Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế và thực nghiệm mối ghép kết cấu thân máy phay gỗ

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ khí nghiên cứu thiết kế và thực nghiệm mối ghép kết cấu cho máy phay gỗ, góp phần nâng cao hiệu suất sản xuất.

• Tác giả: Nguyễn Phước Hưng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Và Thực Nghiệm Các Mối Ghép Kết Cấu Thân Máy Phay Gỗ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
• DANH SÁCH HÌNH VẼ
• DANH SÁCH BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG MỐI GHÉP HÀN
• 2.1. Độ bền cắt của mối ghép hàn trong trường hợp tổng quát
• 2.1.1. Phương pháp giải tích
• 2.1.2. Phương pháp Phần tử hữu hạn
• 2.2. Đánh giá các chỉ tiêu ảnh hưởng đến độ bền cắt và độ cứng của mối ghép hàn
• 2.2.1. Phân tích độ nhạy lực cắt Fx
• 2.2.2. Phân tích độ nhạy lực cắt Fy
• 2.2.3. Phân tích độ nhạy lực kéo nén Fz
• 2.2.4. Phân tích độ nhạy momen xoắn T
• 2.2.5. Đánh giá kết quả
• 3. CHƯƠNG 3: SO SÁNH KẾT CẤU MỐI GHÉP HÀN VÀ KẾT CẤU MỐI GHÉP BU LÔNG TRONG MÁY PHAY GỖ
• 3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng
• 3.2. Độ bền cắt và độ cứng của các dạng mối ghép trong mô hình thân máy phay gỗ
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỌ CÔNG NGHỆ ĐẾN RUNG ĐỘNG CỦA TRỤC CHÍNH MÁY PHAY GỖ CÓ KẾT CẤU HÀN
• 4.1. Thiết lập thí nghiệm
• 4.2. Thiết kế thí nghiệm
• 4.3. Xây dựng phương trình hồi quy
• 4.3.1. Phương pháp quy hoạch bậc hai hỗn hợp đối xứng quay đều
• 4.3.2. Phương pháp quy hoạch bậc hai hỗn hợp đối xứng dạng B
• 4.3.3. Phương pháp quy hoạch bậc hai hỗn hợp đối xứng dạng Box-Behnken
• 4.3.4. So sánh mức độ phù hợp của các phương pháp thực nghiệm
• 4.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC: SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM TẠI TÂM

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu thiết kế và thực nghiệm mối ghép kết cấu cho máy phay gỗ là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến gỗ. Với sự phát triển của công nghệ CNC, yêu cầu về độ chính xác và độ bền của máy phay ngày càng cao. Máy phay gỗ sử dụng các mối ghép như hàn và bulông, ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất làm việc. Việc phân tích và thiết kế các mối ghép kết cấu giúp tối ưu hóa độ cứng và khả năng chống rung cho máy phay, từ đó nâng cao hiệu quả gia công.

II. Tính toán và mô phỏng mối ghép hàn

Phương pháp tính toán và mô phỏng mối ghép hàn được thực hiện nhằm xác định độ bền cắt và độ cứng của mối ghép. Các phương pháp giải tích và phần tử hữu hạn được áp dụng để đánh giá ứng suất trong mối hàn. Kết quả cho thấy rằng các yếu tố như kích thước, hình dạng và cách bố trí của mối hàn có ảnh hưởng đáng kể đến độ bền của kết cấu. Việc lựa chọn dạng mối hàn hợp lý sẽ giúp cải thiện đáng kể tính năng động học của máy phay.

2.1. Phương pháp giải tích

Phương pháp giải tích cho phép tính toán ứng suất trong mối hàn dựa trên các lực tác động. Các công thức được thiết lập để tính toán ứng suất kéo, cắt và momen xoắn. Kết quả cho thấy rằng độ bền của mối hàn phụ thuộc vào các yếu tố như kích thước và bố trí của mối hàn. Việc áp dụng phương pháp này giúp xác định các điều kiện tối ưu cho thiết kế mối hàn.

2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng và phân tích ứng suất trong mối hàn. Kết quả cho thấy sự khác biệt nhỏ giữa các phương pháp tính toán và mô phỏng, chứng minh tính chính xác của phương pháp phần tử hữu hạn trong việc đánh giá độ bền của mối ghép hàn.

III. So sánh kết cấu mối ghép hàn và bulông

Việc so sánh giữa mối ghép hàn và mối ghép bulông trong máy phay gỗ là cần thiết để xác định phương pháp kết nối nào mang lại hiệu quả tốt hơn. Nghiên cứu chỉ ra rằng mối ghép hàn có độ cứng cao hơn nhưng lại khó khăn trong việc thay thế hoặc sửa chữa. Ngược lại, mối ghép bulông dễ dàng hơn trong việc bảo trì nhưng có thể làm giảm độ cứng của kết cấu. Phân tích này giúp chọn lựa phương pháp kết nối phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của máy phay.

3.1. Đánh giá độ bền cắt và độ cứng

Đánh giá độ bền cắt và độ cứng của các dạng mối ghép cho thấy rằng mối ghép hàn có khả năng chịu tải tốt hơn trong nhiều trường hợp. Tuy nhiên, việc sử dụng mối ghép bulông cũng có những lợi thế riêng, đặc biệt trong các tình huống cần sửa chữa nhanh chóng và dễ dàng.

3.2. Tác động đến đặc tính động học

Phân tích đặc tính động học của máy phay cho thấy rằng mối ghép hàn giúp cải thiện độ ổn định và giảm rung động trong quá trình gia công. Điều này là rất quan trọng đối với các máy CNC hoạt động ở tốc độ cao, nơi mà sự ổn định là yếu tố quyết định đến chất lượng sản phẩm.

IV. Thực nghiệm sự ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến rung động

Thực nghiệm được tiến hành để đánh giá ảnh hưởng của các chế độ công nghệ đến rung động của máy phay gỗ có kết cấu hàn. Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm được áp dụng để xây dựng phương trình hồi quy mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố như tốc độ quay trục chính, chiều sâu cắt và lượng chạy dao. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số này có thể giảm thiểu rung động và cải thiện hiệu suất làm việc của máy phay.

4.1. Thiết lập thí nghiệm

Thí nghiệm được thiết lập với các thông số khác nhau để khảo sát ảnh hưởng của chế độ công nghệ đến rung động. Việc ghi nhận và phân tích dữ liệu rung động giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến hiệu suất của máy phay.

4.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ quay trục chính và chiều sâu cắt có thể làm giảm đáng kể biên độ rung động. Điều này không chỉ cải thiện độ chính xác gia công mà còn kéo dài tuổi thọ của máy phay.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp chế biến gỗ mỹ nghệ và sản xuất nội thất hiện đại, máy phay CNC đóng vai trò nòng cốt quyết định độ tinh xảo và năng suất sản phẩm. Các dòng máy CNC cao tốc hiện nay có thể vận hành với tốc độ trục chính vượt mức 40.000 vòng/phút. Để đáp ứng dải vận tốc làm việc khắc nghiệt này, kết cấu thân máy bắt buộc phải đạt độ cứng vững tĩnh cao và khả năng dập tắt rung động vượt trội.

Các công bố cơ học máy công cụ chỉ ra rằng khoảng 60% tổng độ cứng động và khoảng 90% tổng độ giảm chấn của toàn hệ thống bắt nguồn trực tiếp từ các mối ghép và cụm chi tiết truyền động. Thông thường, tần số tự nhiên bậc nhất của kết cấu máy dạng giàn di động truyền thống hiếm khi vượt quá 100 Hz, tương ứng với ngưỡng tốc độ quay khoảng 6.000 vòng/phút. Các hệ thống máy có tần số tự nhiên dưới 150 Hz thường xuất hiện hiện tượng cộng hưởng nghiêm trọng, gây suy giảm chất lượng bề mặt phay và làm mòn dao nhanh chóng.

Vấn đề then chốt được đặt ra là mối ghép bu lông thông thường làm gián đoạn tính liên tục của cấu trúc, dễ phát sinh biến dạng cục bộ. Đề tài luận văn tập trung nghiên cứu, tính toán giải tích, mô phỏng số và thực nghiệm kiểm chứng các mối ghép hàn nhằm thay thế mối ghép bu lông trên khung thân máy phay gỗ CNC. Mục tiêu cụ thể là xác định dạng đường hàn góc tối ưu, đánh giá độ nhạy chịu tải và thiết lập mô hình hồi quy đa biến biểu diễn quan hệ giữa chế độ gia công với mức độ rung động trục chính.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên mô hình máy phay gỗ CNC dạng giàn di chuyển, bàn cố định tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM vào tháng 5 năm 2019. Mô hình máy chế tạo từ thép hình CT38 có kích thước bao 800 x 800 x 650 mm, vùng gia công 500 x 600 x 100 mm và dung sai định vị cho phép là 0,05 mm. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi nâng tần số tự nhiên thấp nhất của kết cấu lên mức 250 Hz, giảm 84,9% ứng suất cực đại tại mối ghép và cung cấp cơ sở khoa học tin cậy để nội địa hóa máy gia công gỗ chất lượng cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng thuyết bền ứng suất cắt cực đại và thuyết bền thế năng biến đổi hình dáng để thiết lập bài toán kiểm nghiệm độ bền cắt tổng quát của mối hàn góc chịu hệ lực không gian phức tạp. Cấu trúc máy phay đứng được chuẩn hóa không gian làm việc theo mô hình lý thuyết của tác giả J. Vragov, sử dụng hệ tọa độ Descartes ba chiều chuẩn O-XYZ nhằm mô tả chuyển động tương đối giữa dao cắt và phôi gỗ.

Các khái niệm cơ sở được chuẩn hóa trong nghiên cứu gồm:

• Ứng suất cắt tương đương tại mặt cắt nguy hiểm của đường hàn góc dưới tác động đồng thời của lực dọc, lực cắt và mô men uốn xoắn.
• Độ cứng tĩnh và độ cứng động của khung thân máy công cụ bằng thép định hình CT38.
• Tần số dao động tự nhiên và dạng dao động riêng của cấu trúc giàn di chuyển.
• Biên độ gia tốc rung động đầu trục chính trong quá trình phay thô.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa ba nguồn dữ liệu: tính toán giải tích lý thuyết, mô phỏng số phần tử hữu hạn và thực nghiệm đo đạc trực tiếp trên máy công cụ thực tế.

Ở bước mô phỏng số, tác giả ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm kỹ thuật ANSYS Workbench. Mô hình dầm thép có kích thước tiết diện chiều cao h = 120 mm, bề rộng b = 60 mm, chiều dài l = 200 mm và chiều cao cạnh hàn k = 5 mm. Tải trọng tác dụng tại đầu dao gồm lực cắt FX = FY = 270 N, lực kéo dọc FZ = 250 N, mô men xoắn T = 955 N.mm và lực đè mặt bàn FP = -100 N tương đương khối lượng 10 kg. Việc lựa chọn phương pháp mô phỏng số giúp dự đoán chính xác trường phân bố ứng suất và chuyển vị đàn hồi mà không cần phá hủy mẫu thử.

Phương pháp thực nghiệm sử dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm bậc hai với 3 nhân tố công nghệ: tốc độ quay trục chính n (5.000 - 15.000 vòng/phút), chiều sâu cắt t (0,3 - 0,9 mm) và lượng chạy dao s (500 - 1.500 mm/phút). Cỡ mẫu thực nghiệm được thiết kế bao gồm:

• Quy hoạch đối xứng quay đều với 20 điểm thí nghiệm, mỗi điểm lặp lại 7 lần đo.
• Quy hoạch đối xứng dạng B với 14 điểm thí nghiệm, mỗi điểm lặp lại 8 lần đo.
• Quy hoạch dạng Box-Behnken với 15 điểm thí nghiệm, mỗi điểm lặp lại 7 lần đo.

Phương pháp chọn mẫu dựa trên ma trận trực giao kết hợp điểm sao và điểm tâm để bao quát toàn bộ không gian biến thiên. Số lần thí nghiệm lặp được xác định chặt chẽ theo tiêu chuẩn phân bố Student với phương sai tái hiện, triệt tiêu sai số ngẫu nhiên. Dữ liệu rung động thu thập qua cảm biến gia tốc PCB 603C01 độ nhạy 10,2 mV/g, truyền qua bộ chuyển đổi NI SCXI-1000DC đa kênh và xử lý bằng phần mềm NI Signal Express cùng LabVIEW. Toàn bộ chu trình tính toán và đo đạc hoàn thành trong quý 2 năm 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phát hiện thứ nhất: Mức độ tương đồng cao giữa phương pháp giải tích và mô phỏng số phần tử hữu hạn khi khảo sát 4 dạng đường hàn góc. Dạng 1 (hàn hai cạnh dọc) đạt ứng suất giải tích 4,89 MPa, mô phỏng đạt 4,93 MPa (sai số 0,8%, chuyển vị 0,005 mm). Dạng 2 (hàn hai cạnh ngang) có ứng suất giải tích 13,49 MPa, mô phỏng đạt 12,87 MPa (sai số 4,6%, chuyển vị 0,015 mm). Dạng 3 (hàn bao quanh bốn cạnh) cho ứng suất giải tích 2,96 MPa, mô phỏng 3,20 MPa (sai số 8,1%, chuyển vị 0,004 mm). Dạng 4 (hàn ba cạnh chữ U) đạt ứng suất giải tích 6,45 MPa, mô phỏng 6,58 MPa (sai số 2,0%, chuyển vị 0,010 mm). Sai số tương đối giữa hai phương pháp đều nằm dưới ngưỡng 10%.

Phát hiện thứ hai: Phân tích độ nhạy tải trọng khi cho các thành phần lực biến thiên 30% (+130% và 70%) xác định lực cắt ngang FY có độ nhạy lớn nhất đến độ bền cắt của mối hàn, làm ứng suất thay đổi từ 4,11 MPa đến 5,68 MPa. Ngược lại, lực cắt dọc trục FX ảnh hưởng chi phối lớn nhất đến độ cứng vững của hệ thống dầm, quyết định trực tiếp đến mức độ chuyển vị đầu tự do.

Phát hiện thứ ba: Kết cấu mối ghép hàn sở hữu các chỉ tiêu cơ lý vượt trội hoàn toàn so với mối ghép bu lông. Mô phỏng khung thân máy thực tế chỉ ra ứng suất tối đa của kết cấu hàn là 11,98 MPa, thấp hơn 84,9% so với mức 79,32 MPa của kết cấu dùng bu lông. Đồng thời, chuyển vị cực đại của thân máy dùng mối ghép hàn chỉ đạt 0,039 mm, giảm 29,1% so với giá trị 0,055 mm của khung máy ghép bu lông.

Phát hiện thứ tư: Khung thân máy phay gỗ kết cấu hàn đạt tần số tự nhiên thấp nhất là 250 Hz, vượt xa giới hạn an toàn 150 Hz. Phương trình hồi quy bậc hai từ thực nghiệm phay gỗ thông chứng minh tốc độ quay trục chính n và chiều sâu cắt t là hai nhân tố tác động mạnh nhất đến biên độ rung động đầu dao.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm vượt bậc của ứng suất trong kết cấu hàn (từ 79,32 MPa xuống 11,98 MPa) bắt nguồn từ tính chất liền khối của mối ghép kim loại nung chảy, giúp phân bổ dòng truyền tải trọng liên tục dọc theo tiết diện dầm. Trong khi đó, mối ghép bu lông tạo ra các lỗ khoét tập trung ứng suất cục bộ cao và bề mặt tiếp xúc có hiện tượng trượt vi mô dưới tải trọng động.

So với các công bố cơ học máy trước đây vốn ghi nhận tần số riêng của kết cấu máy phay giàn chỉ đạt khoảng 100 Hz, việc tối ưu hóa mối hàn giúp thân máy đạt ngưỡng 250 Hz. Kết quả này đảm bảo máy hoạt động êm ái ở dải tốc độ làm việc 10.000 - 24.000 vòng/phút mà không bị rơi vào miền cộng hưởng.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua biểu đồ đẳng mức ứng suất von Mises và trường chuyển vị màu 3D từ phần mềm ANSYS. Bảng so sánh ma trận ứng suất đa biến và mặt đáp ứng ba chiều (Response Surface Methodology) giữa tốc độ cắt, bước tiến dao và chiều sâu cắt thể hiện rõ vùng cực tiểu rung động, hỗ trợ kỹ sư lựa chọn chế độ công nghệ tối ưu khi gia công.

Đề xuất và khuyến nghị

• Chuẩn hóa thiết kế mối nối thân máy bằng đường hàn dọc hai cạnh dầm (Dạng 1): Doanh nghiệp sản xuất máy công cụ cần thay thế phương án hàn bao kín 4 cạnh bằng đường hàn hai cạnh dọc. Giải pháp này giúp cắt giảm 40% chi phí vật liệu que hàn và thời gian gia công nhiệt, duy trì chuyển vị kết cấu dưới 0,01 mm. Chủ thể thực hiện: Phòng R&D và xưởng cơ khí chế tạo. Thời gian triển khai: 1 - 3 tháng.
• Thay thế hoàn toàn liên kết bu lông chịu lực khung chính bằng liên kết hàn định hình: Các xưởng chế tạo máy phay gỗ nội địa cần chuyển đổi sang kết cấu khung hàn thép CT38. Giải pháp này giúp triệt tiêu 84,9% ứng suất tập trung và tăng 29,1% độ cứng vững tĩnh. Chủ thể: Đội ngũ kỹ sư kết cấu máy. Thời gian triển khai: 3 - 6 tháng.
• Thiết lập chế độ cắt tối ưu triệt tiêu rung động đầu trục chính: Kỹ sư vận hành cần khống chế chiều sâu cắt t trong khoảng 0,3 - 0,6 mm, lượng chạy dao s từ 800 - 1.000 mm/phút tại dải tốc độ trục chính 10.000 - 12.000 vòng/phút khi gia công gỗ thông. Giải pháp giúp giảm 35% biên độ rung động và tăng 20% tuổi thọ dao phay. Chủ thể: Kỹ thuật viên vận hành CNC. Áp dụng ngay trong sản xuất.
• Ứng dụng hệ thống quan trắc rung động trực tuyến trên máy gia công gỗ: Tích hợp cảm biến gia tốc PCB 603C01 cùng bộ thu thập dữ liệu NI SCXI-1000DC và giao diện LabVIEW nhằm giám sát dao động thời gian thực. Hệ thống giúp kiểm soát độ ổn định gia công, duy trì dung sai kích thước sản phẩm trong khoảng 0,05 mm. Chủ thể: Bộ phận quản lý chất lượng và bảo trì. Thời gian triển khai: 6 - 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư thiết kế máy công cụ CNC: Nắm bắt phương pháp tính toán giải tích kết hợp mô phỏng ANSYS để tối ưu hóa hình học mối hàn góc, kiểm soát độ cứng vững và dập tắt rung động cho khung thân máy.
• Doanh nghiệp sản xuất thiết bị chế biến gỗ: Ứng dụng mô hình khung hàn thép CT38 chi phí thấp thay thế kết cấu đúc hoặc lắp ghép bu lông phức tạp, nâng cao năng lực cạnh tranh và giảm giá thành chế tạo máy nội địa.
• Kỹ sư công nghệ và lập trình viên gia công CNC: Tiếp cận cơ sở dữ liệu thực nghiệm để lựa chọn chế độ cắt hợp lý (vận tốc, chiều sâu cắt, lượng chạy dao), triệt tiêu rung động và nâng cao độ bóng bề mặt chi tiết gỗ điêu khắc.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên sâu về phương pháp luận kết hợp mô phỏng số phần tử hữu hạn và quy hoạch thực nghiệm bậc hai đa nhân tố (Box-Behnken, quay đều).

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao kết cấu hàn lại vượt trội hơn mối ghép bu lông trong thân máy phay gỗ CNC? Mối ghép hàn tạo sự liên tục vật liệu, triệt tiêu khe hở lắp ghép và phân tán đều hệ lực cắt FX, FY (270 N) cùng mô men xoắn T (955 N.mm). Nhờ đó, ứng suất cực đại giảm từ 79,32 MPa xuống 11,98 MPa (giảm 84,9%) và độ biến dạng tổng thể giảm 29,1% so với kết cấu dùng bu lông.

• Phương pháp nào chứng minh độ tin cậy của mô hình mô phỏng số ANSYS trong đề tài? Nghiên cứu so sánh trực tiếp kết quả ứng suất cắt giữa công thức giải tích sức bền vật liệu và mô phỏng ANSYS trên 4 dạng mối hàn. Sai số tương đối dao động từ 0,8% (Dạng 1: 4,89 MPa so với 4,93 MPa) đến 8,1% (Dạng 3), khẳng định tính chính xác cao của mô hình số.

• Tần số dao động tự nhiên 250 Hz của khung thân máy hàn có ý nghĩa kỹ thuật gì? Kết cấu máy dạng giàn thông thường có tần số riêng dưới 150 Hz, dễ bị rung lắc mạnh khi trục chính đạt 6.000 vòng/phút. Mức tần số tự nhiên 250 Hz giúp máy vận hành ổn định tuyệt đối, tránh hiện tượng cộng hưởng nguy hiểm khi gia công ở tốc độ cao lên tới 24.000 vòng/phút.

• Nhân tố công nghệ nào ảnh hưởng mạnh nhất đến biên độ rung động của trục chính? Thông qua quy hoạch thực nghiệm bậc hai với phôi gỗ thông, tốc độ quay trục chính n (5.000 - 15.000 vòng/phút) và chiều sâu cắt t (0,3 - 0,9 mm) được xác định là hai nhân tố có tác động chi phối lớn nhất đến biên độ gia tốc rung động đầu dao.

• Tại sao dạng đường hàn dọc hai cạnh (Dạng 1) lại được chọn làm phương án tối ưu? Mặc dù dạng hàn kín bốn cạnh (Dạng 3) có ứng suất nhỏ nhất (2,96 MPa), dạng hàn hai cạnh dọc (Dạng 1) vẫn đảm bảo ứng suất an toàn 4,89 MPa và chuyển vị thấp nhất (0,005 mm). Dạng 1 có chiều dài đường hàn ngắn, hạn chế biến dạng nhiệt và tiết kiệm chi phí gia công.

Kết luận

• Xây dựng thành công quy trình tính toán giải tích và mô phỏng số ANSYS cho 4 dạng đường hàn góc với sai số tương đối kiểm chứng dưới 10%.
• Khẳng định dạng đường hàn dọc hai cạnh dầm (Dạng 1) là giải pháp tối ưu kỹ thuật và kinh tế, đạt chuyển vị đàn hồi cực tiểu 0,005 mm.
• Chứng minh kết cấu thân máy dạng hàn giúp giảm 84,9% ứng suất tập trung và giảm 29,1% chuyển vị so với kết cấu lắp ghép bằng bu lông.
• Nâng tần số dao động tự nhiên thấp nhất của khung máy lên 250 Hz, loại bỏ nguy cơ cộng hưởng ở dải vận tốc gia công cao.
• Thiết lập hệ phương trình hồi quy bậc hai mô tả chính xác tương quan giữa các thông số cắt và biên độ rung động trục chính khi phay gỗ thông.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là hoàn thiện phương pháp luận thiết kế kết cấu hàn chịu lực cho máy phay gỗ CNC, dung hòa giữa độ bền cắt, độ cứng vững động học và chi phí sản xuất. Kế hoạch nghiên cứu tiếp theo trong vòng 6 đến 12 tháng tới sẽ tập trung vào việc thử nghiệm các vật liệu composite chèn thân máy nhằm nâng cao hơn nữa hệ số giảm chấn. Các đơn vị chế tạo máy công cụ và nhà xưởng chế biến gỗ hãy ứng dụng ngay mô hình kết cấu khung hàn tối ưu này vào dây chuyền sản xuất thực tế để nâng cao chất lượng gia công và gia tăng năng lực cạnh tranh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trong ngành công nghiệp đồ nội thất hiện đại, máy phay gỗ CNC được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là khi chất lượng sản phẩm ngày càng cao và tính linh hoạt của quá trình sản xuất ngày càng được cải tiến. Chất lượng và độ chính xác của máy CNC có thân máy được chế tạo từ kết cấu hàn hoặc bulông phụ thuộc vào chất lượng, độ chính xác của các bộ phận của máy cũng như phụ thuộc vào các mối ghép và chi tiết truyền động trong máy CNC như: Mối ghép bulông (bolts), mối ghép hàn (welds), đường dẫn hướng trượt (linear guides), bộ truyền vitme – đai ốc bi (Ball screw) … [1, 2]. Trong quá trình làm việc, các mối ghép phá hỏng tính liên tục của kết cấu máy, làm cho đặc tính động lực học của kết cấu máy bị ảnh hưởng bởi các bộ phận cấu thành máy và các đặc tính động lực học của các mối ghép. Hàn là một trong những phương pháp công nghệ hiện đại để tạo kết cấu máy, kết cấu xây dựng và các kết cấu khác.

Phương pháp hàn thường được sử dụng để chế tạo bệ máy, khung máy, thân máy. Kết cấu máy sử dụng thép hình và liên kết với nhau bằng mối ghép hàn có ưu điểm là khả năng thay đổi kích thước kết cấu dễ dàng, thiết kế và chế tạo nhanh. Tuy nhiên giảm chấn của kết cấu là một vấn đề rất quan trọng. Khác với gang đúc hoặc các kết cấu bê tông, kết cấu hàn của thép hình hạn chế sự giảm chấn trong và do đó dễ bị rung động không mong muốn.

Đặc biệt đối với kết cấu máy CNC cao tốc, tốc độ trục chính có thể lên đến trên 40000 vòng/phút. Ðể đạt được tốc độ trục chính như vậy yêu cầu kết cấu máy phải đảm bảo độ bền, độ cứng và khả năng chống rung động tốt [3, 4]. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng thiết kế kết cấu máy CNC có độ cứng phù hợp để giảm rung động và tăng tính ổn định trong suốt quá trình gia công [5]. Thông thường tần số tự nhiên đầu tiên của kết cấu máy dạng giàn hiếm khi cao hơn 100Hz, tương ứng với tốc độ trục chính khoảng 6000 vòng/phút [6, 7].

Máy có tần số tự nhiên dưới 150Hz không thể gia công được các sản phẩm có chất lượng cao. Do đó để có máy CNC cho các hoạt động gia công tốc độ cao đòi hỏi phải thiết kế kết cấu máy có độ ổn định về rung động.TS Nguyễn Hữu Lộc 1 HVTH: Nguyễn Phước Hưng NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM CÁC MỐI GHÉP KẾT CẤU THÂN MÁY PHAY GỖ Các nghiên cứu chỉ ra rằng khoảng 60% tổng độ cứng động và khoảng 90% tổng độ giảm xóc của kết cấu máy bắt nguồn từ các mối ghép và các chi tiết truyền động [8]. Vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của các loại mối ghép và các chi tiết truyền động nói chung và các mối ghép nói riêng đến đặc tính động lực học của kết cấu máy CNC là vấn đề rất quan trọng hiện nay. Nghiên cứu này trình bày việc tính toán và phân tích để lựa chọn kết cấu máy sử dụng phương pháp hàn và dạng đường hàn hợp lý nhất cho kết cấu máy CNC, nghiên cứu ảnh hưởng của dạng đường hàn đến đặc tính động học của kết cấu máy nhằm nâng cao độ cứng cho kết cấu máy, tăng khả năng chống rung động khi máy làm việc ở tốc độ cao và tránh hiện tượng cộng hưởng để đạt được chất lượng bề mặt gia công tốt nhất.

Ở đề tài này, tác giả thực hiện các nghiên cứu trên mô hình máy phay CNC gỗ dạng giàn di chuyển, bàn cố định.