Chủ đề 8 nguồn động lực cụm trục chính

Truyền động trục chínhCó 4 loại trục chính thường được sử dụng trong máy CNC, đó là: • Trục chính dẫn động bằng đaiBelt type Spindle • Trục chính chuyển động bằng bánh răngGearbox Type S

I Giới thiệu chung

II.Truyền động trục chính

III.Nguồn động lực trục chính máy CNC

IV.So sánh với máy công cụ truyền thống

Nội dung gồm 4 phần :

• Trục chính máy CNC là bộ phận tạo ra chuyển động quay của các dụng cụ cắt để tạo

hình cho chi tiết gia công

• Trục chính thường gồm hai bộ phận chính là trục quay và động cơ truyền động.

I Giới thiệu chung

Cấu tạo cụm trục chính máy CNC

II Truyền động trục chính

Có 4 loại trục chính thường được sử dụng trong máy CNC, đó là:

• Trục chính dẫn động bằng đai(Belt type Spindle)

• Trục chính chuyển động bằng bánh răng(Gearbox Type Spindle)

• Trục chính được dẫn động trực tiếp ( Direct type spindle)

• Trục chính được dẫn động tích hợp hay còn gọi là trục điện ( built-in type spindle)

II Truyền động trục chính

1 Truyền động trục tiếp bằng khớp nối

• Ưu điểm: trục chính khỏe, tốc dộ cao, không gây ồn ào, tỉ số truyền không đổi, hiệu suất cao

• Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, giá thành cao

Trục chính truyền động trực tiếp

II Truyền động trục chính

2 Truyền động qua dây đai

• Ưu điểm : bộ truyền đai có tính đàn hồi, kết cấu đơn giản dễ chế tạo, truyền động được giữa các trục xa nhau, không gây ồn, bảo vệ động cơ khi quá tải

• Nhược điểm : tỉ số truyền không ổn định do bị trượt, khả năng tải không cao, tuổi thọ thấp

Trục chính truyền động qua dây đai

II Truyền động trục chính

4 Truyền động bánh răng – dây đai

• Kết hợp các ưu điểm của bộ truyền bánh răng và dây đai, truyền được chuyển động giữa các trục xa nhau, đảm bảo tỉ số truyền ổn định

Trục chính truyền động bánh răng - dây đai

II Truyền động trục chính

So sánh các kiểu dẫn động trục chính:

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

1 Động cơ servo

Hiện nay nguồn động lực truyền động cụm trục chính phổ biến nhất là động cơ servo Động cơ này giúp cho trục chính di chuyển lên xuống một cách linh hoạt

a) Giới thiệu về động cơ servo:

• Động cơ servo là động cơ điều khiển phản hồi vòng kín, có độ chính xác cao

• Thường được dùng trong các máy cắt CNC thời điểm hiện nay rất nhiều nhờ vào hiệu suất làm việc và khả năng làm việc chính xác cũng như tự động hoàn toàn

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

b) Cấu tạo cơ bản động cơ servo: Cấu tạo chung của một động cơ servo bao gồm hai

phần chính là rotor và stator

• Rotor là một nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh

• Stator là một cuộn dây được quấn riêng biệt, được cấp nguồn để làm quay rotor

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

• Động cơ DC servo

- Thường được sử dụng để tạo nên phản ứng momen xoắn nhanh

- Cấu tạo cũng như hoạt động đơn giản

- So với servo AC thì loại DC ít ồn hơn, % hoạt động chính xác cao hơn

c) Phân loại động cơ servo : dựa trên cơ sở là nguồn cấp nên

động cơ servo có thể chia thành 2 loại AC servo và DC servo

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

d) Ưu - Nhược điểm của động cơ servo:

- Tăng khả năng chịu đựng của động cơ

=> Với tốc độ phản hồi nhanh, khả năng quá tải lớn và độ chính xác vị trí cao, động

cơ servo giúp nâng cao hiệu suất cho hệ thống CNC trong công nghiệp

• Nhược điểm

- Ngoài những ưu điểm trên thì nhược điểm lớn nhất của động cơ servo là điều khiển những thông số PID phức tạp, chổi than của động cơ DC servo cho tốc độ giới hạn

e,Nguyên lý hoạt động của motor servo

-Rotor của động cơ servo motor chính là một nam châm vĩnh cửu Động cơ này có từ trường mạnh, đồng thời stator của động cơ còn được cuốn vào các cuộn dây riêng biệt, được cấp

nguồn điện để hoạt động theo một trình tự thích hợp, từ đó sẽ làm quay rotor Nếu thời điểm mà dòng điện cấp tới cho các cuộn dây là chuẩn xác thì khi đó chuyển động quay của roto sẽ phụ thuộc vào tần số và pha của dòng điện, mặt khác, phân cực và dòng điện sẽ chạy trong cuộn

dây stator.

-Động cơ servo được tạo nên bởi những hệ thống hồi tiếp vòng khép kín và tín hiệu đầu ra của động cơ, chúng sẽ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay thì vận tốc và vị trí của chúng sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này

Khi đó, cho dù bất kỳ tác nhân nào muốn ngăn cản chuyển động quay của động cơ thì cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận được tín hiệu cho thấy chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển sẽ tiếp tục chỉnh sai lệch, điều này khiến cho động cơ đạt được vị trí chính xác nhất của bộ điều khiển servo.

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

a) Giới thiệu về động cơ spindle

Spindle CNC hay còn được gọi với nhiều tên gọi khác nhau như spindle làm mát bằng nước, trục chính, động cơ phay, củ đục vi tính,…

Đây là loại động cơ chính thực hiện chức năng cắt, khắc, được lắp đặt trong các cơ cấu máy CNC, đặc biệt là máy CNC ngành gỗ như máy CNC khắc gỗ, máy CNC cắt quảng cáo, máy CNC cắt nội thất,

Spindle CNC được lắp trên trục z, cho phép dao động từ 1 đến 16 spindle tùy thuộc vào mục đích sử dụng

2 Động cơ spindle

Để thực hiện chuyển động quay của dụng cụ cắt, ta cần đến một động cơ spindle

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

b) Phân loại Spindle

Có hai cách phân loại củ đục Spindle CNC thông dụng nhất đó là căn cứ vào vòng quay

và công suất

• Phân loại theo vòng quay

- Spindle làm mát bằng nước

- Spindle làm mát bằng gió

• Phân loại theo công suất

- Có nhiều công suất khác nhau như 800W, 1.5 kW, 2.2kW, 3.2kW, 4.5kW, 5.5kW,…

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

c) Ưu điểm của Spindle máy CNC

- Hầu hết các loại củ đục vi tính Spindle thường được nhập khẩu, đảm bảo chất lượng sản phẩm tốt, độ bền hoạt động lâu dài

- Có sự đa dạng về trục chính như trục nước làm mát, trục làm mát không khí, tự làm mát trục chính

- Các động cơ trục chính được tiến hành đánh bóng và cải tiến trục chính đồng tâm, đảm bảo đem lại sự hoạt động trơn tru, nhẹ nhàng, dễ dàng cho động cơ

- Có đầy đủ các linh kiện đi kèm

- Công suất làm việc khá cao, đa dạng

- Cho phép lắp đặt phù hợp ở hầu hết các loại máy CNC

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

d) Một vài lưu ý khi sử dụng Spindle

- Spindle không sử dụng điện lưới thông thường mà phải sử dụng dòng điện ra từ biến tần

- Sau một thời gian dài ngưng sử dụng, cần lấy máy nén khí thổi hết nước làm mát

trong củ đục ra để loại bỏ khả năng bị rỉ sét, tắt ống và bôi trơn bằng mỡ cho vòng bi

- Mỗi loại củ đục vi tính spindle có thông số kỹ thuật, công suất, tốc độ quay, kích thước, khả năng ứng dụng khác nhau Chính bởi vậy, khi lựa chọn mua spindle CNC cần lưu ý đến các thông số này để có lựa chọn phù hợp, chính xác

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

3 Động cơ bước

Động cơ bước hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện có nguyên

lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

Cấu tạo của một động cơ bước.

Step Motor có cấu tạo như sau:

– 1 Rotor là một dãy các lá nam châm vĩnh cữu được xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận Trên các lá nam châm này lại chia thành các cặp cực xếp đối xứng nhau

– Stato được tạo bằng sắt từ được chia thành các rãnh để đặt cuộn dây

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

Phân loại động cơ Step cũng có thể chia thành nhiều cách:

• Cách 1: Phân loại động cơ Step theo số pha động cơ

– Động cơ Step 2 pha tương ứng với góc bước 1.8 độ

– Động cơ Step 3 pha tương ứng với góc bước là 1.2 độ

– Và cuối cùng là động cơ Step 5 pha với góc bước là 0.72 độ

• Cách 2: Phân loại động cơ bước theo rotor

– Động cơ có rotor được tác dụng bằng dây quấn hoặc nam châm vĩnh cữu

– Động cơ thay đổi từ trở Đây là loại động cơ có rotor không được tác động nhưng

có phần tử cảm ứng

• Cách 3: Phân loại theo cực của động cơ

– Động cơ đơn cực

– Động cơ lưỡng cực

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

-Khi một chuỗi xung được gửi, động cơ sẽ bước theo xung Góc mà trục động cơ bước quay cho mỗi xung được gọi là góc bước, thường được biểu thị bằng độ.

-Số lượng xung đầu vào được cấp cho động cơ quyết định góc bước và do đó vị trí của trục động cơ được điều khiển bằng cách điều khiển số lượng xung Tính năng độc đáo này làm cho động cơ bước rất phù hợp với hệ thống điều khiển vòng hở trong đó vị trí chính xác của trục được duy trì với số xung

chính xác mà không cần sử dụng cảm biến phản hồi.

- Nếu góc bước càng nhỏ thì số bước trên mỗi vòng quay càng lớn và độ chính xác của vị trí thu

được càng lớn Các góc bước có thể lớn tới 90 độ và nhỏ đến 0,72 độ, tuy nhiên, trong thực tế các góc bước thường được sử dụng là 1,8 độ, 2,5 độ, 7,5 độ và 15 độ.

-Hướng quay của trục phụ thuộc vào chuỗi xung áp dụng cho stato Tốc độ

của trục hoặc tốc độ động cơ trung bình tỷ lệ thuận với tần số (tốc độ của

xung đầu vào) của các xung đầu vào được áp dụng tại các cuộn kích Do đó,

nếu tần số thấp, động cơ bước quay theo các bước và đối với tần số cao, nó

liên tục quay như động cơ DC do quán tính.

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

Ưu nhược điểm của động cơ bước:

Ưu điểm:

- Ở vị trí đứng yên, động cơ có mô-men xoắn tốt

- Phản ứng nhạy khi khởi động, dừng và đảo ngược vị trí

- Tuổi thọ cao, bền bỉ do không có chổi than

- Tốc độ động cơ tỷ lệ thuận với tần số xung đầu vào; có thể đạt được một phạm vi tốc độ quay rộng

- Lỗi không được tích lũy từ bước này sang bước khác

Nhược điểm:

- Động cơ bước có hiệu suất thấp

- Nó có độ chính xác thấp chưa bằng với động cơ servo

- Không có phản hồi để chỉ ra các bước lỗi do là hệ thống điều khiển hở

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

4 Động cơ bước - thủy lực

• Động cơ bước truyền chuyển động quay cho cơ cấu điều phối servo thủy lực, động

cơ thủy lực thực hiện chuyển động

• Động cơ thủy lực có thể thực hiện chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến với

cơ cấu đo phản hồi

III Nguồn động lực trục chính máy CNC

Motor thủy lực hoạt động dựa trên nguyên tắc: Chuyển

hóa dòng thủy lực áp suất cao của chất lỏng sang động

năng quay Chất lỏng thủy lực được đưa vào trong chuyển động quay làm cho trục đầu ra quay, chúng được chất lỏng đẩy tạo ra lực chuyển động xoay liên tục.

sử dụng năng lượng dòng thủy lực áp suất cao để tạo công năng quay như hình bên dưới

IV So sánh với máy công cụ truyền thống

Nguồn động lực cụm trục chính máy CNC là một phần không thể thiếu để trục chính

thực hiện được chức năng cắt gọt

Nhìn chung về cấu tạo cụm trục chính của máy CNC và máy công cụ truyền thống

không khác nhau nhiều, chỉ có một vài điểm khác biệt:

MÁY CNC

- Đa dạng về các hệ thống truyền động cũng như nguồn động lực

- Các động cơ hoạt động độc lập, có độ chính xác cao

- Tốc độ quay và mômen được điều khiển tự động bởi hệ thống

MÁY CÔNG CỤ THƯỜNG

- Chủ sử dụng động cơ điện 3 pha không đồng bộ với bộ truyền đai hoặc truyền

V Tài liệu tham khảo

THANK YOU !