ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI: NGHIÊN CỨU MIỀN ỔN ĐỊNH TRONG QUÁ TRÌNH PHAY CNC TỐC ĐỘ CAO BẰNG VÀ TIÊU CHÍ RUNG ĐỘNG VÀ ÂM THANH . Tài liệu gồm 135 trang.ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI: NGHIÊN CỨU MIỀN ỔN ĐỊNH TRONG QUÁ TRÌNH PHAY CNC TỐC ĐỘ CAO BẰNG VÀ TIÊU CHÍ RUNG ĐỘNG VÀ ÂM THANH . Tài liệu gồm 135 trang.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MƠN HÌNH HỌA-VẼ KỸ THUẬT o0o ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU MIỀN ỔN ĐỊNH TRONG QUÁ TRÌNH PHAY CNC TỐC ĐỘ CAO BẰNG TIÊU CHÍ RUNG ĐỘNG VÀ ÂM THANH Giảng viên hướng dẫn: TS PHAN VĂN HIẾU Giáo viên duyệt: ThS.HOÀNG LONG Nhóm sinh viên thực Số hiệu sinh viên Lớp VŨ VĂN CHIẾN 20100086 KTCK3-K55 NGUYỄN VĂN THỊNH 20100680 KTCK2-K55 Hà Nội, 06/2015 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI o0o GVHD : TS.Phan Văn Hiếu CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC o0o NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhóm sinh viên thực : VŨ VĂN CHIẾN NGUYỄN VĂN THỊNH Đề tài tốt nghiệp: KTCK3-K55 KTCK2-K55 SHSV : 20100086 SHSV : 20100680 NGHIÊN CỨU MIỀN ỔN ĐỊNH TRONG QUÁ TRÌNH PHAY CNC TỐC ĐỘ CAO BẰNG TIÊU CHÍ RUNG ĐỘNG VÀ ÂM THANH Nội dung phần thuyết minh: Chương 1: Giới thiệu ổn định phay CNC tốc độ cao Chương 2: Cơ sở lý thuyết trình phay CNC tốc độ cao Chương 3: Rung động trình phay CNC tốc độ cao Chương 4: Âm trình phay CNC tốc độ cao Chương 5: Mơ hình thực nghiệm đo rung động âm trình phay CNC tốc độ cao Kết luận – Kiến nghị Họ tên cán hướng dẫn : TS Phan Văn Hiếu Ngày giao nhiệm vụ :…………………………………………………… Ngày hoàn thành nhiệm vụ :…………………………………………… Ngày….Tháng….Năm 2015 Chủ nhiệm môn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Cán hướng dẫn CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI o0o GVHD : TS.Phan Văn Hiếu ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC o0o BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhóm sinh viên thực : VŨ VĂN CHIẾN NGUYỄN VĂN THỊNH KTCK3-K55 KTCK2-K55 SHSV : 20100086 SHSV : 20100680 Giảng viên hướng dẫn : TS Phan Văn Hiếu Giảng viên duyệt : ThS.Hoàng Long Nhận xét Giảng viên hướng dẫn : ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………… … ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………………………………………… ………………………………………… …………………………………………… ………………………………………….………………………………………… …………………………………………… ……………………………………… … …………………………………………….…………………………………… Đánh giá kết Ngày….tháng…năm 2015 Giảng viên hướng dẫn SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu Nhận xét Giảng viên duyệt : ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đánh giá kết Ngày…tháng…năm 2015 Giảng viên duyệt MỤC LỤC Lời nói đầu Chương 1: Giới thiệu chung gia công phay CNC tốc độ cao 1.1 Giới thiệu gia công phay CNC tốc độ cao .2 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 So sánh phay CNC tốc độ cao với phay truyền thống .2 1.1.3 Ứng dụng 1.2 Khái niệm ổn định 1.2.1 Khái niệm ổn định ổn định trình phay 1.2.2 Biểu đồ ổn định 1.2.3 Nguyên nhân gây ổn đinh 1.2.4 Các dạng ổn định trình cắt 13 1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định trình cắt .15 1.2.6 Các biện pháp nâng cao ổn định trình cắt 16 1.3.Kết luận .21 Chương 2: Cơ sở lý thuyết trình phay CNC tốc độ cao .22 2.1 Máy kết cấu máy phay CNC tốc độ cao 22 2.1.1.Yêu cầu chung 22 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu 2.1.2.Các kết cấu máy phay CNC tốc độ cao 22 2.1.3.Máy phay CNC tốc độ cao thường dùng 28 2.2.Dụng cụ cắt 31 2.3.Quá trình tạo phoi 34 2.4.Mơ hình lực cắt phay CNC tốc độ cao 38 2.4.1.Các thông số quỹ đạo cắt 38 2.4.2.Nghiên cứu hệ thống lực cắt phay CNC tốc độ cao 40 2.5 Rung động phay CNC tốc độ cao 45 2.6 Âm phay CNC tốc độ cao 46 2.7.Các phương pháp nghiên cứu ổn định trình phay CN tốc độ cao .47 2.7.1.Phương pháp phân tích .47 2.7.2.Phương pháp số 51 2.8.Kết luận .53 Chương 3: Rung động trình phay CNC tốc độ cao …………………54 3.1 Đặt vấn đề 54 3.2 Khái niệm rung động trình phay CNC tốc độ cao 54 3.3 Các loại rung động 55 3.4 Các thông số rung động .55 3.5 Phân tích ảnh hưởng rung động trình phay CNC tốc độ cao 57 3.6 Thực ngiệm phương pháp gõ thử taptest 61 3.6.1 Kết đo 62 3.6.2 Kết trình đa rung động 62 3.6.3 Xử lý số liệu tính tốn 63 3.7 Lập trình mơ Matlab .64 3.7.1 Mô tả chương trình thơng số rung động 64 3.7.2 Kết tính biểu đồ ổn định 66 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu 3.7.3 Kết tính rung động lực cắt 67 3.8 Quá trình phát triển rung động 72 3.8.1 Khi chế độ ổn định .72 3.8.2 Khi bắt đầu ổn định 72 3.8.3 Khi ổn định hoàn toàn 73 3.9 Các thơng số ảnh hưởng đến tính ổn định 74 3.9.1 Ảnh hưởng hệ số giảm chấn 74 3.9.2 Ảnh hưởng tần số dao động tự nhiên 75 3.9.3 Ảnh hưởng số cắt 76 3.10 Kết luận 78 Chương 4: Âm trình phay CNC tốc độ cao .79 4.1 Định nghĩa âm 79 4.2 Phân loại âm .79 4.3 Các đặc tính vật lý âm 79 4.3.1 Tần số âm 79 4.3.2 Cường độ âm 79 4.3.3 Mức cường độ âm 79 4.3.4 Đồ thị giao động âm phổ âm 80 4.4 Nghiên cứu âm trình phay CNC tốc độ cao 80 4.4.1 Nguồn sinh âm trình phay .80 4.4.2 Mơ hình lực cắt q trình phay 81 4.4.3 Nghiên cứu mơ hình thực nghiệm xây dựng miền ổn định 82 4.4.4 Quá trình tiến hành thực nghiệm xây dựng miền ổn định máy phay tốc độ cao HS453 90 4.5 Kết luận 96 Chương 5: Mơ hình đo rung động âm trình phay CNC tốc độ cao 98 5.1 Xây dựng mơ hình thực nghiệm 98 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu 5.1.1 Đầu đo 98 5.1.2 Bộ khuếch đại 101 5.1.3 Thiết bị xử lý hiển thị .101 5.1.4 Nguyên lý hoạt động cảm biến đo rung 101 5.1.5 Nguyên lý hoạt động cảm biến đo âm (microphone) 102 5.2 Phân tích thiết kế mơ hình thí nghiệm 103 5.3 Chuẩn bị tiến hành thí nghiệm .105 5.3.1.Các thiết bị dùng thí nghiệm 105 5.3.2 Tiến hành thí nghiệm 110 5.3.3 Thiết lập, cài đặt thiết bị đo .111 5.4 Kết luận 125 Kết luận kiến nghị .126 Phụ lục .127 Tài liệu tham khảo 138 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu Lời nói đầu Việc nghiên cứu động lực học máy dao động trình gia cơng ngày đóng vai trị quan trọng q trình gia cơng Đặc biệt có xuất máy gia công tốc độ cao, máy gia cơng xác Nó ảnh hưởng đến tốc độ gia công kim loại, chất lượng bề mặt độ xác gia ơng Mặc dù có ảnh hưởng lớn đến q trình gia cơng thời gian dài trước đây, việc nghiên cứu dao động gia công chưa quan tâm nhiều Chủ yếu ta chọn chế độ cắt dựa sổ tay gia công, theo kinh nghiệm trước Ngày với u cầu địi hỏi chất lượng suất việc nghiên cứu động lực học máy dao động trình gia cơng cần thiết Hiểu tầm quan trọng việc nghiên cứu dao động trình gia cơng hướng dẫn thầy TS Phan Văn Hiếu chúng em chọn đề tài nghiên cứu bảo vệ tốt nghiệp “Nghiên cứu miền ổn định trình phay tốc độ cao tiêu chí rung động âm thanh” Đề tài nghiên cứu tính chất động lực học hệ máy dao phay, từ em tính rung động dao suốt q trình gia cơng q trình gia cơng chế độ cắt khác Qua nghiên cứu rung động âm trình phay đưa biểu đồ ổn định rõ vùng làm việc gây q trình ổn định, nhờ ta xác định chế độ cắt có suất cao mà dao ổn định, chất lượng chi tiết gia công cao Em đưa phương hướng phát triển để đưa vào thực tế sản xuất Cuối em xin cám ơn giúp đỡ, hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo TS Phan Văn Hiếu, người thay đổi cách nghĩ cách làm em, em xin bày tỏ biết ơn đến tập thể giáo viên mơn Hình họa – Vẽ kỹ thuật tạo điều kiện tốt để em thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC TỐC ĐỘ CAO 10 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu Bước 3: Cài đặt thông số phần cứng - Click chuột OK Bước 4: Thiết lập thiết bị thông số kết nối: - Chọn Transducer Family: Microphone Chọn Transducer Type: 4189 A 21 Nhấn F2 Lưu ý: loại 4189 A 21 loại có sensitive 49.9 mV/Pa 118 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bước 5: Chạy hệ thống - GVHD : TS.Phan Văn Hiếu Nhấn F2 để lưu cấu hình hệ thống Nhấn F5 để chạy hệ thống Bước 6: Hiện thị kết - Nhấn vào nút Display taskbar (bên trái hình) Bước 7: Kết thúc thử Microphone 5.4 Kết luận Trong chương chúng em xây dựng mơ hình thực nghiệm để tiến hành gia cơng chế độ khác với điều kiện khác nhauchir thay đổi hai thông số tốc độ trục chiều sâu cắt Q trình thí nghiệm tiến hành máy phay CNC HS 453 Sau tiến hành thí nghiện ta có biểu đồ thực nghiệm tìm chế độ cắt đạt suất cao mà chất lượng không thay đổi so sánh với biểu đồ lý thuyết ta giống tương đối Nhưng điều kiện lên chúng em chưa thể tiến hành thí nghiệm 119 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết thu Kết đo thông số hệ thống phương pháp taptest (gõ thử) Kết biểu đồ miền ổn định xây dựng phần mêm Matlab Nghiên cứu tìm miền ổn định phụ thuộc vào yếu tố chiều sâu cắt tốc độ trục tiêu chí rung động âm Tìm chế độ cắt tối ưu để đạt suât cao mà chất lượng đảm bảo Những hạn chế mắc phải Do điều kiện thí nghiệm lên chúng em chưa thể thực tiến hành thí nghiệm Việc xây dựng biểu đồ thí nghiệm rung động âm máy phay CNC tốc độ cao cịn có hạn chế khơng giống hồn tồn thực nghiệm cịn phụ vào nhiều yếu tố độ không đồng vật liệu gia cơng tạp âm bên ngồi Những kiến nghị - hướng nghiên cứu Chúng em tìm hiểu nghiên cứu tìm biểu đồ ổn định tiêu chí rung động âm máy phay CNC tốc độ cao phụ thuộc yếu tố chiều sâu cắt vòng quay trục chưa có điều kiện thí nghiệm để so sánh lên chúng em đề xuất phương án thí nghiệm sau có điều kện thực tiến hành thí nghiệm 120 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu PHỤ LỤC Các chương trình Matlab dung : • • • • Common_parameters.m Chứa tham số mơ hình máy phay CF_2DOF_main.m Tính rung động dao lực cắt theo hai phương x y SLD_2DOF_anl.m Tính vẽ biểu đồ ổn định theo phương pháp phân tích SLD_2DOF_num.m Tính vẽ biểu đồ theo phương pháp số Common_parameters.m %% THE COMMON INPUT PARAMETERS function common_parameters global aD; global N m_x m_y omega_0x omega_0y zeta_x zeta_y; global Kt Kn; global phi_st phi_ex; %% tool N = 2; % number of teeth omega_0x = 1000*2*pi; % angular natural frequency x (rad/s) omega_0y = 1000*2*pi; % angular natural frequency y (rad/s) zeta_x = 0.02; % relative damping x (1) zeta_y = 0.02; % relative damping y (1) m_x = 0.04; % mass x (kg) m_y = 0.04; % mass y (kg) %% cutting mode aD = 0.1; % radial depth of cut = b/D %% cutting coefficients Kt = 6e8; % tangential cutting force coefficient(N/m2) Kn = 2e8; % normal cutting force coefficient(N/m2) %% option for up or down milling 1: up-milling, -1: down-milling up_or_down = -1; 121 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP if up_or_down == % up-milling phi_st = 0; % start angle phi_ex = acos(1 - 2*aD); % exit anlge elseif up_or_down == -1 % down-milling phi_st = acos(2*aD - 1); % start angle phi_ex = pi; % exit angle end GVHD : TS.Phan Văn Hiếu SLD_2DOF_num.m %% STABILITY LOBES DIAGRAM DRAWING FUNCTION function SLD_2DOF_main_v12 close all clear all clc %% common parameters global N m_x m_y omega_0x omega_0y zeta_x zeta_y; global Kt Kn; global tau phi_st phi_ex; common_parameters; %% SLD parameters step_omega = 400; % steps of spindle speed step_adoc = 100; % steps of depth of cut adoc_st = 0e-3; % starting depth of cut (m) adoc_fi = 10e-3; % final depth of cut (m) omega_st = 5e3; % starting spindle speed (rpm) omega_fi = 20e3; % final spindle speed (rpm) %% computational parameters k = 50; % number of discretization interval over one period int_k = 25; % number of numerical integration steps m = k; % since time delay = time period wa = 1/2 ; % since time delay = time period wb = 1/2 ; % since time delay = time period D = zeros(2*m + 4, 2*m + 4); d = ones(2*m + 2, 1); 122 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP d(1 : 4) = 0; D = D + diag(d,-2); D(5, 1) = 1; D(6, 2) = 1; GVHD : TS.Phan Văn Hiếu %% numerical integration of specific cutting force coefficient for i = : k dtr = 2*pi/N/k; hxx(i) = 0; hxy(i) = 0; hyx(i) = 0; hyy(i) = 0; for j = : N % loop for tooth j for h = : int_k % loop for numerical integration phi(h) = i*dtr + (j - 1)*2*pi/N + h*dtr/int_k; if (phi(h) >= phi_st)&&(phi(h) 1e-6 && (w2-w1)>1e-6 123 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu % construct transition matrix Fi Fi = eye(2*m + 4, 2*m + 4); for i = : m A = zeros(4, 4); A(1, 3) = 1; A(2, 4) = 1; A(3, 1) = -omega_0x^2 - hxx(i)*w/m_x; A(3, 2) = -hxy(i)*w/m_x; A(3, 3) = -2*zeta_x*omega_0x; A(4, 1) = -hyx(i)*w/m_y; A(4, 2) = -omega_0y^2 - hyy(i)*w/m_y; A(4, 4) = -2*zeta_y*omega_0y; B = zeros(4, 4); B(3, 1) = hxx(i)*w/m_x; B(3, 2) = hxy(i)*w/m_x; B(4, 1) = hyx(i)*w/m_y; B(4, 2) = hyy(i)*w/m_y; P = expm(A*dt); R = (expm(A*dt) - eye(4))*inv(A)*B; D(1 : 4, : 4) = P; D(1 : 4, (2*m + 1) : (2*m + 2)) = wa*R(1 : 4, : 2); D(1 : 4, (2*m + 3) : (2*m + 4)) = wb*R(1 : 4, : 2); Fi = D*Fi; % transition matrix end max_ei = max(abs(eig(Fi))); % matrix of eigenvalues if max_ei>1 w2 = w; w = (w1+w2)/2; else w1 = w; w = (w1+w2)/2; end end o w ss(x) = o; % matrix of spindle speeds 124 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP dc(x) = w; % matrix of limit depth of cut end %% ploting figure plot(ss,dc*1000); end GVHD : TS.Phan Văn Hiếu SLD_2DOF_anl.m %% STABILITY LOBES DIAGRAM DRAWING FUCNTION function SLD_2DOF_main_v12 clear clc close all global N m_x m_y omega_0x omega_0y zeta_x zeta_y; global Kt Kn; global tau phi_st phi_ex; common_parameters; phi_avg = (phi_st+phi_ex)/2; N_avg = N*(phi_ex-phi_st)/2/pi; Ks = sprt(Kt^2+Kn^2); f0_x = omega0_x/2/pi; f0_y = omega0_y/2/pi; beta = atan(Kt/Kn) ; %%define frequency range of transfer function maxw = max(omega0_x,omega0_y)*2.5; w = linspace(0,maxw,20000) ; % the orient FRF 125 SVTH : Vũ Văn Chiến & Nguyễn Văn Thịnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.Phan Văn Hiếu Gw_x = 1./m_x./(-w.^2+2*zeta_x*omega0_x*w*i+omega0_x^2); Gw_y = 1./m_y./(-w.^2+2*zeta_y*omega_y*w*i+omega0_y^2) ; mu_x = cos(beta + phi_avg-pi/2)*cos(phi_avg-pi/2) ; mu_y = cos(beta + phi_avg-pi)*cos(phi_avg-pi) ; Gw = mu_x*Gw_x+ mu_y*Gw_y ; % caculate the limit depth of cut for each lobe count = 1; for i=1:length(Gw) rGi=real(Gw(i)); rGi=imag(Gw(i)); if rGi