Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm và chi phí điện năng riêng khi phay mặt phẳng trên máy phay jen lian UH 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

HOÀNG MINH HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN
CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM VÀ CHI PHÍ ĐIỆN NĂNG RIÊNG KHI
PHAY MẶT PHẲNG TRÊN MÁY PHAY JEN LIAN UH-1

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

HOÀNG MINH HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN
CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM VÀ CHI PHÍ ĐIỆN NĂNG RIÊNG KHI
PHAY MẶT PHẲNG TRÊN MÁY PHAY JEN LIAN UH-1
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. DƢƠNG VĂN TÀI

Hà Nội, 2016


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số
liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất
kỳ công trình nào khác.
Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên
cứu nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chụi trách nhiệm và tuân thủ kết luận
đánh giá luận văn của Hội đồng khoa học.
Biên Hòa, ngày 15 tháng 4 năm 2016
Ngƣời cam đoan

Hoàng Minh Hòa


ii

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết
ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS. Dương
Văn Tài, đã dành rất nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành
luận văn này.

Trân trọng cảm ơn lãnh đạo nhà trường, phòng sau Đại học, khoa Cơ
điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình.
Trân trọng cảm ơn lãnh đạo trường Trường Đại học Đồng Nai đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa học và luận văn tốt nghiệp
này.
Trân trọng cảm ơn các Nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã đóng góp
nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình làm và hoàn chỉnh luận văn.
Biên Hòa, ngày 15 tháng 4 năm 2016
Tác giả luận văn

Hoàng Minh Hòa


iii

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

Độc lập - Tự do- Hạnh phúc

BẢN NHẬN XÉT
Của ngƣời hƣớng dẫn luận văn thạc sỹ
Họ và tên hướng dẫn khoa học: PGS TS. Dương Văn Tài
Họ và tên học viên cao học: Hoàng Minh Hòa
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Khóa học 2014-2016

Tên đề tài: : “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản
phẩm và chi phí điện năng riêng khi phay mặt phẳng trên máy phay Jen Lian UH-1"

Nội dung nhận xét
1. Tinh thần, thái độ trong quá trình làm luận văn
Trong thời gian thực hiện luận văn, học viên Hoàng Minh Hòa đã lao
động khoa học một cách tích cực, nghiêm túc và sáng tạo đã hoàn thành luận
văn đúng yêu cầu như đề cương đã duyệt.
Mặc dù thời gian nghiên cứu có hạn, nhưng để hoàn thành luận văn này
học viên đã chủ động tích cực nghiên cứu tài liệu và đã thu được kết quả tốt.
2. Về năng lực và trình độ chuyên môn
Học viện có năng lực độc lập nghiên cứu để giải quyết các vấn đề đặt
ra, có năng lực tổ chức thực hiện thí nghiệm, có trình độ chuyên môn về cơ
khí chế tạo máy.
3. Về quá trình thực hiện đề tài và kết quả của luận văn
- Học viên đã phân tích, tổng hợp các tài liệu, từ đó đã phân tích được lực
tác dụng của dao lên phôi trong quá trình phay, đã phân tích các yếu tố ảnh
hưởng đến lực cắt và chất lượng sản phẩm.


iv

- Học viên đã tiến hành thực nghiệm thiết lập được hàm tương quan
ảnh hưởng của một số thông số của máy bao gồm: Vận tốc cắt lượng chạy dao
và chiều sâu cắt đến chi phí điện năng riêng và độ nhám bề mặt gia công.
- Học viên đã giải bài toán tối ưu và đã tìm ra được một số thông số sử dụng
hợp lý của máy phay Jen Lian UH-1 khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu.
4. Kết luận chung
Luận văn mà học viên Hoàng Minh Hòa thực hiện đảm bảo tính khoa
học, chính xác và đáp ứng được với yêu cầu khoa học và thực tiễn sản xuất.

Những kết quả nghiên cứu đạt được có độ chính xác, có ý nghĩa khoa học và
thực tiễn. Trong điều kiện khó khăn học viên đã thực hiện được các nội dung
với kết quả nêu trên là sự nỗ lực cố gắng lớn.
Tuy còn một số hạn chế, song đánh giá chung, luận văn thạc sĩ của học
viên Hoàng Minh Hòa là một công trình có chất lượng, có tính khoa học và
thực tiễn, đáp ứng được yêu cầu của một luận văn thạc sĩ kỹ thuật, đề nghị
học viên được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ.
Hà Nội, ngày 15 tháng 4 năm 2016
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học

PGS TS. Dƣơng Văn Tài


v

MỤC LỤC
Trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i

lỜI CẢM ƠN................................................................................................... ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................v
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ......................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................x
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... xii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu......................................................................1
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn ...........................................................2
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................3
1.1 Tổng quan về phay ................................................................................................3

1.1.1 Định nghĩa về phay ............................................................................................3
1.1.2 Các dạng dao phay chủ yếu ...............................................................................3
1.1.3 Đặc điểm gia công cắt gọt bằng dao phay.........................................................4
1.1.4. Các phương pháp phay .....................................................................................4
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới. .................5
1.3. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trong nước. .................11
1.4. Những vấn đề tồn tại cần nghiên cứu giải quyết. ...............................................15
Chƣơng 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP......17
2.1. Mục tiêu nghiên cứu...........................................................................................17

2.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................17
2.3. Nội dung nghiên cứu. .........................................................................................17
2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết: ......................................................................................17
2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm: ................................................................................17
2.4. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................17
2.4.1. Cấu tạo và thông số kỹ thuật của máy phay Jen Lian UH-1 ..........................17
2.4.2. Thông số kỹ thuật của máy phay Jen Lian UH-1 ............................................18
2.4.3. Dao phay .........................................................................................................19
2.4.4. Đối tượng gia công .........................................................................................20
2.5. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................20


vi

2.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .................................................................20
2.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ...........................................................20
2.5.3. Phương pháp giải bài toám tối ưu đa mục tiêu ..............................................20
Chƣơng 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ........................................................24
3.1. Cơ sở lý thuyết lực tác dụng của phần tử cắt lên phôi .......................................24
3.2. Cơ sở lý thuyết quá trình phay ...........................................................................25

3.2.1. Các yếu tố chế độ cắt ......................................................................................25
3.2.2. Thông số hình học lớp cắt khi phay ................................................................27
3.2.3. Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu .......................................................32
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt ......................................................................34
3.3.1. Ảnh hưởng của bề rộng và chiều sâu cắt đến lực cắt PZ ................................34
3.3.2. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến lực cắt ........................35
3.3.4. Ảnh hưởng của vật liệu dao tới lực cắt ...........................................................36
3.3.5. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt .............................................................37
3.3.6. Ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt ...........................38
3.4. Xác định chế độ phay .........................................................................................42
3.4.1. Xác định chiều sâu cắt t (mm) .........................................................................42
3.4.2. Xác định lượng chạy dao Sz (mm/răng)...........................................................42
3.4.3. Xác định tốc độ cắt khi phay ...........................................................................43
Chƣơng 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ......................................................44
4.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ..............................................................44
4.1.1. Chọn phương pháp nghiên cứu .......................................................................44
4.1.2. Chọn hàm mục tiêu nghiên cứu .......................................................................44
4.1.3. Chọn tham số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu ...................................................46
4.2. Phương pháp xác định hàm mục tiêu. ................................................................47
4.2.1. Phương pháp xác định chi phí điện năng riêng ..............................................47
4.2.2. Phương pháp xác định độ nhám bề mặt gia công ...........................................48
4.3. Thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo. ....................................................................48
4.3.1. Thiết bị thí nghiệm ..........................................................................................48
4.3.2. Dụng cụ đo ......................................................................................................49
4.4. Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm ...............................................................50
4.4.1. Kiểm tra số liệu thí nghiệm và xác định số lần lặp lại tối thiểu ......................50
4.4.2. Xác định mô hình toán học .............................................................................51


vii

4.4.3. Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai .........................................................51
4.4.4. Kiểm tra giá trị có nghĩa của hệ số hồi qui .....................................................52
4.4.5. Kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi qui .......................................52
4.4.6. Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình hồi qui ...........................................53
4.4.7. Chuyển phương trình hồi qui về dạng thực.....................................................53
4.5. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố ...........................................................................54
4.5.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí điện năng riêng ......................................54
4.5.2. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt .................................................55
4.5.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao (S) đến chi phí điện năng riêng ...................56
4.5.4. Ảnh hưởng của lượng chạy dao (S) đến độ nhám bề mặt ...............................57
4.5.5. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt (t) đến chi phí điện năng riêng ........................58
4.5.6. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt( t) đến độ nhám bề mặt ....................................59
4.6. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ..........................................................................60
4.6.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của thông số đầu vào ..........61
4.6.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm .......................................................................61
4.6.3. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ..........................................................................62
4.7. Xác định giá trị tối ưu của tham số ảnh hưởng ..................................................65
4.7.1. Lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu ...................................................65
4.7.2. Xác định giá thông số sử dụng hợp lý của máy phay Jen Lian UH-1 ............65
4.7.3. Thực nghiệm tiện theo chế độ tối ưu ...............................................................66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................68
1. Kết luận .................................................................................................................68
2. Kiến nghị................................................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


viii

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tên

Đơn vị

Nr

Chi phí năng lượng riêng

kWh/m3

Nđ

Công suất chi phí của động cơ

kW

T

Thời gian làm việc để thực hiện được khối lượng công việc

giây

M
M

Khối lượng công việc thực hiện trong thời gian T

m3

Nc

Công suất của máy

kW

m

Hiệu suất của máy

Kt

Hệ số quá tải cho phép

Pz

Lực tiếp tuyến

N

Py

Lực hướng kính

N

Px

Lực chạy dao

N

Vz

Tốc độ cắt

vòng/ph

Vx

Tốc độ chạy dao

m/p

Cp

Hệ số phụ thuộc tính chất của vật liệu gia công

Cv

Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công

Ra

Sai lệch trung bình số học của profin (độ nhám bề mặt gia công)

Rz

Chiều cao nhấp nhô trung bình của profin

v

Tốc độ cắt

vòng/ph

S

Lượng ăn dao

mm/phút

t

Chiều sâu cắt

mm

hz

Mức độ mòn mặt sau của dao cắt



Góc nghiêng chính

Độ

1

Góc nghiêng phụ

Độ



Góc mũi dao

Độ



Góc trước

Độ



Góc sau chính

Độ



Góc cắt

Độ

m


ix



Góc sắc

c

Số lượng nhóm

K

Khoảng chia nhóm

a

Số tổ được chia

n

Số lần thí nghiệm

xmax, min

Trị số thu nhập lớn nhất, bé nhất của đại lượng nghiên cứu

St

Sai tiêu chuẩn

S%

Hệ số biến động

R

Phạm vi biến động

Sk

Độ lệch

Ex

Độ nhọn

L

Số tổ hợp

M

Số lần lặp

%

Sai số tương đối

Ῡ

Giá trị trung bình của đại lượng nghiện cứu

Gtt

Tính đồng nhất theo tiêu chuẩn Kohren

S2max

Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm

F

Giá trị tính toán theo tiêu chuẩn Fisher

N

Tổng số thí nghiệm

e

Khoảng biến thiên

R

Hệ số đơn định

T

Giá trị chuẩn Student

Độ


x

DANH MỤC HÌNH

TT

Tên hình

Trang

1.1

Các dạng dao phay chủ yếu

3

2.1

Máy phay vạn năng Jen Lian UH-1

18

2.2

Dao phay mặt đầu

19

3.1

Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do

24

3.2

Thông số lớp cắt khi phay (phay bằng dao trụ)

27

3.3

Phay đối xứng

27

3.4

Phay không đối xứng

27

3.5

Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay trụ

29

3.6

Chiều dày cắt a, chiều rộng cắt b khi phay mặt đầu

30

3.7

Các thành phần lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

32

3.8

Ảnh hưởng của vật liệu dao tới lực cắt

37

Lực cắt PZ phụ thuộc vào tốc độ cắt v và góc trước γ khi gia
3.9

công thép 40X với chiếu dày cắt a = 0,2 mm và bề rộng cắt

37

b = 4mm

3.10

Lực cắt PZ phụ thuộc vào v khi gia công gang

38

3.11

Chiều dài đoạn tiếp xúc của dao và chi tiết theo mặt sau

39

3.12

Ảnh hưởng của góc nghiêng λ đến các lực cắt PZ, PY, PX

40

3.13

Ảnh hưởng của vật liệu dao đến lực cắt

42

4.1

Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi

45

4.2

Thiết bị đo Fluke nối máy tính

49

4.3

Máy đo nhám TR 200

49

4.4

Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riêng

55

4.5

Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt

56

4.6

Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí điện năng riêng

57

4.7

Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt

58


xi

4.8

Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí điện năng riêng

59

4.9

Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt gia công

60

4.10

Quá trình thí nghiệm đa yếu tố

62


xii

DANH MỤC BẢNG

TT

Tên hình

Trang

3.1

Xác định hệ số cv

36

4.1

Mức thí nghiệm của các thông số đầu vào.

61

4.2

Bảng ma trận thí nghiệm Boks - Benken 3 thông số dầu vào

62

4.3

Kết quả thí nghiệm phay theo chế độ tối ưu

66


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu.
Theo báo cáo thống kê của bộ Công Thương tăng trưởng của ngành công
nghiệp tăng 9-10%, trong đó ngành chế tạo máy tăng 8-9%, tổng giá trị của ngành
chế tạo máy thực hiện măn 2014 ước đạt 30 tỷ USD, đã tạo ra hàng triệu việc làm
cho xã hội, đóng góp quan trọng vào phát triển kinh tế xã hội của đất nước
Thực hiện nghị quyết đại hội lần thứ 11 của Đảng, phấn đấu đến năm 2020
đưa nước ta trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại. Để thực hiện được
nhiệm vụ này Chính phủ đã có nhiều chính sách khuyến kích các doanh nghiệp đầu
tư xây dựng các nhà máy chế tạo, đầu tư phát triển công nghiệp phụ trợ để Việt Nam
có thể chế tạo ra các sản phẩm cơ khí có chất lượng cao đáp ứng nhu cầu trong nước
và xuất khẩu.
Hiện nay ở Việt Nam rất nhiều doanh nghiệp đầu tư các máy công cụ như
máy phay, máy tiện, máy dập, máy cắt, máy mài để phục vụ cho công nghệ chế tạo
máy. Các máy trên chủ yếu được sản xuất ở nước ngoài và nhập khẩu vào Việt Nam
để thực hiện một số nguyên công trong chế tạo máy.
Các máy công cụ phục vụ cho chế tạo máy hiện nay chủ yếu là máy đa năng
với nhiều công dụng, có thể gia công được nhiều loại vật liệu khác nhau, song mỗi
loại vật liệu, mỗi một loại công dụng đều có chế độ sử dụng khác nhau.
Ở Việt Nam việc nghiên cứu chế độ sử dụng hợp lý cho từng đối tượng vật
liệu khi gia công và cho từng loại nguyên công chưa được quan tâm, chưa có nhiều
công trình, tài liệu được công bố để khuyến cáo các đơn vị sử dụng các máy công cụ
thực hiện nhằm mang lại năng suất chất lượng và giảm chi phí tiêu thụ điện năng
góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất chế tạo máy.
Máy phay Jen Lian UH1 được sử dụng khá phổ biến hiện nay ở các dây

chuyền chế tạo máy, công dụng chủ yếu là phay mặt phẳng, phay rãnh then, khoan,
doa..., mỗi một nguyên công khác nhau, mỗi một loại vật liệu khác nhau đều có chế
độ phay khác nhau. Việc xác định chế độ phay sao cho năng suất cao, chất lượng


2

đáp ứng yêu cầu và chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất là rất cần thiết và có ít công
trình nghiên cứu được công bố.
Với những lý do đã được trình bầy ở trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm và chi phí
điện năng riêng khi phay mặt phẳng trên máy phay Jen Lian UH-1"
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của luận văn đã xác định được qui
luật ảnh hưởng của vận tốc cắt, chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến chất lượng sản
phẩm và chi phí điện năng riêng, từ qui luật ảnh hưởng này là cơ sở khoa học cho
việc xác định chế độ sử dụng hợp lý của máy khi phay mặt phẳng trên máy phay Jen
Lian UH-1.
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận văn đã xác định được thông
số sử dụng hợp lý của máy để nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí điện
năng, kết quả nghiên cứu này là tài liệu cho các đơn vị sử dụng máy phay Jen Lian
UH-1 mang lại hiệu quả kinh tế cao.


3

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về phay
1.1.1 Định nghĩa về phay

Phay là phương pháp gia công cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lưỡi được dùng
phổ biến trong gia công cắt gọt kim loại. Quá trình cắt do phay là không liên tục do
dao phay thông thường có nhiều lưỡi nên quá trình cắt được tiến hành lần lượt theo,
từng lưỡi gây nên các va đập trong quá trình gia công. Độ chính xác đạt được bằng
các phương pháp phay không cao hơn cấp 4 ÷ 3 và chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt
a = 3,2 ÷ 0,2 (µm). Khi gia công mặt phằng, phay là phương pháp gia công có năng
suất cao nhất. Phay có khả năng thay thế hoàn toàn phương pháp bào trong sản xuất
hàng loạt.
1.1.2 Các dạng dao phay chủ yếu
Bằng phương pháp phay, người ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình
phức tạp, rãnh then, trục then hoa, bánh răng, cắt ren…Có rất nhiều các kiểu dao
phay khác nhau ( Hình 1.1 )
- Dao phay trụ răng xoắn. ( Hình 1.1 a)
- Dao phay mặt đầu. (Hình 1.1b)
- Dao phay ngón. (Hình 1.1c) - Dao phay góc. (hình 1.1g)
- Dao phay định hình. (Hình 1.1d)

a
c

b
d

Hình 1.1. Các dạng dao phay chủ yếu


4

1.1.3 Đặc điểm gia công cắt gọt bằng dao phay
Do có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt nên năng suất cao hơn phương pháp

tiện. Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng khối lượng thân dao lớn
nên điều kiện truyền nhiệt tốt. Do vậy dao lâu mòn hơn và có thể gia công trong
điều kiện cắt gọt khó khăn. Diện tích cắt khi phay thay đổi, do vậy lực cắt thay đổi
gây ra rung động trong quá trình cắt. Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn gây ra va đập
và rung động, nên khả năng tồn tại lẹo dao ít. Tuy nhiên hiện tượng va đập trong
quá trình cắt cũng là nhân tố làm giảm độ chính xác và chất lượng bề mặt chi tiết
gia công. Ngoài các hình thức mòn dao tương tự như ở nguyên công tiện, khi phay
xuất hiện hiện tượng vỡ dao do va đập.
1.1.4. Các phương pháp phay
a. Phay thuận
- Định nghĩa: Phay thuận là phương pháp trong đó véc tơ tốc độ cắt V của dao
ở điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công cùng chiều với chiều chuyển động
của bàn máy mang chi tiết gia công.
- Ưu điểm: Chiều dài cắt thay đổi từ am ax đến amin, do đó ở thời điểm lưỡi cắt
tiếp xúc gia công không xẩy ra hiện tượng trượt, vì vậy dao đỡ mò n và tuổi bền của
dao có thể được nâng cao. Khi gia công, thành phần lực cắt P n có chiều cùng với
chiều của lực kẹp chi tiết gia công nên tăng độ cứng vững của hệ thống công nghệ,
do đó giảm rung động khi phay
- Nhược điểm: Tại thời điểm đầu tiên khi dao chạm vào chi tiết gia công thì
chiều dày cắt a = amin nên xảy ra va đập đột ngột, răng dao dễ bị mẻ và rung động
tăng lên. Thành phần lực cắt ngang P n đẩy chi tiết theo chiều chuyển động chạy
dao S nên sự tiếp xúc giữa bề mặt ren của vít me truyền lực và đai ốc có thể không
liên tục. Điều này làm cho bàn máy chuyển động bị giật cục do đó sinh ra rong
động.
Nếu ta cắt với chiều dày cắt a thật mỏng thì lực và đập và thành phần lực P n
nhỏ, do đó ảnh hưởng rung động không đáng kể lắm. Mặt khác, vì không có hiện
tượng trượt giữ lưỡi cắt và bề mặt chi tiết, do đó tăng độ bõng bề mặt chi tiết gia


5

công và tăng được tuổi thọ của dao. Trong thực tế người ta sử dụng phương pháp
này khi gia công tinh.
b. Phay nghịch
- Định nghĩa: Phay thuận là phương pháp trong đó véc tơ tốc độ cắt V của dao ở
điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công ngược chiều với chiều chuyển động
của bàn máy mang chi tiết gia công.
- Ưu điểm: Thành phần lực Pn có tác dụng khử khe hở giữa vít me và đai ốc do
đó giảm được đáng kể sự rung động
- Nhược điểm: Tại thời điểm đầu tiên khi dao chạm vào chi tiết gia công thì
chiều dày cắt a = 0 nên xảy ra sự trượt lưỡi cắt và bề mặt gia công do đó giảm độ
bóng bề mặt và tuổi thọ của dao.
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới.
Máy phay là một trong những loại máy gia công kim loại được dùng phổ biến
trong các nhà máy cơ khí. Máy phay được chế tạo từ thế kỷ 16 cho đến nay hàng triệu
máy phay với nhiều kiểu dáng khác nhau đã được chế tạo và đưa vào sản xuất.
Các nước phát triển trên thế giới như nước Anh là một trong những nước
công nghiệp đi tiên phong trong lĩnh vực chế tạo máy công cụ. Ở Anh có khoảng
hơn 100 hãng chế tạo máy công cụ với năng suất khoảng 30000 sản phẩm trong một
năm gồm các loại máy sau: Máy tiện chiếm khoảng 27%, máy phay chiếm khoảng
16%, máy mài chiếm khoảng 10% máy CNC chiếm khoảng 20%...Một số hãng có
sản phẩm được xuất khẩu sang nhiều nước khác nhau trên thế giới như hãng
Siemens sản xuất các loại máy phay với các mã hiệu: SF - 70, SF 500 CNC, SF 500
MICRO có kích thước bàn máy 310 x 100mm, công suất 400w, tốc độ quay của
trục dao 180  2500v/phút. Hãng Axminster đã sản xuất các loại máy phay với các
mã hiệu ZX 2M2, ZX 25M2, ZX 30M, SIEG X2, SIEG X3, SIEG SX2, SIEG SX4,.
Hãng DUGARD cho ra đời các loại máy phay với các mã hiệu: PC-460, EAGLE
210Y, EAGLE SMV 600, EAGLE 1000 có công suất 7,5kw, tốc độ quay
8000v/phút, hành trình bàn máy theo trục X 1020 mm, theo trục Y 510 mm, theo
trục Z 510mm, theo trục Z 510 mm; hệ điều hành Siemen, [21], [26].

6

Hãng Mekhanit đã sản xuất nhiều kiểu máy phay với các mã hiệu khác nhau
như: INNO 600; INNO 810; HANDYMAN 1000; HANDYMAN 1270;
HANDYMAN 1500; HANDYMAN 2000; HANDYMAN 2500; HANDYMAN
3000; ACELER 1120; ACELER 1320; ACELER 1520; OPTIMAL 1100,
OPTIMAL 1250, OPTIMAL 1500, OPTIMAL 1800, ACUMEN 660, ACUMEN
1100, ACUMEN 900 có các thông số kỹ thuật như kích thước bàn máy 1100 x 500
mm; hành trình bàn theo trục X 900mm, theo trục Y 520 mm, theo trục Z 590mm;
tốc độ trục chính 8000 15000v/phút; công suất 11kw. Hãng CKC Stanko sản xuất
các loại máy phay vạn năng với các mã hiệu CD 10, 6T82G, 6T83G, 6T12,, 6T82S,
6T83S (hình 1.6) có các thông số kỹ thuật chính như kích thước bàn máy 1600 x
400mm, tốc độ trục chính 50  1600v/phút, công suất động cơ chính 11kw.
Ở Nga, ngành chế tạo máy công cụ rất phát triển, nhiều hãng chế tạo máy nổi
tiếng trên thế giới đã sản xuất nhiều loại máy phay khác nhau như hãng
Treliabinskơ đã sản xuất các loại máy phay CNC với các mã hiệu như QV209,
QV179, QV159,QV147, QV117, Q127 có các thông số kỹ thuật chính như kính
thước bàn máy 1500 x 700mm; hành trình bàn theo trục X 1300mm, theo trục Y
900mm, theo trục Z 850mm; tốc độ trục chính 408000v/ phút; công suất 15kw.
Công hòa liên bang Đức là một trong những những nước công nghiệp phát
triển đi đầu trong xuất khẩu máy công cụ. Nước Đức có khoảng 433 hãng sản xuất
máy, trung bình xuất xưởng khoảng 206 nghìn sản phẩm trong 1 năm, bao gồm máy
mài, máy doa chiếm 20,1%, máy tiện CNC chiếm 16,2%, máy phay chiếm 13,8%,
máy tiện thường chiếm 12,35%.
Hãng chế tạo máy Votkinsk đã sản xuất các loại máy phay với các mã hiệu
khác nhau E 320, HL 3, HL4, LH108, LH 262, L322, L421, L422, L423, L526,
M218 có các thông số kỹ thuật chính kích thước bàn máy 830 x 405mm, hành trình
bàn máy trục X 600mm, theo trục Y 410mm, theo trục Z 610mm; tốc độ trục dao

8000  1000v/phút, công suất 7,5kw; hệ điều hành Siemen.
Từ đầu của thế kỷ XIX, sản xuất công nghiệp ở Đức phát triển, nhu cầu máy
móc để cơ giới hóa các quá trình sản xuất rất lớn, đòi hỏi ngành chế tạo máy phải có


7

các loại máy có công cụ năng suất cao, chất lượng tốt. Cho tới nay, ở Đức vẫn tiếp
tục nghiên cứu sản xuất máy công cụ có chất lượng cao như hãng OPTIMUM đã
cho ra đời các loại máy phay có mã hiệu OPTI F10 TC, OPTI 100, OPTI BF 30,
OPTI BF46, OPTI BF20, có các thông số kỹ thuật chính như hành trình bàn máy
theo trục X 175mm, theo trục Y280mm, theo trục Z 120mm, công suất động cơ
850W; tốc độ trục chính 30  3000v/phút, [23]; [24].
Hãng Traub sản xuất các loại máy phay CNC như SNC 86, F 400, FZ12W,
TVC350, TVC200, TVC200P có công suất 9,7KW, tốc độ trục chính 8000v/phút,
hành trình bàn theo trục X400mm, theo trục Y300mm, theo trục Z400mm, hệ điều
hành Fanuc.
Hãng Gildemeister đã sản xuất các loại máy phay CNC có độ chính xác cao
như HSC20, HSC55, HSC75, HSC105, DMCH340, DHCH600V, DMF180,
DMF280, DMF380, DMF500, DMU40, DMU60, DMU80, DMU100, DMU65,
DMU85, DMU105, DMU125, DMU210P có các thông số kỹ thuật chính theo hành
trình bàn máy theo trục X 1800mm, theo trục Y 2100mm, theo trục Z 1250mm,
công suất động cơ 44KW; tốc độ trục chính 10000v/phút.
Hãng Mitsubishi Ở Nhật Bản đã sản xuất các loại máy phay có mã hiệu MJ100C, MH-50E, MH-60E, MH-80D, MH-80E, MV-5B, V-65, MVR35, MVR40, có
các thông số kỹ thuật chính theo hành trình bàn máy theo trục X 6200mm, theo trục
Y 3000mm, theo trục Z 701mm, công suất động cơ 29KW; tốc độ trục chính
6000v/phút....Hãng Takisawa sản xuất các loại máy phay có mã hiệu MAC-V1E,
MAC-V2E, MAC-V10. MAC-14, MAC-V0 có các thông số kỹ thuật chính theo
hành trình bàn máy theo trục X 909mm, theo trục Y 500mm, theo trục Z 5001mm,
công suất động cơ 7,5KW, tốc độ trục chính 7000v/phút, hệ điều hành Fanuc.

Tình hình sản xuất và sử dụng máy phay kim loại ở một số nước trên cho
thấy: Gia công các chi tiết máy bằng phương pháp phay là phương pháp gia công
thông dụng cho nên đã có nhiều loại máy phay khác nhau được chế tạo và đưa vào
sản xuất, đáp ứng nhu cầu của ngành chế tạo máy ở các nước khác nhau trên thế
giới. Cùng với việc chế tạp máy phay thì nghiên cứu hoàn thiện, nâng cao chất


8

lượng máy và quá trình sử dụng máy đã được quan tâm nhiều trong công trình
nghiên cứu ở Nga và những nước có nền công nghiệp phát triển.
Phay là phương pháp gia công cắt gọt trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo a
chuyển động cắt. Chuyển động tiến dao thông thường do máy, cũng có khi do cả
máy và dao cùng thực hiện theo các hướng khác nhau. Quá trình phay kim loại là
quá trình gia công bằng cơ học một trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông
dụng nhất của ngành chế tạo máy đã thu hút sự chú ý của nhiều học giả vì vậy nhiều
công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại ra
đời. Lý thuyết cắt gọt kim loại đi sâu nghiên cứu về quá trình tạo phoi, các lực phát
sinh trong quá trình gia công bằng cơ giới, công suất 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 cac công cụ gia cắt, tính toán thiết kế và sử
dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công.
Năm 1780, Giáo sư trường Đại học Mỏ địa chất Petecbua I.A. Time công bố
công trình: Sức bền của kim loại và của gỗ khi cắt gọt. Trong đó, quá trình biến
dạng của kim loại khi hình thành phoi lần đầu tiên được nghiên cứu vì vậy công
trình này được coi là điểm bắt đầu của lý thuyết cắt gọt kim loại và tác giả của nó là
người sáng lập ra lý thuyết cắt gọt, [27], [28].
Năm 1893, Giáo sư trường Đại học Công nghệ Kharcốp K.A.Z vôzưkin đã
xuất bản cuốn sách "Công và lực cần thiết để tách phoi kim loại". Trong cuốn sách
tác giả đã đưa ra phương pháp nghiên cứu để xác định lực tác dụng lên dao cắt, lực

ma sát ở mặt trước và mặt sau của lưỡi cắt và bằng lý thuyết ông đã chứng minh
rằng áp lực tác dụng lên mặt trước của lưỡi cắt tạo ra lực ma sát giữa các phoi khi
cắt và cản trở chúng chuyển động. Ngoài ra một phần đáng kể trong cuốn sách dành
cho việc nghiên cứu sự phụ thuộc của lực cắt vào chiều dày của phoi, [29] .
Nhiều công trình đi sâu giải quyết các vấn đề chuyên môn sâu trong lý thuyết
cắt gọt như quá trình biến dạng bề mặt kim loại khi cắt, hiện tượng nhiệt và mòn
dụng cụ...Một số công trình chủ yếu được công bố trong thời gian này như: V. A
Krioukhôvưi "Sự biến dạng của các lớp mặt kim loại trong quá trình cắt gọt.; I.M.


9

Bexprôzvanưi "Cơ sở vật lý của lý thuyết cắt gọt kim loại"; C.F. Glebovưi "Cơ chế
biến dạng dẻo khi cắt gọt kim loại" C.F.Glebovưi "Cơ chế biến dạng dẻo khi cắt gọt
kim loại". A.I.Ixaevưi "Quá trình hình thành lớp mặt khi gia công kim loại". A.M.
Đanhielian "Mòn dụng cụ và hiện tượng nhiệt khi cắt gọt kim loại...
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 lực phát sinh trong quá trình
gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn về cơ
sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt.
Nghiên cứu quá trình cắt gọt kim loại theo hướng kết hợp lý thuyết và thực
nghiệm đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M.P.Semko,
E.M.Trent, G.I. Granôvxki (Nga); V. Grazda (Tiệp Khắc cũ); P.Kôrecky (Pháp);
Shinozuka (Nhật Bản); Bhattachaya (Ấn Độ)...với những kết luận quan trọng về các
sơ đồ cắt động lực học, quá trình hình thành phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt.
Trong quá trình gia công kim loại, chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất
lượng gia công, tiêu hao năng lượng và năng suất của máy gia công vì vậy nghiên
cứu xác định chế độ cắt tối ưu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm
được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
Trong công trình nghiên cứu, tác giả Poliakova. E. V đã nghiên cứu khả năng

nâng cao năng suất và chất lượng gia công bề mặt của chi tiết máy. Trong quá trình
nghiên cứu đã xây dựng được mô hình xác định nhiệt độ cắt gọt khi phay chi tiết ở
các chế độ cắt khác nhau. Xây dựng mô hình toán học xác định độ nhám bề mặt chi
tiết phụ thuộc vào chế độ cắt. Xác định được chế độ cắt tối ưu bằng phương pháp
quy hoạch thực nghiệm phi tuyến. Với hàm mục tiêu là giá thành sản phẩm [25].
Trong công trình của tác giải Ruđina. I. A đã nghiên cứu nâng cao hiệu quả
gia công bề mặt các chi tiết máy nhờ chọn thông số kỹ thuật của quá trình cắt hợp
lý. Đã xây dựng được mô hình toán học để xác định chế độ cắt hợp lý khi phay ở
tốc độ cao nhằm mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Trong một vài năm gần đây, việc sử dụng các chi tiết máy làm bằng vật liệu
khó gia công từ hợp chất những chất không gỉ, chịu được axit, chịu nhiệt, được


10

quan tâm ở nhiều nước trên thế giới. Trong số các hợp chất được sử dụng rộng rãi
có hợp chất của titan với tính ưu việt nổi trội so với hợp chất của các kim loại như
sắt, niken, manhê, nhôm và các kim loại khác. Tuy nhiên khi gia công các chi tiết
làm bằng hợp chất titan gặp một số khó khăn do tính chất cơ lý của nó gây nên như
làm mòn dụng cụ, giảm năng suất và chất lượng bề mặt gia công. Tác giả, đã nghiên
cứu nâng cao năng suất phay các chi tiết làm bằng hợp kim của titan nhờ áp dụng
phương pháp cắt tốc độ cao. Trong công trình tác giả Kirukhin D.E đã xây dựng
được mô hình toán thể hiện được sự ảnh hưởng của các thông số cắt đến mòn dụng
cụ trong đó có mòn đặc trưng cho phương pháp phay hợp kim titan tốc độ cao. Từ
những kết quả nghiên cứu thu được tác giả đã khuyến cáo áp dụng phương pháp
phay độ cao tốc để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm khi gia công các chi tiết
làm từ hợp kim titan trên các máy phay có độ cứng vững cao.
Nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm trong quá trình phay các vật liệu
khác nhau là vấn đề mang tính thời sự cũng được quan tâm nghiên cứu.
Trong công trình, tác giả Gilaev.E.V xây dựng được lý thuyết mới miêu tả

quá trình phay thực hiện chuyển động quay và chuyển động dọc trục quay. Trên cơ
sở phân tích quan hệ giữa răng cắt và vật liệu trong quá trình gia công đã xây dựng
được phương pháp xác định lực cắt khi phay có tính đến dao động dọc trục và độ tù
của cạnh cắt. Xác định được chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị mới để gia công gót
giầy đảm bảo được phay đi lượng dư vật liệu và đạt được độ bóng theo yêu cầu.
Trong công trình tác giả Kovalevski A.V đã nghiên cứu nâng cao năng suất,
độ chính xác khi gia công mặt chi tiết định hình làm từ hợp kim chịu nhiệt niken
bằng phương pháp phay. Tác giả đã xây dựng được phương pháp xác định các
thông số công nghệ cho phép nâng cao độ chính xác gia công, giảm độ nhám bề mặt
chi tiết, nâng cao năng suất và độ cứng vững của dao cắt 2  2,5 lần khi phay chi
tiết làm bằng hợp kim chịu nhiệt niken.
Trong công trình tác giả Haxan - Al- Đabac đã nghiên cứu nâng cao chất
lượng gia công nhờ chế tạo và sử dụng đầu măng danh khoan phay. Bằng lý thuyết
đã khảo sát đặc tính đầu măng danh khoan phay và đề xuất cấu tạo của đầu măng


11

danh với mục tiêu nâng cao độ chính xác và chất lượng gia công. Tiến hành nghiên
cứu trạng thái biến dạng và ảnh hưởng của tốc độ quay đến lực kẹp của đầu măng
danh. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Khi phay với tốc độ từ 6000 đến 12000
vòng/phút lực ly tâm không ảnh hưởng đến lực kẹp. Khi sử dụng đầu măng danh
khoan phay độ nhám bề mặt chi tiết.
1.3. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trong nƣớc.
Gia công kim loại bằng phương pháp phay là phương pháp gia công phổ biến
trong chế tạo máy cho nên ở những nước có nền công nghiệp phát triển đã chế tạo
ra nhiều máy phay khác nhau để đáp ứng cho nhu cầu của sản xuất trong mỗi nước
đồng thời xuất khẩu sang nhiều nước khác nhau trên thế giới.
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghiệp luyện kim,
ngành chế tạo máy ở nhiều nước phát triển vượt bậc, đã cho ra đời thế hệ máy công

cụ mới có độ chính xác cao, cải thiện tối đa điều kiện làm việc của công nhân.
Trong nhiều năm qua, nghiên cứu hoàn thiện và sử dụng hợp lý các máy
công cụ nói chúng và máy phay nói riêng luôn được sự quan tâm nghiên cứu ở các
nước phát triển một cách bài bản và có hệ thống. Những thành tựu nghiên cứu của
các nước phát triển cả trong lý thuyết cũng như trong thực tiễn đã đóng góp rất lớn
vào kho tri thức của nhân loại nói chung và là động lực thúc đẩy cho ngành chế tạo
máy phát triển rực rỡ, đáp ứng được các yêu cầu nghiên cứu này cũng là bài học
kinh nghiệm để cho những nhà nghiên cứu ở các nước đang phát triển như chúng ta
tham khảo và học hỏi nhằm tìm ra hướng đi và phương pháp nghiên cứu đúng đắn.
Ở nước ta, ngành chế tạo máy được coi là ngành công nghiệp then chốt và đã
được quan tâm đầu tư. Chúng ta đã thu được những thành tựu ban đầu trong nghiên
cứu, thiết kế, chế tạo máy công cụ. Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân khác nhau
ngành chế tạo máy chưa đáp ứng được nhu cầu đặt ra của sản xuất phần lớn máy
công cụ trong các xí nghiệp đều được nhập khẩu từ các nước trên thế giới cho nên
việc nghiên cứu để sử dụng hợp lý các thiết bị nhập nội trong điều kiện sản xuất của
nước ta là cần thiết.