Nghiên cứu tạo hình bề mặt phức tạp và biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt trong dụng cụ y tế và sản phẩm cơ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Lê Văn Thắm

Nghiên cứu tạo hình bề mặt phức tạp và
biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt
trong dụng cụ y tế và sản phẩm cơ khí
Chuyên ngành :

Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chế tạo máy

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
GS.TSKH Bành Tiến Long

Hà nội, 2011
Hà Nội – Năm 2011


1

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long
LỜI CẢM ƠN

Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ tận tình của thầy
giáo GS.TSKH. Bành Tiến Long cùng toàn thể các Thầy, Cô trong Bộ môn Gia
công Vật liệu và Dụng cụ công nghiệp – Viện cơ khí- Trường Đại học Bách khoa

Hà nội. Em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học.
Nhân dịp hoàn thành luận văn cao học Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các
thầy, cô giáo trong Bộ môn, Viện và Trường Đại học Bách khoa Hà nội đã tận
tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em hoàn thành khóa học.
Cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của Ban giám đốc Công ty cổ phần MEINFA
đã tạo điều kiện giúp đỡ Tôi trong quá trình nghiên cứu về quá trình sản xuất
dụng cụ y tế.
Xin chân thành cám ơn các thầy phản biện đã đóng góp những ý kiến quí
báu và bổ ích để bản luận văn được hoàn thiện.
Ngày … tháng 10 năm 2011
Tác giả

Lê Văn Thắm

Học viên : Lê Văn Thắm  


2

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long
LỜI CAM ĐOAN

Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu tạo hình bề mặt phức tạp và biện pháp
nâng cao chất lượng bề mặt trong dụng cụ y tế và sản phẩm cơ khí”
Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long.
Học viên thực hiện: Lê Văn Thắm
Chuyên ngành: Chế tạo máy
Khoá học 2009 – 2011,

Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, không nhờ, thuê,
mua hay dowload Luận văn của người khác.
Kết quả nghiên cứu trong Luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được
công bố trong công trình nghiên cứu nào.
Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các
thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tôi xin chịu trách nhiệm về những cam đoan trên.
Ngày 26 tháng 09 năm 2011
Học viên

Lê Văn Thắm

Học viên : Lê Văn Thắm  


3

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................... 7
PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................. 10
CHƯƠNG I .......................................................................................................... 17
TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TẠO HÌNH BỀ MẶT, ỨNG DỤNG GIẢI BÀI
TOÁN TẠO HÌNH BỀ MẶT TRONG KHÔNG GIAN ..................................... 17
1.1

Lý thuyết cơ bản tạo hình các bề mặt. .............................................................. 17

1.1.1 Động học quá trình tạo hình các bề mặt.................................................................... 17
1.1.2. Phương trình bề mặt ................................................................................................. 20

1.2

Xác định đường cong thông số ......................................................................... 21

1.2.1 Phương pháp giải tích. .............................................................................................. 21
1.2.2.Phương pháp động học xác định họ bề mặt bao ....................................................... 25
1.2.3 Ứng dụng ten xơ quay viết phương trình bề mặt ...................................................... 28

1.3

Bề mặt khởi thủy, bề mặt dụng cụ. ................................................................... 31

CHƯƠNG II ......................................................................................................... 33
TẠO HÌNH BỀ MẶT DỤNG CỤ Y TẾ CÓ HÌNH DẠNG PHỨC TẠP ........... 33
2.1

Khái quát chung về việc sản xuất dụng cụ y tế trên thế giới và Việt Nam ...... 33

2.1.1 Tình hình sản xuất dụng cụ y tế trên thế giới và Việt Nam ...................................... 33
2.1.2 Phân loại dụng cụ y tế , lựa chọn sản phẩm nghiên cứu. ..........................................35
2.1.3. Phương pháp tạo hình lưỡi kéo Moayo đầu cong mũi nhọn/tù 160. ........................ 38

2.2 Ứng dụng lý thuyết tạo hình bề mặt để xây dựng lý thuyết tạo hình bề mặt của
lưỡi kéo moayo 160 đầu cong nhọn/tù ....................................................................... 41
2.2.1 Cấu tạo của Kéo Moayo 160 – đầu cong mũi nhọn/tù. .............................................41

2.2.2 Xác định các chuyển động tạo hình lưỡi cắt .............................................................47
2.2.3 Lập phương trình bề mặt lưỡi cắt. ............................................................................. 55
2.2.4 Lập trình vẽ đường cong lưỡi cắt. ............................................................................. 61

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỒ GÁ MÀI LƯỠI KÉO CỦA KÉO MỔ
MOAYO 160 TRÊN MÁY MÀI SẮC VẠN NĂNG. ......................................... 68
3.1

Phân tích chuyển động, xây dựng sơ đồ gá đặt ................................................ 68

3.1.1 Mài lòng mo mũi kéo ................................................................................................ 68
3.1.2 Mài mặt sau lưỡi kéo................................................................................................. 71

Học viên : Lê Văn Thắm  


4

Luận văn thạc sỹ
3.2

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Tính toán sai số gá đặt. ..................................................................................... 72

CHƯƠNG IV ....................................................................................................... 75
BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT TRONG LĨNH VỰC SẢN
XUẤT DỤNG CỤ Y TẾ. ..................................................................................... 75
4.1 Những yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt Dụng cụ y tế áp dụng với kéo
Moayo 160 .................................................................................................................. 76

4.1.1. Ảnh hưởng của vật liệu của chi tiết tới chất lượng bề mặt. .....................................77
4.1.2. Ảnh hưởng của vật liệu đá mài và chế độ cắt khi mài ............................................. 78
4.1.3 Ảnh hưởng của Nhiệt luyện tới chất lượng bề mặt ................................................... 81
4.1.4 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội khi gia công tới chất lượng bề mặt ............... 81

4.2

Những Biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt ................................................. 82

4.2.1 Biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt bằng nhiệt luyện ......................................... 82
4.2.2 Biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt bằng mài điện hóa. ......................................85
4.2.3 Biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt bằng Đánh bóng điện hóa. ..........................87

KẾT LUẬN .......................................................................................................... 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 91
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 92

DANH MUC CÁC BẢNG
Trang

Bảng 2.1. Trị số tọa độ lưỡi cắt vế trái theo góc β

58

Bảng 2.2. Trị số tọa độ lưỡi cắt vế phải theo góc β

60

Bảng 4.1. Chế độ đánh bóng điện hóa đối với thép không gỉ

87

Học viên : Lê Văn Thắm  


5

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Kéo mổ Moayo 160 đầu cong
Hình 2 Kéo cắt mống mắt đầu cong
Hình 3 Lòng mo không đều, lưỡi cắt mòn không đều
Hình 4 Banh mũi –Nasal Speculam

Trang
11
11
11
11

Hình 5. Vam âm đạo kiểu GRAVE/ CUSO
Hình 6 Kéo mổ Moayo crissors -160
Hình 1.1 Một số dạng chuyển động tạo hình
Hình 1.2 CĐ tạo hình tự trên 1 đường cong bất kỳ
Hình 1.3 CĐ . Tạo hình bề mặt phức tạp
Hình 1. 4 Sơ đồ thiết lập Ten xơ quay
Hình 2.1 : Ca mổ thông thường

Hình 2.2 : Ca mổ nội soi
Hình 2.3a.Kéo mổ mắt đầu cong 3 ½’’
Hình 2.3b. Kéo cắt đường khâu vết thương
Hình 2.3c . Kéo cắt mống mắt
Hình 2.3d. Banh mũi
Hình 2.3e. Kìm kẹp máu
Hình 2.3g. Bộ dụng cụ phụ khoa
Hình 2.3f. Kéo Moayo các loại
Hình 2.13h. Vam âm đạo kiểu Grave/Cusco
Hình 2.3i. Kìm nhổ răng
Hình 2.3k. Dao mổ các loại
Hình 2.5 Bản vẽ kéo Moayo đầu cong mũi nhọn/ tù - 160

11
14
18
18
27
28
33
33
33
33
33
33
33
33
34
34
34

34
41

Hình 2.6 Hình biểu diễn phần mũi kéo trong mặt phảng ngang XOY
Hình 2.7 Hình chiếu phần mũi kéo trong mặt phẳng ngang ZOY
Hình 2.8 Mặt cắt ngang Phần mũi kéo trong mặt phẳng vuông góc với
trục Oy
Hình 2. 9 Sơ đồ tính góc trước trong mặt cắt vuông góc với đường
cong lưỡi kéo

42
42
43

Học viên : Lê Văn Thắm  

44


6

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Hình 2 . 10: Sơ đồ xác định mối quan hệ 3 chiều của đường cong lưỡi
kéo.
Hình 2.11 Bề mặt lòng mo C của chi tiết ; Đường đặc tính E và mặt
khởi thủy K của dụng cụ
Hình 2. 12 Sơ đồ mài bề mặt lòng mo C của lưỡi kéo vế trái và vế

phải
Hình 2.13 Sơ đồ mài bề mặt sau của lưỡi kéo vế trái
Hình 2.14 Sơ đồ mài bề mặt sau của lưỡi kéo vế phải
Hình 2.15: Sơ đồ xác định bề mặt lòng mo lưỡi kéo – Vế trái
Hình 2-16: Sơ đồ xác định tọa độ các điểm của lưỡi cắt – Vế trái
Hình 2.17 Hình biểu diễn đường cong lưỡi cắt vế trái
Hình 2.18 Hình biểu diễn đường cong lưỡi cắt vế
Hình 3.1. Hình biểu diễn sơ đồ gá đặt - mài lòng mo lưỡi kéo vế trái
Hình 3.2. Hình biểu diễn đồ gá mài lòng mo lưỡi kéo vế trái
Hình 3.3. Hình biểu diễn đồ gá mài lòng mo lưỡi kéo vế phải
Hình 3.4.Hình biểu diễn đồ gá mài mặt sau lưỡi kéo
Hình 3.5 Sơ đồ xác định sai số định vị khi mài lòng mo lưỡi kéo
Hình 3.6. Sơ đồ tính góc trước γ
Hình 4.1. Sơ đồ tôi
Hình 4.2. Sơ đồ ram
Hình 4.3. Tổ chức tế vi dạng kim của Mactenxit
Hình 4.4. Lò nhiệt luyện liên tục các loại kéo
Hình 4.5. Cửa lấy sản phẩm sau khi tôi và ram
Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mài điện hóa

Học viên : Lê Văn Thắm  

46
48
51
53
54
55
57
65

67
68
69
70
71
72
74
82
82
83
84
84
85


7

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long
LỜI NÓI ĐẦU

Sản xuất cơ khí ngày càng có vai trò quan trọng trong phát triển nền kinh
tế quốc dân, đặc biết trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đát nước
và hội nhập quốc tế. Trong sản xuất có khí, chỉ cần thay đổi một đại lượng rất
nhỏ chế độ cắt thì ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng, năng suất, hiệu quả của quá
trình gia công tức là ảnh hưởng đến giá trị nền kinh tế. Hoặc cùng một chi tiết
cần đạt khi thay đổi phương pháp tạo hình tức là thay đổi một giải pháp khoa học
công nghệ thì chất lượng và năng xuất tăng rất cao. Tuy nhiên, vẫn còn có rất
nhiều khoảng trống giữa lý thuyết và thực tế cũng như còn rất nhiều lĩnh vực

chưa được quan tâm.
Trái với một số quan điểm cho rằng với lịch sử tồn tại hàng trăm năm , thì
lĩnh vực cơ khí không còn gì để nghiên cứu. Nhưng ngày nay người ta đã tìm ra
được nhiều loại vật liệu mới có những tính chất đặc biệt cũng như đã chế tạo ra
được những máy có tốc độ rất cao hàng chục ngàn vòng phút; Hoặc máy có lực
công tác tới hàng nghìn tấn; Nhiều loại dung dịch bôi trơn, dung dịch trơn nguội
mới…cũng được tìm ra. Việc lựa chọn phương pháp gia công, phương pháp tạo
hình … cũng được đổi mới hàng ngày.
Trong chế tạo máy, để tạo hình bề mặt cho chi tiết, trước hết cần phải thiết
kế Propin chi tiết theo yêu cầu đã cho, từ đó chọn dụng cụ, công nghệ , trên cơ sở
xác định chuyển động tạo hình hợp lý, sau đó thiết kế biên dạng của dụng cụ. Có
nhiều chi tiết có hình dạng phức tạp nhưng có thể chọn phương pháp tạo hình
đơn giản và ngược lại. Việc nghiên cứu lựa chọn phương pháp tạo hình bề mặt
phù hợp sẽ đảm bảo độ chính xác và chất lượng chi tiết gia công, ảnh hưởng tốt
đến tuổi bền, tuổi thọ của dụng cụ, máy móc và hệ thống công nghệ và đạt được
hiệu quả kinh tế thông qua giá thành sản phẩm
Học viên : Lê Văn Thắm  


8

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Trên thế giới và trong nước ta đã có nhiều tác giả và có nhiều công trình
nghiên cứu về lĩnh vực này, nhất là các bề mặt có hình dạng phức tạp. Nhiều nhà
khoa học đã tạo ra được các lý thuyết và phương pháp tạo hình bề mặt rất cơ bản
và quan trọng.
Tuy nhiên việc nghiên cứu và ứng dụng các các phương pháp tạo hình bề

mặt trong gia công cơ khí để gia công các Dụng cụ y tế và biện pháp nâng cao
chất lượng, tuổi thọ của chúng chưa được chú trọng nhiều, mặc dù Dụng cụ y tế
liên quan trực tiếp đến sự an toàn tính mạng, sức khỏe của mỗi con người.
Chính vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp tạo hình bề mặt
để gia công các bề mặt phức tạp và quan trọng của một số dụng cụ y tế là một
nhiệm vụ có tầm quan trọng và ý nghĩa kinh tế, xã hội rất lớn.
Với sự đồng ý của Viện Cơ Khí, của Viện đào tạo sau đại học của Trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội và được sự đồng ý của Thầy giáo GS-TSKH. Bành
Tiến Long, Em được giao đề tài: “Nghiên cứu tạo hình bề mặt phức tạp và
biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt trong dụng cụ y tế và sản phẩm cơ
khí”.
Đề hoàn thành đề tài em đã vận dụng những kiến thức đã học và tìm hiểu
các tài liệu chuyên ngành liên quan. Nhưng do những hạn chế về mặt kiến thức,
kinh nghiệm và thời gian nên quá trình thực hiện không tránh khỏi những sai sót,
em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy, Cô.
Em xin chân thành cảm ơn đến các Thầy, Cô Bộ môn Gia công Vật liệu và
Dụng cụ công nghiệp- Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp
đỡ Em trong quá trình hoàn thiện đề tài.

Học viên : Lê Văn Thắm  


9

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Đặc biệt Em xin chân thành cảm ơn GS-TSKH. Bành Tiến Long đã trực
tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tận tình để Em có thể hoàn thiện

được đề tài.
Hà Nội, ngày …tháng … năm 2011
Học viên

Lê Văn Thắm

Học viên : Lê Văn Thắm  


10

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long
PHẦN MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, mục đích, đối tượng và
phạm vi nghiên cứu của đề tài
1.

Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Trong chế tạo máy để tạo hình bề mặt cho chi tiết trước hết cần phải thiết kế

Propin chi tiết theo yêu cầu đã cho, từ đó chọn dụng cụ, công nghệ , trên cơ sở
xác định chuyển động tạo hình hợp lý, sau đó thiết kế biên dạng của dụng cụ. Có
nhiều chi tiết có hình dạng phức tạp nhưng có thể chọn phương pháp tạo hình
đơn giản và ngược lại. Việc nghiên cứu lựa chọn phương pháp tạo hình bề mặt
phù hợp sẽ đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật rất lớn.
Trên thế giới và trong nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực
này, nhất là các bề mặt có hình dạng phức tạp ( Như Lý thuyết tạo hình bề mặt

của Liucin; Lý thuyết tạo hình bề mặt thực của đôi động học Dụng cụ cắt- Chi
tiết của GS.TSKH Bành Tiến Long…) Họ đã tạo ra được các lý thuyết và phương
pháp tạo hình bề mặt rất cơ bản và quan trọng, nhất là trong lĩnh vực áp dụng
cho gia công cơ khí.
Tuy nhiên việc nghiên cứu và ứng dụng các các phương pháp tạo hình bề
mặt trong gia công cơ khí để gia công các Dụng cụ y tế chưa được chú trọng
nhiều, mặc dù Dụng cụ y tế liên quan trực tiếp đến sự an toàn tính mạng, sức
khỏe của mỗi con người.
Trong dụng cụ y tế có rất nhiều bề mặt của nhiều sản phẩm tiếp xúc trực tiếp
với cơ thể con người, khi chế tạo các loại dụng cụ y tế, nguyên công gia công
tinh chủ yếu mới được thực hiện bằng phương pháp thủ công tức sử dụng kỹ
năng nghề nghiệp của thợ lành nghề làm bằng tay.
Học viên : Lê Văn Thắm  


11

Lu
uận văn thạ
ạc sỹ

Hướ
ớng dẫn kh
hoa học: GS.TSKH
G
Bành Tiến
n Long

Ví dụ lư
ưỡi kéo Moayo

M
crissors -160-- đầu congg , kéo cắtt mống mắtm đầu
conng, kéo mổ
ổ METZE
ENBRAUN
N đầu congg (hình dư
ưới đây) đư
ược làm bằằng vật
liệuu thép Inox dùng để cắt mổ nhhững bộ phhận của cơ
ơ thể, có biên
b
dạng lưỡi
l
cắt
conng 3 chiều
u, đòi hỏi lưỡi
l
cắt phhải sắc và là đường cong trơn liên tục. Sau
S khi
dậpp tạo phôi,, gia công cơ bán tinnh, dập coong phần đầu,
đ
nhiệt luyện
l
sau đó mài
thôô và tinh lư
ưỡi kéo lại được làm bằng
b
tay trrên máy mài
m 2 đá - nên biên dạng, góc
độ của phần lưỡi cắt khó

k có thể đảm bảo giống
g
nhauu, năng suuất thấp… Vì vậy
khii làm việc lưỡi cắt sẽẽ nhanh mòn,
m
mòn không
k
đều ảnh hưởngg tới quá trrình cắt
mổổ và gây đaau đớn choo bệnh nhânn.

HHình11Kéo
Hình
Kéo
omổ
mổMoayo
Moayo160
160đầu
đầucon
con
ng
ng1

Hình 2 Kééo cắt mống mắt đầu conng

A

B

Hình
h3 Lòng moo không đều, lưỡi cắt mòòn không đêuu ( Phần mépp A và B)

Học viên
v
: Lê Văn
V Thắm  


12

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Một số dụng cụ y tế cầm tay khác cũng có hình dạng rất phức tạp như :
Banh mũi ( Dùng để khám mũi bằng cách đưa phần mỏ vào trong lỗ mũi để mở
rộng nó ra , tạo điều kiện để khám bệnh về mũi); Vam âm đạo (Dùng để khám
bệnh phụ khoa của phụ nữ) , Thìa nạo nhau ( để nạo phần nhau của phụ nữ khi
sinh con hoặc khi nạo thai) có hình dạng phần làm việc rất phức tạp cong 3
chiều. Chúng được dập tạo hình sau đó được mài, đánh bóng bằng tay hoặc điện
hóa, nên độ chính xác của phần làm việc còn nhiều hạn chế.

Hình 4 Banh mũi –Nasal Speculam

Hình 5. Vam âm đạo kiểu GRAVE/ CUSO 1

Chính vì vậy, để tạo ra một sản phẩm chất lượng cao, đáp ứng được nhu cầu
thị trường đảm bảo tốt nhất sức khỏe cho người dân chúng ta cần phải nghiên
cứu và ứng dụng các các phương pháp tạo hình bề mặt để gia công các bề mặt
phức tạp và quan trọng của một số dụng cụ y tế, đồng thời tìm ra một số trang bị
có thể điều khiển các chuyển động hợp lý khi gia công tinh, cũng như tìm ra các

biện pháp làm tăng tuổi thọ của sản phẩm là một nhiệm vụ có tầm quan trọng và
ý nghĩa kinh tế, xã hội rất lớn.
Học viên : Lê Văn Thắm  


13

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Đây cũng là vấn đề hết sức cấp bách để tạo ra cơ sở khoa học cho quá trình
gia công tinh các dụng cụ y tế có bề mặt cong phức tạp khi tiếp xúc trực tiếp với
cơ thể con người.
2.

Mục đích của đề tài
Nghiên cứu lý thuyết tạo hình bề mặt, ứng dụng vào việc tạo hình bề mặt

các chi tiết có hình dạng phức tạp trong lĩnh vực Y tế. Từ đó đưa ra các biện
pháp nâng cao chất lượng bề mặt gia công nhằm nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy
của sản phẩm, đặc biệt trong sản xuất Dụng cụ y tế.
3.

Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết:
- Nghiên cứu về lý thuyết tạo hình bề mặt; Giải một số bài toán tạo hình

trong không gian 3 chiều.
- Ứng dụng các phương pháp tạo hình bề mặt để xây dựng phương pháp tạo
hình bề mặt lòng mo lưỡi kéo mổ Moayo 160 đầu cong, mũi nhọn/ tù là một loại

dụng cụ y tế có hình dạng phức tạp.
- Lập phương trình bề mặt lòng mo, lập và giải hệ phương trình xác định
đường cong lưỡi kéo của kéo mổ Moayo 160 đầu cong, mũi nhọn/ tù; Lập thuật
toán xác định tọa độ các điểm và vẽ đường cong lưỡi kéo.
- Nghiên cứu đồ gá mài lưỡi Kéo mổ Moayo 160 đầu cong, mũi nhọn/ tù.,
trên máy mài sắc vạn năng; Mô phỏng quá trình mài Lòng mo bằng phần mềm
phù hợp.
- Nghiên cứu các biện pháp nâng cao chất lượng của bề mặt nhằm nâng cao
tuổi thọ và độ tin cậy của Dụng cụ y tế.
4.

Đối tượng- Phạm vi nghiên cứu

a. Đối tượng : Các bề mặt phức tạp của sản phẩm cơ khí và Dụng cụ y tế.
b. Phạm vi :
Học viên : Lê Văn Thắm  


14

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

- Nghiên cứu lý thuyết tạo hình bề mặt, ứng dụng vào việc tạo hình bề mặt
các chi tiết có hình dạng phức tạp, áp dụng trong lĩnh vực y tế.
- Nghiên cứu đồ gá mài lưỡi kéo của Kéo mổ Moayo 160 là một loại dụng
cụ y tế có hình dạng phức tạp, trên máy mài sắc vạn năng.
- Biện pháp nâng cao chất lượng của bề mặt nhằm nâng cao tuổi thọ và độ
tin cậy của Dụng cụ y tế.

Hình 6 Kéo mổ Moayo crissors -160

5. Cấu trúc của đề tài:
Phần mở đầu: Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, mục đích, đối
tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
PhÇn néi dung:
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết tạo hình bề mặt, ứng dụng
giải bài toán tạo hình bề mặt trong không gian.
Chương 2 : Tạo hình bề mặt để tạo hình bề mặt làm việc của dụng cụ y tế có
hình dạng phức tạp.

Học viên : Lê Văn Thắm  


15

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Chương 3: Nghiên cứu đồ gá mài lưỡi kéo của kéo mổ Moayo 160 (đầu
cong, mũi nhọn/tù), trên máy mài sắc vạn năng.
Chương 4: Biện pháp nâng cao chất lượng bề mặt, ứng dụng trong lĩnh vực
sản xuất dụng cụ y tế.
Phần kết luận và kiến nghị
Phụ lục , các bảng biểu….
6. Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên cơ sở các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học đi trước như
phương pháp giải tích và Ten xơ, luận văn sẽ đi sâu vào nghiên cứu lý thuyết tạo

hình bề mặt thực biên dạng lưỡi cắt của Kéo mổ y tế Moayo crissors -160. Từ đó
tạo cơ sở lý luận cho các nội dung nghiên cứu tiếp theo.
Dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết tạo hình bề mặt thực biên dạng lưỡi
cắt của Kéo mổ y tế Moayo 160 đầu cong mũi nhọn/ tù để xác định các yếu tố
ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt tạo nên biên dạng lưỡi cắt. Sau đó lựa chọn
công nghệ điều khiển phù hợp để khắc phục các yếu tố trên, điều này làm tăng
chất lượng lưỡi cắt.
Để thấy được ý nghĩa khoa học của đề tài, đề tài đã đề xuất ra dạng đồ gá để
mài tinh lòng mo sản phẩm kéo mổ y tế Moayo 160 đầu cong mũi nhọn/ tù, trên
máy mài sắc vạn năng.
7. Những đóng góp mới và hướng phát triển của Đề tài
7.1 Những đóng góp mới của đề tài
- Xây dựng được hệ phương trình tính toán, lập được thuật toán vẽ biên
dạng lưỡi cắt của kéo mổ y tế Moayo 160 đầu cong mũi nhọn/ tù;
- Lựa chọn được trang bị và công nghệ phù hợp để mài tạo hình (Mài tinh)
lưỡi cắt của Kéo mổ y tế Moayo 160 đầu cong mũi nhọn/ tù.
Học viên : Lê Văn Thắm  


16

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

- Xác định được các thông số ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt tạo nên biên
dạng lưỡi cắt;
7.2 Hướng phát triển của Đề tài
Trên cơ sở lý thuyết nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến chất lượng mài
tinh lưỡi cắt của Kéo mổ Kéo mổ y tế Moayo 160 đầu cong mũi nhọn/ tù, sẽ phát

triển chế tạo các đồ gá hoặc ROBOT và lập trình điều khiển CNC để mài tinh
lưỡi cắt của kéo mổ Moayo và một số kéo mổ khác như kéo METZENBAUM
SCISORS, Kéo cắt mống mắt IRIS SCISSORS …
Hà Nội, ngày 26 tháng 09 năm 2011
Học viên

Lê Văn Thắm

Hướng dẫn Khoa học

GS.TSKH Bành Tiến Long
Học viên : Lê Văn Thắm  


17

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long
CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TẠO HÌNH BỀ MẶT, ỨNG DỤNG GIẢI
BÀI TOÁN TẠO HÌNH BỀ MẶT TRONG KHÔNG GIAN
1.1 Lý thuyết cơ bản tạo hình các bề mặt.
1.1.1 Động học quá trình tạo hình các bề mặt.
Như ta đã biết bề mặt thực của chi tiết máy dù phức tạp đến đâu cũng được
giới hạn bởi các bề mặt thực trong không gian. Để hình thành các bề mặt này
người ta dùng các biện pháp công nghệ khác nhau như: Rèn, đúc, gia công bằng
áp lực và gia công cắt gọt ( PP gia công có phoi), Cắt bằng tia lửa điện...
Các nhà khoa học đi trước đã sử dụng 2 phương pháp để nghiên cứu tạo

hình bề mặt , đó là phương pháp Hình học và phương pháp Giải tích.
Phương pháp Hình học chỉ rõ:
Giả sử ta cần hình thành bề mặt chi tiết máy có phương trình
F(x,y,z) = 0

(1.1)

Với 2 đường cong thông số : U(Đường sinh) và V(Đường chuẩn)
Khi cho đường sinh U chuyển động tựa trên đường chuẩn V theo một qui
luật náo dó, Thì vết để lại của đường sinh U sẽ hình thành bề mặt có phương
trình (1.1).
Ví dụ: Khi cho một đường thẳng U ( Đường sinh) chuyển động tựa trên
đường tròn V ( Đường chuẩn) và song song với đường thẳng ban đầu thì vết của
nó sẽ tạo nên một bề mặt trụ có phương trình:
X2 + Y2 = R2 với Z = a với a = -∞ ÷ + ∞ ( hình 1a)
Nếu đường chuẩn V là một đường cong bất kỳ thì bề mặt được tạo thành
sẽ là một bề mặt cong bất kỳ, thỏa mãn phương trình trên (1.1) ( hình 2)

Học viên : Lê Văn Thắm  


18

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Nếu phương trình đã cho là bề mặt thuận, ta có thể hoán đổi vai trò đường
sinh thành đường chuẩn và ngược lại ta cũng có kết quả tương tự ( hình 1b).

a

b

Hình 1.1 Một số dạng chuyển động tạo hình

Hình 1.2 CĐ tạo hình tự trên 1
đường cong bất kỳ

Người ta thường phối hợp các chuyển động cơ bản tịnh tiến hoặc quay để
tạo hình ra các bề mặt khác nhau.
- Một mặt phẳng do một đường sinh thẳng chuyển động tịnh tiến song
song với nó và dựa trên một đường chuẩn là đường thẳng tạo thành.
- Mặt soắn vít là do một đường sinh chuyển động xoắn vít (xoay tròn và
tịnh tiến) tạo thành...
Trong quá trình tạo hình, dựa vào động học hình thành các bề mặt, các
lưỡi cắt dụng cụ thường được chọn làm đường sinh để tạo hình ra các bề mặt cho
trước.
Chuyển động tạo hình bề mặt : Là chuyển động tương đối của cặp bề
mặt chi tiết và dụng cụ, để tạo ra bề mặt chi tiết.
Sơ đồ mô tả các chuyển động tạo hình gọi là sơ đồ động học tạo hình.

Học viên : Lê Văn Thắm  


19

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Để tạo hình bề mặt chi tiết (hoặc bề mặt khuôn cối), ta thường tổ hợp 2
chuyển động quay tròn và tịnh tiến. Chúng được tổ hợp và phân thành các nhóm
chuyển động sau:
- Nhóm 1 chuyển động
+ I. Một chuyển động thẳng
+ II .Một chuyển động quay tròn
- Nhóm 2 chuyển động
+ III. Hai chuyển động thẳng
+ IV. Hai chuyển động quay tròn
+ V. Một chuyển động thẳng và một chuyển động quay tròn.
- Nhóm 3 chuyển động
+ III. Hai chuyển động thẳng và một chuyển động quay tròn.
+ IV. Hai chuyển động quay tròn và một chuyển động quay tròn và một cđ
thảng
+ V. Ba chuyển động quay tròn.
...
Các chuyển động tạo hình cần được phối hợp với nhau theo những qui luật
nhất định. Người ta căn cứ theo sơ đồ động học tạo hình để thiết kế máy, nếu tổ
hợp càng nhiều chuyển động thì kết cấu máy càng phức tạp.
Nhóm 1: Nhóm chỉ có 1 chuyển động tịnh tiến hoặc quay : như chuốt, dập
(CĐ TT), lốc (CĐ Quay); thì kết cấu máy đơn giản. Chuyển động đó chính là
chuyển động chính Vc.
Nhóm 2: Nhóm có 2 chuyển động: tịnh tiến và quay : Như tiện, trong đó
chuyển động quay là chuyển động chính tạo ra Vc, chuyển động tịnh tiến là
chuyển động phụ tạo ra chuyển động chạy dao ; Tịnh tiến và tịnh tiến như bào ...
Học viên : Lê Văn Thắm  


20

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Nhóm 3: Nhóm có 3 chuyển động: 2 tịnh tiến và 1quay như Phay hoặc
Mài mặt phẳng; 2 chuyển động quay và 1 tịnh tiến như Phay bao hình bánh răng,
mài mặt trụ... Thông thường chuyển động quay tròn sẽ tạo ra chuyển động cắt
chính Vc, còn lại là chuyển động phụ, hoặc bao hình.
1.1.2. Phương trình bề mặt
- Khi nghiên cứu tạo hình bề mặt chúng ta cần biểu diễn bề mặt dưới dạng
phương trình toán học, từ đó nghiên cứu các đặc trưng của bề mặt.
Phương trình của một bề mặt bất kỳ trong không gian có thể được viết
dưới dạng tham số sau:
X = X (u, v)
Y = Y (u, v)

(1.2)

Z = Z (u, v)
Trong đó u và v là tọa độ đường cong xác định vị trí điểm trên bề mặt (
tham số của bề mặt.
Véc tơ R có gốc trùng với gốc tọa độ, đầu mút ở một điểm cụ thể trên bề
mặt là một hàm véc tơ 2 thông số u và v tức là:
R = R (u,v)

Nếu một trong hai thông số là không đổi , ví dụ v = vi với vi là hàng số thì
R

= R (u, vi)

Người ta gọi phương trình trên là đường tọa độ trên bề mặt . Điều đó có
nghĩa là khi ta cố định thông số v = vi = hằng số của véc tơ:
R

= R (u, vi) và thay đổi thông số u thì điểm đầu mút của véc tơ sẽ

vẽ lên một đường cong nào đó trên mặt phẳng. Đường cong này được gọi là
đường cong tọa độ v.
Giả thiết rằng bề mặt có phương trình (1.2) liên tục , tức là:
Học viên : Lê Văn Thắm  


21

Luận văn thạc sỹ

R =

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

R (u, vi) là một hàm liên tục với các thông số u và v.

Qua mỗi điểm M trên bề mặt cần phải đi qua hai đường cong tọa độ u=
const, v = const và tại điểm này hai tiếp tuyến không trùng nhau.
Cũng có thể viết phương trình bề mặt dưới dạng sau:
R = X (u,v) i + Y (u,v) j + Z (u,v) k

(1.3)

Để viết phương trình một bề mặt mà bề mặt đó quay xung quanh một trục
người ta sử dụng toán Ten-xơ quay. Sử dụng Ten-xơ quay viết phương trình bề
mặt dễ dàng hơn rất nhiều so với các phương pháp khác như phương pháp véc tơ,
phương pháp giải tích... vấn đề ten-xơ quay sẽ đề cập ở phần sau.
1.2 Xác định đường cong thông số
1.2.1 Phương pháp giải tích.
Giả thiết ta cần hình thành bề mặt C có phương trình sau:

F1 ( x1 , y1 , z1 ) = 0

(1.4)

Bề mặt được gắn với hệ tọa độ O1 và bề mặt có đạo hàm liên tục đến cấp 3
với tất cả các thông số , trên bề mặt không có điểm kỳ dị, tức là:
∂F1
∂x1

=

∂F1
∂y1

=

∂F1
∂z1

Không bị triệt tiêu . Từ hình học vi phân phương trình (1.4) có thể viết dưới dạng

Z1 = F ( x1 , y1 )

(1.5)

Ta cho bề măt chuyển động với thông số c trong hệ tọa độ O2. Trên cơ sở
của hình học vi phân ta thực hiện như sau:
Viết bề mặt F1 ở tọa độ O2(x2, y2, z2) . Để chuyển đổi hệ trục tọa độ ta có
thể sử dụng công thức (22.10) trong tài liệu [7] ta có:

Học viên : Lê Văn Thắm  


22

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

X1 = X1(x2, y2, z2, c)
Y1 = Y1(x2, y2, z2, c)

(1.6)

Z1 = Z1(x2, y2, z2, c)
Đặt công thức (1.6) theo công thức (1.4) sau khi biến đổi nhận được
F2 = (x2, y2, z2, c) = 0

(1.7)

Phương trình (1.7) biểu diễn hệ bề mặt một thông số c của bề mặt C trong
tọa độ O2 . Bề mặt tiếp xúc với bề mặt C trong tọa độ O2 ( Bề mặt sinh dao) sẽ là

bề mặt bao của họ bề mặt một thông số c . Bề mặt bao đó được xác định theo
phương trình sau:
F2 = (x2, y2, z2, c) = 0
∂F1
∂x1

(1.8)

= ( x2 , y 2 , z 2 , c) = 0

Khi cố định c, phương trình (1.8) xác định đường tiếp xúc của của bề mặt
đối tiếp với bề mặt 1. Từ hình học vi phân ta biết rằng đường bao và bề mặt bao
tại mỗi điểm trên bề mặt tiếp xúc có một bề mặt tiếp tuyến chung và có đường
pháp tuyến chung.
Trên đây ta xác định họ bề mặt bao 1 thông số. Bây giờ ta tiếp tục xét bề
mặt chi tiết theo phương trình 2 thông số chuyển động có dạng sau:

F ( x, y , z , c, k ) = 0

(1.9)

Trong đó c, k là hai thông số chuyển động của bề mặt ( tham số của họ bề
mặt). Mỗi cặp c và k tương ứng với một bề mặt. Bề mặt được hình thành nhờ sự
thay đổi của cặp thông số c, k. Bề mặt bao khi đó được xác định bằng hệ phương
trình sau:

Học viên : Lê Văn Thắm  


23

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

(1.9)

F ( x, y , z , c , k ) = 0

∂F ( x, y,z,c,k)
=0
∂c
∂F ( x, y, z,c,k )
=0
∂k
Họ bề mặt chi tiết cũng có thể cho theo dạng phương trình tham số:
X = F1(x, y, z, c, k)
Y = F2(x, y, z, c, k)

(1. 10)

Z = F3(x, y, z, c, k)
Bề mặt bao của bề mặt trên được xác định bằng hệ phương trình sau:
X = F1(x, y, z, c, k)
Y = F2(x, y, z, c, k)
Z = F3(x, y, z, c, k)
∂X
∂u

=

∂Y
∂u

=

∂Z
∂u

∂X
∂v

=

∂Y
∂v

=

∂Z
∂v

∂X
∂c

=

∂Y
∂c

=

∂Z
∂c

∂X
∂u

=

∂Y
∂u

=

∂Z
∂u

∂X
∂v

=

∂Y
∂v

=

∂Z
∂v

∂X
∂k

=

∂Y
∂k

=

=0

=0

∂Z
∂k

Học viên : Lê Văn Thắm  


24

Luận văn thạc sỹ

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Nếu ta cố định một trong hai thông số chuyển động, ví dụ cố định v thì đầu
mút của véc tơ R xác định điểm trên bề mặt F1 trong tọa độ điểm O2 sẽ vẽ lên
đường tiếp xúc Eu.

Tương tự khi ta cố định u và cho v biến đổi thì được đường cong khác phụ
thuộc và v- đó là đường tiếp xúc Ev.
Giả sử phương trình bề mặt dưới dạng véc tơ:
R1

= X1 (u1,v1) i1 + Y1 (u1,v1) j1 + Z1 (u1,v1) k1

(1.11)

Bằng chuyển đổi tọa độ theo công thức (22-10) trong [1] ta nhận được
phương trình bề mặt hai thông số chuyển động ở tọa độ O2
R2 = R2(u1 , v1, c, k)

(1.12)

Trong hai thông số chuyển động không phụ thuộc, để tìm được họ đường
cong thông số phải tìm u1 & v1 ở dạng hàm số phụ thuộc vào c &k.
v1 = v1(c , k)

(1. 13)

u1 = u1(c , k)

(1. 14)

Bề mặt hai thông số của khâu 1 trong hệ tọa độ O2 được xác định bởi
phương trình (1.12). Nếu c và k cho các giá trị cố định thì bề mặt tiếp tuyến với
∂R 2
∂R 2
. Để cho bề mặt tiếp

và
∂ v1
∂u1
∂R 2
∂R 2
tuyến của khâu 1 cùng nằm trong một mặt phẳng , thì
phải
và
∂ v1
∂u1

bề mặt khâu 1 được xác định bởi véc tơ

cùng nằm trong một mặt phẳng. Điều kiện đó là:
∂ R 2 ∂R 2 ∂ R 2

det ∂u ∂v ∂c
1
1

∂ R 2 ∂R 2 ∂ R 2

det ∂u ∂v ∂c
1
1

= 0

(1.15)

= 0

(1.16)

Phương trình (1.15) và (1.16) có thể được viết dưới dạng:
Học viên : Lê Văn Thắm