Nghiên cứu xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC ba trục tốc độ cao

....

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

2 - PGS.TS.HOÀNG VĨNH SINH

HÀ NỘI - 2012


1

LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu khoa học phục vụ cho công cuộc “Cơng nghiệp hố, hiện đại hố Đất
nước” là việc làm vô cùng quan trọng đối với nước ta hiện nay. Đề tài “ Nghiên cứu
xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC 3 trục tốc độ cao” để xác
định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC nhằm mục đích nâng cao hiệu
quả khai thác, tìm các thơng số tối ưu để nâng cao chất lượng và tính năng sử dụng
của máy với sự giúp đỡ của rất nhiều cá nhân và tổ chức.
Lời đầu tiên tôi xin được cám ơn Nhà giáo nhân dân.GS.TSKH.Bành Tiến Long,
thầy Hướng dẫn khoa học thứ nhất của tôi về sự định hướng và chuẩn bị của Thầy
cho chương trình NCS của tơi từ sau khi tơi hồn thành chương trình Thạc sĩ, cũng
như những định hướng chiến lược và những hướng dẫn cụ thể của Thầy trong q
trình tơi làm NCS và viết luận án.
Tơi 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 của tơi về sự tận
tình dành cho tơi trong nghiên cứu, những đóng góp q báu của Thầy trong nghiên
cứu và viết luận án đã giúp tơi hồn thành luận án này.
Tơi xin được cám ơn PGS.TS. Phan Bùi Khơi, viện trưởng viện cơ khí và tập thể
các Thầy giáo, Cơ giáo trong Viện Cơ khí và đặc biệt tôi xin được cảm ơn thể các
Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn GCVL-DCCN – Trường Đại học Bách khoa Hà
Nội đã tận tình giúp đỡ tơi trong q trình nghiên cứu.
Tơi xin được cám ơn Ban lãnh đạo, cán bộ nhân viên Viện đào tạo và bồi dưỡng
Sau đại học – Trường ĐHBK Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho
tơi trong q trình làm nghiên cứu sinh.

Tơi xin được cám ơn Ban giám hiệu trường Trường Đại học Công nghiệp Hà
Nội, Tập đoàn khoa học kỹ thuật Hồng Hải (Foxconn), viện cơ học Việt Nam, đã
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình làm thí nghiệm.
Tơi xin được cám ơn Ban giám hiệu trường Đại học bách khoa Hà Nội, trường
Đại học Công nghiệp TPHCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình
nghiên cứu.
Ngày 01 tháng 02 năm2012
NCS

Phan Văn Hiếu


2

LỜI CAM ĐOAN
Nội dung của luận án là các nghiên cứu từ cơ sở lý thuyết về quá trình phay trên
máy phay CNC đi đến thực nghiệm để xây dựng biểu đồ ổn định của cụm dao –
máy phay CNC 3 trục tốc độ cao bằng phần mềm Matlab và gia công thực nghiệm
để xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC 3 trục tốc độ cao nhằm
mục đích giúp cho việc khai thác sử dụng máy phay CNC hiệu quả hơn. Với danh
dự của một Giảng viên Đại học, tôi xin cam đoan rằng những nội dung trong luận
án này là cơng trình nghiên cứu của tôi. Nội dung luận án là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác, trừ những phần tham khảo đã
được ghi rõ trong luận án.
Tác giả
NCS

Phan Văn Hiếu

3

MỤC LỤC
- Lời cảm ơn …………………………………………………………………………1
- Lời cam đoan………………………………………………………………………..2
- Mục lục……………………………………………………………………………..3
- Danh mục các thuật ngữ và từ viết tắt……………………………………………...5
- Danh mục các bảng biểu……………………………………………………………7
- Danh mục các hình vẽ và đồ thị……………………………………………….……8
MỞ ĐẦU………………………………………… ………………………………..11
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY
CNC 3 TRỤC TỐC ĐỘ CAO………………………………………………...……....15
1.1.Giới thiệu chung về 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 về ổn định và mất ổn định của quá trình cắt…………….…….…18
1.2.2. Biểu đồ ổn định…………………………………………………………...….19
1.2.3. Nguyên nhân gây mất ổn định…………………………………………....….20
1.2.4. Các dạng mất ổn định của quá trình cắt…………………………………...…21
1.2.4.1. Mất ổn định do hiệu ứng tái sinh……………………………………....21
1.2.4.2. Mất ổn định do liên kết vị trí…………………………………………..23
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá trình cắt…………………………....24
1.2.6. Các biện pháp nâng cao ổn định của quá trình cắt……………………….….25
1.2.6.1. Nhóm các biện pháp liên quan đến cấu trúc máy……………………..25
1.2.6.2. Nhóm các biện pháp liên quan đến phơi và dụng cụ gia cơng……..…25
1.2.6.3. Nhóm các biện pháp liên quan đến quá trình cắt…………….………..26
1.3. Kết luận về những thành tựu và hạn chế của các cơng trình nghiên cứu trong, ngồi
nước về ổn định trong gia công phay CNC…………………………………………....26

Chƣơng 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHAY CNC TỐC ĐỘ
CAO……………………………………………………………………………….…...31
2.1. Máy và 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 khi phay tốc độ cao………………………………………….…...43
2.4.1. Các thông số quỹ đạo cắt............................................................................ 43
2.4.2. Nghiên cứu hệ thống lực cắt khi phay tốc độ cao…………………………..45
2.5. Hiện tượng rung động khi phay tốc độ cao…………………………………….…47
2.5.1. Khái niệm về rung động khi phay……………………………………….…..47
2.5.2. Quá trình phát triển rung động……………………………………………….48
2.6. Các phương pháp nghiên cứu ổn định trong quá 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 của hệ số giảm chấn………………………………………….…56


4

2.7.2. Ảnh hưởng của tần số dao động tự nhiên………………………….……..…57
2.7.3. Ảnh hưởng của số răng cắt……………………………………………..……59
2.7.4. Ảnh hưởng của 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 bài tốn nghiên cứu ổn định q trình phay…………………….…62
3.1.2. Các thơng số của hệ thống ảnh hưởng tới biểu độ ổn định……………….…62
3.2. Xây dựng phương pháp đo và đo độ cứng k, hệ số giảm chấn c của hệ thống máy
phay tốc độ cao CNC ba trục………………………………………...……………..…..63
3.2.1. Kết quả tác dụng xung lực theo hai phương ox và oy………………………64
3.2.2. Kết quả của quá 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 các thông số đầu ra…………………………………………..….69
3.4.1. Nhận biết rung động bằng âm thanh………………………………….…..…71
3.4.2.Nhận biết rung động bằng đo dao động đầu trục trục chính…………..…....73
3.4.3. Nhận biết rung động khi phay bằng 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 trên phần mềm………………………………….....82
4.3. Xây dựng biểu đồ ổn định bằng 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 quả tính biểu đồ ổn định…………………………………………………….....87
4.5. Đánh giá độ tin cậy của phần mềm bằng 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 quả thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm……………………………….…92
5.3. So sánh và đánh giá kết quả thực nghiệm………………………………………....98
5.4. kết luận …………………………………………………………………………...101
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…...…………………………………………..………..102
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ………………105
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….....106
PHỤ LỤC…………………………………………………….…………………….…109


5
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 giữa dao và phôi
chiều dày phoi (m)

Hxx
j

hệ số cắt (N/
số răng 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 răng dụng cụ cắt
thời gian (s)
chu kỳ chuyển động của răng(s)

a
x
y
z

chiều sâu cắt (mm)
dịch chuyển của dụng cụ cắt theo phương chạy dao x(m)
dịch chuyển của dụng cụ cắt theo vng góc phương chạy dao y(m)
dịch chuyển của dụng cụ cắt theo phương dọc trục chính (m)
vị trí góc của răng thứ j (deg)
vị trí góc bắt đầu cắt

(deg)

vị trí góc kết thúc cắt (deg)


thời gian lặp lại vị trí của răng kế tiếp (s)
hệ số giảm chấn tương đối
tần số tự nhiên (rad/s)

CNC (Computer Numerical Control) - Điều khiển số có sự hỗ trợ của 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


6

U

- Lượng mịn dao



- Thời gian gia cơng

R

- Sai số gia cơng theo bán kính

H

- Hệ số biến cứng bề mặt



- Hiệu suất

f

- Hệ số ma sát



- Góc sau chính của dao



- Góc cắt của dao



- Góc trước của dao



- Góc lệch chính của dao

1

- Góc lệch phụ của dao



- Nhiệt cắt


7

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng
Bảng 1.1

Tên bảng
So sánh gia công tốc độ cao và gia công thường

Bảng 2.1

So sánh một số máy gia công tốc độ cao trục thẳng đứng của một số 36
hãng nổi tiếng.

Bảng 5.1
Bảng 5.2

Số liệu thí nghiệm giữa chiều sâu cắt và tốc độ quay trục chính
Số liệu thí nghiệm giữa lượng chạy dao răng và tốc độ quay trục chính

Trang
17

92
92


8
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 1
Máy phay cao tốc DNM 400.
Vùng tốc độ gia công tốc cao một số loại vật liệu
Đồ thị quá trình phay ổn định và mất ổn định
Hình dạng cơ bản của một biểu đồ ổn định của q trình phay
Hiệu ứng tái sinh
Mơ tả sự rung không tái sinh
Mô tả động lực học của một răng cắt
Biểu đồ ổn định dạng túi
Đặc tính vật lý của máy
Mơ hình điều kiện đầu vào
Chương 2
Kết cấu máy gia công tốc độ cao
Các loại truyền động trục chính.
Trục chính của máy gia cơng tốc độ cao
Ổ với bi làm bằng ceramic
Vít me- đai ốc bi
Bàn xoay trên máy CNC
Trung tâm phay cao tốc Makino A55 Delta.
Mảnh hợp kim có CBN ở mũi và mảnh CBN nguyên khối
Dụng cụ có lớp phủ TiCN
Sơ đồ q trình hình thành phoi
Sự biến dạng kim loại trong vùng cắt
Các góc phoi
Các dạng phoi
Phương trình đường xicloit (trên) và phương trình xấp xỉ bằng
đường trịn (dưới)
Lượng chạy dao khi phay

Góc dao vào, góc dao ra trong phay nghịch (a) và phay thuận (b)
Lực cắt khi phay tốc độ cao : a) phay nghịch ;b) Khi phay thuận
Mơ hình q trình phay tốc độ cao
Bề mặt gia công ứng với chế độ cắt ổn định và không ổn định
Tần số rung động của dụng cụ cắt khi ở chế độ ổn định
Tần số rung động của dụng cụ cắt ở biên giới ổn định
Tần số rung động của dụng cụ cắt ở chế độ mất ổn định
Mơ hình đơn giản của q trình cắt giữa dao và phơi
Sơ đồ hàm truyền lực của hệ thống
Sơ đồ hàm truyền lực rút gọn
Biểu diễn hàm truyền trên hệ tọa độ ảo
Biểu diễn cắt
Đồ thị ổn định được xây dựng từ các đường biên ổn định
Biểu đồ ổn định khi hệ số giảm chấn theo phương x và 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


9

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

lần lượt là 0.01, 0.02, 0.04
Biểu đồ ổn định khi tần số dao động tự nhiên thay đổi lần lượt là
750*2 , 1000*2 , 1500*2 rad/s
Biểu đồ ổn định khi số răng cắt của dao phay thay đổi lần lượt là
1,2,4.
Biểu đò ổn định khi hệ số chiều rộng ăn dao đổi lần lượt là 0.1, 0.3,
0.5
Chương 3
Mơ hình xây dựng biểu đồ ổn định
Phương pháp gõ thử để đo các thông số động học của hệ
Cửa sổ nhận các tín hiệu đo được
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 của 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 của tín hiệu microphone ở tốc độ 24000 v/p. Chiều
sâu cắt là 4,5; 4,7; 4,9; 5,0 mm cho hình a, b, c, d.
Biểu đồ PSD của accelerometers ở tốc độ quay 20000v/p. Chiều
sâu cắt là 4,5; 4,7; 4,9; 5,0 mm cho hình a, b, c, d
Sai số hình dáng
Các yếu tố hình học của lớp bề mặt.1- Sóng bề mặt, 2-nhấp nhơ bề
mặt.

Thuật giải bài tốn xây dựng biểu đồ sóng bề mặt
Đồ thị sóng bề mặt
Đồ thị sóng bề mặt khi chế độ gia cơng mất ổn định
Đồ thị sóng bề mặt khi chế độ gia công ổn định
Thuật giải bài toán xây dựng biểu đồ lực cắt
Đồ thị lực cắt Fx(N) theo thời gian lần cắt 1
Đồ thị lực cắt Fx(N) theo thời gian lần cắt 7
Đồ thị lực cắt Fy(N) theo thời gian lần cắt 27
Chương 4
Biểu đồ sóng bề mặt ứng với chế độ gia cơng ổn định
Biểu đồ sóng bề mặt ứng với chế độ gia công mất ổn định
Rung động theo phương x và y và lực cắt tác dụng lên dao cắt trong
trường hợp ổn định.
Rung động theo phương x, y và lực cắt tác dụng lên dao cắt trong
trường hợp mất ổn định.
Rung động theo phương x, y và lực tác dụng lên dao cắt trong 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 bằng phương pháp số
Hình 4.8. Biểu đồ ổn định xây dựng bằng phần mềm matlab
Hình 4.9 Kết quả mơ phỏng của Faassen’s mơ hình phi tuyến

Hình 4.10 Kết quả mơ phỏng matlab mơ hình tuyến tính
Hình 4.11 Kết quả mơ phỏng với CutPro
Hình 4.12 Kết quả mơ phỏng với matlab
Chương 5
Hình 5.1 Biểu đồ lực theo phương ox, oy và 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 ở chế độ gia cơng thực nghiệm
Hình 5.6 Biểu đồ giữa lượng chạy dao răng và tốc độ quay trục chính
Hình 5.7 Biểu đồ miền ổn định theo phương pháp mơ phỏng số
Hình 5.8 Biểu đồ miền ổn định thực nghiệm
Hình 5.9 So sánh kết quả lý thuyết và cắt thử

87
88
89
89
89
90
93
94
95
96
97
98
99

99
100


11

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Sự nghiệp đổi mới nền kinh tế đất nước nhằm đưa nước ta ra khỏi tình trạng
nghèo nàn, chậm phát triển đã được Đảng khởi xướng và lãnh đạo thực hiện trong
25 năm qua. Để thực hiện được mục tiêu “Cơng nghiệp hố, hiện đại hố Đất nước”
thì việc phát triển khoa học cơng nghệ nói chung và khoa học cơng nghệ trong cơ
khí nói riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết. Từ cuối thập
niên 80 của thế kỷ XX đến nay, rất nhiều doanh nghiệp trong nước đã trang bị nhiều
loại máy móc, thiết bị sử dụng kỹ thuật CNC (Computer Numerical Control) nhằm
nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm. Do đó nhu cầu nhập khẩu máy CNC ngày
càng tăng. Để dần dần nội địa hóa được loại sản phẩm quan trọng này, nhà nước đã
mạnh dạn đầu tư vào lĩnh vực sản xuất máy cơng cụ CNC. Vì đây là một lĩnh vực
cơng nghệ cao và mới bắt đầu được thực hiện ở Việt Nam nên còn nhiều hạn chế
cần được nghiên cứu và hoàn chỉnh dần như:
- Thiết kế máy tối ưu
- Đánh giá độ ổn định của máy
- Nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng loại máy này ?
Trong đó, nâng cao năng suất gia công trên máy CNC hiện nay (đặc biệt là máy
phay CNC) đang là vấn đề cấp thiết. Việc này được thực hiện bằng cách lựa chọn
chế độ gia công hợp lý (tối ưu). Chế độ cắt tối ưu là chế độ cắt cho năng suất cao
(vận tốc cắt lớn, chiều sâu cắt lớn) nhưng chất lượng bề mặt vẫn đảm bảo (rung
động ít – chế độ gia công ổn định).
Đề tài “ Nghiên cứu xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC 3

trục tốc độ cao” được lựa chọn nhằm mục đích nghiên cứu xây dựng biểu đồ ổn
định của máy và từ đó tìm được chế độ cắt hợp lý q trình phay CNC, góp phần
vào việc nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng máy phay CNC trong sản xuất cơ khí
nói riêng và là cơ sở để nghiên cứu cho các máy tương tự.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu xác định miền ổn định khi gia công trên
máy phay CNC 3 trục tốc độ cao, tìm mối quan hệ giữa chiều sâu cắt với tốc độ trục
chính, các yếu tố của quá trình cắt như: Lực cắt, độ sóng bề mặt, đề ra một số biện
pháp nâng cao năng suất, chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công phay CNC tốc độ
cao.


12

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Ổn định có quan hệ với độ cứng vững của hệ thống cơng nghệ, thơng số hình học
của dụng cụ cắt, điều kiện cắt, chế độ cắt và những yếu tố khác. Tuy nhiên đối
tượng nghiên cứu của đề tài được chọn là: Mối quan hệ của các yếu tố chế độ cắt
với ổn định của quá trình phay CNC tốc độ cao khi những điều kiện biên khác đã
xác định như sau:
- Máy thực nghiệm: là máy phay CNC “DNM 400”.
- Vật liệu gia công là thép C45.
- Vật liệu làm dụng cụ cắt là Dao phay hợp kim cứng (OSGb10-JPN 7600), 4 răng
cắt của Nhật Bản.
- Đối tượng gia công là 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 là nghiên cứu ảnh hưởng của 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

4. Nội dung nghiên cứu
Luận án gồm các chương và phần phụ lục sau:
Chương 1: Tổng quan về ổn định khi gia công trên máy phay CNC 3 trục tốc độ
cao
Chương này là góc nhìn tổng quan về gia công phay CNC tốc độ cao, những thành
tựu nghiên cứu đã đạt ở trên thế giới cũng như trong nước. Những tồn tại cần giải
quyết, từ đó đưa ra mục tiêu và hướng nghiên cứu tiếp theo.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết của quá trình phay CNC tốc độ cao
Chương này trình bày các nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quá trình cắt và các hiện
tượng xảy ra trong quá trình cắt, cơ sở khoa học, các giả thiết, các đặc điểm công
nghệ của phương pháp phay CNC tốc độ cao.
Chương 3: Xây dựng mơ hình nghiên cứu tính ổn định khi gia cơng trên máy
CNC tốc độ cao


13

Chương này trình bày các vấn đề về xây dựng mơ hình biểu đồ ổn định, xác định
các thơng số đầu vào của hệ thống công nghệ, các chỉ tiêu đánh giá các thơng số đầu
ra của mơ hình.
Chương 4: Ứng dụng phần mềm matlab xác định miền ổn định khi gia công trên
máy phay CNC 3 trục tốc độ cao
Chương này trình bày các vấn đề để xây dựng mơ hình tốn xác định lực cắt, độ
sóng bề mặt phụ thuộc vào các yếu tố chế độ cắt khi phay trên máy CNC.
Sử dụng các phương pháp số và phương pháp phân tích để xây dựng biểu đồ ổn
định
Xây dựng phần mềm matlab vẽ biểu đồ ổn định khi gia công phay CNC.

Chương 5: Thực nghiệm xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC
3 trục tốc độ cao
Chương này nghiên cứu thực nghiệm xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan
hệ giữa chế độ cắt với lực cắt, độ sóng bề mặt khi phay trên máy phay CNC tốc độ
cao.
Thực nghiệm kiểm chứng độ tin cậy của biểu đồ ổn định được xây dựng ở
chương 4 .

5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
* Ý nghĩa khoa học:
Bằng cách nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận án đã đưa ra
được các hàm toán học mơ tả mối quan hệ giữa lực cắt, độ sóng bề mặt với chế độ
cắt làm cơ sở cho việc tìm miền ổn định quá trình cắt cũng như cho các nghiên cứu
khác của quá trình cắt. Đồng thời trên cơ sở đó luận án đã xây dựng được bài tốn
tìm miền ổn định của q trình gia cơng phay CNC tốc độ cao với điều kiện biên là
độ sóng bề mặt, lực cắt và các ràng buộc là các điều kiện về máy, về dụng cụ, về
chất lượng bề mặt... của quá trình cắt. và thiết kế phần mềm trợ giúp lựa chọn chế
độ cắt hợp lý khi gia công trên máy phay CNC 3 trục tốc độ cao.

* Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu xây dựng biểu đồ ổn định khi gia công trên máy phay CNC
tốc độ cao có ý nghĩa thực tiễn trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sản xuất
như sau:
- Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt
- Giúp cho việc lựa chọn chế độ cơng nghệ khi viết chương trình gia cơng NC
trong q trình chuẩn bị sản xuất được hợp lý hơn, hiệu quả khai thác, sử dụng máy
phay CNC tốt hơn. Góp phần vào việc nâng cao năng suất và hạ giá thành sản


14

phẩm. Đây là một yếu tố có ý nghĩa rất lớn đối với sự phát triển của doanh nghiệp
trong môi trường sản xuất kinh doanh luôn phải đối mặt với sự cạnh tranh khốc liệt
hiện nay trên thị trường cũng như trong quá trình hội nhập.
- Đạt được khả năng cho năng suất cao nhưng vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt
theo yêu cầu trong sản xuất ngay cả khi số lượng sản phẩm không nhiều
- Tạo ra phần mềm lựa chọn với các ràng buộc mở, cho phép doanh nghiệp lựa
chọn điều kiện ràng buộc phù hợp với thực tiễn sản xuất, chẳng hạn như khi phải sử
dụng dao phay đặc biệt, giá thành cao thì đưa vào yêu cầu về tuổi bền dao phay cao,
phần mềm tính tốn sẽ lựa chọn được chế độ cắt phù hợp với yêu cầu đó.

6. 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 giữa các yếu tố chế độ cắt với
một số yếu tố khác như lực cắt, độ sóng bề mặt gia công.
- Thực nghiệm cắt thử để kiểm chứng cơ sở lý thuyết về mối quan hệ giữa chế độ
cắt với các yếu tố của quá trình cắt như : lực cắt, độ sóng bề mặt.
- Thực nghiệm trên máy để xây dựng các hàm toán học biểu diễn mối quan hệ
giữa chế độ cắt với các yếu tố của quá trình cắt như: lực cắt, độ sóng bề mặt.
- Ứng dụng công nghệ thông tin: Sử dụng kỹ thuật mô phỏng số

7. Kết luận
Đưa ra những kết quả mới của luận án trong lý thuyết và thực tế sản suất, đề xuất
các kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo.
Phần phụ lục bao gồm kết quả đo độ sóng, đo lực cắt và phần cơ sở toán học, kết
quả xử lý số liệu, một số hình ảnh thí nghiệm.


15

Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY
PHAY CNC 3 TRỤC TỐC ĐỘ CAO
1.1.Giới thiệu chung về gia công phay CNC tốc độ cao
1.1.1. Khái niệm

Hiện nay gia công tốc độ cao (High Speed Machining-HSM) được xem là một
trong những lĩnh vực chính của ngành chế tạo máy. Thực ra gia công tốc độ cao
không mới, nó đã được thực hiên 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, dụng cụ cắt, máy cơng cụ, bộ điều khiển CNC, hệ thống CAM, thì gia cơng tốc
độ cao ngày càng được quan tâm hơn. Các ứng dụng chủ yếu thúc đẩy công nghệ
theo hướng gia công tốc độ cao là: chế tạo khuôn mẫu, chế tạo các chi tiết ngành ô
tô và gia công các chi tiết ngành hàng khơng.

Hình 1.1 Máy phay cao tốc DNM 400.

Hình 1.1 là máy gia công tốc độ cao DNM 400 với tốc độ trục chính là
20.000vg/ph, tốc độ chạy dao nhanh lên đến 300m/ph. Trong một số trường hợp
người ta cũng có thể sử dụng máy truyền thống để gia cơng tốc độ cao.
Rất khó để nêu lên một định nghĩa chung về gia công tốc độ cao. Tốc độ gia
công thì rất cụ thể cho từng ứng dụng. Ví dụ gia công tốc độ cao, khi gia công thép
vào khoảng 800m/ph nhưng giá trị này vẫn chưa phải là giá trị tốc độ gia công khi
gia công tốc độ cao gang. Nói chung, để định nghĩa gia cơng tốc độ cao cần dựa vào
các yếu tố sau: tốc độ cắt cao, tốc độ quay của trục chính cao, lượng chay dao cao


16

và năng suất cao. Tốt nhất là nói rằng gia cơng tốc độ cao có nghĩa là cắt gọt vật
liệu nhanh hơn bình thường cho những cơng đoạn cụ thể.

Ngồi ra các yếu tố khác như chế độ gia công, vật liệu dụng cụ cắt cũng có ảnh
hưởng rất lớn đến q trình gia cơng tốc độ cao. Dải tốc độ cắt trong gia công tốc
độ cao cho các vật liệu khác nhau được trình bày ở hình 1.2 dưới đây:

Hình 1.2 Vùng tốc độ gia cơng tốc cao một số loại vật liệu.

1.1.2. So sánh phay tốc độ cao với phay truyền thống
Gia công tốc độ cao vật liệu cứng có những khác biệt đáng kể so với các phương
pháp gia cơng truyền thống vật liệu mềm. Bởi vì vật liệu trong gia cơng tốc độ cao
có độ cứng cao hơn nên lực cắt sinh ra khi gia công tốc độ cao cũng lớn hơn. Vì thế
lượng ăn dao khi gia công tốc độ cao phải được giới hạn. Trong hầu hết các trường
hợp, mảnh hợp kim dùng trong gia cơng tốc độ cao phải có góc trước âm. Góc trước
âm tạo điều kiện cắt gọt tốt cho lưỡi cắt vì tốc độ càng cao, chiều sâu cắt tương đối
nhỏ và lực cắt tập trung ở đó. Tuy nhiên, đơi khi doa lỗ thì góc trước dương là tốt
nhất. Tương tự như vậy, để bảo vệ lưỡi cắt không bị mẻ, trên mảnh hợp kim người
ta vát mép các lưỡi cắt hoặc bo trịn.
Gia cơng thơng thường bị giới hạn bởi độ cứng của vật liệu. Trong khi đó dải vật
liệu được gia công bằng gia công tốc độ cao không hạn chế, ngay cả đối với thép
rèn đã tơi, thép gió, và hợp kim cứng bề mặt stellites. Việc hợp kim stellites có thể
được gia cơng bằng gia công tốc độ cao đã mở rộng khả năng của gia công tốc cao
kể cả công việc sửa chữa.
Nhiệt sinh ra trong vùng cắt gọt khi gia công tốc độ cao khá cao, có thể lên đến
khoảng 930oC và vì thông thường người ta gia công tốc độ cao mà không dùng
dung dịch trơn nguội nên bề mặt đã gia cơng tốc độ cao có thể bị hư hại do nhiệt.
Cấu trúc vi mô của lớp bề mặt bị thay đổi và tồn tại ứng suất dư trên lớp bề mặt.


17
Bảng 1.1. So sánh gia công tốc độ cao và gia công thường

Các thông số

Gia công thường

Gia công tốc độ cao

Tốc độ trục chính (vg/ph)

4.000

8.000 - 50.000

Tốc độ chạy dao trên các 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, một vài ưu
điểm đó là kết quả trực tiếp của cách bóc vật liệu khi gia cơng tốc độ cao. Ưu điểm
đáng kể nhất của gia công tốc độ cao là có thể dùng cùng một dụng cụ mà vẫn gia
cơng được nhiều chi tiết có hình dáng khác nhau bằng cách thay đổi đường chạy
dao. Ngoài những ưu điểm đã nêu ở các phần trên, việc áp dụng công nghệ gia công
tốc độ cao để gia công lần cuối các chi tiết cịn mang lại những lợi ích sau:
- Giảm thời gian chu kì gia cơng một sản phẩm.
- Giảm chi phí đầu tư thiết bị.
- Tăng độ chính xác.
- Đạt độ bóng bề mặt cao.
- Cho phép nâng cao tốc độ bóc vật liệu (từ 2 – 4 lần), nâng cao năng suất gia
công.
1.1.3. Ứng dụng

Phay tốc độ cao hợp kim nhôm nổi tiếng nhất và được ứng dụng rộng rãi trong
ngành công nghiệp hàng không vũ trụ trong những thập kỷ qua. Gần đây, gia công
tốc độ cao cịn ứng dụng trong việc gia cơng các vật liệu cứng, gia công sản xuất
khuôn mẫu, khuôn đúc. Vật liệu gia công cho phay tốc độ cao thường là Gang, D2
(59 HRC), thép P20 (30HRC) và H13 (46 HRC) …. Các gang hợp kim với mác GM
đặc biệt là GM241 (ở độ cứng của 210 HB) chủ yếu sử dụng cho sản xuất khuôn
dập. Thép P20 dùng phổ biến nhất cho khn đúc thổi. Do có thành phần các-bon
thấp, nó thường được gia cơng tại trước trạng thái tơi (30 HRC) rồi sau đó mới tơi
cứng đến 50 ÷ 55 HRC. Trong khuôn đúc làm việc ở nhiệt độ cao, thường dùng
thép khuôn H13 được gia công ở độ cứng đến 46 HRC.


18

1.2.Khái niệm ổn định
1.2.1. Khái niệm về ổn định và mất ổn định của quá trình cắt

Trong quá trình gia cơng kim loại, muốn đạt được độ chính xác và độ bóng bề
mặt cao đồng thời nâng cao được tuổi bền của dụng cụ thì điều quan trọng là hệ
thống công nghệ máy - dụng cụ - chi tiết gia công – hệ thống đo không được rung
động hoặc rung động ở mức độ nhỏ cho phép [1-tr225]. Trong thực tế khơng có q
trình cắt nào mà hệ thống cơng nghệ không rung động. Rung động là hiện tượng
kèm theo trong q trình cắt trên máy cơng cụ. Trong những điều kiện nhất định
rung dộng này có thể tăng trưởng gây mất ổn định của q trình gia cơng, làm xấu
các chỉ tiêu kinh tế và chất lượng bề mặt sản phẩm.
Sau đây là định nghĩa về ổn định đã được khái quát bởi David A. Stephenson và
John Agapiou- [17-732].
Một quá trình cắt gọi là mất ổn định khi xuất hiện rung động ngày càng tăng, khi
đó dụng cụ cắt rung động với biên độ ngày càng tăng hoặc dần dần xa vị trí cân
bằng cho đến giới hạn xác định.
Một quá trình cắt gọi là ổn định khi dụng cụ cắt bị kích thích sẽ tiến đến một vị
trí cân bằng dưới dạng một dao động tắt dần hoặc tiến đến một mức dao động nào
đó ít hơn.
Một hệ thống công nghệ được gọi là mất ổn định tĩnh học nếu nguyên nhân gây
rung động là những lực kích thích phụ thuộc vào vị trí.
Một hệ thống được gọi là mất ổn định động học nếu nguyên nhân gây rung động
phụ thuộc vảo vận tốc.
Hình 1.3.a Biểu diễn chế độ gia cơng ổn định, vì biểu đồ theo phương z là hội tụ
Hình 1.3.b Biểu diễn chế độ gia cơng khơng ổn định, vì biểu đồ theo phương z là
phân kỳ.


19

Hình 1.3 Đồ thị quá trình phay ổn định và mất ổn định

1.2.2. Biểu đồ ổn định

Biểu đồ hình 1.4 là hình dáng một biểu đồ ổn định mẫu, trong đó  là hệ số giảm
chấn tương đối. Biểu đồ này xác định q trình cắt có ổn định hay không dựa vào
tốc độ cắt và chiều sâu cắt. Nhờ biểu đồ ổn định này mà ta có thể xác định chế độ
cắt cho năng suất lớn nhất mà vẫn đảm bảo tính ổn định của q trình cắt. Trước
kia khi vẫn cịn phay ở tốc độ thấp thì vùng ổn định quá hẹp nên không thể nâng cao
năng suất lên được nữa, còn bây giờ nhờ việc chọn chế độ cắt phù hợp năng suất có
thể tăng lên đáng kể.

Hình 1.4 Hình dạng cơ bản của một biểu đồ ổn định của quá trình phay.


20

Có thể nhận thấy biểu đồ ổn định phụ thuộc vào độ cứng vững và khả năng giảm
chấn của hệ thống máy- dụng cụ - phôi (gồm cả đồ gá). Do đó, với mỗi một máy
cơng cụ cụ thể, khi chọn vận tốc cắt, chiều sâu cắt khác nhau thì sẽ cho ra các biểu
đồ ổn định khác nhau. Máy phay tốc độ cao ở Trung tâm kỹ thuật Hồng Hải được
lấy làm đối tượng xây dựng biểu đồ ổn định. Phương pháp được sử dụng là mô
phỏng bằng lý thuyết.
Ở trong phần “Tính ổn định của q trình phay tốc độ cao” ta sẽ sử dụng hai
phương pháp phân tích và tính tốn số học để vẽ được đồ thị ổn định. Phương pháp
phân tích thường sử dụng các phép biến đổi nên việc tính tốn nhanh hơn, và qua đó
ta nắm rõ được bản chất q trình. Cịn phương pháp số học sử dụng các cơng thức
tốn tính ra trạng thái dao động của hệ từ đó rút ra được miền ổn định. Vì vậy thời
gian tính tốn rõ ràng lâu hơn tuy nhiên kết quả chính xác hơn.
1.2.3. Nguyên nhân gây mất ổn định.
Rung động là nguyên nhân gây mất ổn định của quá trình cắt. Rung động trong
quá trình cắt thường bao gồm rung động cưỡng bức, rung động riêng và tự rung.
a/ Rung động cưỡng bức xuất hiện khi một ngoại lực kích thích động lực học tác

động vào cấu trúc của hệ mà nguyên nhân có thể là:
- Nhiễu bên ngồi truyền qua móng máy
- Nhiễu bên trong của hệ thống công nghệ do các chi tiết quay không cân bằng,
các bộ truyền động ăn khớp được chế tạo khơng chính xác hoặc đã bị mịn, ổ trục
chính và sống trượt bị mịn, do tải trọng động phát sinh khi tăng tốc độ hay khi hãm
các bộ phận có khối lượng lớn, do lực cắt biến đổi khi cắt các bề mặt gián đoạn
hoặc do va đập của răng dao khi vào cắt trong quá trình phay.
Đặc điểm của rung động cưỡng bức là hệ thống công nghệ sẽ rung động với tần
số của lực kích thích và rung động sẽ xuất hiện với biên độ rất lớn khi tần số kích
thích xấp xỉ hoặc bằng tần số dao động riêng của hệ [17-tr730].
Các rung động cưỡng bức trong phần lớn các trường hợp có thể làm giảm thiểu
hoặc khử bỏ bằng cách khử nguồn gây kích thích hoặc làm thay đổi tần số kích
thích đối với những kích thích có tính chu kỳ sao cho tần số của nó khơng gần với
tần số riêng của hệ và khi đó khơng cịn là ngun nhân gây mất ổn định.
b/ Rung động riêng của hệ thống công nghệ là rung động tự phát sinh do sự va
đập, chẳng hạn như khi đóng li hợp, khi dụng cụ bắt đầu vào cắt…Rung động riêng
thực chất là rung động cưỡng bức khi lực kích thích có dạng xung. Ảnh hưởng của
nó nói chung là khơng đáng kể bởi vì rung động riêng là một rung động tắt dần rất
nhanh [1-tr225].
c/ Tự rung là rung động phát sinh và tồn tại cùng với quá trình cắt. Tự rung phát
sinh khơng phải do ngoại lực kích thích gây ra mà là do năng lượng của tự thân quá
trình cắt. khi quá trình cắt dừng lại thì tự rung cũng biến mất [17-tr731]. Trong
những điều kiện nhất định, dạng rung động này được coi là nguyên nhân chủ yếu


21

gây mất ổn định. Nguyên nhân của tự rung đã có nhiều cơng trình đề cập đến và có
thể tóm tắt như sau:
- Do biến động của lực cắt mà sự biến động đó là do sự biến động của tốc độ cắt

hoặc của tiết diện lớp cắt [17-tr728].
- Do sự thay đổi của lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao[2-tr68], [1-tr233],
[4-tr49]
- Do hệ số ma sát trên sống trượt của máy thay đổi theo vận tốc chuyển động của
bàn máy [1-tr233]
- Sự biến động trong thành phần của vật liệu làm phôi [1-tr233], [4-tr68].
- Do hiệu ứng tái sinh [1-tr233].
- Do liên kết vị trí (tự rung không tái sinh)
Đặc điểm của tự rung:
Biên độ rung động tăng theo thời gian cho đến một giá trị xác định.
Tần số của rung động bằng tần số tự nhiên của hệ [17-tr731] hoặc gần với tần số
tự nhiên của một số yếu tố điều khiển của hệ [1-tr230].
Năng lượng rung động này là năng lượng của bản thân q trình cắt chứ khơng
phải do ngoại lực kích thích cung cấp.
1.2.4. Các dạng mất ổn định của quá trình cắt
1.2.4.1. Mất ổn định do hiệu ứng tái sinh
Trong những điều kiện bất ổn định do sai lệch của phơi, đồ gá, dụng cụ cắt hoặc
của trục chính… sẽ dẫn đến biến động của lực cắt.
Sự biến động của lực cắt có thể dẫn đến rung động của máy. Rung động của máy
này lại gây ra sự biến động phụ thêm của lực cắt. Sự biến động của lực cắt dù rất
nhỏ cũng tạo nên sóng trên mặt gia cơng và do đó gây ra sự biến động của chiều dày
cắt. Sự không đồng đều của chiều dày cắt do lần cắt trước để lại (khi cắt bằng dao
một răng) hoặc do răng cắt trước để lại (khi cắt bằng dao nhiều răng) lại gây ra
những biến động khác về lực và do đó gây ra rung động.
Khi lực cắt lệch pha với chuyển động tương đối tức thời giữa lưỡi cắt và phôi sẽ
dẫn đến sự tăng trưởng của tự rung gây mất ổn định. Sự mất ổn định như thế gọi là
mất ổn định tái sinh bởi vì rung động tự nó tái xuất hiện trong những q trình tiếp
sau theo các hệ sóng bề mặt. Đây là dạng tự rung liên quan nhiều nhất đến thực tiễn.
Sự biến động của lực cắt động lực học và sự biến đổi vị trị tương đối giữa dao và
phôi xảy ra ở tất cả các quá trình cắt vì hệ thống công nghệ không tuyệt đối cứng

vững. Sự dịch chuyển tương đối này để lại một đường cong có biên độ Yi-1 trên bề
mặt gia cơng. Những sóng nhấp nhô của bề mặt gia công do lần cắt trước để lại sẽ
bị xóa bỏ bởi răng cắt hay lần cắt tiếp sau và một thế hệ sóng mới hình thành với
biên độ Yi.


22

Hình 1.5 Hiệu ứng tái sinh.

Lưỡi cắt đang cắt trên bề mặt lượn sóng chịu tác động của lực biến đổi mà sự
biến đổi đó lại gây ra rung động bổ sung cho dụng cụ cắt. Nếu lực cắt và những
sóng bề mặt khơng cùng pha thì dẫn đến rung động với biên độ ngày càng tăng.
Hình 1.5 là sơ đồ rung động tái sinh do cắt bề mặt không đồng đều.
Bất cứ một sự dịch chuyển nào của dụng cụ và phôi sẽ dẫn đến sự thay đổi của
chiều rộng cắt db và chiều dày cắt da. Sự thay đổi trong tiết diện ngang của lớp cắt
sẽ dẫn đến những biến đổi tương ứng lực của lực cắt dF.
dF=f(da)
Để xác định điều kiện giới hạn ổn định của hệ thống cấu trúc máy cơng cụ và q
trình cắt, người ta đưa ra một số giả thiết [17-tr734]:
- Quá trình cắt tiến hành trên mặt phẳng.
- Cấu trúc của cụm dụng cụ cắt - máy được biểu diễn bằng hệ một bậc tự do.
- Hệ thống là hệ tuyến tính.
- Hướng của thành phần lực cắt là không thay đổi và nằm trong cùng một
mặt phẳng với tốc độ cắt.
- Các thành phần biến đổi của lực cắt chỉ phụ thuộc vào rung động theo hướng
vng góc với bề mặt cắt Y.
Trên hình 1.5 hướng của dao dộng chính X tạo góc  với hướng Y vng góc với
mặt cắt. Lực cắt F nghiêng góc  so với Y, tốc độ cắt trung bình là V và chiều rộng
cắt là B. Sự biến đổi chiều dày cắt do sóng trên mặt Y i-1 gây ra cho những lần cắt

tiếp theo phụ thuộc vào độ lệch pha  với sóng bề mặt Yi, do đó số sóng giữa những
lần cắt sẽ là:

f
m  np 

2 N


23

Trong đó:
np

: Số sóng được tính theo số phần ngun của bước sóng.


2 <1 : Phần tử lẻ của bước sóng.
 : Pha của sóng bề mặt Yi với sóng bề mặt Y i-1
f : Tần số rung động.
N : Số vịng quay

Nói cách khác, số chu kỳ dao động (số sóng) giữa các lần cắt liên tiếp là một số
nguyên cộng với một phân số.
1.2.4.2. Mất ổn định do liên kết vị trí
Một loại tự rung khơng tái sinh xuất hiện khi dụng cụ cắt dao dộng tương đối so
với phơi ít nhất theo hai phương [17-tr749], [3-tr60]. Loại này xuất hiện ở những hệ
được phép nối với nhau mà tần số riêng của chúng nằm gần nhau và như thế là tần
số riêng của chúng có ảnh hưởng lẫn nhau. Hệ thống cơng nghệ được mơ hình hố
bằng hai hệ lò xo - khối lượng hai bậc tự do với hai trục X1 và X2 biểu thị độ mềm

dẻo và khối lượng tổng cộng vng góc.

Hình 1.6 Mơ tả sự rung không tái sinh

Đặc trưng của dao động: Dụng cụ cắt đi theo một đường elíp đóng kín theo chiều
mũi tên trên hình 1.6a. Trong suốt chu kỳ chuyển động của dụng cụ từ phần I sang
phần II dọc theo đường elíp, lực cắt sinh ra theo hướng ngược lại với hướng chuyển
động của dụng cụ và năng lượng được lấy từ hệ ra. Trong nửa kia của chu kỳ, dụng
cụ cắt đi từ phần II sang phần I, khi đó lực cắt và chuyển động của dụng cụ cắt
cùng hướng với năng lượng lại được bổ sung cho hệ. Chính phần năng lượng đó
làm tăng năng lượng rung động của dụng cụ.
Lực cắt trên phần II của elíp có xu hướng lớn hơn so với phần I bởi vì khi đó dao
cắt vào sâu hơn và do đó năng lượng đầu vào lớn hơn so với năng lượng tiêu hao