Cấu tạo trục chính máy phay CNC: Phân tích chuyên sâu A-Z

Cấu tạo trục chính máy phay CNC bao gồm: Đầu trục chính mặt A & mặt B, hệ thống làm mát, stator, rotor, ống kẹp collet, đầu lắp dao cụ, mặt bích, cụm tháo dao, cụm chốt quay. Các chi tiết này mang đến sự mạnh mẽ và ổn định không chỉ nâng cao hiệu suất làm việc mà còn đảm bảo chất lượng bề mặt gia công và kéo dài tuổi thọ của dao cụ. Bài viết này sẽ cung cấp một phân tích chuyên sâu về cấu tạo trục chính máy phay CNC chi tiết, các loại trục chính phổ biến, và hướng dẫn bảo trì, bảo dưỡng hiệu quả để đảm bảo máy luôn hoạt động tối ưu.

Ảnh cấu tạo trục chính máy phay CNC: Phân tích chuyên sâu A-Z

Trục chính máy phay CNC là gì?

Một máy phay CNC có thể có nhiều trục, trong đó trục lớn nhất được gọi là "trục chính". Trục chính là trục nằm ở giữa trục quay của máy phay CNC, được điều khiển bởi một trục truyền động nhận các lệnh từ bộ điều khiển CNC. Chi tiết này chịu trách nhiệm giữ và quay các dụng cụ cắt với tốc độ cao để gia công vật liệu. Tốc độ quay thường từ 1.000 đến 10.000 vòng/phút tùy mục đích đột phay hoặc khắc chi tiết. Có nhiều cấu trúc và hình dáng trục chính máy phay khác nhau để đáp ứng nhu cầu đa dạng về ngành công nghiệp. 

Vai trò và tầm quan trọng của trục chính:

• Tạo chuyển động quay cho dao cụ, đây là vai trò cơ bản nhất của trục chính, giúp dao cụ thực hiện các hoạt động cắt, khoan, phay trên vật liệu.
• Trục chính ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ gia công, chất lượng bề mặt sản phẩm, độ chính xác kích thước và tuổi thọ của dao cụ. Một trục chính hoạt động kém có thể dẫn đến rung động, mài mòn dao nhanh chóng và giảm chất lượng sản phẩm.
• Trục chính chính máy phay CNC cung cấp độ chính xác cao hơn so với các hoạt động thủ công. Động cơ được điều khiển bằng máy tính, giúp thực hiện các công việc chính xác.

Ảnh trục chính máy phay CNC

Cấu tạo trục chính máy phay CNC

Trục chính là bộ phận trung tâm, đảm nhiệm vai trò truyền chuyển động quay cho dụng cụ cắt trên máy phay CNC. Cấu tạo của trục chính khá phức tạp và đòi hỏi độ chính xác rất cao để đảm bảo chất lượng gia công, thường bao gồm những thành phần cơ bản sau:

Ảnh Cấu tạo trục chính máy phay CNC

1. Đầu trục chính mặt A & mặt B

Đây là hai đầu của trục chính, thường chứa các ổ bi định hướng chính xác. Đặc điểm nổi bật là khả năng chịu tải trọng lớn và duy trì độ chính xác cho trục quay ở tốc độ cao, giúp giảm rung động và sai số vị trí.

2. Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát sử dụng nước hoặc dầu để làm giảm nhiệt phát sinh do ma sát khi trục chính quay ở tốc độ cao. Điều này giúp tăng tuổi thọ của ổ bi, duy trì độ chính xác gia công và bảo vệ toàn bộ cụm trục chính khỏi hiện tượng quá nhiệt.

3. Stator

Bộ phận đứng yên của động cơ điện, được cuốn các dây dẫn tạo ra từ trường. Đặc điểm nổi bật là chính nhờ stator tạo ra lực điện từ để quay rotor, đảm bảo motor trục chính hoạt động hiệu quả và ổn định.

4. Rotor

Là phần quay của động cơ điện nằm bên trong stator. Rotor có khả năng chuyển hoá từ trường thành chuyển động quay cơ học, truyền trực tiếp cho trục chính.

5. Ống kẹp collet

Được thiết kế chính xác để kẹp chặt dao cụ (mũi cắt/mũi khoan) vào trục chính. Đặc điểm nổi bật của ống kẹp collet là độ đồng tâm cao, lực kẹp đều, tháo lắp nhanh, giúp dao cụ ít bị run và gia công chính xác.

6. Đầu lắp dao cụ

Là nơi gắn trực tiếp dao cụ/phụ tùng cắt vào trục chính. Đặc điểm này giúp thao tác thay dao nhanh chóng, dễ dàng tự động hóa thông qua hệ thống thay dao tự động (ATC).

7. Tấm mặt bích

Tấm mặt bích dùng để cố định trục chính lên thân máy phay. Đặc điểm nổi bật là thiết kế chính xác, vững chắc, hấp thụ rung động tốt, đảm bảo cụm trục chính ổn định khi làm việc.

8. Cụm tháo dao

Hỗ trợ thao tác tháo/lắp nhanh dao cụ, thường tích hợp hệ thống khí nén hoặc thuỷ lực. Đặc điểm nổi bật là tự động hóa quá trình thay dao, tăng hiệu suất và an toàn vận hành.

9. Cụm chốt quay

Là bộ phận chốt giữ, định vị giúp khóa/tháo dao cụ khỏi trục chính một cách an toàn và chắc chắn.

Phân loại trục chính máy phay CNC

(*) Trục chính truyền động trực tiếp (Direct drive spindle)

Trục chính được kết nối trực tiếp với động cơ mà không qua hệ thống truyền động khác. Trục chính dẫn động trực tiếp loại bỏ hiện tượng trượt giữa động cơ và trục chính, giảm tiếng ồn và dễ bảo trì hơn. Chúng thường được sử dụng cho các vật liệu nhẹ hơn như nhôm và đồng và có thể hoạt động ở tốc độ lên đến 12.000 vòng/phút mà không gặp bất kỳ sự cố nào. Tuy nhiên, trục chính dẫn động trực tiếp có hạn chế về khả năng nhân mô-men xoắn, và nếu cần mô-men xoắn cao hơn, có thể cần phải tăng công suất động cơ.

• Ưu điểm là tốc độ cao, độ chính xác và ổn định tốt hơn, ít hao tổn công suất. 
• Nhược điểm là khó thay thế hoặc sửa chữa từng bộ phận riêng lẻ, thường có chi phí cao hơn.

(*) Trục chính truyền động bằng dây đai (Belt drive spindle)

Dùng dây đai truyền động từ động cơ đến trục chính. Trục chính dẫn động bằng dây đai được ưa chuộng vì tính linh hoạt, cho phép dễ dàng điều chỉnh tỷ số truyền puli hoặc bổ sung hộp số để đạt mô-men xoắn cao hơn. Chúng phù hợp với tốc độ lên đến 8000 vòng/phút, khiến chúng trở thành lựa chọn đáng tin cậy cho nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, vượt quá tốc độ này, độ ồn và nguy cơ dây đai trượt sẽ tăng lên, có khả năng gây hư hỏng cho phôi, dụng cụ và bản thân trục chính.

• Ưu điểm là cấu tạo đơn giản, dễ bảo trì, cách âm tốt nhưng có hao tổn công suất và tốc độ giới hạn thấp hơn so với trực tiếp, phù hợp cho gia công chung và các ứng dụng 2D.
• Nhược điểm là tốc độ giới hạn, hiệu suất truyền động có thể giảm do trượt đai, cần điều chỉnh độ căng đai định kỳ.

Ảnh truyền động bằng dây đai

(*) Trục chính động cơ tích hợp (Built-in spindle)

Trục chính tích hợp, còn được gọi là trục chính động cơ tích hợp. Động cơ được tích hợp bên trong trục chính, tạo thành một khối thống nhất, có tốc độ cao, mô-men xoắn lớn, ít rung và độ chính xác rất cao. Những trục chính này được tích hợp động cơ và rô-to, mang lại độ chính xác cao hơn và giảm tiếng ồn. Chúng thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, linh kiện không gian và điện tử, nơi dung sai chặt chẽ và yêu cầu tốc độ cao là rất quan trọng. Trục chính tích hợp thường được trang bị ổ trục gốm, giúp giảm tiếng ồn và giảm thiểu sinh nhiệt.

• Ưu điểm là giảm thiểu sai số truyền động, đạt tốc độ rất cao (lên đến 60.000 vòng/phút hoặc hơn), hiệu suất vượt trội, giảm tiếng ồn và rung động; phù hợp cho máy phay CNC cao cấp và các máy gia công 5 trục; loại này được dự đoán sẽ thay thế các dạng trục chính Belt và Direct trong tương lai. 
• Nhược điểm là chi phí đầu tư ban đầu cao, việc bảo trì và sửa chữa phức tạp hơn.

(*) Trục chính truyền động bằng bánh răng (Gearbox spindle)

Sử dụng hệ thống bánh răng để truyền mô-men xoắn thay vì dây đai hoặc trực tiếp. Truyền động bằng bộ bánh răng giúp trục chính có mô-men lớn và đa cấp tốc độ. Thường dùng cho gia công có lực cắt lớn và tốc độ không đòi hỏi quá cao. Cấu tạo bền, phù hợp gia công phôi lớn, nặng. 

• Ưu điểm là cứng vững, ổn định và hiệu suất truyền tải lực cao, cho phép đạt được moment xoắn lớn ở tốc độ thấp. Phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như gia công 3D. 
• Nhược điểm là tiếng ồn và rung động có thể cao hơn, cần bôi trơn và bảo dưỡng hệ thống bánh răng phức tạp hơn.

Ảnh truyền động bánh răng

Dựa trên nội dung về cấu tạo và phân loại trục chính của máy phay CNC, có thể thấy rõ vai trò của bộ phận này trong việc quyết định hiệu suất của toàn bộ máy CNC cơ khí. Trục chính, với các thành phần như vỏ, vòng bi, và hệ thống truyền động, chính là "trái tim" của máy, chịu trách nhiệm truyền chuyển động quay cho dao cắt. Việc hiểu rõ cách các loại trục chính khác nhau hoạt động sẽ giúp người vận hành và kỹ sư lựa chọn phương án tối ưu, đảm bảo máy hoạt động ổn định, chính xác và bền bỉ trong suốt quá trình gia công.

Khả năng hoạt động của trục chính máy phay CNC

Trục chính máy phay CNC là trung tâm của mọi hoạt động gia công, và khả năng hoạt động của nó được định hình bởi sự phối hợp của nhiều yếu tố:

• Động cơ trục chính: Đây là nguồn năng lượng chính, cung cấp công suất và tốc độ quay cho trục chính. Công suất động cơ quyết định khả năng cắt vật liệu cứng và duy trì tốc độ ổn định dưới tải trọng.
• Truyền động: Kiểu truyền động (đai, bánh răng, trực tiếp, tích hợp) ảnh hưởng đến hiệu quả truyền tải moment xoắn và tốc độ quay từ động cơ đến trục. Mỗi loại có ưu điểm riêng về độ chính xác, độ cứng vững và dải tốc độ.
• Dụng cụ cắt: Trục chính hoạt động tương thích với nhiều loại dụng cụ cắt khác nhau, từ dao phay ngón, mũi khoan đến các dụng cụ đặc biệt. Khả năng kẹp chặt và truyền động chính xác cho dao cụ là yếu tố then chốt cho chất lượng gia công.
• Điều khiển CNC: Hệ thống điều khiển số (CNC) là "bộ não" điều khiển tốc độ quay, hướng quay, và các chức năng khác của trục chính theo chương trình gia công. Điều này đảm bảo quá trình phay diễn ra tự động và chính xác.
• Chuyển động gia công: Trục chính không chỉ quay mà còn phối hợp với các chuyển động tịnh tiến của bàn máy (trục X, Y, Z) và đôi khi là các trục quay khác (A, B, C) để tạo ra các hình dạng phức tạp trên phôi.
• Khả năng làm mát: Đối với các trục chính tốc độ cao, hệ thống làm mát hiệu quả (thường là làm mát bằng chất lỏng) là rất cần thiết để duy trì nhiệt độ ổn định, tránh quá nhiệt làm hỏng các bộ phận bên trong và giảm tuổi thọ.

Ảnh khả năng làm mát trục chính máy phay CNC

Làm thế nào để tìm ra được trục chính máy phay CNC phù hợp?

Để đưa ra lựa chọn tốt nhất, bạn nên xác định rõ mục đích sử dụng chính của máy phay CNC: bạn sẽ gia công loại vật liệu nào, yêu cầu về độ chính xác và chất lượng bề mặt ra sao, và tần suất thay dao như thế nào. Việc nắm rõ các yếu tố này sẽ giúp bạn tìm được trục chính tối ưu cho công việc của mình. Dưới đây là một số yếu tố cần xem xét khi lựa chọn trục chính máy phay CNC:

1. Xác định nhu cầu gia công

• Loại vật liệu gia công (nhôm, thép, gỗ, composite, laminate...)  thích hợp cho trục chính tốc độ cao. Tuy nhiên, khi gia công thép, đặc biệt thép không gỉ, nhựa nhiệt dẻo hoặc khoan bằng mũi khoan thép tốc độ cao (HSS), trục chính không nên quay ở tốc độ cao.
• Kích thước chi tiết và đường kính dao cắt lớn nhất dùng
• Quy trình gia công (phay, khoan, taro, tiện...)

2. Tốc độ quay trục chính

• Tốc độ quay trục chính được ghi trên catalogue kỹ thuật như 12.000, 15.000, 18.000, 24.000 hoặc 40.000 vòng/phút. Điều này không có nghĩa trục chính luôn quay với tốc độ đó. Mặc dù biến tần có thể điều chỉnh tốc độ quay, nhưng bạn cần nhớ rằng:

"Công suất trục chính = Mô men xoắn x Tốc độ quay".

• Tốc độ quay phải phù hợp loại vật liệu và loại dao, ví dụ trục chính tốc độ cao phù hợp phay nhôm, gỗ; tốc độ thấp hơn dùng với thép và phôi cứng.

Nếu giữ mô men xoắn không đổi mà giảm tốc độ quay một nửa, công suất sẽ giảm gần một nửa. Do đó, không phải máy móc nào cũng có thể sử dụng cùng một loại trục chính, vì tốc độ quay bị giới hạn bởi vòng bi, khi công suất trục tăng thì đường kính vòng bi cũng phải lớn hơn. Vòng bi càng lớn thì lực ly tâm tác động lên các rãnh chạy của vòng bi càng lớn.

3. Công suất trục chính

• Chọn trục chính có công suất phù hợp dựa trên tiêu chí chính là "đường kính dao phay có đường kính lớn nhất mà nó có thể sử dụng và loại vật liệu gia công". 

Đối với thép, nên chọn trục chính quay tốc độ thấp (15.000 đến 18.000 vòng/phút) và tương ứng dao phay đường kính đến 10mm cần công suất 3,3kW, đến 12mm cần 5,6kW, đến 16mm cần 7kW, đến 20mm cần 10kW. 

(*) Ví dụ: Khoan thép với mũi khoan 6mm tại 2000 vòng/phút trên trục chính 5,6kW quay 18.000 vòng/phút thì thực tế chỉ có 0,6kW hiệu dụng. Nếu muốn khoan thép, luôn phải chọn trục chính công suất lớn hơn, vì ví dụ khi khoan thép với mũi khoan 6mm tại 2000 vòng/phút trên trục chính 5,6kW quay 18.000 vòng/phút thì thực tế chỉ có 0,6kW hiệu dụng.

4. Loại vòng bi và cấu tạo trục chính

• Trục chính có vòng bi gốm, bạc đạn chất lượng cao sẽ đảm bảo độ bền và độ chính xác.
• Vỏ trục chính làm bằng kim loại để chịu lực tốt và tản nhiệt.

5. Cơ cấu truyền động

• Trục chính truyền động đai, truyền bánh răng, hoặc truyền động trực tiếp (direct drive) tùy yêu cầu độ chính xác và mô men.

6. Thương hiệu và nhà cung cấp

• Lựa chọn trục chính từ các nhà sản xuất uy tín để đảm bảo chất lượng, bảo hành và dịch vụ kỹ thuật.

7. Thời gian sử dụng và bảo trì

• Lựa chọn trục chính bền bỉ, dễ bảo trì, tuổi thọ từ 5-10 năm theo mục tiêu sản xuất.

Việc hiểu rõ cấu tạo trục chính máy phay CNC và nắm vững phân loại, cũng như quy trình bảo dưỡng đúng chuẩn, sẽ giúp bạn nâng cao hiệu suất gia công, tăng độ bền và giảm chi phí bảo trì cho máy phay CNC - thiết bị chủ lực trong chế tạo cơ khí chính xác. Liên hệ ngay Kỷ Nguyên Máy qua hotline: 077.209.8686 để được tư vấn chi tiết về các loại máy CNC!

>> Có thể bạn quan tâm:

• Top 10 Các Loại Máy CNC Gỗ Được Ưa Chuộng Nhất Hiện Nay
• Top 7 Các Loại Máy Phay Fanuc CNC Phổ Biến Nhất Hiện Nay
• Cấu Tạo Máy CNC Là Gì? Tìm Hiểu Từ A-Z Cho Người Mới
• Tìm Hiểu Cấu Tạo Máy Cắt Plasma CNC Dành Cho Người Mới
• Tìm Hiểu Cấu Tạo Máy CNC 3 Trục Chi Tiết Và Đầy Đủ
• Khám Phá Cấu Tạo Máy Phay CNC Và Chức Năng Từng Bộ Phận
• Cấu Tạo Trục Chính Máy Phay CNC: Phân Tích Chuyên Sâu A-Z
• Máy Tiện Vạn Năng Là gì? Nguyên Lý Và Cấu Tạo Máy Tiện Vạn Năng
• Phân Tích Cấu Tạo Trục Chính Máy Tiện CNC Và Vai Trò Từng Bộ Phận
• Máy Tiện Kim Loại Là Gì? Top 5 Máy Tiện Kim Loại Mini Phổ Biến Hiện Nay
• Máy Tiện Chuyên Dụng: Tất Cả Những Gì Bạn Cần Biết Từ A-Z
• Máy Tiện Chép Hình Là Gì? Toàn Tập Về Cấu Tạo, Nguyên Lý Và Ứng Dụng
• Máy Tiện Đứng CNC Là Gì? Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Chi Tiết