Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: 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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:106

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 5
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 một số yếu tố chủ yếu thuộc chế độ cắt đến các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của quá trình gia công chi tiết trên máy tiện CNC CTX 310. 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 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

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 ------------------------ 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 Chuyên ngành: 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. 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 công trình trường Đại học lâm nghiệp đã góp ý và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi 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 tôi trong quá trình thực hiện đề tài này. Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng 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 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 công 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. Mu ̣c tiêu nghiên cứu .............................................................................14 2.2. Đố i tươ ̣ng, pha ̣m 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 công 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 công 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 dò ..................................................................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 mô hình toán của hàm chi phí năng lượng riêng Q. 84 4.5.5. Xác định mô hình toán của hàm độ nhám bề mặt R a ............... 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 Trang 4.1 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm của Q 64 4.2 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm 64 4.3 Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm của Ra 65 4.4 Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm 66 4.5 Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng Q và độ nhám bề mặt Ra 67 4.6 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng riêng Q khi lượng chạy dao thay đổi 68 4.7 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi lượng chạy dao thay đổi 70 4.8 Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của vận tốc đến chi phí năng lượng riêng Q và độ nhám bề mặt Ra 72 4.9 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng riêng khi vận tốc cắt thay đổi 73 4.10 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt khi vận tốc thay đổi 75 4.11 Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng Q và độ nhám bề mặt Ra 77 4.12 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng riêng Q khi chiều sâu cắt thay đổi 78 4.13 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm độ nhám bề mặt Ra khi chiều sâu cắt thay đổi 80 4.14 Mã hoá của các thông số đầu vào 83 4.15 Ma trận thí nghiệm Hartley 83 4.16 Tổng hợp các giá trị xử lý được của chi phí năng lượng riêng 84 4.17 Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm độ nhám bề mặt Ra 86
vi DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Chuyển động cắt gọt 6 1.2 Máy tiện CNC CJK1640 10 3.1 Máy tiện CTX 310 eco 34 3.2 Chuyển động chính và chuyển động chạy dao khi tiện 35 3.3 Dịch chuyển của các dao cắt 36 3.4 Dao tiện mặt ngoài 37 3.5 Các yếu tố của chế độ cắt và lượng chạy dao dọc 39 3.6 Hệ thống lực cắt khi tiện 40 3.7 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến các tỷ lệ lực khi tiện thép 45 41 3.8 Các dạng bề mặt gia công 43 3.9 Độ nhám bề mặt gia công 44 3.10 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên dao cắt khi tiện 52 4.1 Bản vẽ chi tiết 59 4.2 Khởi tạo phôi 59 4.3 Khỏa mặt đầu - Các tham số 60 4.4 Cont.turn – Gia công 60 4.5 Gia công thô theo Cont.turn 61 4.6 Gia công tinh theo Cont.turn 61 4.7 Chương trình gia công 62 4.8 Mô phỏng gia công 62 4.9 Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng 69 4.10 Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt 71 4.11 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riêng 74 4.12 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt 76 4.13 Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt tới chi phí năng lượng riêng 79 4.14 Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt 81
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Thiết bị công nghệ và các quá trình gia công cơ khí các loại vật liệu kỹ thuật trong đó có các loại 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 hoá nông 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 công nghiệp. Đây có thể nói là một lĩnh vực mới có sự kết hợp chặt chẽ giữa máy tính và máy công 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 công 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 quá trình chế tạo được giảm bớt hay loại trừ. Nhiều máy CNC có thể hoạt động suốt cả chu trình gia công không 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 công 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. Ngoài ra, không 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 quá trình gia công cắt gọt vật liệu ở nước ta cho tới nay chưa được quan tâm nhiều. 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. 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 công nghiệp cơ khí nước ta đã được Đảng và Nhà nước xác định là nghành có vai trò then chốt và luôn được ưu tiên phát triển, đã có nhiều công 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 trò 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 công 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 công nghiệp ngành Cơ khí cả nước, tỷ trọng giá trị sản xuất công nghiệp cơ khí so với toàn ngành Công 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 còn chế tạo thành công dây chuyền thiết bị toàn 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 mô 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 toàn 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 công của các hợp đồng đầu tiên đó, uy tín của Lilama không 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 công 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 hoá 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 Công 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 buýt có tỷ lệ nội địa hoá khoảng 40%, các loại xe tải nhẹ có công 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 hoá trong sản xuất xe ô tô. Đối với các nhà máy thuỷ điện có công suất đến 300MW, trước đây, phải nhập khẩu hầu hết các thiết bị cơ khí thuỷ công thì nay, toàn bộ phần này đều
5 do ngành Cơ khí trong nước đảm nhận. Bộ Công 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 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 kim loại của các tác giả: Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý với công trình “Nguyên 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 công 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 toán 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 công cơ khí”.
6 - Nghiên cứu mô tả toán học, sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ 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 hoá được giới thiệu trong tài liệu “Tối ưu hoá các quá trình gia công 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]. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công 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 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 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 công 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 công 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 công 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 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. 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 đ- ược 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
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 công” cũng như các hiện tượng lý - hoá 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 hoá 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. 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. 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. Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công 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 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. 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 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 phôi 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 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]. Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại, vật liệu phi kim loa ̣i các 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 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.
10 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 kinh nghiệm thực tế trong gia công kim loại trên thế giới lúc đó ít có công 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 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 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 thông qua những biểu thức toán 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 công linh hoạt, đường kính chi tiết gia công 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 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 hoá và tối ưu hoá 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 hoá các quá trình gia công 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 đã góp phần quyết định đến chất lượng và năng suất gia công. Tối ưu hoá 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
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 hoá 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]. 1.3.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 nguyên 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 quá trình gia công cắt gọt vật liệu tr ên máy CNC. Tối ưu hóa quá trình gia công 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 quá trình gia công cắt gọt vật liệu nước ta hiện 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