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 LD 134 OE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

TRẦN TUẤN ANH

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 LD 134.OE

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
------------------------

TRẦN TUẤN ANH

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 LD 134.OE

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp
Mã Số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HOÀNG VIỆT

Hà Nội - 2012


i

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được bản luận văn này, trong suốt thời gian qua tôi đã
nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp này
cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thày giáo
hướng dẫn khoa học TS. Hoàng Việt đã dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình
và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận
văn tốt nghiệp của mình.
Tôi trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng cán bộ giáo viên, công nhân
viên chức Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi
nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ;
Chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Cao đẳng nghề Cơ Giới Ninh
Bình, Khoa CNPTNT, Bộ môn gia công kim loại nơi tôi công tác.
Tôi trân trọng cảm ơn Trung tâm thực nghiệm khoa Chế biến Lâm sản Trường Đại học Lâm nghiệp, Công ty cổ phần cơ khí lắp máy LILAMA, Ninh
Bình, Trung tâm thực nghiệm Khoa Cơ khí chế tạo- Trường cao đẳng nghề cơ
giới Ninh Bình,cùng các đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thiện các
kết quả luận văn. Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu nặng đến Bố, Mẹ
cùng gia đình đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về

tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của 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 nào khác.
Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 11 tháng 08 năm 2012
Tác giả

Trần Tuấn Anh


ii

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn .......................................................................................................... i
Mục lục ...............................................................................................................ii
Danh mục các chữ viết tắt .................................................................................iv
Danh mục các bảng ...........................................................................................vi
Danh mục các hình ...........................................................................................vii
ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 1
Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................... 3

1.1. Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt bằng phương pháp tiện và máy
tiện trên thế giới ............................................................................................. 3
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở trong nước ..................... 9
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấ n đề nghiên cứu ......................... 12

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ......................................................................................................... 14

2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu ............................................................................. 14
2.2. Đố i tươ ̣ng, pha ̣m vi nghiên cứu ............................................................ 14
2.3. Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................... 15
2.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 15
2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu chung ............................................. 15
2.4.2. Nội dung và phương pháp luận nghiên cứu thực nhiệm ................ 16
Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 30

3.1. Khả năng công nghệ và các thông số kỹ thuật của máy tiện LD 134.OE
...................................................................................................................... 30
3.2. Động học và động lực học quá trình cắt ............................................... 31
3.2.1. Động học của quá trình cắt ............................................................ 31


iii

3.2.2. Động lực học của quá trình cắt...................................................... 36
3.3. Chất lượng gia công .............................................................................. 39
3.3.1. Chất lượng bề mặt gia công ........................................................... 39
3.3.2. Độ nhám bề mặt gia công .............................................................. 41
3.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công ............................ 42
3.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công .................... 43
Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................................... 51

4.1. Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển ................................ 51
4.1.1. Mục tiêu thực nghiệm ..................................................................... 51
4.1.2. Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng................. 51

4.2. Thiết bị đo và phương pháp đo ............................................................. 52
4.3. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố ........................................................... 53
4.3.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ
nhám bề mặt ............................................................................................. 53
4.3.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng và độ
nhám bề mặt ............................................................................................. 56
4.4. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ............................................................. 61
4.4.2. Xác định mô hình toán của hàm chi phí năng lượng riêng N r ...... 62
4.4.3. Xác định mô hình toán của hàm độ nhám bề mặt Ra .................... 64
4.4.4. Chuyển phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu về dạng thực
.................................................................................................................. 65
4.4.5. Xác định giá trị tối ưu của các thông số V, S................................ 66
4.5.6. Gia công chi tiết với các thông số tối ưu V, S ................................ 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tên gọi

Đơn vị

V

Vâ ̣n tố c cắ t

m/phút

S

Lượng chạy dao

mm/v

t

Chiều sâu cắt

Vc

Vâ ̣n tố c vòng của chi tiế t

D

Đường kiń h chi tiế t gia công

n

Số vòng quay của phôi trong một phút

xmax

Trị số thu thập lớn nhất của đố i tươ ̣ng đo

xmin

Trị số thu thập nhỏ nhất của đố i tươ ̣ng đo

N

Công suấ t cắ t

x

Sai số trung bình mẫu

Y

Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu

P

Lực cắt tổ ng hợp

Px

Thành phầ n Lực chiều trục hay lực chạy
dao

mm
m/phút
mm
(v/ph)

KW

KG
KG

Py

Thành phần lực hướng kính

KG

Pz

Thành phần lực tiếp tuyến, lực cắt chính

KG

r

Bán kinh cong của lưỡi dao

mm

Ra

Đô ̣ nhẵn bề mặt

m

Rz

Đô ̣ nhá m bề mă ̣t

m

Δd

Sai số đường kính chi tiế t gia công



Góc trước

α

Góc sau



Góc sắ c

δ

Góc cắ t của lưỡi dao


v



Góc nghiêng của lưỡi dao

l

Chiề u dài phôi

ΔLd

mm

Đô ̣ dãn dài của dao

C

Hê ̣ số phụ thuộc vào chế đô ̣ cắt

Ld

Chiều dài công xôn của dao

mm

F

Tiết diện của dao cắt

mm2

σb

Giới hạn bền của vật liệu gia công

nct

Dung lươ ̣ng mẫu cần thiế t

ηxy

Hình chiế u của góc thoát phoi lên mặt xy

Y

Giá trị trung hình

S

Sai số tiêu chuẩ n

S 2max

Phương sai lớn nhấ t trong thí nghiêp̣

S 2u

Phương sai của thí nghiê ̣m thứ u

S 2y

Phương sai do sự thay đổ i thông số đầ u vào

Se2

K*
J

kG/mm2

Phương sai ngẫy nhiên do thực nghiê ̣m gây
ra
Số hệ số hồi quy có nghĩa
Đô ̣ cứng vững của máy

Y1

Hàm biể u thi ̣đô ̣ nhám bề mă ̣t

Y2

Hàm biể u thi ̣sai số kích thước

kN/m


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng

TT
4.1

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng

Trang
52

riêng khi vận tốc cắt thay đổi
4.2

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi

54

vận tốc cắt thay đổi
4.3

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng

56

riêng khi lượng chạy dao thay đổi
4.4

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi

58

lượng chạy dao thay đổi
4.5

Giá trị mã hóa của X1, X2,

60

4.6

Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành

61


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

1.1

Máy tiện CNC CJK 1640

7

1.2

Máy tiện CNC PDL-T6/8

7

1.3

Trung tâm gia công tiện CNC- HYUNDAI WIA

8

3.1

Máy tiê ̣n LD134 ta ̣i trường Cao đẳ ng nghề Cơ Giới Ninh
Bình

30

3.2

Chuyển động chính và chuyển động chạy dao khi tiện

31

3.3

Dịch chuyển của các dao cắt

32

3.4

Dao tiện mặt ngoài

33

3.5

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

35

3.6

Hệ thống lực cắt khi tiện

36

3.7

Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến các tỷ
lệ lực khi tiện thép 45

37

3.8

Các dạng bề mặt gia công

40

3.9

Độ nhám bề mặt

40

4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6

Đồ thị biểu diễn tương quan giữa vận tốc cắt với chi phí
năng lượng riêng
Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt
Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến chi phí
năng lượng riêng Nr
Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến độ nhám bề
mặt Ra
Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với chi
phí năng lượng riêng Nr
Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với hàm
độ nhám bề mặt

53
55
57
59
62
64


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong xu thế toàn cầu hóa, để nâng cao sức cạnh tranh trong quá trình
hội nhập chúng ta cần phát triển sản xuất theo hướng tối giảm chi phí gia
công trên cơ sở đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Tối ưu hóa quá trình sản xuất là một công cụ hữu hiệu để đạt được mục
tiêu đó. Tuy nhiên tối ưu hóa 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 hóa các nguyên công của quá trình gia
công cơ khí.
Nghiên cứu tối ưu hóa nguyên công chẳng những nâng cao hiệu quả
kinh tế - kỹ thuật của từng nguyên công mà còn tạo ra các dữ liệu quan trọng
phục vụ việc tự động hóa 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 hóa quá trình sản
xuất.
Khi tố i ưu hóa các chế đô ̣ của các quá trình công nghê ̣, cũng như các
chế đô ̣ làm viê ̣c của máy gia công sẽ diễn ra việc giải nhiề u bài toán. Các
bước cơ bản hoàn thành chúng đươ ̣c tổ ng quát la ̣i như sau: Xác đinh
̣ mu ̣c đích
và phân tích tổng quát bài toán tối ưu; Luâ ̣n chứng và lựa chọn các chỉ tiêu tố i
ưu hoá; Lựa chọn các yếu tố tham số điề u khiển và phân tích ảnh hưởng của
chúng tới tiêu chuẩ n tố i ưu; Tiń h toán và phân tích tấ t cả các thông tin, thiế t
lâ ̣p và chọn lo ̣c các điề u kiê ̣n giới ha ̣n; Xây dựng mô hình toán ho ̣c của quá
triǹ h, kiể m tra sự thích hơ ̣p của nó đố i với viêc̣ bao hàm các yế u tố quan tro ̣ng
nhấ t, các yế u tố này ảnh hưởng tới quá trình công nghê ̣; Thiế t lâ ̣p thuâ ̣t toán
giải tối ưu của quá trình; Tố i ưu hóa quá trình trên mô hiǹ h; Nghiên cứu quá
trình trên mô hiǹ h, đánh giá các kế t qủa, thiế t lâ ̣p và trình bày các kiế n nghi.̣


2

Như vậy, tối ưu hóa 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 LD 134.OE - thiết bị phục vụ đào tạo và sản xuất tại Cao đẳng
nghề Cơ Giới Ninh Bình, máy 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 quá trình sản xuất các chi tiêt, sản phẩm cơ khí ở
các cơ sở còn có nhiều bất cập như chất lượng, năng suất thấp, giá thành cao
làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây không ít khó khăn trong khâu
tiêu thụ. Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản
phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu tạo
lập cơ sở khoa học xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng gia
công, thiết lập mô hình toán học bài toán tối ưu hóa qúa trình và nghiên cứu
sử dụng hiệu quả thiết bị nhập nội trong điều kiện Việt Nam.
Từ những luận điểm khoa học và yêu cầu thực tiễn nêu trên chúng 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 LD 134.OE ”. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là
tài liệu cần thiết cho tính toán thiết kế, cải tiến và sử dụng hiệu quả các thiết
bị phục vụ đào tạo cán bộ kỹ thuật và thực tiễn sản xuất, góp phần nâng cao
chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất.


3
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt bằng phương pháp tiện và
máy tiện trên thế giới

Tiện là phương pháp gia công cắt gọt được thực hiện nhờ chuyển động
chính thông thường do phôi quay tròn tạo thành chuyển động cắt V c kết hợp
với chuyển động tiến dao là tổng hợp của hai chuyển động tiến dao dọc S d 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 ta ̣o
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 sĩ V.A. Arsinop, giáo sư G.C. Andrev,

V.F. Bobrov, C.H.

Philonenko, Iacốp Bachisep, Paven Dakhaba, Lép Sôbakin, các nhà bác ho ̣c
Mỹ như Boston O.W., Ernst H., Merchant M.E.,…
Lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i đi sâu nghiên cứu về quá trình tạo phoi, các
lực phát sinh trong quá trình gia công bằng cơ giới, công suất của thiết bị,
chất lượng sản phẩm khi gia công… những đại lượng này rất cần thiết, chúng
làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính toán kích thước của các công cụ
cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công.
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 E.
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


4
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.
Nghiên cứu quá trình cắt vật theo hướng kết hợp lý thuyết và thực
nghiệm đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M.P. Semko,
E.M.Trent; Granôpxki (Nga);V. Gazda (Tiệp Khắc (cũ); P. Korecky (Pháp); J.
Shinozuka (Nhật); Bhattacharya A. (Ấn Độ)... với những kết luận quan trọng
về các sơ đồ cắt động học, sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt.
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i ngày càng
được hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh
trong quá trình 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 qui luật của lực cắt được xác định thông
qua công thức lý thuyết [5, 15, 31, 42, 47].
Chế độ cắt được đặc trưng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy 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 trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự
hao mòn của công cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - Dao cắt
- Đồ gá - Chi tiết gia công” cũng như các hiện tượng lý - hóa xảy ra trong
vùng cắt. Điển hình là công trình của nhà bác học Nga Granôpxki về phân
nhóm các sơ đồ cắt động học, công trình của Zorev N.N. về các lực cắt trên
các bộ phận của dao cắt, các công trình của các nhà khoa học Đức
Kronenberg, Friedrich, Hippler… về các qui luật cơ bản của lực cắt, các công
trình lý thuyết và thực nghiệm của các nhà khoa học Sokolovski, Kasirin,
Tlusty, Tolias, Bhattacharya … đã đi sâu và chính xác hóa nhận thức về
nguyên lý và qui luật tự rung khi gia công, hay các công trình của các nhà


5
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.

Trong lĩnh vực gia công vật liệu phi kim loại mà điển hình là vật liệu
gỗ với đặc tính phức tạp (không đồng nhất và bất đẳng hướng) đã có nhiều
công trình nổi tiếng về khoa học cắt gọt gỗ, vật liệu từ gỗ. Năm 1870, tỷ suất
lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sĩ I. A. Time xác định cho các trường
hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm [17, 22, 37].
Năm 1933, giáo sư tiến sĩ M. A. Đesevôi đã tổng hợp và xây dựng hoàn
chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ. Năm 1939, ông cho ra đời cuốn sách “Kỹ thuật gia
công gỗ”, đó là một công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những
kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ mà trên thế giới lúc đó chưa có công
trình nghiên cứu tương tự nào ra đời [17].
Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy
khi tiện gỗ gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A. L. Bersatski xác định bằng công thức
thực nghiệm. [17, 41].
Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết và thực
nghiệm đã được các nhà khoa học Mỹ tiến hành như C. Fraz [37], với những
kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt, chất
lượng gia công. GS. B.M.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng
gia công gỗ. Theo khả năng của máy, dao cắt và theo yêu cầu của các khâu
công nghệ. Ông đã phân thành 10 cấp độ nhẵn bề mặt gia công, độ nhẵn
cao nhất có thể đạt là 16 m và thấp nhất là 1600 m [17,25].
Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt
kim loại nói chung, các máy gia công tiêṇ nói riêng đã đươ ̣c các nhà khoa ho ̣c
nghiên cứu từ khá sớm. Năm 1712 ông Nartôp, một thợ cơ khí người Nga
[6,28]. 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


6
bánh răng - thanh răng thực hiện. Cho đến năm 1798 (86 năm sau) ông Henry
Nandsley người Anh mới nghiên cứu thay thế chuyển động này bằng chuyển

động của vit 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. 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.
Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại, vật liệu phi kim loại các nhà
khoa học Spirindonov A.A, Fedorov V.B., Molchanov G.I., Aliabiev V.I.,
Manjốt F.M. , Makovski N. V. ,… [5,18, 20, 41, 42, 48] đã chỉ rõ chất lượng gia
công bao gồm chất lượng bề mặt gia công và độ chính xác gia công là những
chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy và thiết bị, biểu thị sự hoàn thiện
kỹ thuật trong việc sử dụng chúng để tạo ra các sản phẩm. Chất lượng gia công
phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với từng điều kiện sản xuất cụ thể sẽ có các chỉ
tiêu đánh giá định lượng thông qua những biểu thức toán học miêu tả sự tác
động tương hỗ của những yếu tố ảnh hưởng tới chúng.
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 [15,38, 40].
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, Nhâ ̣t, Thuỵ Điển,
Úc…nghiên cứu sâu rộng với các dây chuyền sản xuất hiện đại [6, 28] . 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 800mm, dải vận tốc vô cấp 8 – 2000 rpm; 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


7
hành an toàn, tiếng ồn nhỏ, năng suất cao và vận hành dễ dàng hơn, bộ điều
khiển FAGOR có giao diện thân thiện sử dụng ngôn ngữ ISO cùng với hệ

thống Simulation hiện đại, dễ hiểu, độ an toàn đáng tin cậy, cổng truyền Pro
RS-232 thích ứng với Windows 98/ 2000/ XP; Hãng Hyundai (Hàn quốc) đã
thiết kế, chế tạo

Hình 1.1. Máy tiện CNC CJK1640

Hình 1.2. Máy tiện CNC PDL-T6/8


8

Hình 1.3. Trung tâm gia công tiện CNC- HYUNDAI
Trung tâm gia công tiện CNC- HYUNDAI WIA (hình 1.3), trung tâm
với 10 dao, vận tốc trục chính đạt 3000 rpm, đường kính tiện 410mm, chiều dài
tiện đạt tới 1070 mm, quá trình gia công với điều khiển chương trình tối ưu.
Do tiến bộ của khoa học - công nghệ, các trang thiết bị dùng cho quá trình gia
công cắt gọt ngày càng hiện đại dẫn tới vốn đầu tư cho sản xuất ngày càng tăng. Nếu
chế độ công nghệ không hợp lý sẽ không khai thác hết khả năng của thiết bị, gây
lãng phí lớn và hiệu quả thu được sẽ không đủ bù cho chi phí sản xuất đặc biệt là khấu
hao thiết bị. Vì vậy, một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để giảm chi phí
gia công là phải nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công ứng với
các điều kiện gia công cụ thể để cung cấp dữ liệu cho việc chuẩn bị công nghệ.
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 triể n mở rô ̣ng với nhiều công trình nổi tiếng về tối ưu hóa các quá
trình gia công cắt gọt [1, 5, 34].


9

Chế độ cắt gọt - tổ hợp của 3 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. Tối ưu hóa quá trình cắt gọt
được nghiên cứu và phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp tiên tiến như
Đức, Mỹ, Nhật, Nga, Pháp, Thuỵ Sĩ, Pháp,..Ở những nước này song song với
việc nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt người ta tiến hành xây dựng ngân hàng
dữ liệu về chế độ gia công cơ để tạo lập cơ sở cho việc tự động hóa chuẩn bị
công nghệ. Điển hình về lĩnh vực này có các công trình nghiên cứu của C.C.
Rudnik, F. Lierath, W. Koenig, K. Essen, và trong gia công gỗ có A.A.Pizurin,
M.S.Rozenblit ....[ 1, 5, 45].
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở trong nước
Trong nền kinh tế quốc dân, ngành Cơ khí đóng một vai trò rất quan
trọng. Ngay từ khi mới ra đời, ngành công nghiệp cơ khí ở nước ta đã được
Đảng và Nhà nước xác định là ngành có vai trò then chốt và luôn được ưu tiên
phát triển, đã có nhiều nhà máy cơ khí lớn được xây dựng, có nhiều trung tâm
đào tạo, nghiên cứu ra đời. Theo số liệu thống kê hiện nay, số lươ ̣ng cơ sở cơ
khí chiếm khoảng 12% lao đô ̣ng công nghiệp của cả nước, góp phần đáng kể
trong công cuộc Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Lĩnh vực cơ khí chế ta ̣o nói chung và ngành Tiê ̣n nói riêng có những
bước phát triên đáng kể về số lươ ̣ng và chấ t lươ ̣ng như đã đươ ̣c giới thiêụ
trong tài liệu “Giáo trin
̣ của các nhà khoa học Nguyễn Thi ̣ Quỳnh,
̀ h Tiên”
Phạm Minh Đạo, Trầ n Sỹ Tuấ n, 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 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

10
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 các tác giả: Bành Tiến Long, Trần Thế
Lục, Trần Sỹ Tuý với công trình “Nguyên lý gia công vật liệu”, [15]. Các tác
giả đã đưa ra những cơ sở lý luận khoa học về gia công kim loại bằng cắt go ̣t,
gia công các vật liệu khác và các phương pháp gia công mới.
Về các thiết bị gia công kim loại nói chung, các máy cắt, 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” [20].
Những nghiên cứu chỉ ra phương pháp tính toán và tra cứu chế độ cắ t
hơ ̣p lý hỗ trơ ̣ cho viêc̣ học tâ ̣p, sử dụng và điều khiể n thiế t bi ̣ cắ t kim loại đã
được các tác giả Nguyễn Ngọc Đào, Trầ n Thế San, Hồ Viế t Bình giới thiêụ
trong tài liêụ “Chế độ cắ t gia công cơ khi”.
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 [17].
Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ và phân loại các máy tiện gỗ đã
được tác giả Hoàng Việt đề cập nhiều trong giáo trình “ Máy và thiết bị chế
biến gỗ” năm 2003 [22].
Trong tài liệu “Tối ưu hóa các quá trình gia công cắt gọt” PGS.TS.
Nguyễn Trọng Bình [1] đã đưa ra nhiều công trình nghiên cứu của GS.
Friedhelm Lierath Viện trưởng Viện 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.

11
Vấn đề miêu tả toán học các quá trình gia công gỗ bằng cơ giới cũng đã
được T.S. Hoàng Việt đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu, các bài giảng
dành cho học viên cao học [23, 24, 25].
Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá tới
Topografie của đá mài tác giả Trần Minh Đức trong tài liệu [1] đã đưa ra kết
luận quan trọng: thông số công nghệ của quá trình sửa đá bao gồm chiều sâu
sửa đá và tốc độ tiến dao dọc là một trong những yếu tố có ảnh hưởng quyết
định tới khả năng cắt và tuổi bề của đá.
Liên quan tới mô tả toán học ảnh hưởng của các thông số chế độ gia
công khi cắt vật liệu thép xây dựng đã được đề cập trong các tài liệu
[15,27,28]. Kết quả nghiên cứu cho thấy dạng lưỡi cắt, vận tốc cắt, vận tốc
đẩy ảnh hưởng lớn đến hai chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt
vật liệu thép xây dựng.
Nhận xét
Lĩnh vực cơ khí chế ta ̣o nói chung và ngành Tiê ̣n nói riêng có những
bước phát triên đáng kể. Tuy nhiên, từ khi bước sang cơ chế thị trường, ngành
cơ khí Việt Nam đã bộc lộ rất nhiều yếu kém, trong đó vấn đề nổi cộm nhất là
khả năng cạnh tranh của ngành rất hạn chế ngay cả ở thị trường trong nước.
Thị trường tiêu thụ sản phẩm bị thu hẹp, không đủ sức cạnh tranh với hàng
hóa ngoại nhập, hoạt động sản xuất kinh doanh gặp rất nhiều khó khăn...
nhiều doanh nghiệp đứng trước nguy cơ bị phá sản. Có nhiều nguyên nhân
làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có
nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị.
Thiết bị công nghệ và các quá trình gia công cơ vật liệu kỹ thuật trong đó
có các loa ̣i máy tiê ̣n đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh. Đó là những
cơ sở và luận chứng khoa học nền tảng cho các nghiên cứu phát triển và ứng
dụng. Tuy nhiên, 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,


12
việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị công nghệ một cách có năng suất và chất
lượng cao, tối giảm chi phí năng lượng 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 LD 134.OE tại xưởng thực hành Cao đẳng nghề Cơ Giới Ninh
Bình đươ ̣c sản xuấ t ta ̣i Đài Loan. Máy tiện LD 134.OE với cấu tạo đơn giản,
dễ sử dụng nên cũng rất phổ biến trên các xưởng gia công của các nhà máy
chế ta ̣o, xưởng thực tâ ̣p cho ho ̣c sinh, sinh viên trong các trường đào tạo nghề
cơ khí. Tuy nhiên qua khảo sát chung và thực tế sử dụng chúng 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 phải có những công trình nghiên cứu cụ thể về sự ảnh hưởng
của các yếu tố đến chấ t lươ ̣ng sản phẩm gia công, năng suất …. khi gia công
chi tiế t 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.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấ n đề nghiên cứu
- Ý nghĩa lý luận:

+ Bổ sung dữ liệu khả năng công nghệ của máy tiê ̣n LD 134.OE, là cơ
sở để sử dụng loại này trong các quá trình sản xuất gia công chi tiế t trong các
xưởng gia công cơ khí.


13
+ Xác định được định lượng ảnh hưởng một số yếu tố chế độ cắt đến độ
nhám bề mă ̣t và độ chính xác gia công khi sản xuất các chi tiết trục là cơ sở
cho thiết lập mô hình toán học bài toán tối ưu hóa quá trình cắt gọt đồng thời
là cơ sở để tính toán thiết kế, cải tiến hoàn thiện các máy tiện .
- Ý nghĩa thực tế:
+ Khẳng định các thông số chế độ cắ t hợp lý trên máy tiê ̣n LD 134.OE
phục vụ tra cứu áp dụng khi lựa chọn và sử dụng máy.
+ Định hướng cho các cơ sở sản xuất tổ chức và chỉ đạo kỹ thuật khâu
gia công đảm bảo nâng cao chất lượng sản phẩm, góp phần nâng cao hiệu quả
sản xuất.


14
Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung:
Xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của chế độ cắt đến chi phí năng
lượng riêng và chất lượng gia công trên máy tiê ̣n mã hiệu LD 134.OE. Từ cơ
sở đó xác lập chế độ cắt tối ưu góp phần xây dựng ngân hàng dữ liệu đảm bảo
sử dụng kỹ thuật hiêụ quả nhất cho các máy tiên.
̣
Mục tiêu cụ thể:

- Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt (vận tốc cắt,
lượng chạy dao) đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi gia công
tạo chi tiết máy dạng trục trơn trên máy tiện LD 134.OE.
- Xác định chế độ cắt hợp lý khi tiê ̣n tạo chi tiết máy trên máy đảm bảo
yêu cầu chất lượng bề mặt cao và tối giảm chi phí năng lượng riêng.
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:
Thiết bị gia công: Thiết bị nghiên cứu được sử dụng là máy tiện LD
134OE. Đây là loại máy sản xuất tại Đài Loan và hiện đang được sử dụng phổ
biến trong các xưởng gia công cơ khí của các Công ty, Trường đào tạo nghề ở
Việt Nam.
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, sản phẩm là chi tiết tru ̣c trụ trơn.


15
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 nghiên cứu sự ảnh hưởng của chúng
tơí các chỉ tiêu lựa chọn là vận tốc cắt V, lượng chạy dao S .
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 tiện. Xác lập cơ sở lý thuyết
những yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công và chi phí năng lượng
riêng trên máy tiện .

- 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 LD 134.OE.
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.


16
- Phương pháp thực nghiệm được sử dụng là qui hoạch thực nghiệm đơn
và đa yếu tố để giải quyết các nội dung nghiên cứu thực nghiệm.
Quá trình gia công cơ khí nói chung, gia công cắt gọt kim loại nói riêng
chịu ảnh hưỏng của nhiều yếu tố khác nhau như: Các yếu tố đặc trưng cho đối
tượng gia công (loại kim loại, các tính chất cơ - lý - hóa học của kim loại);
Các yếu tố đặc trưng cho công cụ gia công như: các tính chất cơ lý của vật
liệu chế tạo công cụ; các thông số hình học, độ sắc của dao cắt, chất lượng bề
mặt các cạnh biên lưỡi cắt, bề dày công cụ, số cạnh cắt tham gia làm việc, độ
chính xác của công cụ; Các yếu tố đặc trưng cho máy móc thiết bị như: độ
cứng của hệ "Máy - Công cụ cắt - Thiết bị gá kẹp phôi", động học và động lực
học của hệ..; Các yếu tố đặc trưng quá trình gia công cơ giới: bề dày phoi cắt,
chiều rộng phoi, quỹ đạo mặt phẳng cắt, các góc cắt, vận tốc đẩy và vận tốc

cắt; lực cắt, sự đốt nóng công cụ và vật liệu gia công, đặc tính của quá trình
cắt (cắt kín, cắt hở, cắt nửa kín...). Giữa các yếu tố lại có những tác động qua
lại tương hỗ với nhau. Như vậy, để giải quyết đầy đủ nội dung cần có thực
nghiệm đơn và đa yếu tố.
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
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.
2.4.2. Nội dung và phương pháp luận nghiên cứu thực nhiệm
Theo [2,14,29] nội dung của nghiên cứu thực nghiệm gồm: xác định
mu ̣c tiêu thực nghiệm; chọn tham số điều khiển và khoảng biến động của
chúng; chọn các thiết bị đo; tiến hành công tác chuẩn bị; tiến hành thí nghiệm
thăm dò; tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố; tiến hành thực nghiệm đa yếu tố.
2.4.2.1. Thí nghiệm thăm dò
Tiến hành thí nghiệm thăm dò (ở mức cơ sở với số thí nghiệm n =
50140) để xác định qui luật phân bố của đại lượng cần nghiên cứu [14].