Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát trong Xylanh - piston khí nén đến sai lệch vị trí của ổ cấp dao trên máy CNC trong điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam

Header Page 1 of 89.

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là tất cả những nội dung trong luận án ”Nghiên cứu ảnh hưởng
của ma sát trong XLPTKN đến sai lệch vị trí của ổ cấp dao trên máy CNC trong điều
kiện nhiệt ẩm Việt Nam” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, thực hiện dƣới sự hƣớng
dẫn của tập thể cán bộ hƣớng dẫn: PGS. TS Phạm Văn Hùng và PGS. TS Trần Đức Quý.
Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực, trích dẫn đầy đủ và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà nội, ngày tháng
Tập thể hƣớng dẫn

PGS. TS Phạm Văn Hùng PGS. TS Trần Đức Quý

năm 2016

Tác giả luận án

Nguyễn Thùy Dương

1

Footer Page 1 of 89.


Header Page 2 of 89.

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều
sự giúp đỡ, góp ý, động viên và chia sẻ của mọi ngƣời. Lời đầu tiên tôi xin đƣợc bày tỏ
lòng biết ơn tới Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo sau Đại học, Viện Cơ khí, Bộ môn Máy &

Ma sát học – Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi đặc biệt cảm ơn PGS.TS Phạm Văn Hùng, PGS.TS Trần Đức Quý đã hƣớng dẫn,
chỉ bảo cho tôi những ý kiến vô cùng quý báu và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi về mặt
chuyên môn trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành biết ơn các thầy cô trong bộ môn Máy và Ma sát học – Đại học
Bách Khoa Hà Nội đã đóng góp cho tôi những ý kiến bổ ích cũng nhƣ tạo điều kiện thuận
lợi cho tôi trong suốt quá trình làm luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, những ngƣời luôn
chia sẻ, động viên, giúp đỡ tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án này.
Hà nội, ngày tháng năm 2016
Tác giả luận án

Nguyễn Thùy Dƣơng

2

Footer Page 2 of 89.


Header Page 3 of 89.

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..........................................................................................6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH TRONG LUẬN ÁN...................................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU...........................................................................................10
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN ÁN ..............................................................11
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................15
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................................15
2. Mục đích nghiên cứu của luận án ....................................................................................... 16
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................................16

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................................17
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................................17
6. Nội dung luận án ................................................................................................................18
7. Các kết quả mới ..................................................................................................................19
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MA SÁT TRONG XYLANH PISTON KHÍ NÉN DÙNG
CHO Ổ CẤP DAO MÁY PHAY CNC ..................................................................................20
1.1 Ổ cấp dao máy phay CNC và các hƣ hỏng lỗ côn trục chính ........................................... 20
1.1.1 Ổ cấp dao máy phay CNC ...................................................................................... 20
1.1.2 Một số hƣ hỏng của lỗ côn trục chính liên quan đến quá trình thay dao tự động
trên máy CNC ................................................................................................................. 24
1.2 Vai trò và đặc điểm của xylanh – piston khí nén.............................................................. 28
1.3. Cấu tạo xylanh- piston khí nén ........................................................................................ 29
1.4 Phân loại xylanh – piston khí nén..................................................................................... 31
1.4.1 Xylanh lực .............................................................................................................. 31
1.4.2 Xylanh quay ........................................................................................................... 33
1.5 Đặc tính làm việc của xylanh – piston khí nén ................................................................. 34
1.5.1 Lực đẩy piston ........................................................................................................ 34
1.5.2 Chiều dài hành trình ............................................................................................. 35
1.5.3 Tốc độ piston .......................................................................................................... 36
1.5.4 Lƣợng khí tiêu thụ .................................................................................................. 36
1.6 Đặc điểm môi trƣờng làm việc của các máy công cụ CNC.............................................. 37
1.6.1 Yêu cầu môi trƣờng làm việc máy CNC ................................................................ 37
1.6.2 Môi trƣờng làm việc máy CNC tại Việt Nam [43,44] ........................................... 39
3

Footer Page 3 of 89.


Header Page 4 of 89.
1.7 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc về đặc tính ma sát của xylanh – piston khí nén dùng

cho máy CNC ......................................................................................................................... 41
1.8 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ..................................................................................... 46
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 .......................................................................................................48
CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MA SÁT TRONG XYLANH - PISTON KHÍ NÉN ...49
2.1 Tổng quan về ma sát ......................................................................................................... 49
2.1.1 Một số khái niệm chung về ma ma sát ................................................................... 49
2.1.2 Đặc điểm tiếp xúc ma sát của cặp ma sát trƣợt ..................................................... 50
2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến cặp ma sát trƣợt...................................................................... 52
2.2.1 Ảnh hƣởng của áp suất pháp tuyến ....................................................................... 53
2.2.2. Sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào vận tốc trƣợt .................................................. 54
2.2.3 Sự phụ thuộc lực ma sát vào tốc độ dịch chuyển khi có bôi trơn .......................... 54
2.2.4 Ảnh hƣởng của vật liệu bôi trơn............................................................................ 56
2.2.5 Ảnh hƣởng của nhiệt độ ......................................................................................... 56
2.2.6 Ảnh hƣởng của độ ẩm ............................................................................................ 57
2.3. Các lý thuyết tính ma sát cặp vật liệu ............................................................................. 57
2.3.1. Công thức tính hệ số ma sát theo thực nghiệm ..................................................... 57
2.3.2 Lý thuyết cơ phân tử .............................................................................................. 59
2.4 Tính lực ma sát của xylanh – piston khí nén .................................................................... 62
2.4.1 Ma sát gioăng và XLPTKN .................................................................................... 63
2.4.2 Tính lực ma sát trong xylanh - piston dùng trong ổ cấp dao máy phay CNC cỡ
trung. ............................................................................................................................... 65
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 .......................................................................................................67
CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU THỰC
NGHIỆM MA SÁT TRONG XYLANH – PISTON KHÍ NÉN ............................................68
3.1 Mục đích thí nghiệm .........................................................................................................68
3.1 Mục đích thí nghiệm ......................................................................................................... 68
3.2 Phƣơng pháp đo lực ma sát ..............................................................................................68
3.2 Phƣơng pháp đo lực ma sát .............................................................................................. 68
3.3 Thiết kế thiết bị thực nghiệm ............................................................................................ 70
3.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu thực nghiệm........................................................................ 70

3.3.2 Thiết bị thực nghiệm đo ma sát trong xylanh – piston khí nén .............................. 71
3.4 Quy hoạch và tổ chức thực nghiệm .................................................................................. 81
3.4.1 Xác định các thông số thực nghiệm ....................................................................... 81
4

Footer Page 4 of 89.


Header Page 5 of 89.
3.4.2 Tổ chức thực nghiệm khảo sát ma sát trong xylanh – piston khí nén .................... 82
3.4.3 Bảng số liệu kết quả thực nghiệm .......................................................................... 83
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 .......................................................................................................84
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ................................................85
4.1 Thực nghiệm xác định ảnh hƣởng vận tốc dịch chuyển đến ma sát trong xylanh – piston
khí nén. ................................................................................................................................... 85
4.2 Thực nghiệm ảnh hƣởng của độ ẩm tƣơng đối đến lực ma sát trong xylanh – piston khí
nén .......................................................................................................................................... 87
4.3 Thực nghiệm ảnh hƣởng nhiệt độ đến lực ma sát của xylanh – piston khí nén ............... 90
4.4 Thực nghiệm ảnh hƣởng của môi trƣờng nhiệt ẩm Việt nam đến lực ma sát trong
XLPTKN dùng trong ổ cấp dao máy CNC ............................................................................ 92
4.4.1 Xác định các hệ số của hàm hồi quy lực ma sát tĩnh ............................................. 93
4.4.2 Xác định các hệ số của hàm hồi quy lực ma sát động ............................................ 99
4.5 Ảnh hƣởng của lực ma sát đến sai lệch vị trí của xylanh – piston khí nén trong ở cấp
dao máy phay CNC .............................................................................................................. 104
4.5.1 Giới thiệu hệ thống thay dao máy phay CNC cỡ trung V30 ................................ 104
4.5.2 Cấu tạo hệ thống thay dao máy phay CNC .......................................................... 105
4.5.3 Sai lệch vị trí khi dừng ổ cấp dao máy CNC ........................................................ 106
KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 .....................................................................................................112
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ.......................................................................................113
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................115

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................................119
PHỤ LỤC .............................................................................................................................120

5

Footer Page 5 of 89.


Header Page 6 of 89.

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CNC: Computer Numerical Control
XLPTKN: Xylanh – piston khí nén
ATC: Automatic tool changer
TIR: Total indicator run out – Tổng sai lệch
T: Nhiệt độ
RH: Độ ẩm tƣơng đối của không khí

6

Footer Page 6 of 89.


Header Page 7 of 89.

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH TRONG LUẬN ÁN
Ký hiệu

Ý nghĩa

Đơn vị

p

Áp suất

Bar

v

Tốc độ dịch chuyển

mm/s

F

Lực piston lý thuyết

N

A1

Diện tích mặt đáy của piston

m2

Feff

Lực piston xylanh thực tế

N

Fms

Lực ma sát

N

FF

Lực lò xo trở lại

N

D

Đƣờng kính piston

m

d

Đƣờng kính cần piston

m

A‟

Diện tích mặt hình khuyên

m2

qB

Lƣu lƣợng tiêu thụ

s

Hành trình

cm

qH

Lƣợng khí tiêu thụ trên chiều dài hành trình

l/cm

n

Số hành trình trong một phút

l/phút

f

Hệ số ma sát

N

Tải pháp tuyến

fvđ

Hệ số ma sát khi va đập

l/phut

N

mv1

Động lƣợng thay đổi theo phƣơng tiếp tuyến

N.s

mv2

Động lƣợng thay đổi theo phƣơng tiếp tuyến

N.s

Fw

Hệ số mất mát năng lƣợng

WT

Công tiêu hao để thắng lực ma sát

J

W

Công tiêu hao chung

J

Fms

Lực ma sát

N

A

Đặc trƣng cho môi trƣờng tác dụng giữa hai vật thể ma sát



Sức bền cắt của liên kết phân tử

PT

Áp lực giới hạn chảy

K

Hệ số thực nghiệm

T

Giới hạn chảy của vật liệu

D

Đƣờng kính mẫu thử

kGf/mm2
N/mm2
N/mm2
mm
7

Footer Page 7 of 89.


Header Page 8 of 89.
d

Chiều rộng vết đƣờng trƣợt

mm

a

Bán kính chỗ bám dính

mm

f0

Hệ số ma sát tĩnh

c

Hằng số



Nhiệt độ



Hệ số thực nghiệm

F0

Lực ma sát tại thời điểm ban đầu của quá trình tiếp xúc

N

F

Lực ma sát khi thời gian tiếp xúc là vô cùng

N



Hệ số áp điện của thành phần ma sát phận tử

0

K

Fch

Lực ma sát cơ học

N

Fpt

Lực ma sát phân tử

N
m

r

Bánh kính cong của nhấp nhô



Hệ số đàn hồi của vật liệu

E

Môdun đàn hồi của vật liệu

αH

Hệ số mất mát do trễ khi trƣợt

h

Chiều sâu thâm nhập

pc

Áp lực vòng

Hb

Chiều cao của sóng

m

Rb

Bán kính cong của sóng

mm

Mpa
m

Hệ số phụ thuộc vào đƣờng cong phân bố của nhấp nhô bề
Kv

Kvfdh
FCoulomb
Kprop

mặt 
Hệ số phụ thuộc vào đƣờng cong phân bố của nhấp nhô bề
mặt 
Lực ma sát Coulomb

N

Hệ số phụ thuộc vào tốc độ

FStribeck

Ảnh hƣởng của Stribeck

fexp

Hệ số mũ của tốc độ chảy

p

Chênh lệch áp suất giữ tham chia 2 buồng xylanh

Fstat

Lực ma sát tĩnh

N

Fmin

Lực ma sát nhỏ nhất

N

Fref

Lực tham chiếu

N

Dref

Đƣờng kính tham chiếu

N

Bar

mm
8

Footer Page 8 of 89.


Header Page 9 of 89.
vcrit

Vận tốc giới hạn

mm/s

Fmst

Lực ma sát tĩnh

N

Fmsd

Lực ma sát động

N

FL

Lực cản lăn

N

m

Khối lƣợng của ổ cấp dao

kg

9

Footer Page 9 of 89.


Header Page 10 of 89.

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng số
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3

Tên bảng
Thông số kỹ thuật của XLPTKN
Bảng mã hóa biến thực nghiệm
Ma trận quy hoạch trực giao bậc 2
Lực ma sát trong XLPTKN theo tốc độ dịch chuyển thực
Bảng 4.1
nghiệm
Lực ma sát của XLPTKN theo tốc độ dịch chuyển và độ ẩm
Bảng 4.2
thực nghiệm
Lực ma sát của XLPTKN theo tốc độ dịch chuyển và nhiệt độ
Bảng 4.3
thực nghiệm
Bảng 4.4 Tổng hợp thông số đầu vào, đầu ra và tổ chức thực nghiệm
Bảng 4.5 Ma trận quy hoạch trực giao ma sát tĩnh ở tốc độ v = 30mm/s
Bảng 4.6 Ma trận quy hoạch trực giao ma sát tĩnh ở tốc độ v = 50mm/s
Bảng 4.7 Ma trận quy hoạch trực giao ma sát tĩnh ở tốc độ v = 100mm/s
Bảng 4.8 Ma trận quy hoạch trực giao ma sát động ở tốc độ v = 30mm/s
Bảng 4.9 Ma trận quy hoạch trực giao ma sát động ở tốc độ v = 50mm/s

Bảng 4.10 Ma trận quy hoạch trực giao ma sát động ở tốc độ v = 100mm/s
Các hệ số của phƣơng trình hồi quy đặc tính lực ma sát trong
Bảng 4.11
điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam
Bảng 4.12 Bảng thí thực nghiệm p =5bar.
Bảng 4.13 Tổng hợp sai lệch vị trí của ổ cấp dao khi dừng

Trang
71
82
83
85
88
91
93
94
97
98
100
101
102
103
104
110

10

Footer Page 10 of 89.

Header Page 11 of 89.

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN ÁN

Hình Số
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
HÌnh 1.4
HÌnh 1.5
Hình 1.6
HÌnh 1.7
HÌnh 1.8
HÌnh 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11

Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 1.15
Hình 1.16
Hình 1.17
Hình 1.18
Hình 1.19
Hình 1.20

Tên hình
Sơ đồ kết cấu động học của máy phay CNC
Ổ cấp dao máy phay CNC
Máy phay CNC CM3 sử dụng cơ cấu tay kẹp dụng cụ

Trình tự thay dao của ổ cấp dao có tay kẹp
Máy phay PCNC 1100 có ổ cấp dao tự hành
Trình tự thay dao của ổ chứa dao tự hành
Một số dạng hỏng lỗ côn trục chính và bề mặt chuôi dao
Lỗ côn trục chính trƣớc và sau khi mài lại
Kiểm tra độ đồng tâm của dao lắp trong trục chính
Sự phụ thuộc của tuổi thọ dao theo tổng sai lệch TIR
Đánh giá tổng sai lệch theo hƣớng kinh, TIR
Hƣ hỏng chuôi côn và sai lệch đƣờng tâm gá dao với đƣờng
tâm của lỗ côn trục chính
Một số xylanh thƣờng sử dụng trong công nghiệp
Cấu tạo xylanh – piston khí nén
Một số loại goăng trong XLPTKN
Xylanh tác động đơn
Xylanh màng
Xylanh tác động kép
Xylanh tác động kép với đệm vị trí cuối
Xylanh tác động kép tiếp đôi

Hình 1.21

Xylanh – piston hai đầu cần

32

Hình 1.22
Hình 1.23
Hình 1.24
Hình 1.25
Hình 1.26

Xylanh nhiều vị trí
Xylanh piston tác động
Xylanh không cần
Xylanh quay
Đồ thị quan hệ giữa lực, áp suất và đƣờng kính của XLPTKN
Đồ thị quan hệ giữa chiều dài hành trình, lƣc và đƣờng kính
cần XLPTKN
Tốc độ trung bình của piston
Lƣợng khí tiêu thụ
Máy CNC làm việc trong môi trƣờng bính thƣờng
Máy CNC làm việc trong môi trƣờng có quạt và điều hòa
không khí
Bản đồ khí hậu Việt Nam
Máy CNC làm việc tại công ty cơ khí tại Việt Nam

33
33
34
34
35

HÌnh 1.12

Hình 1.27
Hình 1.28
Hình 1.29
Hình 1.30
Hình 1.31
Hình 1.32

Hình 1.33

Trang
20
21
22
22
23
23
24
24
25
26
26
27
28
29
31
31
31
32
32
32

35
36
37
38
38
39

41
11

Footer Page 11 of 89.


Header Page 12 of 89.

Hình 1.34
Hình 1.35
Hình 1.36
Hình 1.37
Hình 1.38
Hình 1.39
Hình 1.40
Hình 1.41
Hình 1.42
HÌnh 1.43
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12

Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 2.15
Hình 2.16
Hình 2.17
Hình 2.18
Hình 2.19
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình3.4

Kết quả thực nghiệm khảo sát lực ma sát gioăng piston xylanh
Kết quả mô phỏng lực ma sát ở điều kiện bôi trơn khác nhau
So sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng
Sự phân bố ma sát cho xylanh với các đƣờng kính D=40mm,
D=60mm và D=80mm
Lực ma sát khi áp suất buồng cản =0 Mpa.
Lực ma sát khi áp suất buồng dẫn động
=6 Mpa
Đồ thị lực ma sát phụ thuộc tốc độ trƣợt
Đặc tính ma sát của gioăng A –PSD tại 50mm/s trong điều
kiện không bôi trơn và có bôi trơn
Quan hệ phụ thuộc lực ma sát với vận tốc
Đặc tính ma sát ở giai đoạn dịch chuyển ban đầu với các điều
kiện áp suất khác nhau
Đồ thị nguyên tắc biến thiên lực ma sát theo dịch chuyển
Đặc điểm tiếp xúc của 2 bề mặt
Tiếp xúc bề mặt ma sát trƣợt
Tiếp xúc lý tƣởng giữa bề mặt kỹ thuật trong ma sát tĩnh. Tiếp

xúc nhấp nhô tác động nhƣ lò xo
Biến dạng đàn hồi dƣới tác dụng của lực
Liên kết phá vỡ bắt đầu hiện tƣợng trƣợt
Sơ đồ nguyên tắc biến thiên hệ số ma sát phụ thuộc áp suất
pháp tuyến f = f(p)
Sơ đồ nguyên tắc biến thiên hệ số ma sát phụ thuộc vận tốc
trƣợt f = f(v)
Đƣờng cong Stribeck
Vùng bôi trơn giới hạn
Chuyển động cuốn chất bôi trơn vào vùng tiếp xúc
Vùng bôi trơn hỗn hợp
Vủng 4 bôi trơn ƣớt hoànt oàn
Liên kết ma sát tại đỉnh nhấp nhô (liên kết ma sát đơn vị)
Sơ đồ ma sát trƣợt của chỏm cầu
Các loại gioăg trên XLPTKN
Hiệu suất là hàm của áp suất và đƣờng kính piston
Đặc tính ma sát tƣơng ứng với phƣơng trình 2.6 và 2.7
Đặc tính ma sát tƣơng ứng phƣơng trình 2.6 và 2.7 cho trƣờng
hợp chênh lệch áp suất 0,2 ,4, 6, 8, 10 bar
Phƣơng án 1
Phƣơng án 2
Kết cấu của Xylanh TGCSx150
Sơ đồ thuật toán điều khiển tủ nhiệt ẩm

42
42
42
43
44
44

45
45
46
47
49
51
51
52
52
52
53
54
54
55
55
55
56
59
61
63
64
65
66
69
70
71
72
12

Footer Page 12 of 89.

Header Page 13 of 89.
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13:
Hình 3.14
Hình3.15
Hình 3.16
Hình 3.17
Hình 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5
Hình 4.6
Hình 4.7
Hình 4.8
Hình 4.9

Hình 4.10
Hình 4.11
Hình 4.12
Hình 4.13

Hình 4.14

Sơ đồ nguyên lý đo ma sát của Belforte và đồng nghiệp
Sơ đồ đo lực ma sát của Ho chang và đồng nghiệp
Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động cho XLPTKN của thiết bị
thực nghiệm.
Sơ đồ kết nối phần cứng của hệ thống đo
Sơ đồ xử lý, lƣu dữ liệu đo
Sơ đồ xử lý đọc lại dữ liệu
Màn hình hiểu thị kết quả đo
Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị khảo sát đặc tính ma sát của
XLPTKN
Mô phỏng tổng thể hệ thống thiết bị thực nghiệm
Thiết bị trong tủ nhiệt ẩm
Hệ thống đo và bộ XLSL
Hình ảnh thƣớc đo dịch chuyển thẳng
Hình ảnh thiết bị đo lực dạng chữ S
Đồ thị sự phụ thuộc của lực ma sát tĩnh vào tốc độ dịch
chuyển Fmst – v
Đồ thị sự phụ thuộc của lực ma sát động vào tốc độ dịch
chuyển Fmsđ – v
Đồ thị tƣơng quan Fmst -Fmsđ phụ thuộc vào tốc độ dịch
chuyển
Đồ thị quan hệ lực ma sát tĩnh – độ ẩm tƣơng đối
Đồ thị quan hệ lực ma sát động – độ ẩm tƣơng đối
Đồ thị quan hệ lực ma sát tĩnh – tốc độ dịch chuyển ở độ ẩm
khác nhau
Đồ thị quan hệ lực ma sát động – tốc độ dịch chuyển ở độ ẩm
khác nhau
Đồ thị sự phụ thuộc của lực ma sát của XLPTKN vao độ ẩm

tƣơng đối và tốc độ dịch chuyển
Đồ thị sự phụ thuộc lực ma sát vào nhiệt độ tƣơng ứng tốc độ
dịch chuyển
Đồ thị sự phụ thuộc lực ma sát tĩnh vào môi trƣờng nhiệt ẩm ở
tốc độ dịch chuyển 30mm/s
Đồ thị sự phụ thuộc lực ma sát tĩnh vào môi trƣờng nhiệt ẩm
ở tốc độ dịch chuyển 50mm/s
Đồ thị sự phụ thuộc lực ma sát tĩnh vào môi trƣờng nhiệt ẩm
ở tốc độ dịch chuyển 100mm/s
Đồ thị sự phụ thuộc lực ma sát động vào môi trƣờng nhiệt ẩm
ở tốc độ dịch chuyển 30mm/s
Đồ thị sự phụ thuộc lực ma sát động vào môi trƣờng nhiệt ẩm
ở tốc độ dịch chuyển 50mm/s

73
74
74
75
75
76
77
78
78
79
79
80
80
86
86
87

88
88
89
89
90
91
96
98
99
100
101
13

Footer Page 13 of 89.


Header Page 14 of 89.

Hình 4.15
Hình 4.16
Hình 4.17
Hình 4.18
Hình 4.19
Hình 4.20
Hình 4.21
Hình 4.22
Hình 4.23
Hình 4.24
Hình 4.25

Đồ thị sự phụ thuộc lực ma sát động vào môi trƣờng nhiệt ẩm
ở tốc độ dịch chuyển 100mm/s
Cấu tạo hệ thống thay dao trên máy CNC V30
Sơ đồ hệ thống khí nén máy CNC V30
Định lƣợng sai lệch vầ điều chỉnh ổ cấp dao máy phay CNC
Mô hình chuyển động của piston đƣa ổ cấp dao về vị trí thay
dao
Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao ở tốc độ dịch chuyển
v = 30mm/s khi mang đủ dao
Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao ở tốc độ dịch chuyển
v = 50mm/s khi mang đủ dao
Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao ở tốc độ dịch chuyển
v = 100mm/s khi mang đủ dao
Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao ở tốc độ dịch chuyển
v = 30mm/s khi mang 1 dao
Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao ở tốc độ dịch chuyển
v = 50mm/s khi mang 1 dao
Đồ thị sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao ở tốc độ dịch chuyển
v = 100mm/s khi mang 1 dao

103
105
105
107
107
108
108
109
109
109

110

14

Footer Page 14 of 89.


Header Page 15 of 89.

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Máy công cụ CNC là hệ thống thiết bị cơ điện tử hiện đại, ngày càng đƣợc sử dụng phổ
biến trong ngành cơ khí chế tạo, với nhiều ƣu điểm: Độ chính xác gia công cao, chất lƣợng
ổn định, hiệu quả kinh tế cao, thời gian gia công, thời gian chuẩn bị gia công ngắn…Một
trong các bộ phận quan trọng cấu thành máy CNC đó là hệ thống thay dao tự động
(Automatic tool change - ATC). Hệ thống ATC là mô đun quyết định mức độ tự động và
linh hoạt của máy CNC. Với các máy phay CNC cỡ trung, chuyển động đƣa ổ cấp dao vào
vùng thay dao thƣờng sử dụng cụm xylanh – piston khí nén (XLPTKN). Trong quá trình
thay dao tự động cần phải đảm bảo độ đồng tâm của đƣờng tâm gá dao đƣợc thay với
đƣờng tâm trục chính. Sai lệch vị trí của XLPTKN trong chuyển động cấp dao sẽ trực tiếp
gây ra các sai số về độ đồng tâm của trục chính với đƣờng tâm của gá dao trên ổ cấp dao
của máy phay CNC cỡ trung. Đây là một trong các nguyên nhân gây mòn va đập lỗ côn
trục chính máy công cụ CNC, làm giảm độ chính xác gia công của máy.
Trong quá trình làm việc XLPTKN luôn tồn tại lực ma sát trƣợt (chiếm khoảng 10% 15% lực truyền động), cản trở chuyển động, gây khó khăn cho việc điều khiển chính xác vị
trí và ổn định tốc độ của XLPTKN. Đặc tính ma sát trong cặp ma sát có chuyển động trƣợt
tƣơng đối nói chung và trong XLPTKN nói riêng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Áp suất p,
tốc độ dịch chuyển v, chất lƣợng bề mặt, vật liệu, môi trƣờng… Việc xác định chính xác
đặc tính ma sát trƣợt trong chuyển động tƣơng đối là rất phức tạp, thông thƣờng phải tiến
hành qua các thực nghiệm. Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về đặc tính ma sát trong
XLPTKN, nhƣng chủ yếu tập trung nghiên cứu vào một số yếu tố ảnh hƣởng nhƣ: Áp suất

p, tốc độ dịch chuyển v, chất bôi trơn, vật liệu gioăng làm kín đến lực ma sát trong
XLPTKN. Trên thực tế sử dụng, bên cạnh các yếu tố trên thì yếu tố môi trƣờng cũng có
ảnh hƣởng đáng kể, đặc biệt là trong môi trƣờng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa nhƣ Việt
Nam.
Việt Nam là nƣớc có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, với độ ẩm tƣơng đối của không khí
khá cao, trung bình hàng năm trên 80%. Vì vậy, phần lớn các thiết bị vận hành trong điều
kiện khí hậu Việt Nam đều bị thay đổi các tính năng kỹ thuật, ảnh hƣởng đến chất lƣợng
làm việc của chúng, XLPTKN cũng không nằm ngoài ảnh hƣởng chung đó. Gioăng xy
lanh – cần piston luôn làm việc trong điều kiện ma sát trƣợt và chịu ảnh hƣởng trực tiếp
của môi trƣờng không khí. Do đó, đặc tính ma sát chung của cụm XLPTKN cũng có những

15

Footer Page 15 of 89.


Header Page 16 of 89.
thay đổi nhất định phụ thuộc vào sự thay đổi của nhiệt ẩm không khí biến đổi và ảnh
hƣởng đến điều khiển chính xác vị trí và ổn định tốc độ của XLPTKN.
Hiện nay, ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu đặc tính ma sát của XLPTKN trong điều kiện
nhiệt ẩm chƣa đƣợc nghiên cứu đầy đủ. Chính vì vậy, đề tài luận án đã chọn hƣớng nghiên
cứu là “Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát trong XLPTKN đến sai lệch vị trí của ổ cấp
dao trên máy CNC trong điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam”.

2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu xác định ảnh hƣởng của nhiệt độ và độ ẩm tƣơng đối với đặc trƣng nhiệt
ẩm Việt Nam đến đặc tính ma sát của XLPTKN, đƣợc sử dụng trong ổ cấp dao tự động của
máy phay CNC cỡ trung.
Xây dựng mối quan hệ phụ thuộc giữa đặc tính ma sát của XLPTKN vào tốc độ dịch
chuyển với hai thông số nhiệt độ và độ ẩm tƣơng đối biến thiên có đặc trƣng khí hậu Việt

Nam.
Xác định sai lệch vị trí dừng của ổ cấp dao máy phay CNC cỡ trung trong quá trình
thay dao tự động khi XLPTKN chịu tác động của nhiệt ẩm môi trƣờng Việt Nam.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu chung của đề tài là XLPTKN dùng trong ổ cấp dao máy phay
CNC cỡ trung. XLPTKN là cụm chi tiết đƣợc mô đun hóa và tiêu chuẩn hóa, đa dạng về
chủng loại và kết cấu đáp ứng đƣợc các yêu cầu truyền động khác nhau của các thiết bị cơ
điện tử hiện đại.
Đối tƣợng nghiên cứu cụ thể trong đề tài luận án là XLPTKN một đầu cần tác động
kép có mã hiệu TGC50x150 – S, theo ISO 9001 -2008, thƣờng dùng trong máy phay CNC
cỡ trung có ổ chứa dao tự hành với số dao 18 – 24 dao.
Phạm vi nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng của đặc trƣng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa
Việt Nam với 2 thông số cơ bản là nhiệt độ và độ ẩm tƣơng đối, đến đặc tính ma sát của
XLPTKN trong vùng tốc độ dịch chuyển 5 ÷ 100mm/s. Nhiệt độ và độ ẩm tƣơng đối đƣợc
xác định theo giới hạn đặc trƣng của khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa Việt Nam, nhiệt độ
trong khoảng 150C ÷ 500C, độ ẩm tƣơng đối không khí trong khoảng 51% ÷ 99%.

16

Footer Page 16 of 89.


Header Page 17 of 89.
Các nghiên cứu về sai lệch vị trí của ổ cấp dao máy phay CNC đƣợc thực hiện trong
điều kiện áp suất khí quyển, có kiểm chứng với điều kiện áp suất làm việc thực tế trong
vùng tốc độ làm việc của ổ cấp dao từ 30 ÷ 100mm/s.

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu về đặc tính ma sát của XLPTKN sử dụng trên ổ cấp dao máy phay
CNC trong điều kiện đặc trƣng khí hậu nhiệt ẩm Việt Nam sẽ bổ sung vào các công trình
nghiên cứu về ảnh hƣởng của môi trƣờng đến đặc tính ma sát XLPTKN nói chung.
Xác định đƣợc sự phụ thuộc rõ rệt của đặc tính ma sát vào hai thông số khí hậu là
nhiệt độ và độ ẩm tƣơng đối khi tốc độ dịch chuyển thay đổi.
Đặc tính ma sát của XLPTKN trong điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam là cơ sở để tính toán
và điều khiển chính xác vị trí cũng nhƣ ổn định tốc độ của XLPTKN, đƣợc dùng trong các
thiết bị cơ điện tử nói chung và ổ cấp dao tự động máy công cụ CNC nói riêng.
Xác định đƣợc nguyên nhân chủ yếu gây mòn lỗ côn trục chính máy phay CNC với ổ
cấp dao tự hành là do sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao.
Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài có tính thực tiễn và thời sự cao do các máy CNC hiện nay sử dụng ở Việt Nam
phần lớn đều nhập từ các nƣớc có nền công nghiệp tiên tiến và khí hậu ôn đới. Tại Việt
Nam, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, có độ ẩm cao và biên độ thay đổi lớn
sẽ ảnh hƣởng đến sai lệch vị trí của XLPTKN trong hệ thống cấp dao tự động máy phay
CNC, làm tăng mòn va đập của lỗ côn trục chính máy phay CNC.
Kết quả nghiên cứu sẽ là tiền đề cho các nghiên cứu dự báo mòn lỗ côn trục chính máy
công cụ CNC trong điều kiện Việt Nam để có kế hoạch bảo dƣỡng sửa chữa và thay thế
phù hợp.

5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm
Nghiên cứu lý thuyết:
Nghiên cứu các lý thuyết về ma sát, các yếu tố ảnh hƣởng đến ma sát, trong đó tập
trung vào ma sát trƣợt trong XLPTKN. Từ đó xác định các thông số thực nghiệm và làm
cơ sở cho nghiên cứu thiết kế hệ thống đo, phƣơng pháp đo, thiết kế nguyên lý làm việc
cho hệ thống thiết bị thí nghiệm cũng nhƣ tính toán các sai lệch vị trí của ổ cấp dao trong
máy phay CNC khi dùng XLPTKN.

17

Footer Page 17 of 89.


Header Page 18 of 89.

Nghiên cứu thực nghiệm:
Thiết kế chế tạo và tích hợp hệ thống thiết bị khảo sát đặc tính ma sát của XLPTKN
trong điều kiện nhiệt ẩm thay đổi. Tổ chức thực nghiệm và xử lý kết quả khảo sát đặc tính
ma sát XLPTKN khi làm việc ở các điều kiện môi trƣờng nhiệt ẩm, tƣơng ứng với tốc độ
dịch chuyển khác nhau.

6. Nội dung luận án
Nội dung chính của luận án bao gồm:
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về ma sát xylanh – piston khí nén dùng cho ổ cấp dao
máy phay CNC.
Nghiên cứu cấu tạo, điều kiện làm việc của ổ cấp dao tự động máy phay CNC có sử
dụng XLPTKN. Phân tích, đánh giá nguyên nhân gây mòn lỗ côn trục chính máy CNC.
Nghiên cứu điều kiện môi trƣờng vận hành làm việc của máy CNC trên thế giới cũng nhƣ
ở Việt Nam. Phân tích đánh giá những công trình nghiên cứu đã có của tác giả trong và
ngoài nƣớc liên quan đến ma sát trong XLPTKN. Trên cơ sở đó xác định những vấn đề mà
luận án cần tập trung nghiên cứu, giải quyết.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về ma sát của xylanh –piston khí nén.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về ma sát nói chung và ma sát của XLPTKN nói riêng. Các
kết quả nghiên cứu về ma sát XLPTKN trong các điều kiện về bôi trơn và môi trƣờng cụ
thể. Lựa chọn mô hình tính áp dụng phù hợp cho tính toán lý thuyết và thực nghiệm.
Chương 3: Phƣơng pháp, hệ thống thiết bị thực nghiệm khảo sát đặc tính ma sát trong
XLPTKN

Nghiên cứu thiết kế thiết bị thực nghiệm khảo sát đặc tính ma sát trong XLPTKN
trong điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam. Tổ chức quy hoạch thực nghiệm, xác định các yếu tố
đầu vào, các yếu tố đầu ra.
Chương 4: Kết quả thực nghiệm và đánh giá
Trên cơ sở kết quả thực nghiệm khảo sát đặc tính ma sát của XLPTKN, xác định sự
phụ thuộc lực ma sát vào nhiệt độ, độ ẩm tƣơng đối với đặc trƣng khí hậu Việt Nam ở
khoảng tốc độ dịch chuyển từ 5 ÷ 100mm/s. Xây dựng mô hình toán định lƣợng ảnh hƣởng
của nhiệt ẩm đến đặc tính ma sát của XLPTKN dùng cho ổ chứa dao trong khoảng tốc độ
dịch chuyển 30 ÷ 100mm/s, từ đó xác định sai lệch vị trí dừng của ổ cấp dao trong máy
phay CNC có tích hợp XLPTKN.

18

Footer Page 18 of 89.


Header Page 19 of 89.

7.

Các kết quả mới
Luận án đã xác định đặc tính ma sát trong XLPTKN khi tốc độ dịch chuyển thay đổi

trong điều kiện nhiệt ẩm Việt Nam cũng có dạng đƣờng cong Stribeck.
Thực nghiệm cho thấy ảnh hƣởng của nhiệt ẩm đến đặc tính ma sát trong XLPTKN là
rõ rệt. Ở các tốc độ khác nhau lực ma sát tĩnh thay đổi trong khoảng 30% ÷ 50%, lực ma
sát động thay đổi trong khoảng 36 ÷ 65% khi nhiệt ẩm biên thiên trong vùng khảo sát.
Trên cơ sở thiết lập mô hình toán học cho chuyển động của ổ cấp dao máy phay CNC
tích hợp XLPTKN, xác định đƣợc sai lệch vị trí dừng ổ cấp dao tự động khi chịu tác động
của yếu tố nhiệt ẩm của môi trƣờng thay đổi. Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở cho các

nghiên cứu về mòn va đập lỗ côn trục chính máy công cụ CNC.

19

Footer Page 19 of 89.


Header Page 20 of 89.

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MA SÁT TRONG XYLANH PISTON KHÍ
NÉN DÙNG CHO Ổ CẤP DAO MÁY PHAY CNC
1.1 Ổ cấp dao máy phay CNC và các hƣ hỏng lỗ côn trục chính
1.1.1 Ổ cấp dao máy phay CNC
Máy công cụ CNC hiện nay đƣợc phát triển và ứng dụng rộng rãi ở các nƣớc trên thế
giới và Việt Nam. Máy CNC với ƣu điểm có độ chính xác cao, chất lƣợng ổn định, hiệu
quả kinh tế cao, thời gian gia công ngắn, thời gian chuẩn bị sản xuất ngắn, có thể vận hành,
lập trình trực tiếp trên máy hoặc lập trình độc lập về không gian, thời gian với máy. [1]
Máy CNC đƣợc thiết kế theo mô đun dựa trên các ƣu điểm của máy công cụ thƣờng và
phát triển thêm các mô đun khác để đảm bảo tính linh hoạt. Hình 1.1 là sơ đồ kết cấu động
học của máy phay đứng CNC bao gồm các mô đun cơ bản nhƣ sau: Trục chính, thay dao tự
động, bàn máy, điều khiển CNC [14].
b¶ng
§iÒu khiÓn

3

2

Z

§iÒu khiÓn
CNC

Mµn h×nh

Xö lý
c«ng nghÖ

§iÒu khiÓn
thÝch nghi

xö lý
h×nh häc

§iÒu khiÓn
c¸c trôc
ch¹y dao

1
trôc chÝnh

ph¶n håi
trôc x, y, z

dông cô

4
tay kÑp
dông cô

bµn m¸y

X

æ chøa dao

5

Y

Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu động học của máy phay CNC[14]
Mô đun trục chính là nơi gá lắp dụng cụ cắt và tạo ra tốc độ cắt gọt. Trục chính đƣợc
dẫn động bởi động cơ servo trục chính (1) đƣợc điều khiển, điều chỉnh bởi bộ điều khiển
20

Footer Page 20 of 89.


Header Page 21 of 89.
CNC (2), có khả năng cung cấp số vòng quay bất kỳ cho trục chính trong phạm vi cho
phép của máy. Hệ thống truyền động của mô đun trục chính đƣợc tích hợp hệ thống phanh
khí nén, nhằm phục vụ việc thay đổi tốc độ quay trong thời gian ngắn nhất. Tốc độ quay
của trục chính luôn đƣợc các cảm biến đo phản hồi về bộ điều khiển CNC. Trên trục chính
có lắp đặt hệ thống gá kẹp dụng cụ tự động bằng khí nén hoặc thuỷ lực nhằm tự động hoá
hoàn toàn quá trình thay dao. Chuyển động theo trục Z của máy do mô đun trục chính thực
hiện, dẫn động nhờ động cơ servo trục Z(6) thông qua bộ truyền động trục vít me đai ốc bi,
đƣợc điều khiển và điều chỉnh bởi mô đun điều khiển CNC kín có phản hồi.
Mô đun bàn máy thông thƣờng có hai khả năng chuyển động theo trục X và trục Y,
dẫn động nhờ các động cơ servo trục X(4), trục Y(5) thông qua bộ truyền động trục vít me
đai ốc bi, và đƣợc điều khiển và điều chỉnh bởi mô đun điều khiển CNC kín có phản hồi.

Mô đun điều khiển CNC của máy phay có nhiệm vụ biên dịch chƣơng trình NC đƣợc
nạp vào bộ điều khiển, tiến hành xử lý thông tin và phát lệnh điều khiển các cơ cấu chấp
hành. Các lệnh điều khiển đƣợc phân nhánh thành 2 hệ lệnh cơ bản đó là: Hệ lệnh đƣờng đi
và hệ lệnh đóng ngắt nhằm điều khiển quá trình hình thành hình dáng hình học của chi tiết.
Mô đun thay dao tự động (3) của máy phay CNC đƣợc tự động hoá hoàn toàn. Vị trí
thay dao của mô đun trục chính là vị trí đƣợc xác định bởi nhà sản xuất nhằm không tạo ra
khả năng va đập với chi tiết và các bộ phận khác của máy. Mô đun thay dao tự động quyết
định mức độ tự động và linh hoạt của máy CNC nhờ các chức năng: Chứa dụng cụ; Thay
dụng cụ đang đƣợc sử dụng; Cài đặt dụng cụ đƣợc gọi bởi chƣơng trình NC vào vị trí làm
việc. Nhờ vậy máy CNC có thể thực hiện đƣợc nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau với
nhiều loại dao trong cùng 1 lần gá đặt. Do đó, rút ngắn thời gian gia công và có tính tự
động hóa cao.

a - Xích cấp dao

b- Ổ cấp dao tự hành

Hình 1.2 Ổ cấp dao máy phay CNC[34]
21

Footer Page 21 of 89.


Header Page 22 of 89.
Hệ thống thay dao tự động trên máy phay CNC hay các trung tâm phay CNC có 2
dạng cơ bản [14]: Thứ nhất - ổ chứa dao kết hợp tay kẹp dụng cụ hay còn gọi xích cấp dao
( > 48 dao) nhƣ hình 1.2a ; Thứ nhất - ổ chứa dao tự hành (12 ÷ 48 dao ) nhƣ hình 1.2b
Dạng thứ nhất: Xích cấp dao đƣợc trình bày trong hình 1.3. Khi chƣơng trình NC gọi
một dụng cụ mới thì bộ điều khiển CNC sẽ điều khiển ổ cấp dao (1) quay đƣa dụng cụ
đƣợc gọi về vị trí thay dao (dụng cụ quay 900 để có phƣơng song song với trục chính),

đồng thời điều khiển cụm trục chính 3 chuyển động về vị trí thay dao; Tay kẹp dụng cụ (2)
quay 900 đồng thời kẹp cả 2 dụng cụ trên trục chính và ổ chứa dao; Tháo 2 dao khỏi trục
chính và ổ chứa dao; Sau đó tay kẹp quay 1800 đổi vị trí 2 dụng cụ, rồi chuyển động đi lên
đƣa 2 dụng cụ vào trục chính và ổ chứa dao.

Hình 1.3 Máy phay CNC CM3 sử dụng cơ cấu tay kẹp dụng cụ[35]
Thay dao bằng cơ cấu tay kẹp thƣờng áp dụng trong trƣờng hợp sau:
-

Số lƣợng dao trong ổ chứa dao lớn;

-

Ổ cấp dao nằm xa trục chính;

-

Quỹ đạo đƣờng dịch chuyển tƣơng đối
phức tạp, gồm nhiều khâu dịch chuyển;

-

Kết cấu và thuật toán điều khiển tƣơng
đối phức tạp.
Trình tự thay dao bằng tay kẹp dụng cụ
theo thứ tự từ 1 đến 6 đƣợc trình bày trên
hình 1.4.

Hình 1.4 Trình tự thay dao của ổ cấp dao
có tay kẹp [14]

22

Footer Page 22 of 89.


Header Page 23 of 89.
Dạng thứ hai: Ổ chứa dao tự hành đƣợc trình bày trên hình 1.5. Khi chƣơng trình NC
gọi một dụng cụ mới thì bộ điều khiển CNC điều khiển cụm trục chính 1 chuyển động về
mặt phẳng thay dao; Ổ chứa dao 2 chuyển động tịnh tiến hƣớng vào cụm trục chính kẹp
dụng cụ cần đƣợc thay 3 trên trục chính; Trục chính chuyển động lên tháo dụng cụ khỏi
cụm trục chính; Ổ chứa dao quay, đƣa dụng cụ đƣợc gọi bởi chƣơng trình NC vào vị trí
thay dao nằm dƣới trục chính; Trục chính đi xuống kẹp chặt dụng cụ và ổ chứa dao tịnh
tiến lùi về vị trí ban đầu.
Dẫn hƣớng
XLPTKN

Hình 1.5 Máy phay PCNC 1100 có ổ cấp dao tự hành[36]
Thay dao không dùng cơ cấu tay kẹp có kết cấu và thuật toán đơn giản, dễ điều khiển,
dùng trong hệ thống thay dao có số lƣợng dao nhỏ, đƣờng dịch chuyển ngắn, quỹ đạo dịch
chuyển đơn giản.
Trình tự thay dao bằng ổ cấp dao tự hành theo thứ tự từ 1 đến 5 đƣợc trình bày trên
hình hình 1.6.

Hình 1.6 Trình tự thay dao của ổ cấp dao tự hành [nguồn 14]
23

Footer Page 23 of 89.

Header Page 24 of 89.
Trong hệ thống thay dao tự hành không tay kẹp với ổ cấp dao vòng có số lƣợng dao ít
8-24 dao, cụm XLPTKN đƣợc sử dụng để thực hiện chuyển động tịnh tiến đƣa ổ cấp dao
vào vị trí thay dao và ngƣợc lại đƣa ổ cấp dao về vị trí ban đầu.
1.1.2 Một số hƣ hỏng của lỗ côn trục chính liên quan đến quá trình thay dao
tự động trên máy CNC.
Một trong các yêu cầu cơ bản khi thay dao tự động trên máy phay CNC là phải đảm
bảo độ đồng tâm giữa trục chính và trục gá dao, nhằm hạn chế va đập giữa chuôi dao và lỗ
côn trục chính do khối lƣợng gá dao và thời gian thay dao nhanh. Trên thực tế, trong quá
trình thay dao không tránh khỏi hiện tƣợng va đập, do đó gây ra hiện tƣợng mòn lỗ côn
trục chính và chuôi dao nhƣ hình 1.7

Hình 1.7 Một số dạng hỏng lỗ côn trục chính và bề mặt chuôi dao [37]
Hình 1.7 cho thấy hiện tƣợng mòn chuôi của gá dao và lỗ côn trục chính rõ rệt do va
đập giữa gá dao và lỗ côn trục chính máy phay trong quá trình thay dao tự động
Lỗ côn trục chính là bộ phận gá kẹp dụng cụ gia công. Mòn lỗ côn trục chính sẽ làm
giảm độ đồng trục và gây ra độ đảo của dụng cụ cắt là một trong các nguyên nhân ảnh
hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm và năng suất gia công. Theo khuyến cáo của nhà sản xuất
lỗ côn trục chính máy CNC cần phải đƣợc mài lại để đảm bảo chất lƣợng sản phẩm sau
khoảng thời gian làm việc nhất định [38, 39] nhƣ trên hình 1.8

Hình 1.8: Lỗ côn trục chính trước và sau khi mài lại [38]
24

Footer Page 24 of 89.


Header Page 25 of 89.
1.1.2.1 Một số nguyên nhân hư hỏng lỗ côn trục chính [39]
Loe hình chuông là dạng điển hình của mòn lỗ côn

trục chính máy phay CNC. Sau nhiều lần bị mòn va đập,
vết mòn có thể vẫn đồng tâm với vòng bi trục chính, do
đó, khi kiểm tra độ đồng tâm trục chính bằng thiết bị
kiểm tra sẽ rất khó. Tuy nhiên, khi máy làm việc và
dƣới tác dụng của lực cắt, chuôi gá dao không đƣợc tỳ
một cách ổn định và chắc chắn sẽ gây ra những hiện

Giảm độ chính
xác do loe hình
chuông

tƣợng dao động, va đập…dẫn tới tình trạng tiếp tục phá
hủy mạnh của lỗ côn trục chính. Mòn lỗ côn trục chính
đƣợc thể hiện trên hình 1.9 cho thấy việc kiểm tra độ
đồng tâm trong trạng thái không tải sẽ khó đƣợc
phát hiện.


Hình 1.9 Kiểm tra độ đồng tâm dao
lắp trong trục chính [39]

Va đập hoặc sự cố
Lƣỡi cắt bị hỏng, kẹt đầu kéo và trục kéo của gá dao trong quá trình thay dao có thể là

nguyên nhân đầu tiên phá hủy mặt lỗ côn. Khi công suất cắt đƣợc truyền qua mặt lỗ côn,
do mặt lỗ côn kém chất lƣợng có thể làm giảm công suất truyền. Mòn rãnh then trên mặt
đầu trục chính có thể là bằng chứng của việc đầu côn gá dao không đƣợc kẹp chặt.


Bụi, phoi cắt

Bụi và phoi cắt tồn tại giữa dụng cụ cắt và trục chính sẽ làm mòn lỗ côn trục chính và

côn gá dao trong quá trình thay dao. Hệ thống thay dao tự động có thể đƣợc tích hợp với cơ
cấu làm sạch bụi và phoi cắt bằng khí nén. Tuy nhiên khi có thêm dung dịch làm mát trong
quá trình gia công thì hiệu quả làm sạch sẽ bị giảm


Hệ thống thay dao tự động- Automatic tool change (ATC).
ATC bị lệch hoặc không đảm bảo độ đồng tâm giữa đƣờng tâm gá dao và đƣờng tâm

lỗ côn trục chính có thể gây ra hiện tƣợng gá dao bị lắp lệch vào một bên của lỗ côn trục
chính, mỗi khi lấy dụng cụ cắt ra hoặc lắp dụng cụ vào trục chính sẽ gây mòn lỗ côn trục
chính của máy.


Thay đổi dụng cụ cắt bằng tay
Gá dụng cụ cắt nặng có thể làm cho ngƣời vận hành gây ra va đập phần chuôi côn với

lỗ côn trục chính tạo các vết lồi lõm trên bề mặt côn của chúng. Quan sát bề mặt bị lõm
hoặc biến dạng của lỗ côn trục chính có thể quan sát nhƣ trên hình 1.7

25

Footer Page 25 of 89.