Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động phát sinh trong quá trình cắt tới chất lượng chi tiết gia công trên máy phay cnc 5 trục

PHẠM THANH TUẤN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phạm Thanh Tuấn * CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG PHÁT SINH TRONG QUÁ TRÌNH CẮT TỚI CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LUẬN VĂN CAO HỌC CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY * KHĨA: 2012B Hà Nội – Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Phạm Thanh Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG PHÁT SINH TRONG QUÁ TRÌNH CẮT TỚI CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC Chuyên ngành: Côn nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LUẬN VĂN CAO HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN TRỌNG HIẾU Hà Nội – Năm 2014 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày … tháng … năm 2014 Học Viên Phạm Thanh Tuấn Trang Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy LỜI CẢM ƠN Sau năm học tập nghiên cứu, giúp đỡ tận tình Thầy Cơ giáo Viện Cơ khí, Bộ mơn Cơng Nghệ Chế Tạo Máy hướng dẫn khoa học tận tình thầy giáo TS Nguyễn Trọng Hiếu, tơi hồn thành khóa học, luận văn tốt nghiệp Cao học đạt kết mong muốn Nhân dịp hoàn thành luận văn Cao học, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới tất Thầy, Cô giáo Bộ mơn, Viện Cơ khí Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành khố học Tơi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS Nguyễn Trọng Hiếu nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ việc thực luận văn Xin chân thành cám ơn thầy giáo, cô giáo phản biện đọc luận văn đóng góp cho tơi ý kiến q báu bổ ích Hà Nội, ngày … tháng … năm 2014 Tác giả Phạm Thanh Tuấn Trang Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG PHẦN MỞ ĐẦU 10 Lý chọn đề tài 10 Lịch sử nghiên cứu 11 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu 11 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 11 Các luận điểm đóng góp 12 Phương pháp nghiên cứu 12 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ RUNG ĐỘNG TRONG GIA CƠNG CƠ KHÍ 13 1.1 Rung động q trình gia cơng 13 1.2 Các loại hình rung động gia cơng khí máy cơng cụ nguyên nhân 13 1.2.1 Rung động cưỡng 13 1.2.2 Rung động riêng 15 1.2.3 Rung động tự kích thích 15 1.2.3.1 Sự biến động lực cắt 15 1.2.3.2 Sự hình thành phá hủy lẹo dao 18 1.2.3.3 Sự biến động thành phần vật liệu gia công 20 1.2.3.4 Mất ổn định hiệu ứng tái sinh 21 1.2.3.5 Mất ổn định tự rung không tái sinh 23 Trang Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy Chương 2: RUNG ĐỘNG TỰ KÍCH THÍCH THEO QUAN ĐIỂM NĂNG LƯỢNG CỦA Q TRÌNH CẮT 25 2.1 Các luận điểm 26 2.2 Đánh giá cơng trình nghiên cứu rung động tự kích thích q trình cắt máy công cụ 28 Chương 3: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN RUNG ĐỘNG TỰ KÍCH THÍCH 29 3.1 Ảnh hưởng máy 29 3.1.1 Ảnh hưởng móng máy điều kiện lắp đặt 29 3.1.2 Ảnh hưởng vị trí chi tiết cấu thành máy 30 3.1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ làm việc máy 31 3.2 Ảnh hưởng vị trí tương đối dao phơi 32 3.3 Ảnh hưởng độ mềm dẻo phôi 34 3.4 Ảnh hưởng điều kiện cắt đến rung động trình cắt 35 3.4.1 Ảnh hưởng chiều rộng lớp cắt b 35 3.4.2 Ảnh hưởng chiều dày cắt a 35 3.4.3 Ảnh hưởng vận tốc cắt v 36 3.4.4 Ảnh hưởng thơng số hình học phần cắt 36 3.4.5 Ảnh hưởng thơng số hình học 38 3.4.5.1 Ảnh hưởng góc sau góc trước 38 3.4.5.2 Ảnh hưởng góc điều chỉnh 38 3.4.5.3 Ảnh hưởng góc nghiêng lưỡi cắt 39 3.4.5.4 Ảnh hưởng tình trạng mịn dao 40 3.4.5.5 Ảnh hưỡng bán kính mũi dao 41 3.4.5.6 Ảnh hưởng tốc độ cắt 41 3.5 Ảnh hưởng vật liệu 42 3.6 Các biện pháp hạn chế rung động trình cắt 42 Trang Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy 3.6.1 Nhóm biện pháp liên quan đến cấu trúc máy 43 3.6.2 Nhóm biện pháp liên quan đến phôi dụng cụ gia công 43 3.6.3 Nhóm biện pháp liên quan đến trình cắt 43 Chương : RUNG ĐỘNG TRÊN MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC 44 4.1 Đặc tính rung động gia công máy công cụ điều khiển số CNC 44 4.2 Giải pháp kỹ thuật xác định rung động máy CNC 45 Chương 5: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỰ RUNG ĐỘNG VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG CỦA RUNG ĐỘNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC TRỤC 48 5.1 Thực nghiệm đo rung động máy CNC trục 49 5.2 Những tác động rung động đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công máy phay CNC trục 62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 63 Kết luận 63 Hướng phát triển đề tài 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 Trang Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Ảnh hưởng kích thước lớp cắt đến biên độ dao động 17 Hình 1.2: Ảnh hưởng tốc độ cắt đến biên độ dao động 18 Hình 1.3: Lẹo dao ổn định .19 Hình 1.4: Lẹo dao chu kỳ 10 Hình 1.5: Dạng lẹo dao .10 Hình 1.6: Quan hệ tốc độ cắt chiều cao lẹo dao 19 Hình 1.7: Rung động tự kích thích hiệu ứng tái sinh 22 Hình 1.8: Mơ tả rung động tự kích thích khơng tái sinh 24 Hình 2.1: Đường truyền lượng tới hạn ổn định trình cắt 27 Hình 3.1: Các dạng móng máy lắp đặt máy 29 Hình 3.2: Quan hệ độ mềm dẻo máy với tần số trường hợp móng máy lắp đặt khác 30 Hình 3.3: Độ mềm dẻo động lực học máy doa chịu tải theo phương Y .31 Hình 3.4: Độ mềm dẻo động lực học máy phay đứng chịu tải theo phương X 31 Hình 3.5: Ảnh hưởng nhiệt độ máy đến ohản ứng động lực học máy 32 Hình 3.6: Ảnh hưởng hướng lực cắt đến rung động máy 33 Hình 3.7: Ảnh hưởng lực cắt đến chiều sâu cắt tới hạn phay .33 Hình 3.8: Ảnh hưởng độ mềm dẻo phôi đến chiều sâu cắt tới hạn tiện.34 Hình 3.9: Ảnh hưởng b đến A 35 Hình 3.10: Ảnh hưởng S đến A 36 Hình 3.11: Ảnh hưởng v đến A 36 Hình 3.12: Ảnh hưởng góc cắt đến A 37 Hình 3.13: Ảnh hưởng góc nghiêng đến A 37 Hình 3.14: Ảnh hưởng góc sau đến chiều sâu cắt tới hạn 38 Hình 3.15: Sự phụ thuộc chiều rộng cắt tới hạn vào góc điều chỉnh 39 Hình 3.16: Ảnh hưởng góc nghiêng q trình cắt 40 Hình 3.17: Sự phụ thuộc chiều sâu cắt tới hạn vào thời gian cắt dao 40 Trang Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chun ngành:Cơng nghệ chế tạo máy Hình 3.18: Ảnh hưởng chiều sâu cắt bán kính đỉnh dao đến hướng lực cắt động lực học 41 Hình 3.19: Ảnh hưởng tốc độ cắt đến chiều rộng cắt tới hạn tiện .42 Hình 4.1: Mơ hình hệ thống đo xử lý tín hiệu rung động 46 Trang Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 5.1: Bảng xác định độ lớn lượng chạy dao thực tế 48 Bảng 5.2: Thông số đầu vào thí nghiệm .49 Trang Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chun ngành:Cơng nghệ chế tạo máy Thí nghiệm 1.2 Trang 51 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Cơng nghệ chế tạo máy Thí nghiệm 1.3 Trang 52 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy Thí nghiệm 1.4 Trang 53 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chun ngành:Cơng nghệ chế tạo máy Thí nghiệm 1.5 Trang 54 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chun ngành:Cơng nghệ chế tạo máy Thí nghiệm 1.6 Trang 55 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy Thí nghiệm 1.7 Trang 56 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy Thí nghiệm 1.8 Trang 57 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chun ngành:Cơng nghệ chế tạo máy Thí nghiệm 2.1 Trang 58 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy Thí nghiệm 2.2 Trang 59 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy Thí nghiệm 2.3 Trang 60 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chun ngành:Cơng nghệ chế tạo máy Thí nghiệm 2.4 Trang 61 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy 5.2 Những tác động rung động đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công máy phay CNC trục - Qua kết thí nghiệm lý thuyết chuyên ngành tác giả nhận thấy: + Dưới tác dụng lực cắt, hệ (hệ thống công nghệ) gồm máy phay – đồ gá – dao phay – chi tiết bị rung động cưỡng + Rung động gây số tác hại như: làm giảm chất lượng bề mặt, gây sai số kích thước chi tiết gia công, làm lệch phận máy dẫn đến giảm độ bền máy làm gãy dụng cụ cắt + Trong ba đặc trưng (tần số, biên độ pha) rung động đặc trưng biên độ gây ảnh hưởng trực tiếp lớn Biên độ rung động phục thuộc chủ yếu vào yếu tố sau: chiều sâu cắt (t), chiều rộng cắt (B), vận tốc cắt (S) lượng chạy dao (F) Đây bốn thông số công nghệ đặc trưng cho chế độ gia công máy phay CNC trục - Để hạn chế tác dụng rung động nhằm nâng cao chất lượng bề mặt cho chi tiết máy người thiết kế quy trình cơng nghệ cần chọn chế độ cắt bao gồm: chiều sâu cắt (t), chiều rộng cắt (B), vận tốc cắt (S) lượng chạy dao (F) cách hợp lý - Trong q trình gia cơng máy phay CNC trục, người vận hành thay đổi trực tiếp vận tốc cắt thông qua hai nút ấn lượng chạy dao thông qua công tắc xoay 16 tiếp điểm điều khiển CNC - Dựa việc tiến hành đo thu thập liệu rung động máy nhiều chế độ gia công khác - Tổng hợp kết đo này, tác giả nhận thấy dụng cụ cắt vào phôi gây rung động có gia tốc lớn - Tín hiệu gia tốc rung động xuất lưỡi dao phay ăn vào chi tiết gia công Khi lưỡi dao bắt đầu ăn vào chi tiết, gia tốc rung động nhỏ Gia tốc rung động lớn lưỡi dao ăn sâu vào chi tiết nhiều giảm dần lưỡi dao phay khỏi chi tiết Khi tốc độ quay trục cao tần số xuất tín hiệu lớn Khi phay thuận, gia tốc rung động lớn lưỡi dao bắt đầu ăn vào chi tiết giảm dần lưỡi dao phay khỏi chi tiết Trang 62 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Kết luận Nghiên cứu ảnh hưởng rung động máy phay CNC trục hoạt động quan trọng nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm gia công Việc nghiên cứu ảnh hưởng rung động giúp nhận biết kiểm sốt rung động q trình gia cơng, từ có biện pháp nhằm hạn chế ảnh hưởng rung động đến chất lượng sản phẩm Hiện nay, Việt Nam trình xây dựng ngành khí chế tạo tiên tiến với trình độ cơng nghệ cao Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng rung động cần coi trọng nhằm chế tạo sản phẩm khí chất lượng cao Kết nghiên cứu áp dụng thực tế không máy phay CNC trục mà áp dụng cho máy trục máy vạn Trong tương lai, việc xây dựng thuật toán để thay đổi thong số: chiều sâu cắt (t), chiều rộng cắt (B), vận tốc cắt (S) lượng chạy dao (F) thuận lợi góp phần làm cho chất lượng chi tiết máy tăng lên Hướng phát triển đề tài Trên sở thí nghiệp phân tích rung động máy Nghiên cứu đưa phương pháp xác định biên độ vận tốc rung động từ gia tốc rung động Tích hợp thuật tốn vào chip vi điều khiển để tạo thành mô đun điều khiển mở rộng cho máy phay CNC nhằm mục đích nâng cao suất chất lượng gia cơng Vì lượng chạy dao F có 16 giá trị khác nên thuật toán điều khiển lượng chạy dao cịn nhiều hạn chế Vì cần đưa thêm vận tốc cắt vào để hình thành tốn điều khiển đồng thời lượng chạy dao vận tốc cắt cho máy phay CNC Xây dựng toán tối ưu hóa q trình xấp xỉ (chia nhỏ) câu lệnh G – code thành nhiều câu lệnh G – code khác với phiếm hàm mục tiêu sai số nhỏ Trang 63 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy Khi thành công phương pháp cho phép thay đổi bốn thông số công nghệ (F, S, B, t) điều khiển máy phay CNC theo phương pháp DNC Trang 64 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Cơng Nghệ Chế Tạo Máy, GS.TS Trần Văn Địch, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2007 [2] Giáo trình Nguyên Lý Gia Công Vật liệu, Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sĩ Túy, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2001 [3] Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Võ Thanh Sơn, Đào Văn Tân, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật,2001 [4] Giáo trình Cơng nghệ CNC, GS.TS Trần Văn Địch, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật,2004 [5] Luận văn “Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính rung động tự kích thích ảnh hưởng bước tiến dao đến tăng trưởng q trình cắt kim loại với trợ giúp máy tính”, Ngơ Đức Hạnh, Thái Nguyên 2008 [6] “The effect of spindle vibration on surface roughness of workpiece in dry turning using arm”, S.S.Abuthakeer, P.V.Mohanram, G.Mohankumar, International Journal of Lean Thinking Volume 2, Issue (December 2011) [7] “The effect of cutting tool vibration on surface roughness of workpiece in dry turning operation”, Safeen Y.Kassab, Younis K.Khoshnaw, Eng & Technology, Vol.25, No.7, 2007 [8] “Study on vibration of CNC machine”, Mechanical Department, Al-Dewaniyah Technical Institute, Foundation of Technical Education, Al-Dewaniya, Iraq, International Journal of Mechanical Engineering Application Researh, Vol 04, Issued 2, April – June 2013, ISSN 2249-6564 Trang 65 ... RUNG ĐỘNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC TRỤC 48 5. 1 Thực nghiệm đo rung động máy CNC trục 49 5. 2 Những tác động rung động đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công máy phay. .. - Phạm Thanh Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG PHÁT SINH TRONG QUÁ TRÌNH CẮT TỚI CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC Chuyên ngành: Côn nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ... RUNG ĐỘNG VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG CỦA RUNG ĐỘNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC TRỤC Như biết, rung động có ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt chi tiết gia công Và yếu tố gây rung động máy