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 chất lượng bề mặt gia công trên máy tiện LD 134.OE

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

26
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 tiện mã hiệu LD 134.OE. 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 tiện. 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 chất lượng bề mặt gia công trên máy tiện LD 134.OE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------ TRẦN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN LD 134.OE 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 ------------------------ TRẦN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN LD 134.OE 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 Để hoàn thành được bản luận văn này, trong suốt thời gian qua tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thày giáo hướng dẫn khoa học TS. Hoàng Việt đã dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình. 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, Bộ môn gia công kim loại nơi tôi công tác. 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, Trung tâm thực nghiệm Khoa Cơ khí chế tạo- Trường cao đẳng nghề cơ giới Ninh Bình,cùng các đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thiện các kết quả luận văn. 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. 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. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 11 tháng 08 năm 2012 Tác giả Trần Tuấn Anh
ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn .......................................................................................................... i Mục lục ...............................................................................................................ii Danh mục các chữ viết tắt .................................................................................iv Danh mục các bảng ...........................................................................................vi Danh mục các 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 tiện và máy tiện trên thế giới ............................................................................................. 3 1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở trong nước ..................... 9 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấ n đề nghiên cứu ......................... 12 Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................................................... 14 2.1. Mu ̣c tiêu nghiên cứu ............................................................................. 14 2.2. Đố i tươ ̣ng, pha ̣m vi nghiên cứu ............................................................ 14 2.3. Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................... 15 2.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 15 2.4.1. Các phương pháp nghiên cứu chung ............................................. 15 2.4.2. Nội dung và phương pháp luận nghiên cứu thực nhiệm ................ 16 Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 30 3.1. Khả năng công nghệ và các thông số kỹ thuật của máy tiện LD 134.OE ...................................................................................................................... 30 3.2. Động học và động lực học quá trình cắt ............................................... 31 3.2.1. Động học của quá trình cắt ............................................................ 31
iii 3.2.2. Động lực học của quá trình cắt...................................................... 36 3.3. Chất lượng gia công .............................................................................. 39 3.3.1. Chất lượng bề mặt gia công ........................................................... 39 3.3.2. Độ nhám bề mặt gia công .............................................................. 41 3.3.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công ............................ 42 3.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công .................... 43 Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................................... 51 4.1. Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển ................................ 51 4.1.1. Mục tiêu thực nghiệm ..................................................................... 51 4.1.2. Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng................. 51 4.2. Thiết bị đo và phương pháp đo ............................................................. 52 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 độ nhám bề mặt ............................................................................................. 53 4.3.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt ............................................................................................. 56 4.4. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ............................................................. 61 4.4.2. Xác định mô hình toán của hàm chi phí năng lượng riêng N r ...... 62 4.4.3. Xác định mô hình toán của hàm độ nhám bề mặt Ra .................... 64 4.4.4. Chuyển phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu về dạng thực .................................................................................................................. 65 4.4.5. Xác định giá trị tối ưu của các thông số V, S................................ 66 4.5.6. Gia công chi tiết với các thông số tối ưu V, S ................................ 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị V Vâ ̣n tố c cắ t m/phút S Lượng chạy dao mm/v t Chiều sâu cắt mm Vc Vâ ̣n tố c vòng của chi tiế t m/phút D Đường kiń h chi tiế t gia công mm n Số vòng quay của phôi trong một phút (v/ph) 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 N Công suấ t cắ t KW x Sai số trung bình mẫu Y Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu P Lực cắt tổ ng hợp KG Thành phầ n Lực chiều trục hay lực chạy Px KG dao Py Thành phần lực hướng kính KG Pz Thành phần lực tiếp tuyến, lực cắt chính KG r Bán kinh cong của lưỡi dao mm Ra Đô ̣ nhẵn bề mặt m Rz Đô ̣ nhá m bề mă ̣t m Δd Sai số đường kính chi tiế t gia công  Góc trước α Góc sau  Góc sắ c δ Góc cắ t của lưỡi dao
v  Góc nghiêng của lưỡi dao l Chiề u dài phôi mm ΔLd Đô ̣ dãn dài của dao C Hê ̣ số phụ thuộc vào chế đô ̣ cắt Ld Chiều dài công xôn của dao mm F Tiết diện của dao cắt mm2 σb Giới hạn bền của vật liệu gia công kG/mm2 nct Dung lươ ̣ng mẫu cần thiế t ηxy Hình chiế u của góc thoát phoi lên mặt xy Y Giá trị trung hình S Sai số tiêu chuẩ n S 2max Phương sai lớn nhấ t trong thí nghiêp̣ S 2u Phương sai của thí nghiê ̣m thứ u S 2y Phương sai do sự thay đổ i thông số đầ u vào Phương sai ngẫy nhiên do thực nghiê ̣m gây Se2 ra K* Số hệ số hồi quy có nghĩa J Đô ̣ cứng vững của máy kN/m Y1 Hàm biể u thi ̣đô ̣ nhám bề mă ̣t Y2 Hàm biể u thi ̣sai số kích thước
vi DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 4.1 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng 52 riêng khi vận tốc cắt thay đổi 4.2 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi 54 vận tốc cắt thay đổi 4.3 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng 56 riêng khi lượng chạy dao thay đổi 4.4 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi 58 lượng chạy dao thay đổi 4.5 Giá trị mã hóa của X1, X2, 60 4.6 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành 61
vii DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Máy tiện CNC CJK 1640 7 1.2 Máy tiện CNC PDL-T6/8 7 1.3 Trung tâm gia công tiện CNC- HYUNDAI WIA 8 Máy tiê ̣n LD134 ta ̣i trường Cao đẳ ng nghề Cơ Giới Ninh 3.1 30 Bình 3.2 Chuyển động chính và chuyển động chạy dao khi tiện 31 3.3 Dịch chuyển của các dao cắt 32 3.4 Dao tiện mặt ngoài 33 3.5 Các yếu tố của chế độ cắt và lượng chạy dao dọc: 35 3.6 Hệ thống lực cắt khi tiện 36 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến các tỷ 3.7 37 lệ lực khi tiện thép 45 3.8 Các dạng bề mặt gia công 40 3.9 Độ nhám bề mặt 40 Đồ thị biểu diễn tương quan giữa vận tốc cắt với chi phí 4.1 53 năng lượng riêng 4.2 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt 55 Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến chi phí 4.3 57 năng lượng riêng Nr Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến độ nhám bề 4.4 59 mặt Ra Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với chi 4.5 62 phí năng lượng riêng Nr Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với hàm 4.6 64 độ nhám bề mặt
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong 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 rất 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 cơ khí. 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 viê ̣c của máy gia công sẽ diễn ra việc giải nhiề u bài toán. Các bước cơ bản hoàn thành chúng đươ ̣c tổ ng quát la ̣i như sau: Xác đinh ̣ mu ̣c đích và phân tích tổng quát bài toán tối ưu; Luâ ̣n chứng và lựa chọn các chỉ tiêu tố i ưu hoá; Lựa chọn các yếu tố tham số điề u khiển và phân tích ảnh hưởng của chúng tới tiêu chuẩ n tố i ưu; Tiń h toán và phân tích tấ t cả các thông tin, thiế t lâ ̣p và chọn lo ̣c các điề u kiê ̣n giới ha ̣n; Xây dựng mô hình toán ho ̣c của quá triǹ h, kiể m tra sự thích hơ ̣p của nó đố i với viêc̣ bao hàm các yế u tố quan tro ̣ng nhấ t, các yế u tố này ảnh hưởng tới quá trình công nghê ̣; Thiế t lâ ̣p thuâ ̣t toán giải tối ưu của quá trình; Tố i ưu hóa quá trình trên mô hiǹ h; Nghiên cứu quá trình trên mô hiǹ h, đánh giá các kế t qủa, thiế t lâ ̣p và trình bày các kiế n nghi.̣
2 Như vậy, tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt là một yêu cầu tất yếu khách quan. 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, thích ứng với điều kiện sản xuất cụ thể. Máy tiện LD 134.OE - thiết bị phục vụ đào tạo và sản xuất tại Cao đẳng nghề Cơ Giới Ninh Bình, máy với tính năng gia công tạo các mặt trụ ngoài, mặt côn, tiện lỗ, tiện ren, tiện mặt đầu, tiện cắt đứt, tiện các bề mặt định hình trong và ngoài…Tuy nhiên quá trình sản xuất các chi tiêt, sản phẩm cơ khí 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, thiết lập mô hình toán học bài toán tối ưu hóa qúa trình và nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị nhập nội trong điều kiện Việt Nam. Từ những luận điểm khoa học và yêu cầu thực tiễn nêu trên 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 chất lượng bề mặt gia công trên máy tiện LD 134.OE ”. 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, 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 tiện và máy tiện trên thế giới Tiện là phương pháp gia công cắt gọt được thực hiện nhờ chuyển động chính thông thường do phôi quay tròn tạo thành chuyển động cắt V c kết hợp với chuyển động tiến dao là tổng hợp của hai chuyển động tiến dao dọc S d và tiến dao ngang Sng do dao thực hiện. Theo nguyên liệu và sản phẩm được gia công có thể phân ra gia công cơ khí và gia công vật liệu phi kim. Gia công tiện cơ khí là quá trình gia công kim loại bằng cơ học - một trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông dụng nhất của ngành chế ta ̣o máy. Cùng với sự phát triển của gia công kim loại bằng cơ học, lý thuyết cắt gọt kim loại đã ra đời và phát triển không ngừng. 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, Iacốp Bachisep, Paven Dakhaba, Lép Sôbakin, các nhà bác ho ̣c Mỹ như Boston O.W., Ernst H., Merchant M.E.,… 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 đi sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên 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 quá trình cắt gọt. Đó là những công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những
4 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. 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 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 [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 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
5 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 (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, 37]. 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 mà trên thế giới lúc đó chưa có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời [17]. Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy khi tiện gỗ gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A. L. Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm. [17, 41]. 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. 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 công nghệ. Ông đã phân thành 10 cấp độ nhẵn bề mặt gia công, độ nhẵn cao nhất có thể đạt là 16 m và thấp nhất là 1600 m [17,25]. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy gia công tiêṇ nói riêng đã đươ ̣c các nhà khoa ho ̣c nghiên cứu từ khá sớm. Năm 1712 ông Nartôp, một thợ cơ khí người Nga [6,28]. 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
6 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 phôi và trục phân phối mang các cam. 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. Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại, vật liệu phi kim loại các nhà khoa học Spirindonov A.A, Fedorov V.B., Molchanov G.I., Aliabiev V.I., Manjốt F.M. , Makovski N. V. ,… [5,18, 20, 41, 42, 48] 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 [15,38, 40]. Công nghệ và thiết bị sản xuất gia công các loại vật liệu phục vụ sản xuất đã được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Mỹ, Đức, Nhâ ̣t, Thuỵ Điển, Úc…nghiên cứu sâu rộng với các dây chuyền sản xuất hiện đại [6, 28] . Nhiều hãng nổi tiếng như: MAC (Đức) sản xuất các loại máy tiện CNC mã hiệu CJK1640 (hình 1.1) với khả năng gia công linh hoạt, đường kính chi tiết gia công có thể tới 410 mm, chiều dài chi tiết 800mm, dải vận tốc vô cấp 8 – 2000 rpm; Hãng Fanuuc (Mỹ) chế tạo các máy tiện, khoan liên hợp mã hiệu PDL-T6/8 (hình 1.2), máy có thiết kế hiện đại, đặc biệt cho phép gia công nhiều chủng loại sản phẩm tinh xảo, vận
7 hành an toàn, tiếng ồn nhỏ, năng suất cao và vận hành dễ dàng hơn, 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 đáng tin cậy, cổng truyền Pro RS-232 thích ứng với Windows 98/ 2000/ XP; Hãng Hyundai (Hàn quốc) đã thiết kế, chế tạo Hình 1.1. Máy tiện CNC CJK1640 Hình 1.2. Máy tiện CNC PDL-T6/8
8 Hình 1.3. Trung tâm gia công tiện CNC- HYUNDAI Trung tâm gia công tiện CNC- HYUNDAI WIA (hình 1.3), trung tâm với 10 dao, vận tốc trục chính đạt 3000 rpm, đường kính tiện 410mm, chiều dài tiện đạt tới 1070 mm, quá trình gia công với điều khiển chương trình tối ưu. 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 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 mở rô ̣ng với nhiều công trình nổi tiếng về tối ưu hóa các quá trình gia công cắt gọt [1, 5, 34].
9 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, 5, 45]. 1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở trong nước Trong nền kinh tế quốc dân, ngành Cơ khí đóng một vai trò rất quan trọng. Ngay từ khi mới ra đời, ngành công nghiệp cơ khí ở nước ta đã được Đảng và Nhà nước xác định là ngành có vai trò then chốt và luôn được 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. Theo số liệu thống kê hiện nay, số lươ ̣ng cơ sở cơ khí chiếm khoảng 12% lao đô ̣ng công nghiệp của cả nước, góp phần đáng kể trong công cuộc Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Lĩnh vực cơ khí chế ta ̣o nói chung và ngành Tiê ̣n nói riêng có những bước phát triên đáng kể về số lươ ̣ng và chấ t lươ ̣ng như đã đươ ̣c giới thiêụ trong tài liệu “Giáo trin ̣ của các nhà khoa học Nguyễn Thi ̣ Quỳnh, ̀ h Tiên” Phạm Minh Đạo, Trầ n Sỹ Tuấ n, năm 2009. Máy tiện chiếm khoảng 25% đến 35% tổng số thiết bị trong phân xưởng gia công cắt gọt. Máy tiện được chế tạo ở trong trong nước nhờ sự giúp đỡ của Liên Xô (cũ) từ những thập niên 60 của thế kỷ 20. Trải qua thời kỳ dài phát triển chúng ta đã có khá nhiều loại máy tiện được chế tạo trong nước và nhập khẩu
10 từ các nước tiên tiến.Trong lĩnh vực nghiên cứu cơ bản và ứng dụng về gia công 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 là kim loại của các tác giả: Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý với công trình “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, tiện 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” [20]. Những nghiên cứu chỉ ra phương pháp tính toán và tra cứu chế độ cắ t hơ ̣p lý hỗ trơ ̣ cho viêc̣ học tâ ̣p, sử dụng và điều khiể n thiế t bi ̣ cắ t kim loại đã được các tác giả Nguyễn Ngọc Đào, Trầ n Thế San, Hồ Viế t Bình giới thiêụ trong tài liêụ “Chế độ cắ t gia công cơ khi”. 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]. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ và phân loại các máy tiện 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 Viện trưởng Viện công nghệ và đảm bảo chất lượng, trường Đại học tổng hợp kỹ thuật Magdeburg Cộng hòa liên bang Đức - giáo sư danh dự của nhiều trường đại học trên thế giới, 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.
11 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]. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi sửa đá tới Topografie của đá mài tác giả Trần Minh Đức trong tài liệu [1] đã đưa ra kết luận quan trọng: thông số công nghệ của quá trình sửa đá bao gồm chiều sâu sửa đá và tốc độ tiến dao dọc là một trong những yếu tố có ảnh hưởng quyết định tới khả năng cắt và tuổi bề của đá. 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 [15,27,28]. 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 Lĩnh vực cơ khí chế ta ̣o nói chung và ngành Tiê ̣n nói riêng có những bước phát triên 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 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 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 vật liệu kỹ thuật trong đó có các loa ̣i máy tiê ̣n 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 cơ giới hóa nông lâm nghiệp nói riêng,