BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

NGUYỄN THỊ THUỶ

NGHIÊN CỨU SỰ
ẢNH HƯỞNG CỦA
MỘT SỐ YẾU TỐ
CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN
CHI PHÍ NĂNG
LƯỢNG RIÊNG VÀ
CHẤT LƯỢNG GIA
CÔNG TRÊN MÁY
TIỆN CNC - CTX 310

LUẬN
VĂN


THẠC SỸ KỸ
THUẬT

Hà Nội - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

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

N
G
U
Y
Ễ
N
T
H
Ị
T
H
U
Ỷ

NGHIÊN CỨU SỰ
ẢNH HƯỞNG
CỦA MỘT SỐ
YẾU TỐ
CHẾ ĐỘ CẮT
ĐẾN CHI PHÍ
NĂNG LƯỢNG
RIÊNG VÀ
CHẤT LƯỢNG GIA

CƠNG TRÊN MÁY
TIỆN CNC - CTX 310


Chun ngành: 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. LÊ VĂN THÁI

Hà Nội
- 2012


i
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn này tôi luôn nhận được sự quan tâm
giúp đỡ và tạo điều kiện của các tổ chức, cá nhân; nhân dịp này tôi xin gửi lời
cám ơn chân thành tới:
-

TS Lê Văn Thái - Chủ nhiệm bộ môn Kỹ thuật cơ khí - Trường đại

học lâm nghiệp là người hướng dẫn trực tiếp, đã dành nhiều thời gian, chỉ bảo
tận tình và cung cấp các tài liệu khoa học.

-

Tập thể cán bộ, các thầy cô giáo khoa sau đại học, khoa cơ điện và

cơng trình trường Đại học lâm nghiệp đã góp ý và tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho tơi thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cám ơn tới Ban lãnh đạo nhà trường, cán bộ khoa cơ khí,
các bạn đồng nghiệp trường Cao đẳng nghề LILAMA 1 đã tạo điều kiện giúp
đỡ tơi trong q trình thực hiện đề tài này.
Tơi xin cam đoan, đây là cơng trình nghiên cứu của riêng 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 nghiên cứu nào khác. Tất cả các tài liệu tham khảo đều
có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng.
Hà Nội, ngày 2 tháng 7 năm
2012
Tác giả

Nguyễn Thị Thủy


ii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn.............................................................................................................................................. i
Mục lục.................................................................................................................................................... ii
Danh mục các bảng........................................................................................................................... v
Danh mục các hình........................................................................................................................... vi
ĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................................................................... 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.......................................... 3

1.1.Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở trong nước................................3
1.2.Tình hình nghiên cứu gia cơng cắt gọt bằng phương pháp tiện và máy
tiện trên thế giới.................................................................................................................................. 6
1.3.Kết luận chương.................................................................................................................. 12
Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU................................................................................................................................ 14
2.1. Mucc̣ tiêu nghiên cứu........................................................................................................ 14
2.2. Đối tương,c̣ phaṃ vi nghiên cứu................................................................................. 14
2.3. Nội dung nghiên cứu....................................................................................................... 15
2.4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................. 15
2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 15
2.4.2. Nội dung và phương pháp luận nghiên cứu thực nhiệm....................17
2.4.3. Phương pháp giải bài toán tối ưu đa mục tiêu........................................ 31
Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.......................... 34
3.1. Khả năng công nghệ và các thông số kỹ thuật của máy tiện CTX 310 34

3.2. Động học và động lực học quá trình cắt............................................................... 35
3.2.1. Động học của quá trình cắt............................................................................... 35
3.2.2. Động lực học của quá trình cắt....................................................................... 40


iii
3.3. Chất lượng gia công........................................................................................................ 42
3.3.1. Chất lượng bề mặt gia công.............................................................................. 42
3.3.2. Độ nhám bề mặt gia công................................................................................... 44
3.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công.................................... 45
3.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia cơng và chi phí
năng lượng riêng.................................................................................................................. 47
3.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng khi gia
công trên máy tiện................................................................................................................ 51

3.3.6. Xác định năng suất gia cơng khi tiện........................................................... 54
3.3.7. Chi phí năng lượng riêng:.................................................................................. 55
Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.................................... 58
4.1. Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển........................................... 58
4.1.1. Mục tiêu thực nghiệm........................................................................................... 58
4.1.2. Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng.....................58
4.1.3. Lập trình gia công trên máy tiện CNC CTX 310.................................... 59
4.2.Thiết bị đo và phương pháp điều khiển các yếu tố ảnh hưởng..................63
4.3. Kết quả thí nghiệm thăm dị........................................................................................ 63
4.3.1. Trường hợp hàm mục tiêu là chi phí năng lượng riêng....................63
4.3.2. Trường hợp hàm mục tiêu là độ nhám Ra................................................. 65
4.4. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố............................................................................... 67
4.4.1. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng
và độ nhám bề mặt............................................................................................................... 67
4.4.2. Ảnh hưởng của vận tốc đến chi phí năng lượng riêng và độ
nhám bề mặt............................................................................................................................ 71
4.4.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới chi phí năng lượng riêng Q và
độ nhám bề mặt Ra............................................................................................................... 76
4.5. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố.................................................................................. 82


iv
4.5.1. Vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các yếu tố ảnh
hưởng.......................................................................................................................................... 82
4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm......................................................................... 83
4.5.3. Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Harley với số lần lặp lại
của mỗi thí nghiệm m = 3............................................................................................... 84
4.5.4. Xác định mơ hình tốn của hàm chi phí năng lượng riêng Q. 84
4.5.5. Xác định mơ hình tốn của hàm độ nhám bề mặt Ra...........................85
4.5.6. Chuyển phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu về dạng

thực.............................................................................................................................................. 87
Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu :............................................................................... 87
4.5.7. Gia công chi tiết với các thông số tối ưu V, S,t...................................... 89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................................ 90
1. Kết luận...................................................................................................................................... 90
2. Kiến nghị................................................................................................................................... 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


v
DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng
4.1

Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm

4.2

Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm

4.3
4.4

Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm

4.5


Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởn
đến chi phí năng lượng riêng Q và độ n

4.6

Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm
Q khi lượng chạy dao thay đổi

4.7

Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm
lượng chạy dao thay đổi

4.8

Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởn
năng lượng riêng Q và độ nhám bề mặ

4.9

Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm
khi vận tốc cắt thay đổi

4.10

Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm
tốc thay đổi

4.11


Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởn
chi phí năng lượng riêng Q và độ nhám

4.12

Tổng hợp các giá trị tính tốn của hàm
Q khi chiều sâu cắt thay đổi

4.13

Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm
chiều sâu cắt thay đổi

4.14

Mã hoá của các thơng số đầu vào

4.15

Ma trận thí nghiệm Hartley

4.16

Tổng hợp các giá trị xử lý được của ch

4.17

Tổng hợp các giá trị xử lý được của hà

Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm



vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình
1.1

Chuyển động cắt gọt

1.2

Máy tiện CNC CJK1640

3.1

Máy tiện CTX 310 eco

3.2

Chuyển động chính và chuyển động ch

3.3

Dịch chuyển của các dao cắt

3.4

Dao tiện mặt ngoài


3.5

Các yếu tố của chế độ cắt và lượng chạ

3.6

Hệ thống lực cắt khi tiện

3.7

Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng
lực khi tiện thép 45

3.8

Các dạng bề mặt gia công

3.9

Độ nhám bề mặt gia cơng

3.10

Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên dao c

4.1

Bản vẽ chi tiết


4.2

Khởi tạo phôi

4.3

Khỏa mặt đầu - Các tham số

4.4

Cont.turn – Gia công

4.5

Gia công thô theo Cont.turn

4.6

Gia cơng tinh theo Cont.turn

4.7

Chương trình gia cơng

4.8

Mơ phỏng gia công

4.9


Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao đế

4.10

Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao

4.11

Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến c

4.12

Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến đ

4.13

Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới

4.14

Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đế


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Thiết bị cơng nghệ và các q trình gia cơng cơ khí các loại vật liệu kỹ
thuật trong đó có các loại máy tiêṇ 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 cơ giới hố nơng lâm nghiệp

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.
Ngày nay máy tiện CNC đã có mặt ở hầu hết các nghành cơng nghiệp.
Đây có thể nói là một lĩnh vực mới có sự kết hợp chặt chẽ giữa máy tính và
máy cơng cụ, điều khiển hoạt động gia công trên máy dựa vào việc khai thác
các thành tựu kỹ thuật số hiện đại, mở ra nhiều triển vọng sản xuất. Tuy mục
đích và phạm vi ứng dụng của từng loại máy cơng cụ CNC có thể khác, các
lợi ích mà các máy này mang lại khá giống nhau.
Lợi ích đầu tiên là nâng cao mức độ tự động hóa. Sự tham gia của người
trong q trình chế tạo được giảm bớt hay loại trừ. Nhiều máy CNC có thể
hoạt động suốt cả chu trình gia cơng khơng cần đến sự có mặt của người thợ,
như vậy giúp làm giảm sự mệt mỏi, lỗi sai sót gây ra do người. Thời gian gia
công cho mỗi sản phẩm hầu như xác định. Máy hoạt động tự động theo
chương trình nên không cần đến bậc thợ cao mỗi khi gia công các chi tiết máy
phức tạp như trên máy truyền thống.
Lợi ích thứ 2 của cơng nghệ CNC là cung cấp sản phẩm bảo đảm, tin cậy.
Một khi chương trình đã qua kiểm tra được đưa vào sản xuất, hàng loạt các chi
tiết cùng loại có thể được tạo ra một cách chính xác và ổn định. Một lợi ích khác
mà máy CNC mang lại là tính linh hoạt. Gia công các chi tiết khác nhau trên
máy chỉ cần thay đổi chương trình. Cũng có thể lưu, sửa đổi và


2
dùng chương trình cho các lần khác khi cần đến, làm thay đổi mặt hàng.
Ngồi ra, khơng phải mất nhiều thời gian chuẩn bị khi gia công trên máy
CNC, do vậy rất phù hợp với kỹ thuật sản xuất hiện đại.
Xuất phát từ vấn đề nghiên cứu tối ưu hoá các q trình gia cơng cắt gọt
vật liệu ở nước ta cho tới nay chưa được quan tâm nhiều. Phần lớn trong q
trình chuẩn bị sản xuất các nhà cơng 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 cơng nghệ cụ thể, vì thế chúng khơng phải là các thông
số công nghệ tối ưu.
Xuất phát từ những lợi ích trên việc nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sự
ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy
tiện CNC-CTX 310” là cần thiết, có ý nghĩa thực tiễn và xã hội.


3
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở trong nước
Trong nền kinh tế quốc dân, nghành Cơ khí đóng một vai trò hết sức
quan trọng. Ngay từ khi ra đời, nghành cơng nghiệp cơ khí nước ta đã được
Đảng và Nhà nước xác định là nghành có vai trị then chốt và ln được ưu
tiên phát triển, đã có nhiều cơng trình, trung tâm nghiên cứu, chế tạo ra đời.
đã có nhiều nhà máy cơ khí lớn được xây dựng.
Nếu như vào những năm đầu của thập kỷ 90 thế kỷ trước, ngành Cơ khí mới
chỉ đáp ứng được khoảng 8-10% nhu cầu trong nước, thì đến những năm gần
đây, con số này đã đạt 40%, tốc độ tăng trưởng bình quân đạt 40%/năm. Đây là
một tín hiệu rất đáng mừng đối với một ngành được coi là ngành công nghiệp
nền tảng, có vai trị quan trọng trong việc phát triển kinh tế - xã hội đất nước.

Theo báo cáo của Hiệp hội Doanh nghiệp Cơ khí Việt Nam, hiện nay, cả
nước có khoảng 53.000 cơ sở sản xuất cơ khí, thu hút trên 500.000 lao động,
chiếm gần 12% lao động cơng nghiệp. Các doanh nghiệp cơ khí chủ yếu tập
trung tại các thành phố Hà Nội, Hồ Chí Minh, Hải Phòng. Vùng đồng bằng
Bắc Bộ và Nam Bộ chiếm gần 90% giá trị sản xuất cơng nghiệp ngành Cơ khí
cả nước, tỷ trọng giá trị sản xuất công nghiệp cơ khí so với tồn ngành Cơng
nghiệp đã tăng từ 8% lên 12%. Trong những năm qua, ngành Cơ khí đã có

những đóng góp quan trọng cho nền kinh tế. Hàng năm, Ngành đã sản xuất
trên 500 danh mục sản phẩm với tổng khối lượng hàng trăm ngàn tấn, đáp ứng
nhu cầu cho các ngành kinh tế quốc dân. Đặc biệt, Ngành cịn chế tạo thành
cơng dây chuyền thiết bị tồn bộ phục vụ công nghiệp chế biến lương thực,
thực phẩm như xay xát gạo, mì ăn liền, chế biến chè, chế biến mía đường quy
mơ vừa và nhỏ, thiết bị xi măng, thiết bị sản xuất VLXD, máy kéo nhỏ, động
cơ diezen và xăng, thiết bị điện, một số sản phẩm tiêu dùng như


4
quạt điện, xe đạp, dụng cụ cơ kim khí… Điều đáng nói ở đây là chất lượng
thiết bị tồn bộ do Ngành chế tạo đã sánh ngang chất lượng các nước trong
khu vực. Tổng công ty Lilama đã trở thành nhà tổng thầu EPC đầu tiên của
Việt Nam khi trúng thầu các gói thầu số 2 và 3 của Nhà máy Lọc dầu Dung
Quất, tiếp đến là chế tạo và lắp đặt phần lớn các thiết bị chính của Nhà máy
Nhiệt điện Na Dương, Nhiệt điện Phú Mỹ 3, 4. Sau những thành cơng của các
hợp đồng đầu tiên đó, uy tín của Lilama khơng ngừng tăng lên. Hiện nay,
Lilama đang đảm đương vai trò tổng thầu chế tạo và cung cấp thiết bị cho hầu
hết các dự án đầu tư lớn cho các nhà máy như: Nhiệt điện Uông Bí mở rộng
với cơng suất 300 MW, tổng vốn đầu tư 300 triệu USD; Xi măng Sông Thao
2.500 tấn clanke/ngày, Xi măng Đô Lương 2.500 tấn clanke/ngày, Điện Cà
Mau công suất 750MW và Điện Nhơn Trạch. Hiện nay, Lilama đang tự đầu tư
thực hiện Dự án Nhiệt điện Vũng áng.
Đến nay, khối lượng thiết bị chế tạo đã được nội địa hố chiếm 65-70%
và lần đầu tiên, ngành Cơ khí trong nước đã chế tạo được lò nung cho nhà
máy xi măng 2.500 tấn clanke/ngày, thực hiện nội địa hoá được toàn bộ kết
cấu thép phục vụ xây dựng Trung tâm Hội nghị quốc gia tại Hà Nội.
Bên cạnh những bước tiến vượt bậc của Ngành Đóng tàu, Ngành Cơng nghiệp
ô


tô-xe máy cũng được ghi nhận với những kết quả đạt được trong khoảng 5 năm

trở lại đây. Ngành đã đáp ứng được nhu cầu trong nước với các loại xe bt có tỷ
lệ nội địa hố khoảng 40%, các loại xe tải nhẹ có cơng suất dưới 5 tấn và các loại
xe gắn máy do chính các doanh nghiệp trong nước sản xuất với tỷ lệ nội địa hoá
đạt từ 80-90%. Công ty Xuân Kiên (Vinaxuki), ô tô Trường Hải, Vinamoto là
những doanh nghiệp mạnh dạn đầu tư chiều sâu vào các khâu sản xuất thân vỏ
xe, thùng xe, với các xưởng khuôn mẫu, dập ép, hàn, sơn tĩnh điện hiện đại, từ
đó làm tăng dần tỷ lệ nội địa hố trong sản xuất xe ơ tơ.

Đối với các nhà máy thuỷ điện có cơng suất đến 300MW, trước đây, phải
nhập khẩu hầu hết các thiết bị cơ khí thuỷ cơng thì nay, tồn bộ phần này đều


5
do ngành Cơ khí trong nước đảm nhận. Bộ Cơng Thương đang chỉ đạo các
liên doanh cơ khí trong nước chế tạo và cung cấp thiết bị cơ khí thuỷ công
cho các nhà máy thuỷ điện A Vương, Pleikrông, Bản Vẽ, Quảng Trị, Sesan 3,
Đồng Nai, Hội Quảng, Bản Chát… với tổng trọng lượng thiết bị lên đến hàng
chục ngàn tấn.
Lĩnh vực cơ khí chế tạo nói chung và nghành Tiện nói riêng có những
bước phát triển mạnh về số lượng và chất lượng như đã được giới thiệu trong
tài liệu “Giáo trình tiện” của các nhà khoa học Nguyễn Thị Quỳnh, Phạm
Minh Đạo, Trần Sỹ Tuấn, năm 2009. Máy tiện chiếm khoảng 25% tới 35%
tổng số thiết bị trong phân xưởng gia công cắt gọt.
Máy tiện được sản xuất trong nước từ những năm của thập kỷ 60 trong
thế kỷ 20 với sự trợ giúp của Liên Xô (cũ). Trải qua thời kỳ dài phát triển
chúng ta đã có nhiều loại máy tiện được sản xuất trong nước và nhập khẩu từ
các nước tiên tiến như Đức, Nhật...
Trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và ứng dụng về gia cơng vật liệu kỹ

thuật chúng ta đã có những thành tựu đáng kể như:
-

Những nghiên cứu về sự tác động tương hỗ giữa công cụ (máy gia

công) và đối tượng gia công kim loại của các tác giả: Bành Tiến Long, Trần
Thế Lục, Trần Sỹ T với cơng trình “Ngun lý gia công vật liệu”, Các tác
giả đã đưa ra những cơ sở lý luận khoa học về gia công kim loại bằng cắt gọt,
gia công các vật liệu khác và phương pháp gia công khác
-

Về các thiết bị gia cơng kim loại nói chung, các máy cắt, tiện, phay kim

loại 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”.
-

Những nghiên cứu chỉ ra các phương pháp tính tốn và tra cứu chế độ

cắt hợp lý hỗ trợ cho việc học tập, sử dụng và điều khiển các thiết bị cắt kim
loại đã được các tác giả Nguyễn Ngọc Đào, Trần Thế San, Hồ Viết Bình giới
thiệu trong tài liệu “Chế độ cắt gia cơng cơ khí”.


6

-

Nghiên cứu mơ tả tốn học, sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ chế


độ cắt đến chất lượng gia cơng, giá thành sản phẩm có vai trị quyết định để
tạo lập các mơ hình tốn học của bài toán tối ưu hoá được giới thiệu trong tài
liệu “Tối ưu hố các q trình gia cơng cắt gọt” của PGS-TS Nguyễn Trọng
Bình.
Động học và động lực học quá trình tiện vật liệu gỗ đã được tác giả Hoàng
Nguyên giới thiệu trong giáo trình “Nguyên lý cắt gọt gỗ” năm 1980 [17].

Ngun lý cấu tạo, tính năng cơng nghệ và phân loại các máy tiện gỗ đã
được T.S Hoàng Việt đề cập nhiều trong giáo trình “ Máy và thiết bị chế biến
gỗ” năm 2003 [22].
Vấn đề miêu tả toán 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 mơ tả tốn học ảnh hưởng của các thông số chế độ gia
công khi cắt vật liệu thép xây dựng đã được đề cập trong đề tài luận văn
"Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng gia công trên máy
T18A " của Th.s Nguyễn Văn Chiến. Kết quả nghiên cứu cho thấy chiều sâu
cắt, vận tốc cắt ảnh hưởng lớn đến chi phí năng lượng riêng.
1.2.Tình hình nghiên cứu gia cơng cắt gọt bằng phương pháp tiện và máy
tiện trên thế giới.

Hình 1.1 Chuyển động cắt gọt


7
Tiện là phương pháp gia cơng cắt gọt có phoi được thực hiện bằng sự
phối hợp hai chuyển động chính là chuyển động quay tròn của chi tiết và
chuyển động chạy dao (chuyển động chạy dao dọc và chuyển động chạy dao
ngang)
Nhiều cơng trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết

cắt gọt kim loại phải kể đến các nhà khoa học Liên Xô (cũ) như giáo sư, viện
sĩ V.A. Arsinop, giáo sư G.C. Andrev, V.F. Bobrov..., các nhà khoa học Mỹ
như Boston O.W, Ernst H, Merchant M.E...
Lý thuyết cắt gọt kim loại đi sâu nghiên cứu về quá trình tạo phoi, các
lực phát sinh trong quá trình gia cơng bằng cơ giới, cơng 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 công.
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.
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loại ngày càng được hồn chỉnh với những cơng trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh
trong q trình gia cơng 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 [5, 15, 31, 42, 47].
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


8
đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự
hao mòn của công cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - Dao cắt
-

Đồ gá - Chi tiết gia cơng” cũng như các hiện tượng lý - hố 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 hoá nhận thức về
nguyên lý và qui luật tự rung khi gia cơng, 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.
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.
Năm 1933, giáo sư tiến sĩ M.A.Đesevơi đã tổng hợp và xây dựng hồn
chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ. Năm 1939, ông 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.
Tỷ suất lực cắt và theo đó tính tốn lực cắt, cơng suất cắt, cơng suất đẩy khi tiện
gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A. L. Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm.

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


9
lượng gia công. GS. B.M.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng gia
công gỗ. Theo khả năng của máy, dao cắt và theo yêu cầu của các khâu cơng

nghệ. Ơng đã phân thành 10 cấp độ nhẵn bề mặt gia cơng, độ nhẵn cao nhất
có thể đạt là 16 µm và thấp nhất là 1600 µm.
Nguyên lý cấu tạo, tính năng cơng nghệ của các máy cơng cụ, máy cắt
kim loại nói chung, các máy gia cơng tiêṇ nói riêng đã đươcc̣ các nhà khoa hocc̣
nghiên cứu từ khá sớm. Năm 1712 ơng Nartơp, một thợ cơ khí người Nga đã
chế tạo được máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình. Việc chép hình
theo mẫu được thực hiện tự động. Chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng
-

thanh răng thực hiện. Cho đến năm 1798 (86 năm sau) ông Henry Nandsley

người Anh mới nghiên cứu thay thế chuyển động này bằng chuyển động của
vit me - đai ốc. Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động có ổ tiếp
phơi và trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng. Năm 1880 nhiều hãng
trên thế giới như Pittler Ludnig Low (Đức), RSK (Anh) đã chế tạo được máy
tiện rơvônve dùng phôi thép thanh.
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 q trình gia
cơng. Điển hình là các cơng trình của G.I.Granovski, A.M. Danielian; A.S.
Kondratiev [15,38, 40].
Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại, vật liệu phi kim loaịcác nhà
khoa học Boley B, Weiner J, Iwamura Y., Rybicki E Johns D., Thermal stress
analyses - Pergamon press, First edition, ,… [30, 31, 32, 34] 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 thông qua những biểu thức toán học
miêu tả sự tác động tương hỗ của những yếu tố ảnh hưởng tới chúng.



10
Nhiều cơng trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chun dùng như: 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 và những
kinh nghiệm thực tế trong gia công kim loại trên thế giới lúc đó ít có cơng
trình nghiên cứu tương tự nào ra đời. Nghiên cứu về máy cắt và thiết bị cắt
kim loại, vật liệu phi kim loại các nhà khoa học Spirindonov A.A, Fedorov
V.B, Molchanov G.I... đã chỉ rõ chất lượng gia công bao gồm chất lượng bề
mặt gia công và độ chính xác gia cơng 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 sản phẩm. Chất lượng gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố,
với từng điều kiện sản xuất cụ thể sẽ cá các chỉ tiêu đánh giá định lượng thơng
qua những biểu thức tốn học miêu tả sự tác động tương hỗ của những yếu tố
ảnh hưởng tới chúng. Công nghệ và thiết bị sản xuất các vật liệu phục vụ sản
xuất đã được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Mỹ, Đức, Nhật, Thuỵ
Điển... nghiên cứu sâu rộng với các dây chuyền sản xuất hiện đại.

Hình 1.2.Máy tiện CNC CJK1640


11
Nhiều hãng sản xuất nổi tiếng như: MAC (Đức) sản xuất các loại máy
tiện CNC mã hiệu CJK1640 (hình 1.2) với khả năng gia cơng linh hoạt, đường
kính chi tiết gia cơng có thể tới 410 mm, chiều dài chi tiết 800 mm, dải vận
tốc vô cấp 8- 2000 rpm, máy có thiết kế hiện đại, đặc biệt cho phép gia công
nhiều chủng loại sản phẩm tinh xảo, vận hành an toàn, tiếng ồn nhỏ, năng suất
cao và vận hành dễ dàng, bộ điều khiển FAGOR có giao diện thân thiện, sử
dụng ngôn ngữ ISO cùng với hệ thống Simulation hiện đại, dễ hiểu, độ an

toàn cao, cổng truyền Pro RS-232 thích ứng với Windows 98/2000/XP.
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 không 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 cơng 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 công nghệ.
Vấn đề mơ hình hố và tối ưu hố q trình công nghệ gia công 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 triển mở rơṇg với nhiều cơng trình
nổi tiếng về tối ưu hố các q trình gia cơng cắt gọt [1, 5, 34].
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 đa ̃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


12
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, 5, 45].
1.3.Kết luận chương
Lĩnh vực cơ khí chế tạo nói chung và ngành Tiện nói riêng có những

phát triển đáng kể. Tuy nhiên, từ khi bước sang cơ chế thị trường, ngành cơ
khí nước nhà đã bộc lộ nhiều yếu kém, trong đó vấn đề lớn nhất là khả năng
cạnh tranh của nghành 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 ngoại
nhập, hoạt động kinh doanh gặp rất nhiều khó khăn... Có nhiều nguyên nhân
làm cho chi phí sản xuất tăng cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó
có ngun nhân chính là chưa có nghiên cứu, khai thác, sử dụng hiệu quả thiết
bị. Vì vậy muốn có sản phẩm với chất lượng cao cần có máy móc tự động, đó
là các máy CNC, ngày nay trên thế giới cuộc chiến khốc liệt của các nhà sản
xuất trong việc chinh phục khách hàng bằng việc cung cấp các sản phẩm tốt
nhất, giá thành thấp nhât, Việt Nam không thể tách rời xu hướng phát trển của
thế giới khi hội nhập với cộng đồng quốc tế, muốn vậy ta cần nghiên cứu vấn
đề tối ưu hoá các q trình gia cơng cắt gọt vật liệu tr ên máy CNC. Tối ưu
hóa q trình gia cơng cắt gọt là phương pháp nghiên cứu xác định chế độ cắt
tối ưu thông qua mối quan hệ việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm
mục tiêu kinh tế với các thông số của chế độ gia công ứng với một hệ thống
giới hạn về mặt chất lượng, kỹ thuật và tổ chức của nhà máy.
Vấn đề tối ưu hoá các q trình gia cơng cắt gọt vật liệu nước ta hiện
nay chưa được đặt ra. Phần lớn trong quá trình chuẩn bị sản xuất các nhà cơng
nghệ vẫn phải dựa vào các sổ tay để tra cứu. Số liệu trong các sổ tay là các số


13
liệu kinh nghiệm thu được từ thực tế trong các điều kiện sản xuất và công
nghệ cụ thể, do vậy chúng khơng phải là các tham số tối ưu.
Vì vậy cần phải có những cơng trình nghiên cứu cụ thể về sự ảnh
hưởng của các yếu tố đến chất lượng sản phẩm gia công, năng suất... khi gia
công chi tiết máy để tạo lập cơ sở tính tốn thiết kế, cải tiến thiết bị, lựa chọn
chế độ gia công 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.


14
Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mucc̣ tiêu nghiên cứu
Xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của một số yếu tố chủ yếu
thuộc chế độ cắt đến các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của q trình gia cơng
chi tiết trên máy tiện CNC CTX 310. Kết quả đạt được làm cơ sở cho việc xác
lập chế độ cắt tối ưu góp phần sử dụng máy tiện CNC hiệu quả nhất trong q
trình gia cơng.
2.2. Đối tương,c̣ phaṃ 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 tiêṇ CNC
CTX 310. Đây là loại máy sản xuất tại Đức và hiện đang được sử dụng rộng
rãi trong các xưởng gia công cơ khi ć ủa các Công ty, các Trường đào tạo
chuyên ngành kỹ thuật và đào tạo nghề cơ khí ở nước ta.
Vật liệu, chi tiết gia cơng 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 khiĺ à thép C45, sản phẩm là chi tiết dạng trụ được sử dụng rộng rãi
trong các máy hiện nay. Dao tiện được lựa chọn là dao gắn mảnh hợp kim.
Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu: Các chỉ tiêu đặc trưng cho kinh tế
và kỹ thuật là độ nhám bề mặt và chi phí năng lượng riêng. Các tham số của
chế độ cắt được lựa chọn để nghiên cứu sự ảnh hưởng của chúng tới các chỉ
tiêu chất lượng gia công là vận tốc cắt V, lượng chạy dao S và chiều sâu cắt t.



15
2.3. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu của đề tài tôi tập trung giải quyết những nội dung sau:
-

Nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp những cơ sở khoa học q trình gia

cơng cắt gọt vật liệu, q trình tiện và thiết bị công nghệ. Xác lập cơ sở lý
thuyết, những yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt và chi phí năng lượng
riêng trên máy tiện .
-

Nghiên cứu thực nghiệm: Xác lập mục tiêu, nội dung và tổ chức thí

nghiệm, thu nhận kết quả thí nghiệm, xây dựng mơ hình tốn học của các hàm
mục tiêu trong mối tương quan với các tham số điều khiển. Xác định chế độ
làm việc hợp lý khi gia công tạo chi tiết trên máy tiện CNC CTX 310.
-

Xác định giá trị tối ưu của các thông số thuộc chế độ cắt.

-

Thử nghiệm gia công với chế độ cắt tối ưu.

2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu
-


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, xây dựng cơ sở lý luận của đề tài.
-

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 thực nghiệm: Được sử dụng là qui hoạch hóa thực

nghiệm đơn và đa yếu tố để giải quyết các nội dung nghiên cứu thực nghiệm,
Phương pháp giải bài toán tối ưu đa mục tiêu theo phương pháp
Lagrăng.
-

Quá trình gia cơng cơ khí nói chung, gia cơng cắt gọt kim loại nói riêng
chịu ảnh hưỏng của nhiều yếu tố khác nhau như: Các yếu tố đặc trưng cho đối