Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ
ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH
HÌNH RÃNH TRÒN XOAY

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Anh Tuấn

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ
ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA CHI TIẾT KHI MÀI
ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY

Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: 9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. VŨ TOÀN THẮNG
2. PGS.TS. NGUYỄN VIẾT TIẾP

Hà Nội – 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Những nội
dung, các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo
đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách
trung thực, khách quan và phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Các kết quả này chưa có tác
giả nào công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.

Người hướng dẫn khoa học

Nghiên cứu sinh


LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, góp ý và
chia sẻ của mọi người. Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường
Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Cơ khí.
Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới tập thể Thầy hướng dẫn PGS.TS
Vũ Toàn Thắng, PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp, các Thầy đã hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành được luận án.
Tôi cũng xin chân thành biết ơn sâu sắc tới Quý Thầy Cô Bộ môn Công nghệ chế tạo
máy và Bộ môn Cơ khí Chính xác và Quang Học đã chỉ bảo và cho tôi những ý kiến bổ ích,
tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em công tác tại Bộ môn Công nghệ chế tạo máy
và Bộ môn Cơ khí chính xác và Quang Học, tập thể NCS tại Bộ môn đã chia sẻ cũng như
tạo điều kiện giúp tôi.

Tôi xin chân thành cảm ơn Công ty cổ phần Cơ khí Phổ Yên đã giúp đỡ tôi trong quá
trình thực nghiệm.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kinh tế Kỹ thuật Công
nghiệp, Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí đã tạo điều kiện về chế độ, thời gian, công việc giúp tôi
hoàn thành nhiệm vụ.
Cuối cùng xin cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã chia sẻ, động viên giúp
đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Hà Nội, Ngày … tháng … năm 2018
Tác giả luận án

Nguyễn Anh Tuấn


MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC ............................................................................................................................ I
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... IV
DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................................V
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................. IX
MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1
1. Lý do lựa chọn đề tài luận án .........................................................................................1
2. Mục đích, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu ........................................2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................................2
4. Những đóng góp mới .......................................................................................................3
5. Cấu trúc của luận án .......................................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÀI ĐỊNH HÌNH ........................................................5
1.1. Đặc điểm chung của quá trình mài định hình ...........................................................5
1.2. Các phương pháp mài định hình.................................................................................8
1.3. Các đại lượng đặc trưng của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay .................12
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ..............................................................14

1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ..........................................................................15
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ...........................................................................23
1.5. Xác định nhiệm vụ nghiên cứu của luận án .............................................................29
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ..................................................................................................30
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG
NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI MÀI ĐỊNH
HÌNH RÃNH TRÒN XOAY ............................................................................................31
2.1. Tổng quan về mối quan hệ giữa các đại lượng trong quá trình mài định hình rãnh
tròn xoay .............................................................................................................................31
2.2. Chất lượng bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh tròn xoay ...............................31
2.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình rãnh tròn
xoay....................................................................................................................................31
2.2.2. Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt chi tiết khi
mài định hình rãnh tròn xoay ...........................................................................................33
2.2.3. Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ ô van của chi tiết khi mài
định hình rãnh tròn xoay ..................................................................................................37
I


2.3. Mòn đá và tuổi bền của đá mài khi mài định hình rãnh tròn xoay .......................46
2.3.1. Bản chất và cơ chế của quá trình mòn đá khi mài định hình rãnh tròn xoay .......46
2.3.2. Sửa đá khi mài định hình rãnh tròn xoay ...............................................................48
2.3.3. Tuổi bền của đá mài khi mài định hình rãnh tròn xoay.........................................50
2.3.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn đá khi mài định hình rãnh tròn
xoay ....................................................................................................................................50
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ..................................................................................................54
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ...............................................55
3.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm ................................................................................55
3.1.1. Sơ đồ thực nghiệm ..................................................................................................55
3.1.2. Các đại lượng đầu vào............................................................................................56

3.1.3. Các đại lượng đầu ra ..............................................................................................56
3.1.4. Các đại lượng cố định.............................................................................................57
3.1.5. Các đại lượng nhiễu................................................................................................57
3.2. Điều kiện thực nghiệm ...............................................................................................57
3.2.1. Máy mài định hình ..................................................................................................57
3.2.2. Phôi thực nghiệm ....................................................................................................60
3.2.3. Đá mài .....................................................................................................................61
3.3. Các thiết bị đo .............................................................................................................61
3.4. Thiết kế, chế tạo hệ thống đo khí nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn
vòng trong ổ bi ...................................................................................................................63
3.4.1. Nguyên lý của phương pháp đo mòn đá bằng hệ đo khí nén.................................63
3.4.2. Tính toán thiết kế hệ đầu đo khí nén để đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng
trong ổ bi ...........................................................................................................................69
3.4.3. Xây dựng đường đặc tính động của hệ thống đo khí nén ......................................75
3.4.4. Đặc điểm của dòng khí nén xung quanh đá mài đang quay khi mài định hình rãnh
lăn vòng trong ổ bi ............................................................................................................81
3.4.5. Giải pháp thu nhận và xử lý tín hiệu đo để đo trực tuyến độ mòn của đá mài khi
mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi............................................................................83
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ..................................................................................................93

II


CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
CÔNG NGHỆ ĐẾN MÒN ĐÁ, CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CỦA CHI TIẾT KHI MÀI
ĐỊNH HÌNH RÃNH TRÒN XOAY...................................................................................94
4.1. Xác định phương pháp tiến hành thực nghiệm .......................................................94
4.2. Thực nghiệm kiểm chứng khả năng làm việc của hệ thống thí nghiệm ................94
4.2.1. Trình tự các bước tiến hành thí nghiệm .................................................................94
4.2.2. Kết quả thực nghiệm ...............................................................................................97

4.3. Thực nghiệm thăm dò đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến mòn
đá và chất lượng bề mặt của chi tiết ..............................................................................101
4.4. Thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa chế độ công nghệ với mòn đá và chất
lượng bề mặt của chi tiết .................................................................................................106
4.4.1. Xác định mối quan hệ giữa chế độ công nghệ và lượng mòn đá ........................108
4.4.2. Xác định mối quan hệ giữa chế độ công nghệ và độ nhám bề mặt chi tiết .........114
4.4.3. Xác định mối quan hệ giữa chế độ công nghệ và độ ô van của chi tiết ..............117
4.5. Ứng dụng giải thuật di truyền để xác định chế độ công nghệ tối ưu và thời điểm
sửa đá hợp lý ....................................................................................................................122
4.5.1. Xây dựng bài toán tối ưu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 ......122
4.5.2. Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208
trên máy mài 3MK136B ..................................................................................................126
4.6. Ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài vào thực tiễn sản xuất .........................131
4.6.1. Thiết kế hệ thống giám sát độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn tròn
xoay..................................................................................................................................131
4.6.2. Thực nghiệm đánh giá khả năng giám sát độ nhám bề mặt chi tiết của hệ
thống ................................................................................................................................135
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ................................................................................................138
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU .............................................139
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................140
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .........................144
PHỤ LỤC ……………………………………………………………………………………

III


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Diễn giải nội dung

Đơn vị

Vs

Tốc độ của đá mài

m/s

Vw

Tốc độ của chi tiết

m/ph

ds

Đường kính đá mài

mm

dw

Đường kính chi tiết

mm

Shk

Lượng chạy dao hướng kính

m/s

t

Chiều sâu cắt

m

lc

Độ dài cung tiếp xúc

mm

Ft

Lực cắt tiếp tuyến

N

Fn

Lực cắt pháp tuyến

N

Fa

Lực cắt dọc trục

N

Ra

Sai lệch profin trung bình cộng

m

Hz

Lượng mòn của đá mài

m

O

Độ ô van

m

GA

Giải thuật di truyền

HTCN

Hệ thống công nghệ

GSTT

Giám sát trực tuyến

ĐKTN

Điều khiển thích nghi

NST

Nhiễm sắc thể

IV


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ mài định hình rãnh lăn vòng trong và vòng ngoài ổ bi cầu ......................... 5
Hình 1.2. Bản chất quá trình cắt của đá mài khi mài định hình ............................................ 5
Hình 1.3. Phân bố hạt mài trên bề mặt đá và cơ hội tham gia cắt của chúng ........................ 6
Hình 1.4. Các thông số hình học của lưỡi cắt đá mài ............................................................ 6
Hình 1.5. Sơ đồ biểu diễn ba giai đoạn hình thành phoi mài ................................................ 7
Hình 1.6. Các chuyển động cắt của một số phương pháp mài định hình .............................. 8
Hình 1.7. Sơ đồ mài định hình rãnh lăn vòng bạc trong vòng bi cầu .................................... 9
Hình 1.8. Sơ đồ mài định hình rãnh lăn vòng bạc ngoài vòng bi cầu.................................. 10
Hình 1.9. Sơ đồ mài định hình tiến dao ngang trên máy mài phẳng ................................... 10
Hình 1.10. Sơ đồ mài định hình bề mặt trụ trên máy mài tròn ngoài .................................. 11
Hình 1.11. Sơ đồ mài định hình bề mặt trụ và mặt đầu trên máy mài tròn ngoài ............... 11
Hình 1.12. Sơ đồ các lực tác dụng lên phôi khi mài định hình vô tâm chi tiết rãnh lăn vòng
trong ổ bi cầu định vị trên các giá đỡ cố định ..................................................................... 16
Hình 1.13. Các thông số đặc trưng trong mài tiến dao nghiêng trên máy mài tròn ngoài ... 17
Hình 1.14. Sơ đồ các lực tác động lên phôi khi mài định hình vô tâm chi tiết rãnh lăn vòng

bạc ổ bi cầu định vị trên các giá đỡ cố định ........................................................................ 17
Hình 1.15. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm mài định hình trên máy mài phẳng để đánh giá khả
năng cắt gọt của đá mài CBN .............................................................................................. 20
Hình 1.16. Sơ đồ nguyên lý và hệ thống thí nghiệm đo diện tích mòn phẳng của đá bằng máy
ảnh CCD camera.................................................................................................................. 20
Hình 1.17. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đo mòn đá khi mài phẳng bằng cách sử dụng một micromet
không khí để đo sự thay đổi vận tốc của luồng không khí xung quanh đá mài đang quay ....... 21
Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đo mòn đá khi mài phẳng bằng cách sử dụng một ống
Pilot để đo sự thay đổi vận tốc của luồng không khí xung quanh đá mài đang quay ............... 21
Hình 1.19. Sơ đồ nguyên lý đo mòn đá khi mài phẳng bằng hệ đầu đo khí nén ................. 21
Hình 1.20. Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt chi tiết với thành phần lực tiếp tuyến riêng ..... 22
Hình 1.21. Sơ đồ nguyên lý đo mòn đá bằng đầu đo laze trên máy mài tròn ngoài ............ 24
Hình 1.22. Đồ thị quan hệ giữa tuổi bền của đá mài với chế độ công nghệ mài ................. 24
Hình 1.23. Đồ thị quan hệ giữa độ nhám Ra với chế độ công nghệ mài tại thời điểm t=1 phút....24
Hình 1.24. Sơ đồ nguyên lý và kết cấu hệ thống đo mòn đá mài bằng đầu đo khí nén trên
máy mài phẳng .................................................................................................................... 25
Hình 1.25. Hình ảnh hệ thống đo mòn đá mài bằng đầu đo khí nén trên máy mài phẳng ..... 26
Hình 1.26. Sơ đồ đo lượng mòn của đá mài khi mài phẳng bằng mặt trụ của đá................ 26
Hình 1.27. Hệ thống giám sát mòn đá và cảnh báo online giới hạn sửa đá khi mài phẳng.... 27
Hình 2.1 Mô hình tổng quát của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay ...........................31
Hình 2.2. Profin bề mặt chi tiết sau khi mài định hình ........................................................ 32
Hình 2.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao ngang đến độ nhám bề mặt của chi tiết khi mài
định hình rãnh tròn xoay...................................................................................................... 33

V


Hình 2.4. Ảnh hưởng của thời gian mài tới độ nhám bề mặt .............................................. 35
Hình 2.5. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến các đại lượng đặc trưng của quá trình mài và kết quả
mài ....................................................................................................................................... 36

Hình 2.6. Sơ đồ gá đặt khi mài vô tâm với bước tiến ngang ............................................... 38
Hình 2.7. Mài định hình vô tâm trên hai giá đỡ cố định ..................................................... 41
Hình 2.8. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt trong một vòng quay đến sai lệch độ tròn khi mài định
hình tròn ngoài ...................................................................................................................... 44
Hình 2.9. Ảnh hưởng của lượng dư mài và độ lệch của tâm phôi so với tâm cực từ đến độ ô
van và độ đa cạnh của chi tiết khi mài định hình vô tâm trên 2 giá đỡ ............................... 44
Hình 2.10. Ảnh hưởng của phương pháp gá đặt phôi và số chi tiết mài đến sai lệch độ tròn
của chi tiết khi mài định hình .............................................................................................. 45
Hình 2.11. Các dạng mòn của đá mài .................................................................................. 47
Hình 2.12. Các lưỡi cắt và vết nứt tế vi được hình thành do sửa đá ................................... 48
Hình 2.13. Kết cấu cụm sửa đá mài có biên dạng tròn xoay trên máy mài định hình đường
lăn 3MK136B ...................................................................................................................... 49
Hình 2.14. Mối quan hệ giữa lượng mòn của đá với thời gian cắt ...................................... 51
Hình 2.15. Ảnh hưởng của tốc độ chạy dao và chiều sâu cắt đến các đại lượng đặc trưng của
quá trình mài định hình........................................................................................................ 52
Hình 2.16. Thể tích cắt trong một đơn vị thời gian ảnh hưởng đến các dạng mòn và tốc độ
mòn .................................................................................................................................52
Hình 3.1. Sơ đồ thực nghiệm ...............................................................................................55
Hình 3.2. Sơ đồ động học của máy mài định hình đường lăn 3MK136B ........................... 58
Hình 3.3. Đồ thị chu trình làm việc của máy mài định hình đường lăn 3MK136B ............ 59
Hình 3.4. Sơ đồ quá trình mài 30 chi tiết trong một chu trình trên máy mài định hình đường
lăn 3MK136B ...................................................................................................................... 60
Hình 3.5. Bản vẽ thể hiện các yêu cầu kỹ thuật của nguyên công mài tinh rãnh lăn vòng
trong ổ bi 6208 .................................................................................................................... 60
Hình 3.6. Máy đo độ nhám SJ400 ....................................................................................... 61
Hình 3.7. Hình ảnh và sơ đồ nguyên lý kết cấu thiết bị kiểu D022 để đo đường kính rãnh lăn
và khoảng cách từ rãnh lăn đến mặt đầu của vòng trong ổ bi cầu ....................................... 62
Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp đo mòn đá bằng hệ đầu đo khí nén .............. 63
Hình 3.9. Kết cấu mạch khí của hệ thống đo khí nén .......................................................... 64
Hình 3.10. Kết cấu mạch điện tương đương với mạch khí của hệ thống đo khí nén .......... 64

Hình 3.11. Đường đặc tính của chuyển đổi khí nén ............................................................ 67
Hình 3.12. Sơ đồ hệ thống đo khí nén ................................................................................. 69
Hình 3.13. Kết cấu của đột thắt d1 ....................................................................................... 72
Hình 3.14. Kết cấu của đầu đo d2 ........................................................................................ 72
Hình 3.15. Kết cấu của hệ đo khí nén.................................................................................. 73
Hình 3.16. Sơ đồ hệ thống đo khí nén để đo mòn đá tại 2 điểm khác nhau trên biên dạng
cung cong làm việc của đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi cầu ................ 74

VI


Hình 3.17. Hình ảnh thực tế của hệ thống đo khí nén sau khi được gá lắp lên trên máy mài
định hình đường lăn 3MK136B ........................................................................................... 76
Hình 3.18. Sơ đồ và đồ họa 3D của hệ thống thí nghiệm đo mòn đá khi mài định hình rãnh
lăn vòng trong ổ bi 6208 ...................................................................................................... 77
Hình 3.19. Đường đặc tính động của hệ đo khí nén trên toàn miền từ 0÷4 bar sau khi
được gắn lên trên máy mài đo mòn tại điểm đỉnh và điểm mép của biên dạng cung cong
đá mài ........................................................................................................................ 80
Hình 3.20. Đường đặc tính động của hệ đo khí nén trên miền làm việc thực của đầu đo sau
khi được gắn lên trên máy mài đo mòn tại điểm đỉnh và điểm mép của biên dạng cung cong
đá mài .................................................................................................................................. 80
Hình 3.21. Hình ảnh mô tả dòng khí chảy xung quanh một viên đá mài đang quay........... 81
Hình 3.22. Sự thay đổi áp suất của buồng đo trong quá trình mài một chi tiết ................... 82
Hình 3.23. Sơ đồ kết cấu của hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu đo trực tuyến lượng mòn
đá mài khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi ứng dụng hệ thống đo khí nén............. 84
Hình 3.24. Khung truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và module ADS1256 ........................ 85
Hình 3.25. Cấu hình module ADS1256 sử dụng 2 đầu vào analog ..................................... 86
Hình 3.26. Hình ảnh sơ đồ đấu dây vi điều khiển STM32F4 với ADC .............................. 87
Hình 3.27. Sơ đồ khối lấy dữ liệu ........................................................................................ 88
Hình 3.28. Xây dựng đường đặc tuyến giữa áp suất và điện áp analog dựa trên phương pháp

nội suy theo từng đoạn giá trị thực nghiệm ......................................................................... 89
Hình 3.29. Hình ảnh và sơ đồ hệ thống thí nghiệm để xây dựng phương trình đặc tính giữa
giá trị điện áp analog và giá trị áp suất của cảm biến SEU-31 ............................................ 90
Hình 3.30. Sơ đồ thuật toán chương trình xử lý dữ liệu đo mòn đá khi mài định hình rãnh lăn
vòng trong ổ bi ..................................................................................................................... 91
Hình 3.31. Giao diện của hệ thống phần mềm được thiết kế .............................................. 92
Hình 4.1. Sơ đồ, hình ảnh và đồ họa 3D của hệ thống đo khí nén trong thí nghiệm để đo trực
tuyến lượng mòn đá khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi 6208 ............................... 95
Hình 4.2. Giao diện phần mềm sau khi mài 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở
mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong đá mài .................................................................. 98
Hình 4.3. Các đồ thị thể hiện sự thay đổi áp suất buồng đo ở mỗi hệ đầu đo theo thời gian
mài thực tế ........................................................................................................................... 98
Hình 4.4. Các đồ thị thể hiện sự thay đổi lượng mòn của đá mài ở mỗi hệ đầu đo theo số chi
tiết mài thực tế ..................................................................................................................... 99
Hình 4.5. Sự phân bố lượng bóc tách kim loại ở các điểm khác nhau trên bề mặt cung cong làm
việc của đá mài ................................................................................................................... 100
Hình 4.6. Sơ đồ phân bố độ ô van của đường kính đáy rãnh lăn theo số chi tiết mài ứng với
bộ thông số chế độ công nghệ thứ nhất ............................................................................. 102
Hình 4.7. Sơ đồ phân bố độ nhám bề mặt ở mép biên dạng rãnh lăn theo số chi tiết mài ứng
với bộ thông số chế độ công nghệ thứ nhất ....................................................................... 102
Hình 4.8. Sơ đồ phân bố lượng mòn ở mép biên dạng cung cong làm việc của đá mài theo số chi
tiết mài ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ nhất ...................................................... 103
VII


Hình 4.9. Sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết mài
ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ nhất ................................................................ 103
Hình 4.10. Sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết
mài ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ hai ........................................................... 104
Hình 4.11. Sơ đồ phân bố miền dung sai độ chính xác gia công và mòn đá theo số chi tiết

mài ứng với bộ thông số chế độ công nghệ thứ ba ............................................................ 104
Hình 4.12. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn Hz với các biến vào Shk ,Vct ............ 120
Hình 4.13. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn Hz với các biến vào Shk ,t ................ 120
Hình 4.14. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa lượng mòn Hz với các biến vào Shk, Nct ............ 120
Hình 4.15. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa nhám bề mặt chi tiết Ra với các biến vào Shk,Vct .... 120
Hình 4.16. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa nhám bề mặt chi tiết Ra với các biến vào Shk, t . 121
Hình 4.17. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa nhám bề mặt chi tiết Ra với các biến vào Shk, Nct ... 121
Hình 4.18. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa độ ô van O với các biến vào Shk,Vct ................... 121
Hình 4.19. Đồ thị thể hiện quan hệ giữa độ ô van O với các biến vào Shk,t ...................... 121
Hình 4.20. Sơ đồ các bước xây dựng bài toán tối ưu khi mài định hình rãnh lăn vòng trong
ổ bi 6208 ............................................................................................................................ 123
Hình 4.21. Sơ đồ khối giải bài toán tối ưu chế độ công nghệ khi mài định hình ứng dụng giải
thuật di truyền .................................................................................................................... 128
Hình 4.22. Đồ thị kết quả tối ưu hóa chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá bằng GA ứng với
lần chạy 1 ........................................................................................................................... 130
Hình 4.23. Đồ thị kết quả tối ưu hóa chế độ công nghệ và thời điểm sửa đá bằng GA ứng với
lần chạy 2 ........................................................................................................................... 130
Hình 4.24. Sơ đồ cấu trúc chung của một hệ thống giám sát trực tuyến ........................... 131
Hình 4.25. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển thích nghi ........................................ 132
Hình 4.26. Sơ đồ chức năng đề xuất cho hệ thống giám sát trực tuyến mòn đá và độ nhám
bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn vòng trong ổ bi ............................................... 132
Hình 4.27. Mô hình GSTT mòn đá và độ nhám bề mặt chi tiết khi mài định hình rãnh lăn
vòng trong ổ bi .................................................................................................................. 133
Hình 4.28. Xây dựng đường đặc tuyến giữa độ mòn của đá mài và độ nhám bề mặt chi tiết .... 134
Hình 4.29. Lưu đồ thuật toán chương trình xử lý dữ liệu.................................................. 134
Hình 4.30. Giao diện phần mềm sau khi mài 30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở
mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong đá mài ................................................................ 135
Hình 4.31. Đồ thị thể hiện sự thay đổi giá trị áp suất buồng đo theo thời gian mài sau khi mài
30 chi tiết đối với cả hai hệ đầu đo đo mòn ở mép và ở đỉnh của biên dạng cung cong làm việc
đá mài................................................................................................................................. 136

Hình 4.32. Đồ thị thể hiện sự thay đổi lượng mòn đá mài ở mép và ở đỉnh của biên dạng
cung cong làm việc đá mài theo số chi tiết mài sau khi mài 30 chi tiết ............................ 137
Hình 4.33. Đồ thị thể hiện sự thay đổi trị số độ nhám bề mặt ở đáy và ở mép rãnh lăn theo
số chi tiết mài sau khi mài 30 chi tiết ................................................................................ 137

VIII


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của máy mài định hình đường lăn 3MK136B ....................... 57
Bảng 3.2. Đặc tính kỹ thuật của máy đo độ nhám SJ400 .................................................... 61
Bảng 3.3. Các thông số của đường đặc tính lý thuyết với các bộ thông số khác nhau của
đầu đo ..............................................................................................................................70
Bảng 3.4. Các đặc tính kỹ thuật của cảm biến áp suất SEU-31-N ...................................... 78
Bảng 3.5. Các thông số thể hiện đặc tính kỹ thuật của đá mài ............................................ 78
Bảng 4.1. Ba bộ thông số chế độ công nghệ được sử dụng trong thí nghiệm thăm dò ..... 101
Bảng 4.2. Các mức thí nghiệm và khoảng thay đổi các thông số ...................................... 106
Bảng 4.3. Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm L81 (34) .................................................. 107
Bảng 4.4. Kết quả chạy chương trình xác định chế độ công nghệ tối ưu bằng GA .......... 130
Bảng 4.5. Kết quả giá trị lượng mòn đá Hz, độ nhám bề mặt chi tiết Ra, độ ô van đường kính
đáy rãnh lăn O và năng suất mài Q khi thực nghiệm với chế độ mài tối ưu ..................... 131

IX


MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài luận án
Mài là một trong những phương pháp gia công tinh chiếm một vị trí quan trọng trong
gia công cơ khí. Một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp gia công này là khả
năng gia công được những vật liệu có độ bền cơ học và độ cứng cao, đạt được độ chính xác

và cấp độ nhám bề mặt cao. Trong tổng số các máy công cụ hiện đang sử dụng của ngành
chế tạo máy nói chung thì máy mài chiếm tới 30%, còn riêng trong ngành chế tạo ổ bi thì
máy mài chiếm đến 60% [19]. Đặc biệt mài định hình rãnh lăn tròn xoay là một trong những
nguyên công chính thường được áp dụng khi gia công chế tạo các chi tiết vòng bạc ổ bi. Do
đó, mài nói chung và mài định hình nói riêng là một trong những nguyên công quan trọng
nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm.
Vì vậy, cho đến nay đã có nhiều các công trình nghiên cứu về mài được thực hiện
bởi các nhà khoa học ở các trường đại học, viện nghiên cứu và các doanh nghiệp trong
nước cũng như trên thế giới. Khi nghiên cứu về mài các nhà nghiên cứu tập trung giải
quyết các vấn đề liên quan đến máy mài, đá mài, chi tiết mài cũng như chế độ cắt khi
mài, nhiệt cắt khi mài và dung dịch tưới nguội. Tuy nhiên các nghiên cứu trước đây chủ
yếu thực hiện nghiên cứu với trường hợp mài phẳng hoặc mài tròn ngoài, mà chưa có
nhiều những nghiên cứu chuyên sâu đối với trường hợp mài định hình rãnh tròn xoay.
Trong khi mài định hình có những đặc điểm khác biệt so với các phương pháp mài thông
thường.
Khi thực hiện nguyên công mài định hình, do chiều dài tiếp xúc giữa đá mài và phôi
lớn nên lực cắt và nhiệt cắt sinh ra từ quá trình này lớn hơn nhiều so với các phương pháp
mài thông thường. Cùng với đó là lực ma sát rất lớn giữa đá mài với phôi, giữa phoi và đá
mài nên đá mài khi mài định hình bị mòn liên tục và không đều trên các tiết diện khác
nhau, làm cho hình dạng và độ chính xác ban đầu của đá mài rất nhanh bị thay đổi, dẫn
đến sai lệch của bề mặt gia công. Sau một khoảng thời gian gia công nhất định, khi đá mài
bị mòn quá một giới hạn cho phép thì cần thực hiện quá trình sửa đá. Việc sửa đá này nhằm
khôi phục khả năng cắt và khôi phục lại hình dạng ban đầu của đá mài. Tuy nhiên, vấn đề
quan trọng ở đây là cần xác định được thời điểm sửa đá hợp lý. Điều này sẽ quyết định đến
chất lượng bề mặt của chi tiết mài và tuổi bền của đá mài. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả
kinh tế kỹ thuật của quá trình mài định hình rãnh tròn xoay thì cần phải đo được lượng
mòn của đá mài, đánh giá được ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ quan trọng đến
mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết mài, từ đó xác định chế độ công nghệ tối ưu và
thời điểm sửa đá hợp lý. Đây cũng chính là lý do mà đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của
một số yếu tố công nghệ đến mòn đá và chất lượng bề mặt của chi tiết khi mài định hình

rãnh tròn xoay” đã được tôi lựa chọn làm đề tài luận án của mình.

1


Luận án đủ ở file: Luận án full