Phân tích chi tiết cấu tạo trục chính máy tiện CNC và vai trò từng bộ phận

Trục chính máy tiện CNC là bộ phận trung tâm giữ và quay chính xác dụng cụ hoặc phôi gia công, cung cấp tốc độ và mô-men xoắn để công cụ cắt có thể gia công các bề mặt chi tiết theo yêu cầu. Trục chính máy tiện gồm những bộ phận chính nào? Mâm cặp/ kẹp chi tiết, đầu trục chính, ổ trục chính, trục chính, hệ thống làm mát, vỏ trục chính, ụ trục chính, hộp số động cơ trục chính, vòng bi, bộ phận bảo vệ, cảm biến.Hiểu rõ về cấu tạo trục chính máy tiện CNC cũng như các yếu tố liên quan sẽ giúp doanh nghiệp tối ưu hóa năng suất - chất lượng sản phẩm - tuổi thọ thiết bị. Kéo xuống để xem thêm chi tiết linh kiện!

Ảnh phân tích chi tiết cấu tạo trục chính máy tiện CNC và vai trò từng bộ phận

Trục chính máy tiện CNC là gì?

Trục chính máy tiện CNC là bộ phận chính tạo nên chuyển động quay cho phôi và dao cắt, là trung tâm truyền động kết nối động cơ với các chi tiết quan trọng như mâm cặp, dao cắt, cảm biến chuyên dụng... Nhiệm vụ cốt lõi của trục chính là:

• Duy trì chuyển động quay chính xác, ổn định, đáp ứng các nguyên công gia công từ tiện, khoan, tarô đến phay rãnh.
• Điều khiển tốc độ quay đa dạng nhờ hệ thống điều tốc CNC, đảm bảo khả năng thích ứng với nhiều loại vật liệu khác nhau.
• Là nơi lắp đặt các chi tiết như lỗ côn, mâm cặp, các sensor đo lường, góp phần vào tự động hóa quy trình vận hành và giám sát máy tiện CNC.

Tầm quan trọng của trục chính thể hiện rõ nét qua việc nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, độ bền dao cắt, năng suất vận hành và khả năng tích hợp công nghệ hiện đại trong ngành chế tạo cơ khí, sản xuất phụ tùng ô tô, hàng không, chế tạo khuôn mẫu... Trên thị trường, trục chính của máy tiện CNC luôn được lựa chọn kỹ lưỡng, bởi tính quyết định của nó tới hiệu quả đầu tư thiết bị.

Ảnh trục chính máy tiện CNC

Cấu tạo trục chính máy tiện CNC bao gồm những bộ phận chính nào?

Để hiểu rõ hơn về cách trục chính hoạt động, chúng ta cần tìm hiểu về cấu tạo trục chính máy tiện CNC bao gồm các thành phần chính sau:

Ảnh cấu tạo trục chính máy tiện CNC

1. Mâm cặp/kẹp chi tiết

Là vị trí gắn và cố định phôi hoặc dao cắt (trong trường hợp máy tiện có trục phụ để gắn dao). Mâm cặp có thể điều chỉnh để kẹp các loại chi tiết hoặc dao với kích thước và hình dạng khác nhau.

• Phân loại mâm cặp:

  + Mâm cặp 3 chấu/4 chấu: Phổ biến để kẹp phôi tròn hoặc vuông.

  + Mâm cặp thủy lực/khí nén: Cho phép kẹp chặt nhanh chóng và chính xác.

  + Collet chuck: Dùng để kẹp các chi tiết có đường kính nhỏ với độ đồng tâm cao.

Ảnh mâm cặp máy tiện CNC

2. Đầu trục chính

Nối mâm cặp với trục chính, truyền chuyển động quay trực tiếp cho mâm cặp/phôi.

3. Ổ trục chính

Định vị, giảm ma sát; giúp trục chính quay êm, chính xác, tăng tuổi thọ và độ ổn định quay.

4. Trục chính

Giúp định vị, giảm ma sát, ổn định chuyển động quay, nhắc các loại ổ trục thường dùng và tác động đến độ chính xác, bền bỉ.

5. Hệ thống làm mát

Điều hòa nhiệt độ của trục chính và các bộ phận liên quan khi gia công ở tốc độ cao hoặc tải nặng. Hệ thống làm mát (thường là tuần hoàn dầu hoặc nước) giúp duy trì nhiệt độ ổn định, kéo dài tuổi thọ trục chính và đảm bảo độ chính xác gia công không bị ảnh hưởng bởi giãn nở nhiệt.

Hệ thống làm mát trục chính máy tiện CNC

6. Hệ thống truyền động

Bao gồm truyền động đai, bánh răng hoặc truyền động trực tiếp, giúp điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn cần thiết cho quá trình gia công.

7. Vỏ trục chính

Là bộ phận cố định, bao bọc và bảo vệ các bộ phận bên trong của trục chính khỏi bụi bẩn, dầu làm mát, phoi và các yếu tố môi trường khác. Vỏ trục chính cũng là nơi lắp đặt các vòng bi và các cơ cấu khác, đồng thời cần có độ cứng vững cao để tránh rung động trong quá trình vận hành. Vỏ trục chính thường được gắn vào ụ trục chính.

8. Ụ trục chính

Định vị và giữ trục chính cố định, đảm bảo sự ổn định trong suốt quá trình vận hành.

9. Hộp số

Điều chỉnh và đa dạng hóa tốc độ trục chính, cho phép lựa chọn dải tốc độ phù hợp với từng chế độ cắt gọt, vật liệu và dụng cụ khác nhau. Hộp số giúp mở rộng dải mô-men xoắn của trục chính.

10. Động cơ trục chính

Cung cấp năng lượng để quay trục chính. Đây có thể là động cơ điện (AC servo motor) hoặc động cơ servo, cho phép điều chỉnh tốc độ quay một cách linh hoạt và chính xác thông qua hệ thống điều khiển CNC. Động cơ này quyết định công suất và khả năng gia công của trục chính.

11. Vòng bi

Vòng bi giúp định vị, giảm ma sát, đảm bảo chuyển động quay mượt mà. Thường sử dụng ổ bi cầu, bi lăn, NSK…, tác động lớn đến tuổi thọ và độ chính xác của trục.

Ảnh vòng bi trục chính máy tiện CNC

12. Bộ phận bảo vệ, cảm biến

Có nhiệm vụ bảo vệ trục chính trong quá trình vận hành và vận chuyển. Các cảm biến chuyên dụng (như cảm biến tốc độ, cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí) liên tục theo dõi trạng thái hoạt động của trục chính, cung cấp phản hồi cho hệ thống điều khiển CNC để điều chỉnh hoạt động, cảnh báo lỗi hoặc quá tải, đảm bảo an toàn và hiệu quả gia công.

Phân loại trục chính máy tiện CNC

Trục chính truyền động bằng dây đai (Belt type Spindle)

Trục chính truyền động bằng dây đai trong máy tiện CNC là bộ phận quan trọng chịu trách nhiệm truyền lực quay từ động cơ đến trục chính thông qua hệ thống dây đai và ròng rọc.

(*) Đặc điểm:

• Bao gồm trục chính, bộ ổ trục và hệ thống dây đai nối giữa động cơ và trục chính.
• Động cơ được đặt ngoài thân máy, truyền lực qua dây đai đến trục chính quay.
• Dây đai giúp giảm rung và tiếng ồn, hoạt động êm ái, dễ dàng thay thế và bảo trì.
• Hệ thống dây đai làm tăng hoặc giảm tốc độ quay của trục chính bằng cách thay đổi kích thước ròng rọc hoặc điều chỉnh tension dây đai.
• Tốc độ quay thường dao động từ 12.000 đến 15.000 vòng/phút, phù hợp cho các công đoạn gia công gia công trung bình và tinh nhẹ.
• Hệ thống truyền động này ít phù hợp cho công việc gia công nặng do mô-men xoắn truyền qua dây đai có giới hạn.
• Giải pháp truyền động này chi phí thấp hơn so với hệ thống truyền động bánh răng hoặc truyền động trực tiếp.

Trục chính truyền động bằng bánh răng (Gearbox type Spindle)

Trục chính truyền động bằng bánh răng trong máy tiện CNC là hệ thống truyền động sử dụng các bánh răng để truyền lực từ động cơ đến trục chính, giúp tạo chuyển động quay với mô-men xoắn lớn và đa dạng tốc độ.

(*) Đặc điểm:

• Động cơ và trục chính được kết nối qua hệ thống bánh răng thay vì dây đai hoặc truyền động trực tiếp.
• Cho phép truyền mô-men xoắn lớn, phù hợp với gia công hạng nặng hoặc chi tiết có kích thước lớn.
• Hệ thống bánh răng cho phép thay đổi nhiều cấp tốc độ khác nhau, giúp linh hoạt trong quá trình gia công.
• Trục chính truyền động bánh răng thường có độ cứng vững cao, chịu tải nặng tốt, phù hợp với các công việc phá thô hoặc gia công chi tiết siêu trường, siêu trọng.
• Hiệu suất truyền tải cao, tỷ lệ từ 0.95 đến 0.97, giúp giảm tổn hao công suất trong quá trình truyền động.
• Tuổi thọ cao và độ tin cậy trong quá trình vận hành, thích hợp cho các máy tiện CNC công suất lớn và sản xuất công nghiệp nặng.

Trục chính truyền động trực tiếp (Direct type Spindle)

Trục chính truyền động trực tiếp trên máy tiện CNC là loại trục chính trong đó động cơ được gắn trực tiếp vào trục chính mà không sử dụng các bộ truyền trung gian như dây đai hay bánh răng.

(*) Đặc điểm:

• Động cơ và trục chính nối liền với nhau, giúp truyền năng lượng quay một cách trực tiếp, giảm tổn thất cơ khí và tăng hiệu suất truyền động.
• Cho tốc độ quay trục chính nhanh, khả năng tăng tốc và giảm tốc nhanh, giúp gia công chính xác hơn.
• Giảm rung động và tiếng ồn so với kiểu truyền động qua dây đai hoặc bánh răng, do loại bỏ các cơ cấu trung gian.
• Kiểu truyền động hiện đại này giúp giảm kích thước tổng thể của cụm trục chính, thuận tiện cho việc thiết kế máy gọn nhẹ.
• Thường dùng trong các máy tiện CNC cao cấp yêu cầu độ chính xác và tốc độ cao.

Truyền động trục chính tích hợp động cơ (Built-in type Spindle)

Trục chính truyền động tích hợp động cơ trong máy tiện CNC là loại trục chính trong đó động cơ được tích hợp trực tiếp vào bên trong cụm trục chính thay vì đặt rời bên ngoài và kết nối qua hệ thống dây đai hay bánh răng.

(*) Đặc điểm:

• Động cơ được đặt bên trong thân trục chính, giúp truyền năng lượng quay trực tiếp mà không cần các bộ phận trung gian.
• Thiết kế nhỏ gọn, giảm kích thước tổng thể của cụm trục chính và máy tiện.
• Giúp máy có khả năng vận hành ở tốc độ cao, mô-men xoắn lớn và độ chính xác cao hơn.
• Thường tích hợp thêm hệ thống làm mát và bôi trơn bên trong trục chính để duy trì hoạt động ổn định trong thời gian dài.
• Tăng tuổi thọ và đáng tin cậy, giảm bảo trì so với các loại trục chính có động cơ rời.

Nguyên lý hoạt động của trục chính trên máy tiện CNC

Nguyên lý hoạt động của trục chính trên máy tiện CNC dựa trên sự phối hợp giữa động cơ, hệ thống truyền động và bộ điều khiển.

• Động cơ trục chính cung cấp năng lượng để tạo chuyển động quay. Tùy thuộc vào loại truyền động (dây đai, bánh răng hoặc trực tiếp), lực quay sẽ được truyền đến trục chính.
• Bộ điều khiển CNC nhận lệnh từ chương trình gia công. Dựa trên các lệnh này, bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu đến động cơ trục chính để điều chỉnh tốc độ quay và hướng quay (thuận/ngược chiều kim đồng hồ).
• Các cảm biến gắn trên trục chính liên tục theo dõi vị trí và tốc độ quay thực tế của trục. Dữ liệu này được gửi về bộ điều khiển CNC dưới dạng tín hiệu phản hồi, cho phép hệ thống điều khiển điều chỉnh và duy trì tốc độ quay chính xác theo yêu cầu của chương trình. Điều này đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình gia công.
• Khi trục chính quay, nó làm cho phôi hoặc dao cắt quay tròn. Kết hợp với chuyển động tịnh tiến của các trục khác (X, Z, Y nếu có) do hệ thống servo điều khiển, dụng cụ cắt sẽ thực hiện các nguyên công gia công như tiện, khoan, phay để tạo hình chi tiết theo bản vẽ.

Ảnh nguyên lý hoạt động của trục chính trên máy tiện CNC

Các lệnh điều khiển hoạt động của trục chính máy tiện CNC

M03: Khởi động trục chính quay theo chiều kim đồng hồ (chiều thuận).

M04: Khởi động trục chính quay ngược chiều kim đồng hồ (chiều nghịch).

M05: Dừng trục chính ngay lập tức.

Sxxxx: Đặt tốc độ quay của trục chính theo vòng/phút (RPM). Ví dụ: S1500 sẽ đặt tốc độ 1500 vòng/phút.

G96: Bật chế độ Tốc độ cắt không đổi (Constant Surface Speed - CSS). Trong chế độ này, máy sẽ tự động điều chỉnh tốc độ vòng quay (RPM) của trục chính để duy trì tốc độ cắt bề mặt không đổi, đặc biệt hữu ích khi tiện mặt đầu hoặc tiện côn để đạt được độ bóng bề mặt đồng đều.

G97: Hủy chế độ Tốc độ cắt không đổi và chuyển về chế độ tốc độ quay trục chính theo RPM cố định.

M19: Lệnh định vị trục chính (Spindle Orientation). Lệnh này cho phép trục chính dừng ở một vị trí góc xác định, thường được dùng cho các nguyên công khoan lỗ trên mặt biên hoặc các thao tác cần định vị chính xác phôi.

Ảnh bộ điều khiển máy tiện CNC

Dựa trên thông tin chi tiết về cấu tạo và phân loại trục chính máy tiện CNC, được xem là "trái tim" của máy, có thể khẳng định rằng máy tiện CNC là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong nhóm các loại máy gia công cơ khí. Việc nắm vững cấu tạo và các loại truyền động khác nhau của trục chính giúp người vận hành tối ưu hóa hiệu suất, độ chính xác và tuổi thọ của máy. Hiểu biết sâu sắc về trục chính sẽ hỗ trợ việc lựa chọn đúng thiết bị, đảm bảo chất lượng sản phẩm và nâng cao hiệu quả sản xuất trong ngành cơ khí hiện đại. Hiểu sâu về cấu tạo trục chính máy tiện CNC là chìa khóa nâng cấp hiệu suất và chất lượng sản xuất trong mọi giai đoạn của Kỷ Nguyên Máy. Nếu doanh nghiệp của bạn cần tư vấn chuyên sâu hoặc đầu tư các dòng máy tiện CNC hiện đại, hãy liên hệ hotline: 077.209.8686 để được đội ngũ chuyên gia hỗ trợ nhanh chóng và chuyên nghiệp.

>> 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 Phay CNC 3 Trục Chi Tiết Và Đầy Đủ
• Khám Phá Cấu Tạo Máy Phay CNC Và Chức Năng Từng Bộ Phận x
• 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
• Máy Tiện Kim Loại Là Gì? Top 5 Máy Tiện Kim Loại Phổ Biến Hiện Nay
• Các Loại Máy Tiện CNC: 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