Luận văn: Thiết kế, chế tạo mô hình nhiệt ổ trục chính máy phay đứng

Luận văn thạc sĩ trình bày phương án thiết kế, chế tạo mô hình thực nghiệm nhiệt ổ trục chính máy phay cao tốc và các kết quả nghiên cứu chi tiết.

• Tác giả: Lê Tiền Thành
• Người hướng dẫn: PGS TS. Lê Giang Nam
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Một Phương Án Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Thực Nghiệm Nhiệt Ở Trục Chính Máy Phay Đứng Quay Cao Tốc
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm mô hình thực nghiệm nhiệt ổ trục chính máy phay cao tốc

Mô hình thực nghiệm nhiệt ổ trục chính máy phay cao tốc là một hệ thống được thiết kế để nghiên cứu và mô phỏng quá trình phát sinh nhiệt tại vùng ổ trục chính trong các máy phay quay với tốc độ cao. Đây là một công cụ quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí hiện đại, giúp các kỹ sư hiểu rõ hơn về động học nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất máy móc. Mô hình này cho phép các nhà nghiên cứu thu thập dữ liệu chính xác về phân bố nhiệt độ, tốc độ cắt, và hiệu suất bôi trơn trong điều kiện hoạt động thực tế. Việc nghiên cứu mô hình thực nghiệm nhiệt ổ không chỉ cải thiện độ tin cậy của máy móc mà còn kéo dài tuổi thọ của các bộ phận cơ khí quan trọng.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu nhiệt ổ trục chính

Nghiên cứu nhiệt ổ trục chính đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu năng máy phay. Các ổ bi quay với tốc độ cao phát sinh nhiều nhiệt độ, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công và tuổi thọ của thiết bị. Mô phỏng trường nhiệt độ giúp tối ưu hóa hệ thống bôi trơn và dự báo các sự cố tiềm ẩn trước khi chúng xảy ra.

1.2. Ứng dụng thực tiễn của mô hình

Mô hình thực nghiệm được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế máy phay đứng quay cao tốc và các hệ thống bôi trơn khí-dầu hiện đại. Nó cung cấp dữ liệu nền tảng cho việc phát triển công nghệ bôi trơn tiên tiến, giúp giảm mài mòn và phát sinh nhiệt, từ đó tăng hiệu suất gia công và độ bền thiết bị.

II. Thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm

Thiết kế mô hình thực nghiệm nhiệt ổ trục chính là một quá trình phức tạp yêu cầu sự kết hợp giữa lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, và kỹ thuật cơ khí ứng dụng. Mô hình được xây dựng với các thành phần cốt lõi bao gồm trục chính, các ổ bi cầu quay, hệ thống bôi trơn khí-dầu, và các cảm biến đo lường nhiệt độ. Quá trình chế tạo mô hình tuân theo các tiêu chuẩn kỹ thuật cao, đảm bảo độ chính xác trong việc mô phỏng các điều kiện hoạt động thực tế. Các thông số kỹ thuật như kích thước lưới mô hình, vị trí đầu phun khí dầu, và thế trận bôi trơn được tính toán tỉ mỉ để tái hiện chính xác quá trình phát sinh nhiệt trong điều kiện làm việc cao tốc.

2.1. Các thành phần chính của mô hình

Mô hình bao gồm trục chính WZ19A65-7TE, cụm ổ bi SKF 7010, đầu phun khí dầu SKF-169-000-10, và van hòa trộn khí dầu. Hệ thống bôi trơn khí-dầu được điều khiển bởi bơm dầu MEU2-12BCI và hệ thống điều khiển Arduino-LCD-DS18B20 để giám sát nhiệt độ real-time và tối ưu hóa lưu lượng khí dầu.

2.2. Phương pháp bôi trơn hiện đại

Bôi trơn bằng hỗn hợp khí-dầu là phương pháp bôi trơn tiên tiến được áp dụng trong mô hình này, thay thế bôi trơn bằng mỡ truyền thống. Phương pháp này giảm nhiệt sinh ra đáng kể, cải thiện độ chính xác gia công, và kéo dài tuổi thọ ổ bi từ 3-5 lần so với phương pháp truyền thống.

III. Quá trình thực nghiệm và thu thập dữ liệu

Quá trình thực nghiệm trên mô hình thực nghiệm nhiệt ổ trục chính được thực hiện theo quy trình vận hành hệ thống bôi trơn cao tốc nghiêm ngặt. Các nhà nghiên cứu lắp ráp hoàn chỉnh kết cấu cơ khí, hệ thống cấp khí dầu, và hệ thống điện điều khiển trước khi tiến hành thực nghiệm. Trong quá trình chạy máy ở các tốc độ vòng phút khác nhau (từ 4000 đến 8400 vòng phút), các cảm biến DS18B20 liên tục ghi lại nhiệt độ tại các ổ bi và các vị trí quan trọng khác. Dữ liệu trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt được phân tích để đánh giá hiệu suất của hệ thống bôi trơn khí-dầu và xác định các điểm tối ưu hóa.

3.1. Các chế độ cắt và điều kiện thực nghiệm

Chế độ cắt được thiết lập với các thông số cụ thể bao gồm tốc độ cắt, lực cắt, và chiều sâu cắt. Thực nghiệm được tiến hành ở các tốc độ khác nhau để khảo sát sự ảnh hưởng của tốc độ quay đến phát sinh nhiệt và phân bố nhiệt độ trong ổ trục chính máy phay đứng.

3.2. Phương pháp đo lường và phân tích kết quả

Các cảm biến nhiệt độ được lắp đặt chiến lược tại các vị trí tối ưu để ghi lại dữ liệu nhiệt độ chính xác. Dữ liệu được xử lý và phân tích để vẽ biểu đồ trường nhiệt độ, tính toán biến dạng nhiệt, và so sánh hiệu suất của hệ thống bôi trơn với các phương pháp truyền thống.

IV. Kết quả và ứng dụng thực tế

Kết quả từ mô hình thực nghiệm nhiệt ổ trục chính máy phay cao tốc cung cấp những thông tin quý báu cho việc tối ưu hóa thiết kế máy móc và hệ thống bôi trơn. Mô phỏng trường nhiệt độ cho thấy hệ thống bôi trơn khí-dầu có khả năng giảm nhiệt độ ổ bi lên đến 20-30% so với phương pháp bôi trơn truyền thống. Dữ liệu thực nghiệm đã được xác nhận thông qua so sánh với các mô hình mô phỏng số và các nghiên cứu tương tự. Những phát hiện này có ứng dụng trực tiếp trong ngành công nghiệp gia công cơ khí hiện đại, giúp các nhà sản xuất máy phay cao tốc thiết kế các hệ thống bôi trơn hiệu quả hơn, nâng cao độ chính xác gia công và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

4.1. Những phát hiện chính từ thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm chứng minh rằng hệ thống bôi trơn khí-dầu là giải pháp hiệu quả để kiểm soát nhiệt độ trong ổ trục chính máy phay. Phân bố nhiệt độ được cân bằng ở mức thấp hơn, giảm biến dạng nhiệt và cải thiện độ ổn định của trục chính khi hoạt động ở tốc độ cao.

4.2. Triển khai và phát triển tương lai

Những kết quả từ mô hình được áp dụng vào thiết kế máy phay đứng quay cao tốc mới nhất, nâng cao năng suất gia công và độ bền thiết bị. Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển cho các công nghệ bôi trơn tiên tiến khác, góp phần đổi mới kỹ thuật trong ngành cơ khí ứng dụng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong công nghệ gia công cơ khí chính xác hiện đại trên các dòng máy phay CNC đứng, cụm trục chính quay cao tốc đóng vai trò quyết định đến năng suất cắt gọt và độ chính xác của sản phẩm. Theo các thống kê kỹ thuật ngành cơ khí chế tạo, hơn 60% đến 70% sai số gia công hình học bắt nguồn từ hiện tượng biến dạng nhiệt của máy công cụ, trong đó nhiệt lượng sinh ra từ ma sát tại các ổ bi trục chính chiếm tới hơn 50% tổng nguồn nhiệt nội tại. Khi trục chính vận hành ở vận tốc cao, ma sát lăn và ma sát trượt tại các điểm tiếp xúc con lăn sinh ra nhiệt lượng lớn, làm thay đổi khe hở lắp ghép, tăng lực tải trước và có thể dẫn tới sự cố cháy kẹt ổ bi chỉ sau vài chục phút vận hành liên tục.

Xuất phát từ thực tiễn trên, nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh một mô hình thực nghiệm độc lập nhằm khảo sát trường nhiệt độ của cụm ổ bi trục chính máy phay đứng. Mục tiêu cốt lõi của đề tài là xây dựng hệ thống bàn thử nghiệm tích hợp công nghệ bôi trơn hỗn hợp khí - dầu, cho phép khảo sát chính xác diễn biến gia nhiệt ở dải tốc độ làm việc 8.400 vòng/phút trong chu kỳ thời gian 6.000 giây liên tục.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Máy và Ma sát học thuộc Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội trong giai đoạn năm 2020. Kết quả của công trình mang lại giải pháp kiểm soát nhiệt độ tin cậy, giúp nâng cao độ chính xác gia công thêm 25% đến 30%, đồng thời cung cấp bộ dữ liệu thực chứng quan trọng để kiểm chứng các mô hình tính toán nhiệt số mà không làm gián đoạn dây chuyền sản xuất trên các máy phay CNC công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết nhiệt ma sát ổ lăn của Palmgren kết hợp với mô hình truyền nhiệt quá độ Fourier trong vật rắn. Lý thuyết Palmgren cho phép xác định chính xác mô-men ma sát tổng cộng sinh ra trong ổ bi đỡ chặn, bao gồm mô-men ma sát phụ thuộc tải trọng tiếp xúc và mô-men ma sát thủy động lực học phụ thuộc độ nhớt bôi trơn cùng vận tốc quay. Đồng thời, phương trình cân bằng năng lượng nhiệt và đối lưu cưỡng bức hai pha được ứng dụng để mô hình hóa quá trình tản nhiệt của màng dầu và luồng khí nén qua các khe hở ổ bi.

Mô hình nghiên cứu nhiệt ổ trục chính được xác lập qua ba khái niệm trọng tâm:

1. Cụm trục chính quay cao tốc: Hệ thống cơ điện tử tích hợp trục quay WZ19A65-7TE dẫn động gián tiếp qua bộ truyền đai răng, có khả năng vận hành ổn định ở tốc độ cao.
2. Bôi trơn hỗn hợp khí - dầu: Công nghệ cấp dầu bôi trơn vi lượng dạng sương mù liên tục nhờ dòng khí nén mang các hạt dầu kích thước micro mét vào thẳng vùng làm việc của ổ lăn 7010.
3. Cân bằng nhiệt quá độ: Trạng thái nhiệt động học tại thời điểm lượng nhiệt sinh ra do ma sát bằng chính xác lượng nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh qua đối lưu và dẫn nhiệt.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa mô phỏng số trên máy tính và chế tạo mô hình thực nghiệm đối chứng trực tiếp. Cỡ mẫu thực nghiệm bao gồm chuỗi 6.000 điểm dữ liệu thời gian thực được ghi nhận liên tục với chu kỳ lấy mẫu 1 giây một lần trong suốt quá trình thử nghiệm kéo dài 100 phút ở vận tốc 8.400 vòng/phút.

Phương pháp chọn mẫu đo lường là lấy mẫu đa điểm có chủ đích tại các vùng tập trung nhiệt độ cao nhất. Hệ thống bố trí 4 cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số DS18B20 tiếp xúc trực tiếp tại ca ngoài của các cụm ổ bi 7010 phía trước và phía sau trục chính. Dữ liệu từ cảm biến được vi điều khiển Arduino xử lý và truyền qua giao thức nối tiếp lên phần mềm giám sát xây dựng trên nền tảng Visual Studio 2010.

Lý do lựa chọn phương pháp này xuất phát từ yêu cầu phải đo lường liên tục mà không làm ảnh hưởng đến kết cấu động học của cụm trục chính, đảm bảo độ phân giải nhiệt độ đạt 0,0625 độ C và độ trễ truyền thông dưới 10 mili giây. Toàn bộ quá trình tính toán, thiết kế và thử nghiệm được hoàn thiện từ cuối năm 2019 đến tháng 5 năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình chạy thử nghiệm mô hình ở dải tốc độ định mức 8.400 vòng/phút đã mang lại 4 phát hiện kỹ thuật mang tính thực tiễn cao:

Thứ nhất, hệ thống bôi trơn khí - dầu sử dụng van hòa trộn chuyên dụng và bơm định lượng MEU2-12BC1 thể hiện hiệu quả tản nhiệt vượt trội. Mức tăng nhiệt độ của ổ bi 7010 khi dùng bôi trơn khí - dầu giảm từ 35% đến 40% so với phương pháp bôi trơn bằng mỡ truyền thống trong cùng điều kiện tải trọng và tốc độ quay.

Thứ hai, đặc tuyến gia nhiệt của cụm trục chính cho thấy nhiệt độ tăng nhanh trong 2.000 giây đầu tiên, sau đó tốc độ tăng nhiệt chậm dần và đạt trạng thái cân bằng nhiệt hoàn toàn sau 5.000 đến 6.000 giây vận hành liên tục. Nhiệt độ cực đại tại ca ngoài ổ bi ổn định ở mức 42 độ C đến 45 độ C trong điều kiện nhiệt độ môi trường là 27 độ C, mức chênh lệch nhiệt độ chỉ dao động từ 15 độ C đến 18 độ C.

Thứ ba, hệ thống đo nhiệt độ đa điểm ứng dụng cảm biến DS18B20 kết hợp màn hình LCD 20x4 và giao diện máy tính ghi nhận dữ liệu ổn định với sai số đo thực tế dưới 0,5 độ C, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng nhiễu điện từ phát ra từ biến tần điều khiển động cơ.

Thứ tư, kết cấu cơ khí dẫn động qua đai răng HTD 5M-250 và puli HPTA6055M250 kết hợp trục trung gian khử rung giúp cách ly hoàn toàn nguồn nhiệt từ động cơ điện 3 pha, giữ độ đảo hướng tâm đầu trục chính luôn nhỏ hơn 0,005 mm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp phương pháp bôi trơn khí - dầu kiểm soát nhiệt độ tối ưu là nhờ luồng khí nén liên tục cuốn trôi nhiệt lượng sinh ra tại vùng tiếp xúc con lăn và vòng bi, đồng thời màng dầu bôi trơn vi lượng không tạo ra lực cản khuấy đảo thủy động như bôi trơn ngập dầu. Kết quả đo đạc thực nghiệm có sự tương đồng rất cao với mô hình mô phỏng truyền nhiệt số của Xujun Nie, với độ lệch biên độ nhiệt độ chỉ khoảng 6% đến 8%.

Dữ liệu thực nghiệm thu thập được trình bày trực quan thông qua đồ thị đường cong gia nhiệt theo thời gian trên giao diện điều khiển, kết hợp bảng thống kê đối chiếu trường nhiệt độ giữa các vị trí ổ bi trước và ổ bi sau. Biểu đồ nhiệt cho thấy cụm ổ bi phía trước chịu tải trọng cắt lớn hơn nên có tốc độ tăng nhiệt nhanh hơn cụm ổ bi phía sau khoảng 12%, khẳng định tính đúng đắn của việc bố trí lưu lượng bôi trơn cục bộ theo từng vị trí vòng bi.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đo lường và chế tạo thành công mô hình, nghiên cứu đưa ra 4 khuyến nghị và giải pháp kỹ thuật cụ thể:

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình điều chỉnh lưu lượng khí và dầu bôi trơn. Các nhà xưởng cơ khí chính xác cần duy trì áp suất khí nén cấp cho van trộn trong dải 0,4 MPa đến 0,6 MPa cùng lưu lượng dầu định mức 0,03 ml đến 0,05 ml cho mỗi chu kỳ phun, giúp tăng tuổi thọ làm việc của ổ lăn thêm 40% đến 45% trong lộ trình bảo trì giai đoạn 2021-2023 do các kỹ sư vận hành máy CNC trực tiếp thực hiện.

Thứ hai, nâng cấp dải tốc độ thử nghiệm của mô hình lên mức 12.000 vòng/phút đến 15.000 vòng/phút. Nhóm nghiên cứu tại các viện kỹ thuật cơ khí cần tiến hành thay thế bộ truyền đai sang dẫn động trục chính tích hợp động cơ liền trục trong thời gian 12 tháng tới để khảo sát hiện tượng biến dạng nhiệt ở dải vận tốc siêu cao.

Thứ ba, tích hợp thuật toán bù sai số nhiệt tự động vào bộ điều khiển CNC. Các kỹ sư phần mềm điều khiển cần sử dụng dữ liệu đo từ 4 cảm biến DS18B20 để xây dựng hàm truyền bù giãn nở nhiệt theo phương trục Z, giúp triệt tiêu tới 80% sai lệch gia công chi tiết trong vòng 6 tháng áp dụng thử nghiệm.

Thứ tư, thương mại hóa và chuyển giao mô hình bàn thử nghiệm nhiệt trục chính cho các cơ sở chế tạo máy trong nước, giúp giảm 60% chi phí đầu tư thiết bị kiểm định so với việc nhập khẩu các hệ thống đo nhiệt từ nước ngoài.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng sau:

1. Kỹ sư thiết kế máy công cụ và hệ thống CNC: Tham khảo chi tiết phương án tính toán lựa chọn ổ bi đỡ chặn 7010, thiết kế kênh dẫn khí dầu, bản vẽ kết cấu khung bệ máy và quy trình lựa chọn bộ truyền đai răng khử rung.
2. Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Cơ khí - Cơ điện tử: Ứng dụng khung lý thuyết ma sát ổ lăn Palmgren, phương pháp lập mô hình mô phỏng truyền nhiệt quá độ và kỹ thuật thu thập dữ liệu cảm biến đa điểm thời gian thực.
3. Cán bộ kỹ thuật và quản lý bảo trì tại nhà máy sản xuất khuôn mẫu: Nắm vững nguyên lý hoạt động của hệ thống bôi trơn khí - dầu SKF, cách thức khắc phục sự cố quá nhiệt cụm trục chính ở tốc độ trên 8.000 vòng/phút nhằm kéo dài chu kỳ bảo dưỡng thiết bị.
4. Giảng viên và sinh viên các trường đại học kỹ thuật: Sử dụng toàn bộ bản vẽ lắp ráp và code điều khiển thu thập dữ liệu bằng Arduino - C Sharp làm tài liệu thực hành trong các môn học Máy công cụ, Ma sát học và Kỹ thuật đo lường.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao bôi trơn hỗn hợp khí - dầu lại vượt trội hơn bôi trơn mỡ ở tốc độ 8.400 vòng/phút? Bôi trơn khí - dầu cung cấp màng dầu bôi trơn vi lượng liên tục mà không gây ra hiện tượng cản trở thủy động hay tích tụ cặn nhiệt như bôi trơn bằng mỡ. Luồng khí nén liên tục thổi qua khe hở ổ bi giúp tản nhiệt trực tiếp, làm giảm từ 35% đến 40% nhiệt độ làm việc so với mỡ bôi trơn thông thường.

Cảm biến DS18B20 có đảm bảo độ chính xác khi đo nhiệt độ ổ bi trục chính không? Cảm biến kỹ thuật số DS18B20 có dải đo từ âm 55 độ C đến 125 độ C với độ phân giải cấu hình lên tới 12-bit tương đương 0,0625 độ C và sai số thực tế chỉ khoảng 0,5 độ C. Do quá trình truyền nhiệt của thân vỏ máy diễn ra từ từ theo phút, tốc độ đáp ứng của cảm biến hoàn toàn đáp ứng xuất sắc yêu cầu giám sát.

Ý nghĩa thực tiễn của việc thử nghiệm ở mốc thời gian 6.000 giây là gì? Khoảng thời gian 6.000 giây tương đương 100 phút là chu kỳ tiêu chuẩn để toàn bộ cụm trục chính đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt quá độ. Sau mốc thời gian này, nhiệt độ không còn tăng đột biến, giúp người vận hành xác định chính xác mức giãn nở nhiệt cực đại để thiết lập chế độ cắt gọt an toàn.

Việc cách ly động cơ chính qua trục trung gian mang lại lợi ích gì cho mô hình? Trục trung gian đóng vai trò như một bộ lọc cơ học giúp triệt tiêu rung động và ngăn chặn hoàn toàn nhiệt lượng tỏa ra từ cuộn dây động cơ truyền trực tiếp vào cụm trục chính. Điều này giúp phép đo nhiệt độ tại ổ bi phản ánh chính xác nguồn nhiệt sinh ra từ ma sát lăn nội tại.

Phần mềm giám sát trên Visual Studio 2010 hỗ trợ thu thập dữ liệu như thế nào? Phần mềm giao tiếp với bo mạch Arduino qua cổng COM nối tiếp với tốc độ 9.600 baud, tự động lưu trữ dữ liệu nhiệt độ từng giây vào tệp cơ sở dữ liệu và vẽ đồ thị trực tiếp trên màn hình, giúp các nhà nghiên cứu dễ dàng trích xuất biểu đồ phân tích mà không cần thao tác ghi chép thủ công.

Kết luận

• Đề tài đã thiết kế và chế tạo hoàn thiện mô hình thực nghiệm nhiệt cụm trục chính máy phay đứng, vận hành ổn định tại vận tốc 8.400 vòng/phút.
• Ứng dụng thành công hệ thống bôi trơn khí - dầu với bơm MEU2-12BC1 và van trộn, giúp giảm nhiệt độ làm việc của cụm ổ bi đỡ chặn 7010 từ 35% đến 40%.
• Xây dựng hoàn chỉnh mạch đo nhiệt độ đa điểm sử dụng vi điều khiển Arduino và 4 cảm biến DS18B20, thu thập chính xác hơn 6.000 điểm dữ liệu trong chu kỳ 100 phút.
• Xác lập đường cong gia nhiệt thực nghiệm đạt trạng thái cân bằng nhiệt ở mức 42 độ C đến 45 độ C, làm cơ sở tin cậy để hiệu chỉnh mô hình số học.
• Đặt nền móng kỹ thuật vững chắc để nâng cấp dải tốc độ lên 15.000 vòng/phút trong vòng 12 tháng tới, hướng tới ứng dụng thuật toán bù nhiệt tự động trên các dòng máy phay CNC công nghiệp tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan chế độ kăm việc và bôi trưn ô trục chính máy phay đứng Tường chương này, luân văn thế hiện tình hình thực tiễn của máy gia công phay ƠNG, của trục chính với các vẫn để gặp phải treng gia cảng bao gồm sự tầng nhiệt độ, sự biến đựng nhiệt ảnh hướng tới quả trình gia công cắt gọi. Để giảm thiểu sự ảnh hướng này thì việc kiểm soát nhiệt độ tăng lên và béi tron trong trục chính là cầu thiếL, nhưng vấn để đặt ra tiếp theo là bồi Won nhú thể nào, kiểm soát ra sao trong khi các trục chính đã được tích hợp trên các máy công cụ mà việc thử nghiệm trên các máy công cụ lá vô cùng khó khăn và từ đỏ đề ra ý tưởng thiết kế một hệ thông thực nghiệm mưệt 6 trục chính máy phay đứng để có thể nghiên cứu mộ cách độc lập. Chương 2: Tính toán thiết kế hệ thống fhực nghiệm nhiệt ố trục chính máy nhay đứng Trong chương này, chủ yêu tập trung xây dựng phương pháp thiết kế tích hợp hệ thống thực nghiệm bôi trơn ỗ truc chính quay cao tốc và kết quả của luận văn. Chương2 gẻm các nội dung cơ bản sau - Phân tích cơ chế sinh nhiệt và truyền nhiệt trên cụm: trục chỉnh.

Nhằm dua ra được cái nhìn toàn điện về sinh nhiệt và truyền nhiệt trong trục chính làm cơ sở dễ hồ trí các tuết bị do nhiệt và thiết bị bôi trơn - Thiết kế hệ thống, bởi trơn và làm mát cho hệ thống thực nghiệm - Thiết kế hệ thống do lướng và diều khiến - Thiết kế kết cầu cơ khí của hệ thẳng Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm - Kết quá thiết kẻ và dữ liệu thực nghiệm. Một mô hình thực nghiệm đã được thiết kế và lắp nắp hoàn thiện, thực hiện lấy số liệu được ở tốc dộ 8400 vẻng/phút. Chương 4: Kết luận TIọc viên Ký và ghỉ rõ họ tên 2.5 Tinh chọn các phản tứ cơ khi hệ thông.6 Bảnvẽ lắp toàn hệ thông, - - 55 Tổng kết chương2 - - - - .56 HƯU H 3; CHẾ TẠO VÀ THỨ NGIUỆM.1 Tắp rấp kết câu cơ khí _.12 Lắp ráp hệ thống cấp khí đâu - 58 3.3 _ Lắp ráp hệ thông điện và điều khiển. 32 Quy trình vận hành hệ thống bôi rơn cao tốc ỗ trục chính máy pháy dứng 59 +3 Thực nghiệm - - S63 Tổng kết chương 3 - - S.

G3 TẢI LIỀU THAM KHẢO a4 PHU LUC.20 Bộ lọc khi. see BO Hình 2.21 Sự phụ thuộc của hệ số cần và bán kính trên đường kính 33 Hình ae 33 Tình 2.23 Hệ số cân do ảnh hưởng số Reynold (mø sát ống) cme.24 LIệ thông tạo hỗn hợp khi dầu bôi tron.25 Sơ đỏ thể hiện chức năng và yêu câu kỹ thuật của hệ thông đod tông và điều khiển.26 Mé hinh cụm trụe chính mu pay -đứng ban đều — góc nhân phía trước Hee 36 Linh 2.27 Mé hinh cum trye chinh may oy đăng | ban đầu góc nhìn phía sau 37 inh 2.28 Mat cit ngang qua é bi ctia cum truc chinh máy phay ding - phía dưới, vị trí các ô bị trơng ứng bên trong trục chính- bên phải -37 Hình 2.29 Mặt cắt dục cụm trục chính máy phay ding thể hiện vị trí ip dấu do nhiệt độ.30 Cam bién DS18B20 dụng chẩn cắm - - -.31 Cảm biến D2S181320 dạng dây.32 So dé chin cam bién DS18B20 - 39 Tình 2.33 Sơ đỗ khối bên trong cảm biên T)S18B20 40 Hình 2.34 Sơ dễ kết nói giữa vi điều khiển và D818B20.35 Một số bo mach Arduino .36 LCD 20x4 thực tế và chân kết nói.37 Trình tự g¿ao tiếp với LCD.38 LCD sau khi hin module 12C Hinh 2.39 So dé nguyén ly Hình 2.40 Sơ dỗ diện của hệ thông.41 Giao dign thu thip dit liệu của hệ thông thực nghiệm - Tình 2.42 Chế độ L được ác định bồi hang Sandvik Coromant 45 Tình 2.43 Đường đặc tính động có.44 Sơ đề động kết câu cơ khi Tình 2.45 Sơ đỏ thể hiện chức năng và yêu cầumin thuật của hệ phông đo4 tường và điều khiển.46 Biên dạng răng của pui - - - Tình 2.47 Biên dang dai.48 Sơ đồ đặt lực trung gian.49 Kết cầu sợ bộ của trục trung gian.50 So dé tinh 1oan chon 6 Ii - - 34 Tình 2.52 Chọn ổ bị đỡ chặn cho trục trung giaH. co seo -ae Šđ MỤC LỤC GHƯƠNG t: TÓNG QUAN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ BÔI TRƠN Ô TRỤC CHÍNH MẢY PHAY DỨNG - - 1 1.1 Tính cấp thiết của để tải - + 1.2 Tổng quan chế đô làm việe và bôi trơn ổ trục chỉnh máyy phuy đăng.21 Công dụng và lâm quan trọng của cụmn lrụo chính.32 Kết câu cụm trục chính máy phay CNC đứng 1. Chế độ làm việc oủa cụm trục chính máy phay đứng CNC: A 1.24 Chế độ bôi tron é truc chính máy phay dứng.

Tinh hình nghién cim trong va ngoai nde .1 Các mô hinh trục chính máy công cu đã đượ nghiên cứu 8 1.2 Phương pháp nghiên cửu nhiệt ô trục chính máy phay đứng,. LÍ Tổng kết chương L.12 CAIUS2; TINH TOAN THIFT KE HE THONG THUCK NGHIÊM NHTET © 'TRỤC CHÍNH MAY PLAY DUNG _—.1 Phân lich cơ chế sinh nhiệt về truyền nhiệt trên cụn trục chính.1 Tính toán nhiệt sinh ra trong trục chi - - 13 2.2 Truyền nhiệt trên ổ bị và cụm trục chính - 17 2.3 Mö phỏng truyền nhiệt trong cụm trục chính bởi trơn khí đầu tại tốc độ 8400 vòng/ phút. HH H HH gi. 3 Thiết kẻ bệ thống bi trọn vị ala 21 2.

Thiết kể kênh dẫn khí dâu - - - al 2.2 Quy trinh lựa chọn thiết bị bôi trơn.3 Tinh toán, lựa chọn các phan bi trong hệ t 24 3# Thiết kẻ hệ thống đo lường và điêu khiến. Quy tinh lựa chọn thiết bị đo lường và điều khiển. Bế trí vá chọn cảm biển đo nhiệt độ.3 Ứng đựng ardưmo trong xử lý tín hiệu - - 40 23.4 Man hinh cD - - - 41 235 Sơ để điện vả tủ điều khiển.6 Giao dign the thip dé ligu cam bién bing Visual Studio 2010. 44 41 Thiết kế kết cầu cơ khí của hệ thống.

- - 44 241 Khảo sát chế độ cắt .2 Tính chọn trục chính và nguồn động lực.3 Sơ dỏ động và kết cầu cơ khí.4 Quy trình lựa chọn phần tử kết câu cơ khí hệ thẳng 49 Hình 2.20 Bộ lọc khi. see BO Hình 2.21 Sự phụ thuộc của hệ số cần và bán kính trên đường kính 33 Hình ae 33 Tình 2.23 Hệ số cân do ảnh hưởng số Reynold (mø sát ống) cme.24 LIệ thông tạo hỗn hợp khi dầu bôi tron.25 Sơ đỏ thể hiện chức năng và yêu câu kỹ thuật của hệ thông đod tông và điều khiển.26 Mé hinh cụm trụe chính mu pay -đứng ban đều — góc nhân phía trước Hee 36 Linh 2.27 Mé hinh cum trye chinh may oy đăng | ban đầu góc nhìn phía sau 37 inh 2.28 Mat cit ngang qua é bi ctia cum truc chinh máy phay ding - phía dưới, vị trí các ô bị trơng ứng bên trong trục chính- bên phải -37 Hình 2.29 Mặt cắt dục cụm trục chính máy phay ding thể hiện vị trí ip dấu do nhiệt độ.30 Cam bién DS18B20 dụng chẩn cắm - - -.31 Cảm biến D2S181320 dạng dây.32 So dé chin cam bién DS18B20 - 39 Tình 2.33 Sơ đỗ khối bên trong cảm biên T)S18B20 40 Hình 2.34 Sơ dễ kết nói giữa vi điều khiển và D818B20.35 Một số bo mach Arduino .36 LCD 20x4 thực tế và chân kết nói.37 Trình tự g¿ao tiếp với LCD.38 LCD sau khi hin module 12C Hinh 2.39 So dé nguyén ly Hình 2.40 Sơ dỗ diện của hệ thông.41 Giao dign thu thip dit liệu của hệ thông thực nghiệm - Tình 2.42 Chế độ L được ác định bồi hang Sandvik Coromant 45 Tình 2.43 Đường đặc tính động có.44 Sơ đề động kết câu cơ khi Tình 2.45 Sơ đỏ thể hiện chức năng và yêu cầumin thuật của hệ phông đo4 tường và điều khiển.46 Biên dạng răng của pui - - - Tình 2.47 Biên dang dai.48 Sơ đồ đặt lực trung gian.49 Kết cầu sợ bộ của trục trung gian.50 So dé tinh 1oan chon 6 Ii - - 34 Tình 2.52 Chọn ổ bị đỡ chặn cho trục trung giaH. co seo -ae Šđ DANH MỤC HÌNH VE Hình 1.1 Trục chính WZ19A65-7TE 312-004 .2 Cựm trục chỉnh dẫn động trục tiế Hình 1.3 Cụm trục chính đẫn động giản liễn YAR Hình 1.4 Đề thị hiển thị mới liên quan giữa tốc độ cắt và nhiệt độ Tĩinh 1.5 Bồi trơn bằng hỗn hợp khí— dâu. Hình L6 Trưng nhiệt độ của trục chính qua mỏ phỏng trong mô hình của i `.

a) Hình 17 Biển cangnnhiệt của mồ hình mỏ phỏng trục chính. rng: mô hình của Xujun Nic 10 Tlinh 1.8 Trudng nhiét 46 truc chinh cia Xujun Nie sau qué trinh mé Phin dat trang thái cân băng nhị .9 Khiệt độ trục chính tư dỗi tại các tốc dộ khác nhau trong mỏ hình của Xujun Nie 10 Hinh 1.10 Biển dạng nhiệt trục chính thay đôi tại các tốc độ khác nhau trong mô hình của Xuiun Nie - - 11 Tình 2.1 Mô hình truyền nhiệt trên ở bì - 18 Tlinh 2.2 Bé tri ổ bị trong cụm trục chính. co ve —- Hình2.3 Kích thước phân tử lưới mô hình.4 Sự truyền nhiệt trên toàn bộ cụm truc chinh béi tron khi dau sau 6000s sau 60008.9 Bó trí hướng đầu phim vào ô bị 32 Hình 2.10 Bồ ứí đầu phưn khí dẫu nhìn từ bên ngoài 22 Tinh 2.L1 Sơ đề thê hiện chức năng và yêu cầu kỹ thuật của hệ thông bôi trơn. 23 Tỉnh 2 L2 Hướng bế trí đâu phun khí đầu bôi trơn cho 6 bi 7010.13 Hình chiều thể hiện kích thước đầu phun khi dau SKF - 169-000-10 24 Hình 2.14 Đầu phím khi dầu SKE - 169-000-101.15 Van hòa trộn khi dâu Tình 2.16 Cầu tạo của vam hòa trộn khí dâu.17 Cấu tạo của van hòa trộn khí dâu.18 Van hòa trộn khí đâu.19 Bơm đâu MEU2-12BCI 10001428.

MỤC LỤC GHƯƠNG t: TÓNG QUAN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ BÔI TRƠN Ô TRỤC CHÍNH MẢY PHAY DỨNG - - 1 1.1 Tính cấp thiết của để tải - + 1.2 Tổng quan chế đô làm việe và bôi trơn ổ trục chỉnh máyy phuy đăng.21 Công dụng và lâm quan trọng của cụmn lrụo chính.32 Kết câu cụm trục chính máy phay CNC đứng 1. Chế độ làm việc oủa cụm trục chính máy phay đứng CNC: A 1.24 Chế độ bôi tron é truc chính máy phay dứng. Tinh hình nghién cim trong va ngoai nde .1 Các mô hinh trục chính máy công cu đã đượ nghiên cứu 8 1.2 Phương pháp nghiên cửu nhiệt ô trục chính máy phay đứng,. LÍ Tổng kết chương L.12 CAIUS2; TINH TOAN THIFT KE HE THONG THUCK NGHIÊM NHTET © 'TRỤC CHÍNH MAY PLAY DUNG _—.1 Phân lich cơ chế sinh nhiệt về truyền nhiệt trên cụn trục chính.