Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn trong máy công

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống bôi trơn đúng sẽ bảo vệ được lâu dài độ chính xác ban đầu của máy trong toàn bộ thời gian sử dụng máy, tăng được tuổi thọ của máy và thiết bị.. 11 - Tìm hiể

1

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan các kết quả và các số liệu nêu trong luận văn là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Trần Thị Thanh Hải, Bộ môn Máy và

Ma sát học - Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Ngoài phần tài liệu tham khảo được liệt kê, các số liệu và kết quả thu được là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Nghiêm Đắc Tuệ

2

LỜI NÓI ĐẦU

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Thanh Hải, Bộ môn Máy và Ma sát học - Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, là người được hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đến quá trình thực hiện hoàn chỉnh luận văn này

Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới tất cả các thầy giáo, cô giáo đã giảng dạy trong Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô giáo Viện Cơ Khí, đã tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn này

Chân thành cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp – nơi Tôi đang công tác đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho Tôi trong quá trình theo học và hoàn thành luận văn tốt nhiệp

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình cùng bạn bè, đồng nghiệp đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về mặt tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua

Luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy, cô, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp để luân văn được tốt hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

DANH MỤC HÌNH 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 9

PHẦN MỞ ĐẦU 10

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC 13

1.1.Lịch sử phát triển của máy công cụ CNC 13

1.2.Các cụm kết cấu chính của máy CNC 13

1.2.1 Thân máy 13

1.2.2 Cụm trục chính 14

1.2.3 Bàn máy, bàn xoay 16

1.2.3.1 Loại tiêu chuẩn 16

1.2.3.2 Loại bàn xoay có động cơ lắp phía sau 17

1.2.3.3 Loại bàn xoay có lỗ trục chính lớn 17

1.2.3.4 Loại bàn xoay có nhiều trục chính 18

1.2.3.5 Loại bàn xoay nghiêng 18

1.2.3.6 Loại bàn xoay cỡ lớn 19

1.2.4 Băng dẫn hướng 19

1.2.5 Bộ phận vít-me đai ốc bi 20

1.2.6 Bộ phận thay dao tự động (ATC) 21

1.2.7 Bàn xe dao 22

1.3 Hệ thống điều khiển cho máy CNC 22

1.4 Các đặc trưng cơ bản của máy CNC 23

1.5 Kết luận 26

Chương 2- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÔI TRƠN CHO MÁY CNC 27

2.1 Hệ thống bôi trơn cho máy CNC 27

2.1.1 Mục đích của việc bôi trơn 27

2.1.2 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống bôi trơn 28

4

2.1.3 Các cụm kết cấu cần thiết có bôi trơn 28

2.1.4 Các phần tử của hệ thống bôi trơn 28

2.1.4.1 Bơm dầu 28

2.1.4.2 Bộ lọc 33

2.1.4.3 Các loại van 34

2.1.4.4 Các ống dẫn, ống nối 35

2.1.5 Vật liệu bôi trơn 35

2.1.5.1 Dầu khoáng 37

2.1.5.2 Dầu tổng hợp 37

2.1.5.3 Chất phụ gia trong dầu bôi trơn 37

2.1.6 Chế độ bôi trơn 38

2.1.6.1 Chế độ bôi trơn cụm đường hướng 38

2.1.6.2 Chế độ bôi trơn cụm trục chính 39

2.1.6.3 Chế độ bôi trơn cho trục vít-me đai ốc bi 39

2.2 Một số phương pháp bôi trơn 40

2.2.1 Bôi trơn bằng mỡ 41

2.2.1.1 Bổ sung thêm mỡ 41

2.2.1.2 Thay mỡ mới toàn bộ 44

2.2.1.3 Tái bôi trơn liên tục 44

2.2.2 Bôi trơn bằng dầu 44

2.2.2.1 Bôi trơn bằng ngâm dầu 45

2.2.2.2 Bôi trơn bằng vòng văng dầu 45

2.2.2.3 Bôi trơn dầu tuần hoàn 46

2.2.2.4 Bôi trơn phun dầu 47

2.2.2.5 Bôi trơn phun hỗn hợp khí - dầu 47

2.2.2.6 Bôi trơn sương dầu 47

2.2.2.7 Bôi trơn kiểu nhỏ giọt 48

2.3 Bôi trơn cụm trục chính 48

2.3.1 Nghiên cứu về bôi trơn đối với trục tốc độ cao 48

2.3.1.1 Kiểm nghiệm sự gia tăng nhiệt độ 49

5

2.3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng các tham số bôi trơn đối với trục cao

tốc bằng thực nghiệm 51

2.3.1.3 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của gia tăng nhiệt độ cho mỗi yếu tố 52

2.3.2 Quá trình hình thành hỗn hợp bôi trơn 54

2.4 Kết luận 55

Chương 3 - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÔI TRƠN CỤM TRỤC CHÍNH MÁY CNC …56

3.1 Chỉ tiêu tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn trục chính 56

3.1.1.Yêu cầu kỹ thuật của cụm trục chính……… 56

3.1.2.Yêu cầu bôi trơn trục chính……… 56

3.2 Sơ đồ bôi trơn tổng quát máy CNC 56

3.2.1.Giới thiệu sơ đồ bôi trơn cụm trục chính máy CNC………… 57

3.2.Tính toán công suất bơm……… 58

3.2.3 Bộ tạo sương dầu………60

3.2.4Tính toán lưu lượng không khí, lưu lượng dầu bôi trơn……… 61

3.3 Ứng dụng phần mềm ANSYS mô phỏng quá trình hình thành hỗn hợp bôi trơn trong máy phay CNC 63

3.3.1 Thiết lập 63

3.3.2 Mô phỏng quá trình tính toán hỗn hợp chất bôi trơn 63

3.4 Kiểm nghiệm bôi trơn cụm trục chính máy phay CNC CGV-503 72

3.5 Kết luận 72

KẾT LUẬN 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

6

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Máy tiện CNC 14

Hình 1.2.Trục chính của máy CNC 14

Hình 1.3.Dẫn động trục chính bằng dây đai 15

Hình 1.4 Dẫn động trục chính trực tiếp 15

Hình 1.5 Dẫn động trục chính bằng bánh răng 15

Hình 1.6 Một số hình ảnh về bàn xoay 16

Hình1.7 Bàn xoay tiêu chuẩn nằm ngang 17

Hình 1.8 Bàn xoay có động cơ lắp phía sau 17

Hình 1.9 Bàn xoay có lỗ trục chính lớn 17

Hình1.10 Bàn xoay 4 trục chính 18

Hình 1.11 Bàn xoay CNC điều khiển nghiêng bằng tay 18

Hình 1.12 Bàn xoayCNC điều khiển nghiêng tự động 19

Hình 1.13 Băng dẫn hướng 19

Hình 1.14 Kết cấu vít-me đai ốc bi 20

Hình 1.15 Kết cấu chỉnh khe hở vít-me đai ốc 21

Hình 1.16 Bộ thay dao tự động trong máy CNC 22

Hình1.17 Xử lý các thông tin 24

Hình 2.1 Các loại bơm thể tích 30

Hình 2.2 Bơm bánh răng ăn khớp trong (a) và ăn khớp ngoài (b) 31

Hình2.3 Bơm cánh gạt đơn 32

Hình 2.4 Bơm cánh gạt kép 32

Hình 2.5 Bộ lọc dầu bôi trơn 34

7

Hình 2.6 Van an toàn và van tràn 34

Hình 2.7 Van tiết lưu điều chỉnh dọc trục 35

Hình 2.8 Bổsung mỡ với lỗ thoát bên dưới 42

Hình 2.9 Bơm mỡ vào rãnh lõm trên ổ lăn 42

Hình 2.10 Cơ cấu thoát mỡ cạnh bên 43

Hình 2.11 Đường dẫn mỡ ngắn nhất 43

Hình 2.12 Ổ lăn với rãnh lõm ở giữavà rãnh vành ngoài 44

Hình 2.13 Bôi trơn bằng ngâm dầu 45

Hình 2.14 Bôi trơn bằng vòng văng dầu 46

Hình 2.15 Bôi trơn tuần hoàn 46

Hình 2.16 Bôi trơn phun dầu 47

Hình 2.17 Bôi trơn nhỏ giọt 48

Hình 2.18 Sơ đồ đo kiểm tra trục chính 50

Hình 2.19 Hệ thống bôi trơn hỗn hợp khí - dầu 50

Hình 2.20 Ảnh hưởng của khối lượng dầu mỗi chu kỳ tới nhiệt độ 53

Hình 2.21 Ảnh hưởng bởithời gian mỗi chu kỳ tới nhiệt độ 53

Hình 2.22 Ảnh hưởng của áp suất khí tới sự gia tăng nhiệt độ 54

Hình 2.23 Bộ trộn khí - dầu bôi trơn 55

Hình 3.0- Sơ đồ tổng quát bôi trơn cho toàn máy CNC 57

Hình 3.1- Sơ đồ bôi trơn máy phay CNC 58

Hình 3.2 Sơ đồ tính tổn thất 59

Hình 3.3 Sơ đồ hình thành hỗn hợp bôi trơn 61

Hình 3.4 Bộ trộn khí - dầu bôi trơn 62

8

Hình 3.5 Lập thông số đầu vào 63

Hình 3.6 Mô phỏng mô hình 64

Hình 3.7 Mô hình thiết kế trong ANSYS Workbench 64

Hình 3.8 Chia lưới 65

Hình 3.9 Nhập các thuộc tính đầu vào 66

Hình 3.10 Đồ thị biểu thị sự thay đổi độ lớn sau 950 bước lặp 67

Hình 3.11 Đường biên áp suất 67

Hình 3.12 Phân bố trọng lượng riêng 68

Hình 3.13 Phân bố vận tốc 68

Hình 3.14 Phân bố nhiệt độ 69

Hình 3.15 Phân bố dòng chảy rối trong ống 69

Hình 3.16 Thay đổi kết cấu Gíc lơ 70

Hình 3.17 Mô hình thay đổi kết cấu Gíc lơ 70

Hình 3.18 Thay đổi kết cấu Gíc lơ 71

9

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Một số vật liệu bôi trơn quan trọng 35

Bảng 2.2 Bảng so sánh giữa hai kiểu bôi trơn mỡ và dầu 36

Bảng 2.3 Chỉ số và các mức độ thực hiện 52

Bảng 3.1 Bảng so sánh các kết quả thu đƣợc 71

Sử dụng máy công cụ CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, đồng thời cũng rút ngắn được chu kỳ sản xuất Chính vì vậy mà nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi các máy điều khiển số vào lĩnh vực cơ khí chế tạo

Để tăng năng suất, chất lượng sản phẩm gia công, tốc độ quay của trong máy và các phần tử đã không ngừng được cải thiện Do vậy vấn đề bôi trơn trong máy CNC cũng có vai trò vô cùng quan trọng Trong đó việc áp dụng những thành tựu khoa học

về bôi trơn nhằm nâng cao tuổi thọ của máy luôn được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm

Công dụng cơ bản của hệ thống bôi trơn là giảm sự tổn hao do ma sát, tăng độ bền mòn của các bề mặt công tác, đảm bảo nhiệt độ làm việc bình thường cho phép Nghiên cứu, thiết kế hệ thống bôi trơn đúng sẽ bảo vệ được lâu dài độ chính xác ban đầu của máy trong toàn bộ thời gian sử dụng máy, tăng được tuổi thọ của máy và thiết

bị

Bản thân tác giả hiện đang công tác tại Công ty VITRAVICO thuộc tổng công

ty VINACONEX, đơn vị sử dụng nhiều máy gia công cơ khí, để các thiết bị này luôn làm việc ổn định thì vấn đề bôi cho các máy này là rất quan trọng

Từ những lý do trên tác giả đã lựa chọn: “Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn cho máy công cụ hiện đại” làm đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của mình

- Tầm quan trọng của hệ thống bôi trơn trong máy CNC

11

- Tìm hiểu về hệ thống bôi trơn của máy CNC, các yêu cầu cơ bản, các phần tử trong hệ thống, các kết cấu cần bôi trơn, vật liệu bôi trơn, chế độ bôi trơn, phương pháp bôi trơn

- Nghiên cứu về bôi trơn cao tốc

- Tính toán hệ thống bôi trơn với sự hỗ trợ của phần mềm Ansys

- Các phần tử trong hệ thống bôi trơn trong máy CNC

- Các kết cấu cần bôi trơn trong máy CNC

- Nghiên cứu bôi trơn cao tốc, tính toán hệ thống bôi trơn

Nghiên cứu lý thuyết, thực tiễn kết hợp tính toán với sự hỗ trợ của phần mềm Ansys

Với đề tài: “Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn cho máy công cụ hiện đại” Tác giả đã hoàn thành được đề tài và đạt được kết quả sau:

- Hệ thống bôi trơn của máy CNC, các yêu cầu cơ bản, các phần tử trong hệ thống, các kết cấu cần bôi trơn, vật liệu bôi trơn, chế độ bôi trơn, phương pháp bôi trơn

- Nghiên cứu về bôi trơn cao tốc

- Tính toán hệ thống bôi trơn

Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo Để đạt được mục tiêu của để tài, luận văn tập trung giải quyết những nội dung sau:

- Nghiên cứu tổng quan về bôi trơn máy công cụ hiện đại CNC, các phần tử cấu thành nên hệ thống bôi trơn cho trục quay cao tốc Khảo sát ảnh hưởng của các tham

số dầu, khí đến hiệu quả bôi trơn và làm mát đối với trục quay tốc độ cao

- Nghiên cứu lý thuyết về ma sát mòn và cơ sở lý thuyết về bôi trơn Chỉ tiêu tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn trong máy công cụ hiện đại

Chương 2 của luận văn, tác giả trình bày về tổng qua hệ thống bôi trơn bao gồm:

Khái quát về bôi trơn, các phần tử của hệ thống bôi trơn, các chất bôi trơn, các biện pháp bôi trơn biện pháp bôi trơn phun, phương pháp bôi trơn sương dầu trên trục quay cao tốc

Chương 3:tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn cụm trục chính máy cnc

Nội dung chính là đưa ra các chỉ tiêu tính toán, giới thiệu các bộ phận cấu thành

hệ thống bôi trơn cho cụm trục chính; Tính toán theo lý thuyết, áp dụng phần mền Ansys để tính các thông số của hệ thống bôi trơn, như: áp suất, nhiệt độ, độ rối, lưu lượng, tương ứng với thời gian cấp dầu

KẾT LUẬN

Các đóng góp mới của tác giả khi hoàn thành luận văn:

- Bổ sung dữ liệu về bôi trơn máy công cụ CNC và bôi trơn cao tốc cho cụm trục chính

- Cung cấp thông số về phần mền Ansys cho bài toán chất lỏng

- Toán thiết kế hệ thống bôi trơn cho cụm trục chính máy phay CNC

- Hệ thống bôi trơn của máy CNC, các yêu cầu cơ bản, các phần tử trong hệ thống, các kết cấu cần bôi trơn, vật liệu bôi trơn, chế độ bôi trơn, phương pháp bôi trơn

- Nghiên cứu về bôi trơn cao tốc cho cụm trục chính máy CNC

Tính toán hệ thống bôi trơn cụm trục chính máy phay CNC: Bao gồm, hệ thống bơm dầu, tổn thất dọc đường, Sự thay đổi của giclơ ảnh hưởng đến chất lượng bôi trơn và đưa ra thời gian cấp dầu

13

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC

Máy công cụ cắt gọt kim loại là trang thiết bị chủ yếu trong các nhà máy, phân xưởng cơ khí để chế tạo ra các chi tiết của máy móc, khí cụ, các dụng cụ, các sản phẩm dùng trong sản xuất và các sản phẩm dùng trong đời sống Máy công cụ có lịch

sử phát triển lâu dài gắn liền với sự phát triển của khoa học kỹ thuật Trình độ cơ khí hóa, tự động hoá của máy công cụ ngày càng cao Ngày nay số lượng, chủng loại và mức độ hiện đại hóa của máy ngày càng tăng do được ứng dụng những thành tựu mới nhất và tiên tiến nhất của tin học vì vậy năng suất lao động ngày càng tăng góp phần đáng kể vào sự phát triển của nền kinh tế của đất nước, đáp ứng nhu cầu của xã hội

Có thể tóm tắt quá trình phát triển của máy công cụ trên thế giới theo sơ đồ sau:

Làm việc

bằng tay

Làm việc bằng máy

 Trung tâm gia công CNC

 Dây chuyền sản xuất linh hoạt và tích hợp (FMS & CIM )

(Dùng cho dạng sản xuất loạt nhỏ)

16

1.2.3 Bàn máy, bàn xoay

Bàn máy là nơi đặt chi tiết gia công hay đồ gá Nhờ có sự chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tăng lên rất cao, có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng rất phức tạp Đa số trên máy CNC hay trung tâm gia công hiện đại thì bàn máy đều là dạng bàn máy xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ tư, thứ năm của máy, làm tăng tính vạn năng cho máy CNC

Yêu cầu của bàn máy:Phải có độ ổn định, cứng vững, được điều khiển chuyển

động một cách chính xác

Hình 1.6 Một số hình ảnh về bàn xoay

Bàn xoay trên máy CNC và các trung tâm gia công có các loại như sau:

1.2.3.1 Loại tiêu chuẩn

Là loại bàn xoay để gá đặt chi tiết sao cho tâm của chi tiết trùng với tâm của trục chính (hình 1.7), có thể gia công được nhiều loại bề mặt khác nhau như gia công mặt phẳng, gia công rãnh thẳng hoặc rãnh xoắn và gia công các mặt định hình với dao định hình, đôi khi dùng để cắt bánh răng với dao phay moodul Loại này có thể có trục chính nằm ngang hay thẳng đứng

17

Hình1.7 Bàn xoay tiêu chuẩn nằm ngang

1.2.3.2 Loại bàn xoay có động cơ lắp phía sau

Loại bàn xoay này có khả năng hạn chế sự rung động khi máy đang làm việc (hình 1.8), loại động cơ này có thể che chắn nước, phoi vụn để không rơi vào động cơ

Hình 1.8 Bàn xoay có động cơ lắp phía sau

18

1.2.3.4 Loại bàn xoay có nhiều trục chính

Loại bàn xoay có nhiều trục chính cho phép gá đặt cùng lúc nhiều chi tiết (hình 1.10), loại này có năng xuất gấp nhiều lần so với loại bàn xoay tiêu chuẩn, thích hợp cho việc sản xuất hàng loạt và hàng khối

Hình1.10 Bàn xoay 4 trục chính

1.2.3.5 Loại bàn xoay nghiêng

Loại này có thể xoay nghiêng nhờ xoay quanh được một trục nào đó (hình 1.11/12), do vậy có khả năng công nghệ cao, có thể làm đồ gá để gia công các mặt phẳng, các rãnh, các gờ lồi và đặc biệt là gia công các bề mặt nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau, chúng có thể được điều khiển góc nghiêng tự động hoặc bằng tay

Hình 1.11 Bàn xoay CNC điều khiển nghiêng bằng tay

1.2.4 Băng dẫn hướng

Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của bàn dao theo trục X, Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của trục chính (hình 1.13)

Yêu cầu của hệ thống thanh trượt phải thẳng, có khả năng tải cao, độ cứng vững tốt, không có hiện tượng trượt dính, trơn khi trượt

Hình 1.13 Băng dẫn hướng

20

1.2.5 Bộ phận vít-me đai ốc bi

Nhiệm vụ: Dùng để dẫn động các trục chuyển động theo đường dẫn hướng Trục vít-me được dẫn động nhờ các động cơ bước hoặc động cơ Servo

Vít-me đai ốc bi là một loại vít-me đặc biệt có thể khử khe hở triệt để, ít ma sát

Vì vậy khi đổi chiều chuyển động không tồn tại khe hở đảm bảo được độ chính xác gia công

Kết cấu của bộ phận vít-me đai ốc bi (hình 1.14) như sau:

Hình 1.14 Kết cấu vít-me đai ốc bi

Để có thể dịch chuyển chính xác trên các biên dạng, các trục truyền dẫn không được phép có khe hở, và cũng không được phép có hiệu ứng Stick - slip (hiện tượng trượt lùi do lực cản ma sát) Bộ truyền vít-me đai ốc bi là giải pháp kỹ thuật đảm bảo được yêu cầu đó [2]

21

Hình 1.15 Kết cấu chỉnh khe hở vít-me đai ốc

Ưu điểm của vít-me bi:

 Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần 0,9

 Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ

 Có thể loại trừ khe hở và sức căng ban đầu nên đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao

 Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài

1.2.6 Bộ phận thay dao tự động (ATC)

Đây là điều quan trọng để ATC thay đổi dụng cụ trong phạm vi trục chính càng nhanh càng tốt Bằng sự thích ứng của quá trình điều khiển và động cơ, ATC sẽ đưa dao ra khỏi trục chính một cách chính xác (hình 1.16) Một hệ thống ATC tốt có khả năng làm giảm thời gian dừng máy và làm tăng năng suất

1.3 Hệ thống điều khiển cho máy CNC

Các máy CNC được trang bị những thiết bị có tính công nghệ cao phục vụ cho việc lập trình và điều khiển máy Các máy tính có tốc độ xử lý cao dung lượng bộ nhớ lớn do đó có thể lưu trong bộ nhớ nhiều chương trình gia công đồng thời Căn cứ vào bản vẽ chế tạo của chi tiết mà ta lập được các chương trình gia công cụ thể cho máy thông qua các câu lệnh Từ các câu lệnh đã được lập bộ phận nội suy của máy sẽ thiết lập được đường dịch chuyển của dụng cụ cắt Có nhiều cách để lập chương trình cho máy CNC như:

Lập trình bên ngoài máy (Offline): Các chương trình được lập sẵn bên ngoài sau đó được lưu trữ vào các thiết bị như đĩa CD, DVD, USB…rồi đưa vào trong bộ nhớ của máy CNC thông qua các thiết bị đọc hoặc truyền trực tiếp từ máy tính (Đối với những máy CNC có kết nối với máy tính) Cách lập trình này thường được áp dụng cho những chi tiết phức tạp

23

Lập trình trực tiếp trên máy (Online): Các chương trình được lập trực tiếp tại phân xưởng gia công thông qua bàn phím của máy Thường áp dụng cho những chi tiết gia công đơn giản

Các dạng điều khiển của máy CNC

Tùy theo dạng của các chuyển động giữa điểm đầu và điểm cuối của quãng đường chạy này mà người ta chia thành 3 dạng điều khiển:

 Điều khiển theo điểm

 Điều khiển theo đường

 Điều khiển theo đường viền (Contour)

1.4 Các đặc trƣng cơ bản của máy CNC

Những nét đặc trưng cơ bản của máy công cụ điều khiển theo chương trình số (NC và CNC) là:

 Tự động hoá cao

 Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay cao

 Độ chính xác cao (sai lệch kích thước gia công đạt tới 0,001mm )

 Năng suất gia công đạt cao

 Tính linh hoạt cao (thích nghi nhanh với đối tượng gia công thay đổi, thích hợp với xu thế sản xuất loạt nhỏ hiện nay)

 Tập trung nguyên công cao (gia công nhiều bề mặt trên chi tiết trong một lần gá đặt)

 Chuẩn bị công nghệ để gia công chi tiết khác với các máy thường là phải lập trình chương trình NC để điều khiển máy theo ngôn ngữ mà hãng chế tạo máy đã cài đặt cho hệ điều khiển NC, CNC

 Máy gia công CNC có giá trị kinh tế lớn nhưng đắt tiền

Mỗi máy công cụ có đặc điểm là nó được chế tạo từ một tổ hợp nhiều trục thẳng và quay (Liner and Rotate axises) Để có thể điều khiển các trục này bằng số phải có hai tiền đề cho mỗi trục:

 Mỗi trục NC cần có một hệ thống đo về dịch chuyển điện tử

 Mỗi trục NC cần có một bộ phát động điều chỉnh và điều khiển được

Ở máy tiện, trục chính của máy cũng được xác lập là trục NC nếu những dụng

cụ được phát động để khoan và phay

Phần lớn các trung tâm gia công được trang bị các bàn tròn quay điều khiển

NC Bàn tròn quay theo nhịp, ví dụ: nhịp quay 4x900 hoặc 12x300, không tính vào các trục điều khiển NC

25

Cấu trúc điện tử của các hệ điều khiển CNC ngày nay được thiết lập trên cơ sở

sử dụng các bộ vi xử lý (Microprocessors) 16 và 32 bit và các mạch tích hợp IC (Integrated Circuit) Số lượng các bộ vi xử lý thường được dùng là 2 5

Máy NC là máy có khả năng lập trình tự do, nghĩa là các chuyển động theo từng trục được định trước thông qua một chương trình

Những hệ điều khiển số ngày nay được thiết lập trên cơ sở sử dụng máy vi tính, còn được gọi là hệ thống điều khiển CNC tức là điều khiển số bằng máy vi tính

Để nạp và xuất dữ liệu tự động, các hệ điều khiển CNC được trang bị những giao diện khác nhau mạnh và hữu hiệu

Hệ điều khiển NC và CNC đều dựa trên nguyên lý chung nên có thể coi như các khái niệm NC và CNC là đồng nghĩa với nhau

CNC là hệ điều khiển số mà mọi chức năng điều khiển được thực hiện bằng một hoặc nhiều máy vi tính tích hợp và với một phần mềm phù hợp

Ƣu điểm của gia công CNC

Đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa, máy CNC trong nhiều trường hợp là công cụ gia công có những nét ưu việt hơn so với các máy thường ở những điểm sau:

 Gia công được những chi tiết phức tạp hơn

 Quy hoạch thời hạn sản xuất tốt hơn

 Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao và giảm thời gian phụ

 Tính linh hoạt cao hơn

 Độ chính xác gia công ổn định đều

 Chi phí kiểm tra giảm

 Chi phí do phế phẩm giảm

 Hoạt động liên tục nhiều ca sản xuất

 Một công nhân có thể vận hành nhiều máy đồng thời

 Hiệu suất cao hơn

 Tăng năng lực sản xuất

 Có khả năng tích hợp trong hệ thống gia công linh hoạt

26

Những nét ưu việt trên của máy CNC là không phụ thuộc vào kiểu máy Những máy CNC có khả năng lập trình tại phân xưởng sản xuất, theo nhận xét của các nhà sản xuất có kinh nghiệm, cũng có tính linh hoạt cao hơn và đồng thời còn tiết kiệm thời gian Điều quan trọng là người ở xưởng chấp nhận máy CNC, vận hành được máy, được đào tạo tốt và có khả năng khắc phục được các sự cố nhỏ

1.5 Kết luận

Qua lịch sử phát triển của máy công cụ CNC ta đã thấy được sự phát triển mạnh

mẽ của loại máy này Máy CNC ngày càng phức tạp hơn, gia công được nhiều loại chi tiết hơn và đặc biệt là khả năng có thể chế tạo được những bề mặt phức tạp mà những máy công cụ thông thường rất khó có thể gia công được Đi kèm theo đó là các cụm kết cấu chính, hệ thống điều khiển của máy ngày càng hoàn thiện hơn tạo cho máy CNC có công suất lớn, gia công được chính xác ngay cả những bề mặt phức tạp nhất, làm giảm công sức lao động của người đứng máy, nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm

Để nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm, tốc độ trục chính của máy không ngừng được nâng cao, do vậy vấn đề bôi trơn trong máy CNC, đặc biệt là bôi trơn cụm ổ lăn trục chính có vai trò rất quan trọng Vậy mục đích của việc bôi trơn trong máy CNC là gì, các cụm kết cấu, các phần tử bôi trơn ra sao, các phương pháp bôi trơn như thế nào Chương 2 sẽ tìm hiểu về hệ thống và phương pháp bôi trơn của máy CNC và quá trình bôi trơn ở tốc độ cao trong máy CNC

27

Chương 2- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÔI TRƠN CHO MÁY CNC

2.1 Hệ thống bôi trơn cho máy CNC

2.1.1 Mục đích của việc bôi trơn

Tuổi thọ của máy công cụ phụ thuộc chủ yếu vào tuổi thọ của cụm dẫn hướng trên thân máy, bàn máy và hệ thống cụm trục chính Nguyên nhân chủ yếu làm giảm tuổi thọ là do xuất hiện độ mòn không đều trên bề mặt của các sống trượt

Việc các cơ cấu máy và dụng cụ cần phải làm việc trong điều kiện môi trường khác nhau đã đề ra yêu cầu phải không ngừng tăng cường độ tin cậy và tuổi thọ của các thiết bị

Trong vấn đề chung về độ tin cậy và tuổi thọ, vấn đề ma sát bôi trơn và mài mòn là những vấn đề có quan hệ rất phức tạp với nhau và chiếm một vị trí quan trọng

Mài mòn là vấn đề trung tâm của các vấn đềchung về ma sát và bôi trơn Mỗi bước phát triển của máy móc cơ cấu dụng cụ đều gắn liền với việc nghiên cứu các hiện tượng diễn ra tại phần tiếp xúc giữa các cặp ma sát với nhau

Do ý nghĩa quan trọng của máy công cụ mà việc áp dụng những thành tựu khoa học trong bôi trơn nhằm nâng cao tuổi thọ của máy được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm

Công dụng cơ bản của hệ thống bôi trơn là giảm sự tổn hao vì ma sát, tăng độ bền mòn của các bề mặt công tác, đảm bảo nhiệt độ làm việc bình thường cho phép Thiết kế hệ thống bôi trơn đúng sẽ bảo vệ được lâu dài độ chính xác ban đầu của máy trong toàn bộ thời gian sử dụng máy

Bôi trơn là một trong những biện pháp bảo vệ các bề mặt ma sát hiệu quả nhất hiện nay là sử dụng các loại dầu bôi trơn thích hợp để bôi trơn Mục đích của bôi trơn

là tạo ra một lớp dầu có chiều dày đủ lớn trên các bề mặt ma sát tránh sự tiếp xúc trực tiếp giữa chúng, do đó giảm được sự mài mòn bề mặt các chi tiết và tăng được tuổi thọ của máy và thiết bị Có nhiều cách để phân loại bôi trơn:

Theo dạng ma sát, ta còn có bôi trơn giới hạn, bôi trơn nửa ướt (thường gắn với việc cung cấp dầu, mỡ định kỳ) và bôi trơn ướt

28

Theo vật liệu bôi trơn có bôi trơn chất bôi trơn rắn (graphít hay bisunphua môlípđen), chất bôi trơn lỏng (nước, dầu, mỡ) và bôi trơn chất khí [3]

2.1.2 Các yêu cầu cơ bản của hệ thống bôi trơn

Máy công cụ CNC cần có độ chính xác gia công cao và phải duy trì được độ chính xác đó trong một khoảng thời gian nhất định do đó ngoài việc chế tạo các chi tiết, các cụm, bộ phận chính xác thì việc bôi trơn đóng một vai trò quan trọng Để làm được điều này thì hệ thống bôi trơn cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Đảm bảo cung cấp đủ dầu, mỡ bôi trơn cho tất cả các nơi cần thiết

 Dầu được cung cấp phải sạch không được lẫn các tạp chất

 Hệ thống đường ống phải được bố trí gọn gàng tránh va chạm với bàn máy

và các khâu dịch chuyển trong quá trình gia công

 Dầu bôi trơn phải có độ nhớt thích hợp

 Các thiết bị của hệ thống phải là các thiết bị tiêu chuẩn để dễ thay thế, sửa chữa

2.1.3 Các cụm kết cấu cần thiết có bôi trơn

 Các ổ đỡ và ổ chặn của 3 trục vít-me

 Trục chính và các ổ của trục chính máy

 Các vít-me đai ốc bi

 Dẫn hướng 3 trục X, Y, Z (3 x 4 vị trí)

 Cơ cấu thay dao (ổ của cơ cấu thay dao và thanh trượt)

2.1.4 Các phần tử của hệ thống bôi trơn

2.1.4.1 Bơm dầu

Bơm dầu là một loại cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để biến đổi cơ năng thành thế năng (dưới dạng áp suất) của dầu Trong hệ thống bôi trơn thường sử dụng các loại bơm thể tích, tức là các loại bơm thực hiện việc biến đổi năng lượng 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 Nếu trên đường chất

29

lỏng bị đẩy ra ta đặt một vật cản (thí dụ như đặt van), chất lỏng bị chặn sẽ tạo nên một

áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản và kết cấu của bơm

Tuỳ thuộc vào lượng dầu do bơm đẩy ra trong một chu kỳ làm việc mà ta có thể phân biệt được hai loại bơm thể tích (hình 2.1):

 Bơm có lưu lượng cố định, gọi tắt là bơm cố định

 Bơm có lưu lượng có thể điều chỉnh, gọi tắt là bơm điều chỉnh

Trong những năm gần đây, bơm điều chỉnh được 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 Mặt khác, công suất truyền động của máy tăng, đòi hỏi những cơ cấu ít bị tổn thất năng lượng nhất Bơm điều chỉnh chỉ đưa vào hệ thống thuỷ lực một lượng dầu cần thiết để thực hiện truyền động, không có lượng dầu thừa, nên hạn chế được nguồn sinh nhiệt

Đứng về mặt kết cấu, bơm thể tích (cả bơm cố định và bơm với lưu lượng thay đổi) có thể phân thành các loại sau:

 Bơm bánh răng

 Bơm cánh gạt

 Bơm pít-tông

30

Hình 2.1 Các loại bơm thể tích

Tuy nhiên trong hệ thống bôi trơn của máy CNC chủ yếu dùng hai loại máy bơm là bánh răng và bơm cánh gạt, bơm piston rất ít khi sử dụng cho hệ thống bôi trơn của máy

31

* Bơm bánh răng: Là loại bơm sử dụng khá rộng rãi, vì nó có kết cấu đơn

giản, chế tạo dễ dàng Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ở những hệ thống

có áp suất nhỏ trên các máy khoan, doa, tổ hợp, bào, phay Đối với những máy đòi hỏi áp lực cao như máy ép, máy dập thì cần phải có các loại bơm có áp suất cao hơn Bơm bánh răng có thể chia làm hai loại như sau:

 Bơm bánh răng ăn khớp trong

 Bơm bánh răng ăn khớp ngoài

Hình 2.2 Bơm bánh răng ăn khớp trong (a) và ăn khớp ngoài (b)

Ưu điểm của bơm bánh răng ăn khớp trong là có kích thước bé hơn và tổn thất thể tích bé hơn bơm bánh răng ăn khớp ngoài khi có cùng lưu lượng và dung sai chế tạo, nhưng loại bơm này khó chế tạo do đó giá thành cao hơn

* Bơm cánh gạt: Cũng là loại bơm được dùng rộng rãi sau bơm bánh răng và

cũng chủ yếu dùng trong các hệ thống có áp suất thấp và trung bình So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt đảm bảo một lưu lượng đều hơn, hiệu suất thể tích cao hơn, do đó

nó rất phù hợp trong các hệ thống bôi trơn của khá nhiều máy CNC và máy công cụ, như thực hiện lượng 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 Có thể chia bơm cánh gạt thành hai loại như sau:

 Bơm cánh gạt tác dụng đơn, gọi tắt là bơm cánh gạt đơn

 Bơm cánh gạt tác dụng kép, gọi tắt là bơm cánh gạt kép

Bơm cánh gạt kép (hình 2.4), khi trục quay một vòng, bơm thực hiện hai chu

kỳ làm việc bao gồm cả hai lần hút và hai lần nén

33

* Bơm piston

Bơm piston là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu piston – xilanh Vì bề mặt làm việc của cơ cấu này hình trụ tròn, do đó dễ dàng đạt được độ chính xác gia công cao, đảm bảo được hiệu suất thể tích tốt Loại bơm này có thể làm việc tạo ra được áp suất lớn (p=700bar) do vậy bơm piston thường được dùng trong hệ thống thủy lực, ít khi được lắp đặt cho hệ thống bôi trơn của máy CNC [6,7]

2.1.4.2 Bộ lọc

Do yêu cầu của việc bôi trơn là dầu bôi trơn phải không có các tạp chất các chất bẩn có tác dụng như 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 Trong quá trình làm việc của máy các hạt kim loại bị bong tách ra lẫn vào trong dầu bôi trơn và bản thân dầu cũng có các tạp chất Do đó để có dầu sạch người ta dùng bộ lọc dầu Bộ lọc dầu có tác dụng lọc bỏ các tạp chất có trong dầu Tuỳ theo yêu cầu làm việc của bề mặt ma sát mà người ta sử dụng các bội lọc có khả năng loại bỏ những chất bẩn có kích thước nhỏ đến cỡ nào Tuỳ theo kích thước nhỏ nhất của chất bẩn mà bộ lọc có thể loại bỏ được người ta chia

bộ lọc thành các loại sau:

 Bộ lọc thô: Có thể lọc được những chất bẩn có kích thước đến 0,1mm

 Bộ lọc trung bình: Có thể lọc được những chất bẩn có kích thước đến 0,01mm

 Bộ lọc tinh: Có thể lọc được những chất bẩn có kích thước đến 0,005mm

 Bộ lọc đặc biệt tinh: Có thể lọc được những chất bẩn có kích thước đến 0,001mm

Trong máy CNC, bộ lọc thường được gắn ở đường hút và đường hồi của bơm dầu, một số hệ thống bôi trơn còn gắn thêm bộ lọc tại vị trí lỗ nạp dầu để hạn chế bụi bẩn khi nạp dầu bôi trơn (hình 2.5)

35

a Van trục b Van côn c Van bi

Hình 2.18 Van tiết lưu điều chỉnh dọc trục 2.1.4.4 Các ống dẫn, ống nối

Ống dẫn dầu bôi trơn thường được sử dụng hiện nay được làm bằng các loại vật liệu mới, các ống này thường được tiêu chuẩn hoá Các ống nối thường là các loại ống nối có thể thực hiện việc kết nối nhanh và cũng được tiêu chuẩn hoá

2.1.5 Vật liệu bôi trơn

Bôi trơn là biện pháp đưa vật liệu bôi trơn vào vùng ma sát, làm giảm ma sát

mà giảm mòn, do vậy chọn đúng vật liệu bôi trơn là rất quan trọng, vật liệu bôi trơn được đưa vào vùng ma sát, chúng có những nhiệm vụ sau:

 Đảm bảo tính truyền dẫn

 Giảm mất mát năng lượng cơ học

 Giảm sinh nhiệt

Mỡ động vật Huyền phù Nhũ tương

Mỡ khoáng chất

Mỡ tổng hợp

Graphit Đisunfit molipđen Kim loại (Cu, Pb, Au) Hợp chất vô cơCaF2, ZnO, ZnS, Zn2P2O7

Bảng 2.1 Một số vật liệu bôi trơn quan trọng

36

Việc lựa chọn chất bôi trơn để đạt hiệu quả cao nhất cần phải biết kết hợp chặt chẽ giữa vật liệu được bôi trơn và vật liệu bôi trơn cùng các điều kiện: vĩ mô, vi mô, động học và động lực học [3]

Tuy nhiên, vật liệu bôi trơn sử dụngcho máy CNC được dùng chủ yếu là: Mỡ

và dầu bôi trơn Lựa chọn vật liệu và chế độ bôi trơn phụ thuộc điều kiện và mục đích

sử dụng để đạt được hiệu quả bôi trơn tốt nhất

Tham khảo Bảng 2.2 so sánh giữa hai kiểu bôi trơn để có sự lựa chọn tốt nhất:

Hiệu quả làm mát Kém

Tốt, sử dụng truyền nhiệt và bôi trơn cưỡng bức tuần hoàn

Tốc độ

Tốc độ giới hạn:

65%~80% tốc độ của bôi trơn bằng dầu

Cho phép tốc độ cao hơn

Kết cấu buồng ổ và

phương pháp làm kín

Đơn giản Phức tạp, đòi hỏi bảo trì cẩn

thận hơn Bảng 2.2 Bảng so sánh giữa hai kiểu bôi trơn mỡ và dầu

Thường trong máy công cụ nói chung, máy CNC nói riêng, với tốc độ trục chính ngày càng được cải thiện do vậy dầu bôi trơn được lựa chọn sử dụng phổ biến Dầu bôi trơn nói chung thường có chất lỏng cơ bản, chiếm tỷ lệ chính trong dầu bôi trơn Nguồn gốc của chất lỏng cơ sở này thường là dầu khoáng bổsung thêm các chất phụ gia để dầu có được các đặc tính như mong muốn Chất lỏng cơ sở có được từ hai

Bắt đầu từ dầu thô, quá trình đặc trưng để sản xuất dầu bôi trơn là:

 Tách các thành phần nhẹ hơn như: xăng, dầu máy bay, dầu diesel,…

 Độ nhớt lớn, tính oxy hóa cao

 Nhiệt độ bắt lửa và cháy cao

 Khả năng bảo vệ bề mặt chống oxy hóa cao

Nhƣợc điểm: Giá thành cao hơn dầu khoáng

Được dùng nhiều trong ngành công nghiệp hàng không

2.1.5.3 Chất phụ gia trong dầu bôi trơn

Dầu nhờn thương mại là sản phẩm cuối cùng, pha trộn từ hai thành phần chính Thành phần thứ nhất là dầu gốc, được các hãng sản xuất từ dầu mỏ thiên nhiên hoặc tổng hợp Dầu gốc chứa các phân tử hydrocarbon nặng và có các tính chất hóa lý tương tự như dầu thành phẩm Tuy nhiên, người ta không thể sử dụng ngay loại dầu