Nghiên cứu xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC 3 trục tốc độ cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHAN VĂN HIẾU NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MIỀN ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC BA TRỤC TỐC ĐỘ CAO LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHAN VĂN HIẾU NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MIỀN ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC BA TRỤC TỐC ĐỘ CAO CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ: 62.01 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1- GS. BÀNH TIẾN LONG 2 - PGS.HOÀNG VĨNH SINH HÀ NỘI - 2012 1 LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu khoa học phục vụ cho công cuộc “Công nghiệp hoá, hiện đại hoá Đất nước” là việc làm vô cùng quan trọng đối với nước ta hiện nay. Đề tài “ Nghiên cứu xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC 3 trục tốc độ cao” để xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC nhằm mục đích nâng cao hiệu quả khai thác, tìm các thông số tối ưu để nâng cao chất lượng và tính năng sử dụng của máy với sự giúp đỡ của rất nhiều cá nhân và tổ chức. Lời đầu tiên tôi xin được cám ơn Nhà giáo nhân dân.Bành Tiến Long, thầy Hướng dẫn khoa học thứ nhất của tôi về sự định hướng và chuẩn bị của Thầy cho chương trình NCS của tôi từ sau khi tôi hoàn thành chương trình Thạc sĩ, cũng như những định hướng chiến lược và những hướng dẫn cụ thể của Thầy trong quá trình tôi làm NCS và viết luận án.

Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đến PGS. Hoàng Vĩnh Sinh, trưởng Bộ môn GCVL-DCCN - ĐHBK Hà Nội, thầy Hướng dẫn Khoa học thứ hai của tôi về sự tận tình dành cho tôi trong nghiên cứu, những đóng góp quý báu của Thầy trong nghiên cứu và viết luận án đã giúp tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin được cám ơn PGS. Phan Bùi Khôi, viện trưởng viện cơ khí và tập thể các Thầy giáo, Cô giáo trong Viện Cơ khí và đặc biệt tôi xin được cảm ơn thể các Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn GCVL-DCCN – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu.

Tôi xin được cám ơn Ban lãnh đạo, cán bộ nhân viên Viện đào tạo và bồi dưỡng Sau đại học – Trường ĐHBK Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình làm nghiên cứu sinh. Tôi xin được cám ơn Ban giám hiệu trường Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Tập đoàn khoa học kỹ thuật Hồng Hải (Foxconn), viện cơ học Việt Nam, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm thí nghiệm. Tôi xin được cám ơn Ban giám hiệu trường Đại học bách khoa Hà Nội, trường Đại học Công nghiệp TPHCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu. Ngày 01 tháng 02 năm2012 NCS Phan Văn Hiếu 2 LỜI CAM ĐOAN Nội dung của luận án là các nghiên cứu từ cơ sở lý thuyết về quá trình phay trên máy phay CNC đi đến thực nghiệm để xây dựng biểu đồ ổn định của cụm dao – máy phay CNC 3 trục tốc độ cao bằng phần mềm Matlab và gia công thực nghiệm để xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC 3 trục tốc độ cao nhằm mục đích giúp cho việc khai thác sử dụng máy phay CNC hiệu quả hơn.

Với danh dự của một Giảng viên Đại học, tôi xin cam đoan rằng những nội dung trong luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Nội dung luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác, trừ những phần tham khảo đã được ghi rõ trong luận án. Tác giả NCS Phan Văn Hiếu 3 MỤC LỤC - Lời cảm ơn …………………………………………………………………………1 - Lời cam đoan……………………………………………………………………….3 - Danh mục các thuật ngữ và từ viết tắt…………………………………………….5 - Danh mục các bảng biểu……………………………………………………………7 - Danh mục các hình vẽ và đồ thị……………………………………………….11 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC TỐC ĐỘ CAO……………………………………………….Giới thiệu chung về gia công phay CNC tốc độ cao…………………………. So sánh phay tốc độ cao với phay truyền thống …………………….Khái niệm ổn định…………………………………………………………….

Khái niệm về ổn định và mất ổn định của quá trình cắt……………. Biểu đồ ổn định…………………………………………………………. Nguyên nhân gây mất ổn định…………………………………………. Các dạng mất ổn định của quá trình cắt………………………………….

Mất ổn định do hiệu ứng tái sinh……………………………………. Mất ổn định do liên kết vị trí…………………………………………. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá trình cắt…………………………. Các biện pháp nâng cao ổn định của quá trình cắt……………………….

Nhóm các biện pháp liên quan đến cấu trúc máy……………………. Nhóm các biện pháp liên quan đến phôi và dụng cụ gia công……. Nhóm các biện pháp liên quan đến quá trình cắt……………. Kết luận về những thành tựu và hạn chế của các công trình nghiên cứu trong, ngoài nước về ổn định trong gia công phay CNC………………………………………….26 Chƣơng 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHAY CNC TỐC ĐỘ CAO……………………………………………………………………………….

Máy và kết cấu máy gia công tốc độ cao……………………………………….1 Những yêu cầu chung ………………………………………………………. Các kết cấu máy gia công tốc độ cao……………………………………. Máy gia công tốc độ cao thường dùng……………………………………. Dụng cụ cắt ……………………………….

Quá trình tạo phoi ……………………………………………………………. Mô hình lực cắt khi phay tốc độ cao…………………………………………. Các thông số quỹ đạo cắt. Nghiên cứu hệ thống lực cắt khi phay tốc độ cao………………………….

Hiện tượng rung động khi phay tốc độ cao……………………………………. Khái niệm về rung động khi phay………………………………………. Quá trình phát triển rung động………………………………………………. Các phương pháp nghiên cứu ổn định trong quá trình phay tốc độ cao………….

Phương pháp phân tích……………………………………. Phương pháp số…………………………………………. Các thông số ảnh hưởng đến tính ổn định……………………………………. Ảnh hưởng của hệ số giảm chấn………………………………………….

Ảnh hưởng của tần số dao động tự nhiên…………………………. Ảnh hưởng của số răng cắt……………………………………………. Ảnh hưởng của chiều rộng ăn dao…………………………………….8 Các tiêu chí đánh giá ổn định………………………………………………….…61 Chƣơng 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC BA TRỤC TỐC ĐỘ CAO……………………. Xây dựng mô hình nghiên cứu tính ổn định quá trình phay…………………….

Mô hình bài toán nghiên cứu ổn định quá trình phay……………………. Các thông số của hệ thống ảnh hưởng tới biểu độ ổn định………………. Xây dựng phương pháp đo và đo độ cứng k, hệ số giảm chấn c của hệ thống máy phay tốc độ cao CNC ba trục………………………………………. Kết quả tác dụng xung lực theo hai phương ox và oy………………………64 3.

Kết quả của quá trình đa rung động……………………………………. Xử lý số liệu thực nghiệm……………………………………………………. Tính toán độ cứng………………………………………………………. Tính toán khối lượng quy đổi………………………………………….

Tính toán hệ số giảm chấn ………………………………………………. Chỉ tiêu đánh giá các thông số đầu ra…………………………………………. Nhận biết rung động bằng âm thanh………………………………….Nhận biết rung động bằng đo dao động đầu trục trục chính…………. Nhận biết rung động khi phay bằng sai số hình dáng………………………74 3.…80 Chƣơng 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB XÁC ĐỊNH MIỀN ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC BA TRỤC TỐC ĐỘ CAO………….

Các thông số đầu vào chính………………………………………………. Tiêu chí đánh giá ổn định dựa trên phần mềm…………………………………. Xây dựng biểu đồ ổn định bằng phần mềm matlab……………………………. Chương trình tính biểu đồ ổn định theo phương pháp phân tích………….

Chương trình tính biểu đồ ổn định theo phương pháp số…………………. Kết quả tính biểu đồ ổn định……………………………………………………. Đánh giá độ tin cậy của phần mềm bằng phương pháp so sánh……………….90 Chƣơng 5: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MIỀN ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC BA TRỤC TỐC ĐỘ CAO……………………………. Nội dung thí nghiệm:…………………………………………………………….

Chuẩn bị thí nghiệm………………………………………………………. Tiến hành thí nghiệm……………………………………………………. Kết quả thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm………………………………. So sánh và đánh giá kết quả thực nghiệm……………………………………….101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ….102 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ………………105 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….…109 5 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT b chiều rộng cắt (m) hệ số giảm chấn theo phương x,y,z (Ns/m) lực hướng tâm (N) lực tiếp tuyến(N) fz tốc độ chạy dao răng(m/răng) hàm tác động giữa dao và phôi chiều dày phoi (m) Hxx hệ số cắt (N/ ) j số răng cắt j Kr hệ số lực cắt hướng tâm (N/ Kt hệ số lực cắt tiếp tuyến (N/ ) khối lượng dụng cụ cắt theo phương x, y,z (kg) n tốc độ vòng quay (vòng/phút) N số răng dụng cụ cắt t thời gian (s) T chu kỳ chuyển động của răng(s) a chiều sâu cắt (mm) x dịch chuyển của dụng cụ cắt theo phương chạy dao x(m) y dịch chuyển của dụng cụ cắt theo vuông góc phương chạy dao y(m) z dịch chuyển của dụng cụ cắt theo phương dọc trục chính (m) vị trí góc của răng thứ j (deg) vị trí góc bắt đầu cắt (deg) vị trí góc kết thúc cắt (deg)  thời gian lặp lại vị trí của răng kế tiếp (s) hệ số giảm chấn tương đối tần số tự nhiên (rad/s) CNC (Computer Numerical Control) - Điều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính Px - Lực hướng trục (N) Py - Lực hướng kính (N) Pz - Lực tiếp tuyến (lực cắt chính) (N) T - Tuổi bền dụng cụ 6 U - Lượng mòn dao  - Thời gian gia công R - Sai số gia công theo bán kính H - Hệ số biến cứng bề mặt  - Hiệu suất f - Hệ số ma sát  - Góc sau chính của dao  - Góc cắt của dao  - Góc trước của dao  - Góc lệch chính của dao 1 - Góc lệch phụ của dao  - Nhiệt cắt 7 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 So sánh gia công tốc độ cao và gia công thường 17 Bảng 2.1 So sánh một số máy gia công tốc độ cao trục thẳng đứng của một số 36 hãng nổi tiếng.1 Số liệu thí nghiệm giữa chiều sâu cắt và tốc độ quay trục chính 92 Bảng 5.2 Số liệu thí nghiệm giữa lượng chạy dao răng và tốc độ quay trục chính 92 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình Tên hình vẽ Trang Chương 1 Hình 1.1 Máy phay cao tốc DNM 400.2 Vùng tốc độ gia công tốc cao một số loại vật liệu 16 Hình 1.3 Đồ thị quá trình phay ổn định và mất ổn định 19 Hình 1.4 Hình dạng cơ bản của một biểu đồ ổn định của quá trình phay 19 Hình 1.5 Hiệu ứng tái sinh 22 Hình 1.

Mô tả sự rung không tái sinh 23 Hình 1. Mô tả động lực học của một răng cắt 27 Hình 1.8 Biểu đồ ổn định dạng túi 27 Hình 1. Đặc tính vật lý của máy 28 Hình1. Mô hình điều kiện đầu vào 28 Chương 2 Hình 2.1 Kết cấu máy gia công tốc độ cao 31 Hình 2.2 Các loại truyền động trục chính.3 Trục chính của máy gia công tốc độ cao 32 Hình 2.4 Ổ với bi làm bằng ceramic 33 Hình 2.5 Vít me- đai ốc bi 33 Hình 2.