Xây dựng công cụ hỗ trợ dự đoán chất lượng bề mặt đạt được khi gia công trên máy phay vạn năng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.72 MB, 121 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
NGUYỄN ĐỨC LONG
XÂY DỰNG CƠNG CỤ HỖ TRỢ DỰ ĐỐN
CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT ĐẠT ĐƯỢC KHI GIA CÔNG
TRÊN MÁY PHAY VẠN NĂNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Đà Nẵng – Năm 2022
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
NGUYỄN ĐỨC LONG
ĐỀ TÀI:
XÂY DỰNG CƠNG CỤ HỖ TRỢ DỰ ĐỐN
CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT ĐẠT ĐƯỢC KHI GIA CÔNG
TRÊN MÁY PHAY VẠN NĂNG
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số: 8520103
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN PHẠM THẾ NHÂN
Đà Nẵng - Năm 2022
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nếu trong
luận văn trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn ký và ghi rõ họ tên
Nguyễn Đức Long
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
XÂY DỰNG CƠNG CỤ HỖ TRỢ DỰ ĐỐN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT ĐẠT
ĐƯỢC KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY VẠN NĂNG
Học viên: Nguyễn Đức Long Chuyên Ngành Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: 8520103 Khóa: 41 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt - Trong nghiên cứu này, tiến hành khảo sát thực nghiệm trên máy phay vạn năng 6P11
khi gia công thép C45. Tiến hành gia công với các chế độ cắt khác nhau và tiến hành đo độ nhám
của các mẫu sau khi thực nghiệm. Nhờ vào phương pháp bình phương nhỏ nhất xây dựng các hàm
hồi quy của độ nhám bề mặt ảnh hưởng bởi các thông số chế độ cắt. Phương trình độ nhám thu
được từ mối tương quan giữa các thông số khác nhau, như lượng tiến dao (f), tốc độ quay (n) và
chiều sâu cắt (ap). Sau khi có các phương trình hồi quy, giao diện phần mềm được xây dựng dựa
trên ngôn ngữ lập trình Visual Studio để dự đốn độ nhám bề mặt do máy phay vạn năng tạo ra.
Ngoài việc là một tài liệu tham khảo hữu ích cho việc lựa chọn chế độ cắt, giúp đáng kể thời gian
và công sức cho q trình xử lý, dể dàng dự đốn độ nhám bề mặt đạt được trước khi gia công, do
đó nâng cao năng suất lao động.
Từ khóa – Máy phay; Độ nhám bề mặt (Rz); Chế độ cắt; Phương pháp bình phương nhỏ nhất.
BUILDING A SURFACE ROUGHNESS PREDICTION TOOL WHEN MACHING
ON A UNIVERSAL MILLING MACHINE
Abstract - In this study, conducting an experimental survey on the universal milling machine 6P11
when processing C45 steel. Conduct machining with different cutting modes and measure the
roughness of the samples after testing. Thanks to the least squares equation, the regression
functions of the surface roughness are built which are affected by the cutting mode parameters.
The roughness equation is obtained from the correlation between various parameters, such as
feedrate (f), rotational speed (n) and Feature depth (ap) . After having the regression equations,
the software interface is built based on the Visual Studio programming language to predict the
surface roughness generated by the universal milling machine. In addition to being a useful
reference for cutting mode selection, greatly reducing processing time and effort, it is easy to
predict the surface roughness achieved prior to machining, thereby improving high labor
productivity.
Key word - Milling machine; Surface roughness (Rz); Cutting modes; Least Squares Method.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT KIM LOẠI ...............................1
1.1. Lịch sử phát triển ..................................................................................................1
1.2. Các đặc trưng cơ bản của gia công cơ ..................................................................6
1.2.1. Các khái niệm ................................................................................................6
1.2.2. Bề mặt gia công .............................................................................................8
1.2.3. Các phương pháp gia công cơ .....................................................................10
1.2.4. Các chuyển động của q trình gia cơng cơ ................................................11
1.3. Phương pháp phay ..............................................................................................12
1.3.1. Khái niệm ....................................................................................................12
1.3.2. Các yếu tố của chế độ cắt khi phay .............................................................13
1.3.3. Phay thuận và phay nghịch ..........................................................................14
1.3.4. Đồ gá để định vị và kẹp chặt chi tiết ...........................................................14
1.3.5. Dung dịch trơn nguội khi phay ....................................................................15
1.4. Chất lượng của bề mặt chi tiết gia công .............................................................15
1.4.1. Các yếu tố đặc trưng ....................................................................................15
1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt .......................................................18
1.5.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công ..................................19
1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ biến cứng bề mặt .........................................21
1.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt ...........................................22
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA XỨ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM VÀ
PHƯƠNG PHÁP BÌNH PHƯƠNG NHỎ NHẤT ........................................................24
2.1. Thiết kế thực nghiệm ..........................................................................................24
2.1.1. Khái niệm và lịch sử phát triển của thiết kế thực nghiệm ...........................24
2.1.2. Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm .............................................................25
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
nội bộ
Lưu hành
2.1.3. Các loại quy hoạch thực nghiệm .................................................................26
2.2. Phương pháp bình phương nhỏ nhất ..................................................................28
2.2.1. Phuơng trình hàm xấp xỉ là một đa thức .....................................................29
2.2.2. Phương trình hàm dạng Aeax .......................................................................30
2.2.3. Phương trình là hàm có dạng Ax k ...............................................................30
2.2.4. Phương trình là hàm lượng giác ..................................................................31
2.3. Một số nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt ...............32
Chương 3. THỰC NGHIỆM GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY 6P11..........................37
3.1. Lựa chọn thiết bị gia công thực nghiệm .............................................................37
3.2. Chế độ cắt dùng trong thực nghiệm ...................................................................39
3.3. Kết quả đo thực nghiệm độ nhám bề mặt ...........................................................41
Chương 4. XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH
DỰ ĐỐN CHẾ ĐỢ CẮT ............................................................................................45
4.1. Lựa chọn mơ hình hồi qui ..................................................................................45
4.2. Xử lý kết quả thực nghiệm .................................................................................45
4.2.1. Kết quả thực nghiệm khi cắt thép C45 bằng dao thép gió (HSS) Ф= 22 (mm)
...............................................................................................................................46
4.2.2. Kết quả thực nghiệm khi cắt thép C45 bằng dao hợp kim Ф = 31.5 (mm) .54
4.2.3. Kết quả thực nghiệm khi cắt thép C45 với dao phay mặt đầu gắn mảnh Ф=
80 (mm) .................................................................................................................61
4.3. Phân tích ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám chi tiết gia công. ..................67
4.3.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi sử dụng dao thép gió HSS
Ф=22 (mm). ...........................................................................................................67
4.3.2. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi sử dụng dao hợp kim
Ф=31.5 (mm). ........................................................................................................68
4.3.3. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi sử dụng dao phay mặt
đầu Ф=80 (mm). ....................................................................................................69
4.4. Xây dựng giao diện chương trình tính tốn dự đốn chất lượng bề mặt đạt được.
...................................................................................................................................70
4.4.1. Giao diện chương trình tính tốn dự đốn...................................................70
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
Chương 5. ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .....75
5.1. Đánh giá độ nhám Rz của chương trình dự đốn chất lượng bề mặt .................75
5.1.1. Bảng thống kê các giá trị Rz gia công thử khi sử dụng chương trình dự đốn
...............................................................................................................................75
5.1.2. Nhận xét .......................................................................................................78
5.2. Kết luận...............................................................................................................79
5.3. Hướng phát triển của đề tài ................................................................................79
DANH MỤC TẠI LIỆU THAM KHẢO…...……………………………….82
PHỤ LỤC ………………………………………………………………………….84
A. Mã code Đồ thị quan hệ Rz với f và n
1. Mã code Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Rz với f và n với dao thép gió Ф=22
(mm)…………………...…………………………………………………………...74
2. Mã code Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Rz với f và n với dao hợp kim Ф=31.5
(mm)………………………….. ………………………………………….74
3. Mã code Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Rz với f và n với dao phay mặt đầu
Ф=80 (mm)……………………...…...…………………………………….………75
B. Mã code chương trình dự đốn
1. Mã code chương trình lập trình giao diện Visual Studio (Program.cs)…….......76
2. Mã code chương trình lập trình đăng nhập Visual Studio (form1.cs)……….... 76
3. Mã code chương trình lập trình tính tốn 3 phương trình (form2.cs)……….…..77
C. Các hình ảnh thực nghiệm
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
Danh mục các ký hiệu
Ký hiệu
Định nghĩa
Ra
Độ nhấp nhôn bề mặt trung bình
Rz
Độ nhấp nhơn bề mặt trung bình
Vc
Vận tốc cắt
f
Lượng tiến dao
n
Tốc độ quay của trục chính
ap
Chiều sâu cắt
COЖ
Dung dịch trơn nguội
Góc tác động
HSS
Thép gió
φ
Góc nghiêng chính
Danh mục các bảng
Trang
Bảng 1.3. Cấp độ nhẵn bóng bề mặt (TCVN) [6] .........................................................17
Bảng 3.1. Bảng thông số chế độ cắt của máy 6P11.......................................................37
Bảng 3.2. Miền thơng số chế độ cắt thí nghiệm ............................................................40
Bảng 3.3. Kết quả đo với dao thép gió (HSS) Ф= 22 (mm) ..........................................41
Bảng 3.4. Kết quả đo với dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) .................................................42
Bảng 3.5. Kết quả đo với dao phay mặt đầu gắn mảnh Ф= 80 (mm) ...........................43
Bảng 5.1. Bảng giá trị Rz gia công thử khi sử dụng chương trình dự đốn ..................75
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
Danh mục các hình
Trang
Hình 1.1. Máy khoan kiểu dây cung và máy khoan nhiều trục của người Ai Cập cổ [2]
.........................................................................................................................................2
Hình 1.2. Máy mài trong cho gỗ và máy làm kím của Da Vinci [2] ...............................2
Hình 1.3. Máy kht của Wilkinson [2] ..........................................................................3
Hình 1.4. Máy tiện ren vít đầu tiên của Maudslay [2].....................................................4
Hình 1.5. Máy phay vạn năng của Brown [2] .................................................................4
Hình 1.6. Máy mài phẳng của Brown và Sharpe [2] .......................................................5
Hình 1.7. Máy ba trục chính trong gia cơng block động cơ tại Ford Model T [2] ..........6
Hình 1.8. Máy vận chuyển 2 trạm- 8 trục chính để gia cơng block động cơ V8 [2] .......6
Hình 1.9. Các thành phần của hệ thống cơng nghệ [3] ...................................................7
Hình 1.10. Sơ đồ quá trình tạo phoi [2] ...........................................................................8
Hình 1.11. Các bề mặt gia cơng trịn xoay có đường cong thẳng [3] ..............................9
Hình 1.12. Các bề mặt gia cơng trịn xoay có đường sinh cong và khấp khúc [3] .........9
Hình 1.13. Các bề mặt có đường chuẩn là đường thẳng [3] ............................................9
Hình 1.14. Các bề mặt đặc biệt [3] ................................................................................10
Hình 1.15. Phương pháp gia cơng chép hình [3] ...........................................................10
Hình 1.16. Các phương pháp gia cơng theo vết và bao hình [3] ...................................11
Hình 1.18. Chuyển động chính và chuyển động chạy dao khi tiện, phay, khoan [3]....12
Hình 1.19. Các dạng chạy dao [12] ...............................................................................14
Hình 1.20. Sơ đồ các phương pháp phay [12] ...............................................................14
Hình 1.21. Sơ đồ xác định nhám bề mặt .......................................................................16
Hình 1.21. Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi Rz và lượng tiến dao .....................19
Hình 1.22. Sự hình thành nhấp nhơ tế vi khi mũi dao có bán kính r .............................20
Hình 1.23. Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhơ Rz và tốc độ cắt Vc ................................21
Hình 1.24. Quan hệ giữa độ biến cứng và chiều sâu cắt ...............................................22
Hình 2.1. Mơ hình hóa các q trình, các đối tượng nghiên cứu [4] ............................24
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
Hình 2.2. Ảnh hưởng của chế độ cắt khi phay đến độ nhám [13] .................................32
Hình 2.3. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt [14] ....................................34
Hình 2.4. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt [9] ......................................34
Hình 2.5. Đồ thì biểu diễn mối quan hệ giữa Ra, t và Sd khi mài phẳng [10] ...............36
Hình 3.1. Thơng tin về máy phay đứng vạn năng 6P11 ................................................37
Hình 3.2. Máy đo độ nhám Mitutoyo SJ – 210 .............................................................38
Hình 3.3. Phơi thí nghiệm thép carbon C45 ..................................................................39
Hình 3.4. Dụng cụ cắt sử dụng trong thực nghiệm .......................................................39
Hình 4.1. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Rz với f và n ..........................................67
Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Rz với f và n ..........................................68
Hình 4.3. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Rz với f và n ..........................................69
Hình 4.4. Giao diện đăng nhập chương trình dự đốn ..................................................70
Hình 4.5. Giao diện thơng tin Máy Phay đứng 6P11 ....................................................71
Hình 4.6. Giao diện thơng tin người thực hiện chương trình dự đốn ..........................71
Hình 4.7. Giao diện đăng nhập dự đốn với dao thép gió HSS Ф= 22 (mm) ...............72
Hình 4.8. Giao diện độ nhám Rz làm thử với dao thép gió HSS Ф= 22 (mm) .............72
Hình 4.9. Giao diện đăng nhập dự đốn với dao phay hợp kim Ф= 31.5 (mm) ...........73
Hình 4.10. Giao diện đăng nhập dự đoán với dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm) .............74
Hình 4.11. Giao diện độ nhám Rz làm thử với dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm) ...........74
Hình 5.1. Giá trị Rz được dự đoán thử với dao thép gió Ф=22 (mm)...........................75
Hình 5.2. Giá trị Rz được dự đốn thử với dao thép gió Ф=22 (mm)...........................76
Hình 5.3. Giá trị Rz được dự đoán thử với dao phay mặt đầu Ф=80 (mm) ..................76
Hình 5.4. Giá trị Rz được dự đốn thử với dao phay mặt đầu Ф=80 (mm) ..................77
Hình 5.5. Giá trị Rz đo thực tế với dao thép gió Ф=22 -0.85-500-0.5 ..........................77
Hình 5.6. Giá trị Rz đo thực tế với dao thép gió Ф=22 -1.35-500-0.5 ..........................77
Hình 5.7. Giá trị Rz đo thực tế với dao phay mặt đầu Ф=80 -0.85-500-2.0 .................77
Hình 5.8. Giá trị Rz đo thực tế với dao phay mặt đầu Ф=80 -1.35-500-2.0 .................78
Hình C1. Gá phôi ....................................................................................................84
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
Hình C2. Gia cơng ...................................................................................................85
Hình C3. Đo độ nhám khi gia công bằng dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10…….85
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
Hình C4. Đo độ nhám khi gia cơng bằng dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10…….85
Hình C5. Đo độ nhám khi gia công bằng dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10…….86
Hình C6. Đo độ nhám khi gia cơng bằng dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10…….86
Hình C7. Đo độ nhám khi gia công bằng dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10…….86
Hình C8. Đo độ nhám khi gia cơng bằng dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10…….87
Hình C9. Đo độ nhám khi gia công bằng dao hợp kim Ф= 31.5 (mm) T15K10…….87
Hình C10. Đo độ nhám khi gia cơng bằng dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm)…………87
Hình C11. Đo độ nhám khi gia công bằng dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm)…………88
Hình C12. Đo độ nhám khi gia cơng bằng dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm)...............88
Hình C13. Đo độ nhám khi gia công bằng dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm)...............88
Hình C14. Đo độ nhám khi gia cơng bằng dao phay mặt đầu Ф= 80 (mm)...............89
Hình C15. Đồ thị độ nhám......................................................................................89
Hình C16. Đồ thị độ nhám......................................................................................89
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
MỞ ĐẦU
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Lịch sử phát triển của các loại máy cắt kim loại (máy công cụ), từ các loại máy
vạn năng đến các loại máy tiên tiến (máy kỹ thuật số - điều khiển bằng chương trình)
giúp cho ngành chế tạo sản xuất nhanh hơn, chính xác hơn... Hiện nay, nước ta đang
từng bước Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa, nên việc ưu tiên đầu tư thêm nhiều máy móc
tiên tiến và hiện đại là cần thiết. Tuy nhiên, với tiềm lực còn nhiều hạn chế thì các loại
máy cơ truyền thống như máy tiện vạn năng, máy phay vạn năng, máy doa, máy mài,
máy bào, … (dùng cho sản xuất đơn chiếc và sửa chữa) vẫn còn được sử dụng rộng rãi
trong thời gian đến. Bên cạnh đó, tại các trường Đại học, Cao đẳng, Trung cấp nghề, các
doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn còn đang sử dụng các loại máy này. Nhận thấy vần để
đảm bảo chất lượng chi tiết gia công về hình dạng và bề mặt, khi gia cơng trên các loại
máy này còn nhiều hạn chế như: do tay nghề của người thợ, do yếu tố công nghệ của
máy, do tính chất cơ lý của vật liệu gia cơng dẫn đến sai số kích thước, hình dạng, tính
chất lớp bề mặt,… Đó cũng là điều trăn trở hay gặp phải trong quá trình hướng dẫn thực
hành tại Xưởng Chế tạo máy - trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng.
Cùng với đó, tại các cơ sở sản xuất và ở xưởng thực hành tại trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật, vật liệu được sử dụng rất đa dạng như: thép hợp kim, C45, CT3, nhôm,
gang, đồng… Cho nên tơi nhận thầy cần phải có hướng đi cụ thể từ cơ sở lý thuyết kết
hợp với kinh nghiệm lẫn thực nghiệm để khảo sát quy luật ảnh hưởng và xây dựng giao
diện chương trình dự đốn ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến độ nhám bề mặt
chi tiết gia công. Điều này giúp cho công nhân và cán bộ kỹ thuật nhanh chóng và dễ
dàng lựa chọn chế độ cắt hợp lý trên máy theo yêu cầu độ nhám bề mặt. Phục vụ tốt nhất
cho quá trình hướng dẫn thực hành, và cũng là cơ sở cho các em sinh viên nắm bắt, học
hỏi, để khi ra trường có đủ kiến thức và năng lực khi làm tại các nhà máy, xí nghiệp.
Với những lý do trên, tôi thực hiện đề tài “Xây dựng công cụ hổ trợ dự đoán chất
lượng bề mặt đạt được khi gia công trên máy phay vạn năng”, đề tài khơng những bổ
ích cho tơi và sinh viên mà cịn là công cụ tra cứu và tài liệu tham khảo cho nhiều người
yêu mê ngành chế tạo máy và cho cả doanh nghiệp.
II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Khảo sát quy luật ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt n, f, ap đến độ nhám bề
mặt. Từ đó xây dựng giao diện chương trình dự đốn độ nhám bề mặt đạt được khi gia
công với chế độ cắt chọn trước.
Củng cố kiến thức, làm tài liệu tham khảo và công cụ tra cứu trong dạy học tại
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - ĐHĐN và phục vụ sản xuất cộng đồng.
III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
• Đối tượng nghiên cứu
o Thép carbon C45,
o Máy phay Liên Xơ 6P11
o Lưỡi phay ngón/(dao phay mặt đầu)
o Chế độ cắt: f, n, ap và độ nhám bề mặt Rz
• Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết về cắt gọt kim loại, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chi
tiết gia công. Gia công thực nghiệm trên máy phay đứng 6P11. Dùng phương pháp quy
hoạch thực nghiệm để xem xét ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết
gia cơng. Từ đó xây dựng cơng cụ để dự đốn độ nhám bề mặt đạt được khi gia công
trên máy phay đứng 6P11.
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Kết hợp nghiên cứu giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm:
• Nghiên cứu lý thuyết:
o Nghiên cứu nguyên lý cắt gọt kim loại, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chi
tiết gia công.
o Nghiên cứu phương pháp của quy hoạch thực nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của
chế độ cắt đến nhám bề mặt.
• Nghiên cứu thực nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm:
o Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm.
o Phân tích, tổng hợp đánh giá kết quả và rút ra các phương trình hồi quy.
o Ứng dụng tin học để xây dựng cơng cụ tính tốn dự đốn độ nhám bề mặt đạt
được tương ứng với chế độ cắt lựa chọn.
V. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• Ý nghĩa khoa học:
o Nghiên cứu và củng cố kiến thức giữa lý thuyết và thực nghiệm trong gia công
cắt gọt kim loại.
o Xác định được ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi
tiết gia công trên máy phay đứng 6P11, làm cơ sở để thực hiện trên các máy công cụ
khác cũng như máy CNC.
o Xây dựng được công cụ hổ trợ để dự đoán chất lượng bề mặt đạt được khi gia
cơng trên máy phay vạn năng.
• Ý nghĩa thực tiễn:
o Đưa ra quy luật ảnh hưởng và xây dựng được cơng cụ tính tốn dự đốn độ nhám
bề mặt đạt được của chi tiết gia công theo chế độ cắt lựa chọn. Làm tài liệu tham khảo
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
và cơng cụ tra cứu nhanh chóng, tiết kiệm thời gian, phục vụ trong dạy học tại trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật, ĐHĐN cũng như các doanh nghiệp sản xuất.
o Cơ sở để nghiên cứu các phương pháp gia công khác như: tiện, mài, doa…
VI. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Gia cơng thực nghiệm, xác định được phương trình hồi quy thực nghiệm để tìm hàm
phụ thuộc của các biến chế độ cắt đến độ nhám bề mặt.
Xây dựng giao diện chương trình máy tính để tính tốn dự đoán dự đoán độ nhám
bề mặt đạt được khi gia công trên máy phay vạn năng 6P11.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
1
MỞ ĐẦU
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT KIM LOẠI
1.1. Lịch sử phát triển
Điều đầu tiên và là bước ngoặc của thời đại, là con người đã khám phá ra cách để
chiết xuất kim loại như: đồng, sắt và thiếc và là tiền đề lịch sử của ngành công nghệ vật
liệu và sản xuất. Vào khoảng thời gian những năm 700 trước Công nguyên, hầu hết các
công cụ chỉ được làm bằng vật liệu sắt. Nhưng khoảng đầu thể kỷ 17 với sự tiến bộ trong
khoa học kỹ thuật, đặc biệt trong ngành luyện kim với sự cải tiến, nâng cấp đã tạo vật
liệu sắt và thép… có độ bền và độ cứng vững tốt hơn được sử dụng nhiều hơn trong
ngành xây dựng hay thủy lợi…
Trong thời Kỳ cổ đại và Trung cổ có một nghề đặc biệt được biết đến với tên gọi
là “ giả kim thuật” hay còn gọi là luyện kim thuật và những người làm nghề này được
gọi với cái tên là những nhà giả kim (một nghề nghiệp - thợ đúc- rèn) của lồi người,
với cơng việc chính của họ là tạo ra các vật dụng hay công cụ tốt hơn từ các quặng khai
thác được như: sắt, đồng... Trong thời kỳ này, việc đúc và luyện vật liệu kim loại như:
đồng, sắt vàng… thêm vào các chất hóa học như: thủy ngân, lưu huỳnh… đã tạo ra
những sản phẩm tốt hơn, bền hơn và đẹp hơn và công nghệ lúc bấy giờ là rèn bằng búa
(dập trong khuôn hở) là hoạt động chính của thợ rèn, nó cũng là cơ sở cho các quá trình
biến dạng tạo hình làm tiền xu, dây và cán lăn, tất cả đều phát triển trong thời kỳ trung
cổ hoặc thời kỳ đầu thời trung cổ. Trong thời kỳ này để tăng năng suất lao động, tăng
chất lượng sản phẩm, giảm thời gian làm việc và chờ đợi thì có bốn phương pháp sản
xuất đặc trưng như: [2]
- Máy khoan nhiều trục chính thời Ai Cập cổ: người Ai Cập cổ đại đã sử dụng số
lượng hạt kim loại để trang trí xác ướp và làm trong nhà xưởng chuyên biệt. Bước cuối
cùng trong sản xuất hạt kim loại là khoan các lỗ gắn kết bằng cách sử dụng một mũi
khoan bằng đồng. Do đó, đã có một số thợ đã phát triển các phương pháp khoan nhiều
mũi khoan từ một cây cung để tăng năng suất.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
2
Hình 1.1. Máy khoan kiểu dây cung và máy khoan nhiều trục của người Ai Cập cổ [2]
- Mài dụng cụ kiểu Philistines: Kinh thánh Hebrew nói rằng Philistines, có một
thời điểm chinh phục người Do Thái không mài được dụng cụ, và đã nhận ra kỹ năng
này cũng có ích trong việc làm vũ khí. Thay vào đó, người Do Thái được yêu cầu phải
gởi những dụng cụ của họ cho những người thợ Philistines, những người đã trả tiền để
mài tinh theo từng chi tiết. Theo nguyên mẫu của Kinh thánh này thì các doanh nghiệp
mài dụng cụ thời đó vẫn thường sử dụng cấu trúc phí trên từng chi tiết.
- Máy công cụ của Da Vinci: Theo các tài liệu cổ được tìm thấy thì thiên tài
Leonardo Da Venci sống ở thời Phục hưng ở nước Ý đã vẽ thiết kế sơ bộ cho một số
máy bao gồm: máy tiện, máy cắt ren, máy phay khoét và máy mài. Khơng có máy nào
trong số những máy này được chế tạo nhưng nhiều thiết kế lại có các chi tiết được phát
triển và sử dụng độc lập trong thực tiễn sau này. Hai mẫu thiết kế đại diện được thể hiện
trong hình (1.2), đó là máy mài trong khung gỗ (hình 1.2.a) trơng khá ấn tượng giống
như một máy khôn lỗ hiện đại và máy làm kim (thực ra là một hệ thống sản xuất năm
trạm) trong (hình 1.2.b) cũng tương tự như các máy quay số và chỉ số sau đó.
Hình 1.2. Máy mài trong cho gỗ và máy làm kím của Da Vinci [2]
- Đồng hồ thời Trung cổ: Nhằm nắm bắt thời gian trong một ngày để lao động,
nghỉ ngơi và để phân chia thời gian ngày và đêm một cách hợp lý nhất cũng như là tiền
để xác định một tuần một tháng hay xa hơn là một năm. Những người thợ làm đồng hồ
thời Trung cổ với tư chất thông minh sáng tạo, cần cù đã phát minh cũng như luôn cải
tiến đã tạo ra một số dụng cụ cầm tay để cắt chính xác các trục, ốc vít, bánh răng và các
chi tiết phức tạp cho khóa hãm. Những thiết kế chuyển động tinh vi (ren vít và bánh
răng) này là tiền đề cơ sở ảnh hưởng phương pháp động học này cho sự phát triển của
máy tiện và máy cắt răng sau này.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
3
Q trình phát triển của máy cơng cụ được tóm lược qua các giai đoạn sau:
* Cuộc cách mạng Công nghiệp ở cuối thế kỷ 18
Các loại công cụ, máy móc ln ln được nâng cấp cải tạo có độ cứng vũng cao
hơn, mạnh hơn, năng suất cao hơn… theo thời gian và đặc biệt trong giai đoạn cuộc
cách mạng công nghiệp lần thứ nhất vào cuối thế kỷ 18, mà chủ yếu là các nước Châu
Âu mà nổi bật nhất là ở Vương quốc Anh và nước Pháp. Các nghiên cứu và cải tiến của
các nhà khoa học, kỹ sư ở đây đã làm thay đổi quan trọng và mạnh mẽ trong thiết kế
động cơ hơi nước và việc phát minh ra máy móc thiết bị tự động cho sản xuất dệt.
Wilkinson đã thiết kế máy phay khoét có độ nặng và gia cơng chính xác hơn các máy
phay và máy khoét Canon (đã đỡ hai đầu trục, giúp tăng độ cứng, tính chính xác và sử
dụng dao cắt bằng các mảnh lắp thay thế được bởi một vít nằm bên trong trục khoét).
Máy này là máy công cụ hiện đại đầu tiên được cơng nhận, vì nó có thể thực hiện cắt
chi tiết nặng với độ chính xác hợp lý và thiết kế được nhận rộng vào cuối thế kỷ 20 [2].
Các loại công cụ ở cùng giai đoạn này thể hiện ở hình: 1.3, 1.4
Hình 1.3. Máy khoét của Wilkinson [2]
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
4
Hình 1.4. Máy tiện ren vít đầu tiên của Maudslay [2]
* Công nghiệp sản xuất (theo số lượng) thế kỷ 19
Phương pháp sản xuất theo số lượng bắt đầu ở đầu thế kỷ 19 đến cuối thế kỷ 19,
phương pháp này lúc đầu nhằm mục đích phục vụ cho nhu cầu để sản xuất trong ngành
cơng nghiệp vũ khí nhỏ và theo thời gian được áp dụng cho các ngành phục vụ cuộc
sống của con người như: xe đạp, máy may, đồng hồ máy và đánh chữ… Sản xuất theo
phương pháp này không sử dụng các phép đo hoặc dung sai mà tập trung vào các dụng
cụ kiểm tra giới hạn so với các phương pháp sản xuất thời kỳ này. Và nó được đặt là
phương pháp hệ thống sản xuất của Mỹ hay còn gọi là phương pháp sản xuất thay thế
[2].
Các loại máy ở giai đoạn này thể hiện ở hình: 1.5, 1.6
Hình 1.5. Máy phay vạn năng của Brown [2]
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
5
Hình 1.6. Máy mài phẳng của Brown và Sharpe [2]
* Sản xuất hàng loạt ở thế kỷ 20
Trong giai đoạn đầu thế kỷ 20, những máy công cụ được thiết kế có độ cứng vững
cao hơn, chính xác hơn, bánh răng được cải tiến và luyện kim tốt hơn, có dầu bơi trơn
và làm mát. Cho nên những máy móc này có độ chính xác, có tốc độ và có công suất
cao hơn. Và để đáp ứng những yêu cầu này, thì những nhà chế tạo máy cơng cụ đã dùng
cơng nghệ từ các ngành cơng nghiệp điện, hóa học...
Phương pháp sản xuất ra rất nhiều sản phẩm ở bất kỳ đâu trong khu phân xưởng
của nhà máy mà các sản phẩm đều có chất lượng về độ chính xác tương đương nhau
theo yêu cầu ngày càng tăng của xã hội, chính là phương pháp sản xuất hàng loạt. Để
làm được đó, địi hỏi phải chun hóa cơng việc cao cùng với đó là sự chuyển dịch từ
các dụng cụ đo từ giới hạn sang đo theo kích thước và dung sai. Và để đạt được tiêu
chuẩn yêu cầu về độ chính xác và tính đồng nhất khi gia tăng khối lượng: thứ nhất là sử
dụng các đồ gá trên các máy tiêu chuẩn và thứ hai là sự phát triển các máy chuyên dụng
để sản xuất số lượng lớn [2].
Các loại máy móc ở thời kỳ này thể hiện ở hình: 1.7, 1.8
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
6
Hình 1.7. Máy ba trục chính trong gia cơng block động cơ tại Ford Model T [2]
Hình 1.8. Máy vận chuyển 2 trạm- 8 trục chính để gia cơng block động cơ V8 [2]
* Điều khiển số
Sau năm 1945, là sự lên ngơi của phương thức sản xuất mới đó là áp dụng phương
pháp điều khiển số NC, nó đánh dấu cho kỷ nguyển sử dụng công nghệ tin học trong
sản xuất tự động hóa (bằng chương trình máy tính). Việc áp dụng điều khiển số NC
trong sản xuất dẫn đến các máy công cụ vạn năng đã được cải tiến tốt nhất tiên tiến hơn
để phục các ngành công nghiệp như: máy bay, xe hơi và đóng tàu thủy… và đặc biệt là
là ngành công nghiệp máy bay do có nhiều chi tiết địi hỏi phải độ chính xác cao và chi
tiết phức tạp.
1.2. Các đặc trưng cơ bản của gia công cơ
1.2.1. Các khái niệm
a) Gia công cơ
Gia cơng cơ hay cịn gọi là gia cơng kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia
công kim loại từ phôi, để đạt được chi tiết theo đúng yêu cầu kỹ thuật cho trước (hình
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
7
dáng, kích thước, vị trí tương quang giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt) bằng cách
hớt bỏ dần những lớp kim loại thừa khỏi chi tiết nhờ các lưỡi cắt của dụng cụ cắt.
b) Hệ thống công nghệ
Muốn hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt, con người phải sử dụng một hệ thống thiết bị
nhằm tách lớp kim loại thừa ra khỏi phôi, nhưng đồng thời phải đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật đã cho trên bản vẽ. Hệ thống thiết bị dùng để hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt được
gọi là hệ thống công nghệ, bao gồm: máy, dao, đồ, gá và chi tiết gia cơng. Trong đó:
- Máy: có nhiệm vụ cung cấp năng lượng và các chuyển động cần thiết cho q
trình cắt gọt.
- Dao: có nhiệm vụ trực tiếp cắt bỏ lớp lượng dư ra khỏi chi tiết nhờ năng lượng
máy cung cấp thông qua các chuyển động tương đối.
- Đồ gá: có nhiệm vụ xác định và giữ vị trí tương quan chính xác giữa dao và chi
tiết gia cơng trong suốt q trình gia công.
- Chi tiết gia công: là đối tượng của quá trình cắt gọt, mọi kết quả của q trình gia
cơng đều được phản ánh lên chi tiết.
Và tất nhiên để hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt, mỗi bộ phận của hệ thống cơng nghệ
có nhiệm vụ riêng, đồng thời phải có mối quan hệ tác động lẫn nhau [3].
Hình 1.9. Các thành phần của hệ thống công nghệ [3]
c). Cơ chế cắt gọt kim loại
Sự hình thành phoi là quá trình cắt gọt kim loại do sự tác động của năng lượng
thông qua dụng cụ cắt gọt, vật liệu phôi bị biến dạng, phoi tạo ra và hình thành bề mặt
kim loại mới được tạo ra. Hình 1.10 là sơ đồ quá trình tạo phoi
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
8
Hình 1.10. Sơ đồ quá trình tạo phoi [2]
Quá trình hình thành phoi là quá trình liên tục biến dạng dẻo và được chia làm 4
vùng, sự biến đổi cấu trúc của chi tiết (vùng a) và sự biến đổi cấu trúc của phôi cắt (vùng
b), khi cắt vật liệu giịn thì (vùng e) là vùng có khả năng tách vật liệu, (vùng c) là vùng
thoát phoi và (vùng d) là vùng của bề dày lớp cắt
Quá trình cắt gọt kim loại, là quá trình hớt đi một lượng dư gia cơng của kim loại
phơi để hình ra chi tiết cần gia cơng, do có sự quay của phơi (đối với gia cơng tiện) và
có sự quay của dao (đối với gia cơng phay), nên có hiện tượng trượt trên bề mặt dao,
việc trượt này liên tục làm cho các biến dạng dẻo liên tục được phát sinh trong các lớp
biên. (Vùng bị chảy), có kết cấu biến dạng hình thành song song với mặt trước, được
phát hiện bởi áp lực của một quá trình chảy do mức độ biến dạng rất cao. Phoi được
hình thành trong quá trình cắt gọt kim loại tạo ra phoi có nhiều dạng phoi liên tục, không
liên tục, phôi dạng tấm và phoi xếp [2].
1.2.2. Bề mặt gia công
Bề mặt gia công chi tiết trong cơ khí rất đa dạng. Tuy nhiên, phần lớn chúng đều
hình thành bằng quét các đường sinh theo đường chuẩn, với đường sinh và đường chuẩn
là đường thẳng, đường trịn hoặc đường cong nào đó [3].
a) Dạng các bề mặt có đường chuẩn là đường trịn
Bề mặt có đường chuẩn là đường tròn là các bề mặt được tạo thành khi cho đường
sinh chuyển động tương đối xung quanh đường chuẩn trịn với đặc trưng cơ bản là có
trục chuẩn đối xứng hoặc tầm đối xứng. Nếu đường sinh là đường thẳng, ta sẽ được bề
mặt dạng trụ, nếu đường sinh song song với đường tâm hoặc được bề mặt hình cơn nếu
đường sinh giao với đường tâm như hình 1.11.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
9
Hình 1.11. Các bề mặt gia cơng trịn xoay có đường cong thẳng [3]
Nếu đường sinh là đường cong, ta sẽ tạo được bề mặt dạng tang trống hoặc được bề
mặt ren, nếu đường sinh là đường khấp khúc, đường chuẩn là đường tròn và đường thẳng
song song với đường tâm khối ren.
Hình 1.12. Các bề mặt gia cơng trịn xoay có đường sinh cong và khấp khúc [3]
b). Dạng các bề mặt có đường chuẩn là đường thẳng
Đây là những bề mặt được quy ước tạo thành bởi đường sinh là đường thẳng,
đường cong hoặc đường gấp khúc trượt trên đường chuẩn là đường thẳng.
Hình 1.13. Các bề mặt có đường chuẩn là đường thẳng [3]
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
10
c). Dạng các bề mặt đặc biệt
Các dạng bề mặt đặc biệt là các bề mặt không gian phức tạp có đường kính chuẩn
và đường sinh là đường trịn, đường thẳng hoặc đường cong nào đó (thân khai…).
Hình 1.14. Các bề mặt đặc biệt [3]
1.2.3. Các phương pháp gia công cơ
Có nhiều cách phân loại các phương pháp gia cơng
a). Xuất phát từ nguyên lý tạo hình bề mặt
Người ta phân thành các phương pháp gia cơng chép hình, theo vết và bao hình:
- Phương pháp chép hình là phương pháp gia công với lưỡi dao cắt trùng với đường
sinh của bề mặt gia cơng. Nếu lưỡi cắt có dạng đường sinh cần gia cơng thì gọi là gia
cơng chép hình với dao định hình (hình 1.15 a). Nếu lưỡi cắt của dao thẳng và có chuyển
động theo biên dạng của dưỡng (mẫu) chép hình thì gọi là gia cơng chép hình bằng
dưỡng (hình 1.15.b) [3].
Hình 1.15. Phương pháp gia cơng chép hình [3]
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
hành nội bộ
Lưu
