MỸ – Công ty hàng đầu về sản xuất bánh răng robot không bôi trơn, sử dụng máy phay tiện bảy trục để gia công kim loại vô định hình (amorphous metals) hay thủy tinh kim loại (bulk metallic glasses) (1).

(1) Kim loại vô định hình hay thủy tinh kim loại: là một hợp kim có cấu trúc vô định hình giống như chất lỏng và thủy tinh. Hầu hết kim loại đều có cấu trúc định hình, với các nguyên tử bố trí rất chặt chẽ. Nhưng không giống như thủy tinh thông thường không dẫn điện, kim loại vô định hình có độ dẫn điện tốt.

Amorphology là công ty con của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ NASA, đi đầu trong ứng dụng vật liệu tiên tiến và công nghệ sản xuất nhằm cải tiến bánh răng siêu nhỏ không bôi trơn cho robot và các ứng dụng công nghiệp khác có sử dụng kim loại vô định hình như thủy tinh kim loại.

Những vật liệu này có những tính chất tiên tiến hơn so với thép, titan và nhôm, và bằng sáng chế của công ty cho một số hợp kim kim loại dựa trên việc phát triển các bánh răng cho ngành hàng không vũ trụ và các ứng dụng nhiệt độ cực lạnh khác.

s191H là một trong những máy công cụ phay tiện thuộc dòng Bumotec mà công ty Starrag hướng đến mục tiêu gia công chính xác các bộ phận phức tạp chỉ trong một lần lập trình máy.

Công ty Amorphology giải thích, kim loại vô định hình là một loại hợp kim không kết tinh, việc gia công cắt và cắt nhỏ chúng là hoàn toàn khác so với các vật liệu thông thường. Để tìm kiếm một máy công cụ có thể sản xuất bánh răng siêu nhỏ, họ đã thử nghiệm các máy của một số nhà cung cấp, như công ty Starrag nhằm đánh giá độ chính xác, thời gian chu kỳ và tính năng năng của máy khi chúng cắt một loại hợp kim chưa được biết đến.

Ông Jason Riley, Giám đốc điều hành công ty Amorphology cho biết: “Chúng tôi tập trung vào việc tìm kiếm máy công cụ tốt nhất để đáp ứng nhu cầu tạo mẫu nhanh, cắt chèn khuôn và xử lý hậu kỳ”. Cuối cùng, công ty đã chọn máy phay tiện Bumotec s191H của công ty Starrag.

Sau khi nhận được các tệp dữ liệu thiết kế CAD của nguyên mẫu bánh răng siêu nhỏ và thực hiện các thử nghiệm gia công bằng máy công cụ cắt tại các nhà máy chế tạo máy công cụ của công ty Starrag ở Thụy Sĩ và Mỹ, một số lô sản phẩm mẫu đã được sản xuất.

Ông Jason nói rằng: “Chúng tôi đang hướng đến các bộ phận có độ chính xác cao với dung sai khoảng năm micron trên một số sản phẩm có kích thước nhất định. Hầu hết công việc gia công của chúng tôi tập trung vào việc tạo mẫu nhanh và số lượng sản xuất theo lô tương đối thấp, khoảng hàng trăm bộ phận mỗi tháng”.

Ông Jason nói tiếp: “Máy công cụ Bumotec có chức năng tiện phay mà chúng tôi hiện chưa có, cũng như năng suất sản xuất cao hơn. Máy bổ sung cho kỹ thuật hiện tại của chúng tôi và cung cấp những kỹ thuật mà chúng tôi chưa có”.

Các bánh răng siêu nhỏ được sản xuất trên máy tiện.

Công ty Amorphology cho rằng máy công cụ Bumotec s191H có thể “offer a unique value proposition” (tạm dịch là ‘mang đến giá trị độc đáo’) bằng cách gia công từng bộ phận riêng lẻ hoặc sản xuất hàng trăm linh kiện với công nghệ tự động.

Ngoài việc sản xuất các bánh răng cho ngành hàng không vũ trụ, bánh răng của công ty Amorphology còn được sử dụng trong các cobot (2), robot và thiết bị y tế. Ví dụ, các cobot đều sử dụng bánh răng strain wave (3) có thành phần chính là thanh răng flexspline, một bộ phận phức tạp có thành mỏng.

(2) Cobot: hay robot cộng tác, là loại robot được sử dụng nhằm mục đích làm việc chung với con người. Điều này rất khác biệt so với các robot công nghiệp hiện nay là được thiết kế để làm việc độc lập và luôn có khung bảo vệ xung quanh robot, nhằm hạn chế gây thương tích cho con người.
(3) Strain wave gear: là bánh răng dạng sóng biến dạng, là một loại hệ thống bánh răng cơ khí sử dụng một thanh răng mềm với các răng ngoài (flexspline), được biến dạng bằng một chốt hình elip quay để ăn khớp với các bánh răng bên trong của một trục ngoài.

Máy công cụ phay tiện Bumotec s191H với đường kính tối đa của phôi (bar capacity) 65 mm, bộ nạp thanh phôi và hệ thống cung cấp chất làm mát áp suất cao (3 mã lực), máy có thể gia công đến ±2,5 micron trong phạm vi trục X, Y và Z là 410 x 200 x 400 mm nhờ vào bộ truyền động tuyến tính và độ ổn định nhiệt cao.

Được phát triển từ máy phay tiện Bumotec s191 của công ty Starrag, phiên bản 191neo với thời gian thay dao nhanh hơn 15%, chuyển động làm việc ngược nhanh hơn 12% và trục phay có mô-men xoắn cao hơn (175 Nm). Máy công cụ đa nhiệm này với trục chính B lưu trữ đến 90 công cụ trong hệ thống thay dao tự động của nó. Máy đã được trưng bày tại hội chợ IMTS 2022, trình diễn quá trình gia công lồng cột sống (spinal cage) (4) hoàn chỉnh từ vật liệu polyme polyether ether ketone (PEEK) (5).

(4) Spinal cage: là lồng cột sống – thiết bị dùng để thay thế đĩa đệm cột sống bị tổn thương và cung cấp môi trường lý tưởng để hai đốt sống liên kết với nhau.
(5) Polyether ether ketone: là một polyme nhựa nhiệt dẻo hữu cơ không màu trong họ polyaryletherketone, được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật.

Ngoài ra, trục chính của máy công cụ được bổ sung một trục phụ có thể quay theo cả mặt phẳng ngang và dọc để thực hiện nhiều nhiệm vụ. Các tùy chọn công cụ mở rộng lên đến 90 túi trên một máy có tốc độ di chuyển nhanh 50 m/ phút và tốc độ trục chính là 30.000 vòng/ phút (40.000 vòng/ phút là một tùy chọn) góp phần vào thời gian chu kỳ ngắn.

Nhiều bộ phận cobot, robot và thiết bị y tế của công ty Amorphology có thể được đúc hoặc đúc phun, nhưng đôi khi các bộ phận siêu nhỏ này cần được xử lý hậu kỳ để đạt được độ dung sai cao hơn. Máy công cụ Starrag Bumotec đã cắt các bánh răng cho ngành công nghiệp đồng hồ Thụy Sĩ và do đó các máy công cụ này rất thành thạo trong việc sản xuất các bánh răng có kích thước siêu nhỏ và giá trị cao. Công ty Amorphology dự định dùng máy công cụ Bumotec s191H để gia công hộp số siêu nhỏ không bôi trơn.

Công ty Amorphology đã đánh giá cao kết quả đạt được và qua các cuộc thảo luận với công ty Starrag về việc hợp tác, họ đã nhất trí rằng công ty Amorphology sẽ trưng bày máy công cụ Bumotec tại nhà máy của họ ở thành phố Pasadena, California (Mỹ) để khách hàng của cả hai công ty có thể đến tham quan.

Phó phòng kỹ thuật chính xác tại công ty Starrag, ông Greg Dunkley chia sẻ: “Việc thiết lập một khu vực trưng bày máy công cụ Bumotec s191H, nhằm giới thiệu độ chính xác, chất lượng và các chức năng của máy, sẽ cho phép các kỹ sư ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng trải nghiệm công nghệ gia công trong thời gian thực, từ đó có kế hoạch đưa máy công cụ này vào hoạt động sản xuất của họ”.

Để xem các tin bài khác về “Máy công cụ”, hãy nhấn vào đây.

Nguồn: Production Machining