B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - NGUYN NAM HI Khảo sát ảnh hởng rung động đến độ nhám bề mặt gia công máy phay CNC CHUYấN NGNH CễNG NGH C KH LUN VN THC S KHOA HC H NI - 2010 Lời cảm ơn Trớc tiên xin đợc bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới GS.TS trần văn địch, ngời hớng dẫn khoa học tận tình bảo suốt trình làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Cơ Khí - Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Trung tâm Cơ Khí Trờng Đại học Công nghiệp Hà Nội bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ trình nghiên cứu Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010 Học viên Nguyễn Nam Hải -1- Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn hoàn toàn làm dới đạo nhà giáo hớng dẫn khoa học môn Công nghệ chế tạo máy Viện Cơ Khí Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Những nội dung luận văn trung thực công trình nghiên cứu Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010 Học viên Nguyễn Nam Hải -2- Lời nói đầu Ngày ngành công nghiệp phải đối đầu với thách thức to lớn cạnh tranh liệt Nh biết, Việt Nam gia nhập tổ chức thơng mại mậu dịch giới (WTO), đòi hỏi phải đa chiến lợc phát triển công nghệ khoa học kỹ thuật để cạnh tranh với nớc giới Các nhà sản xuất phải tìm cách giảm thời gian chế tạo, tăng chất lợng sản phẩm, nâng cao sản xuất linh hoạt hoá sản xuất việc tăng cờng áp dụng tự động hoá với phơng pháp tiên tiến Ngày nớc ta có xu hớng đa công nghệ cao tới doanh nghiệp vừa nhỏ Cùng với phát triển xã hội, việc nghiên cứu khoa học máy CNC ngày đợc trọng nhằm đạt đợc suất gia công cao chất lợng gia công tốt Vì việc nghiên cứu tìm quy luật mối liên hệ yếu tố trình gia công cần thiết Muốn đạt đợc kết cần phải đầu t thiết bị, thời gian công sức Vì thời gian điều kiện thiết bị có hạn, luận văn nghiên cứu chuyên đề : Khảo sát ảnh hởng rung động đến chất lợng bề mặt chi tiết gia công máy phay CNC Sau thời gian làm luận văn với bảo tận tình thầy GS.TS Trần Văn Địch, luận văn hoàn thành không tránh khỏi thiết sót, kính mong đợc thầy, cô xem xét bổ sung để chuyên đề đợc hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! -3- Mục lục Lời cảm ơn Lời cam đoan Lời nói đầu phần mở đầu phần nội dung 14 chơng 1: tổng quan kỹ thuật gia công CNC phay CNC 14 1.1 Khái quát chung kỹ thuật CAD/CAM CNC 14 1.2 Vài nét tình hình khai thác sử dụng máy CNC 17 1.3 Nguyên lý gia công điều khiển số CNC 18 1.3.1 Khái niệm đặc trng máy gia công CNC 18 1.3.2 Hệ điều khiển máy gia công CNC 21 1.3.3 Các trục điều khiển NC (NC axises) 24 1.3.4 Hệ tọa độ điểm gốc lập trình gia công CNC quan trọng 25 1.3.5 Chu trình chơng trình .28 1.3.6 Hiệu kinh tế sử dụng máy gia công CNC 29 CHNG 2: HIN TNG RUNG NG TRONG GIA CễNG CT GT 31 2.1 Khỏi nim v n nh v mt n nh ca quỏ trỡnh ct gt xut hin rung ng 31 2.2 Cỏc thụng s u vo ca quỏ trỡnh kho sỏt rung 31 2.2.1 Chuyn v 32 2.2.2 Vn tc 33 2.2.3 Gia tc 34 2.2.4 Quan h gia cỏc thụng s 34 2.3 Phõn loi rung ng 35 2.3.1 Rung ng cng bc .35 2.3.2 Dao ng riờng 36 2.3.3 T rung .37 2.4 Cỏc nguyờn nhõn gõy lờn rung ng 39 2.4.1 Mt cõn bng 39 2.4.2 Khụng ng trc 40 2.4.3 Ma sỏt c hc 41 2.4.4 Bỏnh rng b mũn 41 -4- 2.4.5 r ca mỏy .41 2.4.6 Trc khuu .41 2.4.7 lch tõm ti ngừng trc 42 2.4.8 Lc khớ ng v ỏp lc thy ng 42 2.4.9 S bin dng 42 2.4.10 La chn thit b khụng phự hp .42 2.5 Các yếu tố ảnh hởng rung động trình cắt .42 2.5.1 ảnh hởng máy .42 2.5.2 ảnh hởng vị trí tơng đối dao phôi 46 2.5.3 ảnh hởng phôi dao 49 2.5.4 ảnh hởng thông số hình học dao chế độ cắt .53 2.5.5 ảnh hởng vật liệu gia công 58 2.6 biện pháp nâng cao ổn định trình cắt 59 2.6.1 nhóm biện pháp liên quan đến cấu trúc máy 59 2.6.2 biện pháp liên quan đến phôi dụng cụ gia công 59 2.6.3 biện pháp liên quan đến trình cắt 59 2.7 Lập mô hình thực nghiệm độ nhám bề mặt rung động phay 60 Chơng 3: xây dựng hệ thống trang thiết bị thực nghiệm đo rung động đo nhám .61 3.1 Mục tiêu thực nghiệm .61 3.2 Xây dựng hệ thống thực nghiệm 61 3.2.1 Xây dựng sơ đồ thực nghiệm tổng thể 61 3.2.2 Cơ sở lý thuyết .62 3.2.3 Cu trỳc h thng o v phõn tớch rung 64 3.2.4 Cm bin o rung chiu loi BR4321V .65 3.2.5 Thit b gia cụng tớn hiu UV-05 66 3.2.6 CARD ADC PCMCIA-DAS16/16 71 3.2.7 Mỏy tớnh v phn mm DASYLab 72 3.3.2 Máy dùng thực nghiệm 79 3.2.3 Sơ đồ gá phôi 81 Chơng 4: khảo sát thí nghiệm ảnh hởng rung động đến độ nhám bề mặt gia công máy phay CNC doosan dnm400 87 4.1 Quan hệ độ nhám chế độ cắt phay máy phay đứng . 105 -5- Kết luận chơng .108 Kết luận chung 109 Hớng nghiên cứu 110 tài liệu tham khảo .111 -6- MT S K HIU DNG TRONG LUN VN A: Biờn rung ng (m/s2) f: Tn s rung ng (HZ) DFT: Phộp bin i Fourier nhanh h: Chiu dy lp ct (mm) K: H s kh nng ct n: Tc quay ca trc chớnh (vg/ph) Px: Lc ct dc trc (N) Py: Lc ct phỏp tuyn (N) Pz: Lc ct tip tuyn (N) Py(t) : Lc ct Py ti thi im t (N) Py(tb): Lc ct Py trung bỡnh ti thi im t (N) Pya : Thnh phn lc ct cú tn s 120 -1000 HZ ti thi im t (N) QW: Nhit lng truyn vo chi tit Ra; Rz ; Rt: nhỏm b mt gia cụng (àm) YRa; XRa; ZRa; Ra: Cỏc h s m xột n mc nh hng ca ch ct t, s v v Ra(t): Chiu cao nhỏm t: Chiu sõu ct (mm) T: Thi gian phay (phỳt) Q: Hiu qu kinh t C1: Giỏ thnh cụng ngh gia cụng chi tit c khớ trờn mỏy thng C2: Giỏ thnh cụng ngh gia cụng chi tit c khớ trờn mỏy NC, CNC -7- E: i lng nghch o, thi hn hon thnh mua mỏy K1 : Chi phí đầu t cho máy thờng (đ/chi tiết) K2 : Chi phí đầu t cho máy NC, CNC (đ/chi tiết) N: Sản lợng chi tiết cần gia công (chi tiết/năm) x: Chuyn v ca trc X: Biờn chuyn ng : Tn s vũng c: H s cn k: cng ca h F(t): Ngoi lc cng bc -8- DANH MC CC HèNH V Hình 1.1: Quá trình chế tạo sản phẩm 15 Hình 1.2: Các thủ tục xử lý kỹ thuật CAD/CAM - CNC 16 Hình 1.3: Các đờng chạy dao điều khiển theo điểm 23 Hình 1.4: Các đờng chạy dao chuyển động theo đờng 23 Hình 1.5: Điểm không máy tiện, phay CNC 26 Hình 1.6: Điểm gốc điểm cắt dao 27 Hỡnh 2.1 Phõn bit trng thỏi n nh v mt n nh 31 Hỡnh 2.2 Thớ d v tớn hiu dao ng iu hũa 32 Hỡnh 2.3 Chuyn v, tc, gia tc ca cựng mt chuyn ng 34 Hỡnh 2.4 Mụ hỡnh dao ng cng bc 36 Hỡnh 2.6 Phõn bit rung ng cng bc v t rung 38 Hỡnh 2.7 m nng gõy mt cõn bng 39 Hỡnh 2.8 ỏp ng biờn ca rụto khụng cõn bng 40 Hỡnh 2.9 Hai trng thỏi khụng cõn bng 40 Hỡnh 2.10 Cỏc trng hp lch trc .41 Hình 2.11 Các dạng móng máy lắp đặt máy .43 Hình 2.12 Quan hệ độ mềm dẻo máy với tần số trờng hợp móng máy đợc lắp đặt khác 44 Hình 2.13 Sự phụ thuộc độ mềm dẻo máy doa độ cứng vững trục 44 Hình 2.14 Độ mềm doẻ động lực học máy phay đứng chịu tải theo phơng X 45 Hình 2.15 ảnh hởng nhiệt độ máy đến phản ứng động lực học máy 46 Hình 2.16 ảnh hởng hớng lực cắt đến ổn định 47 Hình 2.17 Đồ thị cực biểu thị biến đổi chiều rộng cắt tới hạn phụ thuộc vị trí tơng đối dao phôi 48 Hình 2.18 ảnh hởng hớng lực cắt đến chiều sâu cắt tới hạn quay 48 -9- Thí nghiệm biên độ rung phơng Z m/s2 80 60 40 20 -20 -40 -60 -80 10 12 s Zmax Zmin 80.97 m/s2 -66.88 m/s2 biên độ rung phơng y m/s2 50 25 -25 -50 10 12 s Y Ymax Ymin 34.03 m/s2 -42.14 m/s2 biên độ rung phơng x m/s2 30 20 10 -10 -20 -30 10 12 s X Xmax 32.93 m/s2 Xmin -34.94 m/s2 Ngày 24 tháng 10 năm 2010 - 98 - Hình 4.8: Kết thí nghiệm lần (Ra) Hình 4.9: Kết thí nghiệm lần (Ra) - 99 - Thí nghiệm biên độ rung phơng Z m/s2 80 60 40 20 -20 -40 -60 -80 4 10 12 10 s Zmax Zmin 77.56 m/s2 -68.14 m/s2 biên độ rung phơng y m/s2 50 25 -25 -50 10 12 10 s Y Y max Y 40.58 m/s2 -54.87 m/s2 biên độ rung phơng x m/s2 30 20 10 -10 -20 -30 4 10 12 10 s X Xmax 30.43 m/s2 Xmin -33.32 m/s2 Ngày 24 tháng 10 năm 2010 - 100 - Thí nghiệm biên độ rung phơng Z m/s2 80 60 40 20 -20 -40 -60 -80 10 12 14 16 s Zmax Zmin 70.44 m/s2 -77.02 m/s2 biên độ rung phơng y m/s2 50 25 -25 -50 10 12 14 16 s Y Y max Y 36.73 m/s2 -67.56 m/s2 biên độ rung phơng x m/s2 30 20 10 -10 -20 -30 10 12 14 s X Xmax 33.41 m/s2 Xmin -52.48 m/s2 Ngày 24 tháng 10 năm 2010 - 101 - Hình 4.10: Kết thí nghiệm lần (Ra) 4.1 Quan hệ rung động chế độ cắt phay máy phay đứng Dng hm tng quỏt: Az = k tmSn np Ly Ln hai v ca phng trỡnh, ta cú: Ln (Az) = Ln(k) + m Ln(t) + n Ln(S) + p Ln(n) t: F = Ln (Az); X = Ln (t); Y = Ln (S); Z = Ln (n); K = Ln(k) Ta cú: F = K + m.X+ n.Y+ p.Z - Bng s liu hm Ln hai v tỡm h s v s m: Ln (t) Ln (s) Ln (n) -2.3025851 6.533789 6.980076 4.033355 3.115292 -1.2039728 6.533789 6.980076 4.197503 3.129826 -2.3025851 7.344719 6.980076 4.168833 3.280159 -1.2039728 7.344719 6.980076 4.253341 3.742894 -2.3025851 6.926577 7.372746 4.109069 3.717224 - 102 - Ln (Az) Ln (Ra) -1.2039728 6.926577 7.372746 4.197352 3.565298 -2.3025851 7.73718 7.372746 4.262257 3.740997 -1.2039728 7.73718 7.372746 4.389002 4.004967 -1.6094379 7.189168 7.149917 4.127457 4.213016 Hỡnh 4.11: th quan h gia biờn rung A (m/s2) v ch ct - 103 - - X lý s liu bng phn mm TableCuve 3D V4.0.01 vi tin cy 95% c hm quan h gia biờn rung A (m/s2) v ch ct (v, s, t): A = 21,12 t0,05 S0,1 V1,64 (àm) - Cỏc h s v s m ca hm Ln: Hình 4.12: Hệ số số mũ hàm quan hệ A chế độ cắt - 104 - 4.1 Quan hệ độ nhám chế độ cắt phay máy phay đứng Dng hm tng quỏt: Ra = k tmSn np Ly Ln hai v ca phng trỡnh, ta cú: Ln (Ra) = Ln(k) + m Ln(t) + n Ln(S) + p Ln(n) t: Q = Ln (Ra); X = Ln (t); Y = Ln (S); Z = Ln (n); K = Ln(k) Ta cú: Q = K + m.X+ n.Y+ p.Z - X lý s liu bng phn mm TableCuve 3D V4.0.01 vi tin cy 95% c hm quan h gia nhỏm Ra (àm) v ch ct (v, s, t): Ra = t0,08 S0,03 V0,45 (àm) - 105 - Hỡnh 4.13: th quan h gia biờn rung Ra (àm) v ch ct - Cỏc h s v s m ca hm Ln: - 106 - Hình 4.14: Hệ số số mũ hàm quan hệ Ra chế độ cắt - 107 - Kết luận chơng Các trang thiết bị thực nghiệm có độ xác tin cậy cao nên kết thực nghiệm đạt độ tin cậy cao Kt qu thc nghim cho thy cỏc chiu sõu ct hp lý thỡ biờn rung gim v nhỏm b mt chi tit cng gim theo Tuy nhiờn nng sut gia cụng thp Khi gia công tinh với chế độ cắt t = 0,1 mm; S = 688mm/ph, n = 1075 v/ph theo khuyn cỏo ca hóng cho độ nhẵn bóng bề mặt cao, nng sut gia cụng cao rt cn thit thc t Sau thời gian cắt dụng cụ cắt bị mòn làm cho lực cắt tăng lên lớn độ nhám bề mặt ln Từ ta xỏc nh c thi im thay dng c ct, điều khiển tự động trình cắt, xác định chế độ cắt tối u trình phay để đạt chất lợng bề mặt tốt Bằng cách sử dụng dụng cụ cắt tiêu chuẩn tác giả thấy chế độ cắt hãng đa tối u Do thực tế sử dụng chế độ công nghệ nhà sản xuất giảm đợc nhiều thời gian tính toán chế độ cắt đồng thời nâng cao đợc suất nh tuổi bền dụng cụ (t =0,1 mm, T = 15 phỳt, Ra 0,26 àm) - 108 - Kết luận chung Nghiên cứu ảnh rung động máy phay CNC gia công chi tiết thiết lập quan hệ để khảo sát ảnh hởng rung động đến độ nhám bề mặt chi tiết phay dao mặt đầu (Hợp kim cứng), phôi thép C45 Trên sở lựa chọn chế độ gia công tinh hợp lý nội dung trọng tâm luận văn Nghiên cứu luận văn đạt đợc số kết sau : Đã phân tích đợc thực trạng sử dụng máy CNC để từ lựa chọn phơng án nghiên cứu khoa học máy phay CNC phù hợp với xu phát triển chung nớc ta Đã phân tích, tổng hợp sở lý thuyết trình rung để làm rõ mối quan hệ chế độ cắt với lực cắt làm sở cho việc thực nghiệm nghiên cứu mối quan hệ rung động độ nhám bề mặt Đã xây dựng đợc mô hình thực nghiệm cách khoa học sở ứng dụng thiết bị tiên tiến, đại đợc sử dụng nớc ta Đã thiết lập đợc công thức thực nghiệm xác định quan hệ độ nhám bề mặt thời gian T, biên độ rung A phay thép 45 cha nhiệt luyện với chế độ cắt khác cách thay đổi chiều sâu cắt tốc độ cắt nh sau: Ra = K.tx.Sy.Vz.Am Các kết thực nghiệm cho thấy chế độ cắt phay tinh thép 45 cha nhiệt luyện đạt suất độ nhẵn bóng cao phù hợp với khuyến cáo nhà sản xuất đa Có thể sử dụng kết nghiên cứu luận văn để xỏc nh c tuổi thọ dụng cụ cắt chất lợng bề mặt gia công tinh trình phay, nhằm điều khiển tự động trình cắt, chế độ cắt tối u trình phay Các kết thu đợc luận văn khẳng định khả nghiên cứu thành công vấn đề rung ảnh hởng chất lợng bề mặt tự động hoá trình cắt gọt nh có định hớng đầu t thiết bị tập trung - 109 - Khi phay tinh, bớc tiến dao chọn bé tốc độ cắt nên chọn lớn để giới hạn ổn định cao lớp kim loại bề mặt chi tiết bị biến dạng Hớng nghiên cứu Để tiếp tục hoàn thiện kết đợc nghiên cứu, hớng nghiên cứu luận văn giải số vấn đề sau : ắ Nghiên cứu rung động, nhám gia công máy công cụ ắ Tự động hoá trình cắt ắ Tối u hoá trình cắt tiến tới điều khiển thích nghi trình cắt - 110 - tài liệu tham khảo [1] Đào Văn Hiệp, ứng dụng điều khiển thích nghi để nâng cao hiệu sử dụng máy công cụ điều khiển số, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ năm 2003, Học viện Kỹ thuật quân sự, Bộ Quốc phòng [2] PGS, TS Nguyễn Đắc Lộc; PGS, TS Lê Văn Tiến; PGS, TS Ninh Đức Tốn; TS Trần Xuân Việt (2001), Sổ tay công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học kỹ thuật [3] Nguyễn Duy, Trần Sỹ Tuý, Trịnh Văn Tự (1977), Nguyên lý cắt gọt kim loại, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] Trần Văn Địch (2003),Nghiên cứu độ xác gia công thực nghiệm, NXB Khoa học kỹ thuật , Hà Nội [5] Trần Văn Địch, Trần Xuân Việt, Nguyễn Trọng Doanh, Lu Văn Nhang(2001), Tự động hoá trình sản xuất, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [6] Nguyễn Đắc Lộc(chủ biên), Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Trần Văn Địch, Nguyễn Văn Huyến, Lê Văn Tiến, Nguyễn Viết Tiếp, Đỗ Đức Tuý, Trần Xuân Việt, Lê Văn Vĩnh(1998), Công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [7] Tăng Huy, Nguyễn Đắc Lộc(1999), Điều khiển số công nghệ máy điều khiển số CNC, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [8] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý(2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [9] Trần Xuân Việt (2000), Giáo trình công nghệ gia công máy điều khiển số, Đại học Bách khoa Hà Nội [10] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [11] Phạm Văn Bổng, Đại học Công nghiệp Hà nội, Luận án tiến sỹ Nghiên cứu xác định chế độ cắt tối u gia công mặt trụ máy tiện CNC [12] Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến (2002), Giáo trình cảm biến, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 111 - [13] Hớng dẫn sử dụng thiết bị đo run động, Viện Tên Lửa [14] Hớng dẫn sử dụng phần mềm DasyLab7.0, Khoa Cơ khí Trờng Đại học Công nghiệp Hà Nội [15] Hớng dẫn sử dụng vận hành máy đo nhám SJ-400 Mitutoyo, Khoa Cơ khí Trờng Đại học Công nghiệp Hà Nội [16] David A.Stepphenson anh John Agapiou Metal cutting Theorie and Praxis (Machining Dimanic) Marcel Dekker Newyork 1997 [17] M Weck und Teipel Dynamisches Varhalten Spanender Werkzeugmaschinen Springer Verlag Berlin Heidenbrerg - Newyork 1977 [18] Balacsin Đại cơng công nghệ chế tạo máy (bản tiến Nga) Maxcova 1959 [19] J Tlusty and F.Ismail Dynamic Strutural Identification Task and Methods [20] S.A Tobias Machine Tool Vibations Blackie and Son, London 1965 - 112 - ... 81 Chơng 4: khảo sát thí nghiệm ảnh hởng rung động đến độ nhám bề mặt gia công máy phay CNC doosan dnm400 87 4.1 Quan hệ độ nhám chế độ cắt phay máy phay đứng . 105 -5- Kết... quan hệ rung động chất lợng bề mặt làm sở để chọn chế độ gia công tinh hợp lý ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu, khảo sát ảnh hởng lực cắt đến chất lợng bề mặt chi tiết gia công máy phay CNC có... lợng bề mặt gia công máy CNC vấn đề thực cần thiết ii mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu luận văn thiết lập mối quan hệ rung động ảnh hởng đến độ nhám bề mặt để từ chọn chế độ cắt hợp lý gia công tinh