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 phay X6332Z

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

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 phay X6332Z. 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 phay. 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 phay X6332Z

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------------ LÊ ĐỨC MẬU 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 PHAY X6332Z 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 ------------------------ LÊ ĐỨC MẬU 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 PHAY X6332Z 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 thầy 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 LILAMA.1, nơi tôi công tác, đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi tiến hành thí nghiệm, khảo nghiệm máy và ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất. Tôi trân trọng cảm ơn CBVC 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, đóng góp những ý kiến bổ ích trong việc gia công khảo nghiệm thực tế, 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. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng 08 năm 2012 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Lê Đức Mậu
ii MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn ......................................................................................................... i Mục lục .............................................................................................................. ii Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................ iv Danh mục các ký hiệu sử dụng trong luận văn ................................................ iv Danh mục các bảng ......................................................................................... vii Danh mục các hình ......................................................................................... viii 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 phay và máy phay trên thế giới ........................................................................................... 3 1.2. Công nghệ và thiết bị gia công phay 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, NỘI DUNG 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 nhiệm ................ 16 Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................29 3.1. Khả năng công nghệ và các thông số kỹ thuật của máy phay X6332Z 29 3.2. Động học và động lực học quá trình phay ............................................ 30 3.2.1. Động học của quá trình phay ......................................................... 30 3.2.2. Động lực học của quá trình cắt...................................................... 35
iii 3.3. Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng ... 40 3.4.1. Chất lượng bề mặt gia công ........................................................... 42 3.4.2. Độ nhám bề mặt gia công .............................................................. 44 3.4.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công ............................ 45 3.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công .................... 47 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........................................................... 54 4.3.1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt ............................................................................................. 54 4.3.2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt ............................................................................................. 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 độ nhám bề mặt Ra .................... 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 CHỮ VIẾT TẮT X6332Z Mã hiệu máy phay CNC Máy gia công cắt gọt điều khiển số MAC Hãng sản xuất máy công cụ của Đức PDM-600 Mã hiệu máy phay CNC của Đức KDVM1000L Mã hiệu máy phay CNC của Nhật OPT Phần mềm xử lí số liệu TCVN 2511-95 Tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu Tên gọi Đơn vị Ra Sai lệch profin trung bình cộng (độ nhám bề mặt) µm Rz Chiều cao nhấp nhô của profin theo mười điểm µm Δsm Sai lệch độ song song của mặt phẳng chi tiết gia công µm V = Vn Vận tốc cắt m/ph Sz Lượng chạy dao răng mm/răng Sv Lượng chạy dao vòng mm/vòng Sph Lượng chạy dao phút mm/ph t = t0 Chiều sâu phay và chiều sâu cắt mm Z Số răng dao phay răng ω Góc nghiêng của lưỡi cắt dao phay trụ răng xoắn độ  Góc giữa hai răng kề nhau radian γ1 ; α Góc trước và góc sau đo trong tiết diện mặt đầu độ γ ; αn Góc trước và góc sau đo trong tiết diện pháp A-A độ D Đường kính của dao phay trụ răng xoắn mm h Chiều cao của răng dao phay trụ răng xoắn mm f Chiều rộng mặt sau của dao phay trụ răng xoắn mm
v A-A Tiết diện pháp của dao phay trụ răng xoắn Tv Khoảng cách giữa hai răng kề nhau đo theo cung mm tròn đường kính D: Ttr Bước chiều trục của dao mm Tn Bước pháp tuyến đo trong tiết diện pháp A-A mm Q Lực tổng tác dụng lên răng xoắn kN P Phản lực cắt của dao kN Pz, Px, Py Hệ thống lực cắt của dao theo hướng tiếp tuyến, kN pháp tuyến và theo chiều trục của dao. Pztb Lực vòng trung bình kN ΔLd Độ giãn dài của dao µm Nc Công suất cắt kW J Độ cứng vững của hệ thống công nghệ kN/m Phk Lực tác dụng theo phương hướng kính của bề mặt kN gia công σb Giới hạn bền của vật liệu gia công kG/mm2 Ld chiều dài công xôn của dao mm F Tiết diện của dao cắt mm2 xmax Trị số thu thập lớn nhất của đại lượng nghiên cứu xmin Trị số thu thập bé nhất của đại lượng nghiên cứu x Sai số trung bình mẫu S Sai tiêu chuẩn S2 Phương sai mẫu S% Hệ số biến động R Phạm vi biến động Sk Độ lệch Ek Độ nhọn phân bố χn 2 Xác định luật phân bố χtt2 Tiêu chuẩn tính toán
vi χ2 b Tiêu chuẩn bảng ∆% Sai số tương đối Y Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu. S 2max Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm S 2u Phương sai của thí nghiệm thứ u với số lần lặp lại mu mu Số lần lặp lại ở mỗi điểm thí nghiệm Yui Giá trị của thông số ra tại điểm u, lần lặp thứ i Yui Giá trị trung bình của thông số ra tại điểm u S 2y Phương sai do sự thay đổi thông số vào X gây nên Se2 Ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra Y0 Giá trị trung bình chung của thông số ra tính cho toàn bộ thực nghiệm: K* Số hệ số hồi quy có nghĩa ˆ Y Giá trị của đối số Y u K Số các yếu tố ảnh hưởng 1; 2 Các hàm tỷ lệ tối ưu  Hàm tối ưu tổng quát nct Dung lươ ̣ng mẫu cần thiế t τ Chỉ tiêu Student Gtt Giá trị tính toán Gb Giá trị thống kê chuẩn Kohren
vii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng 4.1 riêng khi vận tốc cắt thay đổi 54 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi 4.2 vận tốc cắt thay đổi 56 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng 4.3 riêng khi lượng chạy dao thay đổi 58 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi 4.4 lượng chạy dao thay đổi 60 4.5 Giá trị mã hóa của X1, X2 62 4.6 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành 63
viii DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Máy phay CNC PDM-600 7 1.2 Máy phay CNC KDVM 1000L 7 3.1 Máy phay X6332Z 29 3.2 Các dạng dao phay thông dụng 30 3.3 Thành phần kết cấu của dao phay trụ răng xoắn 31 3.4 Quỹ đạo lưỡi cắt và vận tốc cắt khi phay 34 3.5 Hệ thống lực cắt khi phay 36 3.6 Thành phần lực khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn 38 3.7 Các dạng bề mặt gia công 43 3.8 Độ nhám bề mặt 44 4.1 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riêng 55 4.2 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt 57 4.3 Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến chi phí năng lượng riêng Nr 59 4.4 Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến độ nhám bề mặt Ra 61 4.5 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với chi phí năng lượng riêng Nr 64 4.6 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với hàm độ nhám bề mặt 66
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Chế tạo máy nói chung, lắp đặt máy nói riêng là lĩnh vực quan trọng của nền kinh tế quốc dân. Phạm vi sử dụng sản phẩm của ngành chế tạo máy rất rộng rãi. 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. 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 hoá các chế đô ̣ của các quá trình công nghê ̣, cũng như các chế đô ̣ làm viê ̣c của máy gia công sẽ diễn ra viêc̣ giải nhiề u bài toán. Một trong những vấn đề mấu chốt cần phải giải quyết để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của 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 phay X6332Z là thiết bị chủ đạo phục vụ đào tạo và sản xuất tại Trường Cao đẳng nghề LILAMA.1, máy với tính năng gia công các mặt phẳng, các mặt định hình, các mặt xoắn ren… Tuy nhiên quá trình gia công sản xuất các chi tiết, sản phẩm cơ khí và chuyển giao công nghệ ở các cơ sở
2 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 qúa trình và nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị trong điều kiện gia công vật liệu, sản phẩm cụ thể. Hơn nữa, công nghệ sản xuất không ngừng phát triển và đổi mới. Nhiều vấn đề từ thực tiễn sản xuất trong nước đang đặt ra: Với qui mô sản xuất vừa và nhỏ loại hình thiết bị nào là phù hợp? Hầu hết các thiết bị được nhập từ nước ngoài, thiếu nhiều tài liệu sử dụng, vậy để có được năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm gia công tối ưu cần giải quyết nhiệm vụ cụ thể nào? 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, 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 lưọng riêng và chất lượng bề mặt gia công trên máy phay X6332Z ”. 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 phay và máy phay trên thế giới Phay là phương pháp gia công cắt gọt trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra chuyển động cắt. Chuyển động tiến dao thông thường do máy, cũng có khi do dao hoặc do cả máy và dao cùng thực hiện theo các hướng khác nhau. Theo nguyên liệu và sản phẩm được gia công các hướng nghiên cứu đã phân ra gia công kim loại và gia công vật liệu phi kim loại. Gia công kim loại bằng phương pháp phay được dùng rộng rãi ở các nước công nghiệp phát triển từ nửa sau thế kỷ 19. Từ đó đến nay, trải qua một thời kỳ dài phát triển, quá trình phay - quá trình gia công bằng cơ học - một trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông dụng nhất của ngành chế ta ̣o máy đã thu hút sự chú ý của nhiều học giả. Nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại phải kể đến là 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.,… Lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i đi sâu nghiên cứu về qúa 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
4 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. 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, 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 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 phay 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. TS. B.M.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng gia công gỗ mà phay, bào được quan tâm nhiều nhất. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy gia công phay nói riêng đã được các nhà khoa ho ̣c nghiên cứu từ khá sớm. Nhiều kiểu loại máy phay được thiết kế, chế tạo như máy phay nằm, máy phay đứng, máy phay giường, máy phay vạn năng, máy phay chuyên môn hóa và chuyên dùng v.v… Cùng với sự phát triển của quá trình phay, dao phay ngày càng được cải tiến và hoàn thiện với nhiều kiểu loại khác nhau. Nhiều hãng trên thế giới như PLL (Pittler Ludnig Low - Đức), Tập đoàn LMT (Leitz metalworking technology), RSK (Anh) đã nổi tiếng với những máy và công cụ cắt hiện đại…
6 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 [1, 5]. Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại và các vật liệu phi kim loại khác, các nhà khoa học Spirindonov A.A, Fedorov V.B., Molchanov G.I., Aliabiev V.I., F.M. Manjốt, N. V. Makovski,… [18,19,20,22,44] 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. 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, Nhật, Thụy Điển, Úc… nghiên cứu sâu rộng. Nhiều hãng nổi tiếng như: MAC (Đức) sản xuất các loại máy phay CNC mã hiệu PDM-600 (hình 1.1); Hãng Kaida (Nhật) với các máy mã hiệu KDVM1000L (hình 1.2). Thế hệ các máy này có thể thực hiện phay 3D, 4D và 5D, ngoài ra máy có thể thực hiện các nguyên công như tiện, khoan, doa, tarô, v.v... Độ chính xác lặp lại là 0.01- 0.003 (mm). Điều khiển 3 trục x, y, z hiệu quả và có thể phay theo chiều thẳng đứng, tiện, doa theo các mặt tọa độ như XY, XZ, YZ. Cổng truyền dữ liệu RS232 thích hợp với chương trình CIMCO9.6 pro. Bộ điều khiển Fanuc, Hanuc, Simenuc, Heidelheil, v.v... 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
7 Hình 1.1. Máy phay CNC PDM-600 Hình 1.2. Máy phay CNC KDVM 1000L
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, 5, 30, 36]. 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, Thụy Sĩ,… 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, 36, 45]. 1.2. Công nghệ và thiết bị gia công phay trong sản xuất ở Việt Nam 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, số lươ ̣ng cơ sở cơ khí có khoảng 53.000 cơ sở và số lượng công nhân tham gia trực tiế p khoảng 500.000 lao đô ̣ng chiế m khoảng 12% lao đô ̣ng công nghiêp̣ của cả nước, góp phần đáng kể trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
9 Máy phay là một trong những thiết bị chủ đạo của ngành chế tạo máy do vậy đã được tập trung thiết kế chế tạo ở trong nước từ những thập niên 60 của thế kỷ 20. Trải qua thời kỳ dài phát triển chúng ta đã có khá nhiều loại máy phay 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. Các máy phay thông dụng được nhập từ Đài Loan, Hàn Quốc, các máy CNC và công nghệ CAD-CAM-CNC được nhập chủ yếu từ Đức, Nhật. Trong lĩnh vực đào tạo và nghiên cứu về máy công cụ chúng ta đã có nhiều thành tựu về nghiên cứu cơ bản và ứng dụng. Những nghiên cứu về sự tác động tương hỗ giữa công cụ (máy gia công) và đối tượng gia công gồm một số công trình nghiên cứu của các tác giả như: Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, 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 phi kim loại và các phương pháp gia công mới. Về các thiết bị gia công kim loại nói chung, các máy 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” [20]. Những nghiên cứu chỉ ra phương pháp tiń h toán và tra cứu chế đô ̣ cắ t hợp lý hỗ trợ cho viêc̣ ho ̣c tâ ̣p, sử du ̣ng 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 liệu “Chế đô ̣ cắ t gia công cơ khi” và Nguyễn Văn Huyền trong “Cẩm nang kỹ thuật cơ khí” [10]. Động học và động lực học quá trình phay vật liệu gỗ đã được tác giả Hoàng Nguyên giới thiệu trong giáo trình “Nguyên lý cắt gọt gỗ” năm 1980 [17].
10 Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ và phân loại các máy phay 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 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. 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, 27]. 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 đề tài luận văn "Nghiên cứu máy GMC 2400w sử dụng cắt vật liệu thép xây dựng" của Thạc sĩ Nguyễn Văn Kiều [28]. Kết quả nghiên cứu cho thấy dạng lưỡi cắt, vận tốc cắt, vận tốc đẩy ảnh hưởng lớn đến hai chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt vật liệu thép xây dựng. Nhận xét Liñ h vực cơ khí chế ta ̣o, lắp đặt máy công tác nói chung và gia công phay nói riêng có những bước phát triển đáng kể . Tuy nhiên, từ khi bước sang cơ chế thị trường, ngành cơ khí Việt Nam đã bộc lộ rất nhiều yếu kém, trong đó vấn đề nổi cộm nhất là 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