BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

NGUYỄN THỊ HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ
CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CZ6240A

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

NGUYỄN THỊ HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ
CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CZ6240A


trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Tất cả các tài liệu tham khảo
đều có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng.
Hà Nội, ngày 5 tháng 7 năm 2012
Tác giả

Nguyễn Thị Hoà


ii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn.................................................................................................................. i
Mục lục ...................................................................................................................... ii
Danh mục các bảng ................................................................................................... v
Danh mục các hình .................................................................................................. vi
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 gia công cắt gọt kim loại
trên thế giới ................................................................................................... 3
1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện ở Việt Nam ........................ 9
1.3. Kết Luận: .............................................................................................. 12
Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ...................................................................................................... 15
2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu............................................................................. 15
2.2. Đố i tươ ̣ng, pha ̣m vi nghiên cứu ........................................................... 15
2.3. Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................... 16
2.4. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 16
2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu chung ............................................ 16
2.4.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ..................... 18

lượng riêng .............................................................................................. 71
4.5. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ............................................................ 76
4.5.1. Vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh
hưởng....................................................................................................... 76
4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm ...................................................... 77


iv
4.5.3. Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Harley với số lần lặp lại của
mỗi thí nghiệm m = 3 ............................................................................. 78
4.5.4. Xác định mô hình toán của hàm độ nhám bề mặt Ra ................... 78
4.5.5. Xác định mô hình toán của hàm chi phí năng lượng riêng Q...... 79
4.6. Lập và giải bài toán tối ưu đa mục tiêu ................................................ 81
4.7. Gia công chi tiết với các thông số tối ưu (Vtư, Stư và ttư )..................... 85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


v
DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

1.1

Thông số kỹ thuật máy tiện CJK1640


Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng
riêng khi vận tốc cắt thay đổi

65

4.4

Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của lượng chạy dao
đến độ nhám bề mặt Ra và chi phí năng lượng riêng

66

4.5

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi
lượng chạy dao thay đổi

68

4.6

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng
riêng khi lượng chạy dao thay đổi

70

4.7

Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới

4.13 Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm chi phí năng lương riêng.

80


vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

1.1

Máy tiện CNC mã hiệu CJK1640

6

1.2

Máy tiện CNC PDL - T6/8

6

1.3

Trung tâm gia công tiện CNC- HUYNDAI WIA

8


3.6

Hình 3.6. Hệ thống lực cắt khi tiện

41

3.7

Hình 3.7. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến
các tỷ lệ lực khi tiện thép 40

42

3.8

Hình 3.8. Các dạng bề mặt gia công:

44

3.9

Hình 3.9. Độ nhám bề mặt

45

3.10 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên dao cắt khi tiện

52


Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt

73

4.6

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

75


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghiệp cơ khí có vai trò quan trọng trong hệ thống các ngành
công nghiệp. Nó không chỉ là “quả tim” của công nghiệp nặng, mà còn là
“máy cái” của nền sản xuất xã hội. Công nghiệp cơ khí cung cấp máy công
cụ, máy động lực, thiết bị toàn bộ... cho tất cả các ngành kinh tế và hàng tiêu
dùng cho nhu cầu của con người.
Trong bối cảnh hiện nay, khi mà tất cả các ngành kinh tế - kỹ thuật
trong cả nước đang cố gắng đẩy nhanh quá trình phát triển nhằm tạo ra năng
suất lao động ngày càng cao và nâng cao chất lượng sản phẩm, phục vụ tốt
nhu cầu của cuộc sống…
Ngành cơ khí của chúng ta cũng không nằm ngoài guồng quay đó,
nhưng làm thế nào để có thể từng bước thay đổi, làm thế nào để tạo ra những
sản phẩm ngày càng chất lượng hơn?
Tối ưu hoá quá trình sản xuất là một công cụ hữu hiệu để đạt được mục
tiêu đó. Tuy nhiên tối ưu hoá toàn bộ quá trình sản xuất nói chung, trong chế
tạo cơ khí nói riêng là một bài toán rất lớn và chỉ có thể giải quyết được sau
khi đã thực hiện được nhiệm vụ tối ưu hoá các nguyên công của quá trình gia
công cơ.

năng suất thấp, giá thành cao làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây
không ít khó khăn trong tiêu thụ.
Chính từ tính cấp thiết và hữu dụng của vấn đề, với mong muốn đóng
góp phần nhỏ bé của mình vào việc tìm ra những giải pháp nhằm nâng cao
chất lượng của sản phẩm cơ khí và giảm giá thành sản phẩm, tôi tiến hành
thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: ”Nghiên cứu ảnh hưởng của một số
yếu tố chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia
công trên máy tiện CZ6240A”.
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho sử dụng hiệu
quả thiết bị phục vụ đào tạo cán bộ, công nhân kỹ thuật và thực tiễn sản xuất,
tạo ra những sản phẩm có chất lượng, góp phần đưa đất nước tiến nhanh trên
con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá.


3
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện gia công cắt gọt kim loại
trên thế giới
Trong kinh tế, ngành công nghiệp cơ khí chế tạo vẫn đóng vai trò chủ
đạo, góp phần làm thay đổi diện mạo thế giới, với trên 20 triệu doanh nghiệp
đang hoạt động trên các châu lục, chiếm tới 28% số lượng việc làm và đóng
góp 25% giá trị tổng sản phẩm của thế giới.
Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại
rất phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy. Quá trình cắt kim loại là quá
trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp kim loại thừa khỏi chi tiết,
nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương
quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công.
Tiện là phương pháp gia công cắt gọt được thực hiện nhờ chuyển động
tịnh tiến thông thường do phôi quay tròn tạo thành chuyển động cắt V c kết

hao mòn của dụng cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ " Máy- dao cắtđồ gá- chi tiết gia công" cũng như hiện tượng lý - hóa xảy ra trong vùng cắt:
Điển hình là công trình cuả nhà học Nga Granôpxki về phân nhóm các sơ đồ
cắt động học, công trình của Zorev N.N. về lực cắt trên các bộ phận của dao
cắt.Các công trình của các nhà khoa học Đức Kronenberg, Friedrich,
Hippler... về các quy luật cơ bản của lực cắt. Các công trình lý thuyết và thực
nghiệm của các nhà kho học Sokolovski, Kasirin, Tlusty, Tolias,
bhattacharya...đã đi sâu và chính xác hóa nhận thức về nghuyên lý và quy luật
tự rung khi gia công. Các công trình của các nhà khoa học Ostermann,
Laladze, malkin, Smith về phương pháp giải tích của trường nhiệt độ trong
dụng cụ cắt, phoi và chi tiết gia công. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ
của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy gia công tiện nói
riêng đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ khá sớm


5
Năm 1712, một thợ cơ khí người Nga (Nartốp) đã chế tạo được máy
tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình. Việc chép hình theo mẫu được
thực hiện tự động. Chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng- thanh răng
thực hiện.
Đến năm 1798 (86 năm sau) ông Henry Nandsley người Anh mới
nghiên cứu thay thế chuyển động này bằng chuyển động của vít me- đai ốc.
Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ tiếp phôi và
trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng.
Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới như Pittler ludnig Low (Đức), RSK
(Anh) đã chế tạo được máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh.
Nhằm không ngừng nâng cao khả năng làm việc của các công cụ cắt,
nhiều công trình đã đi sâu nghiên cứu động học, động lực học quá trình gia
công. Điển hình là các công trình của G.I. Granovski, A.M. Danielian;
A.S.Kondratiev.
Công nghệ và thiết bị sản xuất gia công các loại vật liệu phục vụ sản


4000
2140 x 1260 x 2050
2000

Hình 1.2. Máy tiện CNC PDL - T6/8


7
Bảng 1.2 - Thông số kỹ thuật máy tiện CNC PDL - T6/8
MODEL

Đơn vị

PDL-T6/T6A PDL-T8/T8A

Đường kính tiện vượt băng máy

mm

Ø420

Ø550

Đường kính tiện vượt bàn xe dao

mm

Ø330


Tốc độ trục chính

V/ph

6000/4800

4500/3500

Đường kính lỗ trục chính

mm

Ø56/62

Ø62/87

A2-5/A2-6

A2-6/A2-8

5.5/7.5

15/18.5

9/12

18.5/22

Độ côn trục chính


Độ côn ụ định tâm
Tốc độ di chuyển không tải trục X/Z

m/ph

Số vị trí gá dao

4/6/12/20/30/48

Bộ điều khiển CNC

Fanuc/Siemen/Mitsubishi

Kích thước dao (tiện/khoan)

mm

Chiều dài máy

mm

1750

2000

Chiều rộng máy

mm

3010



8

Hình 1.3 . Trung tâm gia công tiện CNC- HUYNDAI WIA
Bảng 1.3 - Thông số kỹ thuật máy tiện CNC- HUYNDAI WIA
Tiện qua băng

Ø590mm

Tiện qua bàn xe dao

Ø375mm

Đường kính mâm cặp

Ø254mm

Đường kính tiện lớn nhất

Ø410mm

Chiều dài tiện lớn nhất

1070mm

Đường kính lỗ trục chính

Ø76mm


22kW

Động cơ trục X

3kW

Động cơ trục Z

4kW


9
Vấn đề mô hình hóa và tối ưu hóa quá trình công nghệ gia công cùng
với những phương pháp luận hiện đại, nghiên cứu cắt gọt kim loại đã được
các nhà khoa học, Giáo sư C.C. rudnik, E.I. Pheldstein, G. Spur, W.Koenig,
F.klocke,... tập trung nghiên cứu và phát triển mở rộng với nhiều công trình
nổi tiếng về tối ưu hóa các quá trình gia công cắt gọt.
Chế độ cắt gọt - tổ hợp của ba thông số cơ bản: Vận tốc cắt, lượng chạy
dao và chiều sâu cắt là một trong những vấn đề có tầm quan trọng, đặc biệt là
trong nghiên cứu sử dụng thiết bị công nghệ. Chế độ cắt hợp lý đã góp phần
quyết định đến chất lượng và năng suất gia công.
1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện ở Việt Nam
Ngành cơ khí là một ngành có vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc
dân. Công nghiệp cơ khí không chỉ cung cấp các sản phẩm tiêu dùng mà quan
trọng hơn là cung cấp thiết bị, máy móc cho nhiều ngành sản xuất khác. Đặc
biệt trong điều kiện hiện nay khi đất nước ta đang tiến hành công nghiệp hoá hiện đại hoá thì công nghiệp cơ khí càng có vai trò to lớn hơn bao giờ hết.
Ngành cơ khí chế tạo ở Việt Nam mới bắt đầu được xây dựng từ năm
1956, tính đến nay mới chỉ có 53 năm xong lại trải qua gần 20 năm chiến
tranh hết sức khốc liệt do Mỹ tiến hành. Tuy thế, nhờ sự lãnh đạo sáng suốt
của Đảng và Chính phủ, chúng ta đã tranh thủ tối đa sự giúp đỡ của các nước

số 186/2002/QĐ-TTg ngày 26/12/2002 phê duyệt: “chiến lược phát triển
ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020”. Trong đó ưu
tiên phát triển chuyên ngành, sản phẩm cơ khí trọng điểm, gồm: Thiết bị toàn
bộ; Máy động lực; Cơ khí phục vụ nông – lâm – ngư nghiệp và công nghiệp
chế biến; Máy công cụ; Cơ khí xây dựng; Cơ khí đóng tàu; Thiết bị kỹ thuật
điện – điện tử; Cơ khí ôtô – Cơ khí giao thông vận tải.
Trong giai đoạn này, cùng với sự hoàn thiện các chính sách của nhà
nước đối với ngành cơ khí, tình hình đầu tư đã có sự tiến bộ đáng kể: Chỉ tính


11
riêng trong ngành công nghiệp đóng tàu, Nhà nước đã cho tập đoàn Công
nghiệp tàu thủy Việt Nam vay ưu đãi từ nguồn vốn trái phiếu Chính phủ tổng
số 780triệu USD. Đã có nhiều doanh nghiệp FDI đầu tư lớn vào ngành cơ khí
như: Tập đoàn Doosan Hàn Quốc đầu tư 360 triệu USD để xây dựng nhà máy
chế tạo các thiết bị cơ khí lớn tại khu kinh tế Dung Quất…
Theo số liệu thống kê hiện nay, số lượng cơ sở cơ khí có khoảng
53.000 cơ sở và số lượng công nhân tham gia trực tiếp khoảng 500.000 lao
động, chiếm khoảng 12% lao động công nghiệp của cả nước, góp phần đáng
kể trong công cuộc Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Lĩnh vực cơ khí nói chung và ngành tiện nói riêng có những bước phát
triển đáng kể về cả số lượng và chất lượng như đã được giới thiệu trong "Giáo
trình Tiện" của nhà khoa học Nguyễn Thị Quỳnh, Phạm Minh Đạo, Trần Sỹ
Tuấn, năm 2009. Máy tiện chiếm khoảng 25% đến 35% tổng số thiết bị trong
phân xưởng gia công cắt gọt.
Máy tiện được chế tạo ở trong nước nhờ sự giúp đỡ của Liên Xô (cũ) từ
những thập niên 60 của thế kỷ 20. Trải qua thời kỳ dài phát triển chúng ta đã
có khá nhiều loại máy tiện được chế tạo trong nước và nhập khẩu từ các nước
tiên tiến.
Trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và ứng dụng về gia công vật liệu kỹ

theo xu hướng chung đó. Trước mắt có rất nhiều cơ hội nhưng cũng không ít
thách thức. Một trong những thách thức đó là sự thua kém các nước về chất
lượng sản phẩm. Đặc biệt khi hiệp ước AFTA có hiệu lực đối với Việt Nam
vào năm 2005 thì hàng rào thuế quan sẽ không còn nữa, chúng ta sẽ phải xây
dựng hàng rào phi thuế quan. Trước hết, phải tăng khả năng cạnh tranh trên
thị trường trong nước vũng như trên thế giới. Đối với ngành cơ khí nền tảng


13
của quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, thì vấn đề nâng cao
chất lượng sản phẩm lại cực kỳ quan trọng. Để thực hiện được mục tiêu của
Đảng đề ra: “ Đến năm 2020 đưa nước ta cơ bản trở thành một nước công
nghiệp” thì ngành cơ khí trong nước phải đủ năng lực sản xuất được phần lớn
thiết bị, máy móc cung cấp cho nền kinh tế quốc dân. Tuy nhiên hiện nay tình
trạng thiết bị của ngành cơ khí nước ta đã quá cũ kĩ, công nghiệp lạc hậu với
thế giới hàng chục năm, do đó chất lượng sản phẩm của ngành cơ khí khó có
thể đáp ứng một cách đầy đủ cho ngành kinh tế trong nước cũng như thị
trường quốc tế. Thực tế trên cho thấy đây chính là thách thức lớn nhất đối với
ngành cơ khí Việt Nam nói chung và ngành tiện nói riêng.
Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản
phẩm thấp nhưng trong dó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu sử
dụng hiệu quả thiết bị. Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ
thuật nói chung, kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp nói
riêng, việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị công nghệ một cách có hiệu quả và
thu được những sản phẩm theo yêu cầu là một trong những nhiệm vụ cấp thiết
và quan trọng hàng đầu trong mọi quá trình sản xuất.
Vấn đề nghiên cứu tối ưu hóa các quá trình gia công cắt gọt vật liệu ở
nước ta cho tới nay chưa được đặt ra. Phần lớn trong quá trình chuẩn bị sản
xuất các nhà công nghệ vẫn phải dựa vào các sổ tay để tra cứu. Số liệu trong
các sổ tay là các số liệu kinh nghiệm thu được trong các điều kiện sản xuất và

trục trên máy tiện CZ6240A. Từ cơ sở đó xác định chế độ cắt hợp lý góp phần
xây dựng ngân hàng dữ liệu phục vụ cho việc khai thác, sử dụng máy tiện đạt
hiệu quả và chất lượng gia công cao nhất.
2.2. Đố i tươ ̣ng, pha ̣m vi nghiên cứu
Trong đề tài luận văn giới hạn ở các đối tượng và phạm vi nghiên cứu
cụ thể sau:
a/. Thiết bị gia công:
Thiết bị nghiên cứu được sử dụng là máy tiê ̣n mã hiệu CZ6240A.
Đây là loại máy tiện được sản xuất tại Viêṭ Nam và hiện đang được sử dụng
phổ biến trong các xưởng gia công cơ khí của các Công ty, các Trường đào
tạo chuyên ngành kỹ thuật và đào tạo nghề cơ khí ở nước ta.
b/. Vật liệu, chi tiết gia công và dao cắt:
Đề tài không nghiên cứu tất cả các loại vật liệu kim loại, cũng không
nghiên cứu ở nhiều loại dao cắt của các Hãng khác nhau mà chỉ tập trung
nghiên cứu loại vật liệu phổ biến trong ngành cơ khí là thép C45 chưa qua
nhiệt luyện. Sản phẩm là chi tiết được tiện ngoài phục vụ làm các trục hay
đưa đến các công đoạn gia công tiếp theo như chế tạo các trục vít me, hoàn
thiện bề măt…. Dao tiện được lựa chọn là một chủng loa ̣i.
c./ Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu:
Các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng gia công là độ nhám bề mặt chi
tiết và chi phí năng lượng riêng. Các tham số của chế độ cắt được lựa chọn để


16
nghiên cứu sự ảnh hưởng của chúng tơí các chỉ tiêu về chi phí năng lượng
riêng và chất lượng bề mặt gia công là vận tốc cắt V, lượng chạy dao S và
chiều sâu cắt t.
2.3. Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu của đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những
nội dung sau:

thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố còn lại. Phương pháp
cổ điển chỉ cho phép tìm kiếm cái mới phụ thuộc đơn định giữa các chỉ tiêu
đánh giá và các yếu tố ảnh hưởng một cách riêng biệt trong khi làm thực
nghiệm một cách riêng rẽ theo từng yếu tố. Mặc dù có trong tay một tập hợp
các phương trình thực nghiệm đơn yếu tố nhưng vì chúng chỉ là những trường
hợp riêng nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từng yếu
tố trong mối tác động qua lại giữa chúng, và như vậy cũng không thể tìm
kiếm phương án phối hợp tối ưu các yếu tố ảnh hưởng.
Với bài toán tìm kiếm điều kiện tối ưu thì phương pháp này không cho
thấy hướng chuyển dịch của các tương quan. Các thực nghiệm đó thuộc dạng
thụ động. Từ phân tích trên cho thấy việc áp dụng phương pháp qui hoạch
thực nghiệm để thực hiện đề tài luận văn là cần thiết vì qui hoạch thực
nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại. Đó
là phương pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích
cực. Cơ sở toán học, nền tảng của lý thuyết qui hoạch thực nghiệm là toán học
thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui.
Theo nghĩa rộng, qui hoạch thực nghiệm là tập hợp các tác động nhằm
đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúc
của quá trình nghiên cứu đối tượng (từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo
ra mô hình toán, xác định các điều kiện tối ưu). Trong điều kiện đã hoặc chưa
hiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối tượng.