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[.]
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: 62.52.04.01 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1- GS.TSKH BÀNH TIẾN LONG - PGS.TS.HOÀNG VĨNH SINH HÀ NỘI - 2012 LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu khoa học phục vụ cho công “Công nghiệp hố, đại hố Đất nước” việc làm vơ quan trọng nước ta Đề tài “ Nghiên cứu xác định miền ổn định gia công máy phay CNC trục tốc độ cao” để xác định miền ổn định gia công máy phay CNC nhằm mục đích nâng cao hiệu khai thác, tìm thơng số tối ưu để nâng cao chất lượng tính sử dụng máy với giúp đỡ nhiều cá nhân tổ chức Lời xin cám ơn Nhà giáo nhân dân.GS.TSKH.Bành Tiến Long, thầy Hướng dẫn khoa học thứ định hướng chuẩn bị Thầy cho chương trình NCS tơi từ sau tơi hồn thành chương trình Thạc sĩ, định hướng chiến lược hướng dẫn cụ thể Thầy q trình tơi làm NCS viết luận án Tôi muốn bày tỏ lịng biết ơn đến PGS.TS Hồng Vĩnh Sinh, trưởng Bộ môn GCVL-DCCN - ĐHBK Hà Nội, thầy Hướng dẫn Khoa học thứ hai tơi tận tình dành cho tơi nghiên cứu, đóng góp q báu Thầy nghiên cứu viết luận án giúp tơi hồn thành luận án Tơi xin cám ơn PGS.TS Phan Bùi Khôi, viện trưởng viện khí tập thể Thầy giáo, Cơ giáo Viện Cơ khí đặc biệt tơi xin cảm ơn thể Thầy giáo, Cô giáo Bộ môn GCVL-DCCN – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Tôi xin cám ơn Ban lãnh đạo, cán nhân viên Viện đào tạo bồi dưỡng Sau đại học – Trường ĐHBK Hà Nội tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho trình làm nghiên cứu sinh Tơi xin cám ơn Ban giám hiệu trường Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Tập đoàn khoa học kỹ thuật Hồng Hải (Foxconn), viện học Việt Nam, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình làm thí nghiệm Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu trường Đại học bách khoa Hà Nội, trường Đại học Công nghiệp TPHCM tạo điều kiện thuận lợi cho trình nghiên cứu Ngày 01 tháng 02 năm2012 NCS Phan Văn Hiếu LỜI CAM ĐOAN Nội dung luận án nghiên cứu từ sở lý thuyết trình phay máy phay CNC đến thực nghiệm để xây dựng biểu đồ ổn định cụm dao – máy phay CNC trục tốc độ cao phần mềm Matlab gia công thực nghiệm để xác định miền ổn định gia công máy phay CNC trục tốc độ cao nhằm mục đích giúp cho việc khai thác sử dụng máy phay CNC hiệu Với danh dự Giảng viên Đại học, xin cam đoan nội dung luận án cơng trình nghiên cứu Nội dung luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác, trừ phần tham khảo ghi rõ luận án Tác giả NCS Phan Văn Hiếu MỤC LỤC - Lời cảm ơn …………………………………………………………………………1 - Lời cam đoan……………………………………………………………………… - Mục lục…………………………………………………………………………… - Danh mục thuật ngữ từ viết tắt…………………………………………… - Danh mục bảng biểu……………………………………………………………7 - Danh mục hình vẽ đồ thị……………………………………………….……8 MỞ ĐẦU………………………………………… ……………………………… 11 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC TỐC ĐỘ CAO……………………………………………… …… 15 1.1.Giới thiệu chung gia công phay CNC tốc độ cao………………………….……15 1.1.1 Khái niệm……………………………………………………………….… 15 1.1.2 So sánh phay tốc độ cao với phay truyền thống …………………… …16 1.1.3 Ứng dụng……………………………………………………….………… 17 1.2.Khái niệm ổn định…………………………………………………………….….…18 1.2.1 Khái niệm ổn định ổn định trình cắt…………….…….…18 1.2.2 Biểu đồ ổn định………………………………………………………… ….19 1.2.3 Nguyên nhân gây ổn định………………………………………… ….20 1.2.4 Các dạng ổn định trình cắt………………………………… …21 1.2.4.1 Mất ổn định hiệu ứng tái sinh…………………………………… 21 1.2.4.2 Mất ổn định liên kết vị trí………………………………………… 23 1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định trình cắt………………………… 24 1.2.6 Các biện pháp nâng cao ổn định trình cắt……………………….….25 1.2.6.1 Nhóm biện pháp liên quan đến cấu trúc máy…………………… 25 1.2.6.2 Nhóm biện pháp liên quan đến phôi dụng cụ gia công…… …25 1.2.6.3 Nhóm biện pháp liên quan đến q trình cắt…………….……… 26 1.3 Kết luận thành tựu hạn chế cơng trình nghiên cứu trong, ngồi nước ổn định gia công phay CNC………………………………………… 26 Chƣơng 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHAY CNC TỐC ĐỘ CAO……………………………………………………………………………….… 31 2.1 Máy kết cấu máy gia công tốc độ cao……………………………………….…31 2.1.1 Những yêu cầu chung ……………………………………………………….31 2.1.2 Các kết cấu máy gia công tốc độ cao…………………………………….….31 2.1.3 Máy gia công tốc độ cao thường dùng…………………………………… 35 2.2 Dụng cụ cắt ……………………………….……………………………………….37 2.3 Quá trình tạo phoi …………………………………………………………… … 40 2.4 Mơ hình lực cắt phay tốc độ cao………………………………………….… 43 2.4.1 Các thông số quỹ đạo cắt 43 2.4.2 Nghiên cứu hệ thống lực cắt phay tốc độ cao………………………… 45 2.5 Hiện tượng rung động phay tốc độ cao…………………………………….…47 2.5.1 Khái niệm rung động phay……………………………………….… 47 2.5.2 Quá trình phát triển rung động……………………………………………….48 2.6 Các phương pháp nghiên cứu ổn định trình phay tốc độ cao………… 52 2.6.1 Phương pháp phân tích…………………………………….……………… 52 2.6.2 Phương pháp số………………………………………… ……………… …55 2.7 Các thơng số ảnh hưởng đến tính ổn định…………………………………… ….56 2.7.1 Ảnh hưởng hệ số giảm chấn………………………………………….…56 2.7.2 Ảnh hưởng tần số dao động tự nhiên………………………….…… …57 2.7.3 Ảnh hưởng số cắt…………………………………………… ……59 2.7.4 Ảnh hưởng chiều rộng ăn dao…………………………………… ……60 2.8 Các tiêu chí đánh giá ổn định………………………………………………… … 61 2.9 Kết luận… ………………………………………………………………….… …61 Chƣơng 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC BA TRỤC TỐC ĐỘ CAO…………………… 62 3.1 Xây dựng mơ hình nghiên cứu tính ổn định q trình phay…………………… 62 3.1.1 Mơ hình tốn nghiên cứu ổn định q trình phay…………………….…62 3.1.2 Các thông số hệ thống ảnh hưởng tới biểu độ ổn định……………….…62 3.2 Xây dựng phương pháp đo đo độ cứng k, hệ số giảm chấn c hệ thống máy phay tốc độ cao CNC ba trục……………………………………… …………… … 63 3.2.1 Kết tác dụng xung lực theo hai phương ox oy………………………64 3.2.2 Kết trình đa rung động…………………………………… … 64 3.3 Xử lý số liệu thực nghiệm…………………………………………………… … 67 3.3.1 Tính tốn độ cứng……………………………………………………… … 67 3.3.2 Tính tốn khối lượng quy đổi………………………………………… ……67 3.3.3 Tính tốn hệ số giảm chấn ……………………………………………… …68 3.4 Chỉ tiêu đánh giá thông số đầu ra………………………………………… ….69 3.4.1 Nhận biết rung động âm thanh………………………………….… …71 3.4.2.Nhận biết rung động đo dao động đầu trục trục chính………… … 73 3.4.3 Nhận biết rung động phay sai số hình dáng………………………74 3.4.4.Lực cắt…………………………………………………………………… …78 3.5 Kết luận: ………………………………………………… …………………….…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………… 82 4.1 Các thơng số đầu vào chính……………………………………………… …… 82 4.2 Tiêu chí đánh giá ổn định dựa phần mềm………………………………… 82 4.3 Xây dựng biểu đồ ổn định phần mềm matlab…………………………….….87 4.3.1 Chương trình tính biểu đồ ổn định theo phương pháp phân tích………….…87 4.3.2 Chương trình tính biểu đồ ổn định theo phương pháp số………………… 87 4.4 Kết tính biểu đồ ổn định…………………………………………………… 87 4.5 Đánh giá độ tin cậy phần mềm phương pháp so sánh……………… …88 4.6 Kết luận………………………………………………………………………… 90 Chƣơng 5: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MIỀN ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC BA TRỤC TỐC ĐỘ CAO…………………………… 91 5.1 Nội dung thí nghiệm:…………………………………………………………… 91 5.1.1 Chuẩn bị thí nghiệm……………………………………………………… 91 5.1.2 Tiến hành thí nghiệm…………………………………………………….… 91 5.2 Kết thí nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm……………………………….…92 5.3 So sánh đánh giá kết thực nghiệm……………………………………… 98 5.4 kết luận ………………………………………………………………………… 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ… ………………………………………… ……… 102 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ………………105 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………… 106 PHỤ LỤC…………………………………………………….…………………….…109 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 dao phôi chiều dày phoi (m) Hxx j hệ số cắt (N/ số 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 N t T tốc độ vòng quay (vòng/phút) số dụng cụ cắt thời gian (s) chu kỳ chuyển động răng(s) a x y z chiều sâu cắt (mm) dịch chuyển dụng cụ cắt theo phương chạy dao x(m) dịch chuyển dụng cụ cắt theo vng góc phương chạy dao y(m) dịch chuyển dụng cụ cắt theo phương dọc trục (m) vị trí góc thứ j (deg) vị trí góc bắt đầu cắt (deg) vị trí góc kết thúc cắt (deg) thời gian lặp lại vị trí (s) hệ số giảm chấn tương đối tần số tự nhiên (rad/s) CNC (Computer Numerical Control) - Điều khiển số có hỗ trợ máy tính Px - Lực hướng trục (N) Py Pz T - Lực hướng kính (N) - Lực tiếp tuyến (lực cắt chính) (N) - Tuổi bền dụng cụ 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 dao - Góc cắt dao - Góc trước dao - Góc lệch dao 1 - Góc lệch phụ dao - Nhiệt cắt DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Bảng 1.1 Tên bảng So sánh gia công tốc độ cao gia công thường Bảng 2.1 So sánh số máy gia công tốc độ cao trục thẳng đứng số 36 hãng tiếng Bảng 5.1 Bảng 5.2 Số liệu thí nghiệm chiều sâu cắt tốc độ quay trục Số liệu thí nghiệm lượng chạy dao tốc độ quay trục Trang 17 92 92 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình1.10 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 2.20 Hình 2.21 Hình 2.22 Hình 2.23 Hình 2.24 Hình2.25 Hình 2.26 Hình 2.27 Hình 2.28 Hình 2.29 Tên hình vẽ Chương Máy phay cao tốc DNM 400 Vùng tốc độ gia công tốc cao số loại vật liệu Đồ thị trình phay ổn định ổn định Hình dạng biểu đồ ổn định q trình phay Hiệu ứng tái sinh Mơ tả rung không tái sinh Mô tả động lực học cắt Biểu đồ ổn định dạng túi Đặc tính vật lý máy Mơ hình điều kiện đầu vào Chương Kết cấu máy gia công tốc độ cao Các loại truyền động trục Trục máy gia công tốc độ cao Ổ với bi làm ceramic Vít me- đai ốc bi Bàn xoay máy CNC Trung tâm phay cao tốc Makino A55 Delta Mảnh hợp kim có CBN mũi mảnh CBN nguyên khối Dụng cụ có lớp phủ TiCN Sơ đồ trình hình thành phoi Sự biến dạng kim loại vùng cắt Các góc phoi Các dạng phoi Phương trình đường xicloit (trên) phương trình xấp xỉ đường trịn (dưới) Lượng chạy dao phay Góc dao vào, góc dao phay nghịch (a) phay thuận (b) Lực cắt phay tốc độ cao : a) phay nghịch ;b) Khi phay thuận Mơ hình q trình phay tốc độ cao Bề mặt gia cơng ứng với chế độ cắt ổn định không ổn định Tần số rung động dụng cụ cắt chế độ ổn định Tần số rung động dụng cụ cắt biên giới ổn định Tần số rung động dụng cụ cắt chế độ ổn định Mơ hình đơn giản q trình cắt dao phôi Sơ đồ hàm truyền lực hệ thống Sơ đồ hàm truyền lực rút gọn Biểu diễn hàm truyền hệ tọa độ ảo Biểu diễn cắt Đồ thị ổn định xây dựng từ đường biên ổn định Biểu đồ ổn định hệ số giảm chấn theo phương x y thay đổi Trang 15 16 19 19 22 23 27 27 28 28 31 32 32 33 33 34 36 38 39 40 41 42 42 43 43 44 45 46 48 49 50 51 52 52 52 53 54 54 57 Hình 2.30 Hình 2.31 Hình 2.32 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Hình 3.22 Hình 3.23 Hình 3.24 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 0.01, 0.02, 0.04 Biểu đồ ổn định tần số dao động tự nhiên thay đổi 750*2 , 1000*2 , 1500*2 rad/s Biểu đồ ổn định số cắt dao phay thay đổi 1,2,4 Biểu đò ổn định hệ số chiều rộng ăn dao đổi 0.1, 0.3, 0.5 Chương Mơ hình xây dựng biểu đồ ổn định Phương pháp gõ thử để đo thông số động học hệ Cửa sổ nhận tín hiệu đo Biểu đồ phổ lực Biểu đồ phổ gia tốc Biểu đồ phổ chuyển vị Biểu đồ chuyển vị theo phương ox Phương pháp tính độ giảm chấn Bandwidth Đáp ứng tần số dao động theo phương x Sơ đồ nghiên cứu q trình cắt Bài tốn xây dựng biểu đồ ổn định Sơ đồ thiết lập microphone, accelerometers Biểu đồ PSD tín hiệu microphone tốc độ 24000 v/p Chiều sâu cắt 4,5; 4,7; 4,9; 5,0 mm cho hình a, b, c, d Biểu đồ PSD accelerometers tốc độ quay 20000v/p Chiều sâu cắt 4,5; 4,7; 4,9; 5,0 mm cho hình a, b, c, d Sai số hình dáng Các yếu tố hình học lớp bề mặt.1- Sóng bề mặt, 2-nhấp nhơ bề mặt Thuật giải tốn xây dựng biểu đồ sóng bề mặt Đồ thị sóng bề mặt Đồ thị sóng bề mặt chế độ gia công ổn định Đồ thị sóng bề mặt chế độ gia cơng ổn định Thuật giải toán xây dựng biểu đồ lực cắt Đồ thị lực cắt Fx(N) theo thời gian lần cắt Đồ thị lực cắt Fx(N) theo thời gian lần cắt Đồ thị lực cắt Fy(N) theo thời gian lần cắt 27 Chương Biểu đồ sóng bề mặt ứng với chế độ gia công ổn định Biểu đồ sóng bề mặt ứng với chế độ gia công ổn định Rung động theo phương x y lực cắt tác dụng lên dao cắt trường hợp ổn định Rung động theo phương x, y lực cắt tác dụng lên dao cắt trường hợp ổn định Rung động theo phương x, y lực tác dụng lên dao cắt trường hợp ổn định Chương trình tính tốn biểu đồ ổn định 58 59 60 62 63 64 65 65 66 67 68 69 70 70 71 72 73 74 75 76 77 77 78 78 79 79 80 83 83 84 85 86 87 10 Hình 4.7 Chương tình tính biểu đồ ổn định phương pháp số Hình 4.8 Biểu đồ ổn định xây dựng phần mềm matlab Hình 4.9 Kết mơ Faassen’s mơ hình phi tuyến Hình 4.10 Kết mơ matlab mơ hình tuyến tính Hình 4.11 Kết mơ với CutPro Hình 4.12 Kết mơ với matlab Chương Hình 5.1 Biểu đồ lực theo phương ox, oy oz với vận tốc n=10000vg/ph chiều sâu cắt t=1,2mm Hình 5.2 Biểu đồ sóng bề mặt với vận tốc n=10000vg/ph chiều sâu cắt t=1,2mm Hình 5.3 Biểu đồ lực cắt với vận tốc n=7000vg/ph chiều sâu cắt t=0,75mm Hình 5.4 Biểu đồ sóng bề mặt với vận tốc n=7000vg/ph chiều sâu cắt t=0,75mm Hình 5.5 Biểu đồ biến dạng bề mặt chế độ gia cơng thực nghiệm Hình 5.6 Biểu đồ lượng chạy dao tốc độ quay trục Hình 5.7 Biểu đồ miền ổn định theo phương pháp mơ số Hình 5.8 Biểu đồ miền ổn định thực nghiệm Hình 5.9 So sánh kết lý thuyết cắt thử 87 88 89 89 89 90 93 94 95 96 97 98 99 99 100 11 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sự nghiệp đổi kinh tế đất nước nhằm đưa nước ta khỏi tình trạng nghèo nàn, chậm phát triển Đảng khởi xướng lãnh đạo thực 25 năm qua Để thực mục tiêu “Cơng nghiệp hố, đại hố Đất nước” việc phát triển khoa học cơng nghệ nói chung khoa học cơng nghệ khí nói riêng trở nên quan trọng cấp thiết hết Từ cuối thập niên 80 kỷ XX đến nay, nhiều doanh nghiệp nước trang bị nhiều loại máy móc, thiết bị sử dụng kỹ thuật CNC (Computer Numerical Control) nhằm nâng cao suất, chất lượng sản phẩm Do nhu cầu nhập máy CNC ngày tăng Để nội địa hóa loại sản phẩm quan trọng này, nhà nước mạnh dạn đầu tư vào lĩnh vực sản xuất máy cơng cụ CNC Vì lĩnh vực công nghệ cao bắt đầu thực Việt Nam nên nhiều hạn chế cần nghiên cứu hoàn chỉnh dần như: - Thiết kế máy tối ưu - Đánh giá độ ổn định máy - Nâng cao hiệu khai thác, sử dụng loại máy ? Trong đó, nâng cao suất gia công máy CNC (đặc biệt máy phay CNC) vấn đề cấp thiết Việc thực cách lựa chọn chế độ gia công hợp lý (tối ưu) Chế độ cắt tối ưu chế độ cắt cho suất cao (vận tốc cắt lớn, chiều sâu cắt lớn) chất lượng bề mặt đảm bảo (rung động – chế độ gia công ổn định) Đề tài “ Nghiên cứu xác định miền ổn định gia công máy phay CNC trục tốc độ cao” lựa chọn nhằm mục đích nghiên cứu xây dựng biểu đồ ổn định máy từ tìm chế độ cắt hợp lý q trình phay CNC, góp phần vào việc nâng cao hiệu khai thác, sử dụng máy phay CNC sản xuất khí nói riêng sở để nghiên cứu cho máy tương tự Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu đề tài nghiên cứu xác định miền ổn định gia công máy phay CNC trục tốc độ cao, tìm mối quan hệ chiều sâu cắt với tốc độ trục chính, yếu tố q trình cắt như: Lực cắt, độ sóng bề mặt, đề số biện pháp nâng cao suất, chất lượng bề mặt chi tiết gia công phay CNC tốc độ cao 12 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ổn định có quan hệ với độ cứng vững hệ thống công nghệ, thông số hình học dụng cụ cắt, điều kiện cắt, chế độ cắt yếu tố khác Tuy nhiên đối tượng nghiên cứu đề tài chọn là: Mối quan hệ yếu tố chế độ cắt với ổn định trình phay CNC tốc độ cao điều kiện biên khác xác định sau: - Máy thực nghiệm: máy phay CNC “DNM 400” - Vật liệu gia công thép C45 - Vật liệu làm dụng cụ cắt Dao phay hợp kim cứng (OSGb10-JPN 7600), cắt Nhật Bản - Đối tượng gia công mặt phẳng - Thiết bị đo độ cứng, đo hệ số giảm chấn, đo lực cắt, đo độ nhấp nhô tế vi bề mặt, ( hãng Mitutoyo – Nhật Bản, Kistler- Thuỵ sỹ) Phạm vi nghiên cứu nghiên cứu ảnh hưởng chiều sâu cắt, tốc độ quay trục chính, tìm miền ổn định dựa vào chi tiêu lực cắt, độ sóng bề mặt, cụ thể: - Tốc độ phay từ 2000 vg/ph đến 20000 vg/ph - Chiều sâu cắt từ 0.15 mm đến 1.65 mm Nội dung nghiên cứu Luận án gồm chương phần phụ lục sau: Chương 1: Tổng quan ổn định gia công máy phay CNC trục tốc độ cao Chương góc nhìn tổng quan gia cơng phay CNC tốc độ cao, thành tựu nghiên cứu đạt giới nước Những tồn cần giải quyết, từ đưa mục tiêu hướng nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết trình phay CNC tốc độ cao Chương trình bày nghiên cứu sở lý thuyết trình cắt tượng xảy trình cắt, sở khoa học, giả thiết, đặc điểm công nghệ phương pháp phay CNC tốc độ cao Chương 3: Xây dựng mơ hình nghiên cứu tính ổn định gia cơng máy CNC tốc độ cao 13 Chương trình bày vấn đề xây dựng mơ hình biểu đồ ổn định, xác định thông số đầu vào hệ thống công nghệ, tiêu đánh giá thơng số đầu mơ hình Chương 4: Ứng dụng phần mềm matlab xác định miền ổn định gia công máy phay CNC trục tốc độ cao Chương trình bày vấn đề để xây dựng mơ hình tốn xác định lực cắt, độ sóng bề mặt phụ thuộc vào yếu tố chế độ cắt phay máy CNC Sử dụng phương pháp số phương pháp phân tích để xây dựng biểu đồ ổn định Xây dựng phần mềm matlab vẽ biểu đồ ổn định gia công phay CNC Chương 5: Thực nghiệm xác định miền ổn định gia công máy phay CNC trục tốc độ cao Chương nghiên cứu thực nghiệm xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan hệ chế độ cắt với lực cắt, độ sóng bề mặt phay máy phay CNC tốc độ cao Thực nghiệm kiểm chứng độ tin cậy biểu đồ ổn định xây dựng chương Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài * Ý nghĩa khoa học: Bằng cách nghiên cứu sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận án đưa hàm tốn học mơ tả mối quan hệ lực cắt, độ sóng bề mặt với chế độ cắt làm sở cho việc tìm miền ổn định trình cắt cho nghiên cứu khác trình cắt Đồng thời sở luận án xây dựng tốn tìm miền ổn định q trình gia cơng phay CNC tốc độ cao với điều kiện biên độ sóng bề mặt, lực cắt ràng buộc điều kiện máy, dụng cụ, chất lượng bề mặt trình cắt thiết kế phần mềm trợ giúp lựa chọn chế độ cắt hợp lý gia công máy phay CNC trục tốc độ cao * Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu xây dựng biểu đồ ổn định gia cơng máy phay CNC tốc độ cao có ý nghĩa thực tiễn nghiên cứu khoa học sản xuất sau: - Làm sở cho việc nghiên cứu khía cạnh khác trình cắt - Giúp cho việc lựa chọn chế độ cơng nghệ viết chương trình gia cơng NC trình chuẩn bị sản xuất hợp lý hơn, hiệu khai thác, sử dụng máy phay CNC tốt Góp phần vào việc nâng cao suất hạ giá thành sản 14 phẩm Đây yếu tố có ý nghĩa lớn phát triển doanh nghiệp môi trường sản xuất kinh doanh phải đối mặt với cạnh tranh khốc liệt thị trường trình hội nhập - Đạt khả cho suất cao đảm bảo chất lượng bề mặt theo yêu cầu sản xuất số lượng sản phẩm không nhiều - Tạo phần mềm lựa chọn với ràng buộc mở, cho phép doanh nghiệp lựa chọn điều kiện ràng buộc phù hợp với thực tiễn sản xuất, chẳng hạn phải sử dụng dao phay đặc biệt, giá thành cao đưa vào yêu cầu tuổi bền dao phay cao, phần mềm tính tốn lựa chọn chế độ cắt phù hợp với yêu cầu Phương pháp nghiên cứu Dùng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm - Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ yếu tố chế độ cắt với số yếu tố khác lực cắt, độ sóng bề mặt gia cơng - Thực nghiệm cắt thử để kiểm chứng sở lý thuyết mối quan hệ chế độ cắt với yếu tố trình cắt : lực cắt, độ sóng bề mặt - Thực nghiệm máy để xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan hệ chế độ cắt với yếu tố q trình cắt như: lực cắt, độ sóng bề mặt - Ứng dụng công nghệ thông tin: Sử dụng kỹ thuật mô số Kết luận Đưa kết luận án lý thuyết thực tế sản suất, đề xuất kiến nghị hướng nghiên cứu Phần phụ lục bao gồm kết đo độ sóng, đo lực cắt phần sở toán học, kết xử lý số liệu, số hình ảnh thí nghiệm 15 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC TỐC ĐỘ CAO 1.1.Giới thiệu chung gia công phay CNC tốc độ cao 1.1.1 Khái niệm Hiện gia công tốc độ cao (High Speed Machining-HSM) xem lĩnh vực ngành chế tạo máy Thực gia công tốc độ cao khơng mới, thực hiên cách 30 năm Gần đây, với phát triển vượt bậc ngành chế tạo máy với cơng nghệ liên quan máy tính, dụng cụ cắt, máy công cụ, điều khiển CNC, hệ thống CAM, gia cơng tốc độ cao ngày quan tâm Các ứng dụng chủ yếu thúc đẩy công nghệ theo hướng gia công tốc độ cao là: chế tạo khuôn mẫu, chế tạo chi tiết ngành ô tô gia công chi tiết ngành hàng không Hình 1.1 Máy phay cao tốc DNM 400 Hình 1.1 máy gia công tốc độ cao DNM 400 với tốc độ trục 20.000vg/ph, tốc độ chạy dao nhanh lên đến 300m/ph Trong số trường hợp người ta sử dụng máy truyền thống để gia cơng tốc độ cao Rất khó để nêu lên định nghĩa chung gia công tốc độ cao Tốc độ gia cơng cụ thể cho ứng dụng Ví dụ gia cơng tốc độ cao, gia công thép vào khoảng 800m/ph giá trị chưa phải giá trị tốc độ gia công gia cơng tốc độ cao gang Nói chung, để định nghĩa gia công tốc độ cao cần dựa vào yếu tố sau: tốc độ cắt cao, tốc độ quay trục cao, lượng chay dao cao 16 suất cao Tốt nói gia cơng tốc độ cao có nghĩa cắt gọt vật liệu nhanh bình thường cho cơng đoạn cụ thể Ngoài yếu tố khác chế độ gia cơng, vật liệu dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến q trình gia cơng tốc độ cao Dải tốc độ cắt gia công tốc độ cao cho vật liệu khác trình bày hình 1.2 đây: Hình 1.2 Vùng tốc độ gia công tốc cao số loại vật liệu 1.1.2 So sánh phay tốc độ cao với phay truyền thống Gia cơng tốc độ cao vật liệu cứng có khác biệt đáng kể so với phương pháp gia cơng truyền thống vật liệu mềm Bởi vật liệu gia cơng tốc độ cao có độ cứng cao nên lực cắt sinh gia công tốc độ cao lớn Vì lượng ăn dao gia công tốc độ cao phải giới hạn Trong hầu hết trường hợp, mảnh hợp kim dùng gia cơng tốc độ cao phải có góc trước âm Góc trước âm tạo điều kiện cắt gọt tốt cho lưỡi cắt tốc độ cao, chiều sâu cắt tương đối nhỏ lực cắt tập trung Tuy nhiên, đơi doa lỗ góc trước dương tốt Tương tự vậy, để bảo vệ lưỡi cắt không bị mẻ, mảnh hợp kim người ta vát mép lưỡi cắt bo tròn Gia công thông thường bị giới hạn độ cứng vật liệu Trong dải vật liệu gia công gia công tốc độ cao không hạn chế, thép rèn tôi, thép gió, hợp kim cứng bề mặt stellites Việc hợp kim stellites gia cơng gia cơng tốc độ cao mở rộng khả gia công tốc cao kể công việc sửa chữa Nhiệt sinh vùng cắt gọt gia công tốc độ cao cao, lên đến khoảng 930oC thơng thường người ta gia cơng tốc độ cao mà không dùng dung dịch trơn nguội nên bề mặt gia cơng tốc độ cao bị hư hại nhiệt Cấu trúc vi mô lớp bề mặt bị thay đổi tồn ứng suất dư lớp bề mặt 17 Bảng 1.1 So sánh gia công tốc độ cao gia công thường Các thông số Gia công thường Gia công tốc độ cao Tốc độ trục (vg/ph) 4.000 8.000 - 50.000 Tốc độ chạy dao trục (mm/ph) 10.000 2.500 - 60.000 Tốc độ chạy dao nhanh (mm/ph) 20.000 20.000 - 60.000 Gia tốc (g) - 0,5 - 2,0 Gia công tốc độ cao có nhiều ưu điểm so với gia cơng truyền thống, vài ưu điểm kết trực tiếp cách bóc vật liệu gia công tốc độ cao Ưu điểm đáng kể gia cơng tốc độ cao dùng dụng cụ mà gia công nhiều chi tiết có hình dáng khác cách thay đổi đường chạy dao Ngoài ưu điểm nêu phần trên, việc áp dụng công nghệ gia công tốc độ cao để gia công lần cuối chi tiết cịn mang lại lợi ích sau: - Giảm thời gian chu kì gia cơng sản phẩm - Giảm chi phí đầu tư thiết bị - Tăng độ xác - Đạt độ bóng bề mặt cao - Cho phép nâng cao tốc độ bóc vật liệu (từ – lần), nâng cao suất gia công 1.1.3 Ứng dụng Phay tốc độ cao hợp kim nhôm tiếng ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp hàng không vũ trụ thập kỷ qua Gần đây, gia cơng tốc độ cao cịn ứng dụng việc gia công vật liệu cứng, gia công sản xuất khuôn mẫu, khuôn đúc Vật liệu gia công cho phay tốc độ cao thường Gang, D2 (59 HRC), thép P20 (30HRC) H13 (46 HRC) … Các gang hợp kim với mác GM đặc biệt GM241 (ở độ cứng 210 HB) chủ yếu sử dụng cho sản xuất khuôn dập Thép P20 dùng phổ biến cho khn đúc thổi Do có thành phần các-bon thấp, thường gia cơng trước trạng thái tơi (30 HRC) sau tơi cứng đến 50 ÷ 55 HRC Trong khn đúc làm việc nhiệt độ cao, thường dùng thép khuôn H13 gia công độ cứng đến 46 HRC 18 1.2.Khái niệm ổn định 1.2.1 Khái niệm ổn định ổn định trình cắt Trong trình gia cơng kim loại, muốn đạt độ xác độ bóng bề mặt cao đồng thời nâng cao tuổi bền dụng cụ điều quan trọng hệ thống công nghệ máy - dụng cụ - chi tiết gia công – hệ thống đo không rung động rung động mức độ nhỏ cho phép [1-tr225] Trong thực tế khơng có q trình cắt mà hệ thống công nghệ không rung động Rung động tượng kèm theo trình cắt máy công cụ Trong điều kiện định rung dộng tăng trưởng gây ổn định q trình gia cơng, làm xấu tiêu kinh tế chất lượng bề mặt sản phẩm Sau định nghĩa ổn định khái quát David A Stephenson John Agapiou- [17-732] Một trình cắt gọi ổn định xuất rung động ngày tăng, dụng cụ cắt rung động với biên độ ngày tăng xa vị trí cân giới hạn xác định Một trình cắt gọi ổn định dụng cụ cắt bị kích thích tiến đến vị trí cân dạng dao động tắt dần tiến đến mức dao động Một hệ thống cơng nghệ gọi ổn định tĩnh học nguyên nhân gây rung động lực kích thích phụ thuộc vào vị trí Một hệ thống gọi ổn định động học nguyên nhân gây rung động phụ thuộc vảo vận tốc Hình 1.3.a Biểu diễn chế độ gia cơng ổn định, biểu đồ theo phương z hội tụ Hình 1.3.b Biểu diễn chế độ gia cơng khơng ổn định, biểu đồ theo phương z phân kỳ ... nghiệm 15 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC TỐC ĐỘ CAO 1.1.Giới thiệu chung gia công phay CNC tốc độ cao 1.1.1 Khái niệm Hiện gia công tốc độ cao (High Speed Machining-HSM)... – máy phay CNC trục tốc độ cao phần mềm Matlab gia công thực nghiệm để xác định miền ổn định gia công máy phay CNC trục tốc độ cao nhằm mục đích giúp cho việc khai thác sử dụng máy phay CNC hiệu... 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: 62.52.04.01 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG