BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------***---------

VÕ HỒNG PHÚC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG
GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT TRÊN MÁY TIỆN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------***---------

VÕ HỒNG PHÚC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG
GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT TRÊN MÁY TIỆN


tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho
tôi trong suốt thời gian vừa qua.
Tôi xin cam đoan các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực
và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.Những nội
dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 9 năm 2011
Tác giả

Võ Hồng Phúc


ii

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa…………………………………………………………………...
Lời cảm ơn ......................................................................................................... i
Mục lục .............................................................................................................. ii
Danh mục các bảng biểu .................................................................................. iv
Danh mục các hình vẽ ....................................................................................... v
Đặt vấn đề...................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 3
1.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện trên thế giới ....................... 3
1.2. Tình hình nghiên cứu, sử dụng máy tiện ở việt nam ............................ 12
Chương 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................... 19
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 19
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 19
2.3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 19

4.8.2. Thành lập ma trận thí nghiệm khi tiện thô .................................... 62
4.8.3. Xác định các thông số hợp lý khi tiện thô ..................................... 63
4.9. Thực nghiệm đa yếu tố khi tiện tinh..................................................... 66
4.9.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của thông số đầu
vào khi tiện tinh. ...................................................................................... 66
4.9.2. Thành lập ma trận thí nghiệm khi tiện tinh ................................... 67
4.9.3. Xác định các thông số hợp lý khi tiện tinh .................................... 67
4.9.4. Vận hành tiện tinh với thông số tối ưu .......................................... 70
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ..................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 74
PHỤ BIỂU………………………………………………………………...


iv

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Ký hiệu

Tên gọi

Trang

Bảng 4.1. Phạm vi ứng dụng của các mảnh HKC

49

Bảng 4.2. Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm

52


69


v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Ký hiệu

Tên gọi

Trang

Hình 1.1.

Mô hình máy tiện gỗ đầu tiên của loài người

3

Hình 1.2.

Máy tiện vạn năng RT817

4

Hình 1.3.

Máy tiện CNC Mã hiệu 16R35F3

5


Hình 1.9.

Máy tiện vạn năng mã hiệu TSL-550

8

Hình 1.10.

Máy tiện vạn năng mã hiệu TMM-200

9

Hình 1.11.

Máy tiện vạn năng mã hiệu FL-500BS

10

Hình 1.12.

Máy tiện vạn năng Sui 32

12

Hình 1.13.

Máy tiện vạn năng 660x1200/1700

13


Hình 3.2.

Phân lực cắt ra các lực thành phần

36

Hình 3.3.

Ảnh hưởng của góc  đến các lực Px, Py, Pz

38

Hình 3.4.

Ảnh hưởng của góc  đến các thành phần lực căt Px và Py

38


vi

Hình 3.5.

Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao r đến các thành phần

39

lực căt
Hình 4.1.


lượng riêng khi tiện thô
Hình 4.6.

Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chất lượng (độ

57

nhám) bề mặt gia công khi tiện thô
Hình 4.7.

Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chất lượng bề
mặt gia công khi tiện thô

Hình 4.8.

Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí năng

59

lượng riêng khi tiện tinh
Hình 4.9.

Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng

59

lượng riêng khi tiện tinh
Hình 4.10.

Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chất lượng bề mặt

phương pháp gia công cắt gọt kim loại thông dụng nhất. Trong các nhà máy
cơ khí, máy tiện thường chiếm số lượng lớn nhất, khoảng 30% đến 40% [15].
Trên thế giới, ở các nước phát triển phương pháp gia công bằng cắt gọt
có vai trò quan trọng trong công việc gia công cơ khí. Ngày nay, do Khoa học
- Công nghệ phát triển, các thiết bị gia công cắt gọt thường làm việc với sự trợ
giúp của người máy (Robot) và một hệ thống điều khiển chung. Hệ thống điều
khiển có nhiệm vụ đảm bảo cho người máy và máy cắt làm việc theo một
chương trình và một chế độ cắt hợp lý đã được xác định trước.
Ở nước ta năm 2003 thủ tướng chính phủ đã phê duyệt Chiến lược phát
triển ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn tới 2020. Trong đó có
chiến lược phát triển máy công cụ là: Ưu tiên phát triển ngành chế tạo máy


2
công cụ nhằm đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp, nghiên cứu thiết
kế, chế tạo các mẫu máy hiện đại (ứng dụng công nghệ PLC, CNC) và các
thiết bị gia công đặc biệt.
Ngành gia công kim loại bằng cắt gọt là một trong những ngành rất quan
trọng không thể thiếu, và phương pháp tiện chiếm tỷ trọng lớn. Trong khi đó
Việt Nam chỉ sản xuất được một số loại máy tiện như T613, T616, T630,
T6M16, T18A... còn lại là nhập khẩu máy tiện từ nước ngoài với số lượng lớn
và nhiều chủng loại khác nhau.
Vì vậy nhiều vấn đề từ thực tiễn sản xuất trong nước đang đặt ra là phải
nghiên cứu công nghệ và chế độ sử dụng vào lĩnh vực cơ khí nói chung và cơ
khí chuyên ngành nói riêng, các loại máy tiện với qui mô sản xuất vừa và nhỏ.
Đối với hầu hết các thiết bị được nhập từ nước ngoài, để có được năng suất,
chất lượng và giá thành sản phẩm gia công tối ưu cần phải giải quyết tiến
hành nghiên cứu đối với từng nhiệm vụ và công nghệ sản xuất cụ thể nhằm
không ngừng phát triển, tạo lập những cơ sở khoa học phục vụ cho việc cải
tiến, hoàn thiện thiết bị, công nghệ và chế độ sử dụng.

thời là kỹ sư có tài người Ytalia đã phát minh ra một số kết cấu nổi tiếng cơ
bản của máy tiện như: trục vitme, bàn dao… đặc biệt là phát thảo nguyên tắc
của một số máy tiện, máy cắt ren.

Hình 1.2. Máy tiện vạn năng RT817
Đầu thế kỷ 17 người ta đã dùng sức nước làm động lực cho máy công
cụ và một phát minh quan trọng trong việc phát triển máy tiện là tìm ra bàn
chạy dao tự động. Năm 1712, A. Nator người Nga đã tìm ra phương pháp ứng
dụng đầu tiên của loại bàn dao này ở máy tiện. Đến năm 1774 các nhà thiết kế
máy công cụ người Nga Jacôbatitreps, L. Xôbôkin, A. Xunrin, đặc biệt là
Mikail Lômônôxốp đã có những cống hiến quan trọng trên lĩnh vực chế tạo
máy công cụ của nước Nga như thiết kế máy tiện hình cầu. Ngày nay ở Nga
sản xuất những loại máy tiện như hãng KRAMATORSK sản xuất các loại
máy tiện vạn năng với các mã hiệu như KJ1909, 1A680, 1A670, 1A675….
Những loại máy tiện này có thể tiện phôi với đường kính từ 1400mm đến
1600mm, công suất động cơ 130 HP, tốc độ trục chính 2,5 - 280 vòng/phút.
Hãng RYAZAN sản xuất máy tiện vạn năng với các mã hiệu RT817, RT317,
16R25P…, (hình 1.2). Những loại máy tiện này có thể tiện phôi có đường


5
kính từ 1200mm đến 1600mm, công suất động cơ 30 HP, tốc độ trục chính 5 500 vòng/phút.
Trong những năm gần đây, hãng RYAZAN đã sản xuất những máy tiện
CNC với các mã hiệu 16R35F3, 16R50F3, 16R70F3…. (hình 1.3), máy tự
động hai trục, có công suất 2 - 30 HP, tốc độ trục chính 5 - 1800 vòng/phút.

Hình 1.3. Máy tiện CNC Mã hiệu 16R35F3

Hình 1.4. Máy tiện vạn năng KSL-1440


7 - 4000 vòng/phút, hãng Gildemeister (Đức) đã sản xuất ra các loại máy tiên CNC


8
có độ chính xác cao như CTX400E, CTX600E, CT60EPL2, CT40EPL… (hình
1.8) có công suất 15 - 33 HP, tốc độ trục chính 20 - 5000 vòng/phút.

Hình 1.8. Máy tiện CNC CTX600E
Ở Nhật Bản, hãng Wasino đã sản suất các loại máy tiện vạn năng có mã
hiệu LEO-80A, LEO-125A, LE-19J…, có đường kính trục chính 50 - 54 mm,
công suất động cơ 3 HP, tốc độ trục chính tư 50-1500 vòng/phút. Hãng
TAKISAWA sản suất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu TLS-130, TLS550, LL-100, LLA-1000…. (hình 1.9) có đường kính trục chính 190 mm,
công suất động cơ 3 HP, tốc độ trục chính 83 - 1800 vòng/phút.

Hình 1.9. Máy tiện vạn năng mã hiệu TSL-550


9
Trong lĩnh vực máy tự động CNC, hãng TAKISAWA (Nhật) sản xuất các
loại máy tiện CNC mang mã hiệu TMM-200, TMM250, TY-2000, TY-200CS…
(hình 1.10) có công suất 20 - 30 HP, tốc độ trục chính 20 - 6000 vòng/phút.

Hình 1.10. Máy tiện vạn năng mã hiệu TMM-200
Hãng BIRMINGHAM (Trung Quốc) sản suất các loại máy tiện vạn
năng nhã hiệu YCL-1236, YCL-1340, YCL-1440…, có đường kính trục
chính 50 - 70 mm, công suất động cơ 2.5 – 3.0 HP, tốc độ trục chính tư 70 1400 vòng/phút, hãng ZHENG ZHOU (Trung Quốc) sản suất các loại máy
tiện vạn năng có mã hiệu FL – 400B, FL - 450B, FL – 500B, FL-600B…
(hình1.11) có đường kính trục chính 65 - 80 mm, công suất động cơ 6 - 10
HP, tốc độ trục chính 22 - 1800 vòng/phút.
Tình hình sản xuất và sử dụng máy tiện ở một số nước nêu ở trên cho

mới, tác giả cũng đưa được phương pháp chọn chế độ cắt, phương pháp gia
công hợp lý để đạt được hiệu quả gia công cao nhất và nâng cao chất lượng bề
mặt gia công.
Trong công trình [29] tác giả Skrưnphikov V.C. đã nghiên cứu hoàn
thiện kết cấu của dao tiện gắn các mảnh gồm nhiều cạnh để tăng tính vạn
năng của nó.
Các tác giả Boguslavski V.A., Ivtrenko T.G. trong công trình [22] đã
nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt gọt khi tiện vật liệu khó gia công có tính đến
giới hạn của nhiệt độ. Trên cơ sở nghiên cứu thay đổi qui luật của dòng nhiệt
và nhiệt độ phụ thuộc vào tốc độ cắt, lượng ăn dao. Sử dụng phương pháp
nghiên cứu quy hoạch tuyến tính xác định được chế độ cắt gọt tối ưu cho năng
xuất gia công cắt gọt cao nhất và đảm bảo được nhiệt độ cho phép không làm
ảnh hưởng đến chất lượng gia công tiện.
Trong công trình [30] Tác giả Phômenkô R.N. đã nghiên cứu sự ảnh
hưởng của các lớp chất phủ chống mòn cho dao đến thông số kỹ thuật của quá
trình cắt gọt khi tiện kim loại. Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm,
tác giả đã khảo sát sự ảnh hưởng của các lớp chất phủ chống mòn dao khác
nhau đến thông số kỹ thuật của quá trình căt gọt như lực cắt, hệ số ma sát giữa
phôi và mặt trước của giao cắt, nhiệt độ vùng cắt gọt…. và đưa ra một số kết
luận dựa trên các kết quả nghiên cứu.
Việc xác định được sự ảnh hưởng của các lớp phủ chống mòn của dao
cắt đến chất lượng cắt và hướng đến nhiệt độ cắt tối ưu, lực căt … cho phép
xác định được các chỉ tiêu về bề mặt gia công và chế độ cắt tối ưu bằng
phương pháp tính toán.


12
Sử dụng chế độ cắt tối ưu khi sử dụng dao cắt có phủ lớp chống mòn
cho phép tăng tốc độ cắt và năng xuất gia công vì chất phủ chống mòn cho
giao cắt có hệ số ma sát nhỏ, có tác dụng làm giảm lực cản cắt và nhiệt độ


6

0.7

0.165

7

0.5

0.05

8

0.5

0.28

9

0.5

0.165


63
4.8.3. Xác định các thông số hợp lý khi tiện thô
Sau khi tiền hành thí nghiệm theo kế hoạch và ma trận đã lập, ta được
kết quả trình bày ở phụ lục 3 và tiến hành xử lý số liệu thí nghiệm như sau:

0.04

0..03

0.04

0.037

0.027

-0.009

2

0.01

0.01

0.01

0.010

0.010

0.000

3

0.01


0.01

0.010

0.020

0.010

6

0.01

0.01

0.01

0.010

0.006

-0.004

7

0.00

0.00

0.00


0.004

-0.006


64
Các giá trị S2bi tính được như sau:
Tiêu chuẩn Student cho các hệ số là:
T0,0 = 7.3773
T1,0 = -5.2756
T1,1 = 4.3301
T2,0 = -2.5752
T2,1 = 2.3426
T2,2 = 1.8653
Sử dụng tiêu chuẩn Student để đánh giá, những hệ số trong phương
trình (4.12) có ý nghĩa khi Ttt  Tb .
Với   0.05;  = N(n - 1) giá trị Ttt = 18, giá trị tra bảng là Tb = 1.73.
Vậy các hệ số trong phương trình (4.12) có ý nghĩa.
+ Chuyển phương trình hồi quy của hàm mục tiêu về dạng thực:
Trên cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, phương trình hồi quy của
hàm mục tiêu được chuyển về dạng thực có dạng như sau:
Nr = 0.208t2 - 0.260t + 0.137t.s + 0.141s2 - 0.163s + 0.092

(4.13)

4.8.3.2. Phương trình hồi quy hàm chất lượng bề mặt gia công
+ Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai:
Tiêu chuẩn Kohren tính toán được là: Gtt = 0.4565
Giá trị thống kê tra bảng là: Gb = 0.5728
Ta thấy Gtt < Gb, vậy phương sai thí nghiệm là đồng nhất.


3.02

3.487

3.573

0.086

2

5.18

6.40

6.59

6.057

6.607

0.550

3

3.63

3.07

3.20


5.654

-0.636

6

7.50

7.22

7.35

7.357

6.167

-1.190

7

6.32

6.19

6.21

6.240

5.706


Các giá trị S2bi tính được như sau:
Tiêu chuẩn Student cho các hệ số là:
T0,0 = - 3.5293
T1,0 = 5.0839
T1,1 = - 5.2137
T2,0 = 2.9588
T2,1 = 1.8917
T2,2 = - 2.5730
Sử dụng tiêu chuẩn Student để đánh giá, những hệ số trong phương
trình (4.14) có ý nghĩa khi Ttt  Tb .
Với   0.05;  = N(n - 1), giá trị Ttt = 18, giá trị tra bảng là Tb = 1.73.
Vậy các hệ số trong phương trình (4.14) có ý nghĩa.
+ Chuyển phương trình hồi quy của hàm mục tiêu về dạng thực:


66
Trên cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, phương trình hồi quy của
hàm mục tiêu được chuyển về dạng thực có dạng như sau:
Ra = - 51.153t2 + 51.058t +10.597s.t - 85.439s2 + 38.205s - 8.996;

(4.15)

4.8.3.3. Xác định các giá trị hợp lý của chiều sâu cắt và lượng chạy dao
Từ hai phương trình dạng thực (4.13) và (4.15), ta tìm được cực trị của
hai phương trình bằng phương pháp tối ưu tổng quát , cụ thể là:
Với giá trị tối ưu tìm được ta có t = 0.6(mm); s = 0.195 (mm/vòng);
Nr = 0.061(kWh/m3); Ra = 8.308( m ).
4.8.4. Vận hành tiện thô với các thông số tối ưu
+ Kết quả thí nghiệm : Nr = 0.064(kWh/m3); Ra = 8.270( m ).

Mức trên

+1

0.25

0.22

Mức cơ sở

0

0.15

0.135

Mức dưới

-1

0.05

0.05

Khoảng biến thiên

1

0.1



0.25

0.22

5

0.05

0.135

6

0.25

0.135

7

0.15

0.05

8

0.15

0.22

9