BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ
ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH
HÌNH RÃNH TRÒN XOAY

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2018


MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC ............................................................................................................................ I
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... IV
DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................................V
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................. IX
MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1
1. Lý do lựa chọn đề tài luận án .........................................................................................1
2. Mục đích, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu ........................................2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................................2
4. Những đóng góp mới .......................................................................................................3
5. Cấu trúc của luận án .......................................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI ĐỊNH HÌNH ........................................................5
1.1. Đặc điểm chung của quá trình mài định hình ...........................................................5
1.2. Các phương pháp mài định hình.................................................................................8
1.3. Các đại lượng đặc trưng của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay .................12
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ..............................................................14

3.1.3. Các đại lượng đầu ra ..............................................................................................56
3.1.4. Các đại lượng cố định.............................................................................................57
3.1.5. Các đại lượng nhiễu................................................................................................57
3.2. Điều kiện thực nghiệm ...............................................................................................57
3.2.1. Máy mài định hình ..................................................................................................57
3.2.2. Phôi thực nghiệm ....................................................................................................60
3.2.3. Đá mài .....................................................................................................................61
3.3. Các thiết bị đo .............................................................................................................61
3.4. Thiết kế, chế tạo hệ thống đo khí nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn
vòng trong ổ bi ...................................................................................................................63
3.4.1. Nguyên lý của phương pháp đo mòn đá bằng hệ đo khí nén.................................63
3.4.2. Tính toán thiết kế hệ đầu đo khí nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng
trong ổ bi ...........................................................................................................................69
3.4.3. Xây dựng đường đặc tính động của hệ thống đo khí nén ......................................75
3.4.4. Đặc điểm của dòng khí nén xung quanh đá mài đang quay khi mài định hình rãnh
lăn vòng trong ổ bi ............................................................................................................81
3.4.5. Giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo để đo trực tuyến độ mòn của đá mài khi
mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi............................................................................83
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ..................................................................................................93

II


CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA CHI TIẾT KHI MÀI
ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY...................................................................................94
4.1. Xác định phương pháp tiến hành thực nghiệm .......................................................94
4.2. Thực nghiệm kiểm chứng khả năng làm việc của hệ thống thí nghiệm ................94
4.2.1. Trình tự các bước tiến hành thí nghiệm .................................................................94
4.2.2. Kết quả thực nghiệm ...............................................................................................97


Đơn vị

Vs

Tốc độ của đá mài

m/s

Vw

Tốc độ của chi tiết

m/ph

ds

Đường kính đá mài

mm

dw

Đường kính chi tiết

mm

Shk

Lượng chạy dao hướng kính


N

Ra

Sai lệch profin trung bình cộng

m

Hz

Lượng mòn của đá mài

m

O

Độ ô van

m

GA

Giải thuật di truyền

HTCN

Hệ thống công nghệ

GSTT

bạc ổ bi cầu định vị trên các giá đỡ cố định ........................................................................ 17
Hình 1.15. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm mài định hình trên máy mài phẳng để đánh giá khả
năng cắt gọt của đá mài CBN .............................................................................................. 20
Hình 1.16. Sơ đồ nguyên lý và hệ thống thí nghiệm đo diện tích mòn phẳng của đá bằng máy
ảnh CCD camera.................................................................................................................. 20
Hình 1.17. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đo mòn đá khi mài phẳng bằng cách sử dụng một micromet
không khí để đo sự thay đổi vận tốc của luồng không khí xung quanh đá mài đang quay ....... 21
Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đo mòn đá khi mài phẳng bằng cách sử dụng một ống
Pilot để đo sự thay đổi vận tốc của luồng không khí xung quanh đá mài đang quay ............... 21
Hình 1.19. Sơ đồ nguyên lý đo mòn đá khi mài phẳng bằng hệ đầu đo khí nén ................. 21
Hình 1.20. Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết với thành phần lực tiếp tuyến riêng ..... 22
Hình 1.21. Sơ đồ nguyên lý đo mòn đá bằng đầu đo laze trên máy mài tròn ngoài ............ 24
Hình 1.22. Đồ thị quan hệ giữa tuổi bền của đá mài với chế độ công nghệ mài ................. 24
Hình 1.23. Đồ thị quan hệ giữa độ nhám Ra với chế độ công nghệ mài tại thời điểm t=1 phút....24
Hình 1.24. Sơ đồ nguyên lý và kết cấu hệ thống đo mòn đá mài bằng đầu đo khí nén trên
máy mài phẳng .................................................................................................................... 25
Hình 1.25. Hình ảnh hệ thống đo mòn đá mài bằng đầu đo khí nén trên máy mài phẳng ..... 26
Hình 1.26. Sơ đồ đo lượng mòn của đá mài khi mài phẳng bằng mặt trụ của đá................ 26
Hình 1.27. Hệ thống giám sát mòn đá và cảnh báo online giới hạn sửa đá khi mài phẳng.... 27
Hình 2.1 Mô hình tổng quát của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay ...........................31
Hình 2.2. Profin bề mặt chi tiết sau khi mài định hình ........................................................ 32
Hình 2.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao ngang đến độ nhám bề mặt của chi tiết khi mài
định hình rãnh tròn xoay...................................................................................................... 33

V


Hình 2.4. Ảnh hưởng của thời gian mài tới độ nhám bề mặt .............................................. 35
Hình 2.5. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến các đại lượng đặc trưng của quá trình mài và kết quả
mài ....................................................................................................................................... 36

Hình 3.11. Đường đặc tính của chuyển đổi khí nén ............................................................ 67
Hình 3.12. Sơ đồ hệ thống đo khí nén ................................................................................. 69
Hình 3.13. Kết cấu của đột thắt d1 ....................................................................................... 72
Hình 3.14. Kết cấu của đầu đo d2 ........................................................................................ 72
Hình 3.15. Kết cấu của hệ đo khí nén.................................................................................. 73
Hình 3.16. Sơ đồ hệ thống đo khí nén để đo mòn đá tại 2 điểm khác nhau trên biên dạng
cung cong làm việc của đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi cầu ................ 74

VI


Hình 3.17. Hình ảnh thực tế của hệ thống đo khí nén sau khi được gá lắp lên trên máy mài
định hình đường lăn 3MK136B ........................................................................................... 76
Hình 3.18. Sơ đồ và đồ họa 3D của hệ thống thí nghiệm đo mòn đá khi mài định hình rãnh
lăn vòng trong ổ bi 6208 ...................................................................................................... 77
Hình 3.19. Đường đặc tính động của hệ đo khí nén trên toàn miền từ 0÷4 bar sau khi
được gắn lên trên máy mài đo mòn tại điểm đỉnh và điểm mép của biên dạng cung cong
đá mài ........................................................................................................................ 80
Hình 3.20. Đường đặc tính động của hệ đo khí nén trên miền làm việc thực của đầu đo sau
khi được gắn lên trên máy mài đo mòn tại điểm đỉnh và điểm mép của biên dạng cung cong
đá mài .................................................................................................................................. 80
Hình 3.21. Hình ảnh mô tả dòng khí chảy xung quanh một viên đá mài đang quay........... 81
Hình 3.22. Sự thay đổi áp suất của buồng đo trong quá trình mài một chi tiết ................... 82
Hình 3.23. Sơ đồ kết cấu của hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu đo trực tuyến lượng mòn
đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi ứng dụng hệ thống đo khí nén............. 84
Hình 3.24. Khung truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và module ADS1256 ........................ 85
Hình 3.25. Cấu hình module ADS1256 sử dụng 2 đầu vào analog ..................................... 86
Hình 3.26. Hình ảnh sơ đồ đấu dây vi điều khiển STM32F4 với ADC .............................. 87
Hình 3.27. Sơ đồ khối lấy dữ liệu ........................................................................................ 88
Hình 3.28. Xây dựng đường đặc tuyến giữa áp suất và điện áp analog dựa trên phương pháp

mài ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ ba ............................................................ 104
Hình 4.12. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn Hz với các biến vào Shk ,Vct ............ 120
Hình 4.13. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn Hz với các biến vào Shk ,t ................ 120
Hình 4.14. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn Hz với các biến vào Shk, Nct ............ 120
Hình 4.15. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa nhám bề mặt chi tiết Ra với các biến vào Shk,Vct .... 120
Hình 4.16. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa nhám bề mặt chi tiết Ra với các biến vào Shk, t . 121
Hình 4.17. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa nhám bề mặt chi tiết Ra với các biến vào Shk, Nct ... 121
Hình 4.18. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa độ ô van O với các biến vào Shk,Vct ................... 121
Hình 4.19. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa độ ô van O với các biến vào Shk,t ...................... 121
Hình 4.20. Sơ đồ các bước xây dựng bài toán tối ưu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong
ổ bi 6208 ............................................................................................................................ 123
Hình 4.21. Sơ đồ khối giải bài toán tối ưu chế độ công nghệ khi mài định hình ứng dụng giải
thuật di truyền .................................................................................................................... 128
Hình 4.22. Đồ thị kết quả tối ưu hóa chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá bằng GA ứng với
lần chạy 1 ........................................................................................................................... 130
Hình 4.23. Đồ thị kết quả tối ưu hóa chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá bằng GA ứng với
lần chạy 2 ........................................................................................................................... 130
Hình 4.24. Sơ đồ cấu trúc chung của một hệ thống giám sát trực tuyến ........................... 131
Hình 4.25. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển thích nghi ........................................ 132
Hình 4.26. Sơ đồ chức năng đề xuất cho hệ thống giám sát trực tuyến mòn đá và độ nhám
bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi ............................................... 132
Hình 4.27. Mô hình GSTT mòn đá và độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn
vòng trong ổ bi .................................................................................................................. 133
Hình 4.28. Xây dựng đường đặc tuyến giữa độ mòn của đá mài và độ nhám bề mặt chi tiết .... 134
Hình 4.29. Lưu đồ thuật toán chương trình xử lý dữ liệu.................................................. 134
Hình 4.30. Giao diện phần mềm sau khi mài 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở
mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong đá mài ................................................................ 135
Hình 4.31. Đồ thị thể hiện sự thay đổi giá trị áp suất buồng đo theo thời gian mài sau khi mài
30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong làm việc
đá mài................................................................................................................................. 136

và cấp độ nhám bề mặt cao. Trong tổng số các máy công cụ hiện đang sử dụng của ngành
chế tạo máy nói chung thì máy mài chiếm tới 30%, còn riêng trong ngành chế tạo ổ bi thì
máy mài chiếm đến 60% [19]. Đặc biệt mài định hình rãnh lăn tròn xoay là một trong những
nguyên công chính thường được áp dụng khi gia công chế tạo các chi tiết vòng bạc ổ bi. Do
đó, mài nói chung và mài định hình nói riêng là một trong những nguyên công quan trọng
nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm.
Vì vậy, cho đến nay đã có nhiều các công trình nghiên cứu về mài được thực hiện
bởi các nhà khoa học ở các trường đại học, viện nghiên cứu và các doanh nghiệp trong
nước cũng như trên thế giới. Khi nghiên cứu về mài các nhà nghiên cứu tập trung giải
quyết các vấn đề liên quan đến máy mài, đá mài, chi tiết mài cũng như chế độ cắt khi
mài, nhiệt cắt khi mài và dung dịch tưới nguội. Tuy nhiên các nghiên cứu trước đây chủ
yếu thực hiện nghiên cứu với trường hợp mài phẳng hoặc mài tròn ngoài, mà chưa có
nhiều những nghiên cứu chuyên sâu đối với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay.
Trong khi mài định hình có những đặc điểm khác biệt so với các phương pháp mài thông
thường.
Khi thực hiện nguyên công mài định hình, do chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi
lớn nên lực cắt và nhiệt cắt sinh ra từ quá trình này lớn hơn nhiều so với các phương pháp
mài thông thường. Cùng với đó là lực ma sát rất lớn giữa đá mài với phôi, giữa phoi và đá
mài nên đá mài khi mài định hình bị mòn liên tục và không đều trên các tiết diện khác
nhau, làm cho hình dạng và độ chính xác ban đầu của đá mài rất nhanh bị thay đổi, dẫn
đến sai lệch của bề mặt gia công. Sau một khoảng thời gian gia công nhất định, khi đá mài
bị mòn quá một giới hạn cho phép thì cần thực hiện quá trình sửa đá. Việc sửa đá này nhằm
khôi phục khả năng cắt và khôi phục lại hình dạng ban đầu của đá mài. Tuy nhiên, vấn đề
quan trọng ở đây là cần xác định được thời điểm sửa đá hợp lý. Điều này sẽ quyết định đến
chất lượng bề mặt của chi tiết mài và tuổi bền của đá mài. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả
kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay thì cần phải đo được lượng
mòn của đá mài, đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến
mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài, từ đó xác định chế độ công nghệ tối ưu và
thời điểm sửa đá hợp lý. Đây cũng chính là lý do mà đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của
một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình


3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
- Đề tài đã xây dựng được phương trình toán học đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố
công nghệ quan trọng đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài tinh định hình rãnh
lăn vòng trong ổ bi 6208. Từ đó, xây dựng và giải được bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu cho
quá trình mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn
3MK136B để vừa đảm bảo năng suất gia công và chất lượng bề mặt của chi tiết mài trong khi
lượng mòn của đá mài là nhỏ nhất, số chi tiết mài được trong một chu trình mài là lớn nhất.
- Đề tài đã xây dựng được hệ thống đo khí nén với phần mềm thu nhận xử lý tín hiệu
đo để giám sát trực tuyến lượng mòn đá mài khi mài tinh định hình rãnh lăn tròn xoay trong
điều kiện mài ướt với độ phân giải 1µm trên cơ sở các điều kiện công nghệ gia công cơ khí
2


trong nước. Hệ thống xác định được trị số lượng mòn của đá mài tại hai vị trí khác nhau có
chênh lệch mòn lớn nhất trên biên dạng cung cong làm việc của đá mài định hình tròn xoay
sau mỗi lần mài xong một chi tiết hoặc sau mỗi lần sửa đá. Việc nghiên cứu ứng dụng thành
công phương pháp đo này có ý nghĩa khoa học giúp định hướng nghiên cứu thiết kế, chế tạo
thiết bị đo chính xác trong nước.
Ý nghĩa thực tiễn
- Đưa ra được bộ thông số chế độ công nghệ tối ưu (lượng chạy dao hướng kính Shk,
lượng dư mài t, vận tốc của chi tiết Vct) và thời điểm sửa đá hợp lý (số chi tiết mài trong một
chu trình Nct) để góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình mài tinh định
hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn 3MK136B, đang được
áp dụng trong sản xuất.
- Thiết kế và chế tạo được một hệ thống đo khí nén để đo trực tuyến lượng mòn đá mài
khi mài tinh định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trong điều kiện mài ướt với độ phân
giải 1µm. Từ đó có thể so sánh giá trị lượng mòn này với lượng mòn giới hạn cho phép để
đưa ra tín hiệu cảnh báo sửa đá hợp lý hoặc hướng đến bù tự động lượng mòn của đá mài

hình. Trên cơ sở đó xác định được những vấn đề mà luận án cần tập trung nghiên cứu, giải
quyết.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và
chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và
chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay. Từ đó, phân tích và lựa chọn
các yếu tố công nghệ quan trọng ảnh hưởng đến mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của
chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay. Kết quả nghiên cứu của chương làm cơ sở cho
nghiên cứu ở các chương sau.
Chương 3: Xây dựng hệ thống thí nghiệm
Xây dựng mô hình hệ thống thí nghiệm, phân tích lựa chọn các trang thiết bị thí nghiệm.
Đặc biệt, tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống đo khí nén để đo mòn đá khi mài định hình
rãnh tròn xoay. Xác định các yếu tố đầu vào và các yếu tố đầu ra trong thí nghiệm. Đây là
tiền đề quan trọng để thực hiện nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của một số yếu
tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay.
Chương 4: Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá
và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay
Xây dựng mô hình toán học bằng thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa một số yếu tố
công nghệ quan trọng (lượng chạy dao hướng kính Shk, vận tốc của chi tiết Vct, lượng dư mài
t, số chi tiết mài trong một chu trình Nct) với mòn đá, độ nhám bề mặt và độ ô van của chi
tiết. Từ đó, ứng dụng giải thuật di truyền GA để xác định chế độ công nghệ và thời điểm sửa
đá hợp lý khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 trên máy mài định hình đường lăn
3MK136B.

4


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÀI ĐỊNH HÌNH
1.1. Đặc điểm chung của quá trình mài định hình

độ cắt khi mài rất cao, thông thường Vđ = 30 ÷ 35 m/s có trường hợp đến 100 m/s.

Góc trước âm

Phôi mài

a)

b)

Hình 1.2. Bản chất quá trình cắt của đá mài khi mài định hình
a. Mô hình quá trình cắt của đá mài khi mài định hình [36]
b. Quá trình cắt thực tế khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi

5


- Độ cứng của hạt mài: Độ cứng thường rất cao nên có thể cắt gọt được những vật liệu
cứng mà các loại dụng cụ cắt khác không gia công được hoặc gia công rất khó khăn như thép
đã tôi, hợp kim cứng …
- Phần làm việc của đá mài định hình: Gồm nhiều lưỡi cắt của vô số các hạt mài riêng
biệt, có hình dáng khác nhau, phân bố một cách ngẫu nhiên trên bề mặt chất dính kết. Trong
đó, tất cả các hạt mài nhô ra khỏi chất dính kết được gọi là các lưỡi cắt tĩnh của đá mài. Tuy
nhiên không phải tất cả các lưỡi cắt tĩnh đều tham gia vào quá trình cắt. Khi mài chỉ một
phần lưỡi cắt có độ nhô cao trên bề mặt đá mài là tham gia vào quá trình cắt và các lưỡi cắt
này được gọi là lưỡi cắt động (như trên hình 1.3 các lưỡi cắt S2, S3, S5, S7, S8 là các lưỡi cắt
động). Số lượng và mật độ lưỡi cắt động về nguyên tắc nhỏ hơn so với lưỡi cắt tĩnh. Trong
quá trình mài, các lưỡi cắt động này sẽ lần lượt vào cắt ra cắt tạo ra các rung động. Do đó,
nhận thấy quá trình cắt khi mài có tính gián đoạn. Đặc biệt cùng một lúc, trong một thời gian
ngắn có nhiều hạt mài cùng tham gia cắt và tạo ra nhiều phoi vụn.

bỏ qua. Ngoài ra, khi mài do chiều dày cắt nhỏ với bán kính ở đỉnh lưỡi cắt hạt mài và góc
cắt trước âm nên lực pháp tuyến Fn lớn hơn nhiều so với lực tiếp tuyến Ft. Trong đó chỉ có
thành phần lực tiếp tuyến Ft tạo ra hiệu quả cắt. Vì vậy để đánh giá hiệu quả cắt đôi khi sử
dụng hệ số μ là tỷ số lực giữa Ft và Fn (μ = Ft/Fn). Trong quá trình mài nói chung và mài định
hình nói riêng thì hệ số μ này có vai trò như hệ số ma sát [20]. Giá trị của μ càng lớn, nghĩa
là mặt đá càng nhám tức khả năng cắt càng cao.
- Các giai đoạn hình thành phoi mài: Trong quá trình mài định hình tồn tại 3 hiện tượng
- trượt (sliding), cào (plowing) và tạo phoi (chip-formation hay cutting). Các hiện tượng này
đồng thời xảy ra và phụ thuộc vào tương tác giữa hạt mài và vật liệu gia công. Khi chế độ cắt
hợp lý, đa số các hạt mài thực hiện đủ cả 3 quá trình, tương ứng với 3 giai đoạn cắt: khi mới
tiếp xúc thì trượt, sau đó là cào và cuối cùng mới tạo phoi (hình 1.5). Những hạt mài có điều
kiện cắt không thuận lợi (như trường hợp các hạt mài bị mòn ở đỉnh lưỡi cắt) thì chỉ xảy ra
giai đoạn 1 hoặc giai đoạn 2, hoặc cả giai đoạn 1 và giai đoạn 2 [20]. Trong quá trình mài luôn
mong muốn công để cắt là lớn nhất, công tiêu hao cho hiện tượng cày và trượt là nhỏ nhất. Vì
quá trình cắt (giai đoạn 3) sẽ tạo ra bề mặt gia công, trong khi quá trình cày và trượt sẽ ảnh
hưởng tới các đặc trưng của bề mặt vừa được hình thành.
Hạt mài

Hình 1.5. Sơ đồ biểu diễn ba giai đoạn hình thành phoi mài [20]
Tuy nhiên, ngoài những đặc điểm giống như các quá trình mài thông thường khác ở
trên thì khi mài định hình còn có những đặc tính riêng sau đây:
- Mòn đá: Khi mài định hình do chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi lớn, nên lực cắt
và nhiệt cắt sinh ra ở đây lớn hơn nhiều so với các phương pháp mài thông thường khác. Do
đó, đá mài khi mài định hình bị mòn liên tục và không đều trên các tiết diện khác nhau làm
cho hình dạng và độ chính xác ban đầu của đá mài rất nhanh bị thay đổi, dẫn đến sai lệch của
bề mặt gia công. Sự mài mòn của đá mài sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác về kích
thước, độ chính xác biên dạng của bề mặt chi tiết mài và độ nhám bề mặt của chi tiết gia công.
Vì vậy, trong quá trình mài định hình đá mài cần phải được sửa đá thường xuyên. Độ chính
xác đạt được của bề mặt gia công khi mài định hình có liên quan mật thiết với việc sửa đá
trong quá trình mài.

định hình quay tròn và mài định hình trên máy mài phẳng như thể hiện trên hình 1.6 [13].

a)

b)

c)

d)

Hình 1.6. Các chuyển động cắt của một số phương pháp mài định hình [13]
a. Mài định hình bề mặt tròn xoay ngoài
b. Mài định hình lỗ
c. Mài định hình trên máy mài phẳng
d. Mài định hình quay tròn

Qua đó nhận thấy, với phương pháp mài này có thể gia công được các bề mặt định
hình có đường sinh là đường thẳng hoặc đường sinh là đường cong (các bề mặt định hình

8


tròn xoay ngoài và trong) trên các máy mài tròn ngoài, máy mài lỗ, máy mài phẳng, máy
mài định hình chuyên dùng … theo các sơ đồ cắt như sau:
- Sơ đồ mài định hình rãnh lăn vòng bạc trong vòng bi cầu (hình 1.7): Bản chất,
đây chính là sơ đồ mài vô tâm chạy dao ngang định vị chi tiết trên hai giá đỡ cố định. Trong
sơ đồ gia công ở đây, sử dụng chuẩn định vị là bề mặt rãnh lăn cần gia công và mặt đầu của
chi tiết vòng trong ổ bi, để giảm sai số gá đặt và đảm bảo vị trí tương quan giữa đường tâm
rãnh lăn với mặt đầu. Phôi mài sẽ được định vị vào đường lăn cần gia công nhờ hai chốt tỳ
đầu chỏm cầu số 1 và 2 hoặc một khối V ngắn (khống chế 2 bậc tự do). Do đó bề mặt chuẩn

Trong quá trình mài, chi tiết và đá mài quay xung quanh đường tâm theo hai hướng
khác nhau với tốc độ nct và nđ. Bàn máy mang phôi (bàn ụ vật) thực hiện chuyển động chạy
dao hướng kính Shk. Lực kẹp chi tiết vào các điểm tỳ được tạo ra từ sự lệch tâm giữa tâm chi
tiết so với tâm cực từ (độ lệch tâm e) [53, 55, 56].
- Sơ đồ mài định hình rãnh lăn vòng bạc ngoài vòng bi cầu (hình 1.8): Tương tự như
quá trình mài định hình rãnh lăn vòng bạc trong thì trong sơ đồ gia công này sử dụng chuẩn
định vị là bề mặt trụ ngoài và mặt đầu của vòng bạc ổ bi cầu. Bề mặt trụ ngoài của vòng bạc
được tỳ trên 2 chốt tỳ đầu chỏm cầu số 1 và số 3 (khống chế 2 bậc tự do) nên sẽ đảm bảo
được độ đồng tâm giữa bề mặt trụ ngoài với bề mặt rãnh lăn cần gia công của vòng bạc.
Ngoài ra mặt đầu của phôi mài được định vị vào mặt đầu của cực từ số 4 (khống chế 3 bậc
tự do) nên sẽ đảm bảo được độ song song giữa đường tâm rãnh lăn với mặt đầu. Đồng thời
chi tiết gia công số 5 được kẹp chặt nhờ lực hút từ trường qua cực từ số 4, cực từ được bắt
9


chặt trên trục chính của máy. Trục này truyền cho chi tiết mô men xoắn. Chính vì vậy, quá
trình định vị, kẹp chặt và tháo lắp chi tiết được thực hiện đơn giản và nhanh chóng. Điều này
sẽ giúp nâng cao được năng suất gia công mà vẫn giảm thiểu được sai số gá đặt [53, 55, 56].
2

ncuc tu

3

ndá

.

nct


Phôi mài

Vw

Vw

Hình 1.9. Sơ đồ mài định hình tiến dao ngang trên máy mài phẳng [49, 53]

10


- Sơ đồ mài định hình bề mặt trụ trên máy mài tròn ngoài (hình 1.10): Về bản chất sơ
đồ trên tương ứng với phương pháp mài tròn ngoài ăn dao hướng kính. Trong sơ đồ này, đá
mài và phôi thực hiện chuyển động quay xung quanh đường tâm. Đồng thời đá mài thực hiện
chuyển động chạy dao ngang để cắt hết chiều dày lượng dư (Shk).

nđ

nct
Hình 1.10. Sơ đồ mài định hình bề mặt trụ trên máy mài tròn ngoài [53]

- Sơ đồ mài định hình bề mặt trụ và mặt đầu trên máy mài tròn ngoài (hình 1.11): Về
bản chất, sơ đồ mài định hình bề mặt trụ và mặt đầu trên máy mài tròn ngoài tương ứng với
phương pháp mài tròn ngoài tiến dao nghiêng. Trong sơ đồ này, trục của đá mài nằm nghiêng
một góc so với trục của chi tiết. Đá mài thực hiện chuyển động ăn dao theo phương vuông
góc với trục quay của nó.

nđ

nct

động phối hợp của chuyển động cắt chính và chuyển động chạy dao. Trong đó, chuyển động
chạy dao có thể được thực hiện nhiều lần trong quá trình mài.
Trên hình 1.6 ở mục 1.2 thể hiện các chuyển động chính cũng như các đại lượng đặc
trưng của một số phương pháp mài định hình quan trọng. Đây chính là các đại lượng thường
dùng để so sánh các sơ đồ mài định hình khác nhau, giải thích các kết quả của quá trình mài
và đưa ra những đại lượng điều chỉnh thích hợp. Qua đó nhận thấy với phương pháp mài
định hình, các đại lượng đặc trưng này bao gồm:
 Tốc độ cắt chính là tốc độ quay của đá mài (Vđá hay Vs).
 Tốc độ của chi tiết (Vct hay Vw).
 Lượng chạy dao hướng kính (Shk hay fr).
 Lượng dư mài hay chiều dày tác động (ae hay t).
 Chiều rộng ăn dao (ap).
Tuy nhiên ngoài các đại lượng trên, một số các đại lượng đặc trưng khác sau đây cũng
thường được sử dụng để mô tả và đánh giá các sơ đồ mài định hình rãnh tròn xoay:
- Tương quan tốc độ (q): Là tỷ lệ giữa tốc độ của đá mài và tốc độ của chi tiết gia công.
Động học của quá trình mài sẽ thay đổi phụ thuộc vào tương quan tốc độ q [13].
q

Vs
Vw

(1.1)

- Thể tích cắt Vw: Là phần thể tích của chi tiết gia công bị cắt đi khi mài. Khi mài định
hình tròn xoay ngoài với lượng dư hướng kính là z/2 thì ta có [13]:
Vw   d w

z
bw
2


trưng cho năng suất trong quá trình mài, nhưng đại lượng này chỉ xét trên một đơn vị chiều rộng
mài và được xác định theo công thức:

Qw' 

Qw
bw

(1.5)

Nhận thấy, về nguyên tắc khi thay đổi chiều rộng mài sẽ không ảnh hưởng đến các điều
kiện còn lại. Do đó có thể so sánh các kết quả mài thông qua đại lượng thể tích cắt riêng trong
một đơn vị thời gian.
Với trường hợp mài định hình bề mặt tròn xoay ngoài thì ta có [13]:

Qw'   d w v fr

(1.6)

Với trường hợp mài định hình trên máy mài phẳng thì ta có [13]:

Qw'  ae vw

(1.7)

'

- Thể tích cắt riêng Vw : Là phần thể tích của chi tiết gia công bị cắt đi khi mài nhưng xét
trên một đơn vị chiều rộng mài. Với trường hợp mài định hình tròn xoay ngoài với lượng dư

phương hướng kính trong quá trình mài và được xác định theo công thức sau:
13


VSr  2rsb  dsb

(1.10)

Trong đó: Δds là lượng giảm đường kính trung bình của đá mài.
b là chiều rộng mài.
Trong một số công trình nghiên cứu, thể tích mòn hướng kính của đá mài được gọi là độ
mòn tuyệt đối của đá mài (U) [3].
- Thể tích mài mòn của đá mài Vs: Là lượng thể tích của đá mài bị tiêu hao trong quá trình
mài.
- Thể tích mòn trong một đơn vị thời gian QS: Là đại lượng đặc trưng cho tốc độ mòn của
đá mài và được xác định theo công thức:
Qs 

dVs
dt

(1.11)
'

- Thể tích mài mòn riêng của đá mài Vs : Là lượng thể tích của đá mài bị tiêu hao trong quá
trình mài xét trên một đơn vị chiều rộng của profin đá mài và được xác định theo công thức sau:

Vs' 

Vs

Vd: Thể tích vật liệu đá mài bị tiêu hao cũng trong thời gian nói trên (mm3).
Hệ số mài G thường được xác định cho chế độ mòn ổn định của đá mài và được gọi là
độ mòn tương đối [3].

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Mài là một trong những phương pháp gia công tinh quan trọng nhất. Trải qua quá trình
phát triển của mình, công nghệ mài đã có những bước phát triển vượt bậc. Các máy mài ngày
càng được hoàn thiện, chất lượng đá mài ngày càng cao, phương pháp mài ngày càng có vị
trí quan trọng trong các quá trình sản xuất cơ khí. Có thể nói mài là một trong những nguyên
công quan trọng nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm. Điều này đã được nhấn mạnh
trong các cuốn sách chuyên khảo về mài cũng như trong các giáo trình Công nghệ chế tạo
máy ở Việt Nam và giáo trình quá trình sản xuất cơ khí trên thế giới [7, 13, 36, …].
14


1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu về mài. Các lĩnh vực nghiên cứu về
mài rất đa dạng. Khi nghiên cứu về mài, các nhà nghiên cứu tập trung giải quyết các vấn đề
liên quan đến máy mài, đá mài, chế độ cắt, nhiệt cắt và dung dịch tưới nguội… Một số hướng
nghiên cứu chính đó là:
- Hướng nghiên cứu 1: Nghiên cứu về máy mài trong đó tập trung nghiên cứu về độ
chính xác gia công khi mài, nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới trong các lĩnh vực điều
khiển, … để hướng đến giám sát và tự động hóa quá trình mài, tối ưu hóa quá trình mài.
Năm 1970, tác giả ИП. Кузнецов [55] đã thực hiện nghiên cứu về phương pháp mài vô
tâm để mài các chi tiết dạng tròn xoay. Đặc biệt, trong công trình nghiên cứu này tác giả đã
thực hiện nghiên cứu ứng dụng phương pháp mài vô tâm chạy dao ngang định vị chi tiết trên
các giá đỡ cố định để mài rãnh lăn vòng bạc ổ bi cầu. Bản chất đây chính là phương pháp mài
định hình như thể hiện trên sơ đồ hình 1.8 ở mục 1.2. Trong sơ đồ mài này, để đảm bảo vị trí
ổn định của phôi trong suốt quá trình mài, thì tâm của phôi sẽ được đặt lệch so với tâm cực từ
một khoảng là e [55]. Điều này dẫn đến trong quá trình mài sẽ phát sinh vận tốc trượt tương

(1.17)

Với: ωn là vận tốc góc của cực từ
∆ωn là vận tốc trượt tương đối của chi tiết so với cực từ
e là khoảng cách giữa tâm chi tiết với tâm cực từ.
Như vậy, độ lớn của lực ma sát F ở đây tỷ lệ thuận với độ lớn của lực ép phôi vào mặt
cực từ Q và khoảng lệch tâm e. Lực ma sát này có phương vuông góc với đường thẳng nối tâm
quay của cực từ và tâm quay của phôi. Ngoài lực ma sát F giữa mặt đầu của phôi và mặt đầu
cực từ, trong quá trình mài phôi còn chịu tác dụng của các lực sau (hình 1.12):
- Trọng lượng của phôi G
15