MỸ – Giá đỡ dụng cụ thủy lực: các lợi ích, hạn chế, thiết lập và ứng dụng.
Dòng sản phẩm kẹp thủy lực của Công ty Kennametal
Ông Ronald West, Giám đốc sản phẩm toàn cầu cấp cao, Hệ thống dụng cụ tại công ty Kennametal, ở thành phố Latrobe (thuộc bang Pennsylvania, Mỹ), đã lưu ý rằng khi làm việc với các công cụ cắt chất lượng cao và các ứng dụng chính xác, điều quan trọng là cần sử dụng giá đỡ tốt nhất có thể để mang lại độ cứng, độ lệch tâm tốt hơn và tăng tuổi thọ của dụng cụ, đó chính là lúc giá đỡ thủy lực phát huy tác dụng.
Giá đỡ thủy lực là một dụng cụ chính xác được sử dụng trong gia công bằng máy được điều khiển số thông qua máy tính (CNC – computerized numerical control) để giữ chặt các dụng cụ cắt như mũi khoan, dao phay và dao doa tại chỗ, đồng thời đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Các công cụ này sử dụng áp suất chất lỏng thủy lực để đạt được lực kẹp đồng đều xung quanh chuôi công cụ, mang lại nhiều lợi ích. Tuy nhiên, đầu kẹp thủy lực có thể không phù hợp với mọi ứng dụng. Điều quan trọng là cần hiểu cách thức hoạt động của giá đỡ công cụ thủy lực và những hạn chế, cũng như lợi thế mà các công cụ này mang lại.
Cấu tạo của một giá đỡ thủy lực Bất kể nhà sản xuất nào, nơi kết hợp nghiên cứu, thiết kế và sở hữu trí tuệ của riêng mình vào quá trình phát triển công cụ, tất cả các giá đỡ dụng cụ thủy lực đều sở hữu các thành phần và chức năng chung giúp các công cụ này trở nên hiệu quả.
Thân giá đỡ Thiết bị có cấu trúc và chứa các thành phần bên trong như buồng thủy lực. Nó thường được làm từ thép hợp kim cao cấp để đảm bảo độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn, biến dạng. Nó phải cung cấp thiết kế cân bằng cho các ứng dụng tốc độ cao để giảm rung động.
Taper Phần hình nón kết nối giá đỡ dụng cụ với trục chính của máy CNC. Phần côn mài chính xác, đảm bảo tính vừa vặn chính xác với trục chính của máy. Các tiêu chuẩn chung bao gồm CAT (V-Flange), BT, HSK và Capto (hoặc PSC Polygonal), được lựa chọn dựa trên yêu cầu của máy.
Buồng thủy lực Đây là một buồng kín chứa đầy chất lỏng thủy lực, là cơ chế cốt lõi của giá đỡ dụng cụ. Khi được nén, chất lỏng thủy lực sẽ giãn nở, tạo ra lực kẹp đều xung quanh chuôi dụng cụ. Buồng này bao gồm các đặc tính giảm chấn để giảm độ rung, giúp gia công mượt hơn và cải thiện bề mặt hoàn thiện.
Ống kẹp hoặc màng thủy lực Ống kẹp linh hoạt này nằm bên trong khoang thủy lực và nén lại để giữ chặt dụng cụ. Nó đảm bảo áp lực nhất quán lên cán dụng cụ để có độ bám chắc chắn, và không rung. Một số thiết kế cho phép sử dụng ống giảm để phù hợp với đường kính dụng cụ nhỏ hơn.
Lỗ khoan dụng cụ Khoang này trong thân giá đỡ dụng cụ là nơi lắp cán dụng cụ cắt. Nó hoạt động như một giao diện trực tiếp giữa giá đỡ dụng cụ và dụng cụ cắt. Trong các giá đỡ dụng cụ chất lượng cao, nó được gia công chính xác để giảm độ lệch tâm và thường được thiết kế để cho phép sử dụng nhiều đường kính dụng cụ khác nhau nếu sử dụng ống giảm.
Cổng thủy lực Lỗ mở nhỏ này được sử dụng để đổ đầy hoặc điều chỉnh chất lỏng thủy lực nhằm hỗ trợ bảo trì.
Kênh làm mát Các tính năng tùy chọn này bao gồm các đường dẫn bên trong để cung cấp chất làm mát xuyên qua dụng cụ. Chất làm mát xuyên qua dụng cụ, giúp tăng khả năng làm mát và thoát phoi trong quá trình gia công tốc độ cao hoặc khoan lỗ sâu.
Núm giữ hoặc chốt kéo Đây là thành phần có ren ở đầu côn của giá đỡ dụng cụ, khớp với thanh kéo của máy, giữ chặt giá đỡ dụng cụ trong trục chính. Thành phần này phải phù hợp với thông số kỹ thuật của máy CNC để đảm bảo lực kẹp thích hợp.
Tính năng cân bằng Những tính năng này phụ thuộc vào thiết kế giá đỡ dụng cụ, nhưng nhiều tính năng bao gồm các điều chỉnh trọng lượng được tích hợp vào giá đỡ dụng cụ, để duy trì sự cân bằng trong quá trình vận hành tốc độ cao nhằm giảm rung động, hạn chế hư hỏng cho trục chính và giá đỡ dụng cụ. Giá đỡ dụng cụ thường được cân bằng theo tiêu chuẩn ISO G2.5 hoặc tốt hơn ở tiêu chuẩn RPM cụ thể (ví dụ: 20.000 RPM).
Các thành phần tùy chọn Bao gồm ống giảm tốc, cho phép sử dụng đường kính chuôi dao nhỏ hơn trong cùng một giá đỡ dao; và cơ chế chống kéo ra, giúp ngăn dao bị kéo ra trong quá trình gia công mạnh.
Thiết kế này đảm bảo rằng các kẹp dụng cụ thủy lực mang lại độ chính xác cao, độ ổn định tuyệt vời của dụng cụ và khả năng giảm rung hiệu quả, khiến chúng phù hợp với các nhiệm vụ gia công chính xác.
Các tính năng chính của giá đỡ dụng cụ thủy lực Mặc dù có một số điều cần cân nhắc khi chọn giá đỡ dụng cụ, các tùy chọn thủy lực mang lại một số lợi ích và đặc điểm chính.
Giảm rung vượt trội Buồng thủy lực và chất lỏng làm giảm đáng kể độ rung trong quá trình gia công.
Ông Tom Dang, Phó chủ tịch Công ty Lyndex-Nikken (ở vùng Mundelein, bang Illinois, Mỹ), đã nói rằng: “Một trong những đặc điểm quan trọng nhất khiến cho giá đỡ dụng cụ thủy lực trở thành một lựa chọn hấp dẫn là đặc điểm giảm chấn. Nhìn chung, khi cắt, sóng hài của dụng cụ cắt sẽ đi về phía bắc hướng tới trục chính. Vì vậy, nếu không có gì triệt tiêu nó, thì sẽ có tiếng kêu. Khi sử dụng giá đỡ dụng cụ thủy lực, chuôi dao bị giữ lại bởi chất lỏng thủy lực, về cơ bản là triệt tiêu sóng hài và tác động của dụng cụ cắt”.
Hiệu ứng giảm chấn giúp giảm tiếng kêu và độ lệch của dụng cụ, mang lại bề mặt hoàn thiện tốt hơn, tuổi thọ dụng cụ dài hơn và giảm ứng suất lên trục máy, khiến dụng cụ này trở thành lựa chọn tốt để cắt các vật liệu cứng.
Độ lệch tâm tuyệt vời Các giá đỡ dụng cụ thủy lực cung cấp độ chính xác lệch tâm đặc biệt, thường trong vòng 3 µm hoặc ít hơn. Độ lệch tâm của dụng cụ giảm giúp cải thiện độ chính xác gia công, kéo dài tuổi thọ dụng cụ và nâng cao chất lượng hoàn thiện bề mặt.
Độ lệch tâm đặc biệt quan trọng nếu bạn làm việc với dụng cụ nhiều rãnh.
Ông Tom Dang nói tiếp: “Đối với các dụng cụ 8, 10 hoặc 12 rãnh, cần một giá đỡ dụng cụ thủy lực để giúp đảm bảo rtất cả các rãnh đều được cắt như nhau. Nếu có độ lệch tâm, một hoặc hai rãnh có thể không tham gia vào quá trình cắt. Điều này làm giảm hiệu quả của dụng cụ và có thể dẫn đến mài mòn sớm. Đối với các vật liệu khó cắt, việc có nhiều rãnh hơn sẽ dẫn đến cắt tốt hơn, đặc biệt là để loại bỏ phoi và bước qua, và độ lệch tâm tốt là điều cần thiết để điều đó có hiệu quả”.
Tuổi thọ dụng cụ dài hơn Độ lệch tâm và độ rung tối thiểu làm giảm độ mài mòn của dụng cụ cắt, giúp kéo dài tuổi thọ dụng cụ, giảm chi phí dụng cụ và đảm bảo chất lượng gia công đồng nhất. Điều này đặc biệt quan trọng đối với gia công chính xác cao các phôi và dụng cụ đắt tiền.
Ông Ronald West đã nói rằng: “Nếu Quý vị đang làm việc với các công cụ cắt tuyệt vời, Quý vị nên tìm cách sử dụng bộ chuyển đổi tốt nhất có thể để tận dụng tối đa công cụ cắt. Bằng cách sử dụng đầu kẹp thủy lực, khách hàng có thể nhận ra khả năng truyền mô-men xoắn đặc biệt, độ lệch tâm lớn, độ cứng tốt và hiệu ứng giảm chấn bổ sung từ dầu thủy lực, tất cả đều góp phần tăng tuổi thọ của dụng cụ. Đầu kẹp thủy lực, ít nhất, có thể cung cấp tuổi thọ dụng cụ cao hơn khoảng 30% so với các loại đầu kẹp khác”.
Đặc tính giảm chấn của hệ thống giữ dụng cụ thủy lực chính xác, giúp giảm ứng suất lên dụng cụ và trục chính, giúp giảm hao mòn các bộ phận máy, kéo dài tuổi thọ máy và giảm chi phí bảo trì.
Khả năng làm mát xuyên suốt Nhiều giá đỡ dụng cụ thủy lực hỗ trợ cung cấp chất làm mát xuyên suốt, giúp cải thiện hiệu quả làm mát và tăng cường thoát phoi.
Ông Tom Dang đã nói rằng: “Đối với các hoạt động khoan sử dụng kẹp trực tiếp, nghĩa là đặt một dụng cụ 25,4 mm vào giá đỡ thủy lực 25,4 mm, phớt sẽ buộc chất làm mát đi qua tâm của mũi khoan mà không cần thêm bất kỳ cụm lắp ráp nào để bịt kín bề mặt hoặc mặt của kẹp collet (1). Vì các giá đỡ dụng cụ này bịt kín tốt nên phù hợp với bất kỳ hoạt động nào trên đường tâm”. (1) Kẹp collet: là một công cụ thiết yếu trong việc kẹp và giữ chặt các dụng cụ như mũi khoan, dao phay, mũi doa, trục chính và mũi taro trên máy CNC. Đảm bảo chúng được cố định vững chắc trong suốt quá trình gia công.
Dễ sử dụng Giá đỡ dụng cụ thủy lực đơn giản hóa việc kẹp và tháo kẹp, chỉ cần một vít siết chặt hoặc kích hoạt thủy lực. Điều này giúp giảm thời gian thiết lập và công sức của công nhân so với các hệ thống khác.
Ông Tom Dang nói tiếp: “Với kẹp collet, công nhân đôi khi sử dụng những thứ như thanh nối lực (2), có thể làm hỏng đai ốc. Với kẹp thủy lực, công nhân cần đặt dụng cụ vào lỗ khoan, vặn vít và lắp đặt. Không cần thanh nối lực hoặc lắp ráp. Những giá đỡ dụng cụ này rất dễ sử dụng đối với những công nhân chưa có nhiều kinh nghiệm, điều này có thể thúc đẩy các nhà máy chuyển sang sử dụng kẹp thủy lực”. (2) Thanh nối lực (cheater bar): là một dụng cụ tự chế để vặn mở đai ốc, được làm từ một đoạn ống dài và một cờ lê.
Hạn chế của giá đỡ dụng cụ thủy lực Giá đỡ dụng cụ thủy lực mang lại nhiều lợi ích đáng kể, nhưng chúng cũng có những hạn chế. Sau đây là một số điều cần cân nhắc.
Lực kẹp hạn chế Mặc dù một số kẹp dụng cụ thủy lực chính xác có thể so sánh với kẹp gia nhiệt hoặc kẹp cơ học, nhưng không phải tất cả đều có lực kẹp mạnh cần thiết cho một số ứng dụng nhất định.
Ví dụ, gia công thô hoặc mô-men xoắn cao đòi hỏi kẹp chặt hơn để ngăn dụng cụ bị kéo ra.
Ông Ronald West đã nói rằng: “Phay nhẹ ngày nay có sự khác biệt so với vài năm trước. Đó là phay tốc độ cao hoặc phay trochoidal (3), cắt dài hơn và sự tiếp xúc xuyên tâm nhẹ. Ngay cả với sự tiếp xúc xuyên tâm nhẹ, như 10% của máy phay đầu, vẫn có rất nhiều tiếp xúc bề mặt tạo ra lực trên dụng cụ và nó có thể được kéo ra khỏi giá đỡ”. (3) Phay trochoidal: là kiểu phay xoay tròn bao gồm các chuyển động tịnh tiến đồng thời trục x, y. Đây là một phương pháp gia công được sử dụng để tạo ra một rãnh rộng hơn đường kính cắt của dụng cụ cắt, giảm thời gian tiếp xúc liên tục của dao với vật liệu.
Tuy nhiên, các đầu kẹp thủy lực tiêu chuẩn phù hợp nhất cho các hoạt động hoàn thiện, khoan và các hoạt động có độ chính xác cao khác thay vì các ứng dụng cắt mạnh.
Giới hạn đường kính dụng cụ Phần lớn, giá đỡ dụng cụ thủy lực được thiết kế để hoạt động với đường kính chuôi dụng cụ cụ thể và thường yêu cầu ống giảm cho các dụng cụ nhỏ hơn. Sử dụng ống giảm đôi khi có thể làm giảm độ chính xác hoặc tăng thêm một lớp phức tạp cho hoạt động gia công.
Ví dụ, cần có ống lót khi lỗ có đường kính trong (ID – inner diameter) được tạo ra là 25,4 mm, nhưng công nhân lại có máy phay đầu 12,7 mm.
Ông Tom Dang nói thêm: “Vì ống lót là ống lót thẳng, nên màng sẽ không thể truyền lực kẹp chính xác từ trạng thái ban đầu, đi qua ống lót rồi đến thân. Rất khó để thực hiện điều đó. Khi có độ côn trên đường kính ngoài (OD – outsite diameter), giống như kẹp collet ER mũi ta rô, cơ chế khóa trong đó Quý vị có một góc sẽ đẩy mọi thứ vào bên trong. Nhưng khi có ống lót, đó là một vật thẳng. Nếu Quý vị không có lực rất lớn hoặc lực tương đương để đẩy nó, thì đó có thể là một vấn đề. Trong nhiều trường hợp, ống lót sẽ làm giảm lực kẹp”.
Một số dụng cụ cần ống giảm, như những dụng cụ có gia số 3/16 inch, mà hầu hết các giá đỡ dụng cụ thủy lực không đáp ứng được. Những giá đỡ dụng cụ này thường có kích thước ¾, ½, ⅝ inch và tất cả các kích thước danh nghĩa. Bất kỳ dụng cụ nào khác đều cần ống giảm.
Ông Ronald West đã nói rằng: “Tôi luôn muốn đề xuất sử dụng mâm cặp lớn nhất có thể và bọc nó lại nếu cần thiết. Ống giảm chất lượng cao có nhiều kích cỡ dụng cụ. Khi sử dụng ống giảm, nó sẽ tăng bề mặt tiếp xúc trên cán dụng cụ vì nó sử dụng hai dải kẹp, tăng độ bám. Ống giảm cũng tăng thêm một cấp độ linh hoạt khác vì công nhân có thể chuyển từ inch sang mét hoặc mét sang inch mà không cần thêm bộ chuyển đổi nào khác, giúp giảm lượng dụng cụ cần thiết”.
Độ nhạy với nhiệt độ Giá đỡ dụng cụ thủy lực có thể bị ảnh hưởng bởi những thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt vì chất lỏng giãn nở và co lại, làm thay đổi áp suất kẹp.
Ông Tom Dang nói tiếp: “Bất cứ khi nào xoay chất lỏng, đặc biệt là ở tốc độ 15.000 vòng/ phút, tính chất vật lý sẽ phát huy tác dụng. Lực ly tâm sẽ khiến chất lỏng cố bám vào thành, nhưng không có gì để bám vào, và điều đó sẽ tạo ra nhiệt. Nhiệt là một vấn đề lớn với các giá đỡ dụng cụ thủy lực, và tốc độ cao chỉ làm tăng thêm vấn đề”.
Dễ bị kẹp quá mức Áp suất thủy lực quá mức có thể làm biến dạng giá đỡ dụng cụ hoặc cán dụng cụ, làm giảm độ chính xác. Điều quan trọng là phải tuân thủ hướng dẫn về áp suất do nhà sản xuất chỉ định để tránh kẹp quá mức.
Ông Tom Dang chia sẻ: “Nếu người công nhân vặn quá chặt vít, có lực 10 nM có thể tác dụng, vít sẽ biến thành chất lỏng, chiếm không gian và buộc chất lỏng phải kẹp chặt xung quanh màng. Một thứ gì đó phải chịu lực và nó có thể thổi bay lớp niêm phong”.
Nếu không được đào tạo bài bản, công nhân có thể sử dụng sai công cụ, như thanh kẹp, để siết chặt vít, dễ dẫn đến siết quá mức.
Ông Ronald West lưu ý rằng tất cả các giá đỡ thủy lực của công ty Kennametal, đều sử dụng cờ lê lục giác tiêu chuẩn để vặn vít bơm thủy lực cho đến khi dừng hẳn, để hoàn tất khóa dụng cụ. Sự điều chỉnh này loại bỏ nhu cầu sử dụng cờ lê lực và hạn chế việc vặn quá mức, vì vậy giá đỡ dụng cụ rất dễ sử dụng.
Không tương thích với các công cụ không phải hình trụ Các đầu kẹp dụng cụ thủy lực chủ yếu được thiết kế cho các công cụ có chuôi hình trụ.
Ông Ronald nói tiếp: “Nếu dụng cụ cắt có chuôi Weldon Flat hoặc Whistle Notch, nó có thể được sử dụng trong mâm cặp thủy lực nhưng sẽ cần sử dụng ống lót. Việc sử dụng các loại chuôi này gây mất tiếp xúc bề mặt do các đặc điểm này, bằng cách sử dụng ống lót, nó sẽ giúp lấy lại tiếp xúc đó và loại bỏ mọi biến dạng có thể xảy ra đối với màng thủy lực”.
Ông Tom Dang nói thêm rằng một cách để loại bỏ biến dạng của màng là sử dụng ống lót. Ống lót sẽ đóng vai trò như một rào cản tường, chống lại màng và ngăn ngừa cong vênh.
Ngoài ra, mâm cặp thủy lực cũng phải có chuôi với dung sai H6, mà hầu hết các nhà sản xuất dụng cụ tròn sẽ có làm chuôi tiêu chuẩn. Một số dụng cụ bằng thép, như dao phay ngón (4) có thể tìm được, có thể không có chuôi H6.
(4) Dao phay ngón (end mill): là dụng cụ cắt gọt có hình trụ bao xung quanh là các lưỡi cắt với nhiều hình dạng khác nhau cho phép cắt gọt phôi theo nhiều hướng. Đây là loại dao phay được sử dụng rất phổ biến trong gia công cơ khí chính xác, chúng có hình dáng khá giống với các mũi khoan xoắn, tuy nhiên vẫn có thể dễ dàng phân biệt dao phay trụ và mũi khoan bằng phần mũi dao và thiết kế của lưỡi cắt. Nếu như các mũi khoan chỉ có thể cắt theo hướng dọc trục thì dao phay ngón lại cắt theo hướng khác với hướng của trục. Loại dụng cụ này được sử dụng phổ biến trên các máy phay CNC.
Ông Ronald West đã nói rằng: “Nếu sử dụng dụng cụ cán thép, điều quan trọng là cần biết dung sai cán là bao nhiêu vì nhiều dụng cụ cán thép như máy khoan có thể không phải chuôi dung sai H6, và sẽ không kẹp được vào mâm cặp thủy lực. Nhưng nếu khách hàng có thể xác minh dung sai trên cán và đó là H6, thì sẽ đặt chúng được vào giá đỡ thủy lực”.
Thực hành tốt nhất Sau đây là những biện pháp tốt nhất cần ghi nhớ để đảm bảo tận dụng tối đa những lợi ích mà các giá đỡ dụng cụ này mang lại.
Sử dụng ống bọc Ông Ronald West đã giải thích rằng, một trong những cách thực hành tốt nhất để hạn chế độ chạy ra là sử dụng ống bọc. “Một mẹo nhỏ là xoay dụng cụ ở góc 180 độ rồi kiểm tra lại. Khi xoay, hãy chia dụng cụ thành các phần tư để giúp đưa dụng cụ trở lại độ chạy ra 3 µm. Đôi khi có thể giảm độ chạy ra xuống mức 0”.
Kiểm tra độ cân bằng Các giá đỡ dụng cụ này được cân bằng theo tiêu chuẩn G25 ở tốc độ 25.000 vòng/ phút, nhưng điều quan trọng là cân bằng toàn bộ cụm lắp ráp ngay khi thêm ống lót hoặc dụng cụ vào và nếu ứng dụng yêu cầu nó chạy trên 12.000 vòng/ phút.
Đặt dụng cụ hoàn toàn vào lỗ khoan Đặt dụng cụ vào nơi nó chạm vào đáy của giá đỡ dụng cụ, nơi dụng cụ được chôn hoàn toàn vào. Ông Tom Dang đã nói rằng: “Nếu không làm như vậy, rất có thể sẽ làm biến dạng màng. Lỗ khoan với đường kính ID đó sẽ không còn đúng với hình dạng xung quanh, từ trên xuống dưới hoặc từ trước ra sau”.
Bảo quản đúng cách giá đỡ dụng cụ Không bao giờ để giá đỡ dụng cụ được kẹp chặt mà không có dụng cụ. Nếu bơm thủy lực được kích hoạt, nó sẽ đẩy chất lỏng đó và có khả năng gây hư hỏng nếu không có dụng cụ nào trong giá đỡ. Vì có một bơm thủy lực đi kèm, nó sẽ đẩy chất lỏng ngay khi bạn vặn vít truyền động. Điều này có thể gây hư hỏng vì nó sẽ tạo áp lực lên các miếng đệm. Ông Ronald West chia sẻ: “Giống như bất kỳ dụng cụ nào khác, khi không sử dụng, không được cất chúng vào ngăn kéo và để chúng lăn xung quanh. Chúng là những dụng cụ chính xác; hãy sử dụng xe đẩy dụng cụ hoặc hộp đựng dụng cụ. Và đảm bảo rằng chúng được cất giữ đúng cách”.
Không bao giờ đặt giá đỡ dụng cụ vào máy gia nhiệt Ông Ronald lưu ý rằng cần cẩn thận không đặt giá đỡ thủy lực vào máy gia nhiệt (5). Khi nóng lên nhanh chóng, dầu có thể quá nóng và trở nên nguy hiểm. (5) Máy gia nhiệt: hoạt động bằng cách sử dụng các vật chất truyền nhiệt, như dầu hoặc khí, để gia nhiệt cho các vật liệu hoặc sản phẩm trong quá trình sản xuất.
Đảm bảo giữ vệ sinh Luôn luôn là một thói quen tốt để đảm bảo các công cụ sạch sẽ. Ông Ronald nói tiếp: “Nếu Quý vị đang đưa các công cụ vào và ra, và đột nhiên thấy độ lệch tâm thay đổi, thì có lẽ không phải do công cụ. Có thể là do một mảnh vụn hoặc một ít bụi bẩn đã bám vào lỗ khoan. Các bộ chuyển đổi này rất chính xác. Sử dụng chổi quét trong lỗ khoan giữa các lần thay đổi công cụ, để giữ cho công cụ sạch sẽ và loại bỏ bất kỳ mảnh vụn nào bám vào đầu kẹp”.
Để xem các tin bài khác về “Giá đỡ dụng cụ”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Canadian Metalworking
