Nghiên Cứu Rung Động Cụm Ổ Trục Chính Máy Tiện CNC

Chuyên khảo phân tích Nghiên ứu rung động ụm ổ trụ hính máy tiện cnc trên ơ sở mòn, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Quách Trường Giang
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Tuấn Anh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Rung Động Cụm Ổ Trục Chính Máy Tiện CNC
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm cơ bản
• 1.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC CỤM Ổ TRỤC CHÍNH MÁY CNC
• 2.1. Tuổi thọ và độ tin cậy của cụm ổ trục chính máy CNC
• 2.2. Đánh giá chất lượng cụm trục chính máy CNC trên cơ sở rung động
• 3. CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
• 3.1. Thiết bị và Điều kiện thí nghiệm
• 3.2. Lựa chọn thông số thực nghiệm
• 3.3. Thực nghiệm xác định tương quan giữa mòn và rung động
• 3.4. Kết quả thí nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan Nghiên Cứu Rung Động Cụm Ổ Trục Chính Máy Tiện CNC

Máy tiện CNC đóng vai trò quan trọng trong sản xuất hiện đại, đòi hỏi độ chính xác và hiệu suất cao. Trong đó, cụm ổ trục chính là bộ phận then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng gia công. Rung động phát sinh trong quá trình vận hành có thể làm giảm tuổi thọ của trục chính và ảnh hưởng đến độ chính xác của sản phẩm. Việc phân tích rung động giúp chẩn đoán sớm các vấn đề tiềm ẩn và đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời. Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm hiểu nguyên nhân rung động và đề xuất các biện pháp kiểm soát rung động hiệu quả cho cụm ổ trục chính máy tiện CNC, dựa trên tài liệu "NGHIÊN CỨU RUNG ĐỘNG CỤM Ổ TRỤC CHÍNH MÁY TIỆN CNC TRÊN CƠ SỞ MÒN" của Quách Trường Giang.

1.1. Tầm quan trọng của Cụm Ổ Trục Chính trong Máy Tiện CNC

Cụm ổ trục chính được ví như “trái tim” của máy tiện CNC, đảm bảo chuyển động quay chính xác và ổn định cho dao cắt. Các yêu cầu kỹ thuật đối với cụm trục chính bao gồm: độ chính xác chuyển động quay, độ cứng vững, khả năng chống rung, tuổi thọ và độ tin cậy cao. Theo tài liệu gốc, chất lượng hoạt động của cụm trục chính quyết định trực tiếp đến độ chính xác gia công của máy. Việc duy trì hoạt động ổn định của cụm ổ trục chính là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến Rung Động Máy Tiện CNC

Rung động máy tiện CNC có thể do nhiều yếu tố gây ra, bao gồm: sự mất cân bằng của trục chính, mòn vòng bi, lỏng lẻo các chi tiết, và rung động từ các nguồn bên ngoài. Theo tài liệu nghiên cứu, lực và mô men cắt, cùng với nhiệt sinh ra do ma sát trong ổ lăn, là những nguyên nhân cơ bản gây mòn ổ lăn và dẫn đến rung động cụm trục chính. Việc xác định chính xác nguyên nhân rung động là bước quan trọng để lựa chọn biện pháp khắc phục phù hợp.

II. Cách Xác Định Nguyên Nhân Rung Động Ổ Trục Chính Máy Tiện CNC

Để phân tích rung động hiệu quả, cần sử dụng các thiết bị đo rung động chuyên dụng và phần mềm phân tích tín hiệu. Phân tích tần số rung động có thể giúp xác định các thành phần gây ra rung động, chẳng hạn như tần số rung động của vòng bi, bánh răng, hoặc động cơ. Ngoài ra, việc kiểm tra trực quan và đo đạc các thông số cơ học khác cũng rất quan trọng để xác định các nguyên nhân rung động tiềm ẩn. Việc sử dụng cảm biến rung động và phần mềm mô phỏng rung động cũng giúp ích rất nhiều trong việc xác định nguyên nhân.

2.1. Sử dụng Cảm Biến Rung Động để Đo Đạc và Phân Tích

Cảm biến rung động là công cụ quan trọng để thu thập dữ liệu rung động từ cụm ổ trục chính. Dữ liệu này sau đó được phân tích bằng phần mềm chuyên dụng để xác định tần số, biên độ và các đặc tính khác của rung động. Từ đó, có thể suy ra nguyên nhân rung động và mức độ nghiêm trọng của vấn đề. Việc chọn loại cảm biến rung động phù hợp và vị trí lắp đặt chính xác là yếu tố then chốt để đảm bảo độ tin cậy của kết quả đo.

2.2. Phân tích Tần Số Rung Động để Tìm Kiếm Nguyên Nhân

Phân tích tần số rung động là kỹ thuật quan trọng để xác định các thành phần gây ra rung động. Mỗi bộ phận trong máy tiện CNC (vòng bi, bánh răng, động cơ) có tần số rung động đặc trưng. Bằng cách phân tích tần số rung động, có thể xác định bộ phận nào đang gây ra rung động. Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong việc phát hiện các lỗi tiềm ẩn trước khi chúng gây ra hỏng hóc nghiêm trọng.

2.3. Kết hợp Kiểm Tra Trực Quan và Đo Đạc Cơ Học

Ngoài phân tích rung động, việc kiểm tra trực quan và đo đạc các thông số cơ học (độ rơ, độ đảo, độ căng đai) cũng rất quan trọng để xác định các nguyên nhân rung động tiềm ẩn. Việc kết hợp các phương pháp này giúp đưa ra chẩn đoán chính xác và toàn diện về tình trạng của cụm ổ trục chính.

III. Phương Pháp Giảm Rung Động Cụm Ổ Trục Chính Máy Tiện CNC

Sau khi xác định được nguyên nhân rung động, cần áp dụng các biện pháp giảm rung động phù hợp. Các biện pháp này có thể bao gồm: cân bằng trục chính, thay thế vòng bi bị mòn, siết chặt các chi tiết lỏng lẻo, điều chỉnh độ căng đai, và sử dụng vật liệu giảm rung động. Ngoài ra, việc bôi trơn đúng cách và bảo trì định kỳ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát rung động.

3.1. Cân Bằng Trục Chính để Giảm Rung Động do Mất Cân Bằng

Mất cân bằng của trục chính là nguyên nhân rung động phổ biến. Việc cân bằng trục chính giúp giảm thiểu rung động do lực ly tâm gây ra. Cân bằng trục chính có thể được thực hiện tại chỗ hoặc trên máy cân bằng chuyên dụng. Việc cân bằng trục chính định kỳ giúp kéo dài tuổi thọ của cụm ổ trục chính và cải thiện độ chính xác gia công.

3.2. Thay Thế Vòng Bi Trục Chính Định Kỳ để Giảm Rung Động do Mòn

Vòng bi bị mòn là một trong những nguyên nhân chính gây ra rung động trong cụm ổ trục chính. Việc thay thế vòng bi định kỳ, theo khuyến cáo của nhà sản xuất, giúp duy trì hoạt động ổn định và giảm thiểu rung động. Việc lựa chọn vòng bi chất lượng cao và phù hợp với điều kiện làm việc cũng rất quan trọng.

3.3. Bôi Trơn và Bảo Trì Định Kỳ để Ngăn Ngừa Rung Động

Bôi trơn đúng cách và bảo trì định kỳ là yếu tố then chốt để kiểm soát rung động và kéo dài tuổi thọ của cụm ổ trục chính. Việc sử dụng loại dầu bôi trơn phù hợp và thay dầu định kỳ giúp giảm ma sát và nhiệt độ, từ đó giảm thiểu rung động. Bảo trì định kỳ bao gồm kiểm tra, vệ sinh, và siết chặt các chi tiết, giúp phát hiện và khắc phục sớm các vấn đề tiềm ẩn.

IV. Ứng Dụng Nghiên Cứu Rung Động vào Thực Tế Bảo Trì Máy Tiện CNC

Kết quả nghiên cứu rung động có thể được ứng dụng vào thực tế để xây dựng quy trình bảo trì dự đoán cho máy tiện CNC. Bằng cách theo dõi rung động của cụm ổ trục chính theo thời gian, có thể phát hiện sớm các dấu hiệu mòn và hỏng hóc. Từ đó, có thể lên kế hoạch bảo trì và thay thế các bộ phận trước khi chúng gây ra sự cố nghiêm trọng, giúp giảm thiểu thời gian ngừng máy và chi phí bảo trì.

4.1. Xây Dựng Quy Trình Bảo Trì Dựa Trên Phân Tích Rung Động

Dữ liệu phân tích rung động có thể được sử dụng để xây dựng quy trình bảo trì dự đoán. Quy trình này bao gồm việc theo dõi các thông số rung động theo thời gian, thiết lập các ngưỡng cảnh báo, và lên kế hoạch bảo trì khi các ngưỡng này bị vượt quá. Việc áp dụng quy trình bảo trì dựa trên phân tích rung động giúp tối ưu hóa chi phí bảo trì và giảm thiểu thời gian ngừng máy.

4.2. Theo dõi Tuổi Thọ và Độ Tin Cậy của Cụm Ổ Trục Chính

Phân tích rung động giúp theo dõi tuổi thọ và độ tin cậy của cụm ổ trục chính. Bằng cách theo dõi các thông số rung động theo thời gian, có thể ước tính thời gian còn lại trước khi cần thay thế vòng bi. Việc này giúp lên kế hoạch bảo trì và thay thế các bộ phận một cách chủ động, giảm thiểu rủi ro xảy ra sự cố bất ngờ.

4.3. Giảm Chi Phí Bảo Trì và Tăng Hiệu Quả Sản Xuất

Việc áp dụng các biện pháp kiểm soát rung động và quy trình bảo trì dự đoán giúp giảm chi phí bảo trì và tăng hiệu quả sản xuất. Bằng cách phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và khắc phục chúng trước khi chúng gây ra sự cố nghiêm trọng, có thể giảm thiểu thời gian ngừng máy và chi phí sửa chữa. Việc này giúp tăng hiệu quả sản xuất và cải thiện lợi nhuận.

V. Kết luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Rung Động Máy Tiện CNC

Nghiên cứu rung động cụm ổ trục chính máy tiện CNC là lĩnh vực quan trọng, góp phần nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của máy công cụ. Từ việc xác định nguyên nhân rung động, áp dụng các biện pháp giảm rung động và xây dựng quy trình bảo trì dự đoán, có thể tối ưu hóa hiệu suất và kéo dài tuổi thọ của máy. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về mô phỏng rung động, ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong chẩn đoán rung động và phát triển các vật liệu mới có khả năng giảm rung động hiệu quả.

5.1. Tổng kết các kết quả nghiên cứu về Rung Động và Mòn

Các kết quả nghiên cứu chỉ ra mối tương quan mật thiết giữa rung động và mòn trong cụm ổ trục chính. Việc theo dõi các thông số rung động giúp đánh giá mức độ mòn và dự đoán tuổi thọ của vòng bi. Việc này cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng quy trình bảo trì dựa trên tình trạng thực tế của máy.

5.2. Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo về Kiểm Soát Rung Động

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp kiểm soát rung động chủ động, sử dụng các hệ thống giảm chấn thông minh. Ngoài ra, việc nghiên cứu các vật liệu mới có khả năng giảm rung động hiệu quả và ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong chẩn đoán rung động cũng rất tiềm năng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Máy công cụ CNC là thiết bị cơ điện tử hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhờ khả năng gia công chính xác, linh hoạt về hình dáng và kích thước sản phẩm. Cụm trục chính máy tiện CNC đóng vai trò trung tâm, quyết định trực tiếp đến độ chính xác và chất lượng gia công. Trong quá trình vận hành, rung động xuất hiện trên cụm trục chính phản ánh chính xác tình trạng làm việc và ảnh hưởng đến tuổi thọ, độ tin cậy của máy. Tuy nhiên, tại Việt Nam hiện chưa có quy trình đánh giá chất lượng làm việc cụm trục chính dựa trên các thông số đặc trưng của rung động, đặc biệt là mối quan hệ giữa lượng mòn tổng cộng và rung động chưa được nghiên cứu sâu.

Luận văn tập trung nghiên cứu mối tương quan giữa lượng mòn tổng cộng và giá trị đặc trưng của rung động cụm ổ trục chính máy tiện CNC Eclipse 300, công suất 1,5 kW, tốc độ vòng quay từ 1000 đến 3000 vòng/phút, trong điều kiện không bôi trơn và nhiệt độ làm việc dưới 60°C. Mục tiêu chính là xác định giá trị trung bình hiệu dụng giới hạn cho phép của gia tốc rung động, từ đó đề xuất thời điểm điều chỉnh bảo dưỡng cụm ổ trục chính nhằm duy trì chất lượng làm việc, nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy máy.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học khi xây dựng quy trình thực nghiệm xác định mối tương quan giữa mòn và rung động, đồng thời có ý nghĩa thực tiễn trong việc giám sát và bảo trì cụm trục chính máy CNC, góp phần giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu quả vận hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết mòn ổ trục và lý thuyết rung động máy công cụ. Lý thuyết mòn ổ trục tập trung vào xác định tuổi thọ ổ lăn dựa trên tải trọng động hướng kính danh định Cr, tải trọng động tương đương, và lượng mòn tổng cộng (δ). Tuổi thọ sửa đổi được tính toán theo các hệ số phụ thuộc vào độ tin cậy, hình học và vật liệu ổ lăn.

Lý thuyết rung động máy công cụ tập trung vào phân tích tín hiệu rung động, sử dụng các giá trị đặc trưng như gia tốc rung động RMS (a), vận tốc rung động, và các chỉ số phổ tần số để đánh giá tình trạng kỹ thuật cụm trục chính. Các tiêu chuẩn ISO 10816, ISO 7919 và ISO/TR 17342 được áp dụng để phân loại mức độ rung động và xác định vùng hoạt động an toàn của máy.

Ba khái niệm chính được sử dụng gồm: lượng mòn tổng cộng (δ), giá trị trung bình hiệu dụng gia tốc rung động (a), và thời gian điều chỉnh bảo dưỡng (Tdc). Mối quan hệ giữa δ và a được mô hình hóa bằng hàm hồi quy phi tuyến, giúp dự báo tuổi thọ và thời điểm bảo dưỡng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Nguồn dữ liệu chính là kết quả thí nghiệm trên cụm ổ trục chính máy tiện CNC Eclipse 300, sử dụng hai ổ 7210B của hãng NSK lắp ghép kiểu lưng đối lưng (DB). Cỡ mẫu gồm nhiều chu kỳ vận hành với các điều kiện tải trọng và tốc độ khác nhau, trong môi trường không bôi trơn để quan sát quá trình mòn tuyến tính.

Phương pháp phân tích sử dụng các công cụ đo rung động gia tốc kế, xử lý tín hiệu bằng phần mềm Matlab và Microlog Analysis để tính giá trị đặc trưng RMS của gia tốc rung động. Mối tương quan giữa lượng mòn tổng cộng và giá trị gia tốc được xác định qua hàm hồi quy phi tuyến, đồng thời xác định thời gian điều chỉnh bảo dưỡng Tdc dựa trên ngưỡng giới hạn cho phép của gia tốc.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2018, bao gồm giai đoạn khảo sát lý thuyết, thiết kế thí nghiệm, thu thập và xử lý dữ liệu, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mối tương quan giữa lượng mòn tổng cộng và gia tốc rung động: Kết quả thí nghiệm cho thấy lượng mòn tổng cộng (δ) và giá trị trung bình hiệu dụng gia tốc rung động (a) có mối quan hệ đồng biến rõ rệt, được mô hình hóa bằng hàm hồi quy phi tuyến với độ tin cậy cao. Ví dụ, khi δ đạt 5 µm, giá trị a tương ứng đạt ngưỡng giới hạn cho phép khoảng 2.5 mm/s² RMS.

2. Xác định giá trị giới hạn gia tốc rung động: Giá trị trung bình hiệu dụng giới hạn cho phép của gia tốc rung động cụm ổ trục chính máy tiện CNC được xác định là khoảng 2.5 mm/s² RMS, phù hợp với tiêu chuẩn ISO/TR 17342-2 cho vùng cảnh báo (vùng C). Khi vượt ngưỡng này, cần tiến hành điều chỉnh bảo dưỡng để tránh hư hỏng nghiêm trọng.

3. Thời điểm điều chỉnh bảo dưỡng (Tdc): Thời gian làm việc đến khi cần điều chỉnh bảo dưỡng cụm ổ trục chính được xác định dựa trên mối quan hệ giữa δ và a, giúp duy trì chất lượng làm việc và nâng cao tuổi thọ máy. Thí nghiệm cho thấy Tdc có thể được dự báo chính xác trong khoảng 1000 đến 1500 giờ vận hành tùy điều kiện tải.

4. Ảnh hưởng của tải trọng đến mối quan hệ δ và a: Kết quả phân tích cho thấy tải trọng P tác động rõ rệt đến giá trị gia tốc rung động và lượng mòn tổng cộng, trong đó tải trọng lớn làm tăng tốc độ mòn và biên độ rung động. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát tải trọng trong vận hành máy CNC.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân mối tương quan giữa lượng mòn và gia tốc rung động xuất phát từ sự gia tăng khe hở và biến dạng trong cụm ổ trục chính khi mòn tăng, dẫn đến rung động gia tăng. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về giám sát tình trạng ổ lăn bằng phân tích rung động, đồng thời mở rộng ứng dụng cho máy tiện CNC với điều kiện vận hành đặc thù.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã xác định được ngưỡng giới hạn gia tốc rung động phù hợp với tiêu chuẩn ISO, đồng thời đề xuất quy trình thực nghiệm và mô hình toán học cụ thể cho máy tiện CNC, điều mà các nghiên cứu trong nước chưa thực hiện đầy đủ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ mối quan hệ δ - a, biểu đồ phân bố thời gian điều chỉnh Tdc theo tải trọng, và bảng so sánh giá trị gia tốc rung động với các vùng an toàn theo tiêu chuẩn ISO/TR 17342-2, giúp trực quan hóa và dễ dàng áp dụng trong thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng hệ thống giám sát rung động tích hợp: Triển khai hệ thống đo lường và phân tích gia tốc rung động RMS trên cụm ổ trục chính máy tiện CNC để theo dõi liên tục tình trạng mòn, giúp phát hiện sớm dấu hiệu hư hỏng và lên kế hoạch bảo dưỡng kịp thời.

2. Thiết lập ngưỡng cảnh báo và thời điểm bảo dưỡng: Áp dụng giá trị giới hạn gia tốc rung động khoảng 2.5 mm/s² RMS làm ngưỡng cảnh báo, từ đó xác định thời điểm điều chỉnh bảo dưỡng Tdc nhằm duy trì chất lượng làm việc và tuổi thọ cụm trục chính.

3. Kiểm soát tải trọng vận hành: Đề xuất các biện pháp điều chỉnh tải trọng trong quá trình gia công để giảm tốc độ mòn và rung động, bao gồm tối ưu chế độ cắt, sử dụng công cụ phù hợp và bảo trì hệ thống truyền động.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo cho kỹ thuật viên và vận hành máy về phương pháp giám sát rung động và bảo dưỡng dựa trên dữ liệu thực nghiệm, nhằm nâng cao hiệu quả bảo trì và giảm thiểu chi phí sửa chữa.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 12-18 tháng, phối hợp giữa nhà sản xuất máy CNC, đơn vị bảo trì và các viện nghiên cứu kỹ thuật cơ khí.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư bảo trì và vận hành máy CNC: Nắm bắt quy trình giám sát rung động và xác định thời điểm bảo dưỡng cụm trục chính, giúp nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu thời gian chết máy.

2. Nhà nghiên cứu và phát triển thiết bị cơ khí: Áp dụng mô hình mối quan hệ mòn-rung động để phát triển các hệ thống giám sát thông minh, cải tiến thiết kế cụm trục chính và nâng cao độ bền sản phẩm.

3. Doanh nghiệp sản xuất sử dụng máy CNC: Tối ưu hóa kế hoạch bảo trì dựa trên dữ liệu thực nghiệm, giảm chi phí sửa chữa và tăng năng suất sản xuất.

4. Sinh viên và học viên ngành kỹ thuật cơ khí: Học tập kiến thức chuyên sâu về mòn ổ trục, phân tích rung động và ứng dụng thực tiễn trong giám sát tình trạng máy công cụ CNC.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải giám sát rung động cụm ổ trục chính máy CNC?
   Rung động phản ánh tình trạng mòn và hư hỏng của ổ trục, giúp phát hiện sớm các vấn đề kỹ thuật mà không cần tháo lắp máy, từ đó giảm thiểu rủi ro và chi phí bảo trì.

2. Giá trị gia tốc rung động RMS bao nhiêu là an toàn cho cụm trục chính?
   Theo nghiên cứu, giá trị giới hạn cho phép là khoảng 2.5 mm/s² RMS. Vượt ngưỡng này cần tiến hành điều chỉnh bảo dưỡng để tránh hư hỏng nghiêm trọng.

3. Làm thế nào xác định thời điểm điều chỉnh bảo dưỡng (Tdc)?
   Tdc được xác định dựa trên mối quan hệ hồi quy giữa lượng mòn tổng cộng và giá trị gia tốc rung động, giúp dự báo thời gian vận hành tối ưu trước khi cần bảo dưỡng.

4. Ảnh hưởng của tải trọng đến tuổi thọ cụm ổ trục chính như thế nào?
   Tải trọng lớn làm tăng tốc độ mòn và biên độ rung động, giảm tuổi thọ cụm ổ trục chính. Do đó, kiểm soát tải trọng là yếu tố quan trọng trong vận hành.

5. Phương pháp đo và phân tích rung động được sử dụng trong nghiên cứu là gì?
   Sử dụng gia tốc kế đo gia tốc rung động, xử lý tín hiệu bằng phần mềm Matlab và Microlog Analysis để tính giá trị RMS và phân tích phổ tần số, từ đó đánh giá tình trạng kỹ thuật cụm trục chính.

Kết luận

• Đã xác định được mối tương quan rõ ràng giữa lượng mòn tổng cộng và giá trị gia tốc rung động RMS của cụm ổ trục chính máy tiện CNC.
• Xác lập giá trị giới hạn gia tốc rung động khoảng 2.5 mm/s² RMS làm ngưỡng cảnh báo cho bảo dưỡng.
• Đề xuất thời điểm điều chỉnh bảo dưỡng Tdc dựa trên mô hình hồi quy giúp duy trì chất lượng làm việc và nâng cao tuổi thọ máy.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm cho việc giám sát tình trạng kỹ thuật cụm trục chính máy CNC tại Việt Nam.
• Khuyến nghị triển khai hệ thống giám sát rung động tích hợp và kiểm soát tải trọng trong vận hành để tối ưu hiệu quả sản xuất.

Tiếp theo, cần thực hiện các dự án ứng dụng thực tế hệ thống giám sát rung động và đào tạo nhân lực vận hành, nhằm nâng cao độ tin cậy và hiệu suất máy CNC trong công nghiệp. Đề nghị các đơn vị sản xuất và nghiên cứu phối hợp triển khai để phát huy hiệu quả nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Máy công cụ CNC là hệ thống thiết bị cơ điện tử hiện đại, đƣợc sử dụng khá phổ biến trong hầu hết các ngành công nghiệp, với ƣu điểm nổi trội là linh hoạt về hình dáng, kích thƣớc sản phẩm đƣợc gia công mà vẫn đảm bảo độ chính xác gia công, chất lƣợng ổn định, hiệu quả kinh tế và thời gian chuẩn bị gia công ngắn. Một trong những bộ phận quan trọng cấu thành máy công cụ CNC là cụm trục chính. Chất lƣợng hoạt động của cụm trục chính máy công cụ có vai trò rất quan trọng vì nó quyết định trực tiếp đến độ chính xác gia công của máy.

Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản đối với cụm trục chính máy công cụ là độ chính xác chuyển động quay, độ cứng vững, khả năng chống rung, tuổi thọ và độ tin cậy. Trong quá trình vận hành, rung động xuất hiện và phản ánh rất nhạy, chính xác đối với sự thay đổi tình trạng hoạt động của máy. Đánh giá tình trạng hoạt động máy công cụ nói chung và cụm ổ trục chính nói riêng theo các đặc trƣng của rung động là rất thuận lợi do không phải dừng máy, tháo máy. Tuy nhiên, việc nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số đặc trƣng của rung động và tuổi thọ cụm ổ trục chính đặc trƣng cho chất lƣợng làm việc của cụm ổ trục chính máy công cụ nói chung và máy công cụ CNC nói riêng, chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều mà chủ yếu tập trung nghiên cứu chất lƣợng vận hành các cụm vòng bi đơn lẻ ở trạng thái dài hạn – trạng thái xuất hiện các hƣ hỏng cục bộ trên vòng trong, vòng ngoài, viên bi hay vòng cách.

Ở Việt Nam hiện nay, chƣa có quy trình đánh giá chất lƣợng làm việc của cụm trục chính máy công cụ CNC căn cứ vào các thông số đặc trƣng của rung động. Chính vì vậy, đề tài Luận văn đã chọn hƣớng nghiên cứu là ―Nghiên cứu rung động cụm ổ trục chính máy tiện CNC trên cơ sở mòn‖. Mục đích nghiên cứu của Luận văn Nghiên cứu nhằm xác định mối tƣơng quan giữa lƣợng mòn tổng cộng và giá trị đặc trƣng của rung động cụm trục chính máy tiện CNC theo thời gian làm việc, trong điều kiện phòng thí nghiệm. Xác định giá trị trung bình hiệu dụng giới hạn cho phép của gia tốc rung động cụm ổ trục chính máy tiện từ giá trị lƣợng mòn tổng cộng  thể hiện tuổi thọ giới hạn ở một chế độ làm việc xác định (tải trọng, tốc độ trục chính).

Từ đó, xác định thời điểm 1 điều chỉnh bảo dƣỡng cụm ổ trục chính Tdk nhằm duy trì chất lƣợng làm việc của cụm ổ trục chính máy tiện CNC máy tiện CNC, nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu chung của đề tài là cụm ổ trục chính máy tiện CNC là cụm chi tiết đƣợc mô đun hóa và tiêu chuẩn hóa, đa dạng về chủng loại và phong phú về kết cấu đã 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 văn là cụm ổ trục chính máy tiện CNC Eclipse 300, trong đó có tích hợp 02 ổ 7210B của hãng NSK lắp ghép kiểu lƣng đối lƣng DB (back to back). Phạm vi nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu mối tƣơng quan giữa lƣợng mòn tổng cộng và giá trị đặc trƣng rung động của máy tiện CNC có công suất 1,5kW, tốc độ vòng quay từ 1000-3000 vòng/phút.

Các nghiên cứu đƣợc tiến hành trong điều kiện không có chất bôi trơn tại cụm ổ trục chính chịu lực chính trong quá trình mòn tuyến tính. Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thƣờng của ổ lăn, nhiệt độ làm việc đƣợc duy trì nhỏ hơn 60 0C. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học - Đề tài Luận văn đã đƣa ra quy trình thực nghiệm xác định mối tƣơng quan giữa mòn với đặc trƣng rung động của trục chính máy công cụ CNC. - Đã xác lập đƣợc mối tƣơng quan giữa lƣợng mòn tổng cộng, với giá trị trung bình hiệu dụng giới hạn cho phép của gia tốc rung động của cụm trục chính máy tiện CNC thí nghiệm.

Ý nghĩa thực tiễn - Đề tài đã xây dựng đƣợc hệ thống cơ sở lý thuyết cho thử nghiệm đánh giá tƣơng quan lƣợng mòn tổng cộng với giá trị gia tốc cho phép dao động. - Tuổi thọ cụm trục chính đƣợc đặc trƣng bởi lƣợng mòn tổng cộng. Trong đó độ lƣợng mòn dọc trục tổng cộng cần đƣợc quan tâm đầu tiên. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: 2 - Nghiên cứu lý thuyết về độ tin cậy, tuổi thọ thiết bị trên cơ sở mòn và lý thuyết rung động, sử dụng phƣơng pháp phân tích và tổng hợp khi nghiên cứu các tài liệu khoa học liên quan.

- Nghiên cứu thực nghiệm trên đối tƣợng khảo sát kết hợp với các phƣơng pháp xử lý số liệu để đƣa ra mối tƣơng quan giữa đặc trƣng rung động với mòn trục chính, sử dụng thiết bị và trang bị đồng bộ cũng nhƣ các công cụ, dữ liệu hỗ trợ của hãng SKF, Thụy sĩ. Nội dung Luận văn Nội dung chính của Luận văn bao gồm: Chƣơng 1: Tổng quan về cụm trục chính máy tiện CNC Nghiên cứu cấu tạo, đặc tính kỹ thuật của cụm trục chính máy tiện CNC. Các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng làm việc cụm ổ trục chính máy tiện CNC. Phân tích, đánh giá những công trình nghiên cứu đã có của tác giả trong và ngoài nuớc liên quan đến đánh giá chất lƣợng cụm ổ trục chính máy tiện CNC.

Trên cơ sở đó xác định những vấn đề mà Luận văn cần tập trung nghiên cứu, giải quyết. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết về mòn và rung động ổ trục chính máy tiện CNC Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mòn và rung động cụm ổ trục chính máy tiện CNC; mối quan hệ giữa lƣợng mòn tổng cộng và độ cứng vững đến chất lƣợng làm việc của cụm ổ trục chính; Các phƣơng pháp, kỹ thuật đo và phân tích rung động sử dụng để đánh giá chất lƣợng cụm trục chính máy tiện CNC, phƣơng pháp giám sát chất lƣợng làm việc của cụm ổ trục chính máy tiện CNC trên cơ sở khảo sát rung động. Chƣơng 3: Đánh giá Kết quả thực nghiệm rung động Trên cơ sở kết quả thực nghiệm khảo sát, xây dựng mô hình toán định luợng mối quan hệ giữa mòn và giá trị đặc trƣng của rung động đo đƣợc, từ đó xác định thời điểm T dc cần thiết phải dừng máy để điều chỉnh độ căng của cụm ổ trục chính về trang thái ban đầu nhằm nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy máy công cụ CNC, giảm chi phí sản xuất. Các kết quả mới - Quy trình xác định mòn tổng cộng  và [a] để giám sát chất lƣợng cụm ổ trục chính máy tiện CNC trong điều kiện vận hành bình thƣờng và chỉ ra thời điểm (tuổi thọ T dc) 3 điều chỉnh ổ trục chính trong chu kỳ làm việc để đảm bảo duy trì chất lƣợng làm việc của máy CNC.

- Xác định mối tƣơng quan giữa giá trị đặc trƣng của gia tốc rung động theo hàm phi tuyến và lƣợng mòn tổng cộng cụm ổ trục chính theo hàm tuyến tính có quan hệ đồng biến và hoàn toàn xác định đƣợc thông qua thực nghiệm. Đặc điểm, vai trò của cụm trục chính máy CNC Máy công cụ CNC là sản phẩm cơ điện tử hiện đại, đƣợc sử dụng phổ biến với nhiều ƣu điểm: Độ chính xác gia công cao; sản phẩm đa dạng, linh hoạt; chất lƣợng ổn định, hiệu quả kinh tế cao, thời gian chuẩn bị gia công ngắn… Sản phẩm của quá trình gia công trên máy công cụ đƣợc sử dụng trong hầu nhƣ tất cả các lĩnh vực của cuộc sống: y tế, giao thông, xây dựng, năng lƣợng,. Cụm trục chính, đƣợc ví nhƣ trái tim của máy công cụ, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác và hiệu suất của máy công cụ nói chung và máy CNC nói riêng. Phạm vi công suất và tốc độ quyết định khả năng gia công của máy công cụ, tuy nhiên, còn có những thông số kỹ thuật khác rất quan trong nhƣ: độ chính xác, độ cứng vững, hiệu suất, khả năng công nghệ, … cũng có vai trò hết sức quan trọng.

Về mặt kỹ thuật, trục máy công cụ có chức năng quan trọng: truyền chuyển động quay chính xác đến công cụ/phôi và truyền năng lƣợng đến vùng cắt để loại bỏ vật liệu.1 mô tả sơ đồ kết cấu động học máy tiện CNC .1  Trong quá trình gia công trục chính phải chịu tải trọng do cắt gọt và nhiệt phát sinh do ma sát trong ổ lăn. Lực và mô men cắt bao gồm dạng tĩnh và động, thông qua hệ thống dụng cụ (đồ gá dụng cụ và dụng cụ) tác dụng đến các vòng bi trục chính. Trên các máy công cụ thông thƣờng, cụm trục chính phải làm việc ở tốc độ quay ở tốc 5 độ cao (đến 20.000 vòng/phút) và đảm bảo độ chính xác yêu cầu từ 1µm ( mài) đến 100 µm ( tiện, phay, bào. Do đó, tải trọng và nhiệt là nguyên nhân cơ bản gây mòn ổ lăn và dẫn đến rung động cụm trục chính.2 mô tả kết cấu trục chính của một máy tiện CNC 1.2[39] Có một số loại hệ thống dẫn động khác nhau, về cơ bản nó bao gồm động cơ dẫn động trực tiếp hoặc gián tiếp (hình 1.3 ng trc chính [37] a-Dẫn động bằng bộ truyền đai; b-Dẫn động trực tiếp; c-Dẫn động bằng bộ bánh răng; d- Dẫn động tích hợp Hiện nay, phần lớn máy công cụ nói chung và máy CNC nói riêng sử dụng dẫn động gián tiếp với đƣờng truyền gồm động cơ, bộ truyền động (bánh răng; đai hay khớp nối) và trục chính.

Các trục chính truyền động bằng đai thƣờng sử dụng đai răng để truyền công suất từ động cơ đến trục chính. Hệ thống truyền động này có giá thành thấp và dễ bảo trì nhƣng có nhƣợc điểm nhƣ nhƣ tổn thất năng lƣợng, tiếng ồn, rung và tạo ra tải tác 6 dụng trên vòng bi trục chính. Hiệu suất của hệ thống này khoảng 95% và có thể đạt đƣợc tốc độ khoảng 15. Trục chính truyền động trực tiếp nhận công suất trực tiếp từ động cơ bằng hệ thống ghép nối trực tiếp, có khả năng làm việc ở tốc độ cao nhƣng chỉ ở các moment thấp.

Hiệu suất truyền động của hệ thống này khoảng 100%.