh vị trí ổ cấp dao
Do tác động của nhiệt ẩm đặc trƣng Việt Nam đã dẫn tới sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao sử dụng XLPTKN phân bố trong khoảng dung sai nhƣ trong bảng 4.13, đây là nguyên nhân gây mòn va đập lỗ côn trục chính máy phay CNC. Do đó, cần điều chỉnh để tâm của khoảng dung sai trùng đƣờng tâm lỗ côn trục chính (tham khảo kích thƣớc LT trong bảng 4.13), khi đó sẽ giảm đƣợc ảnh hƣởng của yếu tố nhiệt ẩm đến ma sát XLPTKN nói chung và mòn va đập lỗ côn trục chính nói riêng. Việc điều chỉnh này cần đƣợc thực hiện thông qua quá trình hiệu chỉnh máy và chạy thử khi lắp ráp.
Mặt khác khối lƣợng ổ cấp dao thay đổi cũng ảnh hƣởng đến sai lệch vị trí dừng cũng nhƣ khoảng dung sai của sai lệch. Vì vậy khi vận hành máy CNC bên cạnh việc lựa chọn
Hình 4.25 Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ
cấp dao ở tốc độ dịch chuyển v =100mm/s khi mang 1 dao
111 số dao trữ trên ổ cấp dao phù hợp với quy trình công nghệ gia công cần phải quan tâm tới tổng khối lƣợng của các dao để giảm dung sai sai lệch vị trí.
112
KẾT LUẬN CHƢƠNG 4
Từ kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu đã xác định đƣợc đặc tính ma sát bao gồm ma sát tĩnh và ma sát động biến thiên theo tốc độ dịch chuyển có dạng tƣơng đồng với đƣờng cong Stribeck và biểu diễn bằng phƣơng trình (4.1) và (4.2).
Ở cùng nhiệt độ khi tăng độ ẩm thì lực ma sát có xu hƣớng giảm điều này khẳng định ảnh hƣởng rõ rệt của độ ẩm tƣơng đối đến lực ma sát của XLPTKN. Tuy nhiên mức độ ảnh hƣởng của độ ẩm tƣơng đối đến ma sát động là mạnh hơn trƣờng hợp ma sát tĩnh.
Ở cùng độ ẩm tƣơng đối, khi tăng nhiệt độ môi trƣờng thì lực ma sát cũng có xu hƣớng giảm và lực ma sát động giảm mạnh hơn ma sát tĩnh, do vật liệu làm gioăng bị biến tính, ở nhiệt độ thấp cứng lại, giảm tính đàn hồi, khi tăng nhiệt độ gioăng đƣợc làm mềm hơn tăng tính đàn hồi.
Thông qua quy hoạch thực nghiệm với 2 thông số nhiệt ẩm đã xác định hàm hồi quy lực ma sát phụ thuộc vào 2 yếu tố đặc trƣng của khí hậu Việt Nam là nhiệt độ (T) và độ ẩm tƣơng đối không khí (RH) là phƣơng trình bậc 2 (4.11), (4.12), (4.13), (4.16), (4.17) và (4.18).
Trên cơ sở các thông số cơ bản của ổ cấp dao máy phay CNC đã xác định đƣợc sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao sử dụng XLPTKN, sai lệch vị trí dừng có chiều hƣớng tăng khi tốc độ dịch chuyển tăng. Sai lệch vị trí lớn nhất tại vùng nhiệt ẩm (T = 500C, RH = 99%), sai lệch nhỏ nhất tại vùng nhiệt ẩm (T = 150C, RH = 51%). Khoảng dung sai sai lệch vị trí của ổ cấp dao nhƣ trong bảng 4.13 có thể đƣợc dùng làm căn cứ điều chỉnh máy khi lắp đặt và chạy thử máy phay CNC trong điều kiện khí hậu Việt Nam. Kết quả này cho thấy ảnh hƣởng của nhiệt ẩm không khí đến vị trí dừng của ổ cấp dao là rõ rệt, nó là một trong những nguyên nhân gây ra sự không đồng tâm trong quá trình thay dao và là nguyên nhân gây ra mòn va đập lỗ côn trục chính.
Để giảm mòn va đập lỗ côn trục chính, khi lắp ráp điều chỉnh máy cần phải đảm bảo tâm của dung sai sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao trùng với đƣờng tâm của lỗ côn trục chính.
113
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Trong hệ thống thay dao tự động máy phay CNC cỡ trung, sai lệch vị trí dừng của ổ cấp dao khi vào thay dao là một trong các nguyên nhân chính gây mòn va đập lỗ côn trục chính. Đây là yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến độ chính xác gia công của máy phay CNC, làm giảm độ tin cậy và tuổi thọ chung của máy.
Với hệ thống thay dao tự động máy phay CNC cỡ trung có sử dụng xylanh – piston khí nén là nguồn động lực cho chuyển động đƣa ổ cấp dao vào vùng thay dao, thì sai lệch vị trí dừng của ổ cấp dao chính là sai lệch vị trí của XLPTKN.
Ảnh hƣởng của khí hậu nhiệt ẩm Việt Nam đến đặc tính ma sát của XLPTKN là rõ rệt. Kết quả thực nghiệm cho thấy đặc tính ma sát thay đổi theo tốc độ dịch chuyển có dạng đƣờng cong Stribeck với giá trị nhỏ nhất trong khoảng 25 ÷ 35mm/s. Đồng thời đặc tính ma sát giảm: khoảng 10% ÷ 17% khi nhiệt độ tăng từ 150C ÷ 500C; Giảm khoảng 14% ÷ 24% khi độ ẩm tƣơng đối tăng từ 51% ÷ 99%. Luận án đã đƣa ra các phƣơng trình (4.1) và (4.2) mô tả mối quan hệ này.
Kết quả từ quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc hai với hai yếu tố đầu vào nhiệt độ (T) và độ ẩm tƣơng đối (RH) đƣợc thực hiện ở 3 tốc độ làm việc (30mm/s, 50mm/s và 100mm/s) của XLPTKN đã cho thấy đặc tính ma sát biến thiên có quy luật và đƣợc cụ thể hóa bằng các phƣơng trình hồi quy có dạng.
Fms = b0 – b1T+b2RH – b22RH2
Các hệ số bi đƣợc cho trong bảng 4.11, từ phƣơng tình hồi quy cho thấy nhiệt độ có ảnh hƣởng tuyến tính và độ ẩm ảnh hƣởng phi tuyến.
Từ quy luật biến thiên của ma sát trong điều kiện nhiệt ẩm thay đổi với các thông số cụ thể của máy CNC V30 đã định lƣợng đƣợc sai lệch vị trí dừng của ổ cấp dao khi vận hành trong môi trƣờng nhiệt ẩm Việt Nam. Sai lệch vị trí dừng này phụ thuộc giá trị nhiệt ẩm, tốc độ dịch chuyển của ổ cấp dao và khối lƣợng ổ cấp dao. Trong các vùng tốc độ dịch chuyển khảo sát cho thấy tốc độ dịch chuyển càng lớn sai lệch vị trí càng nhiều, sai lệch vị trí lớn nhất tại vùng nhiệt ẩm (T = 500C, RH = 99%), sai lệch nhỏ nhất tại vùng nhiệt ẩm (T = 150C, RH = 51%).
Khoảng hiệu chỉnh vị trí ổ cấp dao đƣợc xác định trong bảng 4.13 có thể đƣợc sử dụng hiệu chỉnh và vận hành chạy thử khi lắp đặt máy phay CNC trong điều kiện khí hậu Việt Nam. Điều này sẽ hạn chế sự suy giảm độ chính xác của máy và độ chính của chi tiết đƣợc