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

1
..

I

uận v n " Nghiên cứu xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay
CNC tốc độ cao " đƣợc hoàn thành bởi tác giả Hồ Văn Thái học viên khóa học
2013B. Trƣờng ại học Bách Khoa Hà ội.
T i xin cam đoan bản luận v n là đề tài nghiên cứu của riêng t i. Phần cơ sở
lý thuyết đƣợc tham khảo các tài liệu mới nhất và có chọn lọc.
nghiệm, sản phẩm đƣợc thực hiện trên máy phay
tâm thực hành c ng nghệ

trƣờng

ại học

ác th ng số thí

Super MC 500 của Trung
ng nghiệp Hà

ội.

ác kết quả

nêu trong luận v n này là hoàn toàn trung thực và chƣa đƣợc ai c ng bố trong bất
kỳ c ng trình nào khác.
Hà ội, ngày 15 tháng 09 n m 2015
Học viên

Hồ V n Thái


2

I Ả

Ơ

ghiên cứu khoa học phục vụ cho c ng cuộc “ ng nghiệp hoá, hiện đại hoá ất
nƣớc” là việc làm v cùng quan trọng đối với nƣớc ta hiện nay. ề tài “ ghiên cứu
xác định miền ổn định khi gia c ng trên máy phay
tốc độ cao” để xác định
miền ổn định khi gia c ng trên máy phay
nhằm mục đích nâng cao hiệu quả
khai thác, tìm các th ng số tối ƣu để nâng cao chất lƣợng và tính n ng sử dụng của
máy với sự giúp đỡ của rất nhiều cá nhân và tổ chức.
ời đầu tiên t i xin đƣợc cám ơn TS. Phan V n Hiếu, Viện cơ khí Trƣờng

ại

học Bách Khoa Hà ội, thầy Hƣớng dẫn khoa học thứ nhất của t i về sự định
hƣớng đề tài và những hƣớng dẫn cụ thể của Thầy trong quá trình t i làm luân v n,
viết và đã giúp t i hoàn chỉnh luận v n này.
T i muốn bày tỏ lòng biết ơn đến hà giáo nhân dân GS.TSKH. Bành Tiến
Long, - Viện cơ khí Trƣờng ại học Bách Khoa Hà ội, thầy Hƣớng dẫn Khoa học
thứ hai của t i về sự tận tình dành cho t i trong nghiên cứu, những đóng góp quý
báu của Thầy trong nghiên cứu và viết luận v n.
T i xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo hà trƣờng, Viện đào tạo sau đại học và
Viện cơ khí của Trƣờng ại học Bách Khoa Hà ội, Trƣờng ại học ng nghiệp

Hà ội, đã tạo điều kiện để t i hoàn thành luận v n này.
Do những hạn chế về thời gian và n ng lực bản thân và tài liệu nghiên cứu, trang
thiết bị nên luận v n kh ng tránh khỏi sai sót, t i rất mong đƣợc sự đóng góp ý kiến
của các Thầy,
giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp để luận v n đƣợc
hoàn thiện hơn. T i xin cảm ơn!
gày 15 tháng 09 n m2015
Học viên

Hồ V n Thái


3

MỤC LỤC
- ời cam đoan …………………………………………………………………..……1
- ời cảm ơn ………………………………………………………………...…….....2
- ục lục………………………………………………………………………...…. ..3
- Danh mục các thuật ngữ và từ viết tắt…………………………………………........6
- Danh mục các bảng biểu……………………………………………………………8
- Danh mục các hình vẽ và đồ thị……………………………………………….…....9
Ở ẦU………………………………………… …………………………………12
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY
CNC TỐC ĐỘ CAO………………………………………………...…… …….......16
1.1.Giới thiệu về gia c ng phay
tốc độ cao…………………..………………...16
1.1.1. Khái niệm……………………………………………………………….....16
1.1.2. So sánh phay
tốc độ cao với phay truyền thống ……………….....…17
1.1.3. Ứng dụng………………………………………………….………….........19

1.2.Khái niệm ổn định……………………………………………………………..…19
1.2.1. Khái niệm về ổn định và mất ổn định của quá trình cắt………………….. 19
1.2.2. Biểu đồ ổn định……………………………………………………..……...20
1.2.3. Nguyên nhân gây mất ổn định……………………………………....……..21
1.2.4. ác dạng mất ổn định của quá trình cắt………………………………..….23
1.2.5. ác yếu tố ảnh hƣởng đến ổn định quá trình cắt…………………………..26
1.2.6. ác biện pháp nâng cao ổn định của quá trình cắt………………….……..28
1.3. hững thành tựu và hạn chế của các c ng trình nghiên cứu trong, ngồi nƣớc về
ổn định trong gia c ng phay
……………………………………………….......29
1.4. ục tiêu của luận v n……………………………………………………….…...32
1.5. Kết luận chƣơng 1………………………………………………………….....…32
Chương 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHAY CNC TỐC ĐỘ
CAO………………………………………………………………………….….......34
2.1. Máy và kết cấu máy phay CNC tốc độ cao…………………………………..…34
2.1.1 Yêu cầu chung ……………………………………
………………..34
2.1.2. Các kết cấu máy phay CNC tốc độ cao………… ……………….….....34
2.1.3. Máy máy phay CNC tốc độ cao thƣờng dùng………………… ……....38
2.2. Dụng cụ cắt …………………………………………………………………….39
2.3. Quá trình tạo phoi ……………………………………………..………….…....40
2.4. Mơ hình lực cắt khi phay CNC 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 CNC tốc độ cao ………….……...45
2.5. Rung động khi phay CNC tốc độ cao………………………………………..…49
2.5.1. Khái niệm về rung động khi phay…………………………………..…....49
2.5.2. Quá trình phát triển rung động………………………………………...…50
2.6. Âm thanh khi phay CNC tốc độ cao……………………………………………53
2.6.1. ịnh nghĩa về âm thanh …………………………..………………….…..53
2.6.2. Phân loại âm thanh…………………..………………………….……...…53

2.6.3. ác đặc tính vật lý của âm thanh…………………………………..…..…53


4

2.6.4. Âm thanh khi phay CNC tốc độ cao ………………………………..……54
2.7. ác phƣơng pháp nghiên cứu ổn định trong quá trình phay tốc độ cao……….59
2.6.1
2.7.1. Phƣơng pháp phân tích…………………………………………………...59
2.7.2. Phƣơng pháp số………………………………………………………..…62
2.8. Các thơng số ảnh hƣởng đến tính ổn định…………………………………...….64
2.8.1. Ảnh hƣởng của hệ số giảm chấn……………………………………….…64
2.8.2. Ảnh hƣởng của tần số dao động tự nhiên………………………….……...66
2.8.3. Ảnh hƣởng của số r ng cắt………………………………………..………67
2.8.4. Ảnh hƣởng của chiều rộng n dao……………………………………..…68
2.9 ác tiêu chí đánh giá ổn định……………………………………………….…...69
210. Kết luận…..………………………………………………………………….…69
Chương 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PHẦN
MỀM MATLAB XÁC ĐỊNH MIỀN ỔN ĐỊNH KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY
PHAY CNC TỐC ĐỘ CAO ……………………………………………………...79
3.1. Xây dựng mơ hình nghiên cứu tính ổn định q trình phay………………...…70
3.1.1. Mơ hình bài tốn nghiên cứu ổn định q trình phay……………………70
3.1.2. Các thông số của hệ thống ảnh hƣởng tới biểu độ ổn định………………70
3.2. Xây dựng phƣơng pháp đo và đo độ cứng k, hệ số giảm chấn c của hệ thống máy
phay CNC tốc độ cao…. ………………………………………………..…….…….71
3.2.1. Kết quả tác dụng xung lực theo hai phƣơng ox và oy………………..…..72
3.2.2. Kết quả của quá trình đa rung động………………………………...….....73
3.3. Xử lý số liệu thực nghiệm……………………………………………………...74
3.3.1. Tính tốn độ cứng………………………………………………………..74
3.3.2. Tính tốn khối lƣợng quy đổi……………………………………..… .…75

3.3.3. Tính tốn hệ số giảm chấn ………………………………………… . .…75
3.4. Chỉ tiêu đánh giá các th ng số đầu ra……………………………………..…...77
3.4.1. Nhận biết rung động bằng âm thanh…………………………………..…78
3.4.2.Nhận biết rung động bằng đo dao động đầu trục trục chính………….…..80
3.4.3. Nhận biết rung động khi phay bằng sai số hình dáng……………………81
3.4.4.Lực cắt………………………………………………………………….…85
3.5. Ứng dụng phần mềm
T B xác định miền ổn định khi gia công trên máy
phay CNC tốc độ cao……………………………………………………………….88
3.5.1. Các thơng số đầu vào chính……………………………………..……….88
3.5.2. Tiêu chí đánh giá ổn định dựa trên phần mềm………………………......89
3.5.3. Xây dựng biểu đồ ổn định bằng phần mềm matlab……………………...93
3.5.4. Kết quả tính biểu đồ ổn định…………………………………………......93
3.5.5. ánh giá độ tin cậy của phần mềm bằng phƣơng pháp so sánh…………94
3.6. Kết luận: …………………………………………………………………….…96
Chương 4: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MIỀN ỔN ĐỊNH KHI GIA CƠNG
TRÊN MÁY PHAY CNC TỐC ĐỘ CAO BẰNG TIÊU CHÍ ÂM THANH……97
4.1. Xây dựng mơ hình thực nghiệm…………………………………………………97
4.1.1. Phân tích và thiết kế mơ hình thực nghiệm………………………………...….97
4.1.2. Thiết bị và thông số kỹ thuật của thực nghiệm………………………………..98


5

4.1.3.Thiết lập, cài đặt các thiết bị đo………………………………………………101
4.2. Nội dung thực nghiệm…………………………………………………………110
4.3. Kết quả đo và xử lý số liệu thực nghiệm………………………………………112
4.4. So sánh và đánh giá kết quả thực nghiệm…………………………………..…114
4.5. Kết luận………………………………………………………………………..116
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…...……………………………………..……..…....117

TÀI LIỆU THAM KHẢ …………………………………………………..….......120
PHỤ LỤC


6

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT
b

chiều rộng cắt (m)
hệ số giảm chấn theo phƣơng x,y,z ( s/m)
lực hƣớng tâm ( )
lực tiếp tuyến( )

fz

tốc độ chạy dao r ng(m/r ng)
hàm tác động giữa dao và ph i
chiều dày phoi (m)

Hxx
j

hệ số cắt ( /
số r ng cắt j

Kr

hệ số lực cắt hƣớng tâm ( /

Kt

hệ số lực cắt tiếp tuyến ( /

)

)

khối lƣợng dụng cụ cắt theo phƣơng x, y,z (kg)
n

tốc độ vòng quay (vòng/phút)

t
T

số r ng dụng cụ cắt
thời gian (s)
chu kỳ chuyển động của r ng(s)

a
x
y
z

chiều sâu cắt (mm)
dịch chuyển của dụng cụ cắt theo phƣơng chạy dao x(m)
dịch chuyển của dụng cụ cắt theo vu ng góc phƣơng chạy dao y(m)
dịch chuyển của dụng cụ cắt theo phƣơng dọc trục chính (m)
vị trí góc của r ng thứ j (deg)

vị trí góc bắt đầu cắt

(deg)

vị trí góc kết thúc cắt (deg)


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

CNC (Computer Numerical Control) - iều khiển số có sự hỗ trợ của máy tính
Px
- ực hƣớng trục ( )
Py
- ực hƣớng kính ( )
Pz
- ực tiếp tuyến (lực cắt chính) ( )


7

T
U

- Tuổi bền dụng cụ
- ƣợng mòn dao



- Thời gian gia c ng

R

- Sai số gia c ng 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 trƣớc của dao



- Góc lệch chớnh của dao

1

- Góc lệch phụ của dao



- hiệt cắt


8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng
Bảng 1.1

Tên bảng
So sánh gia c ng tốc độ cao và gia c ng thƣờng

Trang
18

Bảng 4.1

Thông số kỹ thuật máy Super MC 500

98

Bảng 4.2

Số liệu thực nghiệm giữa chiều sâu cắt và tốc độ quay trục chính

111


9

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
Hình2.24
Hình 2.25
Hình 2.26
Hình 2.27
Hình 2.28
Hình 2.29

Tên hình vẽ
hƣơng 1
áy phay cao tốc Super
500
Vùng tốc độ gia c ng tốc cao một số loại vật liệu
ồ thị quá trình phay ổn định và mất ổn định
Hình dạng cơ bản của một biểu đồ ổn định của quá trình phay
Hiệu ứng tái sinh

tả sự rung kh ng tái sinh
tả động lực học của một r ng cắt
Biểu đồ ổn định dạng túi
ặc tính vật lý của máy
hình điều kiện đầu vào
hƣơng 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
Mảnh hợp kim có CBN, PCBN, PCD, TiTN
Dao phay hợp kim cứng NACHI GS MILL 4 GS 10-LIST9384
Sơ đồ quá trình hình thành phoi
Sự biến dạng kim loại trong vùng cắt
Các góc phoi
Các dạng phoi cắt
Phƣơng trình đƣờng xicloit (trên) và phƣơng trình xấp xỉ bằng
đƣờng trịn (dƣới)
ƣợng chạy dao khi phay
Góc dao vào, góc dao ra trong phay nghịch (a) và phay thuận (b)
ực cắt khi phay tốc độ cao : a) phay nghịch ;b) Khi phay thuận
Mô hình q trình phay tốc độ cao
Bề mặt gia cơng 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
ồ thị dao động của âm và phổ âm
Biểu đồ ổn định về mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và tốc độ cắt

Biểu đồ miền dao động cƣỡng bức và dao động tự kích thích
ồ thị ổn định bằng tiêu chí âm thanh
hình đơn giản của quá trình cắt giữa dụng cụ cắt và ph i
Sơ đồ hàm truyền lực của hệ thống
Sơ đồ hàm truyền lực rút gọn
Biểu diễn hàm truyền trên hệ tọa độ ảo

Trang
16
17
20
21
24
25
30
30
30
31
35
35
36
36
36
37
40
40
40
41
42
43

44
44
45
46
47
50
51
51
52
54
55
56
58
59
59
59
60


10

Hình 2.30 Biểu diễn cắt
Hình 2.31
ồ thị ổn định đƣợc xây dựng từ các đƣờng biên ổn định
Hình 2.32 Biểu đồ ổn định khi hệ số giảm chấn theo phƣơng x và y thay đổi
lần lƣợt là 0.01, 0.02, 0.04
Hình 2.33 Biểu đồ ổn định khi tần số dao động tự nhiên thay đổi lần lƣợt là
750*2, 1000*2, 1500*2 rad/s.
Hình 2.34 Biểu đồ ổn định khi số r ng cắt của dao phay thay đổi lần lƣợt là
1,2,4.

Hình 2.35 Biểu đồ ổn định khi hệ số chiều rộng n dao đổi lần lƣợt là 0.1, 0.3,
0.5
hƣơng 3
Hình 3.1
hình xây dựng biểu đồ ổn định
Hình 3.2 Phƣơng pháp gõ thử để đo các th ng số động học của hệ
Hình 3.3
ửa sổ nhận các tín hiệu đo đƣợc
Hình 3.4 Biểu đồ phổ lực
Hình 3.5 Biểu đồ phổ gia tốc
Hình 3.6 Biểu đồ phổ chuyển vị
Hình 3.7 Biểu đồ chuyển vị theo phƣơng ox
Hình 3.8 Phƣơng pháp tính độ giảm chấn Bandwidth
Hình 3.9
áp ứng tần số của dao động theo phƣơng x
Hình 3.10 Sơ đồ nghiên cứu quá trình cắt
Hình 3.11 Bài tốn xây dựng biểu đồ ổn định
Hình 3.12 Sơ đồ thiết lập microphone, accelerometers
Hình 3.13 Biểu đồ PSD của tín hiệu microphone ở tốc độ 24000 v/p. hiều sâu
cắt là 4,5; 4,7; 4,9; 5,0 mm cho hình a, b, c, d.
Hình 3.14 Biểu đồ PSD của accelerometers ở tốc độ quay 20000v/p. hiều sâu
cắt là 4,5; 4,7; 4,9; 5,0 mm cho hình a, b, c, d
Hình 3.15 Sai số hình dáng
Hình 3.16
ác yếu tố hình học của lớp bề mặt.1- Sóng bề mặt, 2-nhấp nh bề
mặt.
Hình 3.17 Thuật giải bài tốn xây dựng biểu đồ sóng bề mặt
Hình 3.18
ồ thị sóng bề mặt
Hình 3.19

ồ thị sóng bề mặt khi chế độ gia c ng mất ổn định
Hình 3.20 Biểu đồ sóng bề mặt ứng với chế độ gia cơng ổn định
Hình 3.21 Thuật giải bài tốn xây dựng biểu đồ lực cắt
Hình 3.22
ồ thị lực cắt Fx(N) theo thời gian lần cắt 1
Hình 3.23
ồ thị lực cắt Fx( ) theo thời gian lần cắt 7
Hình 3.24
ồ thị lực cắt Fy( ) theo thời gian lần cắt 27
Hình 3.25 Biểu đồ sóng bề mặt ứng với chế độ gia cơng ổn định
Hình 3.26 Biểu đồ sóng bề mặt ứng với chế độ gia cơng mất ổn định
Hình 3.27 Rung động theo phƣơng x và y và lực cắt tác dụng lên dao cắt trong
trƣờng hợp ổn định.
Hình 3.28 Rung động theo phƣơng x, y và lực cắt tác dụng lên dao cắt trong
trƣờng hợp mất ổn định.
Hình 3.29 Rung động theo phƣơng x, y và lực tác dụng lên dao cắt trong trƣờng
hợp ổn định

61
62
65
66
67
68

70
72
72
73
73

74
74
75
76
77
77
78
79
80
81
82
83
84
84
84
85
86
86
87
89
89
90
91
92


11

Hình 3.30
hƣơng trình tính tốn biểu đồ ổn định

Hình 3.31
hƣơng tình tính biểu đồ ổn định bằng phƣơng pháp số
Hình 3.32 Biểu đồ ổn định xây dựng bằng phần mềm matlab
Hình 3.33 Kết quả mơ phỏng của Faassen’s m hình phi tuyến
Hình 3.34 Kết quả mơ phỏng matlab mơ hình tuyến tính
Hình 3.35 Kết quả m phỏng với utPro
Hình 3.36 Kết quả m phỏng với atlab
hƣơng 4
Hình 4.1 Hệ thống đo âm thanh cơ bản
Hình 4.2
hình thực nghiệm
Hình 4.3 Máy phay CNC Super MC 500
Hình 4.4 Ph i thực nghiệm
Hình 4.5. Dụng cụ cắt thực nghiệm
Hình 4.6
ồ gá microphone
Hình 4.7. Thiết bị đo âm thanh microphone 4189
Hình 4.8. Thiết bị thu nhập dữ liệu và khuếch đại tín hiệu
Hình 4.9 Phần mềm phân tích và xử lý tín hiệu
Hình 4.10 Thiết lập các thiết bị đo
Hình 4.11 Sơ đồ tiến hành thực nghiệm
Hình 4.12 Biều đồ ổn định qua mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và biên độ âm
thanh
Hình 4.13 Biểu đồ âm thanh với vận tốc n = 15000vg/ph, chiều sâu c t t = 1,35
mm
Hình 4.14 Biểu đồ rung động với vận tốc n= 15000vg/ph, chiều sâu c t t = 1,35
mm
Hình 4.15 Biểu đồ âm thanh ở chế độ gia c ng thực nghiệm
Hình 4.16 Biểu đồ miền ổn định theo phƣơng pháp m phỏng số
Hình 4.17 Biểu đồ miền ổn định thực nghiệm

Hình 4.18 So sánh kết quả lý thuyết và cắt thử

93
93
94
94
95
95
95
97
97
98
98
99
99
100
100
101
102
110
111
112
113
113
114
114
115


12

Ở ẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Qua tìm hiểu các doanh nghiệp sản xuất cơ khí có sử dụng các máy và thiết bị
NC, CNC, xét về mặt ổn định q trình gia cơng trên máy phay CNC tốc độ cao thì
thấy có một số vấn đề sau:
- Các doanh nghiệp 100% vốn nƣớc ngồi hoặc liên doanh thì các máy gia công
sử dụng kỹ thuật CNC chủ yếu để sản xuất các mặt hàng truyền thống, ổn định.
hƣơng trình điều khiển gia c ng trên máy đƣợc hãng chế tạo máy mặc định nên
chế độ công nghệ thiết lập trong chƣơng trình đã đƣợc hồn chỉnh.
- Các doanh nghiệp trong nƣớc sử dụng máy CNC thì việc lập trình gia cơng do
ngƣời lập trình thực hiện. Chế độ cơng nghệ (v, s, t) đƣợc xác định bằng cách tra sổ
tay công nghệ nhƣ khi thực hiện gia công trên máy truyền thống hoặc bằng cách lấy
theo kinh nghiệm.
Chính vì lẽ đó, chế độ cơng nghệ gia c ng trên máy chƣa thể khẳng định là hợp
lý. Vì vậy hiệu quả khai thác, sử dụng máy còn hạn chế cần đƣợc nghiên cứu và
hoàn chỉnh dần nhƣ:
- Thiết kế máy tối ƣu
- ánh giá độ ổn định của máy
- Nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng loại máy này?
Trong đó, nâng cao n ng suất gia cơng trên máy CNC hiện nay (đặc biệt là máy
phay

) đang là vấn đề cấp thiết. Việc này đƣợc thực hiện bằng cách lựa chọn

chế độ gia công hợp lý (tối ƣu). hế độ cắt tối ƣu là chế độ cắt cho n ng suất cao
(vận tốc cắt lớn, chiều sâu cắt lớn) nhƣng chất lƣợng bề mặt vẫn đảm bảo (rung
động ít, âm thanh đều– chế độ gia công ổn định).
ề tài “Nghiên cứu xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC
tốc độ cao” . ây là lĩnh vực đã đƣợc các nhà khoa học trên thế giới rất quan tâm và

cũng đã có nhiều cơng trình nghiên cứu đề cập đến. Ở Việt

am cũng đã có một số

bài báo khoa học, luận án tiến sĩ nghiên cứu đến tính ổn định trong q trình gia
c ng cơ khí tuy nhiên nghiên cứu xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay


13

CNC tốc độ cao bằng tiêu chí âm thanh là chƣa có. Do đó có thể thấy đây là đề tài
có tính cấp thiết rất cao. Kết quả của cơng trình này có thể ứng dụng vào thực tế sản
xuất để nâng cao n ng suất mà vẫn đảm bảo đƣợc chất lƣợng của sản phẩm.
2. Mục đích nghiên cứu:
Mục đích chính của luận v n là nghiên cứu xác định miền ổn định khi gia công
trên máy phay CNC tốc độ cao, tìm mối quan hệ giữa chiều sâu cắt với tốc độ trục
chính và cƣờng độ âm thanh, thông số đầu ra dùng để đánh giá độ ổn định nhƣ:
Rung động, âm thanh, đề ra một số biện pháp nâng cao n ng suất, chất lƣợng bề mặt
chi tiết khi gia công phay CNC tốc độ cao.
3. Nội dung nghiên cứu:
ội dung nghiên cứu gồm 4 chƣơng
hƣơng 1: Tổng quan về ổn định khi gia công trên máy phay CNC tốc độ cao
hƣơng 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 nhƣ trong nƣớc. Những tồn tại cần
giải quyết, Kết luận.
hƣơng 2: ơ sở lý thuyết của quá trình phay CNC tốc độ cao
hƣơng này trình bày các nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quá trình cắt và các hiện
tƣợng xảy ra trong quá trình cắt, cơ sở khoa học, các giả thiết, các đặc điểm công
nghệ của phƣơng pháp phay

tốc độ cao. Kết luận.

hƣơng 3: Xây dựng mơ hình nghiên cứu và Ứng dụng phần mềm matlab xác
định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC tốc độ cao
hƣơng 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 th ng số đầu
ra của m hình và để xây dựng m hình tốn xác định âm thanh phụ thuộc vào các
yếu tố chế độ cắt khi phay trên máy CNC tốc độ cao.
Sử dụng các phƣơng pháp số và phƣơng 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 tốc độ
cao. Kết luận.


14

hƣơng 4: Thực nghiệm xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay CNC
tốc độ cao bằng tiêu chí âm thanh
hƣơng này nghiên cứu thực nghiệm xây dựng hàm toán học biểu diễn mối quan
hệ giữa chế độ cắt với âm thanh khi phay trên máy phay CNC tốc độ cao.
Thực nghiệm kiểm chứng độ tin cậy của biểu đồ ổn định đã xây dựng. Kết luận.
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
- Âm thanh có quan hệ với độ cứng vững của hệ thống công nghệ, thông số hình
học của dụng cụ cắt, điều kiện cắt, chế độ cắt và những yếu tố khác. Tuy nhiên đối
tƣợng nghiên cứu của đề tài đƣợc 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 nhƣ sau:

áy thực nghiệm: máy phay

“Super

500”.- Vật liệu gia

công là thép 50C -Vật liệu làm dụng cụ cắt là Dao phay hợp kim cứng (NACHI GS
MILL 4 GS 10-LIST9384), 4 r ng cắt của Nhật Bản;

ối tƣợng gia công là mặt

phẳng- Thiết bị đo độ cứng, đo hệ số giảm chấn, đo âm thanh.
- Phạm vi nghiên cứu là nghiên cứu ảnh hƣởng của chiều sâu cắt, tốc độ quay
trục chính, tìm miền ổn định dựa vào tiêu chí âm thanh, cụ thể: + Tốc độ phay từ
2000 vg/ph đến 20000 vg/ph ;+ Chiều sâu cắt từ 0.15 mm đến 1.5 mm
uận v n tập trung nghiên cứu xác định miền ổn định khi gia công trên máy phay
CNC tốc độ cao.
5. Phương pháp nghiên cứu:
-

ghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm; Sử dụng kỹ thuật m

phỏng số
-

ghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt với mức

độ ổn định của hệ thống c ng nghệ.
- Thực nghiệm cắt thử để kiểm chứng cơ sở lý thuyết về ổn định của hệ thống c ng
nghệ.
của hệ thống c ng nghệ.

15

6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn
Ý nghĩa khoa học: - Bằng cách nghiên cứu cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm,
luận v n đã đƣa ra đƣợc các hàm toán học m tả mối quan hệ giữa lực cắt, cƣờng độ
âm thanh với chế độ cắt làm cơ sở cho việc xác định miền ổn định quá trình cắt
cũng nhƣ cho các nghiên cứu khác của quá trình cắt.

ồng thời trên cơ sở đó luận

v n đã xây dựng đƣợc bài tốn tìm miền ổn định của q trình gia c ng phay
tốc độ cao với điều kiện biên là cƣờng độ âm thanh, lực cắt và các ràng buộc là các
điều kiện về máy, về dụng cụ cắt, về chất lƣợng bề mặt... của quá trình cắt. và thiết
kế chƣơng trình trợ giúp lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi gia c ng trên máy phay
tốc độ cao.
Ý nghĩa thực tiễn : - Kết quả nghiên cứu nhằm xác định miền ổn định của quá trình
gia c ng phay

tốc độ cao có ý nghĩa thực tiễn trong nghiên cứu khoa học cũng

nhƣ trong sản xuất.
- àm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của q trình cắt gọt.
- Kết quả nghiên cứu nhằm giúp cho việc lựa chọn chế độ c ng nghệ khi viết
chƣơng trình gia c ng

trong quá trình chuẩn bị sản xuất đƣợc hợp lý hơn, hiệu

quả khai thác, sử dụng máy phay
suất và hạ giá thành sản phẩm.

tốt hơn. Góp phần vào việc nâng cao n ng

ây là một yếu tố có ý nghĩa rất lớn đối với sự phát

triển của doanh nghiệp trong m i trƣờng sản xuất kinh doanh lu n phải đối mặt với
sự cạnh tranh khốc liệt hiện nay trên thị trƣờng cũng nhƣ trong quá trình hội nhập.
-

ạt đƣợc khả n ng cho n ng suất cao nhƣng vẫn đảm bảo chất lƣợng bề mặt theo

yêu cầu trong sản xuất ngay cả khi số lƣợng sản phẩm kh ng 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 nhƣ khi phải sử dụng
dao phay đặc biệt, giá thành cao thì đƣa vào yêu cầu về tuổi bền dao phay cao, phần
mềm tính tốn sẽ lựa chọn đƣợc chế độ cắt phù hợp với yêu cầu đó.


16

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

Hiện nay gia c ng tốc độ cao (High Speed

achining-HS ) đƣợc xem là một

trong những lĩnh vực chính của ngành chế tạo máy. Thực ra gia c ng tốc độ cao

kh ng mới, nó đã đƣợc thực hiên cách đây hơn 30 n m. Gần đây, với sự phát triển
vƣợt bậc của ngành chế tạo máy hiện nay với những c ng nghệ liên quan nhƣ máy
tính, dụng cụ cắt, máy c ng cụ, bộ điều khiển

, hệ thống

, thì gia c ng tốc

độ cao ngày càng đƣợc quan tâm hơn. ác ứng dụng chủ yếu thúc đẩy c ng nghệ
theo hƣớng gia c ng tốc độ cao là: chế tạo khu n mẫu, chế tạo các chi tiết ngành
t và gia c ng các chi tiết ngành hàng kh ng.

Hình 1.1 Máy phay cao tốc Super MC 500.

Hình 1.1 là máy gia c ng tốc độ cao Super MC 500 với tốc độ trục chính là
20.000vg/ph, tốc độ chạy dao nhanh lên đến 300m/ph. Trong một số trƣờng hợp
ngƣời ta cũng có thể sử dụng máy truyền thống để gia c ng tốc độ cao.


17

Rất khó để nêu lên một định nghĩa chung về gia c ng tốc độ cao. Tốc độ gia
c ng thì rất cụ thể cho từng ứng dụng. Ví dụ gia c ng tốc độ cao, khi gia c ng thép
vào khoảng 800m/ph nhƣng giá trị này vẫn chƣa phải là giá trị tốc độ gia c ng khi
gia c ng tốc độ cao gang. ói chung, để định nghĩa gia c ng tốc độ cao cần dựa vào
các yếu tố sau: tốc độ cắt cao, tốc độ quay của trục chính cao, lƣợng chay dao cao
và n ng suất cao. Tốt nhất là nói rằng gia c ng tốc độ cao có nghĩa là cắt gọt vật
liệu nhanh hơn bình thƣờng cho những c ng đoạn cụ thể.
gồi ra các yếu tố khác nhƣ chế độ gia c ng, vật liệu dụng cụ cắt cũng có ảnh
hƣởng rất lớn đến quá trình gia c ng tốc độ cao. Dải tốc độ cắt trong gia c ng tốc

độ cao cho các vật liệu khác nhau đƣợc trình bày ở hình 1.2 dƣới 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 c ng tốc độ cao vật liệu cứng có những khác biệt đáng kể so với các phƣơng
pháp gia c ng truyền thống vật liệu mềm. Bởi vì vật liệu trong gia c ng tốc độ cao
có độ cứng cao hơn nên lực cắt sinh ra khi gia c ng tốc độ cao cũng lớn hơn. Vì thế
lƣợng n dao khi gia c ng tốc độ cao phải đƣợc giới hạn. Trong hầu hết các trƣờng
hợp, mảnh hợp kim dùng trong gia c ng tốc độ cao phải có góc trƣớc âm. Góc trƣớc
âm tạo điều kiện cắt gọt tốt cho lƣỡi cắt vì tốc độ càng cao, chiều sâu cắt tƣơng đối
nhỏ và lực cắt tập trung ở đó. Tuy nhiên, đ i khi doa lỗ thì góc trƣớc dƣơng là tốt
nhất. Tƣơng tự nhƣ vậy, để bảo vệ lƣỡi cắt kh ng bị mẻ, trên mảnh hợp kim ngƣời
ta vát mép các lƣỡi cắt hoặc bo tròn.


18

Gia c ng th ng thƣờng bị giới hạn bởi độ cứng của vật liệu. Trong khi đó dải vật
liệu đƣợc gia c ng bằng gia c ng tốc độ cao kh ng hạn chế, ngay cả đối với thép
rèn đã t i, thép gió, và hợp kim cứng bề mặt stellites. Việc hợp kim bề mặt stellites
có thể đƣợc gia c ng bằng gia c ng tốc độ cao đã mở rộng khả n ng của gia c ng
tốc độ cao kể cả c ng việc sửa chữa.
hiệt sinh ra trong vùng cắt gọt khi gia c ng tốc độ cao khá cao, có thể lên đến
khoảng 930o

và vì th ng thƣờng ngƣời ta gia c ng tốc độ cao mà kh ng dùng

dung dịch trơn nguội nên bề mặt đã gia c ng tốc độ cao có thể bị hƣ hại do nhiệt.
ấu trúc vi m của lớp bề mặt bị thay đổi và tồn tại ứng suất dƣ trên lớp bề mặt.

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

ác th ng số

Gia c ng thƣờng

Gia c ng 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 c ng tốc độ cao có nhiều ƣu điểm so với gia c ng truyền thống, một vài ƣu
điểm đó là kết quả trực tiếp của cách bóc vật liệu khi gia c ng tốc độ cao. Ƣu điểm
đáng kể nhất của gia c ng tốc độ cao là có thể dùng cùng một dụng cụ mà vẫn gia
c ng đƣợc nhiều chi tiết có hình dáng khác nhau bằng cách thay đổi đƣờng chạy
dao. goài những ƣu điểm đã nêu ở các phần trên, việc áp dụng c ng nghệ gia c ng
tốc độ cao để gia c ng lần cuối các chi tiết còn mang lại những lợi ích sau:
- Giảm thời gian chu kì gia c ng một sản phẩm.
- Giảm chi phí đầu tƣ thiết bị.
- T ng độ chính xác.
- ạt độ bóng bề mặt cao.
- Cho phép nâng cao tốc độ bóc vật liệu (từ 2 – 4 lần), nâng cao n ng suất gia
công.


19

1.1.3. Ứng dụng

Phay tốc độ cao hợp kim nh m nổi tiếng nhất và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong
ngành c ng nghiệp hàng kh ng vũ trụ trong những thập kỷ qua. Gần đây, gia c ng
tốc độ cao còn ứng dụng trong việc gia c ng các vật liệu cứng, gia c ng sản xuất
khu n mẫu, khu n đúc. Vật liệu gia c ng cho phay tốc độ cao thƣờng là Gang, D2
(59 HR ), thép P20 (30HR ) và H13 (46 HR ) …. ác gang hợp kim với mác G
đặc biệt là G 241 (ở độ cứng của 210 HB) chủ yếu sử dụng cho sản xuất khu n
dập. Thép P20 dùng phổ biến nhất cho khu n đúc thổi. Do có thành phần các-bon
thấp, nó thƣờng đƣợc gia c ng tại trƣớc trạng thái t i (30 HR ) rồi sau đó mới t i
cứng đến 50 ÷ 55 HR . Trong khu n đúc làm việc ở nhiệt độ cao, thƣờng dùng

thép khu n H13 đƣợc gia c ng ở độ cứng đến 46 HR .
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 c ng kim loại, muốn đạt đƣợc độ chính xác và độ bóng bề
mặt cao đồng thời nâng cao đƣợc tuổi bền của dụng cụ thì điều quan trọng là hệ
thống c ng nghệ máy - dụng cụ - chi tiết gia c ng – hệ thống đo kh ng đƣợc rung
động hoặc rung động ở mức độ nhỏ cho phép- [1-tr225]. Trong thực tế kh ng có
q trình cắt nào mà hệ thống c ng nghệ kh ng rung động. Rung động là hiện
tƣợng kèm theo trong quá trình cắt trên máy c ng cụ. Trong những điều kiện nhất
định rung dộng này có thể t ng trƣởng gây mất ổn định của quá trình gia c ng, làm
xấu các chỉ tiêu kinh tế và chất lƣợng bề mặt sản phẩm.
Sau đây là định nghĩa về ổn định đã đƣợc khái quát bởi David A. Stephenson và
John Agapiou- [14-tr732].
ột quá trình cắt gọi là mất ổn định khi xuất hiện rung động ngày càng t ng, khi
đó dụng cụ cắt rung động với biên độ ngày càng t ng hoặc dần dần xa vị trí cân
bằng cho đến giới hạn xác định.


20

ột quá trình cắt gọi là ổn định khi dụng cụ cắt bị kích thích sẽ tiến đến một vị
trí cân bằng dƣới dạng một dao động tắt dần hoặc tiến đến một mức dao động nào
đó ít hơn.
ột hệ thống c ng nghệ đƣợc gọi là mất ổn định tĩnh học nếu nguyên nhân gây
rung động là những lực kích thích phụ thuộc vào vị trí.
ột hệ thống đƣợc 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 c ng ổn định, vì biểu đồ theo phƣơng z là hội tụ
Hình 1.3.b Biểu diễn chế độ gia c ng kh ng ổn định, vì biểu đồ theo phƣơng z là
phân kỳ.

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 quá trình cắt có ổn định hay kh ng dựa vào
tốc độ cắt và chiều sâu cắt.

hờ biểu đồ ổn định này mà ta có thể xác định chế độ

cắt cho n ng suất lớn nhất mà vẫn đảm bảo tính ổn định của q trình cắt. Trƣớc kia
khi vẫn cịn phay ở tốc độ thấp thì vùng ổn định quá hẹp nên kh ng thể nâng cao


21

n ng suất lên đƣợc nữa, còn bây giờ nhờ việc chọn chế độ cắt phù hợp n ng suất có
thể t ng lên đáng kể.

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

Có thể nhận thấy biểu đồ ổn định phụ thuộc vào độ cứng vững và khả n ng giảm
chấn của hệ thống máy- dụng cụ - ph i (gồm cả đồ gá). Do đó, với mỗi một máy
c ng cụ cụ thể, khi chọn vận tốc cắt, chiều sâu cắt khác nhau thì sẽ cho ra các biểu
đồ ổn định khác nhau.

áy phay tốc độ cao ở Trung tâm kỹ thuật Hồng Hải đƣợc

lấy làm đối tƣợng xây dựng biểu đồ ổn định. Phƣơng pháp đƣợc sử dụng là m

phỏng bằng lý thuyết.
Ở trong phần “Tính ổn định của quá trình phay tốc độ cao” ta sẽ sử dụng hai
phƣơng pháp phân tích và tính tốn số học để vẽ đƣợc đồ thị ổn định. Phƣơng pháp
phân tích thƣờng sử dụng các phép biến đổi nên việc tính tốn nhanh hơn, và qua đó
ta nắm rõ đƣợc bản chất quá trình. ịn phƣơng pháp số học sử dụng các c ng thức
tốn tính ra trạng thái dao động của hệ từ đó rút ra đƣợc 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 thƣờng bao gồm rung động cƣỡng bức, rung động riêng và tự rung.
a/ Rung động cƣỡng bức xuất hiện khi một ngoại lực kích thích động lực học tác
động vào cấu trúc của hệ mà ngun nhân có thể là:
- hiễu bên ngồi truyền qua móng máy


22

-

hiễu bên trong của hệ thống c ng nghệ do các chi tiết quay kh ng cân bằng,

các bộ truyền động n khớp đƣợc chế tạo kh ng chính xác hoặc đã bị mịn, ổ trục
chính và sống trƣợt bị mòn, do tải trọng động phát sinh khi t ng tốc độ hay khi hãm
các bộ phận có khối lƣợng lớn, do lực cắt biến đổi khi cắt các bề mặt gián đoạn
hoặc do va đập của r ng dao khi vào cắt trong quá trình phay.
ặc điểm của rung động cƣỡng bức là hệ thống c ng 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.
ác rung động cƣỡng bức trong phần lớn các trƣờng 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 kh ng gần với
tần số riêng của hệ và khi đó kh ng cịn là ngun nhân gây mất ổn định.
b/ Rung động riêng của hệ thống c ng nghệ là rung động tự phát sinh do sự va
đập, chẳng hạn nhƣ khi đóng li hợp, khi dụng cụ bắt đầu vào cắt…Rung động riêng
thực chất là rung động cƣỡng bức khi lực kích thích có dạng xung. Ảnh hƣởng của
nó nói chung là kh ng đáng kể bởi vì rung động riêng là một rung động tắt dần rất
nhanh.
c/ Tự rung là rung động phát sinh và tồn tại cùng với q trình cắt. Tự rung phát
sinh khơng phải do ngoại lực kích thích gây ra mà là do n ng lƣợng của tự thân quá
trình cắt. khi quá trình cắt dừng lại thì tự rung cũng biến mất [14-tr731]. Trong
những điều kiện nhất định, dạng rung động này đƣợc coi là nguyên nhân chủ yếu
gây mất ổn định.

guyên nhân của tự rung đã có nhiều c ng trình đề cập đến và có

thể tóm tắt nhƣ 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 [14-tr728].
- Do sự thay đổi của lực ma sát ở mặt trƣớc và mặt sau của dao[2-tr68], [1-tr233],
[4-tr49]


23

- Do hệ số ma sát trên sống trƣợt 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 kh ng tái sinh)
ặc điểm của tự rung:

Biên độ rung động t ng theo thời gian cho đến một giá trị xác định.
Tần số của rung động bằng tần số tự nhiên của hệ [14-tr731] hoặc gần với tần số
tự nhiên của một số yếu tố điều khiển của hệ [1-tr230].
ng lƣợng rung động này là n ng lƣợng của bản thân quá trình cắt chứ kh ng
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 ph i, 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 c ng và do đó gây ra sự biến động của chiều dày
cắt. Sự kh ng đồng đều của chiều dày cắt do lần cắt trƣớc để lại (khi cắt bằng dao
một r ng) hoặc do r ng cắt trƣớc để lại (khi cắt bằng dao nhiều r ng) lại gây ra
những biến động khác về lực và do đó gây ra rung động.
Khi lực cắt lệch pha với chuyển động tƣơng đối tức thời giữa lƣỡi cắt và ph i sẽ
dẫn đến sự t ng trƣởng của tự rung gây mất ổn định. Sự mất ổn định nhƣ 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. ây 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 tƣơng đối giữa dao và
ph i xảy ra ở tất cả các quá trình cắt vì hệ thống c ng nghệ kh ng tuyệt đối cứng
vững. Sự dịch chuyển tƣơng đối này để lại một đƣờng cong có biên độ Yi-1 trên bề


24

mặt gia c ng.

hững sóng nhấp nh của bề mặt gia c ng do lần cắt trƣớc để lại sẽ

bị xoá bỏ bởi r ng cắt hay lần cắt tiếp sau và một thế hệ sóng mới hình thành với
biên độ Yi.

Hình 1.5 Hiệu ứng tái sinh.

ƣỡi cắt đang cắt trên bề mặt lƣợn sóng chịu tác động của lực biến đổi mà sự
biến đổi đó lại gây ra rung động bổ sung cho dụng cụ cắt.

ếu lực cắt và những

sóng bề mặt kh ng cùng pha thì dẫn đến rung động với biên độ ngày càng t ng.
Hình 1.5 là sơ đồ rung động tái sinh do cắt bề mặt kh ng đồng đều.
Bất cứ một sự dịch chuyển nào của dụng cụ và ph i 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 tƣơng ứng lực của lực cắt dF.

dF=f(da)

ể xác định điều kiện giới hạn ổn định của hệ thống cấu trúc máy c ng cụ và quá
trình cắt, ngƣời ta đƣa ra một số giả thiết [14-tr734]:
- Quá trình cắt tiến hành trên mặt phẳng.
- ấu trúc của cụm dụng cụ cắt - máy đƣợc biểu diễn bằng hệ một bậc tự do.
- Hệ thống là hệ tuyến tính.
- Hƣớng của thành phần lực cắt là kh ng thay đổi và nằm trong cùng một
mặt phẳng với tốc độ cắt.
-

ác thành phần biến đổi của lực cắt chỉ phụ thuộc vào rung động theo hƣớng

vu ng góc với bề mặt cắt Y.

Trên hình 1.5 hƣớng của dao dộng chính X tạo góc  với hƣớng Y vu ng góc với
mặt cắt. ực cắt F nghiêng góc  so với Y, tốc độ cắt trung bình là V và chiều rộng


25

cắt là B. Sự biến đổi chiều dày cắt do sóng trên mặt Yi-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:
m  np 
np


f

2 N

Trong đó:

: Số sóng đƣợc tính theo số phần ngun của bƣớc sóng.


2 <1 : Phần tử lẻ của bƣớc sóng.
 : Pha của sóng bề mặt Yi với sóng bề mặt Yi-1
f : Tần số rung động.

N : Số vịng quay

ói 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
ột loại tự rung kh ng tái sinh xuất hiện khi dụng cụ cắt dao dộng tƣơng đối so
với ph i ít nhất theo hai phƣơng [14-tr749], [3-tr60]. oại này xuất hiện ở những hệ
đƣợc phép nối với nhau mà tần số riêng của chúng nằm gần nhau và nhƣ thế là tần
số riêng của chúng có ảnh hƣởng lẫn nhau. Hệ thống c ng nghệ đƣợc m hình hố
bằng hai hệ lị xo – khối lƣợng hai bậc tự do với hai trục X1 và X2 biểu thị độ mềm
dẻo và khối lƣợng tổng cộng vu ng góc.

Hình 1.6 Mơ tả sự rung không tái sinh