BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Lê Văn Thắm

Nghiên cứu tạo hình bề mặt phức tạp và
biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt
trong dụng cụ y tế và sản phẩm cơ khí
Chuyên ngành :

Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chế tạo máy

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
GS.TSKH Bành Tiến Long

Hà nội, 2011
Hà Nội – Năm 2011


1

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long
LỜI CẢM ƠN

Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ tận tình của thầy
giáo GS.TSKH. Bành Tiến Long cùng toàn thể các Thầy, Cô trong Bộ môn Gia
công Vật liệu và Dụng cụ công nghiệp – Viện cơ khí- Trường Đại học Bách khoa

Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, không nhờ, thuê,
mua hay dowload Luận văn của người khác.
Kết quả nghiên cứu trong Luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được
công bố trong công trình nghiên cứu nào.
Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các
thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tôi xin chịu trách nhiệm về những cam đoan trên.
Ngày 26 tháng 09 năm 2011
Học viên

Lê Văn Thắm

Học viên : Lê Văn Thắm  


3

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................... 7
PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................. 10
CHƯƠNG I .......................................................................................................... 17
TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TẠO HÌNH BỀ MẶT, ỨNG DỤNG GIẢI BÀI
TOÁN TẠO HÌNH BỀ MẶT TRONG KHÔNG GIAN ..................................... 17
1.1


2.2.2 Xác định các chuyển động tạo hình lưỡi cắt .............................................................47
2.2.3 Lập phương trình bề mặt lưỡi cắt. ............................................................................. 55
2.2.4 Lập trình vẽ đường cong lưỡi cắt. ............................................................................. 61

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỒ GÁ MÀI LƯỠI KÉO CỦA KÉO MỔ
MOAYO 160 TRÊN MÁY MÀI SẮC VẠN NĂNG. ......................................... 68
3.1

Phân tích chuyển động, xây dựng sơ đồ gá đặt ................................................ 68

3.1.1 Mài lòng mo mũi kéo ................................................................................................ 68
3.1.2 Mài mặt sau lưỡi kéo................................................................................................. 71

Học viên : Lê Văn Thắm  


4

Luận văn thạc sỹ
3.2

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Tính toán sai số gá đặt. ..................................................................................... 72

CHƯƠNG IV ....................................................................................................... 75
BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT TRONG LĨNH VỰC SẢN
XUẤT DỤNG CỤ Y TẾ. ..................................................................................... 75
4.1 Những yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt Dụng cụ y tế áp dụng với kéo
Moayo 160 .................................................................................................................. 76

87

Học viên : Lê Văn Thắm  


5

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Kéo mổ Moayo 160 đầu cong
Hình 2 Kéo cắt mống mắt đầu cong
Hình 3 Lòng mo không đều, lưỡi cắt mòn không đều
Hình 4 Banh mũi –Nasal Speculam

Trang
11
11
11
11

Hình 5. Vam âm đạo kiểu GRAVE/ CUSO
Hình 6 Kéo mổ Moayo crissors -160
Hình 1.1 Một số dạng chuyển động tạo hình
Hình 1.2 CĐ tạo hình tự trên 1 đường cong bất kỳ
Hình 1.3 CĐ . Tạo hình bề mặt phức tạp
Hình 1. 4 Sơ đồ thiết lập Ten xơ quay
Hình 2.1 : Ca mổ thông thường

34
41

Hình 2.6 Hình biểu diễn phần mũi kéo trong mặt phảng ngang XOY
Hình 2.7 Hình chiếu phần mũi kéo trong mặt phẳng ngang ZOY
Hình 2.8 Mặt cắt ngang Phần mũi kéo trong mặt phẳng vuông góc với
trục Oy
Hình 2. 9 Sơ đồ tính góc trước trong mặt cắt vuông góc với đường
cong lưỡi kéo

42
42
43

Học viên : Lê Văn Thắm  

44


6

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Hình 2 . 10: Sơ đồ xác định mối quan hệ 3 chiều của đường cong lưỡi
kéo.
Hình 2.11 Bề mặt lòng mo C của chi tiết ; Đường đặc tính E và mặt
khởi thủy K của dụng cụ
Hình 2. 12 Sơ đồ mài bề mặt lòng mo C của lưỡi kéo vế trái và vế

67
68
69
70
71
72
74
82
82
83
84
84
85


7

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long
LỜI NÓI ĐẦU

Sản xuất cơ khí ngày càng có vai trò quan trọng trong phát triển nền kinh
tế quốc dân, đặc biết trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đát nước
và hội nhập quốc tế. Trong sản xuất có khí, chỉ cần thay đổi một đại lượng rất
nhỏ chế độ cắt thì ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng, năng suất, hiệu quả của quá
trình gia công tức là ảnh hưởng đến giá trị nền kinh tế. Hoặc cùng một chi tiết
cần đạt khi thay đổi phương pháp tạo hình tức là thay đổi một giải pháp khoa học
công nghệ thì chất lượng và năng xuất tăng rất cao. Tuy nhiên, vẫn còn có rất
nhiều khoảng trống giữa lý thuyết và thực tế cũng như còn rất nhiều lĩnh vực

mặt trong gia công cơ khí để gia công các Dụng cụ y tế và biện pháp nâng cao
chất lượng, tuổi thọ của chúng chưa được chú trọng nhiều, mặc dù Dụng cụ y tế
liên quan trực tiếp đến sự an toàn tính mạng, sức khỏe của mỗi con người.
Chính vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp tạo hình bề mặt
để gia công các bề mặt phức tạp và quan trọng của một số dụng cụ y tế là một
nhiệm vụ có tầm quan trọng và ý nghĩa kinh tế, xã hội rất lớn.
Với sự đồng ý của Viện Cơ Khí, của Viện đào tạo sau đại học của Trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội và được sự đồng ý của Thầy giáo GS-TSKH. Bành
Tiến Long, Em được giao đề tài: “Nghiên cứu tạo hình bề mặt phức tạp và
biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt trong dụng cụ y tế và sản phẩm cơ
khí”.
Đề hoàn thành đề tài em đã vận dụng những kiến thức đã học và tìm hiểu
các tài liệu chuyên ngành liên quan. Nhưng do những hạn chế về mặt kiến thức,
kinh nghiệm và thời gian nên quá trình thực hiện không tránh khỏi những sai sót,
em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy, Cô.
Em xin chân thành cảm ơn đến các Thầy, Cô Bộ môn Gia công Vật liệu và
Dụng cụ công nghiệp- Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp
đỡ Em trong quá trình hoàn thiện đề tài.

Học viên : Lê Văn Thắm  


9

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Đặc biệt Em xin chân thành cảm ơn GS-TSKH. Bành Tiến Long đã trực
tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tận tình để Em có thể hoàn thiện

của Liucin; Lý thuyết tạo hình bề mặt thực của đôi động học Dụng cụ cắt- Chi
tiết của GS.TSKH Bành Tiến Long…) Họ đã tạo ra được các lý thuyết và phương
pháp tạo hình bề mặt rất cơ bản và quan trọng, nhất là trong lĩnh vực áp dụng
cho gia công cơ khí.
Tuy nhiên việc nghiên cứu và ứng dụng các các phương pháp tạo hình bề
mặt trong gia công cơ khí để gia công các Dụng cụ y tế chưa được chú trọng
nhiều, mặc dù Dụng cụ y tế liên quan trực tiếp đến sự an toàn tính mạng, sức
khỏe của mỗi con người.
Trong dụng cụ y tế có rất nhiều bề mặt của nhiều sản phẩm tiếp xúc trực tiếp
với cơ thể con người, khi chế tạo các loại dụng cụ y tế, nguyên công gia công
tinh chủ yếu mới được thực hiện bằng phương pháp thủ công tức sử dụng kỹ
năng nghề nghiệp của thợ lành nghề làm bằng tay.
Học viên : Lê Văn Thắm  


11

Lu
uận văn thạ
ạc sỹ

Hướ
ớng dẫn kh
hoa học: GS.TSKH
G
Bành Tiến
n Long

Ví dụ lư
ưỡi kéo Moayo

k có thể đảm bảo giống
g
nhauu, năng suuất thấp… Vì vậy
khii làm việc lưỡi cắt sẽẽ nhanh mòn,
m
mòn không
k
đều ảnh hưởngg tới quá trrình cắt
mổổ và gây đaau đớn choo bệnh nhânn.

HHình11Kéo
Hình
Kéo
omổ
mổMoayo
Moayo160
160đầu
đầucon
con
ng
ng1

Hình 2 Kééo cắt mống mắt đầu conng

A

B

Hình
h3 Lòng moo không đều, lưỡi cắt mòòn không đêuu ( Phần mépp A và B)

biện pháp làm tăng tuổi thọ của sản phẩm là một nhiệm vụ có tầm quan trọng và
ý nghĩa kinh tế, xã hội rất lớn.
Học viên : Lê Văn Thắm  


13

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Đây cũng là vấn đề hết sức cấp bách để tạo ra cơ sở khoa học cho quá trình
gia công tinh các dụng cụ y tế có bề mặt cong phức tạp khi tiếp xúc trực tiếp với
cơ thể con người.
2.

Mục đích của đề tài
Nghiên cứu lý thuyết tạo hình bề mặt, ứng dụng vào việc tạo hình bề mặt

các chi tiết có hình dạng phức tạp trong lĩnh vực Y tế. Từ đó đưa ra các biện
pháp nâng cao chất lượng bề mặt gia công nhằm nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy
của sản phẩm, đặc biệt trong sản xuất Dụng cụ y tế.
3.

Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết:
- Nghiên cứu về lý thuyết tạo hình bề mặt; Giải một số bài toán tạo hình

trong không gian 3 chiều.
- Ứng dụng các phương pháp tạo hình bề mặt để xây dựng phương pháp tạo
hình bề mặt lòng mo lưỡi kéo mổ Moayo 160 đầu cong, mũi nhọn/ tù là một loại


Hình 6 Kéo mổ Moayo crissors -160

5. Cấu trúc của đề tài:
Phần mở đầu: Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, mục đích, đối
tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
PhÇn néi dung:
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết tạo hình bề mặt, ứng dụng
giải bài toán tạo hình bề mặt trong không gian.
Chương 2 : Tạo hình bề mặt để tạo hình bề mặt làm việc của dụng cụ y tế có
hình dạng phức tạp.

Học viên : Lê Văn Thắm  


15

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Chương 3: Nghiên cứu đồ gá mài lưỡi kéo của kéo mổ Moayo 160 (đầu
cong, mũi nhọn/tù), trên máy mài sắc vạn năng.
Chương 4: Biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt, ứng dụng trong lĩnh vực
sản xuất dụng cụ y tế.
Phần kết luận và kiến nghị
Phụ lục , các bảng biểu….
6. Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên cơ sở các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học đi trước như
phương pháp giải tích và Ten xơ, luận văn sẽ đi sâu vào nghiên cứu lý thuyết tạo

triển chế tạo các đồ gá hoặc ROBOT và lập trình điều khiển CNC để mài tinh
lưỡi cắt của kéo mổ Moayo và một số kéo mổ khác như kéo METZENBAUM
SCISORS, Kéo cắt mống mắt IRIS SCISSORS …
Hà Nội, ngày 26 tháng 09 năm 2011
Học viên

Lê Văn Thắm

Hướng dẫn Khoa học

GS.TSKH Bành Tiến Long
Học viên : Lê Văn Thắm  


17

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long
CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TẠO HÌNH BỀ MẶT, ỨNG DỤNG GIẢI
BÀI TOÁN TẠO HÌNH BỀ MẶT TRONG KHÔNG GIAN
1.1 Lý thuyết cơ bản tạo hình các bề mặt.
1.1.1 Động học quá trình tạo hình các bề mặt.
Như ta đã biết bề mặt thực của chi tiết máy dù phức tạp đến đâu cũng được
giới hạn bởi các bề mặt thực trong không gian. Để hình thành các bề mặt này
người ta dùng các biện pháp công nghệ khác nhau như: Rèn, đúc, gia công bằng
áp lực và gia công cắt gọt ( PP gia công có phoi), Cắt bằng tia lửa điện...
Các nhà khoa học đi trước đã sử dụng 2 phương pháp để nghiên cứu tạo

a

b

Hình 1.1 Một số dạng chuyển động tạo hình

Hình 1.2 CĐ tạo hình tự trên 1
đường cong bất kỳ

Người ta thường phối hợp các chuyển động cơ bản tịnh tiến hoặc quay để
tạo hình ra các bề mặt khác nhau.
- Một mặt phẳng do một đường sinh thẳng chuyển động tịnh tiến song
song với nó và dựa trên một đường chuẩn là đường thẳng tạo thành.
- Mặt soắn vít là do một đường sinh chuyển động xoắn vít (xoay tròn và
tịnh tiến) tạo thành...
Trong quá trình tạo hình, dựa vào động học hình thành các bề mặt, các
lưỡi cắt dụng cụ thường được chọn làm đường sinh để tạo hình ra các bề mặt cho
trước.
Chuyển động tạo hình bề mặt : Là chuyển động tương đối của cặp bề
mặt chi tiết và dụng cụ, để tạo ra bề mặt chi tiết.
Sơ đồ mô tả các chuyển động tạo hình gọi là sơ đồ động học tạo hình.

Học viên : Lê Văn Thắm  


19

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long


Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Nhóm 3: Nhóm có 3 chuyển động: 2 tịnh tiến và 1quay như Phay hoặc
Mài mặt phẳng; 2 chuyển động quay và 1 tịnh tiến như Phay bao hình bánh răng,
mài mặt trụ... Thông thường chuyển động quay tròn sẽ tạo ra chuyển động cắt
chính Vc, còn lại là chuyển động phụ, hoặc bao hình.
1.1.2. Phương trình bề mặt
- Khi nghiên cứu tạo hình bề mặt chúng ta cần biểu diễn bề mặt dưới dạng
phương trình toán học, từ đó nghiên cứu các đặc trưng của bề mặt.
Phương trình của một bề mặt bất kỳ trong không gian có thể được viết
dưới dạng tham số sau:
X = X (u, v)
Y = Y (u, v)

(1.2)

Z = Z (u, v)
Trong đó u và v là tọa độ đường cong xác định vị trí điểm trên bề mặt (
tham số của bề mặt.
Véc tơ R có gốc trùng với gốc tọa độ, đầu mút ở một điểm cụ thể trên bề
mặt là một hàm véc tơ 2 thông số u và v tức là:
R = R (u,v)

Nếu một trong hai thông số là không đổi , ví dụ v = vi với vi là hàng số thì
R

= R (u, vi)

Để viết phương trình một bề mặt mà bề mặt đó quay xung quanh một trục
người ta sử dụng toán Ten-xơ quay. Sử dụng Ten-xơ quay viết phương trình bề
mặt dễ dàng hơn rất nhiều so với các phương pháp khác như phương pháp véc tơ,
phương pháp giải tích... vấn đề ten-xơ quay sẽ đề cập ở phần sau.
1.2 Xác định đường cong thông số
1.2.1 Phương pháp giải tích.
Giả thiết ta cần hình thành bề mặt C có phương trình sau:

F1 ( x1 , y1 , z1 ) = 0

(1.4)

Bề mặt được gắn với hệ tọa độ O1 và bề mặt có đạo hàm liên tục đến cấp 3
với tất cả các thông số , trên bề mặt không có điểm kỳ dị, tức là:
∂F1
∂x1

=

∂F1
∂y1

=

∂F1
∂z1

Không bị triệt tiêu . Từ hình học vi phân phương trình (1.4) có thể viết dưới dạng

Z1 = F ( x1 , y1 )

bề mặt bao của họ bề mặt một thông số c . Bề mặt bao đó được xác định theo
phương trình sau:
F2 = (x2, y2, z2, c) = 0
∂F1
∂x1

(1.8)

= ( x2 , y 2 , z 2 , c) = 0

Khi cố định c, phương trình (1.8) xác định đường tiếp xúc của của bề mặt
đối tiếp với bề mặt 1. Từ hình học vi phân ta biết rằng đường bao và bề mặt bao
tại mỗi điểm trên bề mặt tiếp xúc có một bề mặt tiếp tuyến chung và có đường
pháp tuyến chung.
Trên đây ta xác định họ bề mặt bao 1 thông số. Bây giờ ta tiếp tục xét bề
mặt chi tiết theo phương trình 2 thông số chuyển động có dạng sau:

F ( x, y , z , c, k ) = 0

(1.9)

Trong đó c, k là hai thông số chuyển động của bề mặt ( tham số của họ bề
mặt). Mỗi cặp c và k tương ứng với một bề mặt. Bề mặt được hình thành nhờ sự
thay đổi của cặp thông số c, k. Bề mặt bao khi đó được xác định bằng hệ phương
trình sau:

Học viên : Lê Văn Thắm  


23


∂Y
∂u

=

∂Z
∂u

∂X
∂v

=

∂Y
∂v

=

∂Z
∂v

∂X
∂c

=

∂Y
∂c



∂X
∂k

=

∂Y
∂k

=

=0

=0

∂Z
∂k

Học viên : Lê Văn Thắm  


24

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Nếu ta cố định một trong hai thông số chuyển động, ví dụ cố định v thì đầu
mút của véc tơ R xác định điểm trên bề mặt F1 trong tọa độ điểm O2 sẽ vẽ lên
đường tiếp xúc Eu.

và
∂ v1
∂u1
∂R 2
∂R 2
tuyến của khâu 1 cùng nằm trong một mặt phẳng , thì
phải
và
∂ v1
∂u1

bề mặt khâu 1 được xác định bởi véc tơ

cùng nằm trong một mặt phẳng. Điều kiện đó là:
∂ R 2 ∂R 2 ∂ R 2

det ∂u ∂v ∂c
1
1

∂ R 2 ∂R 2 ∂ R 2

det ∂u ∂v ∂c
1
1

= 0

(1.15)