BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

TRẦN TUẤN ANH

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 LD 134.OE

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
------------------------

TRẦN TUẤN ANH

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 LD 134.OE


tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi.
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 11 tháng 08 năm 2012
Tác giả

Trần Tuấn Anh


ii

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn .......................................................................................................... i
Mục lục ...............................................................................................................ii
Danh mục các chữ viết tắt .................................................................................iv
Danh mục các bảng ...........................................................................................vi
Danh mục các hình ...........................................................................................vii
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 1
Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................... 3

1.1. Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt bằng phương pháp tiện và máy
tiện trên thế giới ............................................................................................. 3
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở trong nước ..................... 9
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấ n đề nghiên cứu ......................... 12

4.2. Thiết bị đo và phương pháp đo ............................................................. 52
4.3. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố ........................................................... 53
4.3.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ
nhám bề mặt ............................................................................................. 53
4.3.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng và độ
nhám bề mặt ............................................................................................. 56
4.4. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ............................................................. 61
4.4.2. Xác định mô hình toán của hàm chi phí năng lượng riêng N r ...... 62
4.4.3. Xác định mô hình toán của hàm độ nhám bề mặt Ra .................... 64
4.4.4. Chuyển phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu về dạng thực
.................................................................................................................. 65
4.4.5. Xác định giá trị tối ưu của các thông số V, S................................ 66
4.5.6. Gia công chi tiết với các thông số tối ưu V, S ................................ 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tên gọi

Đơn vị

V

Vâ ̣n tố c cắ t


Trị số thu thập nhỏ nhất của đố i tươ ̣ng đo

N

Công suấ t cắ t

x

Sai số trung bình mẫu

Y

Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu

P

Lực cắt tổ ng hợp

Px

Thành phầ n Lực chiều trục hay lực chạy
dao

mm
m/phút
mm
(v/ph)

KW

Đô ̣ nhá m bề mă ̣t

m

Δd

Sai số đường kính chi tiế t gia công



Góc trước

α

Góc sau



Góc sắ c

δ

Góc cắ t của lưỡi dao


v



Góc nghiêng của lưỡi dao


nct

Dung lươ ̣ng mẫu cần thiế t

ηxy

Hình chiế u của góc thoát phoi lên mặt xy

Y

Giá trị trung hình

S

Sai số tiêu chuẩ n

S 2max

Phương sai lớn nhấ t trong thí nghiêp̣

S 2u

Phương sai của thí nghiê ̣m thứ u

S 2y

Phương sai do sự thay đổ i thông số đầ u vào

Se2


Trang
52

riêng khi vận tốc cắt thay đổi
4.2

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi

54

vận tốc cắt thay đổi
4.3

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng

56

riêng khi lượng chạy dao thay đổi
4.4

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi

58

lượng chạy dao thay đổi
4.5

Giá trị mã hóa của X1, X2,


1.3

Trung tâm gia công tiện CNC- HYUNDAI WIA

8

3.1

Máy tiê ̣n LD134 ta ̣i trường Cao đẳ ng nghề Cơ Giới Ninh
Bình

30

3.2

Chuyển động chính và chuyển động chạy dao khi tiện

31

3.3

Dịch chuyển của các dao cắt

32

3.4

Dao tiện mặt ngoài

33

40

4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6

Đồ thị biểu diễn tương quan giữa vận tốc cắt với chi phí
năng lượng riêng
Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt
Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến chi phí
năng lượng riêng Nr
Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến độ nhám bề
mặt Ra
Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với chi
phí năng lượng riêng Nr
Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với hàm
độ nhám bề mặt

53
55
57
59
62
64


1

Như vậy, tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt là một yêu cầu tất yếu
khách quan. Một trong những vấn đề mấu chốt cần phải giải quyết để nâng
cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình gia công chế tạo cơ khí là phải
xác định được chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công khác nhau, thích ứng
với điều kiện sản xuất cụ thể.
Máy tiện LD 134.OE - thiết bị phục vụ đào tạo và sản xuất tại Cao đẳng
nghề Cơ Giới Ninh Bình, máy với tính năng gia công tạo các mặt trụ ngoài,
mặt côn, tiện lỗ, tiện ren, tiện mặt đầu, tiện cắt đứt, tiện các bề mặt định hình
trong và ngoài…Tuy nhiên quá trình sản xuất các chi tiêt, sản phẩm cơ khí ở
các cơ sở còn có nhiều bất cập như chất lượng, năng suất thấp, giá thành cao
làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây không ít khó khăn trong khâu
tiêu thụ. Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản
phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu tạo
lập cơ sở khoa học xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng gia
công, thiết lập mô hình toán học bài toán tối ưu hóa qúa trình và nghiên cứu
sử dụng hiệu quả thiết bị nhập nội trong điều kiện Việt Nam.
Từ những luận điểm khoa học và yêu cầu thực tiễn nêu trên chúng 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 LD 134.OE ”. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là
tài liệu cần thiết cho tính toán thiết kế, cải tiến và sử dụng hiệu quả các thiết
bị phục vụ đào tạo cán bộ kỹ thuật và thực tiễn sản xuất, góp phần nâng cao
chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất.


3
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt bằng phương pháp tiện và
máy tiện trên thế giới

trình nghiên cứu tương tự nào ra đời.
Nghiên cứu quá trình cắt vật theo hướng kết hợp lý thuyết và thực
nghiệm đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M.P. Semko,
E.M.Trent; Granôpxki (Nga);V. Gazda (Tiệp Khắc (cũ); P. Korecky (Pháp); J.
Shinozuka (Nhật); Bhattacharya A. (Ấn Độ)... với những kết luận quan trọng
về các sơ đồ cắt động học, sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt.
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i ngày càng
được hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh
trong quá trình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và
chính xác hơn về những cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong
quá trình cắt. Lực cắt đơn vị và các qui luật của lực cắt được xác định thông
qua công thức lý thuyết [5, 15, 31, 42, 47].
Chế độ cắt được đặc trưng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy dao
và chiều sâu cắt. Chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu
hao năng lượng và năng suất các máy. Nhiều công trình của các nhà khoa học
đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự
hao mòn của công cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - Dao cắt
- Đồ gá - Chi tiết gia công” cũng như các hiện tượng lý - hóa xảy ra trong
vùng cắt. Điển hình là công trình của nhà bác học Nga Granôpxki về phân
nhóm các sơ đồ cắt động học, công trình của Zorev N.N. về các lực cắt trên
các bộ phận của dao cắt, các công trình của các nhà khoa học Đức
Kronenberg, Friedrich, Hippler… về các qui luật cơ bản của lực cắt, các công
trình lý thuyết và thực nghiệm của các nhà khoa học Sokolovski, Kasirin,
Tlusty, Tolias, Bhattacharya … đã đi sâu và chính xác hóa nhận thức về
nguyên lý và qui luật tự rung khi gia công, hay các công trình của các nhà


5
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.

động của vit 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. 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.
Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại, vật liệu phi kim loại các nhà
khoa học Spirindonov A.A, Fedorov V.B., Molchanov G.I., Aliabiev V.I.,
Manjốt F.M. , Makovski N. V. ,… [5,18, 20, 41, 42, 48] đã chỉ rõ chất lượng gia
công bao gồm chất lượng bề mặt gia công và độ chính xác gia công là những
chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy và thiết bị, biểu thị sự hoàn thiện
kỹ thuật trong việc sử dụng chúng để tạo ra các sản phẩm. Chất lượng gia công
phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với từng điều kiện sản xuất cụ thể sẽ có các chỉ
tiêu đánh giá định lượng thông qua những biểu thức toán học miêu tả sự tác
động tương hỗ của những yếu tố ảnh hưởng tới chúng.
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 [15,38, 40].
Công nghệ và thiết bị sản xuất gia công các loại vật liệu phục vụ sản xuất đã
được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Mỹ, Đức, Nhâ ̣t, Thuỵ Điển,
Úc…nghiên cứu sâu rộng với các dây chuyền sản xuất hiện đại [6, 28] . Nhiều hãng
nổi tiếng như: MAC (Đức) sản xuất các loại máy tiện CNC mã hiệu CJK1640 (hình
1.1) với khả năng gia công linh hoạt, đường kính chi tiết gia công có thể tới 410 mm,
chiều dài chi tiết 800mm, dải vận tốc vô cấp 8 – 2000 rpm; Hãng Fanuuc (Mỹ) chế
tạo các máy tiện, khoan liên hợp mã hiệu PDL-T6/8 (hình 1.2), máy có thiết kế
hiện đại, đặc biệt cho phép gia công nhiều chủng loại sản phẩm tinh xảo, vận


7
hành an toàn, tiếng ồn nhỏ, năng suất cao và vận hành dễ dàng hơn, bộ điều
khiển FAGOR có giao diện thân thiện sử dụng ngôn ngữ ISO cùng với hệ

Chế độ cắt gọt - tổ hợp của 3 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. Tối ưu hóa quá trình cắt gọt
được nghiên cứu và phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp tiên tiến như
Đức, Mỹ, Nhật, Nga, Pháp, Thuỵ Sĩ, Pháp,..Ở những nước này song song với
việc nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt người ta tiến hành xây dựng ngân hàng
dữ liệu về chế độ gia công cơ để tạo lập cơ sở cho việc tự động hóa chuẩn bị
công nghệ. Điển hình về lĩnh vực này có các công trình nghiên cứu của C.C.
Rudnik, F. Lierath, W. Koenig, K. Essen, và trong gia công gỗ có A.A.Pizurin,
M.S.Rozenblit ....[ 1, 5, 45].
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở trong nước
Trong nền kinh tế quốc dân, ngành Cơ khí đóng một vai trò rất quan
trọng. Ngay từ khi mới ra đời, ngành công nghiệp cơ khí ở nước ta đã được
Đảng và Nhà nước xác định là ngành có vai trò then chốt và luôn được ưu tiên
phát triển, đã có nhiều nhà máy cơ khí lớn được xây dựng, có nhiều trung tâm
đào tạo, nghiên cứu ra đời. Theo số liệu thống kê hiện nay, số lươ ̣ng cơ sở cơ
khí chiếm khoảng 12% lao đô ̣ng công nghiệp của cả nước, góp phần đáng kể
trong công cuộc Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Lĩnh vực cơ khí chế ta ̣o nói chung và ngành Tiê ̣n nói riêng có những
bước phát triên đáng kể về số lươ ̣ng và chấ t lươ ̣ng như đã đươ ̣c giới thiêụ
trong tài liệu “Giáo trin
̣ của các nhà khoa học Nguyễn Thi ̣ Quỳnh,
̀ h Tiên”
Phạm Minh Đạo, Trầ n Sỹ Tuấ n, 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 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




11
Vấn đề miêu tả toán học các quá trình gia công gỗ bằng cơ giới cũng đã
được T.S. Hoàng Việt đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu, các bài giảng
dành cho học viên cao học [23, 24, 25].
Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá tới
Topografie của đá mài tác giả Trần Minh Đức trong tài liệu [1] đã đưa ra kết
luận quan trọng: thông số công nghệ của quá trình sửa đá bao gồm chiều sâu
sửa đá và tốc độ tiến dao dọc là một trong những yếu tố có ảnh hưởng quyết
định tới khả năng cắt và tuổi bề của đá.
Liên quan tới mô tả toán học ảnh hưởng của các thông số chế độ gia
công khi cắt vật liệu thép xây dựng đã được đề cập trong các tài liệu
[15,27,28]. Kết quả nghiên cứu cho thấy dạng lưỡi cắt, vận tốc cắt, vận tốc
đẩy ảnh hưởng lớn đến hai chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt
vật liệu thép xây dựng.
Nhận xét
Lĩnh vực cơ khí chế ta ̣o nói chung và ngành Tiê ̣n nói riêng có những
bước phát triên đáng kể. Tuy nhiên, từ khi bước sang cơ chế thị trường, ngành
cơ khí Việt Nam đã bộc lộ rất nhiều yếu kém, trong đó vấn đề nổi cộm nhất là
khả năng cạnh tranh của ngành rất hạn chế ngay cả ở thị trường trong nước.
Thị trường tiêu thụ sản phẩm bị thu hẹp, không đủ sức cạnh tranh với hàng
hóa ngoại nhập, hoạt động sản xuất kinh doanh gặp rất nhiều khó khăn...
nhiều doanh nghiệp đứng trước nguy cơ bị phá sản. Có nhiều nguyên nhân
làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có
nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị.
Thiết bị công nghệ và các quá trình gia công cơ vật liệu kỹ thuật trong đó
có các loa ̣i máy tiê ̣n đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh. Đó là những
cơ sở và luận chứng khoa học nền tảng cho các nghiên cứu phát triển và ứng
dụng. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật

+ Bổ sung dữ liệu khả năng công nghệ của máy tiê ̣n LD 134.OE, là cơ
sở để sử dụng loại này trong các quá trình sản xuất gia công chi tiế t trong các
xưởng gia công cơ khí.


13
+ Xác định được định lượng ảnh hưởng một số yếu tố chế độ cắt đến độ
nhám bề mă ̣t và độ chính xác gia công khi sản xuất các chi tiết trục là cơ sở
cho thiết lập mô hình toán học bài toán tối ưu hóa quá trình cắt gọt đồng thời
là cơ sở để tính toán thiết kế, cải tiến hoàn thiện các máy tiện .
- Ý nghĩa thực tế:
+ Khẳng định các thông số chế độ cắ t hợp lý trên máy tiê ̣n LD 134.OE
phục vụ tra cứu áp dụng khi lựa chọn và sử dụng máy.
+ Định hướng cho các cơ sở sản xuất tổ chức và chỉ đạo kỹ thuật khâu
gia công đảm bảo nâng cao chất lượng sản phẩm, góp phần nâng cao hiệu quả
sản xuất.


14
Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung:
Xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của chế độ cắt đến chi phí năng
lượng riêng và chất lượng gia công trên máy tiê ̣n mã hiệu LD 134.OE. Từ cơ
sở đó xác lập chế độ cắt tối ưu góp phần xây dựng ngân hàng dữ liệu đảm bảo
sử dụng kỹ thuật hiêụ quả nhất cho các máy tiên.
̣
Mục tiêu cụ thể:

- Nghiên cứu thực nghiệm: Xác lập mục tiêu, nội dung và tổ chức thí
nghiệm, thu nhận kết quả thí nghiệm, xây dựng mô hình toán học của các hàm
mục tiêu trong mối tương quan với các tham số điều khiển. Xác định chế độ làm
việc hợp lý khi gia công tạo chi tiết trên máy tiện LD 134.OE.
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu chung
Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung
nghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp kế thừa
và phương pháp thực nghiệm.
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết được sử dụng trong nghiên cứu các
công trình khoa học, tổng hợp cơ sở lý luận để giải quyết các nội dung: tổng
quan về vấn đề nghiên cứu; tạo lập cơ sở lý luận của đề tài.
- Phương pháp kế thừa: được sử dụng trong phân tích lựa chọn, sử dụng
các kết quả đã được nghiên cứu trên thế giới và trong nước có liên quan phục vụ
giải quyết nội dung thực nghiệm, nhận xét đánh giá kết quả.


16
- Phương pháp thực nghiệm được sử dụng là qui hoạch thực nghiệm đơn
và đa yếu tố để giải quyết các nội dung nghiên cứu thực nghiệm.
Quá trình gia công cơ khí nói chung, gia công cắt gọt kim loại nói riêng
chịu ảnh hưỏng của nhiều yếu tố khác nhau như: Các yếu tố đặc trưng cho đối
tượng gia công (loại kim loại, các tính chất cơ - lý - hóa học của kim loại);
Các yếu tố đặc trưng cho công cụ gia công như: các tính chất cơ lý của vật
liệu chế tạo công cụ; các thông số hình học, độ sắc của dao cắt, chất lượng bề
mặt các cạnh biên lưỡi cắt, bề dày công cụ, số cạnh cắt tham gia làm việc, độ
chính xác của công cụ; Các yếu tố đặc trưng cho máy móc thiết bị như: độ
cứng của hệ "Máy - Công cụ cắt - Thiết bị gá kẹp phôi", động học và động lực
học của hệ..; Các yếu tố đặc trưng quá trình gia công cơ giới: bề dày phoi cắt,
chiều rộng phoi, quỹ đạo mặt phẳng cắt, các góc cắt, vận tốc đẩy và vận tốc