Nguyên lý làm việc của máy mài dao tua lại là gì?

A Máy mài dao tua lại hoạt động dựa trên nguyên tắc loại bỏ vật liệu mài mòn có kiểm soát : một bánh mài quay được đưa vào tiếp xúc chính xác, có thể lặp lại với lưỡi cắt của dao xẻ tròn, loại bỏ các lớp vi mô của thép bị mòn hoặc hư hỏng để khôi phục lại góc cắt sắc nét, chính xác về mặt hình học. Toàn bộ quá trình được điều chỉnh bởi ba hệ thống phụ phụ thuộc lẫn nhau -- bộ truyền động bánh mài, cơ cấu giữ và xoay dao, và hệ thống kiểm soát cấp liệu -- hoạt động theo trình tự phối hợp để tạo ra biên dạng cạnh nhất quán, có thể lặp lại.

Trong thực tế, máy kẹp dao tròn trên một trục chính xác, quay nó với tốc độ được kiểm soát và di chuyển bánh mài ngang qua mặt dao với tốc độ tiến dao và độ sâu cắt được lập trình. Kết quả là một góc xiên được khôi phục chính xác đến trong khoảng /-0,5 độ và độ nhám bề mặt thường nằm trong khoảng Ra 0,2 đến Ra 0,8 micromet , tùy thuộc vào đặc điểm kỹ thuật của bước hoàn thiện.

Bánh mài: Bộ phận cắt chính

Bánh mài là trái tim chức năng của máy. Nó là một công cụ mài mòn liên kết - có nghĩa là các hạt mài mòn (chất cắt) được giữ với nhau bằng ma trận liên kết thủy tinh, nhựa hoặc kim loại. Khi bánh xe quay ở tốc độ ngoại vi cao, mỗi hạt mài mòn lộ ra hoạt động như một công cụ cắt một điểm, cắt một mảnh thép dao nhỏ sau mỗi lần đi qua. Về nguyên tắc, điều này giống hệt với gia công thông thường, nhưng ở quy mô vi mô liên quan đến hàng triệu điểm cắt cùng một lúc.

Tốc độ bánh xe và tốc độ loại bỏ vật liệu

Tốc độ ngoại vi của bánh mài thường được duy trì trong khoảng 25 và 35 m/s cho bánh xe oxit nhôm thông thường, và lên đến 45 m/giây dành cho bánh xe siêu mài mòn CBN (Cubic Boron Nitride) được sử dụng trên thép công cụ cứng hoặc dao cacbua. Tốc độ ngoại vi cao hơn làm tăng số lượng tiếp điểm cắt mỗi giây, cải thiện độ bóng bề mặt đồng thời giảm tải phoi trên mỗi hạt -- giúp kéo dài tuổi thọ bánh xe.

Tốc độ loại bỏ vật liệu (MRR) được biểu thị bằng milimét khối thép được loại bỏ mỗi giây. Trong mài dao, độ sâu cắt trên mỗi lần cắt được cố tình giữ ở mức nông -- thường 0,005 đến 0,02 mm mỗi lần vượt qua -- để tránh làm hỏng lưỡi dao do nhiệt. Nhiệt độ quá cao trong quá trình mài có thể làm giảm độ cứng của thép trong phạm vi 0,1 đến 0,3 mm tính từ lưỡi cắt, một hiện tượng được gọi là làm mềm hoặc cháy do nhiệt, khiến thép bị xỉn màu nhanh chóng khi sử dụng.

Các loại mài mòn và ứng dụng của chúng

• Nhôm oxit (Al2O3): Chất mài mòn tiêu chuẩn dành cho dao bằng thép tốc độ cao (HSS) và thép công cụ có độ cứng trung bình được sử dụng trong sản xuất giấy và vải không dệt. Tiết kiệm chi phí và có sẵn rộng rãi.
• Cacbua silic (SiC): Được sử dụng cho các vật liệu cứng hơn, giòn hơn. Ít phổ biến hơn trong mài dao nhưng có thể áp dụng cho một số lưỡi được phủ gốm.
• CBN (Boron Nitride khối): Siêu mài mòn thích hợp cho dao có độ cứng trên 60 HRC. Cung cấp tuổi thọ bánh xe dài hơn đáng kể -- thường 50 đến 100 lần dài hơn nhôm oxit -- và độ ổn định nhiệt vượt trội (nguồn: Sổ tay mài mòn Norton, 2019).
• Kim cương: Được sử dụng để mài dao cacbua vonfram. Bánh xe kim cương là bắt buộc đối với lưỡi cacbua vì vật liệu mài mòn thông thường không thể cắt cacbua một cách hiệu quả.

Cách cầm và xoay dao: Đảm bảo độ đồng tâm

Để quá trình mài cho ra kết quả có thể sử dụng được, dao tròn phải được cầm và xoay với độ chính xác cao. Độ đảo (độ lệch tâm) của dao trong quá trình mài trực tiếp chuyển thành sự thay đổi đường kính trên lưỡi dao đã hoàn thiện . Trong các ứng dụng máy xẻ rãnh trong đó nhiều dao phải có đường kính khớp nhau trong khoảng 0,01 mm, bất kỳ độ đảo trục chính nào đều không được chấp nhận.

Dao được gắn trên trục chính được mài chính xác bằng cách sử dụng mâm cặp ống kẹp, tấm mặt từ tính hoặc trục giãn nở thủy lực, tùy thuộc vào đường kính lỗ khoan của dao và thiết kế máy. Độ đảo trục chính trên máy mài dao tua lại chất lượng được duy trì ở mức dưới 0,003 mm (3 micromet) TIR (Đọc chỉ số tổng), một thông số kỹ thuật được xác minh trong quá trình kiểm tra nghiệm thu máy.

Tốc độ quay của dao

Bản thân con dao sẽ quay chậm trong quá trình mài -- thường ở 5 đến 30 vòng/phút -- cho phép bánh mài hoạt động dần dần xung quanh toàn bộ chu vi. Vòng quay chậm này đảm bảo rằng cung tiếp xúc giữa bánh xe với dao được duy trì nhất quán, tạo ra một góc xiên đồng đều không có điểm phẳng hoặc điểm cao xung quanh chu vi dao. Một số máy mài dao theo các bước góc cố định thay vì xoay liên tục, đặc biệt khi mài dao có đặc điểm hướng tâm hoặc hư hỏng cục bộ ở một khu vực.

Hệ thống cấp liệu: Kiểm soát độ sâu và chuyển động ngang

Hệ thống cấp liệu điều khiển hai trục chuyển động độc lập cùng nhau xác định kết quả nghiền:

• Bước tiến (độ sâu của trục cắt): Di chuyển bánh mài về phía mặt dao theo từng bước nhỏ đến mức 0,001 mm mỗi bước. Trục này xác định lượng vật liệu được loại bỏ trong mỗi chu kỳ mài và kiểm soát đường kính dao cuối cùng.
• Traverse (trục trượt ngang): Di chuyển bánh mài theo chiều rộng của mặt vát dao. Tốc độ di chuyển ngang - thường 50 đến 300 mm/phút -- kết hợp với độ sâu tiến dao quyết định độ hoàn thiện bề mặt và sinh nhiệt. Di chuyển ngang chậm hơn khi tiến dao nông tạo ra độ hoàn thiện mịn hơn; di chuyển nhanh hơn khi tiến dao sâu hơn sẽ loại bỏ vật liệu nhanh hơn nhưng có kết cấu bề mặt thô hơn.

Trên các máy được trang bị CNC như dòng MCD Máy mài dao tua lại , cả hai trục đều được điều khiển bằng servo và được điều khiển bởi bộ điều khiển logic khả trình (PLC) hoặc bộ CNC chuyên dụng. Người vận hành nhập góc vát mục tiêu, tổng lượng phôi được loại bỏ, số lần gia công thô và hoàn thiện cũng như tốc độ di chuyển ngang; máy thực hiện chu trình một cách tự động và lặp lại nó giống hệt nhau cho mỗi con dao trong mẻ.

Sự hình thành góc xiên: Hình học của quá trình mài

Góc vát - góc bao gồm của lưỡi cắt dao - được xác định bởi mối quan hệ góc giữa mặt đá mài và mặt dao tại điểm tiếp xúc. Mối quan hệ này được thiết lập bằng cách nghiêng đầu mài hoặc trục dao đến góc mong muốn trước khi chu trình mài bắt đầu.

Các góc vát chung cho các chất nền khác nhau được thể hiện trong bảng dưới đây. Đây là những điểm khởi đầu được thiết lập trong ngành; các góc thực tế được tinh chỉnh dựa trên loại thép làm dao và các điều kiện rạch cụ thể.

Biên dạng của bánh mài - dù là mặt phẳng, góc cạnh hay bán kính - cũng góp phần tạo nên hình dạng cạnh cuối cùng. Mặt bánh xe phẳng tạo ra một góc xiên phẳng; một bánh xe có bán kính tạo ra một vết mài rỗng nhẹ, làm giảm góc bao gồm ở đầu lưỡi cắt trong khi vẫn duy trì độ bền của trục phía sau nó. Nghiền rỗng được ưu tiên cho các ứng dụng màng và giấy bạc đòi hỏi độ sắc nét cực cao.

Hệ thống làm mát: Ngăn ngừa hư hỏng do nhiệt

Quá trình mài tạo ra nhiệt ở bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe với phôi thông qua ma sát và biến dạng dẻo của phoi. Nếu không tích cực làm mát, nhiệt độ lưỡi dao có thể tăng lên 300 đến 800 độ C trong vòng vài giây -- cao hơn nhiều so với nhiệt độ ram của hầu hết các loại thép công cụ (thường là 150 đến 250 độ C đối với các ứng dụng có độ cứng quan trọng). Việc vượt quá nhiệt độ ram sẽ làm giảm độ cứng và tạo ra ứng suất kéo dư thúc đẩy vi mạch hoạt động.

Hệ thống làm mát trên máy mài dao tua lại có bốn chức năng:

1. Loại bỏ nhiệt: Chất làm mát ngập nước hướng vào vùng mài sẽ hấp thụ nhiệt từ bề mặt và mang nhiệt ra khỏi dao.
2. Xả chip: Dòng chất làm mát loại bỏ phoi kim loại và mảnh vụn mài mòn khỏi khu vực mài, ngăn ngừa việc cắt lại phoi làm suy giảm bề mặt hoàn thiện.
3. Vệ sinh bánh xe: Dòng nước làm mát liên tục hạn chế tải (tắc nghẽn) bề mặt bánh xe bằng các hạt kim loại, duy trì hiệu quả cắt.
4. Phòng chống ăn mòn: Chất làm mát gốc nước bao gồm chất ức chế rỉ sét để bảo vệ cả bề mặt dao mài và kết cấu máy.

Nồng độ chất làm mát thường được duy trì ở mức 3 đến 8% dầu hòa tan trong nước hoặc chất làm mát tổng hợp , được cân bằng để cung cấp chất bôi trơn mà không thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn trong bể chứa (nguồn: Hướng dẫn quản lý chất lỏng gia công kim loại IMTS, 2021). Bảo trì bể chứa -- bao gồm kiểm tra nồng độ, theo dõi độ pH (mục tiêu pH 8,5 đến 9,5) và thay thế chất lỏng thường xuyên -- là một phần tiêu chuẩn của quá trình bảo trì máy.

Chỉnh sửa bánh xe: Khôi phục bánh mài

Khi bánh mài hoạt động, các hạt mài mòn bị mòn và trở nên xỉn màu, đồng thời mặt bánh mài chứa nhiều hạt kim loại. Điều này dần dần làm giảm hiệu quả cắt và làm giảm độ bóng bề mặt. Chỉnh sửa là quá trình mài lại và mài lại bánh mài sử dụng dụng cụ gia công kim cương -- có thể là viên kim cương một điểm, cuộn kim cương hoặc máy cắt kim cương quay được gắn trên máy.

Trong quá trình mài, dụng cụ kim cương đi ngang qua mặt bánh xe với tốc độ tiến dao được kiểm soát, bẻ gãy và loại bỏ lớp ngoài cùng của bánh xe để lộ ra hạt mài mòn mới, sắc nét. Việc mài mòn cũng khắc phục mọi tình trạng không tròn phát triển do bánh xe mòn không đều. Trên máy CNC, việc mài được lập trình như một phần của chu trình tự động và được thực hiện sau một số lần dao đi qua hoặc khi vượt quá ngưỡng lực hoặc công suất -- đảm bảo bánh xe luôn ở trạng thái tối ưu mà không cần sự can thiệp của người vận hành.

Bù mài mòn bánh xe là một chức năng liên quan: khi đường kính bánh xe giảm do mài mòn và mài mòn thông thường, bộ điều khiển CNC sẽ tự động bù đắp vị trí tiến dao để duy trì độ sâu cắt chính xác. Nếu không có sự bù đắp này, đường kính bánh xe co lại sẽ dần dần tạo ra các góc xiên của dao có kích thước nhỏ hơn. Trên các máy như dòng MCD Máy mài dao tua lại , việc bù này được xử lý tự động, loại bỏ nhu cầu hiệu chỉnh bù đường kính thủ công giữa các chu kỳ.

Chu trình mài hoàn chỉnh: Từng bước

Hiểu từng giai đoạn của chu trình mài giúp người vận hành tối ưu hóa cài đặt máy cho loại và tình trạng dao cụ thể của họ:

1. Gắn dao và cài đặt mốc: Dao được gắn trên trục xoay và máy thăm dò mặt dao để thiết lập vị trí bắt đầu. Dữ liệu này đảm bảo rằng việc loại bỏ toàn bộ vật liệu đã lập trình được áp dụng từ bề mặt dao hiện tại thực tế chứ không phải từ vị trí lý thuyết.
2. Các bước gia công thô: Bánh mài loại bỏ phần lớn vật liệu bị mòn hoặc hư hỏng ở độ sâu tiến dao cao hơn (thường là 0,01 đến 0,02 mm mỗi lần vượt qua ) và di chuyển nhanh hơn. Nhiều đường chuyền có thể được thực hiện trong giai đoạn này tùy thuộc vào mức độ hư hỏng của cạnh.
3. Lượt bán kết: Nguồn cấp dữ liệu được giảm xuống 0,005 đến 0,01 mm mỗi lần vượt qua và tốc độ di chuyển giảm. Những bước này điều chỉnh hình học góc xiên được thiết lập trong quá trình gia công thô và đưa độ nhám bề mặt vào phạm vi chấp nhận được cho giai đoạn hoàn thiện.
4. Vượt qua kết thúc: Bước cuối cùng sử dụng lượng tiến dao tối thiểu (thường 0,001 đến 0,003 mm hoặc đường chạy tia lửa điện ở mức tiến dao bằng 0) và đường chạy chậm nhất để tạo ra độ bóng bề mặt cuối cùng. Các đường tia lửa điện - nơi bánh xe di chuyển mà không cần tiến thêm - cho phép lực mài còn lại thư giãn và tạo ra lớp hoàn thiện mịn hơn so với các giai đoạn gia công thô hoặc bán tinh.
5. Đo và xác minh đường kính: Sau khi mài, đường kính dao được đo trên máy bằng đầu dò tiếp xúc hoặc ngoại tuyến bằng micromet. Kết quả được so sánh với đường kính mục tiêu và dải dung sai. Nếu trong giới hạn cho phép, con dao sẽ được thả ra; nếu ở bên ngoài, các đường khắc phục bổ sung sẽ được thực hiện.

Điều khiển CNC: Tự động hóa độ chính xác và khả năng lặp lại

Máy mài thủ công yêu cầu người vận hành có tay nghề cao để đặt độ sâu cắt, tốc độ di chuyển ngang và góc cho mỗi con dao - tạo ra sự thay đổi giữa những người vận hành và giữa các ca. Máy mài dao tua lại được điều khiển bằng CNC thay thế các đầu vào thủ công này bằng các chương trình được lưu trữ, đảm bảo rằng mỗi con dao được mài theo một chương trình nhất định sẽ nhận được hình dạng cạnh giống hệt nhau bất kể ai vận hành máy .

Bộ điều khiển mài CNC hiện đại lưu trữ nhiều chương trình dao (thường là 50 đến 200 chương trình trên các hệ thống tầm trung), mỗi chương trình chứa:

• Cài đặt góc xiên
• Số lần gia công thô, bán tinh và hoàn thiện
• Độ sâu tiến dao trên mỗi lượt cho từng giai đoạn
• Tốc độ di chuyển cho từng giai đoạn
• Tốc độ quay dao
• Tần suất thay đồ và thông số cấp liệu của tủ
• Đường kính dao mục tiêu và dung sai

Khả năng lập trình này đặc biệt có giá trị trong các cơ sở chuyển đổi đa chất nền, nơi cùng một máy phải mài dao cho giấy, màng và giấy bạc. Việc chuyển đổi giữa các loại dao chỉ yêu cầu thu hồi chương trình chứ không phải cấu hình lại cơ học -- giảm thời gian thiết lập từ 15 đến 30 phút (thủ công) đến dưới 2 phút (gọi lại chương trình CNC) .

Nguyên tắc làm việc chuyển thành hiệu suất trong thế giới thực như thế nào

Nguyên lý làm việc được mô tả ở trên -- loại bỏ mài mòn có kiểm soát, xoay dao chính xác, trục nạp được lập trình, làm mát chủ động và bù bánh xe tự động -- kết hợp để tạo ra kết quả có thể đo lường được trong hoạt động chuyển đổi:

Dữ liệu trong bảng trên dựa trên các so sánh điểm chuẩn ngành do Ủy ban Kỹ thuật AIMCAL (Hiệp hội các nhà luyện kim, phủ và cán mỏng quốc tế) công bố năm 2022. Kết quả thực tế khác nhau tùy theo loại thép làm dao, chất nền và tình trạng máy.

Tuổi thọ chu trình mài lại kéo dài có thể đạt được nhờ máy CNC vận hành đúng cách là kết quả trực tiếp từ môi trường nhiệt được kiểm soát (ngăn ngừa hiện tượng mềm cạnh) và loại bỏ vật liệu nhất quán (ngăn chặn việc mài quá mức làm tăng tốc độ mất đường kính). Trên một quần thể dao gồm 200 lưỡi, sự khác biệt giữa 6 và 14 chu kỳ mài lại thể hiện 8 tuổi thọ bổ sung cho mỗi con dao -- trực tiếp giảm chi phí mua sắm lưỡi dao hàng năm.