5. Các kiểu rung và nguyên nhân 1 Rung xảy ra do mất cân bằng
5.4.2. Các rung tự kích thích
Đôi khi, một lượng tăng nhỏ tốc độ cắt bỏ kim loại có thể dẫn đến sự suy giảm chất lượng bề mặt đột ngột và không cân xứng đối với sự hoàn thiện bề mặt cùng với sự tăng rõ rệt của tiếng ồn và rung. Hiện tượng này được gọi là tự rung. Sự bắt đầu của tự rung trong quá trình gia công phụ thuộc vào các thông số cắt, vật liệu chi tiết gia công và phương gá đỡ, loại dụng cụ cắt (tooling) và độ cứng vững động lực của toàn bộ kết cấu máy, và, đặc biệt là, hướng tương đối của lực cắt so với phương của các kiểu rung tự nhiên của máy công cụ. Rung tự kích thích thường xảy ra trong vùng lân cận của tần số riêng (xem 5.4.3). Về khía cạnh này, một dấu hiệu của sự có khả năng xảy ra của độ nhạy đối với tự rung được cho khi phần thực âm lớn nhất của hàm truyền vượt quá phần tử đơn vị. Cũng xem 4.4.4 về độ ổn định "Nyquist" và sự quan trọng của các phần thực âm lớn nhất (xem 4.4.3).
Nhiều cơ chế vật lý khác nhau được nghiên cứu để giải thích cho sự sinh ra của tự rung, nhưng một cơ chế xảy ra thực sự phụ thuộc vào kiểu của quá trình cắt được sử dụng và kết cấu của máy. Ví dụ như, các cơ chế giải thích các nguyên công phay và tiện là khá khác nhau. Hình 23 minh họa rung được tái tạo như thế nào (hoặc tự rung) có thể được tích lũy (build up) từ một nguyên công tiện bằng dao mũi đơn ở đó bề mặt gợn sóng/ nhấp nhô của vật liệu đã cắt trước tạo ra đáp ứng dương tới lực cắt. Vòng tái tạo thực sự dẫn đến cản tương đương nghịch. (xem 4.7.4.3).
Tuy nhiên, các thảo luận về "cơ chế" tự rung có thể có khác vượt quá phạm vi của tiêu chuẩn này. Nhưng cần lưu ý rằng, đối với bất kỳ sự thiết lập các điều kiện cố định nào, tự rung sẽ thường xảy ra (nếu nó xảy ra) khi một ngưỡng (giới hạn) nào đó của tốc độ cắt bỏ kim loại bị vượt quá. Cụ thể, tốc
độ trục chính thường là thông số tới hạn. Đồ thị đo ổn định, biểu diễn chiều sâu cắt tự do-tự rung dựa trên tốc độ quay của trục chính thường thể hiện các miền ổn định và không ổn định kế tiếp nhau được gọi là "các vấu (phần lồi) (lobe) mất ổn định" - xem Hình 24.
Thiết kế máy hợp lý là cách tốt nhất để tránh tự rung. Độ cứng vững tĩnh lớn và khối lượng nhỏ của các bộ phận tới hạn luôn luôn được yêu cầu. Bổ sung vào các bộ hấp thụ rung (xem 4.6.2) có thể thường có ích. Cần chú ý rằng "thiết kế máy hợp lý" có thể không luôn luông l đủ. Một "độ yếu về kết cấu" thúc đẩy tự rung có thể tồn tại ở chính chi tiết gia công hoặc ở thiết bị gá đỡ nó (ví dụ đồ gá).
CHÚ DẪN: P) Quá trình b Chiều rộng cắt kcb Lực cắt riêng
Tt Khoảng ngắt (dead interval)
µ Hệ số chồng
M) Máy
Gg (jω) Hàm đáp ứng tần số tương đối
t1, t2, t3, t4 Các bước thời gian F Lực kích thích
Fdist Lực nhiễu loạn
Xd Biên độ dịch chuyển của máy m Khối lượng
k Độ cứng vững c Hệ số cản rung
Hình 23 - Quá trình tự rung tái sinh thể hiện vị trí của các vectơ, lực kích thích, F, và biến dạng của máy, xd, đối với đặc tính độ mềm dẻo có hướng, Gg (jω)
CHÚ DẪN: P) Quy trình b Chiều rộng cắt kcb Lực cắt riêng Tt Khoảng ngắt µ Hệ số chồng M) Máy Gg (jω) Hàm đáp ứng tần số tương đối
t1, t2, t3, t4 Các bước thời gian F Lực kích thích
Fdist Lực nhiễu loạn
Xd Biên độ dịch chuyển của máy m Khối lượng
k Độ cứng vững c Hệ số cản rung
Hình 24 - Các vấu ổn định của tự rung thể hiện các vùng ổn định và vùng mất ổn định 5.4.3. Rung cưỡng bức chống lại tự rung
Qua trình cắt là một nguồn quan trọng của rung cưỡng bức thậm chí ngay cả không có sự phát triển của tự rung. Rung cưỡng bức về bản chất cần được phân biệt rõ ràng so với tự rung. Rung cưỡng bức xảy ra tại tần số kích thích (nghĩa là sự cắt), tần số này có thể được xác định bằng số lần va đập của lưỡi cắt mỗi giây19), và tăng hoặc giảm một cách tuyến tính theo tốc độ cắt bỏ kim loại. Tự rung xảy ra một cách phi tuyến tính, thường tăng một cách đột ngột theo bộ khởi động tới hạn (initial trigger). Tự rung thường được tiếp nạp bởi đáp ứng tái tạo và do đó thường gần bằng với một trong các tần số riêng của máy. Nếu tần số riêng ngẫu nhiên gần bằng tần số cắt hoặc một trong các tần số của hàm điều hòa của nó, khi đó sức cản của máy đối với tự rung sẽ bị giảm rất nhiều.