Cho đến nay đã có nhiều phương pháp xác định chế độ trònngoài như phương pháp tra bảng, phương pháp kinh nghiệm, phương pháp kết hợpgiữa tính toán bằng công thức với tra bảng và phương p
Trang 1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNGTHỨC TÍNH
CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNGTHỨC TÍNH
CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI
PHẠM THANH CƯỜNG
Trang 2TÓM TẮT LUẬN VĂN
1 Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh Nó đãmang lại lợi ích to lớn cho con người Để nâng cao đời sống của nhân dân, để hộinhập vào sự phát triển chung của các nước trong khu vực và thế giới, Đảng và Nhà
nước ta đã đề ra mục tiêu trong những năm tới là thực hiện “Công nghiệp hóa, hiện
đại hóa đất nước”, và đưa nước ta đến năm 2020 cơ bản trở thành nước công
nghiệp Để thực hiện mục tiêu đó, một trong những ngành cần quan tâm phát triển
là cơ khí chế tạo Trong cơ khí chế tạo, mài là một phương pháp gia công quantrọng, phổ biến, có năng suất và độ chính xác cao Trong quá trình công nghệ thìmài là một trong những nguyên công cuối cùng, nhưng có vị trí rất quan trọng bởi lẽnhững sai hỏng gây ra ở nguyên công này thường là không sửa được
Mài tròn ngoài là dạng mài phổ biến trong sản xuất cơ khí hiện nay Việc xácđịnh chế độ cắt cho mài tròn ngoài có ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng vàgiá thành sản phẩm Cho đến nay đã có nhiều phương pháp xác định chế độ trònngoài như phương pháp tra bảng, phương pháp kinh nghiệm, phương pháp kết hợpgiữa tính toán bằng công thức với tra bảng và phương pháp xác định bằng đồ thị.Tuy nhiên, việc xác định chế độ cắt của mài tròn ngoài cho đến nay chủ yếu là trabảng hoặc tra đồ thị - đòi hỏi rất phức tạp và tốn kém thời gian Mặt khác, ngày nayvới sự phát triển nhanh chóng của khoa học, kỹ thuật và sự phát triển của nền kinh
tế thị trường đã tạo ra sự cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà sản xuất, các sản phẩm
kỹ thuật và đặc biệt là sản phẩm cơ khí Vì thế, để góp phần tăng năng suất, chấtlượng và hạ giá thành sản phẩm, tạo ra sự cạnh tranh trên thị trường thì việc xácđịnh chế độ cắt cho mài tròn ngoài cần phải thực hiện được một cách nhanh chóng
chính xác và hiệu quả hơn Vì vậy, việc tác giả lựa chọn thực hiện đề tài “Nghiên
cứu, xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài” là hướng nghiên cứu
thiết thực hiện nay Đề tài này, trình bày việc nghiên cứu lựa chọn, tổ chức cơ sở dữ
liệu nhằm xây dựng lên bộ công thức xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài thôngqua phương pháp hồi quy Các công thức này là cơ sở cho việc lập trình xây dựngnên phần mềm tra chế độ cắt cho mài tròn ngoài
Trang 32 Ý nghĩa của đề tài
- Kết quả nghiên cứu sẽ áp dụng để xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài,
từ đó nâng cao hiệu quả của mài tròn ngoài
3 Phương pháp nghiên cứu và mục đích nghiên cứu
3.1 Hướng nghiên cứu
Dựa trên các kết quả đã nghiên cứu về xác định các thông số của chế độ cắtcủa mài tròn ngoài và việc sử dụng phương pháp hồi quy để tiến hành nghiên cứu,xây dựng các công thức xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài nhằm phục vụ thuậntiện cho tra cứu chế độ cắt và đặc biệt là sử dụng trong các chương trình tính toán tựđộng để xác định chế độ cắt của mài tròn ngoài
3.2 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan kết hợp sử dụng phương pháp hồi quy.
3.3 Mục đích nghiên cứu
Xây dựng bộ công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài để phục vụ thuậntiện cho việc tính toán xác định chế độ cắt, đặc biệt là sử dụng trong các chươngtrình tính toán tự động bằng máy tính để xác định chế độ cắt của mài tròn ngoài
4 Nội dung và phạm vi nghiên cứu
4.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Tác giả chỉ nghiên cứu, xây dựng các công thức xác định chế độ cắt của mài
Trang 4CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU GIA CÔNG MÀI VÀ MÀI TRÒN NGOÀI 1.1 Giới thiệu về gia công mài
1.1.1 Đặc điểm gia công mài
Mài là một trong những phương pháp gia công cắt gọt xuất hiện lâu đời nhấttrong các phương pháp gia công co khí hiện nay [1] Mài có khả năng gia công đượccác loại vật liệu có độ bền, độ cứng cao như: thép đã tôi, hợp kim cứng, thép bềnnhiệt … Quá trình mài là quá trình gia công tốc độ cao bằng cách sử dụng mộtlượng lớn các lưỡi cắt của các hạt mài Quá trình mài cũng là quá trình cào xước tế
vi bề mặt, tạo ra phoi rất nhỏ nên mài có khả năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bềmặt rất cao Mài gia công được hầu hết các dạng bề như: mặt tròn xoay, mặt phẳng,răng, ren, then hoa, các mặt định hình Ngoài ra, mài còn có thể gia công các chi tiếtkhó định vị và kẹp chặt như xéc măng, viên bi[2] Mài không những được dùngtrong gia công tinh, mà còn được dùng ngày càng nhiều ở các nguyên công gia côngphá, gia công thô Vì thế, mài đã và đang được sử dụng rất phổ biến trong ngànhchế tạo máy hiện nay
Quá trình mài được biểu diễn trên hình 1.1
Hình 1.1: Sơ đồ quá trình mài [3]
Qua hình 1.1 nhận thấy rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình mài:
- Phôi: vật liệu, độ cứng, độ bền, tính dẫn nhiệt, hình dáng hình học
- Dung dịch mài: thành phần dung dịch, phương pháp tưới, lưu lượng, áplực
- Máy mài: lực cắt của máy, khả năng định vị vị trí trương đối gữa phôi và
đá mài, độ cứng vững của hệ thống công nghệ
Đá mài: cấu trúc đá, vật liệu hạt mài, độ hạt, độ cứng, chất kết dính
Trang 51.1.2 Quá trình tạo phoi khi mài
- Dụng cụ cắt đã góp phần không nhỏ vào việc nâng cao năng suất và chấtlượng sản phẩm, đáp ứng yêu cầu sản xuất Dụng cụ cắt trên máy phay được cácnhà sản xuất nghiên cứu và chế tạo các loại dụng cụ cắt có kết cấu đa dạng, vật liệulưỡi cắt phong phú đáp ứng nâng cao năng suất, chất lượng, gia công các loại vậtliệu và gia công được các chi tiết có hình dáng biên dạng phức tạp
- Độ nhám bề mặt là một trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá về độchính xác cũng như chất lượng bề mặt gia công Trong quá trình gia công phay, cónhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt như: ảnh hưởng của chế độ cắt, ảnhhưởng vật liệu gia công, dung dịch và chế độ tưới trơn nguội, ảnh hưởng của dụng
cụ cắt theo công thức (1.3), (1.5)
Trang 6CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI 2.1 Tổng quan về tính chế độ cắt của mài tròn ngoài
Chế độ cắt của mài tròn ngoài là tập hợp giá trị các thông số để có thể thựchiện được trọn vẹn một nguyên công mài tròn ngoài Nó bao gồm, thông số đá mài,lượng chạy dao dọc, lượng chạy dao ngang, tốc độ phôi, tốc độ đá, thời gian giacông, công suất cắt
Cho đến nay, đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến việc xác định chế độ cắt chomài tròn ngoài và có nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp tra bảng,phương pháp kinh nghiệm, phương pháp kết hợp giữa tính toán bằng công thức vớitra bảng và phương pháp xác định bằng đồ thị Cụ thể như sau:
Phương pháp tra bảng được sử dụng khá phổ biến Giáo sư, tiến sỹ NguyễnĐắc Lộc và các cộng sự [12] đã sử dụng phương pháp này mà theo đó, hình dạng,kích thước, thành phần hạt mài của đá mài đều được tra theo bảng chỉ dẫn Việc xácđịnh chế độ cắt cho mài tròn ngoài được căn cứ vào vật liệu gia công, phương pháptiến dao và mức độ mài thô hay tinh để từ đó tra chế độ cắt tương ứng Tương tựnhư trong [12], Nguyễn Ngọc Đào và các cộng sự [14] và khoa cơ khí đại học côngnghiệp Hà Nội [15] cũng sử dụng phương pháp tra bảng để xác định chế độ cắt chomài tròn ngoài với những căn cứ tương tự
2.2 Kết luận chương 2
- Cho đến nay, đã có nhiều nghiên cứu về tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài.Các nghiên cứu này đã đưa ra nhiều phương pháp để tính chế độ cắt khi mài ngoàinhư xác định theo kinh nghiệm, theo bảng tra, thông qua đồ thị hay kết hợp giữa trabảng và dùng công thức tính toán Trong các phương pháp này, phương pháp xácđịnh chế độ cắt phổ biến hiện nay là phương pháp tra bảng Phương pháp này cònnhiều hạn chế như việc xác định chế độ cắt khá phức tạp, tốn thời gian và kết quảcho độ chính xác không cao đặc biệt là với các giá trị cần phải nội suy
- Đến nay, vẫn chưa có một nghiên cứu nào đưa ra được bộ các công thức đểtính chế độ cắt khi mài tròn ngoài một cách chi tiết và có kể đến ảnh hưởng của tất
cả các thông số cơ bản trong gia công mài Vì vậy, cần thiết phải nghiên cứu xâydựng các công thức để tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài để khắc phục những hạnchế của các phương pháp xác định chế độ cắt trước đây, giúp cho quá trình xác địnhchế độ cắt khi mài tròn ngoài trở nên đơn giản và nhanh chóng
Trang 7CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH CHẾ ĐỘ CẮTCHO MÀI TRÒN NGOÀI 3.1 Lựa chọn cơ sở dữ liệu để XD công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài
Qua nghiên cứu nhiều cơ sở dữ liệu cho việc tính chế độ cắt cho mài trònngoài, cơ sở dữ liệu (cho dưới dạng bảng) của [16] đã được chọn để xây dựng côngthức xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài Cơ sở dữ liệu này có thể coi là cơ sở
dữ liệu có chất lượng cao và đầy đủ nhất cho đến nay Cụ thể, chế độ cắt cho màitròn ngoài được chia thành 2 dạng phổ biến là mài tròn ngoài chạy dao dọc và màitròn ngoài chạy dao ngang Đá mài được xác định dựa trên các yếu tố như tốc độcủa đá, cấp chính xác cần đạt và nhóm vật liệu Các nhóm vật liệu được kể đến kháđầy đủ như nhóm thép cacbon kết cấu, thép hợp kim, nhóm thép bền nhiệt, thépkhông gỉ, thép dụng cụ và nhóm gang, đồng (bảng 25)
3.2 Lựa chọn dạng hàm hồi quy
Để xây dựng các công thức từ các dữ liệu bảng đã có người ta sử dụngphương pháp hồi quy Các công thức tìm được gọi là công thức hồi quy Trên thực
tế, các công thức hồi quy có nhiều dạng khác nhau như dạng bậc nhất, dạng đa thức,dạng loga, dạng hàm mũ vv Trong các dạng hàm nêu trên thì dạng hàm mũ đượcdùng khá phổ biến, đặc biệt cho các công thức tính toán chế độ cắt Vì vậy, nghiêncứu này cũng chọn dạng hàm mũ là dạng công thức hồi quy cho các công thức cầnxây dựng
Công thức hàm mũ cho một hàm y phụ thuộc vào các biến x1, x2, , xn códạng như sau:
Trang 8Từ nhận xét trên, các bảng số liệu trong [16] (bảng phụ P1, P2, P3, P4, P5 vàP6) đã được nghiên cứu và chuyển thành 23 bảng có dạng nêu trên để phục vụ choviệc xây dựng các công thức hồi quy Từ các bảng dữ liệu này, 23 công thức hồiquy đã được tìm ra để phục vụ cho việc tính toán chế độ cắt khi mài tròn ngoài.
3.3.1 Tổ chức cơ sở dữ liệu cho mài tròn ngoài chạy dao dọc
3.3.2 Tổ chức cơ sở dữ liệu cho mài tròn ngoài chạy dao ngang
3.4 Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài
3.4.1 Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài chạy dao dọc 3.4.2 Xây dựng công thức tính chế độ cắt cho mài tròn ngoài chạy dao ngang 3.5 Kết quả và nhận xét chương 3
3.5.1 Kết quả
Tác giả đã xây dựng được 23 công thức để xác định chế độ cắt cho mài trònngoài, bao gồm cả mài ngoài chạy dao dọc và chạy dao ngang Kết quả cụ thể đượctổng hợp trong bảng 52
Bảng 52: Tổng hợp các công thức xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài
Trang 93.5.2 Nhận xét
- Các công thức tính toán các thông số của chế độ cắt cho mài tròn ngoài tìmđược bằng phương pháp hồi quy đều ở dạng hàm hiển Điều đó giúp việc tínhtoán chế độ cắt dễ dàng và tiện lợi
- Hệ số xác định R 2 của các công thức hồi quy đều đạt rất cao (từ 0,96 đến 0,999).Điều đó cho thấy rằng các công thức tìm được đạt độ tin tưởng cao
- Sai số trung bình của các công thức tìm được so với dữ liệu gốc theo phươngpháp tra bảng là rất nhỏ (từ 0,23 % đến dưới 5 %) Điều này cho thấy các côngthức tìm được đảm bảm độ chính xác cao
Trang 10CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ CẮT
CHO MÀI TRÒN NGOÀI 4.1 Tổng quan về các ngôn ngữ lập trình
Hiện nay, có khá nhiều ngôn ngữ lập trình phần mềm trên nền windows nhưassembly, pascal, C, C++, C sharp, java, visual basic… Mỗi ngôn ngữ lập trình này
có ưu, nhược điểm riêng
Ngôn ngữ lập trình C# là một ngôn ngữ lập trình hướng tới đối tượng bậccao, đơn giản nhưng hiện đại, đáp ứng được tất cả các yêu cầu lập trình phần mềmtrên nền windows Vì thế, tác giả đã chọn C# là ngôn ngữ lập trình cho phần mềmtra chế độ mài tròn ngoài CRG
4.2 Xây dựng phần mềm tính toán chế độ cắt cho mài tròn ngoài
Các công thức hồi quy tìm được (bảng 52) đã giúp cho việc tính toán (bằngtay hoặc bằng máy) chế độ cắt khi mài tròn ngoài trở nên đơn giản và tiện lợi Tuynhiên, để giảm tối đa công sức và thời gian xác định chế độ cắt cho mài tròn ngoài,một phần mềm tính toán chế độ cắt (tên gọi là phần mềm CGR) đã được xây dựngbằng ngôn ngữ lập trình Csharp (C#) Phần mềm CGR (giao diện trên hình 4.1)được lập trình dựa trên các công thức hồi quy đã tìm được Phần mềm cho phép xácđịnh chế độ cắt cho cả mài tròn ngoài chạy dao dọc và chạy dao ngang một cáchnhanh chóng, chính xác và thuận tiện Phần mềm CGR đã đạt giải nhì tại Triển lãmsản phẩm sáng tạo khoa học của sinh viên và cán bộ giảng dạy trẻ Đại học TháiNguyên (NATEC)
Hình 4.1: Phần mềm tính toán chế độ cắt cho mài tròn ngoài
Trang 11CHƯƠNG 5 THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÔNG
THỨC TÍNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÀI TRÒN NGOÀI
5.1 Mục đích thí nghiệm
Thí nghiệm này nhằm đánh giá hiệu quả của mài tròn ngoài khi sử dụng chế
độ cắt tính toán theo kết quả của luận văn với mài theo kinh nghiệm Thí nghiệmđánh giá hiệu quả thông qua các chỉ tiêu: độ nhám bề mặt và thời gian gia côngcho mài tròn ngoài chạy dao dọc và mài tròn ngoài chạy dao ngang
5.2 Chuẩn bị thí nghiệm
- Máy mài tròn ngoài: Condo Hi - 450 HTS, xuất xứ Nhật Bản
- Đá mài: Đá mài Hải Dương Cn80Tbi.G - V1400.40.203 - 35m/s
- Phôi:
+ Vật liệu: thép 9XC qua tôi đạt HRC 58 ÷ 60 HRC
+ Bản vẽ phôi khi mài chạy dao dọc trên hình 5.1
+ Bản vẽ phôi khi mài chạy dao ngang trên hình 5.2
Hình 5.1 Bản vẽ phôi mài tròn ngoài chạy dọc
Hình 5.2 Bản vẽ phôi mài tròn ngoài chạy dao ngang
150
Trang 12Hình 5.3 Phôi đã được chế tạo
- Mài tròn ngoài chạy dao dọc
+ Mô hình thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc (hình 5.4)
Hình 5.4 Mô hình thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc+ Thông số đầu vào mài tròn ngoài chạy dao dọc
Chiềurộngđá(mm)
Độcứngphôi(HRC)
Chiềudàiphôi(mm)
Đườngkínhphôi(mm)
Lượng
dư bánkính(mm)
Cấpchínhxác
Dụng
cụ đokiểm
+ Chế độ cắt mài tròn ngoài chạy dao dọc
Thông số
Chế độ cắt Theo kinh nghiệm Theo tính toán
Đá mài Đá mài hải dương Đá mài hải dương
Trang 13- Mài tròn ngoài chạy dao ngang
+ Mô hình thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc (hình 5.5)
Hình 5.5 Mô hình thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao ngang
+ Thông số đầu vào mài tròn ngoài chạy dao ngang
đá
(m/s)
Chiề u rộng đá
(mm)
Độ cứn g phôi
(HRC)
Chi ều dài phôi
(mm)
Đườ ng kính phôi
(mm)
Lượng
dư bán kính
(mm)
Cấp chín h xác
Cấp độ nhám
Dụn
g cụ đo kiểm
+ Chế độ cắt cho mài tròn ngoài chạy dao ngang
Thông số
Chế độ cắt Theo kinh nghiệm Theo tính toán
Đá mài Đá mài hải dương Đá mài hải dương
+ Máy đo nhám Mittutoyo SJ-201 (Nhật Bản) – Phòng thí nghiệm trường Đại học
Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên (hình 5.6)
Trang 14+ Kính hiển vi quang học - Phòng thí nghiệm Phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹthuật công nghiệp Thái Nguyên (hình 5.7).
Hình 5.7 Kính hiển vi quang học
5.3 Tiến hành thí nghiệm
- Mài tròn ngoài chạy dao dọc (hình 5.8)
Hình 5.8 Thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc
Hình 5.6 Máy đo nhám
Trang 15- Mài tròn ngoài chạy dao ngang (hình 5.9)
Hình 5.9 Thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao ngang
5.4 Kết quả thí nghiệm
5.4.1 Kết quả thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc
- Mẫu thí nghiệm thu được (hình 5.10):
Hình 5.10 Mẫu thí nghiệm mài tròn ngoài chạy dao dọc
- Kết quả đo độ nhám và thời gian gia công
Mẫu
TN
Độ nhám Ra (µm) Thời gian gia công (phút)
Mài theo kinh nghiệm
Mài theo tính toán
Mài theo kinh nghiệm
Mài theo tính toán
