Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và sai số gia công trên máy khoan 2M55

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công trên máy khoan 2M55. 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 hiệu quả nhất cho các máy khoan. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và sai số gia công trên máy khoan 2M55

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------ ĐỖ HỮU VIỆT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ SAI SỐ GIA CÔNG TRÊN MÁY KHOAN 2M55 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 ------------------------ ĐỖ HỮU VIỆT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ SAI SỐ GIA CÔNG TRÊN MÁY KHOAN 2M55 Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp Mã Số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HOÀNG VIỆT Hà Nội - 2012
i LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các cơ quan đã nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn khoa học này. Trước hết xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Việt với những ý kiến đóng góp quan trọng và chỉ dẫn khoa học quý giá trong quá trình thực hiện công 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 tôi hoàn thành nhiệm vụ. Chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Cao đẳng nghề Cơ Giới Ninh Bình, Khoa CNPTNT, Trung tâm thực nghiệm Cơ khí chế tạo nơi tôi công tác, cùng các đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện đề tài luận văn. Tôi trân trọng cảm ơn Trung tâm thực nghiệm khoa Chế biến Lâm sản - Trường Đại học Lâm nghiệp, Công ty cổ phần cơ khí lắp máy LILAMA, Ninh Bình đã tạo điều kiện về thời gian cũng như về cơ sở vật chất cho chúng tôi tiến hành thực nghiệm, hoàn thiện các kết quả luận văn. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu nặng đến Bố, Mẹ cùng gia đình đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng 08 năm 2012 Tác giả Đỗ Hữu Việt
ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn ......................................................................................................... i Mục lục .............................................................................................................. ii Danh mục các ký hiệu sử dụng trong luận văn ................................................ iv Danh mục các bảng .......................................................................................... vi Danh mục cá hình............................................................................................ vii 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 khoan và thiết bị khoan trên thế giới ............................................................................ 3 1.2. Công nghệ và thiết bị gia công khoan trong sản xuất ở Việt Nam ....... 8 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu ........................ 12 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................................................ 13 2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu............................................................................. 13 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 13 2.3. Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................... 14 2.4. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 14 2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu chung ............................................ 14 2.4.2. Nội dung và phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm ............. 15 Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................... 28 3.1. Khả năng công nghệ và các thông số kỹ thuật của máy khoan 2M55 ......... 28 3.2. Động học và động lực học quá trình khoan cắt ................................... 29 3.2.1. Động học của quá trình khoan cắt ................................................ 29 3.2.2. Động lực học của quá trình cắt .................................................... 38 3.3. Độ chính xác gia công .......................................................................... 43 3.3.1. Luận đề chung ............................................................................... 43
iii 3.3.2. Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ và độ chính xác gia công ........................................ 46 3.3.3. Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến biến dạng nhiệt của dao cắt và độ chính xác gia công ............................................................ 47 3.3.4. Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến biến dạng nhiệt của chi tiết và độ chính xác gia công............................................................. 47 3.3.5. Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến rung động trong quá trình cắt và độ chính xác gia công .......................................................... 48 3.4. Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng .. 49 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .................................. 52 4.1. Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển ................................ 52 4.1.1. Mục tiêu thực nghiệm .................................................................... 52 4.1.2. Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng ............... 52 4.2. Thiết bị đo và phương pháp đo ........................................................... 53 4.3. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố .......................................................... 53 4.3.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riêng và sai số gia công ................................................................................................... 53 4.3.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng và sai số gia công .............................................................................................. 57 4.4. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ............................................................ 62 4.4.1. Mã hóa các yếu tố ảnh hưởng và ma trận kế hoạch thí nghiệm ... 62 4.4.2. Xác định mô hình toán của hàm chi phí năng lượng riêng N r ..... 63 4.4.3. Xác định mô hình toán của hàm sai số gia công Δd..................... 65 4.4.4. Chuyển phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu về dạng thực.... 66 4.4.5. Xác định giá trị tối ưu của các thông số V, S. ........................... 67 4.4.6. Gia công chi tiết với các thông số tối ưu V, S. .............................. 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu Tên gọi Đơn vị V Vâ ̣n tố c cắ t m/phút S Lượng chạy dao mm/ht.kép t Chiều sâu cắt mm xmax Trị số thu thập lớn nhất của đố i tươ ̣ng đo xmin Trị số thu thập nhỏ nhất của đố i tươ ̣ng đo x Sai số trung bình mẫu Ex Đô ̣ nhọn phân bố Y Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu h chiều cao chi tiế t gia công mm k Số hành trình kép trên một phút a Chiều dày cắt mm b Chiều rộng cắt mm f Diện tích lớp cắt mm2 L Chiều dài hành trình dao mm m Tỉ số vận tốc làm việc/ chạy không P Lực cắt tổ ng hơ ̣p KG Px Lực chiều trục hay lực chạy dao KG Py Thành phần này gọi là lực hướng kính KG Pz Thành phần này gọi là lực tiếp tuyến, lực KG cắt chính r Bán kính cong của lưỡi dao Ra Sai lệch profin trung bình cộng m Rz Sai lệch profin theo mười điểm m
v δ Góc cắt của lưỡi dao α Mức ý nghĩa Δhm Sai số kích thước chiều cao chi tiế t gia công nct Dung lươ ̣ng mẫu cần thiế t  Y Giá trị trung hình S Sai số tiêu chuẩn Ex S 2max Phương sai lớn nhất trong thí nghiê ̣m S 2u Phương sai của thí nghiê ̣m thứ u S 2y Phương sai do sự thay đổ i thông số đầ u vào Se2 Phương sai ngẫu nhiên do thực nghiê ̣m gây ra K* số hệ số hồi quy có nghĩa
vi DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 4.1 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng 54 riêng Nr khi vận tốc cắt thay đổi 4.2 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm sai số gia công Δd 56 khi vận tốc cắt thay đổi 4.3 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng 58 lượng riêng khi lượng chạy dao thay đổi 4.4 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm sai số gia công 60 khi lượng chạy dao thay đổi 4.5 Giá trị mã hóa của X1, X2, 62 4.6 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành 63
vii DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Máy phay- khoan CNC KDVM 1000L 7 1.2 Máy tiện - khoan CNC PDL-T6/8 7 3.1 Máy khoan 2M55 tại công ty lắp máy LILAMA Ninh Bình 28 3.2 Mũi khoan nòng súng 30 3.3 Mũi khoan lỗ tâm 30 3.4 Mũi khoan dẹt 31 3.5 Các yếu tố kết cấu của mũi khoan xoắn 32 3.6 Các thông số hình học phần cắt của mũi khoan 34 3.7 Xác định góc trước của mũi khoan trên một điểm của lưỡi cắt 34 3.8 Tạo góc sau của mũi khoan ở tiết diện chiều trục 35 3.9 Các yếu tố của chế độ cắt khi khoan 37 3.10 Các thành phần lực cắt khi khoan 38 4.1 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riên 55 4.2 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến sai số gia công 57 4.3 Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến chi phí năng lượng 59 riêng Nr 4.4 Hình 4.4. Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến sai số gia 61 công 4.5 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với chi phí 64 năng lượng riêng Nr 4.6 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với hàm sai 66 số gia công
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong sự nghiệp Công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước lĩnh vực cơ khí chế tạo, lắp đặt, sửa chữa máy và thiết bị cho các loại hình công nghệ sản xuất đóng vai trò 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 các sản phẩm đơn giản như buloong, đai ốc - tất cả những sản phẩm này đều được chế tạo ra nhờ các máy và thiết bị khác nhau. Với xu thế toàn cầu hóa, 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 công trên cơ sở đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm. Tối ưu hóa quá trình sản xuất là một công cụ hữu hiệu để đạt được mục tiêu đó. Tuy nhiên tối ưu hóa toàn bộ quá trình sản xuất nói chung, trong chế tạo cơ khí nói riêng là một bài toán lớn và chỉ có thể giải quyết được sau khi đã thực hiện được nhiệm vụ tối ưu hóa các nguyên công của quá trình gia công. Nghiên cứu tối ưu hóa nguyên công chẳng những nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của từng nguyên công mà còn tạo ra các dữ liệu quan trọng phục vụ việc tự động hóa quá 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 hóa quá trình sản xuất. Khi tố i ưu hóa các chế đô ̣ của các quá trình công nghê ̣, cũng như các chế đô ̣ làm việc 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 quá trình gia công 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 khoan 2M55 là một trong những thiết bị chủ đạo phục vụ đào tạo tại Trường Cao đẳng nghề LILAMA.I và sản xuất tại Công ty lắp máy LiLaMa Ninh Bình thuộc tổng công ty lắp máy Việt Nam, máy với tính năng
2 gia công các chi tiết lỗ thủng, không thủng cho các chi tiết máy,… Tuy nhiên quá trình gia công sản xuất các chi tiết, sản phẩm cơ khí và chuyển giao công nghệ ở các cơ sở còn có nhiều bất cập như chất lượng, năng suất thấp, giá thành cao làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây không ít khó khăn trong khâu tiêu thụ. Có nhiều nguyên 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 công, chưa đề cập đến mô hình toán học bài toán tối ưu hóa quá 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 như 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 hóa khâu sản xuất và tối ưu hóa toàn bộ quá trình thi công. 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 sau đại học trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, 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 chi phí năng lượng riêng và sai số gia công trên máy khoan 2M55”. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho tính toán 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.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt bằng phương pháp khoan và thiết bị khoan trên thế giới Khoan là một phương pháp gia công lỗ dùng lâu đời nhất và cũng phổ biến nhất, tuy mũi khoan xoắn mới chỉ xuất hiện từ đầu thế kỷ 19 đến nay. Khoan 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 công có thể phân ra gia công kim loại và gia công vật liệu phi kim loại. 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 quá trình tạo phoi, các lực phát sinh trong quá trình gia công 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 toán kích thước của các công cụ cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công. Nhiều công 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 công trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên dùng như: khoan, 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 quá trình cắt gọt. Đó là những công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công kim loại mà trên thế giới lúc đó ít có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời.
4 Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i ngày càng được hoàn chỉnh với những công 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 công 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 mòn của công cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - dao cắt - đồ gá - chi tiết gia công” cũng như các hiện tượng lý - hóa xảy ra trong vùng cắt. Điển hình là công trình của nhà bác học Nga Granôpxki về phân nhóm các sơ đồ cắt động học, công trình của Zorev N.N. về các lực cắt trên các bộ phận của dao cắt, các công trình của các nhà khoa học Đức Kronenberg, Friedrich, Hippler… về các qui luật cơ bản của lực cắt, các công trình lý thuyết và thực nghiệm của các nhà khoa học Sokolovski, Kasirin, Tlusty, Tolias, Bhattacharya … đã đi sâu và chính xác hóa nhận thức về nguyên lý và qui luật tự rung khi gia công, hay các công 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.
5 Trong lĩnh vực gia công vật liệu phi kim loại mà điển hình là vật liệu gỗ với đặc tính phức tạp (không đồng nhất và bất đẳng hướng) đã có nhiều công 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 hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ. Năm 1939, ông cho ra đời cuốn sách “Kỹ thuật gia công gỗ”, đó là một công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ, vật liệu từ gỗ [17, 41]. Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy khi phay, khoan 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. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy khoan nói riêng đã đươ ̣c các nhà khoa ho ̣c nghiên cứu từ khá sớm. Các máy khoan 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 còn ở trình độ thấp, các máy gia công có đặc trưng cơ bản là không lớn về công suất và năng suất, độ cứng vững thấp và chất lượng gia công không cao. Nhiều kiểu loại máy khoan được thiết kế, chế tạo như máy khoan đứng, máy máy khoan cần, máy khoan vạn năng, máy khoan chuyên môn hóa và
6 chuyên dùng v.v… Cùng với sự phát triển của công nghệ khoan, mũi khoan ngày càng được cải tiến và hoàn thiện với nhiều kiểu loại khác nhau. 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 công 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. Nhằm không ngừng nâng cao khả năng làm việc của các công cụ cắt, nhiều công trình đã đi sâu nghiên cứu động học, động lực học quá trình gia công. Điển hình là các công trình của G.I.Granovski, A.M. Danielian; A.S. Kondratiev [20, 46, 48]. 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…. Nghiên cứu hoàn thiện công 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 phay - khoan CNC (hình 1.1), các máy tiện - khoan (hình 1.2), các trung tâm gia công và dây chuyền sản xuất hiện đại [6, 28, 46, 47] .
7 Hình 1.1. Máy phay- khoan CNC KDVM 1000L Hình 1.2. Máy tiện - khoan CNC PDL-T6/8 Do tiến bộ của khoa học - công nghệ, các trang thiết bị dùng cho quá trình gia công 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
8 thiết bị. Vì vậy, một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để giảm chi phí gia 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 công nghệ. Vấn đề mô hình hóa và tối ưu hóa quá 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 triể n rô ̣ng với nhiều công trình nổi tiếng về tối ưu hóa các quá trình gia công 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 công. Tối ưu hóa quá 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 hóa 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 hóa chuẩn bị công nghệ. Điển hình về lĩnh vực này có các công trình nghiên cứu của C.C. Rudnik, F. Lierath, W. Koenig, K. Essen, và trong gia công gỗ có A.A.Pizurin, M.S.Rozenblit [1, 34, 41, 45]. 1.2. Công nghệ và thiết bị gia công khoan trong sản xuất ở Việt Nam Với vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, ngành công nghiệp cơ khí chế tạo và lắp máy ở nước ta đã được Đảng và Nhà nước luôn 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. Máy khoan là một trong những thiết bị chủ đạo của ngành chế tạo, lắp đặt 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
9 loại máy khoan 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 hóa cao. Theo số liệu thống kê, số lươ ̣ng cơ sở cơ khí có khoảng trên 53.000 cơ sở và số lươ ̣ng công nhân tham gia trực tiế p khoảng chiếm khoảng 12% lao động công nghiệp của cả nước, góp phần đáng kể trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Trong các nhà máy sản xuất với sản lượng lớn, các máy khoan chiếm khoảng 20% tổng số máy cắt. 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 công gồm một số công 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, khoan 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]. Những nghiên cứu chỉ ra phương pháp tính toán và tra cứu chế độ cắ t hơ ̣p lý hỗ trơ ̣ cho việc học tập, sử dụng và điề u khiể n thiết 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 ̣ cắt gia công cơ khí” và Nguyễn Văn Huyền trong “Cẩm nang kỹ thuật cơ khí” [3, 10].. Động học và động lực học quá trình khoan, lạng vật liệu gỗ đã được tác giả Hoàng Nguyên giới thiệu trong giáo trình “Nguyên lý cắt gọt gỗ” [17].
10 Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ và phân loại các máy khoan, 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 hóa các quá trình gia công cắt gọt” PGS.TS. Nguyễn Trọng Bình [1] đã đưa ra nhiều công trình nghiên cứu của GS. Friedhelm Lierath (Đại học tổng hợp kỹ thuật Magdeburg Cộng hoà liên bang Đức) về các phương pháp tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt. Trong đó khẳng định vai trò của nghiên cứu mô tả toán học sự ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công, giá thành sản phẩm có vai trò quyết định để tạo lập các mô hình toán học của bài toán tối ưu hóa. Vấn đề miêu tả toán học các quá trình gia công 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 toán học ảnh hưởng của các thông số chế độ gia công khi cắt vật liệu thép xây dựng đã được đề cập trong các tài liệu [15, 27]. 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 chung Liñ h vực cơ khí chế ta ̣o nói chung và gia công khoan 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, vấn đề nổi cộm nhất là 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 hóa 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 nguyên nhân
11 làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị. Thiết bị công nghệ và các quá trình gia công cơ giới vật liệu kỹ thuật trong đó có các loa ̣i máy khoan đã được nghiên cứu tương đối hoàn 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 không ngừng của khoa học kỹ thuật nói chung, kỹ thuật máy và thiết bị gia công cơ khí nói riêng, việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị công nghệ một cách có hiệu quả 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 hóa các quá 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 không phải là các thông số công nghệ tối ưu. Máy khoan 2M55 tại công ty lắp máy LILAMA Ninh Bình đươ ̣c chế tạo tại LB Nga. Máy khoan 2M55 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, các công trường lắp đặt máy qui mô, các xưởng thực tâ ̣p cho ho ̣c sinh, sinh viên trong các trường đào tạo kỹ thuật cơ giới. 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 hóa khâu sản xuất. Vì vậy, cần phải có những công 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 toán thiết kế, cải tiến thiết bị, lựa chọn chế