Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng và chi phí năng lượng riêng khi gia công bánh răng bằng phương pháp lăn răng trên máy y3150 3

i

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do- Hạnh phúc
LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan, đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào.
Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ cơng trình nghiên
cứu nào đã cơng bố, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm và tn thủ kết luận
đánh giá luận văn của Hội đồng khoa học.
Cần Thơ, ngày 24 tháng 5 năm 2018
Người cam đoan
( Tác giả ký và ghi rõ họ tên)

Trần Quân Em


ii

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn này cho phép tơi được bày tỏ lịng biết ơn
chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS. Lê Văn Thái, đã
dành rất nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.
Trân trọng cảm ơn lãnh đạo nhà trường, phòng sau Đại học, khoa Cơ điện và
Cơng trình trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi
hồn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình.
Trân trọng cảm ơn lãnh đạo phân hiệu và ban khoa học công nghệ Phân hiệu
Đại học Lâm nghiệp Miền Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành
khóa học và luận văn tốt nghiệp này.

Trân trọng cảm ơn lãnh đạo Trường Cao Đẳng Cơ Điện Nam Bộ ( Ơ Mơn
Cần Thơ), Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi cho tơi hồn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình.
Trân trọng cảm ơn các Nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã đóng góp
nhiều ý kiến q báu trong suốt q trình làm và hồn chỉnh luận văn.
Tơi xin cam đoan đây là cơng 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 cơng trình
nào khác.

Cần Thơ, ngày 20 tháng 5 năm 2018
Tác giả luận văn

Trần Quân Em


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................. viii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
Chương 1.TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................ 4
1.1.Tổng quan về gia công bánh răng ............................................................... 4
1.1.1.Phương pháp chép hình ............................................................................ 4
1.1.2.Phương pháp bao hình ............................................................................. 5
1.1.3.Đặc điểm của quá trình cắt răng............................................................... 5
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu thiết bị gia cơng bánh răng ................... 5

1.2.1. Tình hình sử dụng thiết bị gia cơng bánh răng ...................................... 5
1.2.2. Các cơng trình nghiên cứu về thiết bị gia công bánh răng. .................... 6
1.2.3. Trong nước .............................................................................................. 8
1.2.4. Những vấn đề tồn tại cần nghiên cứu giải quyết .................................. 12
Chương 2.MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 13
2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................ 13
2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 13
2.2.1. Nội dung nghiên cứu lý thuyết .............................................................. 13
2.2.2 Nội dung nghiên cứu thực nghiệm ......................................................... 13
2.3. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 13
2.3.1. Thiết bị nghiên cứu ............................................................................... 13
2.3.2. Đối tượng gia công................................................................................ 16
2.4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 17


iv

2.5. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 17
2.5.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ................................................. 17
2.5.2.. Thực nghiệm thăm dò .......................................................................... 18
2.5.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố ................................... 19
2.5.4. Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm .................................................. 20
2.6. Phương pháp lập và giải bài toán tối ưu đa mục tiêu .............................. 25
CHƯƠNG 3.CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI .............................................. 26
3.1. Cơ sở lý thuyết quá trình p h a y lăn răng.................................................. 26
3.1.1.Các thơng số thuộc chế độ cắt ................................................................ 26
3.1.2. Lượng chạy dao S.................................................................................. 26
3.1.3. Chiều dày cắt a (mm) ............................................................................ 28
3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt và công suất cắt ................................. 32

3.2.1. Ảnh hưởng của bề rộng và chiều sâu cắt đến lực cắt PZ....................... 32
3.2.2. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến lực cắt ............... 33
3.2.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến lực cắt ........................................ 34
3.3.4. Ảnh hưởng của vật liệu dao tới lực cắt ................................................ 35
3.2.5. Ảnh hưởng của vận tốc độ cắt đến lực cắt ............................................ 36
3.2.6. Ảnh hưởng của các thơng số hình học của dao đến lực cắt.................. 38
3.3. Chất lượng gia công ................................................................................ 43
3.3.1. Chất lượng bề mặt gia công .................................................................. 43
3.3.2. Độ nhám bề mặt gia công ..................................................................... 45
3.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công ................................... 46
3.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công ........................... 47
Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM................................................. 51
4.1. Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển .................................... 51
4.1.1. Mục tiêu thực nghiệm ........................................................................... 51
4.1.2. Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng ........................ 51


v

4.2. Thiết bị đo và phương pháp đo ............................................................... 51
4.3. Kết quả thí nghiệm thăm dị ..................................................................... 53
4.3.1. Xét đại lượng nghiên cứu là ðộ nhám bề mặt Ra. ............................... 53
4.3.2. Xét đại lượng nghiên cứu là chi phí điện năng riêng Nr. ..................... 55
4.4. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố .............................................................. 56
4.4.1. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công .................... 56
4.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chi phí điện năng riêng......................... 59
4.4.4. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí điện năng riêng ............... 65
4.4.5. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới độ nhám bề mặt gia công ................ 67
4.4.6. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí điện năng riêng ................... 70
4.5. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ................................................................ 75

4.5.1. Vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng .. 75
4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm .............................................................. 76
4.5.3. Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Harley với số lần lặp lại của mỗi thí
nghiệm m = 3 ................................................................................................. 76
4.5.4. Xác định mơ hình tốn học của hàm ðộ nhám bề mặt Ra .................... 77
4.5.5. Xác định mơ hình tốn của hàm chi phí điện năng riêng Nr ................ 79
4.5.7. Xác định giá trị tối ưu của các thông số V, S và t................................ 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 92
1. Kết luận ....................................................................................................... 92
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 93


vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của máy lăn răn Y3150/3................................... 15
Bảng 3.1: Xác định hệ số cv............................................................................ 35
Bảng 4.1. Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm của Ra.............................. 53
Bảng 4.2. Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm ........................................ 54
Bảng 4.3. Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm của Nr .............................. 55
Bảng 4.4. Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm ........................................ 55
Bảng 4.5 - Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tốc độ cắt đến độ
nhám bề mặt gia công Ra................................................................................. 57
Bảng 4.6 - Đánh giá đồng nhất của phương sai .............................................. 58
Bảng 4.7. Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm độ nhám bề mặt khi tốc độ
cắt thay đổi ...................................................................................................... 59
Bảng 4.8 - Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tốc độ cắt đến chi phí
điện năng riêngNr ............................................................................................ 60
Bảng 4.9. Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm chi phí điện năng riêng khi
tốc độ cắt thay đổi ........................................................................................... 61

Bảng 4.10 - Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của lượng chạy dao ..... 62
đến độ nhám bề mặt gia công Ra ..................................................................... 62
Bảng 4.11 - Đánh giá đồng nhất của phương sai ............................................ 63
Bảng 4.12. Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm độ nhám bề mặt ............. 64
khi lượng chạy dao thay đổi ............................................................................ 64
Bảng 4.12 - Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của lượng chạy dao ..... 65
đến chi phí điện năng riêng Nr ........................................................................ 65
Bảng 4.13 - Đánh giá đồng nhất của phương sai ............................................ 66
Bảng 4.14. Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm chi phí điện năng riêng khi
lượng chạy dao thay đổi .................................................................................. 67
Bảng 4.15 - Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chiều sâu cắt ......... 68


vii

Bảng 4.16 - Đánh giá đồng nhất của phương sai ............................................ 69
Bảng 4.17. Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm độ nhám bề mặt ............. 70
khi chiều sâu cắt thay đổi ................................................................................ 70
Bảng 4.18 - Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chiều sâu cắt ......... 71
đến chi phí điện năng riêngNr ......................................................................... 71
Bảng 4.19 - Đánh giá đồng nhất của phương sai ............................................ 72
Bảng 4.20. Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm chi phí điện năng riêngkhi
chiều sâu cắt thay đổi ...................................................................................... 73
Bảng 4.21- Mã hố và giá trị của các thơng số ðầu vào ................................. 75
Bảng 4.22 - Ma trận thí nghiệm theo Hartley ................................................ 76
Bảng 4.23 - Đánh giá đồng nhất phương sai ................................................... 77
Bảng 4.24 - Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm chi phí điện năng riêng
......................................................................................................................... 79

viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.2 - Sơ đồ cắt răng bằng phương pháp xọc răng .................................... 5
Hình 2.2- Dao lăn răng .................................................................................... 15
Hình 3.1. Vận tốc độ cắt khi phay................................................................... 26
Hình 3.3. Thơng số lớp cắt khi phay (phay bằng dao trụ) .............................. 27
Hình 3.4. Chiều dày cắt khi phay lăn răng bằng dao phay lăn răng trụ .......... 28
Hình 3.6 - Các thành phần lực cắt khi phay lăn răng. ..................................... 31
Hình 3.7. Ảnh hưởng của vật liệu dao tới lực cắt ........................................... 36
Hình 3.8. Lực cắt PZ phụ thuộc vào tốc độ cắt v và góc trước γ khi gia công
thép 40X với chiếu dày cắt a = 0,2 mm và bề rộng cắt b = 4mm .................. 37
Hình 3.9. Lực cắt PZ phụ thuộc vào v khi gia cơng gang ............................... 38
Hình 3.10. Chiều dài đoạn tiếp xúc của dao và chi tiết theo mặt sau. ........... 38
Hình 3.11. Ảnh hưởng của góc nghiêng λ đến các lực cắt PZ, PY, PX ............ 41
Hình 3.12. Ảnh hưởng của vật liệu dao đến lực cắt ........................................ 42
Hình 3.8. Các dạng bề mặt gia cơng: .............................................................. 44
Hình 3.9. Độ nhám bề mặt .............................................................................. 45
Hình 4.1 - Thiết bị đo độ nhám TR200 ........................................................... 52
Hình 4.2- Thiết bị đo điện năng ...................................................................... 52
Hình 4.3 - Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của tốc độ cắt .............................. 59
đến độ nhám bề mặt ........................................................................................ 59
Hình 4.4 - Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của tốc độ cắt .............................. 62
đến chi phí điện năng ...................................................................................... 62
Hình 4.5 - Đồ thị sự ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt ... 65
Hình 4.6 - Đồ thị sự ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí điện năng
riêng ................................................................................................................. 67
Hình 4.7 - Đồ thị sự ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt ....... 70
Hình 4.8 - Đồ thị sự ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến .................................. 73
chi phí điện năng riêng .................................................................................... 73

1

MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Chế tạo máy là một trong những lĩnh vực được Đảng và nhà nước quan
tâm, đầu tư và phát triển, theo báo cáo thống kê của bộ Công Thương tăng
trưởng của ngành cơng nghiệp chế tạo là 9%, trong đó nhiều cơ sở sản xuất đã
chế tạo ra các thiết bị có giá trị kinh kế lớn như: Dàn khoan tự nâng phục vụ
cho khai thác dầu khí, Cần trục có sức nâng 1500 tấn, các thiết bị phục vụ cho
các nhà máy thủy điện, khai thác khoáng sản. Ngành chế tạo máy 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 cơng dụng, có thể gia cơng được nhiều loại vật liệu khác nhau,
song mỗi loại vật liệu, mỗi một loại cơng dụng đều có chế độ sử dụng khác
nhau. Máy lăn răng là phương pháp gia công khá phổ biến, là một phần quan
trọng trong quy trình cơng nghệ và gia cơng kim loại, đồng thời cũng là một
trong những phương pháp gia công cho năng suất cao. Trong gia công các chi

tiết, máy lăn răng chiếm khoảng 10% khối lượng gia công kim loại bằng cắt


2

gọt, chính vì vậy, ở nước ta trong những năm gần đây đã nhập khẩu và đưa
vào sử dụng nhiều loại máy lăn răng khác nhau. Để sử dụng hiệu quả các
thiết bị nhập nội cần thiết có những nghiên cứu về tính năng, tác dụng và các
thơng số kỹ thuật của thiết bị, xác định được chế độ làm việc hợp lý nhằm
nâng cao năng suất và giảm giá thành sản phẩm nhưng vẫn đảm bảo được
chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.
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 cơng 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 lăn răng được sử dụng khá phổ biến hiện nay ở các dây chuyền
chế tạo máy, công dụng chủ yếu là phay bánh răng, phay mặt phẳng, phay
rãnh then, 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 lăn răng sao cho năng
suất cao, chất lượng đáp ứng yêu cầu và chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất là
rất cần thiết và có ít cơng trình nghiên cứu được cơng bố.
Với những lý do đã được trình bày ở trên chúng tơi chọn và thực hiện
Đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thơng số đến chất lượng và chi
phí năng lượng riêng khi gia công bánh răng bằng phương pháp lăn răng
trên máy Y3150/3”
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 tốc độ trục chính , chiều sâu cắt và lượng
chạy dao đến độ nhám bề mặt 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


3

máy khi lăn bánh răng trên máy lăn răng Y3150/3
- 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 góp phần nâng cao hiệu quả
sử dụng máy lăn răng Y3150/3.


4

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Tổng quan về gia công bánh răng
Bánh răng là chi tiết quan trọng được dùng phổ biến trong truyền động
cơ khí nói chung. Phương pháp chủ yếu để tạo răng là gia công cắt gọt. Các
bánh răng có độ chính xác thấp có thể được tạo hình bằng phương pháp cán.
Tạo răng bằng dụng cụ cắt có lưỡi có thể thực hiện bằng phương pháp chép
hình và phương pháp bao hình.
1.1.1.Phương pháp chép hình
Bản chất của phương pháp này là prôphin răng của được chép
lại theo prơphin lưỡi cắt của dao.

Hình 1.1 Sơ đồ cắt răng bằng phương pháp chép hình
a.Dùng dao phay đĩa mơ đun; b. Dùng dao phay ngón mơ đun
Phương pháp này thường được dùng trong sản xuất nhỏ và vừa hoặc
sửa chữa bánh răng vì có thể dùng trên các máy phay vạn năng có đầu phân
độ.


5

1.1.2.Phương pháp bao hình
Gia cơng răng theo phương pháp này được tiến hành theo nguyên lý ăn
khớp của hai bánh răng hoặc một bánh răng và một thanh răng, trong đó một
là dụng cụ cắt một là chi tiết gia công. Phương pháp này dùng chủ yếu trong
sản xuất hàng loạt.

Hình 1.2 - Sơ đồ cắt răng bằng phương pháp xọc răng
1.1.3.Đặc điểm của quá trình cắt răng
- Tiết diện lớp cắt của mỗi răng thay đổi trong quá trình gia công.
- Các phần khác nhau của lưỡi cắt chịu tác dụng lực khơng như nhau,

bởi vì chúng có tốc độ khác nhau và cắt những lớp tiết diện khác nhau.
- Các dao cắt răng khơng có thơng số hình học tối ưu, bởi vì chúng có

hình dạng rất phức tạp và một số dao cắt khi gia công thực hiên các chuyển
động phức tạp.
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu thiết bị gia cơng bánh răng
1.2.1. Tình hình sử dụng thiết bị gia công bánh răng
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

6

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 cơng 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, cơng 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: PC460, EAGLE 210Y, EAGLE SMV 600, EAGLE 1000 có cơng 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,
[22] .
Cơng hịa 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% [21].
1.2.2. Các cơng trình nghiên cứu về thiết bị gia công bánh răng.
Từ đầu của thế kỷ XIX, sản xuất cơng nghiệp ở Đức phát triển, nhu cầu
máy móc để cơ giới hóa các q trình sản xuất rất lớn, đòi hỏi ngành chế tạo

7

máy phải có các loại máy có cơng cụ năng suất cao, chất lượng tốt. Cho tới
nay, ở Đức vẫn tiếp tục nghiên cứu sản xuất máy cơng 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 thơng 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.
Hãng Mitsubishi Ở Nhật Bản đã sản xuất các loại máy phay có mã hiệu
MJ- 100C, MH-50E, MH-60E, MH-80D, MH-80E, MV-5B, V-65, MVR35,
MVR40, có các thơng 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, MACV0 có các thơng số kỹ thuật chính theo hành trình bàn máy theo trục X
909mm, theo trục Y 500mm, theo trục Z 5001mm, cơng suất động cơ 7,5KW,
tốc độ trục chính 7000v/phút, hệ điều hành Fanuc, [24].
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 cơng thơng 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 tạo máy phay thì nghiên cứu hồn
thiện, nâng cao chất lượng máy và quá trình sử dụng máy đã được quan tâm
nhiều trong cơng trình nghiên cứu ở Nga và những nước có nền cơng nghiệp
phát triển.
Trong q trình gia cơng kim loại, chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến
chất lượng gia công, tiêu hao năng lượng và năng suất của máy gia cơng vì
vậy nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu nhằm nâng cao năng suất và chất

8

lượng sản phẩm được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
Trong cơng 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 q trình nghiên cứu đã xây dựng được mơ hình xác định nhiệt độ cắt
gọt khi phay chi tiết ở các chế độ cắt khác nhau. Xây dựng mơ 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 [27].
Trong một vài năm gần đây, việc sử dụng các chi tiết máy làm bằng vật
liệu khó gia cơng từ hợp chất những chất không gỉ, chịu được axit, chịu
nhiệt, được 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 cơng trình tác giả Kirukhin D.E đã xây dựng được mơ hình tốn
thể hiện được sự ảnh hưởng của các thơng số cắt đến mịn dụng cụ trong đó
có mịn 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.
1.2.3. Trong nước

1.2.3.1. Tình hình sử dụng thiết bị gia cơng bánh răng
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 cơng nghiệp phát


9

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.
Trong nhiều năm qua, nghiên cứu hoàn thiện và sử dụng hợp lý các
máy cơng cụ nói chúng và máy phay nói riêng ln 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 cơng 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.
Ở Việt Nam, ngay từ thập kỷ 80, ngành cơ khí chế tạo đã được nhà
nước đầu tư xây dựng một số nhà máy cơ khí có quy mơ tương đối lớn như:
Nhà máy Cơng cụ số 1, Cơ khí Hà Nội, Cơ khí Cổ Loa, có nhiều trung tâm
đào tạo nghiên cứu ra đời. Theo số liệu thống kê, số lượng cơ sở cơ khí trong

cả nước có khoảng 40.000 đơn vị thu hút số lượng công nhân trực tiếp tham
gia sản xuất khoảng 400.000 người, chiếm khoảng 15% lao động công
nghiệp của cả nước. Góp phần đáng kể vào việc đẩy mạnh cơng nghiệp hóa,
hiện đại hóa đất nước.


10

Máy phay là một trong những thiết bị chủ đạo của ngành chế tạo máy
do đó đã được tập trung nghiên cứu, thiết kế chế tạo ngay từ thập kỷ 80 của
thế kỷ XX. Một số máy phay vạn năng đã được chế tạo như P623, P613...Tuy
nhiên, do có nhiều nguyên nhân khác nhau như chất lượng không cao độ bền
kém cho nên chúng chưa được sử dụng rộng rãi trong sản xuất. Để đáp ứng
nhu cầu của sản xuất, ngay từ thập kỷ 70 chúng ta đã nhập khẩu nhiều máy
phay khác nhau từ các nước xã hội chủ nghĩa trước đây dưới dạng viên trợ
khơng hồn lại.
Hiện nay, để đáp ứng yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm cơ khí chúng
ta phải nhập khẩu nhiều máy cơng cụ hiện đại mới mức tự động hóa cao từ
nhiều nước khác nhau. Các loại máy phay thông dụng được nhập từ Đài
Loan, Hàn Quốc, các loại máy phay CNC và công nghệ CAD - CAM - CNC
chủ yếu được nhập từ Cộng hòa Liên Bang Đức, Nhật Bản. Máy phay của
một số hãng đã được người tiêu dùng Việt Nam tin dùng như: Hãng Full
Mark, Shanxi, Yuan hang (Đài Loan); hãng Nam sun, Samsung (Hàn Quốc);
hãng Enshu, Moriseki (Nhật Bản); hãng Hermle, Apple Gmh (Cộng hòa Liên
Bang Đức).
1.2.3.2. Các cơng trình nghiên cứu về thiết bị gia cơng bánh răng
Trong lĩnh vực nghiên cứu về máy công cụ chúng ta đã có một số thành
tựu về nghiên cứu cơ bản và ứng dụng.
Những nghiên cứu về tác động tương hỗ giữa công cụ và đối tượng gia
công đã được thể hiện ở cơng trình của các tác giả: Bành Tiến Long, Trần

Thế Lục, Trần Sĩ Túy về "Nguyên lý gia công vật liệu", [18]. Các tác giả đã
đưa ra những cơ sở lý luận khoa học về gia công kim loại bằng cắt gọt, các
phương pháp gia công mới...
Nghiên cứu về máy phay và quá trình phay kim loại được tiến hành ở
một số trung tâm nghiên cứu lớ như Viện Cơ Khí trường Đại học Bách Khoa,


11

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Trường Đại học lâm
nghiệp...Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc xác định chế độ làm việc
tối ưu cho máy phay ở các điều kiện làm việc khác nhau được thể hiện ở một
số cơng trình.
Trong cơng trình nghiên cứu tác giả Phạm Văn Khiêm [9], đã nghiên
cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công và
sai số gia công khi phay các chi tiết máy từ vật liệu thép C45 trên máy phay
FA3AU. Đã xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt (tốc độ
cắt , lượng chạy dao, chiều sâu phay) đến độ nhám bề mặt và độ chính xác
kích thước gia cơng tạo chi tiết máy dạng thanh trên máy phay FA3AU. Đã
xác định được chế độ cắt hợp lý khi phay chi tiết máy trên máy phay FA3AU
bảo đảm yêu cầu chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước gia cơng cao
với sai số gia công 0,194mm, độ nhám bề mặt gia cơng: Ra = 1,415m.
Trong cơng trình nghiên cứu, tác giả Đỗ Như Hoàng [14], đã nghiên
cứu ảnh hưởng của bơi trơn làm nguội tối thiểu tới mịn dao và độ nhám bề
mặt chi tiết khi phay phẳng bằng thép 65T đã tơi bằng dao phay mặt đầu các
bít. Tác giả đã tập trung nghiên cứu các vấn đề chủ yếu như nghiên cứu mòn
và cơ chế mòn dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu các bít
dưới các điều kiện cắt khơ và bơi trơn làm nguội tối thiểu; Nghiên cứu ảnh
hưởng của dung dịch làm nguội đến độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng
thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu sử dụng cơng nghệ bơi trơn tối thiểu.

Tác giả Quyền Đình Biên trong cơng trình nghiên cứu: " Nghiên cứu
một số thơng số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám khi phay
rãnh bằng dao phay đĩa trên máy phay đa năng TUM20VS" [3], bằng nghiên
cứu thực nghiệm tác giả đã thiết lập được phương trình tương quan gữa tốc độ
cắt, chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt gia cơng và chi phí năng lượng riêng,
tuy nhiên đề tài chưa xác định được chế độ gia công tối ưu của máy.


12

1.2.4. Những vấn đề tồn tại cần nghiên cứu giải quyết
Chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu về chế độ gia công trên các máy
lăn răng khác nhau, loại dao lăn răng khác nhau cho các đối tượng vật liệu
gia công khác nhau. Đối với mỗi một loại máy lăn răng khác nhau khi gia
công cho một đối tượng khác nhau thì cần phải xác định được chế độ gia công
hợp lý. Việc xác định chế độ gia công hợp lý góp phần nâng cao năng suất,
chất lượng sản phẩm và giảm chi phí điện năng, từ đó góp phần nâng cao hiệu
quả sử dụng máy.
Máy lăn răng Y3150/3 là máy lăn răng vạn năng được nhập khẩu từ
Đài Loan Đây là loại máy lăn răng chưa được sử dụng rộng rãi trong các nhà
máy cơ khí và trường học ở nước ta đặc biệt trong các doanh nghiệp quy mơ
lớn chưa đầu tư rộng rãi vì giá máy cao...
Để sử dụng hiệu quả thiết bị nhập nội này cần thiết phải có các
cơng trình nghiên cứu cụ thể về ảnh hưởng của các yếu tố đến chi phí năng
lượng, một chỉ tiêu quan trọng chiếm một phần không nhỏ trong giá thành
gia công sản phẩm trên máy lăn răng và độ nhám bề mặt chi tiết, chỉ tiêu
quyết định chất lượng gia cơng.
Từ những phân tích ở trên một lần nữa cho thấy vấn đề mà luận văn cần
giải quyết là thời sự và cấp thiết.

13

Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định quy luật ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản
phẩm và chi phí điện năng riêng khi gia cơng bánh răng trên máy lăn răng
Y3150/3 làm cơ sở cho việc xác định các thông số công nghệ hợp lý khi sử
dụng máy chế tạo bánh răng.
2.2. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu của đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những
nội dung sau:
2.2.1. Nội dung nghiên cứu lý thuyết
Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:
-

Phân tích lực cắt khi phay, các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt.

-

Phân tích các thơng số ảnh hưởng đến lực cắt, công suất cắt.

-

Chất lượng bề mặt và các thông số ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt
gia công.

2.2.2 Nội dung nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm để xác định qui luật ảnh hưởng đồng thời của
một số thông số đến chất lượng sản phẩm và chi phí điện năng riêng trong q
trình lăn răng. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm là cơ sở cho việc lập và giải
bài toán tối ưu để xác định chế độ cắt hợp lý của máy lăn răng Y3150/3 khi
gia công bánh răng.
2.3. Đối tượng nghiên cứu
2.3.1. Thiết bị nghiên cứu


14

a). Máy lăn răng Y3150/3
Máy lăn răng Y3150/3 là loại máy lăn răng vạn năng xuất xứ từ Đài
Loan, hình ảnh máy Y3150/3 được thể hiện trên hình 2.1

Hình 2.1- Máy lăn răng vạn năng Y3150/3


15

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của máy lăn răn Y3150/3

Stt
1

Thơng số kỹ thuật
Vận tốc cắt

Giá trị
50~275 m/phút

2

Đường kính chi tiết lớn nhất

500 mm

3
4

Mudole
Bước tiến của máy

2-8
0,24- 4,25 mm/v

5

Động cơ trục chính

3 kW

6

Góc độ nghiên dao

45 độ

7

Vịng quay trục chính

1420 v/p

8

Bơm làm mát

0,120 kW

9

Trọng lượng máy

1400 kg

b). Dao lăn răng
Để lăn bánh răng chúng tôi chọn dao lăn răng modun khối để nghiên
cứu và thí nghiệm, hình dạng của dao lăn răng modun được thể hiện trên hình
2.2.

Hình 2.2- Dao lăn răng
Các góc của dao được đo trong các tiết diện chính, tiết diện vng góc
với trục và tiết diện chiều trụ.


16

-

Góc nâng của lưỡi cắt λ = 3 21''

-

Tiết diện vng góc  = 20

2.3.2. Đối tượng gia cơng
Đối tượng gia công là thép C45, công nghệ lăn bánh răng bằng
phương pháp chép hình dùng dao lăn răng trụ.
Thép C45 gồm có:
Thành phần

C

hóa học
Tỷ lệ %
nguyên tố

0,42-0,50

Si
max.

Mn

P£

S£

Cr

Ni£

max. max. max. max.

Cu

0,17-0,37 0,50-0,80 0,035 0,04 £0,25 £0,25 £0,25

Thơng số bánh răng:
Đường kính bánh răng D = 68 mm
Số răng

z = 15

Dao lăn răng

M =4

+ Phương pháp lăn răng chọn phương pháp lăn bánh răng dùng dao lăn
răng theo mô đun .


17

2.4. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài giới hạn các nội dung sau:
+ Các thông số ảnh hưởng được lựa chọn để nghiên cứu là những
thơng số ảnh hưởng chính đến chất lượng sản phẩm và chi phí điện năng
riêng.

+ Chất lượng sản phẩm được đặc trung bởi nhiều chỉ tiêu, song ở đề tài
này chỉ chọn chỉ tiêu độ nhám bề mặt gia công để nghiên cứu.
+ Chỉ tiêu đặc trưng cho tính kinh tế được chọn là hàm chi phí điện
năng riêng, nghĩa là lượng tiêu thụ điện năng để gia công xong một sản phẩm.
2.5. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung
nghiên cứu của đề tài là phương pháp kế thừa, phương pháp nghiên cứu lý
thuyết và phương pháp thực nghiệm.
- Phương pháp kế thừa: được sử dụng trong phân tích lựa chọn, sử dụng
các kết quả đã được nghiên cứu trên thế giới và trong nước có liên quan phục vụ
giải quyết nội dung thực nghiệm, nhận xét đánh giá kết quả
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: được sử dụng trong nghiên cứu các
cơng trình khoa học, tổng hợp cơ sở lý luận để giải quyết các nội dung: Tổng
quan về vấn đề nghiên cứu; tạo lập cơ sở lý luận của đề tài.
Dựa vào lý thuyết "Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt" [7], [18], [20] để
phân tích lực tác dụng lên phần tử cắt, thiết lập công thức lực cắt khi lăn răng
để làm cơ sở cho việc xác định các thông số ảnh hưởng đến cơng suất cắt (chi
phí điện năng riêng) và chất lượng bề mặt gia công (độ nhám). Kết quả đó là
cơ sở cho việc nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định quy luật ảnh hưởng
của các thông số công nghệ đến các hàm mục tiêu đã lựa chọn.
2.5.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm