Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
_____o0o_____

VŨ ĐÌNH PHONG

ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG
ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT TRÊN
MÁY PHAY CAO TỐC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2011


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Thái Thị Thu Hà ..................
(ghi rõ họ,tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét : ................................................................
(ghi rõ họ,tên, học hàm học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2: ..............................................................
(ghi rõ họ,tên, học hàm học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG
Tp.HCM ngày…. Tháng…. Năm 2011.
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm:
(ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc

sỹ)
1. ...............................................
2. ...............................................
3 .............................................. .
4. .............................................
5. ...............................................
Xác định của hội đồng đánh giá luận văn và bộ môn quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
Chủ tịch hội đồng đánh giá LV

Bộ môn quản lý chuyên ngành


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
---oOo---

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Vũ Đình Phong

Giới tính: Nam

Ngày tháng năm sinh: 01-11-1984

Nơi sinh: Đồng Nai

Chuyên ngành: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

MSHV: 09040374

Khóa 2009
1. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG ĐẾN CHẤT
LƯỢNG BỀ MẶT TRÊN MÁY PHAY CAO TỐC
2. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nghiên cứu tổng quan về ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt
trên máy phay cao tốc
-

Nghiên cứu các yếu tố gây ra rung động trong quá trình cắt

-

Nghiên cứu thực nghiệm q trình phay để tính được giá trị trung bình
quân phương (RMS) của biên độ tín hiệu dao động và xây dựng mối quan
hệ giữa RMS với chiều sâu cắt t, vận tốc cắt, bước tiến. Đưa tín hiệu từ
miền thời gian về miền tần số và xét biên độ dao động cực đại trên miền
tần số.

3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ( ngày ký quyết định giao đề tài ):
4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
5. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ
Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành

thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHŨ NHIỆM BỘ MÔN

( Họ tên và chữ ký)

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
( Họ tên và chữ ký)

PGS.TS THÁI THỊ THU HÀ


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin chân thành cảm ơn Khoa Công Nghệ Chế Tạo Máy Trường
Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn tốt
nghiệp này
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Cơ Thái Thị Thu Hà đã tận tình hướng
dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.
Con xin nói lên lịng biết ơn sâu sắc đối với Ơng Bà, Cha Mẹ đã chăm sóc, ni dạy
con thành người.
Em cũng xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy, Cơ trong Khoa đã tận tình
giảng dạy, trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu trong những năm học
vừa qua.
Em cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám Đốc và tập thể cán bộ Phịng Thí
Nghiệm Trọng Điểm Quốc Gia Điều Khiển Số Và Kỹ Thuật Hệ Thống đã nhiệt tình
hướng dẫn, hỗ trợ em trong suốt thời gian làm luận văn này
Em cảm ơn Thầy Lê Đình Tuân Trưởng Khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy đã hỗ trợ
em trong suốt quá trình làm thực nghiệm luận văn này
Em cũng xin gởi lời cảm ơn anh chị và bạn bè đã ủng hộ, giúp đỡ và động

viên em trong thời gian học tập và nghiên cứu
Mặc dù em đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho
phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận
được sự cảm thơng và tận tình chỉ bảo của q Thầy Cơ và các bạn.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 06 năm 2011


ABSTRACT
Currently high-speed milling (HSM-High Speed Milling) plays an important
role in machine manufacturing. High speed milling is known for more than 30 years.
Recently, with the boom of the current manufacturing technology with related
technologies such as computers, knives, machine tools, CNC controllers, CAM
systems, high-speed milling is an increasingly important more attention and
application. The main application of technology push toward high-speed processing is
made molds, manufacturing automotive parts and machining parts industry.
High-speed milling to help solve some problem that most other methods are not
working or working very hard as part of the more thin-walled, the parts are deep
cavities. Also improve the quality of surface processing, reduced production time,
reduce production costs leading to higher yields than traditional processing methods.
Hence the need to invest in research as well as for equipment to be able to fully exploit
and improve productivity by bringing high-speed milling to apply to teaching, learning
and producing an effective
This thesis gives an overview of machining of materials by means of milling,
with special attention to the characteristics and applications of the method in high
speed milling of materials, learn more about instability phenomena when processing
materials in general and in particular when high speed milling, building a system to
measure vibration on high speed milling machines and can be used to measure the
vibrations on the machine tool has a similar structure
Students calculates the root mean square (RMS) of the oscillation signal and

build relationships between the RMS with the depth of cut t, the cutting speed V, feed
rate S. Put signal from time domain to frequency domain and considering the
maximum amplitude in the frequency domain. Graphed and performed of the signal to
evaluate the vibration for each cutting modes, which detects the cutting mode have
good surface quality and minimal vibration.


TĨM TẮT
Hiện nay phay cao tốc (High Speed Milling-HSM) đóng một vai trò quan trọng
trong ngành chế tạo máy. Phay cao tốc đã ra đời cách đây hơn 30 năm. Gần đây, với sự
phát triển vượt bậc của ngành chế tạo máy hiện nay với những công nghệ liên quan
như máy tính, dao cắt, máy cơng cụ, bộ điều khiển CNC, hệ thống CAM, thì phay cao
tốc ngày càng được quan tâm và áp dụng nhiều hơn. Các ứng dụng chủ yếu thúc đẩy
công nghệ theo hướng gia công cao tốc là: chế tạo khuôn mẫu, chế tạo các chi tiết
ngành ô tô và gia công các chi tiết ngành hàng không.
Phay cao tốc giúp giải quyết được một số vấn đề nan giải mà hầu hết các
phương pháp khác khơng gia cơng được hoặc gia cơng rất khó như gia cơng các chi tiết
thành mỏng, các chi tiết có hốc sâu. Ngồi ra cịn cải thiện chất lượng bề mặt gia cơng,
giảm thời gian sản xuất, giảm chi phí sản xuất dẫn đến năng suất cao hơn nhiều so với
phương pháp gia cơng truyền thống. Do đó cần phải đầu tư cho nghiên cứu cũng như
cho trang thiết bị để có thể khai thác triệt để và nâng cao năng suất do phay cao tốc
mang lại nhằm ứng dụng vào giảng dạy, học tập và sản xuất một cách có hiệu quả
Luận văn này đưa ra một cái nhìn tổng thể về gia công cắt gọt vật liệu bằng
phương pháp phay, có chú ý đặc biệt đến đặc tính và ứng dụng của phương pháp phay
cao tốc trong gia cơng vật liệu, tìm hiểu rõ hơn về hiện tượng mất ổn định khi gia cơng
vật liệu nói chung và khi phay cao tốc nói riêng, xây dựng hệ thống đo rung trên máy
phay cao tốc và có thể sử dụng để đo rung động trên các máy công cụ có cấu trúc
tương tự
Học viên tính tốn giá trị trung bình qn phương (RMS) của biên độ tín hiệu
dao động và xây dựng mối quan hệ giữa RMS với chiều sâu cắt t, vận tốc cắt, bước

tiến. Đưa tín hiệu từ miền thời gian về miền tần số và xét biên độ dao động cực đại trên
miền tần số.


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

DANG SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
CAD

Computer aided design

CAM

Computer aided manufacturing

CNC

Computerized numeric control

NURBS

Non uniform rational B-spline

EDM

Electrical discharge machining

HSM

High speed milling

ADC

Analog to digital converter

DFT

Discrete fourier transform

FFT

Fast fourier transform

RMS

Root mean square

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

CÁC KÍ HIỆU DÙNG TRONG ĐỀ TÀI

Ký hiệu

Đơn vị

Hệ số

1

2

3

n

v/ph

Tốc độ trục chính

ap

mm

Chiều sâu cắt

ae

mm

Lượng tiến dao ngang

S

mm/ph

s

mm/v

Lượng ăn dao vịng

V

m/ph

Tốc độ cắt

Q

cm3/ph

Fc
Pc

N
Kw

Bước tiến dao

Tốc độ tách phoi
Lực cắt

Công suất động cơ trục chính

Kc1

N/mm2

Áp suất cắt

x

mm

Chuyển vị

t

s

Thời gian

X

mm

Biên độ chuyển động

ω

rad/s

Tần số vịng

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

1

2

Ra

µm

T

s

Chu kỳ

f

Hz

Tần số

m

kg

Khối lượng

3
Độ nhám

c

Hệ số cản

k

Độ cứng của hệ
Ngoại lực cưỡng bức

F(t)

N

𝒙

m/s

Vận tốc

𝒙

m/s2

Gia tốc

b

mm

Chiều rộng phoi

δ

Góc cắt

α

Góc sau

φ

Góc nghiêng

r

Bán kính mũi dao

A

mm

Biên độ dao động

Ф

mm

Đường kính

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

1

2

3

l

mm

Chiều dài

h

mm

Chiều cao của mũi dao so với tâm máy khi tiện

m

Số sóng giữa những lần cắt

ε

Pha của sóng bề mặt Yi với song bề mặt Yi-1

np

Số sóng được tính theo số phần nguyên của
bước

h

mm

Tung độ điểm b của khối lượng rung

h0

mm

Tung độ điểm a của vỏ hộp

Z

mm

Độ dịch chuyển tương đối của khối lượng M
so với vỏ

Ζ
Q
S1
S2

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Hệ số tắt dần
Điện tích
Độ nhạy cơ học của hệ thống khối lượng rung
Độ nhạy điện của cảm biến

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

1

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

2

3

P

Số đôi cực của động cơ

fs

Tần số lấy mẫu

N

Số điểm lấy mẫu

D

mm

z

Răng

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Đường kính dụng cụ cắt
Số răng dụng cụ cắt

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374

Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................... 1
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................ 4
CHƢƠNG 1 : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ............................................................ 7

1.1 Vai trò của phay cao tốc ....................................................................... 7
1.2 Tình hình nghiên cứu ảnh hƣởng của rung động đến chất lƣợng
bề mặt trên máy phay cao tốc trên thế giới ........................................ 9
1.3 Tình hình nghiên cứu ảnh hƣởng của dao động đến chất lƣợng
bề mặt trên máy phay cao tốc ở Việt Nam ....................................... 19
1.4 Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................... 20
1.5 Mục tiêu của luận văn......................................................................... 21
1.6 Nội dung nghiên cứu ........................................................................... 21
1.7 Cách tiếp cận ...................................................................................... 21
1.7.1. Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm................................................ 21
1.7.2. Các công cụ áp dụng .......................................................................... 22
CHƢƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ PHAY CAO TỐC ................................................ 23

2.1 Định nghĩa về gia công cao tốc ........................................................... 23
2.2 Mục đích sử dụng phay cao tốc ......................................................... 25
2.3 Ƣu nhƣợc điểm của phay cao tốc ...................................................... 26
2.3.1 Ưu điểm của phay cao tốc .................................................................. 26
2.3.2 Nhược điểm của phay cao tốc............................................................. 30

2.4 Lĩnh vực áp dụng phay cao tốc .......................................................... 30

CHƢƠNG 3 : NGHIÊN CỨU RUNG ĐỘNG TRONG QUÁ TRÌNH CẮT ......... 34

3.1 Các tham số dao động ......................................................................... 35
3.1.1 Chuyển vị ............................................................................................ 35
3.1.2 Vận tốc ................................................................................................ 36
3.1.3 Gia tốc ................................................................................................. 36
3.1.4 Quan hệ giữa các thông số .................................................................. 37

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 1

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

3.2 Khái niệm về ổn định và mất ổn định của quá trình cắt ................. 37
3.3 Nguyên nhân gây mất ổn định ........................................................... 38
3.3.1 Rung động cưỡng bức......................................................................... 39
3.3.2 Rung động riêng ................................................................................. 40
3.3.3 Tự rung ............................................................................................... 41

3.4 Ảnh hƣởng của điều kiện cắt đến ổn định của quá trình cắt.......... 42
3.4.1 Ảnh hưởng của chiều rộng lớp cắt b................................................... 44
3.4.2 Ảnh hưởng của chiều dày cắt a .......................................................... 44
3.4.3 Ảnh hưởng của vận tốc cắt V .............................................................. 45
3.4.4 Ảnh hưởng của thơng số hình học phần cắt ....................................... 46

3.5 Các dạng mất ổn định của quá trình cắt .......................................... 49
3.5.1 Mất ổn định do hiệu ứng tái sinh ........................................................ 50
3.5.2 Mất ổn định do liên kết vị trí .............................................................. 52

3.6 Các biện pháp nâng cao tính ổn định của quá trình cắt ................. 54
3.6.1 Nhóm các biện pháp liên quan đến cấu trúc máy............................. 54
3.6.2 Nhóm các biện pháp liên quan đến phôi và dụng cụ gia công ......... 54
3.6.3 Nhóm các biện pháp liên quan đến q trình cắt ............................. 54
CHƢƠNG 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO ............................................................. 55

4.1 Cơ sở để chọn thông số đo , phƣơng pháp đo................................... 55
4.2 Hệ thống thiết bị đo............................................................................. 56
4.2.1 Cảm biến đo rung................................................................................ 57
4.2.2 Bộ khuếch đại và bộ lọc ..................................................................... 74
4.2.3 Bộ chuyển đổi tín hiệu ........................................................................ 77

4.3 Điều khiển tốc độ động cơ .................................................................. 79
4.3.1 Chọn phương pháp điều khiển tốc độ động cơ ................................... 79
4.3.2 Điều khiển động cơ bằng biến tần ..................................................... 80

4.4 Cơ sở lý thuyết tín hiệu ....................................................................... 81
4.4.1 Định nghĩa .......................................................................................... 81

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 2

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374

Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

4.4.2 Các hệ thống xử lý tín hiệu ................................................................. 81
4.4.3 Tín hiệu trong miền thời gian ............................................................. 81
4.4.4 Tín hiệu số .......................................................................................... 84
4.4.5 Phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT) và Fourier nhanh (FFT) ............ 85
4.4.6 Biên độ tín hiệu dao động ................................................................... 89

4.5. Xử lý số liệu bằng Matlab.................................................................. 91
4.5.1. Đánh giá biên độ dao động bằng mức quân phương RMS................ 91
4.5.2. Ứng dụng biến đổi FFT xử lý tín hiệu đo rung ................................. 92
CHƢƠNG 5 : THỰC NGHIỆM ................................................................................ 94

5.1 Máy phay.............................................................................................. 94
5.2 Dụng cụ cắt và phôi............................................................................. 94
5.3 Trình tự thực hiện thí nghiệm ........................................................... 98
5.4 Xử lý kết quả........................................................................................ 99
CHƢƠNG 6 : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TƢƠNG LAI ............. 114

6.1 Những kết quả chính......................................................................... 114
6.2 Những mặt còn hạn chế .................................................................... 114
6.3 Hƣớng phát triển ............................................................................... 115
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 116
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 117

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 3

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

ĐẶT VẤN ĐỀ
Nền kinh tế hội nhập và phát triển đã mang lại cho các doanh nghiệp biết bao
cơ hội đồng thời cũng đặt ra khơng ít khó khăn và thách thức địi hỏi bản thân mỗi
doanh nghiệp phải khơng ngừng vươn lên để tạo vị thế cho riêng mình. Vì thế mỗi
doanh nghiệp muốn tồn tại và khẳng định được chính mình thì phải cải tiến mẫu mã
sản phẩm liên tục theo nhu cầu của khách hàng và thời gian đáp ứng cho khách
hàng là ngắn nhất. Ngoài khả năng đáp ứng nhu cầu của khách hàng về thời gian và
hình dáng sản phẩm cịn phải ln coi trọng chất lượng, giá thành phải cạnh tranh.
Trong những năm gần đây việc triển khai và ứng dụng phay cao tốc để gia
cơng các sản phẩm có bề mặt phức tạp ngày càng trở nên phổ biến trong các doanh
nghiệp cơ khí ở nước ta. Đặc biệt là trong các nhà máy chế tạo khn mẫu, do các
chi tiết khn mẫu có hình dáng phức tạp và các ngun cơng chủ yếu thực hiện
trên máy phay. Tuy nhiên, hầu hết các doanh nghiệp trong nước chưa có một đội
ngũ có trình độ tay nghề cao và khả năng khai thác hết năng suất và công dụng của
các máy phay cao tốc một cách hiệu quả. Để có thể tồn tại và theo kịp tốc độ phát
triển của nền kinh tế thế giới thì mỗi doanh nghiệp phải đầu tư trang thiết bị cơng
nghệ phù hợp với điều kiện phát triển.
Ngồi việc đầu tư về trang thiết bị, các doanh nghiệp còn phải biết khai thác
và vận dụng các quy trình cơng nghệ một cách hợp lý thì mới đạt được năng suất và
chất lượng cao.
Nói đến cơng nghệ gia cơng cao tốc thì khơng thể khơng nói đến cơng nghệ

CAD/CAM. Vì nếu như khơng có phần mềm để thiết kế một mơ hình 3D và sau đó
được lập trình một cách tự động để tạo ra chương trình điều khiển gia cơng trên
máy phay cao tốc thì quá trình sản xuất sẽ rất hạn chế. Như đã biết nếu lập trình thủ
cơng thì mất rất nhiều thời gian và nhiều tốn kém, có nhiều lỗi lập trình có thể
khơng kiểm sốt được. Vì vậy trong q trình nghiên cứu cơng nghệ gia cơng trên
máy gia cơng cao tốc thì phải nghiên cứu cả phần cứng lẫn phần mềm.
Các nước phát triển trên thế giới thì ngày nay hầu như đã đạt đến đỉnh cao về
gia cơng cao tốc nói riêng và cơng nghệ CAD/CAM/CNC nói chung. Tuy vậy,

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 4

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

trong q trình tiếp cận cơng nghệ các doanh nghiệp vẫn chưa khai thác được hết
các chức năng vì nhiều lý do. Một là do công nghệ chuyển giao không được đầy đủ;
hai là do chưa đủ năng lực để tiếp nhận. Ngồi ra các nước phát triển đã có một bề
dày lịch sử về công nghệ gia công cao tốc, cịn ngành cơ khí trong nước đã đi sau
hơn 60 năm nên cịn bị hạn chế về nhiều mặt. Vì vậy ngành cơ khí chế tạo ở Việt
Nam rất cần những nghiên cứu chun sâu về cơng nghệ này.
Nói chung, với những nhu cầu ngày càng đa dạng và khắt khe của khách
hàng về sản phẩm đòi hỏi các doanh nghiệp phải đáp ứng được các điều kiện sau:
– Hình dáng, mẫu mã phải phù hợp với yêu cầu chức năng
– Sản phẩm phải đạt chất lượng cao

– Thời gian giao hàng nhanh
– Giá thành phải cạnh tranh
Do đó các doanh nghiệp cần phải thay đổi giải pháp sản xuất để phù hợp với
xu hướng phát triển chung đó là:
– Đầu tư công nghệ phù hợp với nhu cầu sản xuất
– Đội ngũ nhân lực có trình độ chun mơn cao, đủ khả năng khai thác
hết năng suất và tính năng của máy
– Nâng cao năng lực quản lý và cải thiện mơi trường làm việc
Ngồi những giải pháp trên các doanh nghiệp cần phải đẩy mạnh khai thác
công nghệ gia cơng cao tốc nói chung và áp dụng phay cao tốc nói riêng, vì đây
đang là một cơng nghệ quan trọng hàng đầu trong ngành cơ khí, đặc biệt là đối với
ngành công nghệ khuôn mẫu trong nước.
Công nghệ gia công cao tốc đã mở ra cho ngành công nghiệp trong nước
nhiều hướng đi mới và đã đạt được nhiều thành tựu, tuy nhiên đây là một công nghệ
mới nên có nhiều trở ngại trong việc tiếp cận do chi phí đầu tư lớn, chưa có nhiều
tài liệu đề cập sâu về cơng nghệ này, chưa có nhiều kinh nghiệm trong việc sử dụng,
chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực này... Vì vậy việc áp dụng cơng
nghệ gia cơng cao tốc cịn nhiều hạn chế, chỉ mới áp dụng để gia công các mặt hàng
trong nước, các sản phẩm đơn giản, các sản phẩm chưa đòi hỏi cao về mặt kỹ

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 5

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

thuật,... Qua đó cho thấy để có thể đáp ứng được nhu cầu của thị trường trong nước
cũng như ngoài nước về sản phẩm có tính kỹ thuật cao, những địi hỏi khắt khe cả
về kích thước lẫn hình dáng và chất lượng bề mặt, đặc biệt là chất lượng bề mặt địi
hỏi mất rất nhiều thời gian, do đó việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng dến chất
lượng bề mặt là khơng thể bỏ qua để có thể nhanh chóng nâng cao chất lượng sản
phẩm, giảm giá thành, nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường,...thì các doanh
nghiệp cần biết và hiểu rõ về cơng nghệ này để có thể áp dụng triệt để vào từng
ngành, từng doanh nghiệp.

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 6

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

CHƢƠNG 1 : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1 Vai trò của phay cao tốc
Trong ngành công nghiệp chế tạo hiện nay, phay cao tốc đóng một vai trị hết
sức quan trọng như trong ngành công nghiệp gia công khuôn, công nghiệp ô tơ và
ngành cơng nghiệp hàng khơng vì phay cao tốc là phương pháp gia cơng năng suất
cao có thể bóc tách một khối lượng lớn kim loại trong thời gian ngắn với dụng cụ
cắt tương đối nhỏ để đạt được tốc độ quay lớn. Phay cao tốc cho lực cắt và biến
dạng nhiệt của các chi tiết gia công tương đối thấp vì vậy nó cho phép gia cơng các
chi tiết thành mỏng lớn và phức tạp từ một khối vật liệu duy nhất để thay thế cho

việc lắp ráp các sản phẩm tương tự từ nhiều chi tiết khác. Tuy nhiên, trong gia cơng
cơ khí thường có đến 90% vật liệu phôi ban đầu được loại bỏ. Để cải tiến tốc độ
sản xuất, thì tốc độ tách phơi phải lớn trong khi vẫn phải đảm bảo chất lượng cao
cho bề mặt đã gia công. Dẫn đến mối liên hệ phức tạp giữa phôi và máy công cụ,
tốc độ tách phoi thì được định nghĩa bởi sự kết hợp giữa tốc độ trục chính n, chiều
sâu cắt ap, lượng tiến dao ngang ae và lượng ăn dao phút S.
Ngày nay với nhu cầu thẩm mỹ ngày càng cao dẫn đến sản phẩm có hình
dáng hình học phức tạp với độ chính xác và chất lượng ngày càng khắt khe mà các
phương pháp gia công khác không thể đáp ứng hoặc phải mất nhiều thời gian thì
phay cao tốc với mục đích chính là nâng cao chất lượng sản phẩm, năng suất gia
cơng và có khả năng gia cơng được những vật liệu mới với độ cứng ngày càng cao
là lựa chọn tiên quyết. Tuy nhiên bên cạnh đó phay cao tốc cũng gây ra khơng ít vấn
đề mà những nhà kỹ thuật phải quan tâm là : hệ thống trục chính phải được cân
bằng tốt, có độ cứng vững cao, được gia cơng chính xác, có tính ổn định nhiệt cao,
có thể cung cấp đầy đủ cơng suất và mơmen xoắn, chịu được lực ly tâm cao, thêm
vào đó hệ thống đo nhiệt độ và thiết bị làm mát để ln ln duy trì nhiệt độ cho
trục chính; máy cơng cụ phải có độ cứng vững cao và giản chấn tốt để hấp thụ rung
động trong quá trình cắt, phải có tính linh hoạt cao để thích nghi với sự chuyển
động nhanh của các trục để đạt được năng suất động học cao, thêm vào đó một máy
cơng cụ với tốc độ tăng tốc hoặc giảm tốc cao có thể duy trì vùng tốc độ chạy dao

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 7

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

không đổi trên hầu hết hành trình cắt; Khi số vịng quay tăng thì lực li tâm sẽ tăng
bình phương với vận tốc quay do đó sự mất cân bằng trong hệ thống cũng như sự
không đồng tâm sẽ làm gia tăng lực li tâm, gây rung động máy. Vì vậy hệ thống gá
dao phải có độ đảo thấp khơng vượt q 0.003mm. Ngồi ra để hệ thống dẫn động
tuyến tính của máy có tính động học cao thì sự kết hợp giữa dụng cụ cắt, hệ thống
gá dao và trục chính phải có trọng lượng thấp để đạt được kết quả cắt cao; Bộ điều
khiển CNC phải có khả năng xử lý đủ nhanh, với việc xử lý tự động đầy đủ và chức
năng kiểm tra xử lý tự động khi dao ngừng, giám sát quá trình chạy dao, tối ưu hóa
tính năng chỉnh sửa đường chạy dao. Xu hướng phát triển các bộ điều khiển CNC là
chúng phải giảm được thời gian xử lý các khối lệnh và tăng khả năng “look ahead”,
với khả năng nhận biết lượng dư gia cơng cịn xót lại thơng qua các thuật tốn để
giảm thiểu tối đa thời gian gia cơng , có khả năng nội suy cung trịn thơng qua

Biên độ rung động [mm/s]

đường cong NURBS

Tốc độ trục chính n [vịng/phút]
Hình 1.1 : Sự mất cân bằng và rung động khốc liệt ở bạc đạn
Với những đòi hỏi khắt khe của một trung tâm gia cơng cao tốc địi hỏi các
nhà kỹ thuật, các nhà nghiên cứu khơng ngừng tìm hiểu, nghiên cứu để cải thiện và
khắc phục những hạn chế đó để cho ra sản phẩm ngày một chất lượng và năng suất
cao hơn. Do đó đã có khơng ít những nhà nghiên cứu trong và ngồi nước đã đang
và cịn nghiên cứu về vấn đề này.

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 8

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

1.2 Tình hình nghiên cứu ảnh hƣởng của rung động đến chất lƣợng bề mặt
trên máy phay cao tốc trên thế giới
Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về phay cao tốc với mục đích là chủ
yếu là cải thiện chất lượng chi tiết gia công và giảm thiểu chi phí sản xuất thơng qua
việc giải quyết các vấn đề phức tạp do phay cao tốc đề ra, đặc biệt là những nghiên
cứu về rung động của quá trình cắt bởi vì với các vật liệu khác nhau sẽ có chế độ cắt
khác nhau, nếu chế độ cắt khơng hợp lý sẽ gây ra rung động với rung động thấp thì
làm cho chất lượng bề mặt có độ nhám cao phải mất thêm thời gia đánh bóng , bên
cạnh đó cịn gây ra mịn dao nhanh chóng, với rung động lớn thì làm hư hỏng chi
tiết gia cơng, có thể làm gãy dao và nhanh chóng làm mịn các bộ phận của máy gây
ra hư hỏng máy. Do đó trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về hiện
tượng này.


Để đảm bảo quá trình cắt trong thực tế không xảy ra rung động, đầu

tiên những chế độ cắt thích hợp nên được lưu trữ trong hệ thống dữ liệu máy.
Để đạt được các chế độ cắt tối ưu thì cần thiết phải tính tốn và xây dựng
biểu đồ sóng ổn định và những người thợ máy sử dụng biểu đồ sóng này để
xác định các điểm làm việc mà khơng có rung động với tốc độ tách phoi lớn
nhất. Các điểm này được chọn sau một thời gian làm việc ổn định thì các
sóng lại thay đổi do sự gia tăng nhiệt độ của trục chính cũng như sự mòn dao

dẫn đến điểm làm việc được chọn ban đầu trở nên mất ổn định.

Chiều sâu cắt ap

Rung động

Ổn định
Tốc độ trục chính n (v/ph)
Hình 1.2 : Biểu đồ sóng ổn định

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 9

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

Vì vấn đề này mà Ronald Faassen đã xây dựng hệ thống dự báo và
kiểm soát rung động để phát hiện khi rung động đang ở trạng thái bắt đầu, kế
đó là thay đổi thơng số của q trình cắt trực tiếp để chọn được điểm làm
việc ổn định, cụ thể là giữ nguyên chiều sâu cắt và thay đổi tốc độ chạy dao
tỷ lệ với thay đổi tốc độ trục chính. Dưới đây là những giản đồ để phát hiện,
kiểm soát rung động trên máy phay cao tốc và kết quả đạt được

S

Hình 1.3 : Giản đồ trình bày điều khiển vịng kín của q trình
phay, phát hiện và kiểm sốt dao động

Hình 1.4 : Giản đồ trình bày cho việc thiết lập kiểm soát

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 10

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

Hình 1.5 : Kết quả thực nghiệm của quá trình kiểm sốt rung động với tốc độ
trục chính là 29000 v/ph với chiều sâu cắt gia tăng ap từ 4.0 đến 5.0 mm trong 1.1
giây. Hình bên trái khơng có điều chỉnh, hình bên phải có hiệu chỉnh

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 11

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

(a) Trạng thái bắt đầu cắt

(b) Trạng thái kết thúc cắt
Hình 1.6 : Trạng thái chi tiết của phôi với việc có và khơng có kiểm sốt
rung động. Chiều sâu cắt ap được gia tăng từ 4.0 đến 5.0 và tốc độ trục chính là
29000 v/ph


Mịn dụng cụ cắt là một trong những vấn đề quan trọng cần được xem

xét trong q trình gia cơng, vì nó ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, tích
chính xác, năng xuất và chi phí. Vì vậy đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề này
nhưng những mơ hình sử dụng phổ biến hiện nay để phân tích cho mịn dụng
cụ cắt thì được xây dựng bởi F.W. Taylor cách đây một thế kỷ. Mặc dù

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 12

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

phương trình được mở rộng bao gồm những ảnh hưởng quan trọng của điều
kiện cắt đến mòn dụng cụ, nhưng những nghiên cứu đó thì hầu hết được thực
hiện dưới điều kiện cắt ổn định mà ảnh hưởng của rung động thì khơng được

xem xét. Do đó M. Kayhan và E. Budak đã nghiên cứu bằng thực nghiệm
ảnh hưởng của rung động đến tuổi thọ của dụng cụ cắt qua đó hiểu rõ được
cơ chế mòn của dụng cụ cắt trong điều kiện cắt động học để gia tăng độ cứng
của dụng cụ cắt cũng như máy công cụ hoặc áp dụng các phương pháp triệt

Độ mòn (mm)

tiêu rung động. Kết quả nghiên cứu đạt được

Thời gian cắt (phút)
Hình 1.7 : Mối quan hệ giữa thời gian cắt và độ mòn của dụng cụ cắt khi

Tốc độ cắt(LogV)

phay hợp kim Titan TiAl6V4. (S) ổn định, (C) rung động, (SC) rung động khốc liệt

Thời gian cắt (Logt)
Hình 1.8 : Mối quan hệ giữa tốc độ cắt và thời gian cắt khi phay thép với
chiều dài của dụng cụ cắt thay đổi là 110mm và 120 mm. (S) ổn định, (C) rung
động, (SC) rung động khốc liệt

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 13

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374


Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng bề mặt trên máy phay cao tốc

Tuổi thọ dụng cụ cắt(phút)

Luận văn thạc sỹ

Ổn định

Rung động

Rung động khốc liệt

Chế độ rung động
Hình 1.9 : Mối quan hệ giữa tuổi thọ dụng cụ cắt và chế độ rung động trong
phay


Kornel F. Ehmann và Zhen Lie Zhang cũng đã nghiên cứu ảnh

hưởng của chế độ cắt đến tần số rung động của máy công cụ bằng phương
pháp thực nghiệm với những kết quả đạt được là ảnh hưởng của chiều sâu cắt
là lớn nhất và tuyến tính nhất, hầu hết tần số rung động không phải lúc nào
cũng bằng hoặc gần với tần số dao động riêng của máy

CBHD: PGS.TS. THÁI THỊ THU HÀ

Trang 14

HVTH: VŨ ĐÌNH PHONG_09040374