Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG ĐỘNG PHÁT SINH TRONG QUÁ
TRÌNH CẮT TỚI CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY
CNC 5 TRỤC
Học viên :
Người hướng dẫn khoa học:
Lớp :
Trang 1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
MỤC LỤC
Nội Dung Trang
PHẦN MỞ ĐẦU
Chương I: TỔNG QUAN VỀ SỰ RUNG ĐỘNG TRONG GIA CÔNG CƠ KHÍ
1. Rung động trong quá trình gia công
2. Các loại hình rung động trong gia công cơ khí bằng máy công cụ và nguyên
nhân
Chương II: ĐẶC TÍNH CỦA RUNG ĐỘNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA RUNG
ĐỘNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY
CNC
1. Đặc tính của rung động trong gia công bằng máy công cụ điều khiển số CNC
2. Những
Chương III: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỰ RUNG ĐỘNG VÀ NHỮNG TÁC
ĐỘNG CỦA RUNG ĐỘNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA
CÔNG TRÊN MÁY CNC 5 TRỤC
1. Trình tự xác định rung động trên máy CNC và giải pháp kỹ thuật xác định sự
rung động.
1.1 Trình tự xác định rung động trên máy CNC

Phạm Thanh Tuấn
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang 4
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang 5
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
Bảng 1: Bảng xác định độ lớn của lượng chạy dao thực tế
Bảng 2: Thông số đầu vào của thí nghiệm
PHẦN MỞ ĐẦU
Trang 6
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
1. Lý do chọn đề tài
Trong lĩnh vực sản xuất nói chung và sản xuất các sản phẩm cơ khí nói riêng,
để đạt được hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm đồng bộ thì các doanh nghiệp, cơ
sở sản xuất đòi hỏi áp dụng các dây chuyền tự động hóa sản xuất mà điển hình là
phương thức sản xuất linh hoạt. Trong dây chuyền sản xuất linh hoạt thì các máy
điều khiển số CNC đóng một vai trò rất quan trọng. Sử dụng máy công cụ điều
khiển số CNC có thể giảm đáng kể khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính
xác gia công, hiệu suất gia công và giảm chu kỳ sản xuất. Chính vì vậy ở nước ta
cũng như nhiều nước trên thế giới đã và đang sử dụng rộng rãi máy điều khiển số
vào trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, đặc biệt là chế tạo các chi tiết phức tạp và yêu cầu
độ chính xác cao.
Cùng với sự phát triển của các loại hình sản xuất thì chất lượng chi tiết gia
công ngày càng được cải tiến, chất lượng chi tiết gia công ảnh hưởng đến khả năng
làm việc cũng như tuổi thọ của chi tiết máy, chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất
lượng chi tiết gia công là độ chính xác về kích thước hình học và độ nhám bề mặt,
hai yếu tố này phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật như: Loại dụng cụ cắt, cách gá
dao, vật liệu dao, chế độ cắt, rung động trong quá trình cắt…Trong các yếu tố ảnh
hưởng đến chất lượng chi tiết gia công thì ảnh hưởng do rung động trong quá trình

- Xây dựng được đồ thị về sự rung động của hệ thống công nghệ trên máy
phay CNC 5 trục làm cơ sở cho việc tối ưu hoá quá trình gia công theo mục tiêu ổn
định.
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số cắt đến rung động,
từ đó nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến chất lượng chi tiết gia công.
Trong thực tế gia công, hiện tượng rung động xảy ra ở nhiều hệ thống công
nghệ khác nhau, từ loại hình gia công nguội hay gia công trên máy điều khiển số
CNC. Với điều kiện cơ sở vật chất hiện có tại trung tâm CNC, tác giả lựa chọn máy
phay CNC 5 trục để đo rung động trên các trục khi gia công với chế độ gia công
thay đổi và ứng với các trạng thái khác (rung nền, chạy không) của máy nhằm
nghiên cứu sự ảnh hưởng của rung động đến chất lượng chi tiết gia công, và lựa
chọn các chế độ gia công phù hợp nhằm cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết khi gia
công trên máy phay CNC 5 trục.
Trang 8
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
5. Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới
Nội dung luận văn được chia thành 4 chương, cuối luận văn là kết luận chung và
kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo, cụ thể gồm :
* Phần mở đầu
* Chương 1 : Tổng quan về sự rung động trong gia công cơ khí
* Chương 2 : Rung động tự kích thích theo quan điểm năng lượng của quá
trình cắt
* Chương 3 : Các yếu tố ảnh hưởng đến rung động tự kích thích
* Chương 4 : Rung động trên máy công cụ điểu khiển số CNC
* Kết luận và hướng phát triển của đề tài
* Tài liệu tham khảo
6. Phương pháp nghiên cứu
- Kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm.
- Xây dựng cơ sở lý thuyết về rung động trong gia công cơ khí, áp dụng các

- Làm giảm năng suất gia công, ảnh hưởng đến các chỉ tiêu về kinh tế.
- Gây tiếng ồn và ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân.
2. Các loại hình rung động trong gia công cơ khí bằng máy công cụ và nguyên
nhân
2.1. Rung động cưỡng bức
Rung động cưỡng bức xuất hiện khi ngoại lực kích thích tác động lên hệ thống
công nghệ: máy- dụng cụ cắt - chi tiết gia công. Nguyên nhân gây ra rung động
cưỡng bức:
a. Nhiễu từ bên ngoài truyền qua đế máy.
b. Nhiễu bên trong hệ thống công nghệ do:
- Các chi tiết quay nhanh không cân bằng.
- Các bộ truyền động ăn khớp được chế tạo không chính xác hoặc bị
Trang 10
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
mòn gây va đập trong quá trình ăn khớp.
- Ổ bi, đặc biệt là ổ bi trục chính bị mòn.
- Các sống trượt mòn.
- Tải trọng động phát sinh khi tăng tốc độ hay khi hãm các bộ phận có
khối lượng lớn.
c. 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 gia công.
Đặc điếm của rung động cưỡng bức:
- Hệ thống công nghệ sẽ rung động với tần số của lực kích thích. Biên độ của rung
động phụ thuộc vào biên độ của lực kích thích và phụ thuộc vào độ cứng vững động
lực học của hệ thống công nghệ.
- Nếu lực kích thích biến đổi có chu kỳ đồng thời tần số kích thích xấp xỉ bằng tần
số dao động riêng của hệ thì rung động sẽ xuất hiện với biên độ rất lớn, do xảy ra
hiện tượng cộng hưởng.
- Đối với lực kích thích dạng xung thì hệ rung động với tần số riêng và biên độ rung
động sẽ tắt dần.

cho việc nghiên cứu một hiện tượng rung động nào đó trong quá trình cắt.
2.3 Rung động tự kích thích
Rung động tự kích thíc là dạng rung động do tự thân quá trình cắt sinh ra.
Rung động tự kích thích sinh ra trong quá trình cắt do các nguyên nhân sau:
- Sự 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.
- Do sự hình thành và phá huỷ lẹo dao.
- Sự biến động trong thành phần của vật liệu làm phôi.
- Do hiệu ứng tái sinh.
- Do liên kết vị trí (tự rung không tái sinh).
2.3.1 Sự biến động của lực cắt.
Trong quá trình cắt kim loại, khi tốc độ cắt tăng lên thì lực cắt giảm. Sự suy
giảm của lực cắt theo chiều tăng của tốc độ cắt là một trong những nguyên nhân gây
ra hiện tượng rung động của máy công cụ. Theo quan điểm lý thuyết năng lượng tới
hạn ổn định của quá trình cắt ta có phương trình cân bằng năng lượng cho quá trình
cắt như sau:
Công suất tạo phoi được xác định:
Q=P.V (W)
Trong đó:
Trang 12
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
P là lực tạo phoi (thành phần lực tiếp tuyến), với quá trình phay:
P=k.F=K.S
z
.T.Z
c
(N)
K- Lực cắt riêng của vật liệu gia công. (N/m
2
)

Tại một vị trí gia công, theo một phương xác định, công suất tạo phoi tới hạn khi cắt
với tốc độ V
1
là:
Q
k1
= P
k1
.V
1
Tương tự, công suất tạo phoi tới hạn khi cắt với tốc độ V
2
:
Q
k2
= P
k2
.V
2
Lý thuyết về tự rung và ổn định theo quan điểm năng lượng của quá trình cắt đã chỉ
ra rằng, tại mỗi vị trí gia công và theo một phương xác định thì năng lượng tới hạn
ổn định là không đổi. Theo đó Q
k1
= Q
k2
hay P
k1
.V
1
= P

Trong quá trình cắt khi cắt ra phoi dây, trên mặt trước của dao kề ngay lưỡi
cắt thường xuất hiện những lớp kim loại có cấu trúc kim loại khác hẳn với vật liệu
gia công và vật liệu làm dao. Nếu lớp kim loại này bám chắc vào lưỡi cắt của dụng
cụ thì được gọi là lẹo dao.
Cơ chế của quá trình hình thành lẹo dao:
Do chịu áp lực lớn và nhiệt độ cao, mặt khác vì mặt trước của dao không
tuyệt đối nhẵn nên các lớp kim loại bị cắt nằm kề sát với mặt trước của dao trong
quá trình cắt có tốc độ di chuyển chậm và trong những điều kiện nhất định lực cản
thắng được lực ma sát trong nội bộ kim loại thì lớp kim loại sẽ nằm lại ở mặt trước
tạo thành lẹo dao. Vì bị biến dạng rất lớn nên độ cứng của lẹo dao lớn hơn độ cứng
của vật liệu gia công từ 2,5 đến 3,5 lần và do đó có thể thay thế vật liệu làm dao để
thực hiện quá trình cắt. Nhiều công trình nghiên cứu chứng tỏ rằng có hai loại lẹo
dao:
- Loại lẹo dao ổn định nằm dọc theo lưỡi cắt trong suốt quá trình cắt. Loại
này gồm một số lớp gần như song song với mặt trước và thường hình thành khi cắt
thép với chiều dày cắt bé.
- Lẹo dao chu kỳ gồm 2 phần: phần nền nằm sát với mặt trước của dao, về cơ
bản là lẹo dao loại 1. Trên nền đó hình thành phần thứ 2. Phần này sinh ra, lớn lên
và mất đi nhiều lần trong một đơn vị thời gian. Sự xuất hiện và mất đi của lẹo dao
làm cho các góc cắt của dao trong quá trình cắt luôn luôn biến đổi.
Trang 15
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy

Hình3 . Lẹo dao ổn định Hình4 . Lẹo dao chu kỳ
Thông số quan trọng đặc trưng cho kích thước của lẹo dao là chiều cao của
lẹo dao. Khi gia công thép 45 không có dung dịch trơn nguội, chiều cao của lẹo dao
có thể biểu diễn bằng công thức sau:
và có dạng như sau:

Hình5 . Dạng lẹo dao Hình6 . Quan hệ giữa tốc độ cắt và chiều cao lẹo dao

rung động, mặt khác khi lẹo dao bị cuốn di có thể bám vào bề mặt gia công khiến
cho độ bóng bề mặt gia công giảm thấp.
2.3.3 Sự biến động trong thành phần của vật liệu gia công
Tính chất cơ lý của vật liệu gia công nói chung ảnh hưởng rất phức tạp và có
tính tương phản đến hệ thống lực cắt. Một mặt khi tăng độ bền và độ cứng của vật
liệu gia công thì làm tăng góc trước tức là làm giảm hệ số co rút phoi và độ lớn
trượt tương đối. Điều đó làm giảm công biến dạng và công tạo phoi tức là làm giảm
hệ thống lực cắt. Mặt khác khi tăng độ bền và độ cứng thì tải trọng lên bề mặt trượt
tương ứng sẽ làm công biến dạng, công tạo phoi và tăng hệ thống lực cắt. Vì mối
quan hệ phụ thuộc này mà khi tăng độ bền của vật liệu gia công thì các lực Px, Py,
Pz có thể tăng hoặc giảm. Nếu khi tăng độ bền của vật liệu gia công mà hệ số co rút
phoi giảm tương đối ít thì hệ thống lực Px, Py, Pz tăng còn khi tăng độ bền của vật
liệu gia công mà hệ số co rút phoi giảm nhiều thì lực cắt giảm dẫn đến sự biến thiên
Trang 17
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
về lực cắt lúc này gây rung động. Khi gia công vật liệu giòn thì lực cắt nhỏ hơn khi
gia công vật liệu dẻo, biên độ và tần số rung động nhỏ hơn.
Có thể nói sự biến động trong thành phần của vật liệu gia công như: khi tăng
hoặc giảm độ cứng, độ bền của vật liệu gia công sẽ gây ra sự biến động của lực cắt
và dẫn đến rung động của máy.
2.3.4 Mất ổn định do hiệu ứng tái sinh
Tạo phoi trong những điều kiện bất ổn định do sai lệch của phôi, của đồ gá,
của dụng cụ cắt hoặc của trục chính sẽ dẫn đến sự biến động của lực cắt.
Sự biến động của lực cắt có thể dẫn đến rung động của máy. Rung động này
của máy lại gây ra sự biến động phụ thêm của lực cắt. Sự biến động của lực cắt dù
rất nhỏ cũng tạo lnên sóng trên bề mặt gia công. Vì vậy 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 đế lại (khỉ cắt bằng dao phay nhiều
răng) lại gây ra những biến động khác về lực cắt và do đó gây ra rung động.
Khi lực cắt động lực học lệch pha với chuyển động tương đối tức thời giữa

Để xác định điều kiện giới hạn ổn định của hệ thống cấu trúc máy và quá
trình cắt, người ta đặt ra một số giả thiết:
- Quá trình cắt tiến hành trên mặt phẳng.
- Cấu trúc của máy công cụ được biểu diễn bằng hệ một bậc tự do.
- Hệ thống là 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 vuông góc với bề mặt Y.
Ở hình trên, hướng của dao động chính X tạo một góc với hướng Y vuông
góc với mặt cắt. Lực cắt F nghiêng một 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 bề mặt Y
i-1
gây ra những
lần cắt tiếp theo phụ thuộc vào độ lệch pha với sóng bề mặt Y
i
.
2.3.5 Mất ổn định do tự rung không tái sinh
Một loại tự rung không tái sinh xuất hiện khi dụng cụ cắt dao động tương đối
Trang 19
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
so với phôi ít nhất theo hai phương. Loại này xuất hiện ở những hệ được ghép 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 công nghệ được mô hình hoá bằng hai hệ
lò xo - hai bậc tự do với hai trục X
1
và X
2
biểu thị độ mềm dẻo và khối lượng tổng
cộng vuông góc.

tiêu kinh tế và chất lượng của chi tiết gia công bởi nó gây ra một số các hậu quả
sau:
- Không sử dụng hết công suất của máy
- Giảm độ chính xác hình học của chi tiết cũng như làm tăng độ nhấp nhô bề mặt.
Điều đó đặc biệt nguy hiểm cho các nguyên công gia công tinh.
- Đẩy nhanh tốc độ mòn của dụng cụ cắt, thậm chí làm sứt lưỡi cắt.
- Làm tăng ma sát giữa các bộ phận chuyển động tương đối với nhau trong máy
công cụ, đẩy nhanh tốc độ mòn của chúng và do đó làm giảm nhanh độ chính xác
làm việc của máy công cụ.
- Gây ồn cho môi trường làm việc
Rung động trong quá trình cắt trên máy công cụ trong nhiều trường hợp có
thể là sự hòa trộn của rung động cưỡng bức với rung động tự kích thích. Trong một
số thời điểm nhất định thậm chí còn có sự pha trộn của rung động riêng.
Chẳng hạn trong giai đoạn đầu của một quá trình cắt, nếu trên máy có rung
động cưỡng bức thì lúc đó sẽ có sự pha trộn của rung động cưỡng bức, rung động tự
kích thích và rung động riêng. Tuy nhiên, rung động riêng là một rung động tắt dần
rất nhanh nên ảnh hưởng của nó đối với quá trình cắt là không đáng kể. Khi quá
trình cắt đi vào ổn định thì ảnh hưởng của rung động chủ yếu là ảnh hưởng của rung
động tự kích thích và rung động cưỡng bức.
Mặt khác, trên một máy công cụ xác định, nếu chúng ta biết được có tồn tại
những rung động cưỡng bức nào và dùng những biện pháp kỹ thuật tương ứng để
lại trừ nó hoặc làm giảm thiểu nó, thì đối tượng còn lại gây ảnh hưởng chủ yếu đến
quá trình cắt là rung động tự kích thích.
1. Các luận điểm
Trang 22
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
Luận điểm thứ nhất: Luận điểm về nguồn năng lượng của rung động
Mỗi một dao động đều có một nguồn năng lượng tương ứng. Với rung động
tự kích thích (tự dao động) đó là năng lượng của quá trình cắt. Sự tác động đồng
thời của ba yếu tố chế độ cắt (tốc độ cắt, bước tiến dao và chiều sâu cắt) khi những

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
Hình . Đường truyền năng lượng tới hạn ổn định của quá trình cắt
Luận điểm thứ tư: Luận điểm về năng lượng tới hạn của quá trình cắt
Nếu gọi mức năng lượng lớn nhất mà hệ thống công nghệ có thể hấp thụ
được hoàn toàn là năng lượng tới hạn của quá trình cắt, thì tịa mỗi vị trí gia công,
năng lượng tới hạn ổn định theo một hướng xác định của hệ tọa độ của máy là một
hằng số.
Theo quan điểm năng lượng điều kiện ổn định của quá trình cắt được phát
biểu:
“ Ở một cấp tốc độ xác định, quá trình cắt vẫn ổn định nếu năng lượng của
quá trình chưa vượt qua khả năng hấp thụ năng lượng của hệ thống gia công – tức là
chưa vượt quá trị số của năng lượng tới hạn ổn định”.
Nếu gọi Q là năng lượng của quá trình cắt bất kỳ, thì điều kiện đó được biểu
thị:
Q < Q
k
Theo mối quan hệ giữa năng lượng của quá trình cắt với diện tích cắt được
biểu thị trên, điều kiện ổn định nói trên có thể phát biểu thông qua diện tích cắt.
F
k
là một trị số xác định của diện tích cắt, khi mà diện tích cắt của một quá
trình cắt chưa vượt quá giá trị đó thì quá trình vẫn ổn định, còn diện tích cắt vượt
quá giá trị đó thì quá trình gây ra rung động.
Điều đó được biểu thị:
Trang 24
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành:Công nghệ chế tạo máy
- Nếu F < F
k
– Quá trình cắt ổn định
- Nếu F = F