ANH – Công ty 1st Machine Tool Accessories đã cho biết lý do tại sao lực kẹp chính xác của trục gá bung (expanding mandrels) (*) là lựa chợn lý tưởng cho việc gia công số lượng lớn với dung sai khắt khe.
(*) Trục gá bung (hay trục gá nở, trục gá nở trong): là một loại đồ gá cơ khí chuyên dụng trong gia công cơ khí chính xác, dùng để giữ chặt phôi từ phía bên trong lỗ (đường kính trong). Thay vì kẹp từ bên ngoài như mâm cặp thông thường, trục gá sẽ nở ra để bám chặt vào bề mặt trong của phôi.

Công ty 1st Machine Tool Accessories (1st MTA) chuyên về hệ thống kẹp phôi và tự động hóa, cung cấp cho các nhà thầu phụ và nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM – original equipment manufacturer) tại Anh và Ireland một loạt đa dạng các dòng trục gá bung với độ chính xác cao (bao gồm dòng tiêu chuẩn và theo yêu cầu), các giải pháp này được hỗ trợ bởi đội ngũ thiết kế và phát triển giàu kinh nghiệm tại thành phố Salisbury (phía nam nước Anh). Công ty 1st MTA là đơn vị tiên phong thúc đẩy phương pháp kẹp phôi bằng đường kính trong để gia công. Theo nhận định của công ty 1st MTA, những ưu thế vượt trội của phương pháp này hiện vẫn chưa được các công nhân vận hành khai thác đúng mức và thường xuyên như kỳ vọng. 

Dòng sản phẩm tiêu chuẩn dạng mô-đun bao gồm các loại kích hoạt bằng tay, khí nén hoặc thủy lực, có khả năng kẹp tự động các dải đường kính trong từ 12,5 đến 178 mm. Mỗi sản phẩm đều sở hữu biên độ bung rộng, cho phép thích ứng với nhiều kích thước đường kính khác nhau; đồng thời bề mặt kẹp có thể được mài chính xác để phù hợp với các kích cỡ lỗ không tiêu chuẩn. Nhiều phương án cải tiến sản phẩm và giải pháp chìa khóa trao tay luôn sẵn sàng để đáp ứng các yêu cầu đặc biệt với thời gian giao hàng nhanh chóng.

Trục gá bung ngày càng được công nhận là giải pháp đồ gá tối ưu cho các máy tiện CNC (computer numerical control) độ chính xác cao, mài tròn đường kính ngoài, cũng như phay và khoan đa trục. Thiết bị này mang lại sự ổn định, khả năng lặp lại và độ đồng tâm mà các loại mâm cặp ba chấu truyền thống hay ống kẹp (collet) tiêu chuẩn khó đạt được. Độ đảo tổng (TIR – total indicated runout) (*) ​​thường xuyên đạt mức dưới 0,005 mm khi sử dụng trục gá, một lợi thế lớn trong gia công chính xác. Chỉ số này vượt trội hơn hẳn so với mâm cặp ba chấu (dao động từ 0,02 đến 0,05 mm) hoặc các loại ống kẹp chất lượng cao (từ 0,01 đến 0,02 mm).
(*) Độ đảo tổng (TIR): đo lường sự chênh lệch tối đa giữa điểm cao nhất và điểm thấp nhất trên bề mặt chi tiết khi nó xoay đủ một vòng quanh trục tham chiếu.

Việc cố định phôi từ đường kính trong giúp toàn bộ bề mặt ngoài của chi tiết được lộ ra, tạo điều kiện thuận lợi cho dao cắt tiếp cận. Phương pháp này cho phép gia công hoàn tất mọi đặc tính bề mặt ngoài, bao gồm các vai, biên dạng phức tạp và mặt đầu của chi tiết, chỉ trong một lần gá đặt. Đây là điều không thể thực hiện được nếu sử dụng các cơ cấu kẹp ngoài gây cản trở bề mặt gia công. Bằng cách sử dụng lỗ đã được gia công trước đó làm chuẩn định vị chính cho các bước tiếp theo, trục gá đảm bảo độ đồng tâm và độ vuông góc tuyệt đối giữa các đặc tính bên ngoài và trục của chi tiết.

Trục gá bung thuộc danh mục sản phẩm tiêu chuẩn của công ty 1st MTA

Khác với phương pháp kẹp ngoài (vốn dễ gây ra biến dạng cho các chi tiết có thành mỏng hoặc dễ hư tổn do sự chênh lệch áp suất tại các điểm tiếp xúc của chấu kẹp quanh chu vi), trục gá bung cung cấp lực kẹp đồng nhất trên toàn bộ bề mặt lỗ khoan. Hơn nữa, đối với các chi tiết có bề mặt ngoài đã được mài, đánh bóng hoặc hoàn thiện, phương pháp kẹp trong giúp ngăn ngừa hư hại cho đường kính ngoài. Việc loại bỏ hoàn toàn các vết hằn của chấu kẹp, vết trầy xước và hiện tượng biến dạng giúp bảo toàn tính nguyên vẹn và chất lượng của thành phẩm.

Ví dụ, khi ứng dụng trên trục phụ của máy tiện trục đôi có hệ thống cấp phôi thanh, kỹ thuật kẹp này mang lại khả năng đồng tâm vượt trội giữa phôi và trục chính. Giải pháp này loại bỏ triệt để độ lệch tâm và sự biến động lực kẹp thường thấy ở mâm cặp, đồng thời khắc phục hạn chế về diện tích tiếp xúc hẹp của ống kẹp.

Trong trường hợp máy tiện thực hiện gia công phôi rời thay vì phôi thanh và có tích hợp robot hoặc cobot (robot cộng tác), một góc côn nhẹ có thể được gia công ở đầu ống lót của trục gá trên trục phụ. Thiết kế này cho phép bù đắp những sai lệch nhỏ trong vị trí của tay gắp trong quá trình chuyển phôi tự động từ trục chính. Đặc biệt, nếu gia công phôi dạng ống thay vì phôi thỏi, việc sử dụng trục gá trên cả hai trục làm việc là một giải pháp tối ưu.

Đối với các ứng dụng yêu cầu độ cứng cao và độ chính xác cao nhất, thiết kế tiên tiến của trục gá 1st MTA tích hợp hệ thống tiếp xúc kép, côn đôi (double-taper). Cấu hình này đảm bảo độ song song tuyệt đối giữa lỗ phôi và trục máy, loại bỏ hiện tượng võng trục và rung lắc trong quá trình cắt gọt kim loại. Bằng cách tiếp xúc với lỗ của chi tiết tại hai điểm riêng biệt gần mặt trước và mặt sau, hệ thống đảm bảo chi tiết được kéo chặt và vuông góc vào mặt tỳ chuẩn đã được mài chính xác trên thân trục gá.

Trục gá phức tạp, nhiều bộ phận được thiết kế để giải quyết một vấn đề sản xuất cụ thể

Định vị trục chính xác giúp tăng độ lặp lại và độ ổn định của trục Z, điều này rất cần thiết cho việc phay mặt phẳng và tạo rãnh. Thiết kế côn kép cũng cải thiện khả năng chống lại lực xoắn và uốn sinh ra trong quá trình gia công, cho phép tốc độ tiến dao cao hơn và chiều sâu cắt lớn hơn mà không gây ra rung lắc hoặc lệch tâm.

Việc định vị chính xác theo trục giúp nâng cao độ lặp lại và độ ổn định của trục Z, yếu tố then chốt đối với gia công tiện mặt đầu và tiện rãnh. Kết cấu côn kép còn làm tăng khả năng chống lại các lực xoắn và lực uốn phát sinh trong quá trình gia công, cho phép tốc độ tiến dao cao hơn và chiều sâu cắt lớn hơn mà không gây rung lắc hay lệch tâm.

Hiệu quả có thể được nâng cao khi sử dụng các loại trục gá có tích hợp các tính năng an toàn. Trong các môi trường tự động hóa và sản xuất số lượng lớn, một số trục gá được thiết kế ở trạng thái nén sẵn và chỉ cần áp suất thủy lực hoặc khí nén để nhả ra. Trong các hệ thống này, cơ cấu lò xo duy trì trục gá ở trạng thái mở rộng và kẹp chặt theo mặc định, ngăn ngừa hiện tượng nới lỏng ngoài ý muốn trong trường hợp mất điện hoặc mất áp suất.

Để kẹp chặt các chi tiết dạng ống dài, thành mỏng, có chiều dài lên đến một mét hoặc thậm chí hơn, trục gá có thể được trang bị nhiều đoạn ống kẹp, đôi khi lên đến tám hoặc chín đoạn. Các đoạn này phân bố lực kẹp đồng đều trên diện tích lớn, bảo đảm biến dạng của chi tiết là tối thiểu trong khi vẫn giữ chắc chắn để hấp thụ các lực cắt lớn. Trình tự đóng của các ống lót có thể lập trình để chúng kẹp lần lượt, nhằm bảo đảm độ chính xác về vị trí.

Các ống lót chuyên dụng có thể được thiết kế để kẹp các chi tiết không phải hình trụ, chẳng hạn như then hoa, bánh răng hoặc các biên dạng trong đặc biệt, qua đó mở rộng phạm vi ứng dụng vượt ra ngoài các lỗ trơn thông thường. Dù là tiện hay mài, trục gá bung không chỉ mang lại độ đảo tổng (TIR) vượt trội mà còn bảo đảm lực kẹp ổn định hơn và tăng tuổi thọ dao cắt nhờ giảm rung động, đồng thời rút ngắn thời gian gá đặt và giảm phế phẩm.

Ít người biết rằng giải pháp kẹp phôi này phù hợp để sử dụng trên các trung tâm gia công nhằm cố định các chi tiết trong quá trình phay và khoan. Nếu một chi tiết hình lăng trụ có lỗ, dù là hình tròn, hình vuông hay hình lục giác, thì việc gia công chi tiết đó trước rồi kẹp chặt bằng một trục gá có hình dạng phù hợp để hoàn thành việc gia công các chi tiết khác trên năm mặt đều rất dễ dàng, với độ chính xác rất cao.

Ít được biết đến hơn là giải pháp kẹp chặt này cũng phù hợp để sử dụng trên các máy gia công nhằm cố định chi tiết trong các quá trình phay và khoan. Nếu một chi tiết dạng lăng trụ có lỗ, dù là tròn, vuông hay lục giác, có thể dễ dàng gia công chi tiết đó trước, sau đó kẹp chặt bằng trục gá có hình dạng phù hợp để hoàn thiện các chi tiết khác trên năm mặt còn lại, vẫn đạt được độ chính xác cao.

Ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất
Độ chính xác và tính ổn định cao của trục gá bung đã biến chúng trở thành thiết bị thiết yếu trong các ngành sản xuất có quy định nghiêm ngặt, nơi mà độ chính xác kích thước và tính nguyên vẹn của các chi tiết quan trọng là ưu tiên hàng đầu. Ngành hàng không vũ trụ là đơn vị ứng dụng tiêu biểu, xuất phát từ các tiêu chuẩn chất lượng khắt khe, hình dạng chi tiết phức tạp và yêu cầu cao về độ chính xác. Trục gá bung đóng vai trò quan trọng trong việc gia công các bộ phận như: cánh tuabin, đĩa cánh quạt, các bộ phận của động cơ máy bay và các cụm kết cấu, thường có thành mỏng, hình dạng phức tạp hoặc yêu cầu bề mặt hoàn thiện chất lượng cao.

Ngành sản xuất ô tô, đặc biệt là phân khúc xe hiệu suất cao, cũng là đối tượng hưởng lợi chính. Trục gá được sử dụng để gia công các bộ phận quan trọng của hệ thống truyền động, bao gồm: trục khuỷu, trục cam, bánh răng truyền động và các linh kiện hệ thống lái. Tại đây, độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất vận hành, độ ồn, độ rung và độ xóc của xe. Khi ngành công nghiệp chuyển dịch sang xe điện, việc ứng dụng trục gá bung sẽ càng gia tăng nhằm đáp ứng dung sai chặt chẽ và tính đồng nhất cần thiết cho hệ truyền động điện thế hệ mới.

Ngoài các lĩnh vực trọng điểm nêu trên, trục gá còn được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như: gia công bánh răng, mài và kiểm tra chất lượng, gia công linh kiện ngành đường sắt và sản xuất van công nghiệp. Điểm chung xuyên suốt trong tất cả các ngành công nghiệp này là nhu cầu về một giải pháp đồ gá có khả năng: duy trì ổn định mức độ chính xác cao nhất, chịu được lực cắt lớn mà không gây trượt phôi hay rung lắc, và đảm bảo các chi tiết gia công cuối cùng hoàn toàn đồng tâm và vuông góc với chuẩn định vị bên trong đã thiết lập trước đó.

Để xem các tin bài khác về “Trục gá bung”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Machinery