Yêu cầu kỹ thuật đối với việc mài xích con lăn độ chính xác cao

Yêu cầu kỹ thuật đối với việc mài xích con lăn độ chính xác cao

Trong ngành công nghiệp truyền động,xích con lănCác con lăn là thành phần quan trọng cho việc truyền tải năng lượng và điều khiển chuyển động. Độ chính xác của chúng quyết định trực tiếp đến hiệu quả hoạt động, độ ổn định và tuổi thọ của thiết bị. Quá trình mài, bước cuối cùng trong việc nâng cao độ chính xác trong sản xuất xích con lăn, là yếu tố khác biệt chính giữa xích tiêu chuẩn và xích có độ chính xác cao. Bài viết này sẽ đi sâu vào các yêu cầu kỹ thuật cốt lõi cho việc mài xích con lăn có độ chính xác cao, bao gồm các nguyên tắc quy trình, kiểm soát chi tiết, tiêu chuẩn chất lượng và các kịch bản ứng dụng, cung cấp sự hiểu biết toàn diện về công nghệ quan trọng này hỗ trợ sản xuất thiết bị cao cấp.

1. Giá trị cốt lõi của việc mài xích con lăn độ chính xác cao: Tại sao nó là “nền tảng” của độ chính xác truyền động

Trước khi thảo luận về các yêu cầu kỹ thuật, chúng ta cần làm rõ: Tại sao mài chuyên nghiệp lại cần thiết cho các chuỗi con lăn có độ chính xác cao? So với các phương pháp gia công truyền thống như tiện và phay, mài, với những ưu điểm độc đáo của mình, đã trở thành phương tiện cốt lõi để đạt được độ chính xác ở mức micromet trong các chuỗi con lăn.

Từ góc độ công nghiệp, dù là trong hệ thống định thời động cơ trong sản xuất ô tô, hệ thống truyền động băng tải cho thiết bị hậu cần thông minh, hay hệ thống truyền động trong máy công cụ chính xác, yêu cầu về độ chính xác của xích con lăn đã chuyển từ mức milimét sang mức micromét. Sai số độ tròn của con lăn phải được kiểm soát trong phạm vi 5μm, dung sai lỗ trên tấm xích phải nhỏ hơn 3μm, và độ nhám bề mặt của chốt phải đạt Ra0,4μm hoặc nhỏ hơn. Những yêu cầu độ chính xác khắt khe này chỉ có thể đạt được một cách đáng tin cậy thông qua phương pháp mài.

Cụ thể, giá trị cốt lõi của việc mài xích con lăn độ chính xác cao nằm ở ba lĩnh vực chính:

Khả năng sửa lỗi: Thông qua quá trình cắt tốc độ cao của đá mài, các biến dạng và sai lệch kích thước do các quá trình trước đó gây ra (như rèn và xử lý nhiệt) được loại bỏ chính xác, đảm bảo tính nhất quán về kích thước cho từng chi tiết;

Cải thiện chất lượng bề mặt: Mài giúp giảm độ nhám bề mặt của các chi tiết, giảm tổn thất ma sát trong quá trình vận hành xích và kéo dài tuổi thọ;

Đảm bảo độ chính xác hình học: Đối với các dung sai hình học quan trọng như độ tròn và độ trụ của con lăn, độ thẳng của chốt và độ song song của tấm xích, quy trình mài đạt được độ chính xác kiểm soát vượt xa các phương pháp gia công khác.

II. Các yêu cầu kỹ thuật cốt lõi đối với việc mài xích con lăn độ chính xác cao: Kiểm soát toàn diện từ linh kiện này đến linh kiện khác

Quá trình mài xích con lăn độ chính xác cao không phải là một bước đơn lẻ; mà là một quy trình có hệ thống bao gồm ba thành phần cốt lõi: con lăn, chốt và tấm xích. Mỗi bước đều tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật và thông số vận hành nghiêm ngặt.

(I) Mài bằng con lăn: Một “cuộc chiến ở cấp độ micron” giữa độ tròn và độ trụ

Các con lăn là thành phần quan trọng trong sự ăn khớp của xích con lăn và bánh răng. Độ tròn và độ trụ của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến độ trơn tru khi ăn khớp và hiệu suất truyền động. Trong quá trình mài con lăn, các yêu cầu kỹ thuật sau đây phải được kiểm soát cẩn thận:
Kiểm soát độ chính xác về kích thước:
Dung sai đường kính ngoài của con lăn phải tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn GB/T 1243-2006 hoặc ISO 606. Đối với các loại có độ chính xác cao (ví dụ: loại C trở lên), dung sai đường kính ngoài phải được kiểm soát trong phạm vi ±0,01mm. Quá trình mài yêu cầu ba bước: mài thô, mài bán tinh và mài tinh. Mỗi bước đều yêu cầu kiểm tra trực tuyến bằng máy đo đường kính laser để đảm bảo sai lệch kích thước nằm trong phạm vi cho phép. Yêu cầu về dung sai hình học:

Độ tròn: Sai số độ tròn của các con lăn có độ chính xác cao phải ≤5μm. Phải sử dụng định vị tâm kép trong quá trình mài, cùng với tốc độ quay của đá mài cao (tốc độ tuyến tính ≥35m/s) để giảm thiểu ảnh hưởng của lực ly tâm đến độ tròn.

Độ trụ: Sai số độ trụ phải ≤8μm. Điều chỉnh góc mài (thường là 1°-3°) đảm bảo đường kính ngoài của con lăn thẳng.

Độ song song của mặt cuối: Sai số song song giữa hai mặt cuối của con lăn phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,01mm. Phải sử dụng các dụng cụ định vị mặt cuối trong quá trình mài để tránh sai lệch ăn khớp do độ nghiêng của mặt cuối gây ra.

Yêu cầu về chất lượng bề mặt:
Đường kính ngoài của con lăn phải có độ nhám bề mặt Ra từ 0,4-0,8μm. Phải tránh các khuyết tật bề mặt như vết xước, vết cháy và lớp vảy. Trong quá trình mài, nồng độ dung dịch mài (thường là 5%-8%) và áp suất phun (≥0,3MPa) phải được kiểm soát để tản nhiệt nhanh chóng và ngăn ngừa hiện tượng cháy bề mặt. Hơn nữa, nên sử dụng đá mài có độ hạt mịn (ví dụ: 80#-120#) trong giai đoạn mài tinh để cải thiện độ nhẵn bề mặt.

(II) Mài chốt: “Kiểm tra độ chính xác” về độ thẳng và tính đồng trục

Chốt là bộ phận cốt lõi kết nối các tấm xích và con lăn. Độ thẳng và độ đồng trục của chốt ảnh hưởng trực tiếp đến độ linh hoạt và tuổi thọ của xích. Các yêu cầu kỹ thuật đối với việc mài chốt tập trung vào các khía cạnh sau:

Kiểm soát độ thẳng:
Sai số độ thẳng của chốt phải ≤0,005mm/m. Trong quá trình mài, phải sử dụng phương pháp “giá đỡ ổn định + định vị tâm kép” để tránh biến dạng uốn cong do trọng lượng riêng của chốt gây ra. Đối với chốt dài hơn 100mm, phải kiểm tra độ thẳng cứ mỗi 50mm trong quá trình mài để đảm bảo độ thẳng tổng thể đáp ứng yêu cầu. Yêu cầu về tính đồng trục:
Sai số đồng trục của các cổ trục ở cả hai đầu chốt phải ≤0,008mm. Trong quá trình mài, các lỗ tâm ở cả hai đầu chốt phải được sử dụng làm điểm tham chiếu (độ chính xác của lỗ tâm phải đáp ứng loại A trong tiêu chuẩn GB/T 145-2001). Đá mài phải được mài chỉnh và định vị để đảm bảo sự thẳng hàng trục của các cổ trục ở cả hai đầu. Hơn nữa, phải tiến hành kiểm tra ngẫu nhiên độ đồng trục ngoại tuyến bằng máy đo tọa độ ba chiều, với tỷ lệ kiểm tra tối thiểu là 5%. Độ cứng bề mặt và khả năng tương thích mài:

Trục chốt phải trải qua quá trình xử lý nhiệt trước khi mài (thường là tôi thấm cacbon và tôi cứng đến độ cứng HRC 58-62). Các thông số mài cần được điều chỉnh theo độ cứng:

Mài thô: Sử dụng đá mài có độ nhám trung bình (60#-80#), kiểm soát độ sâu mài ở mức 0,05-0,1mm và tốc độ tiến dao 10-15mm/phút.

Mài tinh: Sử dụng đá mài mịn (120#-150#), kiểm soát độ sâu mài đến 0,01-0,02mm và tốc độ tiến dao 5-8mm/phút để tránh nứt bề mặt hoặc giảm độ cứng do thông số mài không phù hợp.

(III) Mài tấm xích: Kiểm soát chi tiết độ chính xác và độ phẳng của lỗ

Các tấm dẫn xích là xương sống của hệ thống xích con lăn. Độ chính xác và độ phẳng của lỗ trên các tấm dẫn xích ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác lắp ráp xích và độ ổn định truyền động. Mài tấm dẫn xích chủ yếu nhắm vào hai khu vực chính: lỗ trên tấm dẫn xích và bề mặt trên tấm dẫn xích. Các yêu cầu kỹ thuật như sau:
Độ chính xác mài lỗ trên tấm xích:
Dung sai lỗ: Dung sai lỗ của các tấm xích có độ chính xác cao phải được kiểm soát trong phạm vi H7 (ví dụ, đối với lỗ φ8mm, dung sai là +0,015mm đến 0mm). Đá mài kim cương (độ nhám 150#-200#) và trục chính tốc độ cao (≥8000 vòng/phút) được sử dụng để đảm bảo kích thước lỗ chính xác.
Dung sai vị trí lỗ: Khoảng cách tâm giữa các lỗ liền kề phải ≤0,01mm, và sai số vuông góc giữa trục lỗ và bề mặt tấm xích phải ≤0,005mm. Quá trình mài yêu cầu dụng cụ chuyên dụng và giám sát thời gian thực bằng hệ thống kiểm tra thị giác CCD.
Yêu cầu mài bề mặt tấm xích:
Sai số độ phẳng của tấm xích phải ≤0,003mm/100mm, và độ nhám bề mặt phải đạt Ra0,8μm. Quá trình mài yêu cầu “mài hai mặt”. Sự quay đồng bộ (tốc độ tuyến tính ≥ 40 m/s) và tốc độ tiến dao của bánh mài trên và dưới đảm bảo tính song song và độ phẳng ở cả hai mặt của xích. Hơn nữa, áp suất mài (thường là 0,2-0,3 MPa) phải được kiểm soát để tránh biến dạng xích do lực không đều.

III. Kiểm soát quy trình mài xích con lăn độ chính xác cao: Đảm bảo toàn diện từ thiết bị đến quản lý

Để đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật khắt khe này, việc chỉ thiết lập các thông số xử lý là chưa đủ. Cần phải thiết lập một hệ thống kiểm soát quy trình toàn diện, bao gồm lựa chọn thiết bị, thiết kế dụng cụ, giám sát thông số và kiểm tra chất lượng.

(I) Lựa chọn thiết bị: “Nền tảng phần cứng” của quá trình mài chính xác cao
Lựa chọn máy mài: Chọn máy mài CNC độ chính xác cao (độ chính xác định vị ≤ 0,001mm, độ lặp lại ≤ 0,0005mm), chẳng hạn như Junker (Đức) hoặc Okamoto (Nhật Bản). Đảm bảo độ chính xác của máy đáp ứng yêu cầu gia công.
Lựa chọn đá mài: Chọn loại đá mài phù hợp dựa trên vật liệu của chi tiết (thường là 20CrMnTi hoặc 40Cr) và yêu cầu gia công. Ví dụ, đá mài corundum được sử dụng để mài con lăn, đá mài silicon carbide được sử dụng để mài chốt, và đá mài kim cương được sử dụng để mài lỗ trên tấm xích.
Cấu hình thiết bị kiểm tra: Cần có các thiết bị kiểm tra độ chính xác cao như máy đo đường kính laser, máy đo tọa độ ba chiều, máy đo độ nhám bề mặt và máy đo độ tròn để kết hợp kiểm tra tại chỗ trực tuyến và ngoại tuyến trong quá trình gia công. (II) Thiết kế dụng cụ: “Yếu tố hỗ trợ chính” cho độ chính xác và độ ổn định

Đồ gá định vị: Thiết kế các đồ gá định vị chuyên dụng cho con lăn, chốt và xích. Ví dụ, con lăn sử dụng đồ gá định vị tâm kép, chốt sử dụng đồ gá đỡ khung tâm, và xích sử dụng đồ gá định vị lỗ. Điều này đảm bảo định vị chính xác và không có độ rơ trong quá trình mài.

Đồ gá kẹp: Sử dụng các phương pháp kẹp linh hoạt (như kẹp khí nén hoặc thủy lực) để kiểm soát lực kẹp (thường là 0,1-0,2 MPa) nhằm ngăn ngừa biến dạng chi tiết do lực kẹp quá lớn. Hơn nữa, bề mặt định vị của đồ gá phải được đánh bóng thường xuyên (đến độ nhám bề mặt Ra 0,4 μm hoặc nhỏ hơn) để đảm bảo độ chính xác định vị. (III) Giám sát thông số: “Đảm bảo động” với điều chỉnh thời gian thực
Giám sát thông số gia công: Hệ thống CNC giám sát các thông số quan trọng như tốc độ mài, tốc độ tiến dao, độ sâu mài, nồng độ dung dịch mài và nhiệt độ trong thời gian thực. Khi bất kỳ thông số nào vượt quá phạm vi cho phép, hệ thống sẽ tự động phát ra cảnh báo và tắt máy để ngăn ngừa sản phẩm lỗi.
Kiểm soát nhiệt độ: Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình mài là nguyên nhân chính gây biến dạng và cháy bề mặt các chi tiết. Việc kiểm soát nhiệt độ là cần thiết thông qua các phương pháp sau:
Hệ thống tuần hoàn dung dịch mài: Sử dụng dung dịch mài có khả năng làm mát cao (như dung dịch mài dạng nhũ tương hoặc tổng hợp) được trang bị bộ phận làm lạnh để duy trì nhiệt độ từ 20-25°C.
Mài gián đoạn: Đối với các bộ phận dễ sinh nhiệt (như chốt), quy trình mài gián đoạn “mài-làm nguội-mài lại” được sử dụng để ngăn ngừa sự tích tụ nhiệt. (IV) Kiểm tra chất lượng: “Tuyến phòng thủ cuối cùng” để đạt được độ chính xác

Kiểm tra trực tuyến: Máy đo đường kính bằng laser, hệ thống kiểm tra bằng camera CCD và các thiết bị khác được lắp đặt gần trạm mài để thực hiện kiểm tra thời gian thực về kích thước linh kiện cũng như dung sai hình dạng và vị trí. Chỉ những linh kiện đạt tiêu chuẩn mới được chuyển sang công đoạn tiếp theo.

Kiểm tra mẫu ngoại tuyến: 5%-10% mỗi lô sản phẩm được kiểm tra ngoại tuyến bằng máy đo tọa độ (CMM) để kiểm tra các chỉ số quan trọng như dung sai lỗ và độ đồng trục, máy kiểm tra độ tròn để kiểm tra độ tròn của con lăn và máy kiểm tra độ nhám bề mặt để kiểm tra chất lượng bề mặt.

Yêu cầu kiểm tra toàn diện: Đối với các xích con lăn độ chính xác cao được sử dụng trong các thiết bị cao cấp (như hàng không vũ trụ và máy công cụ chính xác), cần phải kiểm tra toàn diện 100% để đảm bảo mọi bộ phận đều đáp ứng độ chính xác yêu cầu.

IV. Các kịch bản ứng dụng và xu hướng tương lai của công nghệ mài xích con lăn độ chính xác cao

(I) Các kịch bản ứng dụng điển hình
Xích con lăn độ chính xác cao, với độ chính xác và độ ổn định tuyệt vời, đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực có yêu cầu truyền động khắt khe:

Ngành công nghiệp ô tô: Xích cam động cơ và xích truyền động phải chịu được tốc độ cao (≥6000 vòng/phút) và va đập tần số cao, đặt ra yêu cầu cực kỳ cao đối với độ tròn của con lăn và độ thẳng của chốt;

Logistics thông minh: Thiết bị phân loại tự động và hệ thống băng tải kho cao tầng đòi hỏi khả năng điều khiển tốc độ và định vị chính xác. Độ chính xác của lỗ trên tấm xích và độ trụ của con lăn ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định hoạt động;

Máy công cụ chính xác: Hệ thống truyền động trục chính và hệ thống cấp liệu của máy công cụ CNC đòi hỏi khả năng điều khiển chuyển động ở mức micromet. Độ đồng trục của chốt và độ phẳng của tấm xích là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác truyền động.

(II) Xu hướng công nghệ tương lai

Với sự phát triển của Công nghiệp 4.0 và sản xuất thông minh, các quy trình mài xích con lăn độ chính xác cao đang phát triển theo các hướng sau:

Gia công thông minh: Giới thiệu hệ thống kiểm tra hình ảnh dựa trên trí tuệ nhân tạo để tự động xác định kích thước và chất lượng bề mặt của các bộ phận, cho phép điều chỉnh thông số và cải thiện hiệu quả cũng như tính nhất quán của quá trình gia công;

Nghiền xanh: Phát triển các dung dịch nghiền thân thiện với môi trường (như dung dịch nghiền phân hủy sinh học) kết hợp với hệ thống lọc hiệu quả để giảm ô nhiễm môi trường; Đồng thời, áp dụng công nghệ nghiền ở nhiệt độ thấp để giảm tiêu thụ năng lượng;

Mài hỗn hợp: Tích hợp các quy trình mài con lăn, chốt và tấm xích thành một quy trình tổng hợp "một cửa", sử dụng máy mài CNC nhiều trục để giảm thiểu sai số định vị giữa các quy trình và nâng cao hơn nữa độ chính xác tổng thể.