Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công trên máy tiện CZ6240A

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

NGUYỄN THỊ HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ
CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CZ6240A

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

NGUYỄN THỊ HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ
CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG
BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CZ6240A

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và cơ giới hóa nông - lâm nghiệp
Mã số: 60. 52. 14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ VĂN THÁI

Hà Nội, 2012


i
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn này tôi luôn nhận được sự quan tâm
giúp đỡ và tạo điều kiện của các tổ chức, cá nhân; nhân dịp này tôi xin gửi lời
cám ơn chân thành tới:
- TS Lê Văn Thái - Chủ nhiệm bộ môn Kỹ thuật cơ khí - Trường đại
học lâm nghiệp là người hướng dẫn trực tiếp, đã dành nhiều thời gian, chỉ bảo
tận tình và cung cấp các tài liệu khoa học.
- Tập thể cán bộ, các thầy cô giáo khoa sau đại học, khoa cơ điện và
công trình trường Đại học lâm nghiệp đã góp ý và tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho tôi thực hiện đề tài.
- Tập thể cán bộ, các thầy cô giáo Trung tâm thực hành công nghệ caoTrường Đại học sư phạm kỹ thuật Nam Định đã tạo điều kiện và hướng dẫn
tôi tiến hành thực nghiệm.
Tôi xin gửi lời cám ơn tới Ban lãnh đạo nhà trường, cán bộ khoa cơ
khí, các bạn đồng nghiệp trường Cao đẳng nghề LILAMA 1 và trường Trung
cấp nghề số 14- Bộ quốc phòng, đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình
thực hiện đề tài này.
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Tất cả các tài liệu tham khảo
đều có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng.
Hà Nội, ngày 5 tháng 7 năm 2012
Tác giả

Nguyễn Thị Hoà


ii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn.................................................................................................................. i
Mục lục ...................................................................................................................... ii
Danh mục các bảng ................................................................................................... v
Danh mục các hình .................................................................................................. vi
ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................... 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................. 3
1.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện gia công cắt gọt kim loại
trên thế giới ................................................................................................... 3
1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện ở Việt Nam ........................ 9
1.3. Kết Luận: .............................................................................................. 12
Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ...................................................................................................... 15
2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu............................................................................. 15
2.2. Đố i tươ ̣ng, pha ̣m vi nghiên cứu ........................................................... 15
2.3. Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................... 16
2.4. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 16
2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu chung ............................................ 16
2.4.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ..................... 18

Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................... 35
3.1. Khả năng công nghệ và các thông số kỹ thuật của máy tiện CZ6240A
..................................................................................................................... 35
3.2. Động học và động lực học quá trình cắt .............................................. 35
3.2.1. Động học của quá trình cắt........................................................... 35
3.2.2. Động lực học của quá trình cắt .................................................... 41


iii
3.3. Chất lượng gia công ............................................................................. 43
3.3.1. Chất lượng bề mặt gia công .......................................................... 43
3.3.2. Độ nhám bề mặt gia công ............................................................. 45
3.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công .......................... 46
3.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công ................... 48
3.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng khi gia công
trên máy tiện ............................................................................................ 51
3.3.6. Xác định năng suất gia công khi tiện ............................................ 54
3.3.7. Chi phí năng lượng riêng:............................................................. 56
Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .............................. 59
4.1. Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển ................................ 59
4.1.1. Mục tiêu thực nghiệm .................................................................... 59
4.1.2. Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng ............... 59
4.2. Thiết bị đo và phương pháp đo ........................................................... 60
4.3. Kết quả thí nghiệm thăm dò ................................................................. 60
4.4. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố .......................................................... 61
4.4.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt và chi phí năng
lượng riêng. ............................................................................................. 61
4.4.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt và chi phí
năng lượng riêng. .................................................................................... 66
4.4.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới độ nhám bề mặt và chi phí năng

lượng riêng .............................................................................................. 71
4.5. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ............................................................ 76
4.5.1. Vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh
hưởng....................................................................................................... 76
4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm ...................................................... 77


iv
4.5.3. Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Harley với số lần lặp lại của
mỗi thí nghiệm m = 3 ............................................................................. 78
4.5.4. Xác định mô hình toán của hàm độ nhám bề mặt Ra ................... 78
4.5.5. Xác định mô hình toán của hàm chi phí năng lượng riêng Q...... 79
4.6. Lập và giải bài toán tối ưu đa mục tiêu ................................................ 81
4.7. Gia công chi tiết với các thông số tối ưu (Vtư, Stư và ttư )..................... 85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


v
DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

1.1

Thông số kỹ thuật máy tiện CJK1640

6

1.2

Thông số kỹ thuật máy tiện CNC PDL - T6/8

7

1.3

Thông số kỹ thuật máy tiện CNC- HUYNDAI WIA

8

4.1

Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chiều sâu đến độ
nhám bề mặt Ra và chi phí năng lượng riêng

62

4.2

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi
vận tốc cắt thay đổi

63

4.3

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng
riêng khi vận tốc cắt thay đổi

65

4.4

Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của lượng chạy dao
đến độ nhám bề mặt Ra và chi phí năng lượng riêng

66

4.5

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi
lượng chạy dao thay đổi

68

4.6

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng
riêng khi lượng chạy dao thay đổi

70

4.7

Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới

độ nhám bề mặt Ra và chi phí năng lượng riêng Q

71

4.8

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi
chiều sâu cắt thay đổi

72

4.9

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng
riêng khi chiều sâu cắt thay đổi

74

4.10 Mã hoá của các thông số đầu vào

76

4.11 Ma trận thí nghiệm Hartley

77

4.12 Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm độ nhám bề mặt Ra

78

4.13 Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm chi phí năng lương riêng.

80


vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

1.1

Máy tiện CNC mã hiệu CJK1640

6

1.2

Máy tiện CNC PDL - T6/8

6

1.3

Trung tâm gia công tiện CNC- HUYNDAI WIA

8

3.1

Máy tiện CZ6240A

35

3.2

Chuyển động chính và chuyển động chạy dao khi tiện

36

3.3

Hình 3.3. Dịch chuyển của các dao cắt:

37

3.4

Hình 3.4. Dao tiện mặt ngoài:

38

3.5

Hình 3.5. Các yếu tố của chế độ cắt và lượng chạy dao dọc:

40

3.6

Hình 3.6. Hệ thống lực cắt khi tiện

41

3.7

Hình 3.7. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến
các tỷ lệ lực khi tiện thép 40

42

3.8

Hình 3.8. Các dạng bề mặt gia công:

44

3.9

Hình 3.9. Độ nhám bề mặt

45

3.10 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên dao cắt khi tiện

52

3.11 Sơ đồ phân tích các thành phần lực cắt khi tiện

53

4.1

Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt

64

4.2

Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riêng

66

4.3

Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt

69

4.4

Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng

70

4.5

Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt

73

4.6

Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng

75


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghiệp cơ khí có vai trò quan trọng trong hệ thống các ngành
công nghiệp. Nó không chỉ là “quả tim” của công nghiệp nặng, mà còn là
“máy cái” của nền sản xuất xã hội. Công nghiệp cơ khí cung cấp máy công
cụ, máy động lực, thiết bị toàn bộ... cho tất cả các ngành kinh tế và hàng tiêu
dùng cho nhu cầu của con người.
Trong bối cảnh hiện nay, khi mà tất cả các ngành kinh tế - kỹ thuật
trong cả nước đang cố gắng đẩy nhanh quá trình phát triển nhằm tạo ra năng
suất lao động ngày càng cao và nâng cao chất lượng sản phẩm, phục vụ tốt
nhu cầu của cuộc sống…
Ngành cơ khí của chúng ta cũng không nằm ngoài guồng quay đó,
nhưng làm thế nào để có thể từng bước thay đổi, làm thế nào để tạo ra những
sản phẩm ngày càng chất lượng hơn?
Tối ưu hoá quá trình sản xuất là một công cụ hữu hiệu để đạt được mục
tiêu đó. Tuy nhiên tối ưu hoá toàn bộ quá trình sản xuất nói chung, trong chế
tạo cơ khí nói riêng là một bài toán rất lớn và chỉ có thể giải quyết được sau
khi đã thực hiện được nhiệm vụ tối ưu hoá các nguyên công của quá trình gia
công cơ.

Nghiên cứu tối ưu hoá nguyên công chẳng những nâng cao hiệu quả
kinh tế - kỹ thuật của từng nguyên công mà còn tạo ra cơ sở dữ liệu quan trọng
phục vụ việc tự động hoá quá trình chuẩn bị công nghệ, rút ngắn thời gian và
khối lượng lao động khi chuẩn bị sản xuất, đồng thời còn tạo ra các điều kiện
cơ bản cho việc điều khiển nguyên công tiến tới tự động hoá quá trình sản xuất.
Nhiều vấn đề từ thực tế sản xuất trong nước đã đặt ra: Với qui mô sản
xuất vùa và nhỏ loại hình thiết bị nào là phù hợp? hầu hết các thiết bị được
nhập từ nước ngoài, thiếu nhiều tài liệu sử dụng, vậy để có được năng suất
cao, chất lượng sản phẩm tốt mà giá thành sản phẩm lại hạ, gia công tối ưu
cần giải quyết nhiệm vụ cụ thể nào?


2
Tối ưu hoá quá trình gia công cắt gọt là phương pháp xác định chế độ
cắt tối ưu thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu
về kinh tế hoặc kỹ thuật của quá trình gia công với các thông số của chế độ
cắt tương ứng trên một hệ thống công nghệ xác định nhằm đạt được các mục
tiêu về kinh tế hoặc kỹ thuật của quá trình gia công. Như vậy thực chất của
việc xác định chế độ cắt tối ưu là giải bài toán tối ưu hoá bằng phương pháp
thực nghiệm để tìm cực trị và miền tối ưu hoá theo các chỉ tiêu đã đề ra.
Như vậy, tối ưu hoá quá trình gia công cắt gọt là một yêu cầu tất yếu
khách quan. Một trong những vấn đề mấu chốt cần phải giải quyết để nâng
cao hiệu quả kinh tế- kỹ thuật của quá trình gia công chế tạo cơ khí là phải
xác định được chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công khác nhau, thích ứng
với điều kiện sản xuất cụ thể.
Máy tiện CZ6240A là thiết bị chủ đạo phục vụ đào tạo và sản xuất tại
trường Đại học sư phạm kỹ thuật Nam Định, với tính năng gia công tạo các
mặt trụ ngoài, mặt côn, tiện lỗ, tiện ren, tiện mặt đầu, tiện cắt đứt , tiện các bề
mặt định hình trong và ngoài....Tuy nhiên trong quá trình sản xuất các chi tiết,
sản phẩm cơ khi ở các cơ sở còn có nhiều bất cập như chất lượng còn kém,

năng suất thấp, giá thành cao làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây
không ít khó khăn trong tiêu thụ.
Chính từ tính cấp thiết và hữu dụng của vấn đề, với mong muốn đóng
góp phần nhỏ bé của mình vào việc tìm ra những giải pháp nhằm nâng cao
chất lượng của sản phẩm cơ khí và giảm giá thành sản phẩm, tôi tiến hành
thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: ”Nghiên cứu ảnh hưởng của một số
yếu tố chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng bề mặt gia
công trên máy tiện CZ6240A”.
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho sử dụng hiệu
quả thiết bị phục vụ đào tạo cán bộ, công nhân kỹ thuật và thực tiễn sản xuất,
tạo ra những sản phẩm có chất lượng, góp phần đưa đất nước tiến nhanh trên
con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá.


3
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện gia công cắt gọt kim loại
trên thế giới
Trong kinh tế, ngành công nghiệp cơ khí chế tạo vẫn đóng vai trò chủ
đạo, góp phần làm thay đổi diện mạo thế giới, với trên 20 triệu doanh nghiệp
đang hoạt động trên các châu lục, chiếm tới 28% số lượng việc làm và đóng
góp 25% giá trị tổng sản phẩm của thế giới.
Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại
rất phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy. Quá trình cắt kim loại là quá
trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp kim loại thừa khỏi chi tiết,
nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương
quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công.
Tiện là phương pháp gia công cắt gọt được thực hiện nhờ chuyển động
tịnh tiến thông thường do phôi quay tròn tạo thành chuyển động cắt V c kết

hợp với chuyển động tịnh tiến dao là tổng hợp của hai chuyển động tiến dao
dọc Sd và tiến dao ngang Sng do dao thực hiện. Theo nguyên liệu và sản phẩm
được gia công có thể phân ra gia công cơ khí và gia công vật liệu phi kim.
Gia công tiện cơ khí là quá trình gia công kim loại bằng cơ học - một
trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông dụng nhất của ngành chế tạo
máy. Cùng với sự phát triển của gia công kim loại bằng cơ học, lý thuyết cắt
gọt kim loại đã ra đời và phát triển không ngừng.
Nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết
cắt gọt kim loại phải kể đến các nhà bác học Xô Viết ( Liên Xô cũ ) như: Giáo
sư viện sỹ V.A. Arsinop, giáo sư G.C. Andrev, V.F. Bobrov, C.H.
Philonenko, Iacốp Bachisep, Paven Dakhaba, Lép Soobakin, các nhà bác học
Mỹ như: Boston O.W., Ernst H., Merchant M.E.,...


4
Nhiều công trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên dùng như: phay, tiện
của G.C.Andrev, A.V. Rudnev, V.F. bobrov, cơ sở lý thuyết mài nhẵn của H.
Maclov... đã đưa ra những phân tích cụ thể về động học các quá trình cắt gọt.
Đó là những công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh
nghiệm thực tế trong gia công kim loại mà trên thế giới lúc đó ít có công trình
nghiên cứu tương tự nào ra đời.
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loại ngày càng
được hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh
trong quá tình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và
chính xác hơn về những cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong
quá trình cắt, lực cắt đơn vị và các quy luật của lực cắt.
Chế độ cắt được đặc trưng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lượng dao và
chiều sâu cắt. Chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu hao
năng lượng và năng suất các máy. nhiều công trình của các nhà khoa học đã
tập chung nhiên cứu ảnh hươmngr của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự

hao mòn của dụng cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ " Máy- dao cắtđồ gá- chi tiết gia công" cũng như hiện tượng lý - hóa xảy ra trong vùng cắt:
Điển hình là công trình cuả nhà học Nga Granôpxki về phân nhóm các sơ đồ
cắt động học, công trình của Zorev N.N. về lực cắt trên các bộ phận của dao
cắt.Các công trình của các nhà khoa học Đức Kronenberg, Friedrich,
Hippler... về các quy luật cơ bản của lực cắt. Các công trình lý thuyết và thực
nghiệm của các nhà kho học Sokolovski, Kasirin, Tlusty, Tolias,
bhattacharya...đã đi sâu và chính xác hóa nhận thức về nghuyên lý và quy luật
tự rung khi gia công. Các công trình của các nhà khoa học Ostermann,
Laladze, malkin, Smith về phương pháp giải tích của trường nhiệt độ trong
dụng cụ cắt, phoi và chi tiết gia công. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ
của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy gia công tiện nói
riêng đã được các nhà khoa học nghiên cứu từ khá sớm


5
Năm 1712, một thợ cơ khí người Nga (Nartốp) đã chế tạo được máy
tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình. Việc chép hình theo mẫu được
thực hiện tự động. Chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng- thanh răng
thực hiện.
Đến năm 1798 (86 năm sau) ông Henry Nandsley người Anh mới
nghiên cứu thay thế chuyển động này bằng chuyển động của vít me- đai ốc.
Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ tiếp phôi và
trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng.
Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới như Pittler ludnig Low (Đức), RSK
(Anh) đã chế tạo được máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh.
Nhằm không ngừng nâng cao khả năng làm việc của các công cụ cắt,
nhiều công trình đã đi sâu nghiên cứu động học, động lực học quá trình gia
công. Điển hình là các công trình của G.I. Granovski, A.M. Danielian;
A.S.Kondratiev.
Công nghệ và thiết bị sản xuất gia công các loại vật liệu phục vụ sản

xuất đã được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Mỹ, Đức, Nhật, Thụy
Điển, Úc... nghiên cứu sâu rộng với các dây chuyền sản xuất hiện đại.
Nhiều Hãng nổi tiếng như: MAC (Đức) sản xuất các loại máy tiện CNC
mã hiệu CJK1640 (Hình 1.1) với khả năng gia công linh hoạt, đường kính chi
tiết gia công có thể tới 410 mm, chiều dài chi tiết 800 mm, dải vận tốc vô cấp
8-2000 (vòng /phút).
Hãng Fanuuc (Mỹ) chế tạo các máy tiện, khoan liên hợp mã hiệu PDL T6/8 (Hình 1.2), máy có thiết kế hiện đại, đặc biệt cho phép gia công nhiều
chủng loại sản phẩm tinh xảo, vận hành dễ dàng và an toàn,tiếng ổn nhỏ, năng
suất cao


6

Hình 1.1. Máy tiện CNC mã hiệu CJK1640
Bảng 1.1 - Thông số kỹ thuật máy tiện CJK1640
Tốc độ trục chính(rpm

2000

Hành trình Ụ động(mm

120

Đường kính lỗ ụ động(mm)

55

Công suất động cơ trục chính(W)
Kích thước máy
Trọng lượng máy(Kg)

4000
2140 x 1260 x 2050
2000

Hình 1.2. Máy tiện CNC PDL - T6/8


7
Bảng 1.2 - Thông số kỹ thuật máy tiện CNC PDL - T6/8
MODEL

Đơn vị

PDL-T6/T6A PDL-T8/T8A

Đường kính tiện vượt băng máy

mm

Ø420

Ø550

Đường kính tiện vượt bàn xe dao

mm

Ø330

Ø330

Đường kính vật tiện lớn nhất

mm

Ø200/250

Ø250/350

Hành trình trục X

mm

180

220

Hành trình trục Z

mm

370

550

Đường kính lớn nhất của chấu cặp

inch

Tốc độ trục chính

V/ph

6000/4800

4500/3500

Đường kính lỗ trục chính

mm

Ø56/62

Ø62/87

A2-5/A2-6

A2-6/A2-8

5.5/7.5

15/18.5

9/12

18.5/22

Độ côn trục chính

6/8/10

Công suất động cơ

kw

Đường kính ụ chống tâm

mm

Ø75

Ø 95

Hành trình ụ chống tâm

mm

100

125

No4

No5

7/6

7/6

Độ côn ụ định tâm
Tốc độ di chuyển không tải trục X/Z

m/ph

Số vị trí gá dao

4/6/12/20/30/48

Bộ điều khiển CNC

Fanuc/Siemen/Mitsubishi

Kích thước dao (tiện/khoan)

mm

Chiều dài máy

mm

1750

2000

Chiều rộng máy

mm

3010

3550

Chiều cao máy

mm

1850

1960

Trọng lượng máy

kg

3800/4000

4700/5000

Bước dịch chuyển nhỏ nhất

mm

20x20/25x25

0.001

Hãng Huyndai (Hàn Quốc) đã thiết kế chế tạo trung tâm gia công tiện
CNC- HUYNDAI WIA (Hình 1.3), trung tâm với 10 dao, vận tốc trục chính
đạt 3000rpm, quá trình gia công với điều khiển chương trình tối ưu.

8

Hình 1.3 . Trung tâm gia công tiện CNC- HUYNDAI WIA
Bảng 1.3 - Thông số kỹ thuật máy tiện CNC- HUYNDAI WIA
Tiện qua băng

Ø590mm

Tiện qua bàn xe dao

Ø375mm

Đường kính mâm cặp

Ø254mm

Đường kính tiện lớn nhất

Ø410mm

Chiều dài tiện lớn nhất

1070mm

Đường kính lỗ trục chính

Ø76mm

Tốc độ trục chính lớn nhất

3000 rpm

Số lượng dao

10

Thời gian thay dao

0.8 giây

Tốc độ di chuyển nhanh trục X

20m/phút

Tốc dộ di chuyển nhanh trục Z

24m/phút

Hành trình trục X

220mm

Hành trình trục Z

1100mm

Công suất động cơ trục chính

22kW

Động cơ trục X

3kW

Động cơ trục Z

4kW


9
Vấn đề mô hình hóa và tối ưu hóa quá trình công nghệ gia công cùng
với những phương pháp luận hiện đại, nghiên cứu cắt gọt kim loại đã được
các nhà khoa học, Giáo sư C.C. rudnik, E.I. Pheldstein, G. Spur, W.Koenig,
F.klocke,... tập trung nghiên cứu và phát triển mở rộng với nhiều công trình
nổi tiếng về tối ưu hóa các quá trình gia công cắt gọt.
Chế độ cắt gọt - tổ hợp của ba thông số cơ bản: Vận tốc cắt, lượng chạy
dao và chiều sâu cắt là một trong những vấn đề có tầm quan trọng, đặc biệt là
trong nghiên cứu sử dụng thiết bị công nghệ. Chế độ cắt hợp lý đã góp phần
quyết định đến chất lượng và năng suất gia công.
1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện ở Việt Nam
Ngành cơ khí là một ngành có vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc
dân. Công nghiệp cơ khí không chỉ cung cấp các sản phẩm tiêu dùng mà quan
trọng hơn là cung cấp thiết bị, máy móc cho nhiều ngành sản xuất khác. Đặc
biệt trong điều kiện hiện nay khi đất nước ta đang tiến hành công nghiệp hoá hiện đại hoá thì công nghiệp cơ khí càng có vai trò to lớn hơn bao giờ hết.
Ngành cơ khí chế tạo ở Việt Nam mới bắt đầu được xây dựng từ năm
1956, tính đến nay mới chỉ có 53 năm xong lại trải qua gần 20 năm chiến
tranh hết sức khốc liệt do Mỹ tiến hành. Tuy thế, nhờ sự lãnh đạo sáng suốt
của Đảng và Chính phủ, chúng ta đã tranh thủ tối đa sự giúp đỡ của các nước

trong phe xã hội chủ nghĩa trước đây, đứng đầu là các nước thuộc Liên Xô cũ
để xây dựng được nhiều Nhà máy cơ khí chế tạo khá lớn, rải khắp các tỉnh ở
miền Bắc nước ta. Nhiều nhà máy đã từng và đang là niềm tự hào của ngành
công nghiệp nước ta, nó đã đóng góp một phần không nhỏ cho việc xây dựng
cơ sở vật chất của chủ nghĩa xã hội ở miền Bắc và là hậu thuẫn vững chắc cho
công cuộc kháng chiến giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước. Tiêu biểu
cho các nhà máy cơ khí chế tạo máy là Công ty Cơ khí Hà Nội, Công ty
Diezen Sông Công, Công ty Cơ khí trung tâm Cẩm Phả, Công ty cơ khí ô tô


10
Vườn Cam, Công ty Chế tạo đầu máy toa xe Gia Lâm, Công ty đóng tàu Bạch
Đằng, Công ty đóng tàu Hạ Long…, và hàng trăm các Nhà máy cơ khí lớn
nhỏ khác của Công nghiệp Quốc phòng và một số ngành kinh tế khác.
Sau năm 1975 khi đất nước thống nhất, chúng ta tiếp thu một số Công
ty Cơ khí chế tạo do địch để lại ở miền Nam nước ta, trong đó đáng kể nhất là
Công ty chế tạo động cơ Diezen nhỏ Vinappro và Vikino ở Biên Hòa và một
số công ty Cơ khí sửa chữa thuộc quân đội Ngụy để lại như Z751, Đóng tàu
Bason…
Từ 1975 – 1986: Đây là thời kỳ trước đổi mới, năng lực của ngành cơ
khí cả nước tập trung vào khoảng 610 đơn vị quốc doanh, các tổ chức kinh tế
tư nhân…trong ngành cơ khí chiếm vai trò thứ yếu, chưa có cơ hội phát triển.
Từ 1986 – 2002: Đây là thời kỳ đổi mới, chuyển từ chế độ bao cấp sang
cơ chế thị trường. Trong gia đoạn này, ngành cơ khí bị thả nổi, bị lo về mọi mặt.
Thời kỳ này, đầu tư mới cho ngành cơ khí không đáng kể: Tổng vốn đầu tư cho
ngành cơ khí trong năm 1990-1995 chỉ có 180 tỷ đồng, 1996-2000, các doanh
nghiệp cơ khí thuộc Bộ Công nghiệp chỉ được đầu tư thêm 342 tỷ đồng, bằng
0,6% tổng vốn đầu tư của toàn ngành công nghiệp thuộc bộ công nghiệp.
Từ năm 2002 đến nay: Đây là giai đoạn đặc biệt quan trọng đối với
ngành cơ khí Việt Nam với việc Thủ tướng Chính phủ ban hành qyuyết định

số 186/2002/QĐ-TTg ngày 26/12/2002 phê duyệt: “chiến lược phát triển
ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020”. Trong đó ưu
tiên phát triển chuyên ngành, sản phẩm cơ khí trọng điểm, gồm: Thiết bị toàn
bộ; Máy động lực; Cơ khí phục vụ nông – lâm – ngư nghiệp và công nghiệp
chế biến; Máy công cụ; Cơ khí xây dựng; Cơ khí đóng tàu; Thiết bị kỹ thuật
điện – điện tử; Cơ khí ôtô – Cơ khí giao thông vận tải.
Trong giai đoạn này, cùng với sự hoàn thiện các chính sách của nhà
nước đối với ngành cơ khí, tình hình đầu tư đã có sự tiến bộ đáng kể: Chỉ tính


11
riêng trong ngành công nghiệp đóng tàu, Nhà nước đã cho tập đoàn Công
nghiệp tàu thủy Việt Nam vay ưu đãi từ nguồn vốn trái phiếu Chính phủ tổng
số 780triệu USD. Đã có nhiều doanh nghiệp FDI đầu tư lớn vào ngành cơ khí
như: Tập đoàn Doosan Hàn Quốc đầu tư 360 triệu USD để xây dựng nhà máy
chế tạo các thiết bị cơ khí lớn tại khu kinh tế Dung Quất…
Theo số liệu thống kê hiện nay, số lượng cơ sở cơ khí có khoảng
53.000 cơ sở và số lượng công nhân tham gia trực tiếp khoảng 500.000 lao
động, chiếm khoảng 12% lao động công nghiệp của cả nước, góp phần đáng
kể trong công cuộc Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Lĩnh vực cơ khí nói chung và ngành tiện nói riêng có những bước phát
triển đáng kể về cả số lượng và chất lượng như đã được giới thiệu trong "Giáo
trình Tiện" của nhà khoa học Nguyễn Thị Quỳnh, Phạm Minh Đạo, Trần Sỹ
Tuấn, năm 2009. Máy tiện chiếm khoảng 25% đến 35% tổng số thiết bị trong
phân xưởng gia công cắt gọt.
Máy tiện được chế tạo ở trong nước nhờ sự giúp đỡ của Liên Xô (cũ) từ
những thập niên 60 của thế kỷ 20. Trải qua thời kỳ dài phát triển chúng ta đã
có khá nhiều loại máy tiện được chế tạo trong nước và nhập khẩu từ các nước
tiên tiến.
Trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và ứng dụng về gia công vật liệu kỹ

thuật chúng ta đã có những thành tựu đáng kể như:
- Những nghiên cứu về sự tác động tương hỗ giữa công cụ (máy gia
công) và đối tượng gia công là kim loại của tác giả: Bành Tiến long, Trần Thế
Lục, Trần Sỹ Túy, với công trình "Nguyên lý gia công vật liệu". Các tác giả
đã đưa ra những cơ sở lý luận khoa học về gia công kim loại bằng cắt gọt, gia
công các vật liệu khác và các phương pháp gia công mới.


12
- Về các thiết bị gia công kim loại nói chung, các máy cắt, máy tiện
kim loại nói riêng đã được các nhà khoa học Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Đức
Lộc, Phạm Đắp giới thiệu trong tài liệu " Máy cắt kim loại".
- Những nghiên cứu chỉ ra phương pháp tính toán và tra cứu chế độ cắt
hợp lý hỗ trợ cho việc học tập, sử dụng và điều khiển thiết bị cắt kim loại đã
được các tác giả Nguyễn Ngọc Đào, Trần Thế San, Hồ Viết Bình Giới thiệu
trong tài liệu " Chế độ cắt gia công cơ khí".
- Động học và động lực học quá trình tiện vật liệu gỗ đã được tác giả
Hoàng Nguyên giới thiệu trong giáo trình "Nguyên lý cắt gọt gỗ" năm 1980.
- Trong tài liệu " Tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt " PGS.TS.
Nguyễn Trọng Bình đã đưa ra nhiều công trình nghiên cứu của GS. Friedhelm
Lierath Viện trưởng công nghệ và đảm bảo chất lượng, trường Đại học tổng
hợp kỹ thuật Magdeburg Cộng hòa liên bang Đức - Giáo sư danh dự của
nhiều trường đại học trên thế giới, về các phương pháp tối ưu hóa quá trình
gia công cắt gọt. Trong đó khẳng định vai trò của nghiên cứu mô tả toán học
sự ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công, giá thành sản
phẩm có vai trò quyết định để tạo lập các mô hình toán học của bài toán tối ưu
hóa.
1.3. Kết Luận:
Thế giới đang trong xu hướng toàn cầu hoá nền kinh tế, Việt Nam đang
trong quá trình hội nhập và phát triển. Vì vậy chúng ta không thể không đi

theo xu hướng chung đó. Trước mắt có rất nhiều cơ hội nhưng cũng không ít
thách thức. Một trong những thách thức đó là sự thua kém các nước về chất
lượng sản phẩm. Đặc biệt khi hiệp ước AFTA có hiệu lực đối với Việt Nam
vào năm 2005 thì hàng rào thuế quan sẽ không còn nữa, chúng ta sẽ phải xây
dựng hàng rào phi thuế quan. Trước hết, phải tăng khả năng cạnh tranh trên
thị trường trong nước vũng như trên thế giới. Đối với ngành cơ khí nền tảng


13
của quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, thì vấn đề nâng cao
chất lượng sản phẩm lại cực kỳ quan trọng. Để thực hiện được mục tiêu của
Đảng đề ra: “ Đến năm 2020 đưa nước ta cơ bản trở thành một nước công
nghiệp” thì ngành cơ khí trong nước phải đủ năng lực sản xuất được phần lớn
thiết bị, máy móc cung cấp cho nền kinh tế quốc dân. Tuy nhiên hiện nay tình
trạng thiết bị của ngành cơ khí nước ta đã quá cũ kĩ, công nghiệp lạc hậu với
thế giới hàng chục năm, do đó chất lượng sản phẩm của ngành cơ khí khó có
thể đáp ứng một cách đầy đủ cho ngành kinh tế trong nước cũng như thị
trường quốc tế. Thực tế trên cho thấy đây chính là thách thức lớn nhất đối với
ngành cơ khí Việt Nam nói chung và ngành tiện nói riêng.
Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản
phẩm thấp nhưng trong dó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu sử
dụng hiệu quả thiết bị. Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ
thuật nói chung, kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp nói
riêng, việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị công nghệ một cách có hiệu quả và
thu được những sản phẩm theo yêu cầu là một trong những nhiệm vụ cấp thiết
và quan trọng hàng đầu trong mọi quá trình sản xuất.
Vấn đề nghiên cứu tối ưu hóa các quá trình gia công cắt gọt vật liệu ở
nước ta cho tới nay chưa được đặt ra. Phần lớn trong quá trình chuẩn bị sản
xuất các nhà công nghệ vẫn phải dựa vào các sổ tay để tra cứu. Số liệu trong
các sổ tay là các số liệu kinh nghiệm thu được trong các điều kiện sản xuất và

công nghệ cụ thể, vì thế chúng không phải là các thông số công nghệ tối ưu.
Máy tiện CZ6240A tại xưởng thực hành Trường Đại học sư phạm kỹ
thuật Nam Định được xuất sứ từ Trung Quốc. Máy tiện CZ6240A với cấu tạo
đơn giản, dễ sử dụng nên cũng rất phổ biến trên các xưởng gia công các nhà
máy chế tạo, xưởng thực tập cho học sinh, sinh viên các trường đào tạo kỹ
thuật cơ khí.


14
Tuy nhiên qua khảo sát chung và tình hình thực tế sử dụng chung tôi
thấy trong điều kiện sản xuất cụ thể vấn đề cấp thiết đặt ra là phải nghiên cứu
sử dụng hiệu quả nhất các tính năng kỹ thuật của máy, xác lập chế độ gia
công hợp lý, đảm bảo yêu cầu chất lượng sản phẩm, tối giảm chi phí điện
năng, nguyên vật liệu, tạo cơ sở tối ưu hóa khâu sản xuất.
Vì vậy, cần có những công trình nghiên cứu cụ thể về ảnh hưởng của các
yếu tố chế độ cắt đến chất lượng sản phẩm gia công, năng suất... khi gia công
chi tiết máy để tạo lập cơ sở tính toán thiết kế, cải tiến thiết bị, lựa chọn chế
độ gia công tối ưu góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế thích ứng với các điều
kiện sản xuất cụ thể.
Từ những phân tích trên, một lần nữa cho thấy vấn đề mà luận văn cần
giải quyết là thời sự và cấp thiết.


15
Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu
Xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của một số tham số chủ yếu
của chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công chi tiết

trục trên máy tiện CZ6240A. Từ cơ sở đó xác định chế độ cắt hợp lý góp phần
xây dựng ngân hàng dữ liệu phục vụ cho việc khai thác, sử dụng máy tiện đạt
hiệu quả và chất lượng gia công cao nhất.
2.2. Đố i tươ ̣ng, pha ̣m vi nghiên cứu
Trong đề tài luận văn giới hạn ở các đối tượng và phạm vi nghiên cứu
cụ thể sau:
a/. Thiết bị gia công:
Thiết bị nghiên cứu được sử dụng là máy tiê ̣n mã hiệu CZ6240A.
Đây là loại máy tiện được sản xuất tại Viêṭ Nam và hiện đang được sử dụng
phổ biến trong các xưởng gia công cơ khí của các Công ty, các Trường đào
tạo chuyên ngành kỹ thuật và đào tạo nghề cơ khí ở nước ta.
b/. Vật liệu, chi tiết gia công và dao cắt:
Đề tài không nghiên cứu tất cả các loại vật liệu kim loại, cũng không
nghiên cứu ở nhiều loại dao cắt của các Hãng khác nhau mà chỉ tập trung
nghiên cứu loại vật liệu phổ biến trong ngành cơ khí là thép C45 chưa qua
nhiệt luyện. Sản phẩm là chi tiết được tiện ngoài phục vụ làm các trục hay
đưa đến các công đoạn gia công tiếp theo như chế tạo các trục vít me, hoàn
thiện bề măt…. Dao tiện được lựa chọn là một chủng loa ̣i.
c./ Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu:
Các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng gia công là độ nhám bề mặt chi
tiết và chi phí năng lượng riêng. Các tham số của chế độ cắt được lựa chọn để


16
nghiên cứu sự ảnh hưởng của chúng tơí các chỉ tiêu về chi phí năng lượng
riêng và chất lượng bề mặt gia công là vận tốc cắt V, lượng chạy dao S và
chiều sâu cắt t.
2.3. Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu của đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những
nội dung sau:

- Nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp những cơ sở khoa học quá trình gia công
cắt gọt vật liệu, quá trình tiện và thiết bị công nghệ. Xác lập cơ sở lý thuyết những
yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng và độ nhám bề mặt gia công.
- Nghiên cứu thực nghiệm: Xác lập mục tiêu, nội dung và tổ chức thí
nghiệm, thu nhận kết quả thí nghiệm, xây dựng mô hình toán học của các hàm
mục tiêu trong mối tương quan với các tham số điều khiển. Xác định chế độ làm
việc hợp lý khi gia công tạo chi tiết trên. máy tiện CZ6240A
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu chung
Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung
nghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp kế thừa
và phương pháp thực nghiệm.
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Được sử dụng trong nghiên cứu các
công trình khoa học, tổng hợp cơ sở lý luận để giải quyết các nội dung: Tổng
quan về vấn đề nghiên cứu, tạo lập cơ sở lý luận của đề tài.
- Phương pháp kế thừa: Được sử dụng trong phân tích lựa chọn, sử dụng
các kết quả đã được nghiên cứu trên thế giới và trong nước có liên quan phục vụ
giải quyết nội dung thực nghiệm, nhận xét đánh giá kết quả.
- Phương pháp thực nghiệm: Sử dụng phương pháp qui hoạch thực
nghiệm đơn và đa yếu tố để giải quyết các nội dung nghiên cứu thực nghiệm.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà chúng tôi sử dụng không
phải là thực nghiệm thuần tuý mà là sự kết hợp hài hoà giữa lý thuyết và thực


17
nghiệm, lấy lý thuyết làm cơ sở, làm định hướng ban đầu hỗ trợ giảm bớt khối
lượng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm.
Trong nghiên cứu thực nghiệm, có thể tiến hành thí nghiệm bằng
phương pháp cổ điển. Nhà thực nghiệm chỉ dựa vào kinh nghiệm và trực giác
để chọn hướng nghiên cứu. Các thí nghiệm được tiến hành lần lượt với sự

thay đổi từng thông số trong khi giữ nguyên các yếu tố còn lại. Phương pháp
cổ điển chỉ cho phép tìm kiếm cái mới phụ thuộc đơn định giữa các chỉ tiêu
đánh giá và các yếu tố ảnh hưởng một cách riêng biệt trong khi làm thực
nghiệm một cách riêng rẽ theo từng yếu tố. Mặc dù có trong tay một tập hợp
các phương trình thực nghiệm đơn yếu tố nhưng vì chúng chỉ là những trường
hợp riêng nên không cho kết quả chặt chẽ về mức độ ảnh hưởng của từng yếu
tố trong mối tác động qua lại giữa chúng, và như vậy cũng không thể tìm
kiếm phương án phối hợp tối ưu các yếu tố ảnh hưởng.
Với bài toán tìm kiếm điều kiện tối ưu thì phương pháp này không cho
thấy hướng chuyển dịch của các tương quan. Các thực nghiệm đó thuộc dạng
thụ động. Từ phân tích trên cho thấy việc áp dụng phương pháp qui hoạch
thực nghiệm để thực hiện đề tài luận văn là cần thiết vì qui hoạch thực
nghiệm là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại. Đó
là phương pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích
cực. Cơ sở toán học, nền tảng của lý thuyết qui hoạch thực nghiệm là toán học
thống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui.
Theo nghĩa rộng, qui hoạch thực nghiệm là tập hợp các tác động nhằm
đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúc
của quá trình nghiên cứu đối tượng (từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo
ra mô hình toán, xác định các điều kiện tối ưu). Trong điều kiện đã hoặc chưa
hiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối tượng.