Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt khi gia công trên máy tiện CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN LÊ MINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC CẮT ĐẾN NHIỆT CẮT
KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 60.52.0103

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. TRẦN XUÂN TÙY

Phản biện 1: TS. Lưu Đức Bình
Phản biện 2: PGS.TS. Phạm Đăng Phước

Luận văn sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật cơ khí họp tại trường Đại học Bách khoa vào
ngày29 tháng 07 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách kho a

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Ngày nay việc sử dụng máy CNC trong sản xuất đã ngày một phổ
biến. Việc nâng cao hiệu quả kinh tế và năng suất của máy CNC đã
trở thành một vấn đề thiết yếu. Vì vậy nghiên cứu phương pháp tăng
tuổi bền của dụng cụ cắt(DCC), độ chính xác và chất lượng bề mặt
gia công là một trong những yếu tố nhằm tăng cao năng suất và hiệu
quả kinh tế của máy CNC trong quá trình gia công, sản xuất.
Thực tế cho thấy rằng nhiệt cắt là một trong những nhân tố ảnh
hưởng trực tiếp đến tuổi bền của dụng cụ cắt (DCC), độ chính xác
gia công, và chất lượng bề mặt gia công. Nhiệt cắt thay đổi rõ rệt
dưới ảnh hưởng của 4 nhân tố chính là “ Vận tốc cắt” , “Vật liệu
DCC và vật liệu gia công”, “Thông số hình học của DCC” và “Dung
dịch trơn nguội ”.
Nhưng dưới sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật trong
sản xuất, để giải quyết vấn đề công nghệ, khi gia công trên máy
CNC, một trong những yêu cầu quan trọng được đặt ra là “ vận tốc
cắt” cần được chú trọng, tính toán và lựa chọn hợp lý khi gia công để
đảm bảo tăng năng suất, nâng cao chất lượng, độ chính xác của chi
tiết,…
Chính vì vậy “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC CẮT
ĐẾN NHIỆT CẮT KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC” đã
được chọn làm đề t ài luận văn cao học.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu thực nghiệm từ đó xác định quy luật ảnh hưởng của vận
tốc độ cắt đến nhiệt cắt khi gia công tr ên máy tiện CNC EMCO
CONCEPT TURN 250 tại Viện công nghệ Cơ khí và tự động hóa –

trườngĐại học Bách khoa Đà Nẵ ng.
3. Phạm vi và nội dung nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt đến
nhiệt cắt khi gia công trên máy tiện CNC EMCO CONCEPT TURN
250 tại Viện công nghệ Cơ khí và Tự động hóa - trường Đại học
Bách khoa Đà Nẵng.
Nội đung nghiên c ứu: Nghiên cứu lý thuyết cơ sở cắt gọt kim loại và
nhiệt cắt.


2

Nghiên cứu cở sở công nghệ gia công trên máy tiện CNC. Tìm hiểu
máy tiện CNC TURN 250 tại Viện công nghệ Cơ khí và Tự động
hóa.
Xây dựng mô hình mô tả ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt khi
tiện.
4. Đối tượng nghiên cứu
Phương pháp gia công: Tiện mặt trụ trên máy tiện CNC TURN 250
Vật liệu gia công: Thép C 45
Phương pháp đo: Sử dụng cảm biến nhiệt độ đo bức xạ.
5. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp thực nghiệm.
Trong đó có nghiên cứu lý thuyết cơ sở cắt gọt kim loại, cơ sở kỹ
thuật máy CNC và nhiệt cắt.
Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt khi
tiện trên máy CNC thông qua đo đạc và xử lý số liệu bằng phương
pháp quy hoạch thực nghiệm.
6. Dự kiến kết quả đạt được và hướng phát triển
Dự kiến kết quả đạt được:

- Phần mêm công cụ dùng để thiết lập công thức và vẽ đ ồ thị
từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm.
- Công thức ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt .
- Cho ra thông số vận tốc cắt phù hợp với yêu cầu gia công .
Hướng phát triển:
- Mở rộng nghiên cứu với những nhân tố khác ảnh hưởng đến
nhiệt cắt như tốc độ tiến dao, vật liệu gia công.. .
- Nghiên cứu ảnh hưởng đến mòn dao và tuổi bền dao .
- Lập công thức thực nghiệm tổng quát cho nhiệt cắt và các
yếu tố ảnh hưởng .
7. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm 3 chương:
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Phương pháp nghiên cứu


3

Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm


4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2. Bản chất vật lý của quá trình cắt
1.2.1. Bản chất vật lý
Trong quá trình gia công kim loại bằng cắt gọt có rất nhiều hiện
tượng vật lý xảy ra: phát sinh nhiệt, ma sát, mài mòn, lẹo dao, rung
động, biến cứng, biến dạng phoi…Các hiện tượng vật lý này ảnh

hưởng rất lớn đến công tiêu hao trong quá trình cắt gọt, độ mòn của
dụng cụ cắt, chất lượng của chi tiết gia công.
1.2.2. Quá trình cắt và tạo phoi

Hình 1.1: Sơ đồ miền tạo phoi

Hình 1.2: Miền tạo phoi ứng với vận tốc cắt khác nhau
1.2.3. Đặc điểm quá trình tạo phoi khi tiện

1.3. Nhiệt cắt
1.3.1. Khái niệm chung
Q = Q phoi + Q dao + Q phôi + Q môi trường


5

Hình 1.3: Tỷ lệ % nhiệt truyền vào phoi, phôi, dao và môi trường
phụ thuộc vào vận tốc cắt [6]

1.3.2. Trường nhiệt độ
Thông qua trường nhiệt độ trên phôi, dụng cụ cắt, phoi ta
biết được vùng nào có nhiệt độ lớn nhất, biết được ảnh hưởng của
nhiệt độ đến quá trình gia công để tìm các biện pháp làm giảm nhiệt
độ.
- Trường nhiệt độ trên phôi giúp ta biết được ảnh hưởng của
nhiệt độ trong quá trình cắt đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
- Trường nhiệt độ trên dụng cụ cắt giúp ta giải thích về quá
trình mòn dụng cụ cắt.
- Trường nhiệt độ trên phoi ít có ý nghĩa.

Hình 1.4: Trường nhiệt độ khi tiện

Hình 1.5: Sự phân bố nhiệt độ khi tiện trên mặt phân cách phoi dụng cụ


6

1.3.3. Quá trình phát sinh nhiệt
1.3.3.1. Nhiệt trong vùng biến dạng thứ nhất
1.3.3.2. Nhiệt trên mặt trước (Q AC ) và trường nhiệt độ
1.3.3.3. Nhiệt trên mặt tiếp xúc giữa mặt sau và bề mặt gia công
(Q AD ) và trường nhiệt độ

1.3.3.4. Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt cắt và trường nhiệt
độ trong dụng cụ
Trong tất cả các yếu tố ảnh hưởng thì vận tốc cắt ản h hưởng
tới nhiệt cắt nhiều nhất. Từ công thức

Q

PzV
Kcl phút
427

Hình 1.6: Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt độ cắt

 0  Cl.V u
 0 : Nhiệt cắt
Cl : Hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công (vật liệu
gia công, chiều sâu cắt, dung dịch trơn nguội, thông

số hình học dụng cắt… ).
u : số mũ biểu thị ảnh hưởng của vận tốc cắt tới nhiệt
cắt


7

u = 0,26 ÷ 0,72 chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu gia
công, phương pháp gia công (θ < u < 1) thể hiện
nhiệt cắt tăng chậm hơn V).

1.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt
Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến quá trình cắt thường được
nghiên cứu theo 3 quan điểm:


Theo độ chính xác gia công.



Theo chất lượng bề mặt đã gia công.



Theo khả năng cắt của dao.

1.3.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến độ chính xác gia công.
1.3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến chất lượng bề mặt gia
công.

1.3.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt cắt đến khả năng làm việc của
dao.
Tóm lại, nhiệt cắt ngoài ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính
xác gia công, chất lượng lớp bề mặt gia công và khả năng cắt gọt
của dao, còn ảnh hưởng đáng kể đến máy và đồ gá trong hệ thống
công nghệ.

1.4. Các phương pháp xác định nhiệt cắt
1.4.1. Đo nhiệt cắt thông qua đo nhiệt lượng phoi cắt.
1.4.2. Đo nhiệt cắt dựa theo nguyên lý pin nhiệt điện (cặp ngẫu
nhiệt)

1.4.2.1. Phương án pin nhân tạo (hai kim loại riêng biệt)
1.4.2.2. Phương án pin bán nhân tạo (có một kim loại ngoại lai)
1.4.2.3. Phương án pin tự nhiên
1.4.3. Đo nhiệt cắt theo nguyên lý quang học


8

1.5. Kết luận
Quá trình cắt trong tiện là tổng hợp c ủa nhiều yếu tố công nghệ. Chủ
yếu do nhiệt cắt, lực cắt dẫn tới mòn dụng cụ nhanh chóng, ảnh
hưởng tới năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm. Để có thể
đáp ứng được yêu cầu trên, lần lượt các vật liệu dụng cụ mới ra đời
như các dao thép gió, các mảnh HKC, kim cương nhân tạo, đặc biệt
là mảnh Nitrit Bo. Đặc trưng là các mảnh CBN, chúng làm cho quá
trình vật lý diễn ra trong quá trình cắt thép có độ cứng cao trở lên
đơn giản hơn, thậm chí hầu hết không cần tới dung dịch trơn nguội.
Tuy nhiên người ta c ố gắng chế tạo vật liệu dao, kết cấu mảnh, thông

số hình học, … phù hợp nhất để giải phóng càng nhiều nhiệt cắt khỏi
vùng cắt càng có lợi cho tiện.
Phân vùng nhiệt và sự phân bố nhiệt độ tăng trong lát mỏng di
chuyển cũng như trong công cụ cố định do nguồn nhiệt ma sát tại
giao diện lát mỏng công cụ trong việc cắt kim loại được xác định
bằng phương pháp phân tích chức năng. Một mô hình phân tích được
phát triển kết hợp hai sửa đổi cho các giải pháp cổ điển khâu di
chuyển của Jaeger (1942) (cho lát mỏng) và các nguồn nhiệt tĩnh
điện cố định cho các ứng dụng cắt kim loại. Hơn nữa, sự phân bố
nhiệt độ tăng trong việc cắt kim loại do hiệu ứng kết hợp của n guồn
nhiệt mặt phẳng cắt trong khu vực cắt chính và nguồn nhiệt ma sát ở
giao diện lát mỏng công cụ. Các chương trình MATLAB được phát
triển cho phương trình của mô hình phân tích, làm giảm thời gian
tính toán.
Các nghiên cứu về các lĩnh vực nhiệt độ trong gia công là rất
quan trọng cho sự phát triển của công nghệ mới nhằm tăng tuổi thọ
của dụng cụ và giảm chi phí sản xuất. Xác định nhiệt độ tối đa trong
quá trình gia công và phân bố của nó dọc theo bề mặt cào có tầm
quan trọng rất lớn vì nó ảnh hưởng đến tuổi thọ của dụng cụ và chất
lượng của một bộ phận gia công. Vì vậy, công việc hiện tại là tập
trung vào sự phát triển của mô hình nhiệt của quá trình cắt kim loại.


9

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp kết hợp
giữa lý thuyết và thực nghiệm. Sử dụng phương pháp “Quy hoạch
thực nghiệm” kết hợp với phần mềm MATLAP để tìm phương trình
ảnh hưởng của “ vận tốc cắt đến nhiệt cắt” khi gia công trên may tiện

CNC.
2.1. Quy hoạch thực nghiệm
2.1.1. Khái niệm cơ bản về quy hoạch thực nghiệm
2.1.1.1. Định nghĩa
2.1.2. Các nguyên tắc cơ bản của quy hoạch thực nghiệm
Các nguyên tác cơ bản của QHTN được thiết lập nhằm nâng cao
tính hiệu quả của nghiên cứu thực nghiệm, nhận tối đa thông tin với
số thí nghiệm tối thiểu.
2.1.2.1. Nguyên tắc không lấy toàn bộ các trạng thái đầu vào

2.1.2.2. Nguyên tắc phức tạp dần mô hình toán học
2.1.2.3. Nguyên tức đối chứng nhiễu
2.1.2.4. Nguyên tắc ngẫu nhiên
2.1.3. Trình tự thực hiện thiết kế thực nghiệm
2.1.4. Đại lượng ngẫu nghiên
2.1.4.1. Khái niệm
2.1.4.2. Các đặc trưng của ĐLNN
a) Kỳ vọng toán
b) Phương sai
c) Độ lệch chuẩn

2.1.5. Xác định mô hình toán thực nghiệm
2.1.5.1. Khái niệm về chọn mô hình toán thực nghiệm
2.1.5.2. Xác định các tham số trong mô hình toán
a) Phương trình hồi quy bậc 1 (tuyến tính) một biến
b) Phương trình hồi quy bậc 2
c) Phương trình hồi quy nhiều biến


10

2.1.6. Kiểm tra mô hình toán thực ng hiệm
2.1.6.1. Kiểm tra ý nghĩa cá tham số của mô hình toán
a) Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai
b) Tính phương sai tái sinh
c) Kiểm ta ý nghĩa của các tham số
2.1.6.2. Kiểm tra sự tương thích của mô hình toán
a) Tính phương sai dư
b) Kiểm tra tính tương thích của mô hình toán

2.2. Phần mềm MATLAP
2.2.1. Giới thiệu MATLAB
Matlab là một công cụ lập trình rất mạnh cho các tính toán khoa
học. Đây là một sản phẩm của hãng Mathwork. Sử dụng Matlab rất
thuận tiện trong các bài toán kỹ thuật phức tạp. Matlab bao gồm các
hàm xây dựng trong các trình biê n dịch và có trong các m -file, mỗi
hàm chứa một dãy câu lệnh để thực hiện một thuật toán nào đó. Để
thực hiện một thuật toán mới hoàn toàn, ta có thể viết một chương
trình chỉ gồm vài hàm Matlab rồi lưu trong một m -file khác.
2.2.1.1. Biểu diễn con số và số liệu

2.2.1.2. Các phép toán số học
2.2.1.3. Các phép toán quan hệ và logic
2.2.1.4. Vấn đề điều khiển
2.2.1.5. Các ký tự và biến đặc biệt
2.2.1.6. Định dạng dữ liệu ra
2.2.1.7. Vẽ đồ thị
2.2.1.8. m-file: script và hàm
2.2.1.9. MAT-file
2.2.1.10. In

2.2.1.11. Gỡ rối và trợ giúp
.


11

2.2.2. Đa thức trong MATLAP
2.2.2.1. Các hàm xử lý đa thức
conv
deconv
poly
polyder
polyfit
polyval
polyvalm
roots
2.2.2.2. Xấp xỉ đa thức

Nhân đa thức
Chia đa thức
Tìm đa thức có nghiệm đã cho
Đạo hàm đa thức
Xấp xỉ bằng đa thức
Tính trị của đa thức
Tính trị của ma trận đa thức
Tìm nghiệm của đa thức

2.2.3. Nội suy
2.2.3.1. Nội suy hàm một biến
a) Nội suy đa thức

b) Nội suy FFT:

2.2.3.2. Nội suy hàm hai biến
2.2.3.3. Nội suy hàm nhiều biến
2.3. Kết luận
Thông qua “ Quy hoạch thực nghiệm ” ta tìm phương trình hồi quy
bằng phương pháp bình phương bé nhất. Dựa vào phần mềm Matlap
để nhanh chóng tìm được phương trình hồi quy chính xác và vẽ đồ
thị thể hiện “ Ảnh hưởng của vân tốc cắt đến nhiệt cắt khi gia công
trên máy tiện CNC ”


12

CHƯƠNG 3: Nghiên cứu thực nghiệm
3.1. Thiết bị và dụng cụ
3.1.1. Yêu cầu đối với hệ thống thí nghiệm
3.1.2. Mô hình thí nghiệm

Hình 3.1: Mô hình thí nghiệm
1.
2.
3.
4.

Mâm cặp
Mũi chống tâm
Dao
Chi tiết gia công

3.1.3. Thiết bị thí nghiệm
3.1.3.1. Máy

Hình 3.2: Máy tiện CNC 3 trục – Emco Concept Turn 250


13

Bảng 3.1 – Thông số máy Emco Concept Turn 250
Vùng làm việc
Đường kính lớn nhất của vật tiện trên
[mm]
Ø250
băng máy
Đường kính lớn nhất của vật tiện trên
[mm]
Ø85
bàn dao ngang
Đường kính giới hạn gia công

[mm]

Ø85

Chiều dài chi tiết

[mm]

225

Đường kính lớn nhất của lỗ

[mm]

Ø25.5

Khoảng cách từ trục chính đến tâm
mâm cặp

[mm]

405

Trục X

[mm]

100

Trục Z

[mm]

300

Đường kính lỗ trục chính

[mm]

Ø30

Kích thước lớn nhất chi tiết kẹp

[mm]

Ø100

[ 0]

0,01

Hành trình làm việc

Trục chính

Trục C
Hành trình tiến dao
Hành trình lùi dao

-1

[phút ]

1000

Lực cắt trên trục X/Z

[N]

3000

Tốc độ tiến dao nhanh theo X/Z

[m/phút]

15

Phạm vi dịch chỉnh theo trục X/Z

[m]

4

Khoảng tốc độ

[phút-1]

50-6000

Công suất cực đại

[kW]

1,2

Dẫn động gia công cơ

Kích thước máy

14

Chiều cao từ tâm trục chính đến sàn

[mm]

1130

Chiều cao tổng

[mm]

1820

Diện tích làm việc (dài x rộng)

[mm]

1700 x
1270

Khối lượng toàn máy

[kg]

1400

3.1.3.2. Dao
Cán dao ghép mảnh sử dụng mảnh dao Atorn CCMT 09T304 -WP
HC6620 :

Hình 3.3: Hộp mảnh dao

Hình 3.4: Mảnh dao Atom CCMT 09T304-WP HC6620


15

Ý nghĩa các thông số của mảnh dao theo tiêu chuẩn ISO (tra theo
catalog: HHW_Katalog_2010_eng, trang 18.2):
C C M T 09 T3 04 - WP HC6620
- C : ký hiệu hình dạng mảnh dao, hình thoi, góc ở đỉnh là
800.
- C : góc sau mảnh dao, có độ lớn là 7 0.
- M : ký hiệu cấp độ dung sai chế tạo.
- T : kiểu thoát phoi của mảnh dao.
- 09 : chiều dài cạnh cắt, l = 9,52 mm.
- T3 : chiều dày mảnh cắt, t = 3,97 mm.
- 04: bán kính mũi dao, R = 0,4 mm
- WP : viết tắt của Wiper, loại mảnh dao có thể đạt được
chất lượng bề mặt cao tốc độ tiến dao lớn hơn gấp đôi so với loại
mảnh không có WP.
HC6620: quy định chất lượng của hãng, nằm trong khoảng P10 -P30.
Đây là loại hợp kim cứng không phủ, có thành phần Vonfram và
Coban, có thêm phụ gia TiC và TaC để tăng độ bền n hiệt và chống
mài mòn
3.1.3.3. Phôi
Phôi thép C45 được sử dụng trong thí nghiệm có kích thước:
D = 35 mm
L = 150mm

Hình 3.5: Phôi thép C45


16

Bảng 3.2: Thống kê thành phần hóa học mác thép

Bảng 3.3: Tính chất cơ học trong điều kiện thường, tôi luyện và nhiệt
đô.

Mô-đun đàn hồi [10 3 x N / mm 2]: 205
Mật độ [g / cm 3]: 7,85
Nhiệt dung riêng [J / GK]: 0,48
Hệ số giãn nở nhiệt 10 -6 o C -1
20-100 o C
20-250 o C
20-500 o C
11,5
13,0
14,0
Mềm luyện kim
Đun nóng đến 680-710 o C, mát từ từ trong
lò. Điều này sẽ tạo độ cứng Brinell tối đa
207.
Thường hóa
Bình thường hóa nhiệt độ: 840 -880 o C / không
khí.
Hóa cứng
Harden từ nhiệt độ 820-860 o C tiếp theo

làm nguội bằng nước hoặc dầu.
Ủ nhiệt độ:
550-660 o C / không khí.
3.1.3.4. Thiết bị đo nhiệt cắt
Sử dụng bộ thiết bị đo “Turning Dynamometer DKM 2010” và “
Temperature measurement on tool tip : "TAD" ” của hãng TeLC


17

Hình 3.6: Thiết bị đo nhiệt trên đầu dụng cụ
Thông số kỹ thuật: Khoảng cách tới đầu công cụ: 100mm (4 "),
điều chỉnh chính xác đạt được bằng đèn báo
Phạm vi đo:
300-800 ° C (570 ° F - 1472 ° F)
Thời gian đáp ứng: không đáng kể
Thiết kế:
Thiết bị được thiết kế riêng với hộp dụng cụ.
Thiết bị có kết nối bằng cơ và dữ liệu với bộ
thiết bị đo hoàn chỉnh bằng một đầu cắm của
cáp kết nối.

Màn hình hiển thị:

Tự động lưu:

Hình 3.7: Cáp kết nối
Màn hình hiển thị được thiết kế với các lớp
sơn lót để chống lại dung dịch làm mát. Nó
hiển thị lực cắt, nhiệt độ đỉnh của dụng cụ và

tiến độ mài mòn hiện tại trên màn hình
dotmatrix 2x16 ký tự.

Hình 3.8: Màn hình hiển thị
Chức năng này cung cấp việc thu thập dữ
liệu thủ công nhanh bằng cách đọc dữ liệu từ
màn hình nội bộ hoặc màn hình bên ngoài.


18

3.2. Trình tự thí nghiệm
Phôi thép C45 sau khi được tiện thô bằng mảnh dao hợp kim
cứng đảm bảo độ côn không vượt quá 0,05 mm/ 100 mm chiều dài
phôi. Sau đó sử dụng mảnh dao PCBN tiện tinh qua một lượt trước
khi tiến hành thí nghiệm và trước mỗi lần thay mảnh dao mới.

Hình 3.9: Lắp thiết bị đo và hiệu chỉnh mũi dao vào phạm vi đo

Hình 3.10: Hiệu chỉnh tiêu cự của thiết bị đo dựa vào đèn báo
- Đánh số thứ tự các phôi từ số 1 đến số 5.
- Gá phôi vào mâm cặp sao cho đảm bảo độ đồng tâm cao.
- Gá phôi số 1 vào mâm cặp, kẹp chặt, chọn điểm chuẩn phôi, dao và
nhập chế độ cắt theo thứ tự thí nghiệm thứ 1 trên màn hình điều
khiển. Cho dao chạy hết chiều dài ứng với lần cắt thứ nhất là:
L1 = L0 = 20 mm.
- Lui dao về vị trí ban đầu, dừng máy, thay đổi số vòng quay trục
chính tương ứng với V c của thí nghiệm thứ 2. Cho dao chạy hết chiều
dài ứng với lần cắt thứ 2 là:
L2 = 2L0 = 40mm.

19

- Tương tự với các lần tiếp theo, với số vòng quay được chọn trong
mục chọn chế độ cắt. chiều dài một lần cắt tương ứng được tính theo
công thức:

Ln  n.L0
Với L0 = 20mm
- Lấy số liệu từ máy tính.
- Gá phôi số 2 vào mâm cặp, quá trình lặp lại tương tự, và tiếp tục
tiến hành theo quy luật này tới phôi đánh số 5 ứ ng với 5 lần thí
nghiệm.
- Nhập số liệu lấy được và thực hiện tính toán.
3.2.1. Chế độ cắt
Lựa chọn chế độ cắt:
Lượng chạy dao: s = 0,3 mm/vòng
Chiều sâu cắt: t = 0,1 mm.
Vận tốc cắt: v = thay đổi theo từng lần thì nghiệm.
43 m/p; 73 m/p; 103 m/p; 143 m/p; 193 m/p.
Từ công thức quan hệ giữa v c và D ta tính được số vòng quay của
trục chính làm tròn tương ứng:
Bảng 3.4: Vận tốc cắt theo tốc độ vòng quay
Thí nghiệm
1
2
3
4
5

Vc (m/ phút)
43
73
103
143
193
S
390
660
940
1300
1750
(vòng/phút)
Vc (m/ phút) 42.8877 72.5707 103.358 142.942
192.422
3.3. Kết quả
3.3.1. Kết quả đo
Sau khi hoàn thành thí nghiệm ta được bảng số liệu tương ứng với
mỗi lần gia công sau
Bảng 3.5: Bảng kết quả đo
ận
tốc
ố
V
S vòng
Nhiệt cắt 0 C
Số
cắt
quay
Lần Lần Lần Lần Lần Trung

tt
(m/phút) (vòng/phút) 1
2
3
4
5
bình
1 42.8877
390
361 343 379 360 379 364.4
2 72.5707
660
460 446 446 455 428 447
3 103.358
940
488 478 503 473 477 483.8


20

4
5

142.942
1300
503 508 493 533 488 505
192.422
1750
518 518 539 523 560 531.6
3.3.2. Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai

Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai, hay tính ổn định giữa các
lần thí nghiệm đối với độ lớn của nhiệt cắt.
Bảng 3.6: Bảng tính phương sai
Vận tốc
cắt: VC

Nhiệt cắt : T

 C
0

T

 C
0

 y  y 
i

Si2

364.4

915.20

228.80

428

447

596.00

149.00

473

477

483.8

582.80

145.70

493

533

488

505

1230.00

307.50

539

523

560

531.6

1305.20

326.30

Lần
1

Lần
2

Lần
3

Lần
4

Lần
5

trung
bình

42.8877 361

343

379

360

379

72.5707 460

446

446

455

103.358 488

478

503

142.942 503

508

192.422 518

518

2

Tổng
Hệ số Cochran được tính theo công thức:
2
Smax
326.30
Gtt  2

 0.2819
2
2
S1  S2    Sn 1157.30

Tiêu chuẩn Cochran tra bảng

Gb n, f ,    Gb 5, 4, 0.05  0.5441

Ta thấy : Gtt  Gb nên tính đồng nhất của phương sai được chấp
nhận.
3.4. Thiết lập phương trình
Nhập kết quả đo được vào excel sử dụng phương pháp hồi quy để lập
phương trình ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt.
Phương trình có dạng hàm mũ:

y  ax b

1157.30


21

3.4.1. Lập phương trình bằng MATLA B
3.4.1.1. Chương trình MatlaB
3.4.1.2. Kết quả tính toán
Phương trình có dạng:
Trong đó: R 2  0.9483
Phương trình nhiệt cắt:

y  ax b
(Hệ số đánh giá chất lượng hồi quy)

y  x  159.4152 x 0.23278

(3.1)

3.4.2. Vẽ đồ thị

Hình 3.11: Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt

3.5. Xây dựng công cụ hỗ trợ vẽ đồ thị và thiết lập công thức
Sử dụng tool box trong phần mềm Matlab để xây dựng một công cụ
hỗ trợ sau khi thu thập số liệu thực nhiệm về ảnh hưởng của vận tốc
cắt đến nhiệt cắt. Nhập số liệu vào excel để lư trữ và tính toán.

Hình 3.12: Nhập kết quả vào excel
Khởi động phần mềm đã được viết trong Matlab


22

Hình 3.13: Phần mềm công cụ hỗ trợ xác định hàm mục tiêu của mô
hình thực nghiệm
Chọn OPEN và load file kết quả được lưu trong excel. Chọn hàm
mục tiêu và bấm PLOT.

Hình 3.14: Kết quả thu được từ phần mềm công cụ.

3.6. Kết luận
Từ phương trình ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt thu được
thông qua thực nghiệm, ta lựa chọn vận tốc cắt thích hợp với mục
đích sử dụng của chi tiết cần gia công bằng thép C45 khi tiện trên
máy CNC. Căn cứ vào đó và kích thước của phôi ta chọn số vòng
quay phù hợp để lập trình gia công trên máy CNC được thuận lợi
hơn.


23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Nhiệt cắt là một trong những nhân tố ảnh hưởng đến mòn dao - tuổi
bền dụng cụ cắt, ngoài ra nhiệt cắt còn ảnh hưởng đế n độ chính xác
gia công, chất lượng bề mặt và cơ tính của chi tiết sau gia công. Việc
nghiên cứu về nhiệt cắt là rất cần thiết để đưa ra khoảng nhiệt độ
thích hợp khi gia công nhằm tăng tuổi bền dụng cụ cắt mà vẫn đảm
bảo độ chính xác, chất lượng và cơ tính bề mặt gia công qua đó tăng
cao năng suất và hiệu quả kinh tế.
Với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt
khi gia công trên máy tiện CNC” tác giả đã thực hiện và thu được
kết quả là:

Thực hiện đo nhiệt cắt trong quá trình gia công trê n máy CNC 3 trục
EMCO concept turn 250 tại “Viện công nghệ cơ khí và tự động
hóa” với phoi thép C45 có kích thước D = 35mm, L = 150 mm. Chế
độ cắt Vc = 42-193 m/phút, t = 1mm, s = 0,3 mm/vòng.
Sử dụng phương pháp bình phương bé nhất với bảng kết quả đo nhi ệt
cắt, lập được công thức hồi quy thể hiện “ảnh hưởng của vận tốc cắt
đến nhiệt cắt” là:

y  x  159.4152 x 0.23278
R 2  0.9483

Sử dụng phần mềm Matlab để lập phương trình và vẽ đồ thị thể hiện
ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt.
Từ đó lập bảng tham khảo vận tốc cắt và nhiệt cắt của thép C45
T0
400
500
540.2247 600
VC
52.04065 135.7246 240
297.039
Vậy khi tiện thép C45 bằng mảnh hợp kim trên máy tiện CNC ta nên
chọn Vc trong khoảng từ 135 đến 240 để nhiệt cắt nằm trong khoảng
5000 - 5400 C. Đây là nhiệt độ nằm trong khoảng Ram của thép C45
để giảm giòn và ứng suất dư bên trong, tuy độ cứng giảm nhưng lại
đạt được sự kết hợp tốt hơn của các tiêu chí: độ bền, độ dẻo, độ dai…
2. Hướng phát triển đề tài
Kết hợp nghiên cứu dựa trên sự thay đổi của nhiều yếu tố trong chế
độ cắt như : vận tốc cắt, tốc độ tiến dao, chiều sâu cắt … đến nhiệt
cắt để cho ra phương trình nhiệt cắt tổng quát hơn.