Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy bào B365

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

MA CÔNG QUÝ ĐÔN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG TRÊN
MÁY BÀO B365

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

MA CÔNG QUÝ ĐÔN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG TRÊN
MÁY BÀO B365

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

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Hoàng Việt

Hà Nội - 2011


i

Lời cam đoan
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.

Tác giả

Ma Công Quý Đôn


ii

Lời cảm ơn
Xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các cơ quan đã nhiệt tình giúp

đỡ tơi hồn thành bản luận văn khoa học này.
Trước hết xin bầy tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS. Hồng Việt với những ý
kiến đóng góp quan trọng và chỉ dẫn khoa học q giá trong q trình thực hiện
cơng trình nghiên cứu.
Tôi trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng cán bộ giáo viên, công nhân
viên chức Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất
để tơi hồn thành nhiệm vụ;
Chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Cao đẳng Cơ điện và NN nam Bộ,
Khoa khoa học cơ bản, Khoa Cơ khí chế tạo, Bộ môn gia công kim loại đã tạo
điều kiện về thời gian cũng như về cơ sở vật chất cho chúng tơi trong q trình
học tập cũng như trong q trình thực hiện đề tài luận văn.
Tôi trân trọng cảm ơn Trung tâm thực nghiệm khoa Cơ điện và cơng trình
Trường Đại học Lâm nghiệp, Xưởng gia cơng cơ khí- Nhà máy Z119, cùng các
đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thiện các kết quả luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 9 năm 2011
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Ma Công Quý Đôn


iii

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các ký hiệu sử dụng trong luận văn

vii

Danh mục các bảng

viii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

ix

Đặt vấn đề

1

Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu

3

1.1. Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt bằng phương pháp 3
bào và máy bào trên thế giới

1.2. Công nghệ và thiết bị gia công bào trong sản xuất ở Việt 7
Nam
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu

11

Chương 2. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung và phương 12
pháp nghiên cứu
2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu

12

2.2. Đố i tươ ̣ng, pha ̣m vi nghiên cứu

12

2.3. Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu

13

2.4. Phương pháp nghiên cứu

13

2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu chung

13

2.4.2. Nội dung và phương pháp luận nghiên cứu thực nhiệm

14

2.4.2.1. Thí nghiệm thăm dị

14


iv

2.4.2.2. Thực nghiệm đơn yếu tố

17

2.4.2.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố

21

Chương 3. Cơ sở lý luâ ̣n của vấ n đề nghiên cứu

30

3.1. Khả năng công nghệ và các thông số kỹ thuật của máy bào 30
ngang B365
3.2. Động học và động lực học quá trình cắt

31

3.2.1. Động học của quá trình cắt

31

3.2.1.1. Hình dạng và các góc của dao

31

3.2.1.2. Các chuyển động của q trình cắt

34

3.2.1.3 Các thông số chế độ cắt, tiết diện lớp kim loại bị cắt

34

3.2.2. Động lực học của quá trình cắt

35

3.3. Chất lượng gia công

38

3.3.1. Chất lượng bề mặt gia công

38

3.3.2. Độ nhám bề mặt gia công

40

3.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công

41

3.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công

43

3.3.5. Độ chính xác gia cơng

46

3.3.5.1. Luận đề chung

46

3.3.5.2. Tính chất của sai số gia công

48

3.3.6. Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến biến dạng đàn 49
hồi của hệ thống cơng nghệ và độ chính xác gia cơng
3.3.7. Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến biến dạng nhiệt 50
của dao cắt và độ chính xác gia công
3.3.8. Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến biến dạng nhiệt 51
của chi tiết và độ chính xác gia cơng


v

3.3.9. Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến rung động 52

trong q trình cắt và độ chính xác gia công
Chương 4. Kế t quả nghiên cứu thư ̣c nghiêm
̣

54

4.1. Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển

54

4.1.1. Mục tiêu thực nghiệm

54

4.1.2. Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng

54

4.2. Thiết bị đo và phương pháp đo

55

4.3. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố

55

4.3.1. Xét đại lượng nghiên cứu là độ nhám bề mặt Ra.

55

4.3.2. Xét đại lượng nghiên cứu là sai số gia công Δhm.

57

4.4. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố

59

4.4.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt và sai

59

số gia công
4.4.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt và 64
sai số gia công
4.4.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới độ nhám bề mặt và sai số

68

gia công
4.4.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới độ nhám bề mặt và sai số

68

gia công
4.5. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố

74

4.5.1. Vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh

74

hưởng
4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm

74

4.5.3. Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Harley với số lần lặp lại

75

của mỗi thí nghiệm m = 3


vi

4.5.4. Xác định mơ hình tốn của hàm độ nhám bề mặt Ra

75

4.5.5. Xác định mơ hình tốn của hàm sai số gia cơng Δsm

77

4.5.6. Chuyển phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu về

79

dạng thực

4.5.7. Xác định giá trị tối ưu của các thông số V, S và t

80

4.5.8.Gia công chi tiết với các thông số tối ưu V, S,t

82

Kết luận và kiến nghị

84

I. Kết luận

84

II. Kiến nghị

85

Tài liệu tham khảo

87

Phụ lục

91


vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Ký hiệu
V
S
t
xmax
xmin
x

Ex
Y

h
k
a
b
f
L
m
P
Px
Py
Pz
r
Ra
Rz
δ
α
Δhm

nct

Y
S
Ex
S 2max

Tên gọi
Vâ ̣n tố c cắ t
Lượng chạy dao
Chiều sâu cắt
Trị số thu thập lớn nhất của đố i tươ ̣ng đo
Trị số thu thập nhỏ nhất của đố i tươ ̣ng đo
Sai số trung bình mẫu
Đô ̣ nho ̣n phân bớ
Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu
chiều cao chi tiế t gia cơng
Số hành trình kép trên một phút
Chiều dày cắt
Chiều rộng cắt
Diện tích lớp cắt
Chiều dài hành trình dao
Tỉ số vận tốc làm việc/ chạy không
Lực cắ t tổ ng hơ ̣p
Lực chiều trục hay lực chạy dao
Thành phần này gọi là lực hướng kính
Thành phần này gọi là lực tiếp tuyến, lực cắt
chính
Bán kính cong của lưỡi dao
Sai lệch profin trung bình cộng

Sai lệch profin theo mười điểm
Góc cắt của lưỡi dao
Mức ý nghĩa
Sai sớ kích thước chiều cao chi tiế t gia cơng
Dung lươ ̣ng mẫu cầ n thiế t
Giá tri ̣trung hình
Sai số tiêu chuẩ n
Phương sai lớn nhấ t trong thí nghiê ̣m

Đơn vị
m/phút
mm/ht.kép
mm

mm
mm
mm
mm2
mm
KG
KG
KG
KG
m
m


viii

S 2u

S 2y

Phương sai của thí nghiê ̣m thứ u
Phương sai do sự thay đổ i thông số đầ u vào

S e2
K*

Phương sai ngẫu nhiên do thực nghiê ̣m gây ra
số hệ số hồi quy có nghĩa


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 2.1

Mã hoá của các yếu tố ảnh hưởng

23

Bảng 2.2

Ma trận thí nghiệm Hartley

23

Bảng 4.1

Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm của Ra

56

Bảng 4.2

Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm

56

Bảng 4.3

Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm của Δhm

57

Bảng 4.4

Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm

58

Bảng 4.5

Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của vận tốc cắt

59

tới độ nhám bề mặt Ra và sai số gia công Δhm
Bảng 4.6

Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm độ nhám bề mặt
khi vận tốc cắt thay đổi

60

Bảng 4.7

Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm sai số gia cơng khi

62

vận tốc cắt thay đổi
Bảng 4.8

Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của lượng chạy

64

dao đến độ nhám bề mặt Ra và sai số gia công Δhm
Bảng 4.9

Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm độ nhám bề mặt
khi lượng chạy dao thay đổi

65

Bảng 4.10

Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm sai số gia cơng

67

khi lượng chạy dao thay đổi
Bảng 4.11 Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chiều sâu cắt
tới độ nhám bề mặt Ra và sai số gia công Δhm

69

Bảng 4.12 Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm độ nhám bề mặt
khi chiều sâu cắt thay đổi

70

Bảng 4.13 Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm sai số gia cơng

72


x

khi chiều sâu cắt thay đổi
Bảng 4.14 Mã hoá của các thơng số đầu vào

74

Bảng 4.15 Ma trận thí nghiệm Hartley

74

Bảng 4.16 Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm độ nhám bề mặt

75

Ra
Bảng 4.17 Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm sai số gia công
Δhm

78


xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
TT
Hình 3.1

Tên hình

Trang

Máy bào B365 ta ̣i trường Cao đẳ ng Cơ điêṇ và Nơng

30

nghiê ̣p Nam Bơ ̣
Hình 3.2

Hình dạng dao bào và các mặt phẳng toạ độ của dao cắt

31

Hình 3.3

Các góc của dao trong tiết diện ngang XX và tiết diện

33

dọc YY
Hình 3.4

Hướng chuyển động của dao và chi tiết khi bào

34

Hình 3.5

Các dạng bề mặt gia cơng

39

Hình 3.6

Độ nhám bề mặt

40

Hình 4.1

Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt

61

Hình 4.2

Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến sai số gia cơng

63

Hình 4.3

Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến độ nhám bề

66

mặt Ra
Hình 4.4

Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến sai số gia

68

cơng Δhm
Hình 4.5

Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt t cắt đến độ nhám bề

71

mặt Ra
Hình 4.6

Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt t cắt đến sai số gia
công Δhm

72


ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong sự nghiệp Cơng nghiệp hố và hiện đại hố đất nước lĩnh vực cơ
khí chế tạo, lắp đặt, sửa chữa máy và thiết bị cho các loại hình cơng nghệ sản
xuất đóng vai trị hết sức quan trọng. Phạm vi sử dụng sản phẩm của ngành
chế tạo máy rất rộng rãi. Từ con tầu vũ trụ cho đến giày, dép và quần áo - tất
cả những sản phẩm này đều được chế tạo ra nhờ các máy và thiết bị khác
nhau. Với xu thế tồn cầu hố, để nâng cao sức cạnh tranh trong quá trình hội
nhập chúng ta cần phát triển sản xuất theo hướng tối giảm chi phí gia cơng
trên cơ sở đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Tối ưu hố q trình sản xuất là một công cụ hữu hiệu để đạt được mục
tiêu đó. Tuy nhiên tối ưu hố tồn bộ q trình sản xuất nói chung, trong chế
tạo cơ khí nói riêng là một bài tốn lớn và chỉ có thể giải quyết được sau khi
đã thực hiện được nhiệm vụ tối ưu hố các ngun cơng của q trình gia
cơng. Nghiên cứu tối ưu hố ngun cơng chẳng những nâng cao hiệu quả
kinh tế - kỹ thuật của từng ngun cơng mà cịn tạo ra các dữ liệu quan trọng
phục vụ việc tự động hố q trình chuẩn bị công nghệ, rút ngắn thời gian và
khối lượng lao động khi chuẩn bị sản xuất, đồng thời còn tạo ra các điều kiện

cơ bản cho việc điều khiển nguyên công tiến tới tự động hố q trình sản
xuất.
Khi tớ i ưu hoá các chế đô ̣ của các quá trình công nghê ̣, cũng như các
chế đô ̣ làm viê ̣c của máy gia công sẽ diễn ra viêc̣ giải nhiề u bài toán. Một
trong những vấn đề mấu chốt cần phải giải quyết để nâng cao hiệu quả kinh tế
- kỹ thuật của q trình gia cơng chế tạo cơ khí là phải xác định được chế độ
cắt tối ưu cho từng nguyên công khác nhau trong từng điều kiện sản xuất cụ
thể.
Máy bào B365 là một trong những thiết bị chủ đạo phục vụ đào tạo và
sản xuất tại Trường Cao đẳng Cơ điện và NN Nam Bộ, máy với tính năng gia
cơng các mặt phẳng, các mặt định hình cho các chi tiết máy,… Tuy nhiên quá

1


trình gia cơng sản xuất các chi tiết, sản phẩm cơ khí và chuyển giao cơng
nghệ ở các cơ sở cịn có nhiều bất cập như chất lượng, năng suất thấp, giá
thành cao làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây khơng ít khó khăn
trong khâu tiêu thụ. Có nhiều ngun nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất
lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên
cứu tạo lập cơ sở khoa học xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng
gia cơng, chưa đề cập đến mơ hình tốn học bài tốn tối ưu hố qúa trình và
nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị trong điều kiện gia công vật liệu, sản
phẩm cụ thể. Hơn nữa, công nghệ sản xuất không ngừng phát triển và đổi
mới. Nhiều vấn đề từ thực tiễn sản xuất trong nước đang đặt ra: Với qui mô
sản xuất vừa và nhỏ loại hình thiết bị nào là phù hợp? Hầu hết các thiết bị
được nhập từ nước ngoài, thiếu nhiều tài liệu sử dụng, vậy để có được năng
suất, chất lượng và giá thành sản phẩm gia công tối ưu cần giải quyết nhiệm
vụ cụ thể nào?
Trong điều kiện sản xuất cụ thể vấn đề cấp thiết đặt ra là phải nghiên cứu

sử dụng hiệu quả nhất các tính năng kỹ thuật các máy và thiết bị công nghệ,
xác lập chế độ gia công tối ưu, đảm bảo yêu cầu chất lượng sản phẩm, tối
giảm chi phí điện năng, nguyên vật liệu, tạo cơ sở tối ưu hoá khâu sản xuất và
tối ưu hố tồn bộ q trình thi cơng.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn nêu trên, được sự đồng ý của Hội
đồng Khoa học - Công nghệ cơ sở đào tạo SĐH trường ĐHLN, chúng tôi tiến
hành thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của
một số yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy bào B365 ”. Kết
quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho tính tốn thiết kế, cải tiến
và sử dụng hiệu quả các thiết bị phục vụ đào tạo cán bộ kỹ thuật và thực tiễn
sản xuất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.

2


Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt bằng phương pháp bào và máy
bào trên thế giới
Bào là phương pháp gia công cắt gọt vật liệu có tính vạn năng cao,
chuyển động cắt đơn giản. Theo nguyên liệu và sản phẩm được gia cơng có
thể phân ra gia cơng kim loại và gia công vật liệu phi kim loại.
Gia công vật liệu bằng phương pháp bào trên các máy được sử dụng từ
thế kỷ 15. Vào những năm 20 của thế kỷ 19 được dùng rộng rãi ở các nước
công nghiệp phát triển. Từ đó đến nay, trải qua một thời kỳ dài phát triển,
phương pháp gia công bằng bào - một trong những q trình chế tạo sản phẩm
thơng dụng nhất của ngành chế ta ̣o máy đã thu hút sự chú ý của nhiều học giả.
Với đối tượng gia công là kim loại, khoa học cắt gọt kim loại đã hình
thành và phát triển. Lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i đi sâu nghiên cứu về qúa trình
tạo phoi, các lực phát sinh trong q trình gia cơng bằng cơ giới, công suất

của thiết bị, chất lượng sản phẩm khi gia công… những đại lượng này rất cần
thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính tốn kích thước của
các cơng cụ cắt, tính tốn thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công
cụ gia cơng.
Nhiều cơng trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết
cắt gọt kim loại phải kể đến các nhà bác học Xô Viết (Liên Xô cũ) như giáo
sư viện sĩ V.A. Arsinop, giáo sư G.C. Andrev,

V.F. Bobrov, C.H.

Philonenko, Iacố p Bachisep, Paven Dakhaba, Lép Sôbakin, các nhà bác ho ̣c
Mỹ như Boston O.W., Ernst H., Merchant M.E.,…
Nhiều cơng trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chun dùng như: bào,
phay, tiện của G.C. Andrev, A.V. Rudnev, V.F. Bobrov; cơ sở lý thuyết mài
nhẵn của E. H. Maclov…đã đưa ra những phân tích cụ thể về động học các
q trình cắt gọt. Đó là những cơng trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết

3


và những kinh nghiệm thực tế trong gia công kim loại mà trên thế giới lúc đó
ít có cơng trình nghiên cứu tương tự nào ra đời.
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i ngày càng được hồn chỉnh với những cơng trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh
trong quá trình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và
chính xác hơn về những cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong
quá trình cắt. Lực cắt đơn vị và các qui luật của lực cắt được xác định thông
qua công thức lý thuyết [15, 30, 33, 42, 47].
Nghiên cứu quá trình cắt vật theo hướng kết hợp lý thuyết và thực
nghiệm đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M.P. Semko,
E.M.Trent; Granôpxki (Nga);V. Gazda (Tiệp Khắc (cũ); P. Korecky (Pháp); J.

Shinozuka (Nhật); Bhattacharya A. (Ấn Độ)... với những kết luận quan trọng
về các sơ đồ cắt động học, sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt.
Chế độ cắt được đặc trưng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy dao
và chiều sâu cắt. Chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu
hao năng lượng và năng suất các máy. Nhiều cơng trình của các nhà khoa học
đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự
hao mịn của cơng cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - dao cắt đồ gá - chi tiết gia công” cũng như các hiện tượng lý - hoá xảy ra trong vùng
cắt. Điển hình là cơng trình của nhà bác học Nga Granơpxki về phân nhóm
các sơ đồ cắt động học, cơng trình của Zorev N.N. về các lực cắt trên các bộ
phận của dao cắt, các cơng trình của các nhà khoa học Đức Kronenberg,
Friedrich, Hippler… về các qui luật cơ bản của lực cắt, các cơng trình lý
thuyết và thực nghiệm của các nhà khoa học Sokolovski, Kasirin, Tlusty,
Tolias, Bhattacharya … đã đi sâu và chính xác hố nhận thức về nguyên lý và
qui luật tự rung khi gia công, hay các cơng trình của các nhà khoa học
Ostermann, Laladze, Malkin, Smith về phương pháp giải tích của trường nhiệt
độ trong dụng cụ cắt, phoi và chi tiết gia công.

4


Trong lĩnh vực gia công vật liệu phi kim loại mà điển hình là vật liệu
gỗ với đặc tính phức tạp (khơng đồng nhất và bất đẳng hướng) đã có nhiều
cơng trình nổi tiếng về khoa học cắt gọt gỗ, vật liệu từ gỗ. Năm 1870, tỷ suất
lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sĩ I. A. Time xác định cho các trường
hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm [17, 22, 41].
Năm 1933, giáo sư tiến sĩ M. A. Đesevôi đã tổng hợp và xây dựng hồn
chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ. Năm 1939, ơng cho ra đời cuốn sách “Kỹ thuật gia
cơng gỗ”, đó là một cơng trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những
kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ mà trên thế giới lúc đó chưa có cơng
trình nghiên cứu tương tự nào ra đời [17, 41].

Tỷ suất lực cắt và theo đó tính tốn lực cắt, cơng suất cắt, công suất đẩy
khi phay gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A. L. Bersatski xác định bằng công thức
thực nghiệm. [17, 41, 44].
Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết và thực
nghiệm đã được các nhà khoa học Mỹ tiến hành như C. Fraz [37], với những
kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt, chất
lượng gia công. GS. TS. B.M.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các
dạng gia công gỗ mà phay, bào được quan tâm nhiều nhất.
Ngun lý cấu tạo, tính năng cơng nghệ của các máy cơng cụ, máy cắt
kim loại nói chung, các máy bào nói riêng đã đươ ̣c các nhà khoa ho ̣c nghiên
cứu từ khá sớm. Các máy bào đầu tiên xuất hiện vào thế kỷ 15. Vào những
năm 20 của thế kỷ 19 các máy bắt đầu được sản xuất công nghiệp hàng loạt.
Thời kỳ này, khi mà nghành chế tạo máy cịn ở trình độ thấp, các máy gia
cơng có đặc trưng cơ bản là khơng lớn về công suất và năng suất, độ cứng
vững thấp và chất lượng gia công không cao.
Nhiều kiểu loại máy bào được thiết kế, chế tạo như máy bào ngang,
máy bào giường, máy bào vạn năng, máy bào chun mơn hố và chuyên

5


dùng v.v… Cùng với sự phát triển của công nghệ bào, dao bào ngày càng
được cải tiến và hoàn thiện với nhiều kiểu loại khác nhau.
Nhiều hãng trên thế giới như PLL (Pittler Ludnig Low -Đức), Tập
đoàn LMT (Leitz metalworking technology), RSK (Anh) đã nổi tiếng với
những máy và công cụ cắt hiện đại….
Nhằm không ngừng nâng cao khả năng làm việc của các cơng cụ cắt,
nhiều cơng trình đã đi sâu nghiên cứu động học, động lực học quá trình gia
cơng. Điển hình là các cơng trình của G.I.Granovski, A.M. Danielian; A.S.
Kondratiev [20, 46, 48].

Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại và các vật liệu phi kim loa ̣i
khác, các nhà khoa học Spirindonov A.A, Fedorov V.B., Molchanov G.I.,
Aliabiev V.I., F.M. Manjốt, N. V. Makovski,… [15,17, 31, 37, 44] đã chỉ rõ
chất lượng gia công bao gồm chất lượng bề mặt gia cơng và độ chính xác gia
công là những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy và thiết bị, biểu thị
sự hoàn thiện kỹ thuật trong việc sử dụng chúng để tạo ra các sản phẩm. Chất
lượng gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với từng điều kiện sản xuất cụ thể
sẽ có các chỉ tiêu đánh giá định lượng thơng qua những biểu thức toán học
miêu tả sự tác động tương hỗ của những yếu tố ảnh hưởng tới chúng.
Nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ và thiết bị sản xuất gia công kim loại, vật liệu
phi kim loại phục vụ sản xuất đã được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Mỹ,
Đức, Pháp, Nhâ ̣t, Thuỵ Điển, Úc…nghiên cứu sâu rộng, với các máy bào CNC,
các trung tâm gia công và dây chuyền sản xuất hiện đại [6, 28, 46, 47] .
Do tiến bộ của khoa học - công nghệ, các trang thiết bị dùng cho q trình gia
cơng cắt gọt ngày càng hiện đại dẫn tới vốn đầu tư cho sản xuất ngày càng tăng. Nếu
chế độ công nghệ không hợp lý sẽ không khai thác hết khả năng của thiết bị, gây lãng
phí lớn và hiệu quả thu được sẽ khơng đủ bù cho chi phí sản xuất đặc biệt là khấu hao
thiết bị. Vì vậy, một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để giảm chi phí gia

6


công là phải nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công ứng với các
điều kiện gia công cụ thể để cung cấp dữ liệu cho việc chuẩn bị cơng nghệ.
Vấn đề mơ hình hố và tối ưu hố q trình cơng nghệ gia cơng cùng với những
phương pháp luận hiện đại, nghiên cứu cắt gọt kim loại đã được các nhà khoa học,
giáo sư C.C. Rudnik, E.I. Pheldstein, G. Spur, W. Koenig, F. Klocke, … tập trung
nghiên cứu và phát triể n rô ̣ng với nhiều cơng trình nổi tiếng về tối ưu hố các q
trình gia cơng cắt gọt [1, 40].
Chế độ cắt gọt - tổ hợp của 3 thông số cơ bản vận tốc cắt, lượng chạy

dao và chiều sâu cắt là một trong những vấn đề có tầm quan trọng, đặc biệt là
trong nghiên cứu sử dụng thiết bị công nghệ. Chế độ cắt hợp lý đã góp phần
quyết định đến chất lượng và năng suất gia cơng. Tối ưu hố q trình cắt gọt
được nghiên cứu và phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp tiên tiến như
Đức, Mỹ, Nhật, Nga, Pháp, Thuỵ Sĩ, Pháp,..Ở những nước này song song với
việc nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt người ta tiến hành xây dựng ngân hàng
dữ liệu về chế độ gia công cơ để tạo lập cơ sở cho việc tự động hố chuẩn bị
cơng nghệ. Điển hình về lĩnh vực này có các cơng trình nghiên cứu của C.C.
Rudnik, F. Lierath, W. Koenig, K. Essen, và trong gia cơng gỗ có A.A.Pizurin,
M.S.Rozenblit ....[ 1, 34, 41, 45].
1.2. Cơng nghệ và thiết bị gia công bào trong sản xuất ở Việt Nam
Theo số liệu thống kê, số lươ ̣ng cơ sở cơ khí có khoảng 53.000 cơ sở và
sớ lươ ̣ng công nhân tham gia trực tiế p khoảng 500.000 lao đô ̣ng chiế m
khoảng 12% lao đô ̣ng cơng nghiêp̣ của cả nước, góp phần đáng kể trong cơng
cuộc cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Với vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, ngành cơng nghiệp
cơ khí ở nước ta đã được Đảng và Nhà nước ln quan tâm, ưu tiên phát triển,
đã có nhiều nhà máy cơ khí lớn được xây dựng, có nhiều trung tâm đào tạo,
nghiên cứu ra đời.

7


Máy bào là một trong những thiết bị chủ đạo của ngành chế tạo máy do
vậy đã được tập trung thiết kế chế tạo ở trong nước từ những thập niên 60 của
thế kỷ 20. Trải qua thời kỳ dài phát triển chúng ta đã có khá nhiều loại máy
bào và được sử dụng nhiều trong các doanh nghiệp, xưởng cơ khí vừa và nhỏ.
Thời gian gần đây trước yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm cơ khí chúng ta
đã phải nhập khẩu nhiều các máy hiện đại với mức độ tự động hố cao. Các
máy bào thơng dụng được nhập từ Đài Loan, Hàn Quốc, các máy CNC và

công nghệ CAD-CAM-CNC được nhập chủ yếu từ Đức, Nhật.
Trong lĩnh vực đào tạo và nghiên cứu về máy công cụ chúng ta đã có
nhiều thành tựu về nghiên cứu cơ bản và ứng dụng.
Những nghiên cứu về sự tác động tương hỗ giữa công cụ (máy gia công)
và đối tượng gia cơng gồm một số cơng trình nghiên cứu của các tác giả như:
Bành Tiến Long, Trần Thế Lực, Trần Sỹ Tuý về “Nguyên lý gia công vật
liệu”, [15]. Các tác giả đã đưa ra những cơ sở lý luận khoa học về gia công
kim loại bằng cắt go ̣t, gia công các vật liệu khác và các phương pháp gia công
mới.
Về các thiết bị gia công kim loại nói chung, các máy cắt, bào kim loa ̣i
nói riêng đã được các nhà khoa học Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Đức Lộc,
Phạm Đắp giới thiệu trong tài liệu “ Máy cắt kim loại”[20]. Nhiều tài liệu
chuyên khảo và giáo trình về công nghệ và thiết bị bào kim loại được biên
soạn như: Kỹ thuật bào của Trần Phương Hiệp (NXB Lao Động - 2002);
Giáo trình bào của các tác giả Đỗ Kim Đồng, Phạm Minh Đạo (NXB Lao
Động - 2010).
Những nghiên cứu chỉ ra phương pháp tính toán và tra cứu chế đô ̣ cắ t
hơ ̣p lý hỗ trơ ̣ cho viêc̣ ho ̣c tâ ̣p, sử du ̣ng và điề u khiể n thiế t bi ̣ cắ t kim loa ̣i đã
đươ ̣c các tác giả Nguyễn Ngo ̣c Đào, Trầ n Thế San, Hồ Viế t Bình giới thiêụ
trong tài liêụ “Chế đô ̣ cắ t gia cơng cơ khí” và Nguyễn Văn Huyền trong “Cẩm
nang kỹ thuật cơ khí” [3, 10]..

8


Động học và động lực học quá trình bào, lạng vật liệu gỗ đã được tác giả
Hoàng Nguyên giới thiệu trong giáo trình “Nguyên lý cắt gọt gỗ” [17].
Nguyên lý cấu tạo, tính năng cơng nghệ và phân loại các máy bào, lạng
vật liệu gỗ đã được tác giả Hoàng Việt đề cập nhiều trong giáo trình “ Máy và
thiết bị chế biến gỗ” năm 2003 [22].

Trong tài liệu “Tối ưu hố các q trình gia cơng cắt gọt” PGS.TS.
Nguyễn Trọng Bình [1] đã đưa ra nhiều cơng trình nghiên cứu của GS.
Friedhelm Lierath Viện trưởng Viện công nghệ và đảm bảo chất lượng,
trường Đại học tổng hợp kỹ thuật Magdeburg Cộng hoà liên bang Đức - giáo
sư danh dự của nhiều trường đại học trên thế giới, về các phương pháp tối ưu
hố q trình gia cơng cắt gọt. Trong đó khẳng định vai trị của nghiên cứu
mơ tả toán học sự ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia
công, giá thành sản phẩm có vai trị quyết định để tạo lập các mơ hình tốn
học của bài tốn tối ưu hố.
Vấn đề miêu tả tốn học các q trình gia cơng gỗ bằng cơ giới cũng đã
được T.S. Hoàng Việt đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu, các bài giảng
dành cho học viên cao học [23, 24, 25].
Liên quan tới mô tả tốn học ảnh hưởng của các thơng số chế độ gia
công khi cắt vật liệu thép xây dựng đã được đề cập trong đề tài luận văn
"Nghiên cứu máy GMC 2400w sử dụng cắt vật liệu thép xây dựng" của thạc
sĩ Nguyễn Văn Kiều [28]. Kết quả nghiên cứu cho thấy dạng lưỡi cắt, vận tốc
cắt, vận tốc đẩy ảnh hưởng lớn đến hai chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng và
năng suất cắt vật liệu thép xây dựng.
Nhận xét
Liñ h vực cơ khí chế ta ̣o nói chung và gia công bào nói riêng có những
bước phát triển đáng kể . Tuy nhiên, từ khi bước sang cơ chế thị trường, ngành
cơ khí Việt Nam đã bộc lộ rất nhiều yếu kém, trong đó vấn đề nổi cộm nhất là

9


khả năng cạnh tranh của ngành rất hạn chế ngay cả ở thị trường trong nước.
Thị trường tiêu thụ sản phẩm bị thu hẹp, không đủ sức cạnh tranh với hàng
hoá ngoại nhập, hoạt động sản xuất kinh doanh gặp rất nhiều khó khăn...
nhiều doanh nghiệp đứng trước nguy cơ bị phá sản. Có nhiều ngun nhân

làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có
ngun nhân chính là chưa có nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị.
Thiết bị công nghệ và các q trình gia cơng cơ giới vật liệu kỹ thuật
trong đó có các loa ̣i máy bào đã được nghiên cứu tương đối hồn chỉnh. Đó là
những cơ sở và luận chứng khoa học nền tảng cho các nghiên cứu phát triển
và ứng dụng. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ
thuật nói chung, kỹ thuật máy và thiết bị gia cơng cơ khí nói riêng, việc
nghiên cứu sử dụng các thiết bị công nghệ một cách có hiệu quả và thu được
những sản phẩm theo yêu cầu là một trong những nhiệm vụ cấp thiết và quan
trọng hàng đầu trong mọi quá trình sản xuất.
Vấn đề nghiên cứu tối ưu hố các q trình gia công cắt gọt vật liệu ở
nước ta cho tới nay chưa được đặt ra. Phần lớn trong quá trình chuẩn bị sản
xuất các nhà công nghệ vẫn phải dựa vào các sổ tay để tra cứu. Số liệu trong
các sổ tay là các số liệu kinh nghiệm thu được trong các điều kiện sản xuất và
công nghệ cụ thể, vì thế chúng khơng phải là các thơng số cơng nghệ tối ưu.
Máy bào B365 tại xưởng thực hành Trường Cao đẳng Cơ điện và Nông
nghiê ̣p Nam Bô ̣ đươ ̣c chế tạo trong nước. Máy bào ngang B365 với cấu tạo
không phức tạp, dễ sử dụng nên cũng rất phổ biến trên các xưởng gia công
của các nhà máy chế ta ̣o, xưởng thực tâ ̣p cho ho ̣c sinh, sinh viên trong các
trường đào tạo kỹ thuật cơ khí. Tuy nhiên qua khảo sát chung và thực tế sử
dụng chúng tôi thấy trong điều kiện sản xuất cụ thể vấn đề cấp thiết đặt ra là
phải nghiên cứu sử dụng hiệu quả nhất các tính năng kỹ thuật của máy, xác
lập chế độ gia công hợp lý, đảm bảo yêu cầu chất lượng sản phẩm, tối giảm
chi phí điện năng, nguyên vật liệu, tạo cơ sở tối ưu hoá khâu sản xuất.

10


Vì vậy, cần phải có những cơng trình nghiên cứu cụ thể về sự ảnh hưởng
của các yếu tố đến chấ t lươ ̣ng sản phẩm gia công, năng suất …. khi gia công

chi tiế t máy để tạo lập cơ sở tính tốn thiết kế, cải tiến thiết bị, lựa chọn chế
độ gia cơng tối ưu, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế thích ứng với các điều
kiện sản xuất cụ thể.
Từ những phân tích trên một lần nữa cho thấy vấn đề mà luận văn cần
giải quyết là thời sự và cấp thiết.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu
Ý nghĩa lý luận:
- Bổ sung dữ liệu khả năng công nghệ của máy bào B365, là cơ sở để
sử dụng loại này trong các q trình sản xuất gia cơng chi tiế t trong các xưởng
gia công cơ khí.
- Xác định được định lượng ảnh hưởng một số yếu tố chế độ cắt đến độ
nhám bề mă ̣t và độ chính xác gia công khi sản xuất các chi tiết máy là cơ sở
cho thiết lập mơ hình tốn học bài tốn tối ưu hố q trình cắt gọt đồng thời
là cơ sở để tính tốn thiết kế, cải tiến hồn thiện các máy bào .
Ý nghĩa thực tế:
- Khẳng định các thông số chế độ cắ t hợp lý trên máy bào B365 phục
vụ tra cứu áp dụng khi lựa chọn và sử dụng máy.
- Định hướng cho các cơ sở sản xuất tổ chức và chỉ đạo kỹ thuật khâu
gia cơng đảm bảo nâng cao chất lượng sản phẩm, góp phần nâng cao hiệu
quả sản xuất.

11


Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung:
Xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng

gia công trên máy bào ngang mã hiệu B365. Từ cơ sở đó xác lập chế độ cắt
tối ưu góp phần xây dựng ngân hàng dữ liệu đảm bảo sử dụng kỹ thuật hiêụ
quả nhất cho các máy bào.
Mục tiêu cụ thể:
- Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt (vận tốc cắt,
lượng chạy dao, chiều sâu cắt) đến độ nhám bề mặt và độ chính xác kích
thước gia cơng tạo chi tiết máy dạng thanh trên máy bào B365.
- Xác định chế độ cắt hợp lý khi bào tạo chi tiết máy trên máy đảm bảo
yêu cầu chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước gia cơng cao.
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Trong đề tài luận văn giới hạn ở các đối tượng và phạm vi nghiên cứu
cụ thể sau:
Thiết bị gia công: Thiết bị nghiên cứu được sử dụng là máy bào mã
hiệu B365. Đây là loại máy sản xuất tại Việt Nam và hiện đang được sử dụng
phổ biến trong các xưởng gia công cơ khí của các Công ty, Trường đào tạo
nghề ở Việt Nam.
Vật liệu, chi tiết gia công và dao cắt: Đề tài không nghiên cứu tất cả
các loại vật liệu kim loại, cũng không nghiên cứu ở nhiều loại dao cắt của các
hãng khác nhau mà chỉ tập trung nghiên cứu loại vật liệu phổ biến trong
ngành cơ khí là thép C45, sản phẩm là chi tiết được bào tạo mặt phẳng phục
vụ làm các dẫn hướng hay đưa đến các công đoạn gia công tiếp theo như chế

12