Trong ngành công nghiệp ổ trục, vòng ngoài ổ trục thường là các bộ phận có thành mỏng. Nói chung, máy tiện CNC sử dụng phương pháp kẹp mâm cặp tự định tâm hoặc nhiều hàm khi quay cứng các vòng ngoài ổ trục. Do vấn đề biến dạng gây ra bởi mâm cặp tự định tâm thủy lực thông thường hoặc mâm cặp nhiều hàm kẹp trên vòng ngoài của ổ trục quay cứng, nên phương pháp sử dụng mâm cặp từ vĩnh cửu điện để kẹp các vòng ngoài của ổ trục quay cứng có thành mỏng được đưa ra. đề xuất. Đồng thời, do hiện tượng côn dương xảy ra ở lỗ trong của vòng ngoài của ổ trục có thành mỏng khi tiện cứng, dẫn đến lỗ bên trong bị tròn quá mức, nên đề xuất cải thiện. hiện tượng côn dương ở lỗ bên trong bằng cách thay đổi độ sâu cắt và đường cắt để đảm bảo khả năng quay cứng của vòng bi có thành mỏng. Độ tròn của lỗ bên trong của vòng ngoài ổ trục chứng tỏ tính khả thi của việc sử dụng mâm cặp điện từ vĩnh cửu để kẹp vòng ngoài của ổ trục có thành mỏng tiện cứng.
01
Lời nói đầu
Là một trong những mắt xích yếu nhất trong tiện cứng, phương pháp kẹp và định vị vòng bi luôn là điểm nghẽn hạn chế việc ứng dụng rộng rãi công nghệ tiện cứng trong ngành vòng bi. Phương pháp kẹp và độ chính xác của kẹp ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công. Để đạt được độ chính xác của quá trình mài trong quá trình tiện cứng, điều rất quan trọng là chọn phương pháp kẹp thích hợp và làm thế nào để tối đa hóa độ chính xác kẹp [1].
Mâm cặp tự định tâm hoặc nhiều hàm đã trở thành thiết bị cố định được lựa chọn cho nguyên công tiện do tính linh hoạt rộng rãi, độ tin cậy kẹp và độ chính xác định tâm của chúng. Đối với phương pháp kẹp của mâm cặp tự định tâm hoặc nhiều hàm, bằng cách thay đổi cấu trúc của hàm, cải thiện độ chính xác của hàm và cải thiện cách bố trí của hàm, có thể hạn chế mức độ biến dạng khi quay cứng của ổ trục và độ chính xác kẹp có thể được cải thiện. Ren Minjie và cộng sự. [2] đã cải thiện cấu trúc vấu của mâm cặp tự định tâm thủy lực của máy tiện CNC, giúp giảm đáng kể biến dạng của vòng ngoài quay cứng của ổ trục và giải quyết vấn đề biến dạng lớn của vòng ngoài được giữ bởi ba vấu. Tiến sĩ Jeongmin Byun [3] của Đại học Purdue, Hoa Kỳ đã phân tích một cách có hệ thống về kẹp mâm cặp tự định tâm. Ông không chỉ tìm ra các yếu tố chính ảnh hưởng đến sai số kẹp của các chi tiết hình trụ tiện cứng mà còn đề xuất phương pháp loại bỏ độ nghiêng của phôi và giảm sai số kẹp. Các phương pháp để dần dần cải thiện độ chính xác của kẹp bao gồm duy trì độ dư thừa, cải thiện độ chính xác gia công của hàm và cải thiện độ chính xác của việc bố trí hàm. Kết quả nghiên cứu cho thấy, bằng cách gia công vòng bi lăn hình trụ trên cơ sở nâng cao độ chính xác kẹp, độ chính xác gia công có thể đạt tới mức gia công mài, chứng tỏ tính khả thi của việc “thay thế mài bằng máy tiện”. Hiện nay ít có trường hợp sử dụng mâm cặp điện từ vĩnh cửu để kẹp ổ bi quay cứng. Phương pháp kẹp này có những ưu điểm rõ ràng và có thể tránh được sự biến dạng của vòng bi có thành mỏng do kẹp kẹp. Tuy nhiên, nhược điểm vẫn chưa rõ ràng và cần được kiểm chứng bằng thực nghiệm. JM Chu và cộng sự. [4] từ Đại học Lund ở Thụy Điển nhận thấy rằng khi cắt vòng bi, sử dụng mâm cặp tự định tâm để kẹp có thể gây biến dạng lên tới 20 μm, và khuyến nghị sử dụng mâm cặp sáu hàm hoặc mâm cặp điện từ để kẹp. Qua nghiên cứu thực nghiệm tiện cứng các chi tiết vòng 100Cr6 có độ cứng từ 60 đến 62HRC, người ta nhận thấy khi sử dụng mâm cặp tự định tâm để kẹp, sai số độ không tròn của các chi tiết vòng vượt quá 10 μm; khi sử dụng mâm cặp sáu vấu để kẹp, sai số độ tròn của các bộ phận vòng vượt quá 10 μm. Sai số không tròn của các phần vòng là khoảng 9 μm; khi sử dụng kẹp mâm cặp điện từ, sai số không tròn của các bộ phận vòng nhỏ hơn 4 μm.
Mặc dù mâm cặp tự định tâm hoặc nhiều hàm có thể cải thiện biến dạng của vòng ngoài ổ trục có thành mỏng trong quá trình tiện cứng bằng cách tối ưu hóa các hàm, nhưng chúng không thể giải quyết hoàn toàn vấn đề biến dạng tiện cứng của vòng ngoài ổ trục có thành mỏng. Vì vậy, sử dụng kẹp mâm cặp từ tính vĩnh cửu điện đã trở thành phương pháp tốt nhất để tiện cứng các vòng ngoài ổ trục có thành mỏng. Bài báo này tiến hành nghiên cứu thực nghiệm lần đầu tiên sử dụng mâm cặp điện từ vĩnh cửu để kẹp vòng ngoài của ổ trục thành mỏng tiện cứng. Nó kiểm tra tính khả thi của mâm cặp điện từ vĩnh cửu để kẹp vòng ngoài của ổ trục có thành mỏng tiện cứng. Nó cũng phân tích lỗ bên trong của vòng ngoài của ổ trục có thành mỏng tiện cứng. Khi hiện tượng côn dương xảy ra, độ tròn của lỗ bên trong vượt quá mức cho phép. Đề xuất cải thiện hiện tượng côn dương của lỗ bên trong bằng cách thay đổi độ sâu cắt và đường cắt.
02
Giới thiệu mâm cặp điện từ vĩnh cửu
Mâm cặp điện từ vĩnh cửu được làm bằng nam châm vĩnh cửu thay vì nam châm điện, và các khối thấm từ thường là nam châm vĩnh cửu. Khi nó bắt đầu hoạt động, mâm cặp điện từ vĩnh cửu được cấp điện và từ hóa. Khi đạt đến cường độ từ đã đặt, nguồn sẽ tự động cắt để duy trì lực từ. Do không cần cấp điện liên tục trong quá trình làm việc nên sẽ không sinh nhiệt trong quá trình hoạt động liên tục, giúp phôi không bị biến dạng do nhiệt.
Mâm cặp điện từ được chế tạo dựa trên nguyên lý tác dụng từ của dòng điện. Lực từ phụ thuộc vào dòng điện liên tục. Nhược điểm của loại cốc hút này là khi dòng điện dừng lại sẽ nhả phôi ra. Nếu điều này xảy ra trong quá trình làm việc, nó sẽ khiến các bộ phận bay ra và khiến người vận hành có nguy cơ bị thương. Đồng thời, sau khi mâm cặp điện từ hoạt động một thời gian, dòng điện chạy liên tục sẽ sinh ra nhiệt, khiến phôi bị nóng lên và biến dạng, không thể đảm bảo độ chính xác gia công.
Thử nghiệm này sử dụng mâm cặp nam châm điện vĩnh cửu, mẫu X61-500. Mô hình bộ điều khiển là LMSDVPL2VH301, như trong Hình 1.
hình ảnh
a) Mâm cặp điện từ vĩnh cửu b) Bộ điều khiển
Hình 1 Bộ điều khiển và mâm cặp nam châm vĩnh cửu điện
Mâm cặp từ trường vĩnh cửu có thể hấp thụ và kẹp vòng ngoài của vòng bi có thành mỏng thông qua lực từ. Nó không có lực kẹp xuyên tâm trên phôi và tránh biến dạng kẹp. Mâm cặp điện từ vĩnh cửu này có tổng cộng 16 mức lực từ và lực từ được điều khiển bằng cách điều chỉnh dòng điện của nó.
03
Thí nghiệm vòng ngoài ổ trục thành mỏng được kẹp bằng mâm cặp điện từ vĩnh cửu
3.1 Lựa chọn thiết bị máy công cụ
Máy tiện đứng CNC T{0}}H do General Technology Group Shenyang Machine Tool Co., Ltd. phát triển độc lập đã được chọn để thử nghiệm. Phôi được kẹp theo chiều dọc sao cho trọng tâm của phôi trùng với trọng tâm của trục xoay để tránh các sai số về độ tròn do trọng lực gây ra trong quá trình kẹp ngang và đảm bảo độ tròn của phôi [5]. Đồng thời, trọng lượng bản thân của phôi giúp tiếp xúc với bề mặt chuẩn của vật cố định chính xác và chặt chẽ, nhờ đó đạt được độ chính xác định vị cao và độ chính xác xử lý ổn định.
3.2 Lựa chọn phôi
Thử nghiệm quay cứng chọn vòng ngoài của ổ lăn hình trụ làm đối tượng thử nghiệm. Độ dày thành là 6,5mm, là một ổ trục có thành mỏng [6]. Vật liệu là GCr15 và độ cứng sau khi làm nguội là 60~64HRC. Mặt cuối và vòng tròn bên ngoài của mẫu đều là bề mặt mài thô, có độ đồng nhất về kích thước và chất lượng bề mặt tốt. Do việc mài thô lỗ bên trong không hiệu quả và dễ bị bỏng nên thử nghiệm này chỉ tiện cứng lỗ bên trong, sử dụng tiện cứng thay vì mài thô. Sau khi tiện cứng còn có quy trình mài mịn và quy trình siêu hoàn thiện. Mẫu thử yêu cầu kích thước lỗ bên trong sau khi tiện cứng là 136,82~136.86mm, độ tròn của lỗ bên trong là 0.011mm, độ trụ của lỗ bên trong là {{19 }}.011mm, độ đồng trục giữa lỗ bên trong và vòng tròn bên ngoài là 0,02mm, độ thẳng đứng giữa lỗ bên trong và mặt cuối là 0,011mm và lỗ bên trong sâu 0,011mm. Giá trị độ nhám bề mặt lỗ Ra{23}}μm, như trong Hình 2.
hình ảnh
một mô hình
hình ảnh
b) Trống
Hình 2 Vòng ngoài ổ đũa hình trụ
3.3 Sơ đồ quy trình
Sơ đồ quy trình bao gồm hai công cụ để xoay cứng lỗ bên trong của vòng ngoài của ổ đũa hình trụ. Các thông số cắt là: tốc độ quay 250r/phút, tốc độ tiến dao 0.1mm/r, độ sâu cắt một mặt của dao đầu tiên 0.08mm và độ sâu cắt một mặt của dụng cụ thứ hai là 0,07 mm. Hạt dao CBN được sử dụng và bán kính đầu dao là 0,8mm, như trong Hình 3.
hình ảnh
a) Lưỡi dao b) Dụng cụ
Hình 3 Lưỡi và dụng cụ cắt CBN
04
quy trình thí nghiệm
Lực từ định mức của mâm cặp nam châm điện vĩnh cửu được sử dụng trong thử nghiệm là 160N/cm2 và lực hấp phụ dọc trục trên vòng ngoài của ổ lăn hình trụ là 2432N. Theo nguyên lý bề mặt tiếp xúc, hệ số ma sát giữa phôi và khối định vị từ của mâm cặp nam châm điện vĩnh cửu là 0,15, lực ma sát là 364,8N, tổng lực của lực cắt chính và lực cắt hướng tâm của phôi khi tiện cứng là khoảng 120N. Do đó, mâm cặp điện từ vĩnh cửu có thể đáp ứng hoàn toàn nhu cầu kẹp khi tiện cứng.
Do vòng ngoài của ổ trục được định vị bằng mâm cặp từ tính ở mặt cuối nên không có thước đo định tâm trên chu vi. Trên thực tế, rất khó để căn giữa vòng ngoài bằng máy đo chu vi. Do đó, một bước vòng cung có độ sâu 5 mm được bật trên khối định vị từ tính để làm cho bước tròn. Khoảng cách giữa vòng cung và vòng ngoài ổ trục phải càng nhỏ càng tốt. Khe hở khoảng 0,01mm như hình 4. Đồng thời, khi tự quay mặt bậc thang cần đảm bảo chất lượng bề mặt tiếp xúc giữa khối dẫn từ và vòng ngoài ổ trục còn tốt. Sau khi các bộ phận được xử lý, việc tháo gỡ từ tính sẽ rất nhanh. Thật dễ dàng, chỉ mất 5 giây để tải và dỡ các bộ phận.
hình ảnh
Hình 4 Sơ đồ quay cứng và kẹp chặt vòng ngoài của ổ đũa trụ
Các bộ phận từ số 1 đến số 5 được tiện cứng theo phương pháp kẹp và thông số cắt nêu trên. Sau khi tiện, các bộ phận được kiểm tra bằng tọa độ ba chiều, như trong Hình 5, và độ nhám bề mặt được kiểm tra bằng máy đo độ nhám, như trong Hình 6. Kết quả thử nghiệm được thể hiện trong Bảng 1 và trạng thái của các bộ phận sau khi tiện cứng được thể hiện trong Hình 7.
hình ảnh
Hình 5 Phát hiện ba tọa độ
hình ảnh
Hình 6 Phát hiện độ nhám bề mặt
Bảng 1 Vòng bi trụ (số 1~5) Kết quả kiểm tra lỗ trong vòng ngoài (đơn vị: μｍ) hình ảnh
hình ảnh
Hình 7: Trạng thái sau khi tiện cứng
Qua số liệu ở Bảng 1, có thể thấy sau khi vòng ngoài của ổ đũa trụ được kẹp bằng mâm cặp điện từ vĩnh cửu và lỗ bên trong được quay cứng, độ tròn của lỗ bên trong, độ đồng trục giữa bên trong lỗ và vòng tròn bên ngoài, độ vuông góc giữa lỗ bên trong và mặt cuối và độ nhám bề mặt của lỗ bên trong. Độ đều có thể đáp ứng các yêu cầu của bản vẽ và độ trụ của lỗ bên trong hầu hết đáp ứng các yêu cầu, nhưng nó cũng gần với dung sai giới hạn mà bản vẽ yêu cầu. Việc tích lũy một chút các lỗi khác sẽ vượt quá mức cho phép và khiến bộ phận đó không đủ tiêu chuẩn. Nguyên nhân là do sự chênh lệch giữa vòng tròn trên và vòng dưới của lỗ bên trong lớn, gây ra hiện tượng côn về phía trước ở lỗ bên trong.
Đối với hiện tượng hình nón dương này, như trên Hình 4, lý do phân tích là do dưới sự kẹp dọc trục của mâm cặp điện từ vĩnh cửu, khi chiều cao của bước hồ quang tự quay có thể tiếp xúc với vòng tròn bên ngoài của vòng ổ trục, thì máy tiện đứng bắt đầu từ trên xuống. Trong quá trình tiện cứng lỗ bên trong của vòng ngoài ổ trục có thành mỏng, độ cứng của vòng ngoài ổ trục không đủ sẽ gây ra biến dạng hướng tâm của dụng cụ trong quá trình cắt. Phần hình tròn phía trên của lỗ bên trong của vòng ngoài ổ trục bị biến dạng đàn hồi do lực cắt và lượng cắt trở nên nhỏ hơn, dẫn đến Độ sâu cắt thực tế không phù hợp với độ sâu cắt danh nghĩa. Phần hình tròn phía dưới của lỗ bên trong biến dạng nhỏ do bề mặt đáy của khối từ, lực hút của các bậc thang bên và áp lực của các bậc thang bên. Lượng cắt lớn hơn phần tròn phía trên của lỗ bên trong. Vòng ngoài của ổ trục có hiện tượng côn dương ở lỗ bên trong.
Về mặt lý thuyết, hiện tượng côn này có thể được giảm bớt hoặc loại bỏ bằng hai phương pháp. Đầu tiên là thay đổi độ sâu cắt để giảm lực cắt hướng tâm, chẳng hạn như giảm độ sâu cắt khi hoàn thiện lỗ bên trong của vòng ngoài của ổ trục có thành mỏng; Thứ hai là thay đổi đường cắt, chẳng hạn như khi hoàn thiện lỗ bên trong của vòng ngoài của ổ trục có thành mỏng, theo kích thước côn dương, sử dụng một côn ngược nhất định để cắt lỗ bên trong, sao cho lượng cắt của vòng tròn dưới của lỗ bên trong Nhỏ hơn hoặc bằng lượng cắt của vòng tròn trên của lỗ bên trong, làm giảm hoặc loại bỏ hiện tượng côn về phía trước của lỗ bên trong.
05
Xác minh thử nghiệm
5.1 Kiểm chứng ảnh hưởng của việc thay đổi độ sâu cắt đến hiện tượng côn về phía trước
Sơ đồ quy trình bao gồm ba công cụ để xoay cứng lỗ bên trong của vòng ngoài của ổ đũa hình trụ. Các thông số cắt là: tốc độ quay 250r/phút, tốc độ tiến dao 0.1mm/r, độ sâu cắt một mặt của dao đầu tiên 0.08mm , và độ sâu cắt một mặt của dao thứ hai là 0,05 mm, độ sâu cắt của dao thứ ba ở một mặt là 0,02mm. Phương pháp kẹp không thay đổi, các bộ phận tiện cứng từ số 6 đến số 10 được kiểm tra bằng phương pháp kiểm tra tọa độ ba chiều và máy đo độ nhám bề mặt sau khi tiện. Kết quả thử nghiệm được thể hiện trong Bảng 2.
Bảng 2 Vòng bi trụ (số 6 đến số 10) Kết quả kiểm tra lỗ trong vòng ngoài (đơn vị: μｍ) hình ảnh
Có thể thấy từ dữ liệu trong Bảng 2 rằng bằng cách thay đổi độ sâu cắt, lượng cắt hoàn thiện đã thay đổi từ 0.07mm thành 0,02mm ở một bên. Sau khi xoay mạnh lỗ bên trong của vòng ngoài của ổ đũa hình trụ, tất cả dung sai hình học và độ nhám bề mặt đều được kiểm tra để đáp ứng bản vẽ. Yêu cầu.
5.2 Xác minh ảnh hưởng của việc thay đổi đường cắt đến hiện tượng côn về phía trước
Sơ đồ quy trình bao gồm hai công cụ để xoay cứng lỗ bên trong của vòng ngoài của ổ đũa hình trụ. Các thông số cắt là: tốc độ quay 250r/min, tốc độ tiến dao 0.1mm/r, độ sâu cắt một mặt của dao đầu tiên 0.08mm và một mặt độ sâu cắt của công cụ thứ hai 0,07 mm. Theo dữ liệu trong Bảng 1, chênh lệch trung bình giữa vòng tròn trên và dưới của lỗ bên trong ổ trục và chiều rộng của ổ trục, tỷ lệ côn là 1:2,6493. Khi xoay dụng cụ thứ hai, độ sâu cắt không thay đổi, thực hiện bù côn và đường cắt là đường tương ứng với tỷ lệ côn ngược. Phương pháp kẹp không thay đổi và các bộ phận tiện cứng số 11 đến số 15 đã được thử nghiệm. Sau khi tiện, các bộ phận được kiểm tra bằng phương pháp kiểm tra tọa độ ba chiều và máy đo độ nhám bề mặt. Kết quả thử nghiệm được thể hiện trong Bảng 3.
Bảng 3 Vòng bi trụ (Số 11-15) Kết quả kiểm tra lỗ trong vòng ngoài (đơn vị: μｍ)
Có thể thấy từ dữ liệu trong Bảng 3 rằng bằng cách thay đổi đường cắt, tỷ lệ côn thu được dựa trên hiện tượng côn phía trước đã biết. Độ sâu cắt không thay đổi trong quá trình cắt và đường cắt là đường tỷ lệ côn ngược tương ứng. Sau khi xoay mạnh lỗ bên trong của vòng ngoài của ổ lăn hình trụ, Kiểm tra xem tất cả các dung sai hình học và độ nhám bề mặt có đáp ứng yêu cầu bản vẽ hay không.
06
Phần kết luận
Nhằm giải quyết vấn đề mâm cặp tự định tâm hoặc mâm cặp nhiều hàm sẽ gây biến dạng vòng ngoài của ổ trục thành mỏng khi kẹp ổ trục thành mỏng tiện cứng, bài báo đề xuất sử dụng mâm cặp vĩnh cửu điện từ để kẹp mâm cặp thành mỏng bên ngoài. vòng của ổ trục thành mỏng tiện cứng và chứng minh mâm cặp từ trường vĩnh cửu dùng để kẹp vòng ngoài của ổ trục thành mỏng tiện cứng Tính khả thi của việc sử dụng mâm cặp từ tính để kẹp vòng ngoài của ổ trục mỏng tiện cứng -vòng bi có vách.
Đối với vấn đề hiện tượng côn về phía trước ở vòng ngoài của ổ lăn thành mỏng tiện cứng, có hai phương pháp được đề xuất để tối ưu hóa. Một là thay đổi độ sâu cắt, hai là thay đổi đường cắt. Qua kiểm chứng thực nghiệm, người ta thấy rằng việc thay đổi độ sâu cắt sẽ tốt hơn việc thay đổi đường cắt. .
