Khảo Sát Khả Năng Damping Của Dụng Cụ Cắt Phay Với Mô Hình Inverted Conxol

• Tác giả: Trần Cao Long
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Bá Tân
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Và Viễn Thông
• Đề tài: Khảo Sát Khả Năng Damping Của Dụng Cụ Cắt Phay Với Mô Hình Inverted Conxol
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: OVERVIEW
• 1.1. The urgency of the topic
• 1.2. Published domestic and foreign research results
• 1.3. Goal of the topic
• 1.4. Tasks and range of the project
• 1.4.1. Tasks of the project
• 1.4.2. Range of the project
• 1.5. Research methods
• 2. CHƯƠNG 2: THEORETICAL BASIS
• 2.1. Metal cutting theoretical foundations
• 2.2. Characteristics and role of metal cutting
• 2.3. The fundamental tool actions during cutting
• 2.4. Feed movement and quantity
• 2.5. Extra movement and cut depth
• 2.6. Milling technology theoretical underpinnings
• 2.7. A summary of milling processing techniques
• 2.8. Milling tool types
• 2.9. Technology capabilities for milling
• 2.10. Machined part surface roughness
• 2.11. The influence of surface roughness
• 2.12. Criteria for evaluation
• 2.13. Symbols and callouts for surface roughness on drawings
• 2.14. Choosing the Surface Roughness
• 2.15. Surface roughness factors
• 2.16. Surface roughness generation method
• 2.17. Surface roughness evaluation method
• 2.18. Vibration during the cutting process
• 2.18.1. Overview of cutting vibration
• 2.18.2. Vibration types and causes
• 2.18.3. Vibration reduction solution
• 2.19. Creating an integrated dampening system for cutting tools
• 2.20. An Overview of the Damping Cutting Tool
• 2.21. Milling technology with dampers cutter handle
• 2.22. ANN_GA method
• 3. CHƯƠNG 3: EMPIRICAL STUDY OF THE EFFECT OF DAMPINGING CUTTER HANDLES ON DETAILED SURFACE GLOSS
• 3.1. Length of cutter
• 3.2. CNC machine VM750
• 3.3. The meaning of the parameters
• 3.4. Investigate the influence of L on the surface gloss of the workpiece
• 3.5. Investigate the influence of l on the surface gloss of the workpiece
• 3.6. Investigate the influence of ∅ on the surface gloss of the workpiece
• 3.7. Investigate the influence of R on the surface gloss of the workpiece
• 3.8. Investigate the influence of d on the surface gloss of the workpiece
• 3.9. Investigate the influence of h on the surface gloss of the workpiece
• 3.10. Damping cutting tools and damping cores
• 3.11. Cases for experimentation
• 3.12. Experiments process and Results
• 3.13. Measuring and comparing surface roughness results
• 4. CHƯƠNG 4: VIBRATION ANALYSIS METRICS OF MILLING TOOL
• 4.1. The peak, peak to peak and RMS values in vibration analysis
• 4.2. Peak to peak value
• 4.3. Measuring equipment and working principle
• 4.4. Conclusion on the vibration analysis metrics of milling tool
• 5. CHƯƠNG 5: CONCLUSION AND FURTHER RESEARCH DIRECTION
• 5.1. Further research direction

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Damping Dụng Cụ Cắt Phay Lợi Ích Vượt Trội

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, ngành gia công cơ khí chính xác phải đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về độ chính xác, hiệu quả và chất lượng sản phẩm. Gia công chính xác đối mặt với nhiều thách thức. Gia công tốc độ cao, độ dày cắt lớn gây ra rung động, tiếng ồn, làm hỏng dụng cụ cắt và ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt. Rung động và tiếng ồn luôn hiện hữu trong gia công cơ khí, đặc biệt là phay. Để giảm thiểu vấn đề này, người vận hành thường giảm thông số gia công: tốc độ trục chính, tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt. Tuy nhiên, điều này làm giảm năng suất. Bài viết này đề xuất giải pháp chống rung bằng cách tích hợp dụng cụ damping, đảm bảo thông số gia công và duy trì năng suất. [1] Gia công bằng dao phay ngón dễ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về hình dạng, độ bóng và độ nhám bề mặt. Tuy nhiên, dao phay có shank dài lại gây khó khăn cho việc đạt độ bóng cao do độ cứng vững giảm, gây ra rung động, tiếng ồn, ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng, độ bóng và chất lượng bề mặt. Nhóm nghiên cứu đã triển khai đề tài “Khảo Sát Khả Năng Damping Của Dụng Cụ Cắt Phay Với Mô Hình Inverted Conxol” để giải quyết vấn đề này.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Damping Trong Gia Công Phay Hiện Đại

Trong gia công phay hiện đại, việc kiểm soát rung động là yếu tố then chốt để đạt được độ chính xác và chất lượng bề mặt cao. Damping dụng cụ cắt đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ảnh hưởng của rung động, từ đó nâng cao hiệu quả và tuổi thọ của dụng cụ. Theo Clarence W. de Silva, trong “Vibration Damping, Control, and Design”, việc thiết kế hệ thống damping hiệu quả là một thách thức kỹ thuật đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về động lực học và vật liệu.

1.2. Giới Thiệu Mô Hình Inverted Conxol Trong Thiết Kế Dụng Cụ Cắt

Mô hình Inverted Conxol là một giải pháp thiết kế sáng tạo nhằm cải thiện khả năng damping của dụng cụ cắt phay. Thiết kế này tập trung vào việc tối ưu hóa độ cứng vững dụng cụ cắt và giảm thiểu tần số dao động dụng cụ cắt, từ đó giảm rung động và cải thiện chất lượng bề mặt gia công. Ứng dụng của Inverted Conxol trong dụng cụ cắt đang được nghiên cứu và phát triển rộng rãi.

II. Thách Thức Độ Rung Dụng Cụ Cắt Ảnh Hưởng Đến Chất Lượng

Rung động trong quá trình gia công phay là một vấn đề nan giải, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt sản phẩm, tuổi thọ dụng cụ cắt và độ chính xác gia công. Rung động gây ra nhiều vấn đề như độ chính xác gia công kém, bề mặt nhám, tiếng ồn lớn, và làm giảm tuổi thọ của dụng cụ cắt. Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, cần phải kiểm soát và giảm thiểu rung động. Giải pháp thường thấy là giảm thông số cắt, tuy nhiên cách này làm giảm năng suất. Một giải pháp khác hiệu quả hơn là sử dụng dụng cụ cắt có khả năng damping tốt.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Độ Rung Dụng Cụ Cắt Phân Tích Chi Tiết

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ rung dụng cụ cắt, bao gồm: vật liệu dụng cụ cắt, thông số cắt, độ cứng vững của hệ thống máy, và biên dạng dụng cụ cắt. Các yếu tố này tương tác lẫn nhau, tạo ra một hệ thống rung động phức tạp. Việc hiểu rõ các yếu tố này là cần thiết để thiết kế dụng cụ damping hiệu quả. Theo nghiên cứu của Truong Thi Ngoc Thu, “Study on the effect of cutting mode on surface roughness when machining on CNC milling machines”, thông số cắt (tốc độ cắt, lượng chạy dao) có ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt.

2.2. Hậu Quả Của Rung Động Đến Chất Lượng Bề Mặt Và Tuổi Thọ Dụng Cụ Cắt

Rung động gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng đến chất lượng bề mặt và tuổi thọ dụng cụ cắt. Bề mặt gia công có thể bị sần sùi, không đạt yêu cầu về độ bóng và độ chính xác. Dụng cụ cắt bị mài mòn nhanh chóng, giảm tuổi thọ dụng cụ cắt và tăng chi phí sản xuất. Do đó, việc kiểm soát rung động là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả và kinh tế trong gia công phay.

2.3. Tổng Quan Các Phương Pháp Giảm Rung Động Trong Gia Công

Có nhiều phương pháp giảm rung động trong gia công, bao gồm: tối ưu hóa thông số cắt, tăng độ cứng vững của hệ thống máy, sử dụng dụng cụ cắt có thiết kế đặc biệt, và sử dụng hệ thống damping chủ động hoặc thụ động. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể và yêu cầu về chất lượng sản phẩm.

III. Phương Pháp Khảo Sát Damping Dao Phay Mô Hình và Thực Nghiệm

Để đánh giá khả năng damping dụng cụ cắt, cần có một phương pháp khảo sát chính xác và hiệu quả. Phương pháp này bao gồm việc xây dựng mô hình lý thuyết, tiến hành thực nghiệm, và phân tích kết quả. Mô hình lý thuyết giúp hiểu rõ cơ chế damping và dự đoán hiệu quả của các thiết kế khác nhau. Thực nghiệm cung cấp dữ liệu thực tế để kiểm chứng mô hình và đánh giá hiệu quả của dụng cụ damping trong điều kiện gia công thực tế.

3.1. Xây Dựng Mô Hình Inverted Conxol Phân Tích Phần Tử Hữu Hạn FEM

Phân tích phần tử hữu hạn (FEM) là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng và phân tích độ rung dụng cụ cắt với mô hình Inverted Conxol. FEM cho phép tính toán tần số dao động dụng cụ cắt, biên dạng dụng cụ cắt và đánh giá hiệu quả damping của thiết kế. Phần mềm mô phỏng dụng cụ cắt thường được sử dụng để thực hiện phân tích phần tử hữu hạn (FEM).

3.2. Thiết Kế Thí Nghiệm Các Thông Số Cắt Và Vật Liệu Dụng Cụ Cắt

Thiết kế thí nghiệm là bước quan trọng để thu thập dữ liệu thực nghiệm chính xác và đáng tin cậy. Các thông số cắt (tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt) và vật liệu dụng cụ cắt cần được lựa chọn và kiểm soát cẩn thận để đảm bảo tính khách quan và so sánh được của kết quả. Khảo sát thực nghiệm damping cần được thực hiện theo quy trình chuẩn.

3.3. Phương Pháp Thí Nghiệm Damping Đo Độ Rung và Độ Nhám Bề Mặt

Trong quá trình thí nghiệm, cần đo đạc các thông số liên quan đến rung động và chất lượng bề mặt. Độ rung dụng cụ cắt có thể được đo bằng cảm biến rung động. Độ nhám bề mặt được đo bằng máy đo độ nhám bề mặt. Dữ liệu này sẽ được sử dụng để đánh giá hiệu quả damping của dụng cụ cắt. Theo Ngo Duc Hanh, trong “Experimental study on the properties of self-excited vibration and the influence of feed rate on its growth during metal cutting with the help of computer”, việc đo đạc độ rung là cần thiết để xác định nguyên nhân và mức độ rung động trong quá trình gia công.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Damping Đến Ổn Định Gia Công

Kết quả nghiên cứu cho thấy damping dụng cụ cắt có ảnh hưởng đáng kể đến ổn định gia công phay. Dụng cụ damping giúp giảm độ rung dụng cụ cắt, cải thiện chất lượng bề mặt và tăng tuổi thọ dụng cụ cắt. Tuy nhiên, hiệu quả damping phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thiết kế dụng cụ damping, thông số cắt, và vật liệu gia công.

4.1. So Sánh Độ Nhám Bề Mặt Dụng Cụ Damping So Với Dụng Cụ Cắt Thường

Kết quả so sánh cho thấy dụng cụ damping giúp giảm đáng kể độ nhám bề mặt so với dụng cụ cắt thường. Sự khác biệt này đặc biệt rõ ràng khi gia công với thông số cắt cao hoặc khi gia công các vật liệu khó gia công. Ảnh hưởng của damping đến chất lượng bề mặt là rất lớn.

4.2. Phân Tích Tần Số Dao Động Dụng Cụ Cắt Tác Động Của Inverted Conxol

Phân tích tần số dao động dụng cụ cắt cho thấy thiết kế Inverted Conxol giúp giảm tần số dao động dụng cụ cắt, từ đó giảm rung động và cải thiện ổn định gia công. Thiết kế này hoạt động hiệu quả trong việc hấp thụ và tiêu tán năng lượng rung động. Ứng dụng của Inverted Conxol trong dụng cụ cắt mang lại nhiều lợi ích.

4.3. Đánh Giá Độ Cứng Vững Dụng Cụ Cắt Ảnh Hưởng Đến Độ Chính Xác

Độ cứng vững dụng cụ cắt là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Dụng cụ damping với thiết kế Inverted Conxol thường có độ cứng vững cao hơn so với dụng cụ cắt thường, giúp cải thiện độ chính xác và giảm sai số trong quá trình gia công. Độ cứng vững dụng cụ cắt cần được tối ưu hóa.

V. Tối Ưu Hóa Dụng Cụ Cắt Phương Pháp ANN_GA Cho Hiệu Quả Cao

Để đạt được hiệu quả damping tối ưu, cần tối ưu hóa dụng cụ cắt bằng các phương pháp hiện đại. Một trong những phương pháp hiệu quả là sử dụng thuật toán ANN_GA (Artificial Neural Network - Genetic Algorithm). Phương pháp này kết hợp khả năng học hỏi của mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) và khả năng tìm kiếm tối ưu của thuật toán di truyền (GA) để tìm ra thiết kế dụng cụ damping tốt nhất. Phương pháp ANN_GA có thể giúp giảm đáng kể độ rung dụng cụ cắt và cải thiện chất lượng bề mặt.

5.1. Tổng Quan Về Phương Pháp ANN_GA Trong Tối Ưu Hóa Dụng Cụ Cắt

Phương pháp ANN_GA là một phương pháp tối ưu hóa mạnh mẽ, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật. Trong lĩnh vực gia công, phương pháp này có thể được sử dụng để tối ưu hóa các thông số cắt, thiết kế dụng cụ cắt, và các thông số khác liên quan đến quá trình gia công. ANN_GA giúp tìm ra giải pháp tối ưu một cách nhanh chóng và hiệu quả.

5.2. Ứng Dụng ANN_GA Để Tối Ưu Hóa Damping Dụng Cụ Cắt Các Bước Thực Hiện

Để ứng dụng ANN_GA để tối ưu hóa damping dụng cụ cắt, cần thực hiện các bước sau: (1) Thu thập dữ liệu thực nghiệm hoặc mô phỏng về độ rung và chất lượng bề mặt với các thiết kế dụng cụ damping khác nhau. (2) Huấn luyện mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) để dự đoán độ rung và chất lượng bề mặt dựa trên dữ liệu đầu vào. (3) Sử dụng thuật toán di truyền (GA) để tìm kiếm thiết kế dụng cụ damping tối ưu dựa trên mô hình ANN đã được huấn luyện.

5.3. Kết Quả Tối Ưu Hóa So Sánh Với Các Thiết Kế Dụng Cụ Cắt Khác

Kết quả tối ưu hóa cho thấy thiết kế dụng cụ damping được tìm thấy bằng phương pháp ANN_GA có hiệu quả damping cao hơn so với các thiết kế khác. Dụng cụ cắt tối ưu giúp giảm đáng kể độ rung dụng cụ cắt, cải thiện chất lượng bề mặt và tăng tuổi thọ dụng cụ cắt. Phương pháp ANN_GA là một công cụ hữu ích để thiết kế dụng cụ cắt thông minh.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Damping Dụng Cụ Cắt Tương Lai

Nghiên cứu này đã khảo sát khả năng damping dụng cụ cắt với mô hình Inverted Conxol và đánh giá ảnh hưởng của damping đến chất lượng bề mặt và ổn định gia công. Kết quả cho thấy dụng cụ damping giúp giảm độ rung dụng cụ cắt, cải thiện chất lượng bề mặt và tăng tuổi thọ dụng cụ cắt. Phương pháp ANN_GA là một công cụ hiệu quả để tối ưu hóa dụng cụ cắt. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các thiết kế dụng cụ damping tiên tiến hơn để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của ngành gia công cơ khí chính xác.

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Chính Về Khả Năng Damping Dao Phay

Các kết quả chính của nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng dao phay có khả năng damping tốt giúp cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt gia công, giảm thiểu độ rung dụng cụ cắt, và tăng ổn định gia công. Mô hình Inverted Conxol là một giải pháp thiết kế hiệu quả để cải thiện khả năng damping của dao phay.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Dụng Cụ Cắt Thông Minh Vật Liệu Mới

Trong tương lai, cần tập trung vào nghiên cứu và phát triển dụng cụ cắt thông minh có khả năng tự động điều chỉnh thông số damping dựa trên điều kiện gia công. Việc sử dụng vật liệu dụng cụ cắt mới có khả năng damping cao cũng là một hướng đi đầy tiềm năng. Thiết kế dụng cụ cắt cần được liên tục cải tiến để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của ngành.