i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng 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 nghiên cứu nào khác.
Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên
cứu nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận
đánh giá luận văn của Hội đồng khoa học.
Hà Nội, ngày......tháng......năm 2016
Người cam đoan

Đặng Ngọc Hướng


ii

LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hoàn thành luận văn này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết
ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS. Dương
Văn Tài, đã dành rất nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành
luận văn này.
Trân trọng cảm ơn lãnh đạo nhà trường, phòng sau Đại học, khoa Cơ
điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình.
Trân trọng cảm ơn lãnh đạo trường Cao đẳng nghề Công nghệ và Nông
lâm Phú thọ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa học và
luận văn tốt nghiệp này.
Trân trọng cảm ơn các Nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã đóng góp

NGHIÊN CỨU ...................................................................................................... 20
2.1. Mục tiêu nghiên cứu. ...................................................................................... 20
2.2. Nội dung nghiên cứu....................................................................................... 20
2.2.1.Nghiên cứu lý thuyết: ................................................................................... 20
2.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm: ............................................................................. 20
2.3. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 20
2.3.1. Cấu tạo và thông số kỹ thuật của máy tiện vạn năng Model CA6140A ........ 20
2.3.2. Thông số kỹ thuật của máy tiện vạn năng Model CA6140A......................... 21
2.3.3. Dao tiện ....................................................................................................... 22
2.3.4. Đối tượng gia công ...................................................................................... 24
2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 24


iv

2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ............................................................... 24
2.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ......................................................... 25
Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI .......................................................... 31
3.1. Cơ sở lý thuyết lực tác dụng của phần tử cắt lên phôi ..................................... 31
3.2. Cơ sở lý thuyết quá trình tiện .......................................................................... 32
3.2.1. Các yếu tố chế độ cắt ................................................................................... 32
3.2.2. Chiều dày, bề rộng và tiết diện lớp cắt ......................................................... 34
3.2.3. Lực cắt và các thành phần lực cắt khi tiện. ................................................... 35
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt ................................................................... 38
3.3.1. Ảnh hưởng của bề rộng và chiều sâu cắt đến lực cắt PZ................................ 38
3.3.2. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến lực cắt ........................ 39
3.3.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến lực cắt ................................................ 40
3.3.4. Ảnh hưởng của vật liệu dao tới lực cắt ......................................................... 41
3.3.5. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt .......................................................... 41
3.3.6. Ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt ........................... 43

4.5.6. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt( t) đến độ nhám bề mặt .................................. 65
4.6. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố........................................................................ 66
4.6.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của thông số đầu vào .......... 66
4.6.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm .................................................................... 67
4.6.3. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ....................................................................... 68
4.7. Xác định giá trị tối ưu của tham số ảnh hưởng ................................................ 71
4.7.1. Lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu .................................................. 71
4.7.2. Xác định giá thông số sử dụng hợp lý của máy tiện vạn năng Model
CA6140A. ............................................................................................................. 71
4.7.3. Thực nghiệm tiện theo chế độ tối ưu ............................................................ 72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


vi

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Nguyên nghĩa

Đơn vị

Nr

Chi phí năng lượng riêng

kWh/m3


Hệ số quá tải cho phép

Pz

Lực tiếp tuyến

N

Py

Lực hướng kính

N

Px

Lực chạy dao

N

Vz

Tốc độ cắt

vòng/ph

Vx

Tốc độ chạy dao


t

Chiều sâu cắt

mm

hz

Mức độ mòn mặt sau của dao cắt



Góc nghiêng chính

Độ

1

Góc nghiêng phụ

Độ



Góc mũi dao

Độ





K

Khoảng chia nhóm

a

Số tổ được chia

n

Số lần thí nghiệm

xmax, min

Trị số thu nhập lớn nhất, bé nhất của đại lượng nghiên cứu

St

Sai tiêu chuẩn

S%

Hệ số biến động

R

Phạm vi biến động

Sk

Giá trị tính toán theo tiêu chuẩn Fisher

N

Tổng số thí nghiệm

e

Khoảng biến thiên

R

Hệ số đơn định

T

Giá trị chuẩn Student


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

4.1


3

1.2

a) Lỗ thông; b) Lỗ không thông

4

1.3

Dao tiện vai

5

1.4

Dao tiện mặt phẳng đầu (dao xén mặt đầu)

5

1.5

Dao tiện rãnh và cắt đứt

6

1.6

Dao tiện ren


24

3.1

Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do

31

3.2

Các yếu tố lớp cắt khi tiện

33

3.3

Sơ đồ tính chiều sâu cắt và lượng chạy dao

34

3.4

Hình dạng tiết diện ngang của lớp cắt khi gia công bằng các dao
có góc nghiêng chính φ khác nhau

35

3.5

Sơ đồ lực tác dụng lên lưỡi cắt của dao tiện

42

3.11 Lực cắt Pz phụ thuộc vào v khi gia công gang

43

3.12 Chiều dài đoạn tiếp xúc của dao và chi tiết theo mặt sau

43

3.13 Ảnh hưởng của góc trước  đến các thành phần lực cắt

44


x

3.14 Ảnh hưởng của góc  đến Pz

45

3.15 Ảnh hưởng của góc nghiêng λ đến các lực cắt PZ, PY, PX

46

3.16 Ảnh hưởng của vật liệu dao đến lực cắt

47

3.17 Ảnh hưởng của góc trước  và góc sau  đến tốc độ cắt khi tiện


Ảnh hưởng của góc nghiêng chính  đến chi phí điện năng riêng

61

4.5

Ảnh hưởng của góc nghiêng chính  đến độ nhám bề mặt

62

4.6

Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí điện năng riêng

63

4.7

Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt

64

4.8

Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí điện năng riêng

65

4.9

loại vật liệu, mỗi một loại công dụng đều có chế độ sử dụng khác nhau.
Ở Việt Nam việc nghiên cứu chế độ sử dụng hợp lý cho từng đối tượng vật
liệu khi gia công và cho từng loại nguyên công chưa được quan tâm, chưa có nhiều
công trình, tài liệu được công bố để khuyến cáo các đơn vị sử dụng các máy công cụ
thực hiện nhằm mang lại năng suất chất lượng và giảm chi phí tiêu thụ điện năng
góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất chế tạo máy.
Máy tiện được sử dụng khá phổ biến hiện nay ở các dây chuyền chế tạo máy,
công dụng chủ yếu là tiện trục, tiện bạc, tiện mặt bích, tiện zen, tiện côn trong và
côn ngoài.... mỗi một nguyên công khác nhau, mỗi một loại vật liệu khác nhau đều
có chế độ tiện khác nhau. Việc xác định chế độ tiện sao cho năng suất cao, chất
lượng đáp ứng yêu cầu và chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất là rất cần thiết và ít có
công trình nghiên cứu.


2

Trong các chi phí sản xuất để tạo nên giá thành thì chi phí năng lượng điện
chiếm một phần đáng kể, vì vậy để tìm ra chế độ gia công, và các thông số góc của
dao cắt hợp lý nhằm tiết kiệm năng lượng đến mức thấp nhất để giảm giá thành gia
công chi tiết máy là rất cần thiết và có tính thời sự hiện nay. Bên cạnh đó, chế độ gia
công và các thông số góc của dao cắt ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt, một chỉ
tiêu quan trọng đánh giá chất lượng gia công chi tiết máy trên máy tiện.
Với những lý do đã được trình bầy ở trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng và chi phí điện
năng riêng khi tiện trục trên Máy tiện vạn năng Model CA6140A"
2. Phạm vi nghiên cứu
Do thời gian nghiên cứu có hạn, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội dung sau:
Thiết bị nghiên cứu là máy tiện vạn năng Model CA6140A, vật liệu tiện là thép chế
tạo máy sau nguyên công Đúc C45, công nghệ tiện là tiện trục, các thông số ảnh
hưởng được lựa chọn để nghiên cứu là những thông số ảnh hưởng chính đến chất

a) Dao tiện ngoài đầu thẳng; b) Dao tiện ngoài đầu cong


4

Dao tiện ngoài có hai loại: Dao tiện ngoài đầu thẳng và doa tiện ngoài đầu cong.
b) Dao tiện lỗ
Dao tiện lỗ có hai dạng: dao tiện lỗ thông (hình 1.2a) và dao tiện lỗ không
thông (hình 1.2b).

Hình 5.2. Dao tiện lỗ

Hình 1.2: a) Lỗ thông; b) Lỗ không thông


5

c) Dao tiện vai
Loại dao này có góc  = 900 dùng tiện vai trụ bậc hoặc các trụ vai có đường
kính D nhỏ và chiều dài lớn,  > D, độ cứng vững kém.

Hình 1.3: Dao tiện vai
Khi dùng loại dao này lực hướng kính Py nhỏ sẽ tránh gây ra độ võng chi tiết lớn.
d) Dao tiện mặt phẳng đầu (dao xén mặt)
Loại dao này có thể chế tạo với góc  > 900.

Hình 1.4: Dao tiện mặt phẳng đầu (dao xén mặt đầu)


6



8

Mặt trước không nâng  = 0 (hình 1.7a, b).
Dao gá nâng  > 0 (hình 1.7e).
Dao tiện định hình lăng trụ được kẹp chặt bằng mang cá và vít giữ được
dùng để tiện các bề mặt ngoài định hình (hình 1.8b). Dao tiện định hình hình tròn
được lắp các trục gá và chống xoay bằng khía mặt đầu hoặc chốt (hình 1.8a).
Dao tiện định hình hình tròn được dùng để gia công các mặt định hình ngoài
và trong (các lỗ định hình).
Dao tiện định hình hướng kính các loại được gá sao cho đỉnh dao nằm ngang
tâm chi tiết (hình 1.7a, b).

Hình 1.8: Kẹp chặt dao tiện định hình
a) Dao hình tròn; b) Dao lăng trụ
Dao tiện định hình tiếp tuyến được gá sao cho mặt sau tiếp xúc với đường tròn bé
nhất của chi tiết và hướng chạy dao tiếp tuyến với bề mặt chi tiết (hình 1.7c).
Dao tiện định hình gá nghiêng được dùng khi gia công các chi tiết có phần prôfin
đặc biệt, phải gá nghiêng để N ở các phần đó khác không (N > 0) (hình 1.7đ).
Dao tiện định hình tròn chế tạo dễ hơn hình lăng trụ, nhưng độ chính xác và
độ cứng vững kém hơn. Prôfin lưỡi cắt của dao tiện định hình được tính toán và
thiết kế dựa vào prôfin của chi tiết gia công (định hình) và khi dao mòn được mài
sắc lại theo mặt trước (mặt phẳng) để đảm bảo Prôfin lưỡi cắt không thay đổi.
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện trên thế giới
Gia công kim loại bằng phương pháp tiện xuất hiện từ lâu nhưng mãi tới nửa
cuối của thế kỷ XIX máy tiện mới được sử dụng rộng rãi thực sự nhờ những phát


9


10

từ 440mm đến 1010mm, chiều dài phôi từ 1220mm đến 6200mm, công suất động
cơ từ 9kw đến 38kw, [24] .
Hãng AAS chế tạo các máy tiện CNC với các mã hiệu: HAAS SL-20, HAAS
SL30, HAAS SL-4, HAAS-TL1, HAAS-TL2, HAAS-TL3, HAAS-TL3B, HAASTL3W có các thông số kỹ thuật như: Đường kính phôi lớn nhất gia công được trên
máy 762mm, chiều dài lớn nhất của phôi 1500mm, tốc độ quay của trục 1800
v/phút, công suất động cơ 30kw .
Nhật Bản, nước công nghiệp phát triển đứng thứ hai thế giới sau Mỹ về sản
xuất máy công cụ với hơn 280 hãng sản xuất cho ra đời khoảng 280 nghìn máy
công cụ trong một năm. Hãng Washino đã sản xuất các loại máy tiện vạn năng có
mã hiệu LEO-80A, LEO - 125A, LEO-19J…, có đường kính trục chính 50  54mm,
công suất động cơ 3HP, tốc độ trục chính từ 50 1500 vòng/phút. Hãng
TAKISAWA sản xuất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu TLS-130, TLS-550,
LL-100, LLA-1000, TAC360, TAC800, TAC510… có đường kính trục chính
190mm, công suất động cơ 3HP, tốc độ trục chính 83  1800 vòng/phút, [27].
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… có
công suất 20  30HP, tốc độ trục chính 20  6000 vòng/phút.
Hãng Okuma là một trong những hãng sản xuất máy công cụ lớn ở Nhật Bản
cho ra đời máy tiện với các mác máy: LT300, LT2000, GENOS L200-M, GENOS
L250 GENOS L300-M, GENOS L400 có các thông số kỹ thuật cơ bản như đường
kính phôi gia công được 200mm, chiều dài phôi 225mm, tốc độ quay của trục dao
3000 v/phút, công suất động cơ 7,5kw; các mác máy LU300, LY400, LU35, LU4
có các thông số kỹ thuật cơ bản như đường kính phôi gia công được 3700mm, chiều
dài phôi từ 350mm  1000mm, tốc độ quay của trục dao từ 3000 v/phút  6000
v/phút, công suất động cơ 22kw, [33].
Trong số các nước đang phát triển thì Trung Quốc là nước đứng đầu về chế
tạo máy với hơn 800 xí nghiệp đang hoạt động. Trong số đó, 45% là xí nghiệp sản

Châu Âu … Một số nhà sản xuất máy công cụ lớn như: Hãng Leadwell thành lập
năm 1990, sản phẩm máy công cụ của hãng đảm bảo được yêu cầu tiêu chuẩn ISO9001, có tốc độ cắt cao, độ bền và độ chính xác tương đương với các máy cùng cấp
sản xuất ở Châu Âu; hãng FEELER thành lập năm 1979 là một trong những hãng


12

sản xuất máy hàng đầu ở Đài Loan, sản phẩm của hãng xuất khẩu đến các nước như
Mỹ, Nhật, Châu Âu. Hãng Force one, tuy mới thành lập vào năm 1997 nhưng đã
sản xuất được các sản phảm được biết đến ở nhiều nước đó là máy tiện CNC mang
các mã hiệu như FCL-20TS, FCL-15TS, FCL-30TS, FCL-20TT, TC-3508, TC3515, TC-3523, TC-3530 có các thông số kỹ thuật cơ bản: Đường kính phôi
660mm, chiều dài phôi 820mm, tốc độ quay của trục máy 625v/phút và 2500v/phút,
công suất động cơ chính 26kw, [30], [37].
Từ những phân tích ở trên cho thấy rằng chế tạo máy là một ngành quan
trọng quyết định sự phát triển chung kinh tế của một nước vì vậy, dù là một nước
đang phát triển hay là nước công nghiệp tiên tiến thì việc đầu tư để cho ngành chế
tạo máy phát triển cũng được quan tâm. Để phục vụ nhu cầu của sản xuất ở trong
nước và xuất khẩu ở nhiều nước đã sản xuất nhiều loại máy tiện khác nhau và chúng
không ngừng được hoàn thiện nhờ áp dụng những thành tựu nghiên cứu, phát minh
của các nhà khoa học và những sáng kiến trong quá trình sản xuất ở các công ty, xí
nghiệp. Gia công kim loại bằng phương tiện là phương pháp cắt gọt kim loại được
sử dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất của ngành chế tạo máy đã thu hút sự chú ý
của nhiều học giả.
Nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt
kim loại phải kể đến là các nhà bác học Xô Viết như giáo sư I.A. Time,
K.I.Zvorưkin, G.C.Andrev, V.F.Bobrov, C.H.Philomenko.. Các nhà bác học Mỹ
như O.W.Boston, Merchant.M.E, [34].
Lý thuyết cắt gọt kim loại đi sâu nghiên cứu về quá trình tạo phôi, các lực
phát sinh trong quá trình gia công bằng cơ giới, công suất của thiết bị, chất lượng
sản phẩm khi gia công, những đại lượng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc

Nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm được nhiều nhà khoa
học quan tâm có một số công trình nổi bật của các tác giả như A.A.Anokhina,
V.A.Boguslavsky, A.A.Pustov (25, 26, 31), [41], [42].
Anokhina A.H. đã thực hiện việc nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt gia
công khi tiện vận liệu kim loại khó gia công với tốc độ lớn. Kết quả nghiên cứu cho
thấy rằng sử dụng loại dao cắt làm bằng vật liệu sứ có độ cứng 90 HRA rất phù hợp
với tốc độ cắt 600 - 800m/phút, lượng ăn dao 0.05 - 0.1mm/vòng và chiều sâu cắt
0.15 - 0.25mm cho năng suất cao và đảm bảo độ chính xác và chất lượng bề mặt khi


14

gia công. Tuy nhiên, khi ở chế độ cắt với tốc độ nhỏ dưới 300m/phút, lượng ăn dao
lớn hơn 0.15mm/vòng và chiều sâu cắt lớn hơn 0.3mm bề mặt gia công đạt chất
lượng không cao.
Các tác giả Boguslavsky V.A., Ivtrenko T.G. 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 qui luật thay đổi của dòng nhiệt và nhiệt độ tại vùng cắt gọt phụ
thuộc vào tốc độ cắt, lượng ăn dao. Sử dụng phương pháp nghiên cứu quy hoạch
tuyến tính đã xác định được chế độ cắt gọt tối ưu cho năng suất gia công cắt gạo cao
nhất và đảm bảo được nhiệt độ cho phép không làm ảnh hưởng đến chất lượng gia
công tiện. Sử dụng phương pháp nghiên cứu trong công trình này cho phép chọn
chế độ cắt gọt tối ưu ở các điều kiện khác nhau khi tiện vật liệu khó gia công …
Nghiên cứu hoàn thiện chế độ cắt gọt khi gia công các chi tiết ở trong công
trình [40] . 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
cắt gọt như lực cắt, hệ số ma sát giữa phôi và mặt trước của dao cắt, nhiệt độ vùng
cắt gọt … và đưa ra một số kết luận dựa trên các kết quả nghiên cứu, [46], [47].

Ann Yang) có đặc tính kỹ thuật chính như chiều dài chống tâm 10001600mm, đường
kính phôi 550790mm, tốc độ trục chính 9  600v/phút.
Trong một vài năm gần đây, yêu cầu về chất lượng các sản phẩm cơ khí đòi
hỏi ngày càng cao, một số công ty đã nhập các loại máy tiện hiện đại điều khiển
bằng kỹ thuật số từ nhiều nước khác nhau như hãng Okuma (Nhật) với các máy tiện
CNC mã hiệu GENOS L200, GENOS L250, GENOS L300, GENOS L400, …, sử
dụng hệ điều hành FANUC công suất động cơ 7,5KW, tốc độ trục chính 15 - 3000
vòng/phút; hãng Manford (Đài Loan) các máy tiện CNC với mã hiệu MH-150, ML150, ML-200, MH-300, MH-350, MH-200 có các thông số kỹ thuật chính như
đường kính phôi tiện 500mm, chiều dài phôi lớn nhất 650mm, tốc độ trục chính 30
 4200v/phút, công suất động cơ 11  15kw.