Luận văn thạc sĩ nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa trên máy phay TUM20VS​

Từ những phân tích nêu trên, được sự đồng ý của Khoa sau Đại học trường Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài:"Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chi phí

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

-CAO THẾ BÌNH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY MẶT PHẲNG BẰNG DAO PHAY ĐĨA TRÊN MÁY PHAY TUM20VS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2012

CAO THẾ BÌNH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY MẶT PHẲNG BẰNG DAO PHAY ĐĨA TRÊN MÁY PHAY TUM20VS

Chuyên ngành:Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp

Mã số: 60 52 14

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRỊNH HỮU TRỌNG

HÀ NỘI, 2012

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được bản luận văn này, trong suốt thời gian vừa quangoài sự cố gắng, nỗ lực của bản thân tôi đã nhận được nhiều sự quan tâmgiúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể và cá nhân Nhân dịp này cho phép tôi đượcbày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:

Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Trịnh Hữu Trọng đã dành nhiều thờigian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị

Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm,thựchành Khoa Cơ điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp, Trường caođẳng nghề LILMMA Ninh Bình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thựchiện đề tài

Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi trong quátrình thực hiện đề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc vì những giúp đỡ quý báu đó

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những kếtquả trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giảnào công bố Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đượcchỉ dẫn nguồn gốc

Hà Nội, tháng 05 năm 2012

Tác giả

Cao Thế Bình

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục hình iv

Danh mục bảng v

Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt 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 phay kim loại ở trên thế giới 3

1.2 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trong nước 13

Chương 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG, PHƯƠNGPHÁPNGHIÊN CỨU 21

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 21

2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 21

2.3 Nội dung nghiên cứu 22

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 22

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 22

2.4 Phương pháp nghiên cứu 23

2.5 Nội dung của phương pháp qui hoạch thực nghiệm 24

2.5.1 Thí nghiệm thăm dò 24

2.5.2 Thực nghiệm đơn yếu tố 26

2.5.3 Thực nghiệm đa yếu tố 30

2.5.4 Xác định các giá trị hợp lý 39

Chương 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 42

3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy phay vạn năng TUM20VS 42

3.1.1 Cấu tạo 42

3.1.2 Nguyên lý hoạt động 44

3.2 Lực cắt và công suất cắt khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa 44

3.2.1 Cấu tạo của dao phay đĩa 44

3.2.2 Lực cắt và công suất cắt khi phay 47

3.3 Những nhân tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng khi phay 51

3.4 Những nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi phay 52

3.4.1 Độ nhám bề mặt gia công 52

3.4.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công 54

3.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công 55

Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 60

4.1 Chuẩn bị thí nghiệm 60

4.1.1 Chọn mục tiêu nghiên cứu 60

4.1.2 Chọn tham số điều khiển 60

4.1.3 Chuẩn bị thí nghiệm 60

4.2 Kết quả thí nghiệm thăm dò 60

4.3 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 63

4.3.1 Ảnh hưởng của các yếu tố đến chi phí năng lượng riêng 63

4.3.2 Ảnh hưởng của các yếu tố đến độ nhám bề mặt gia công 65

4.4 Kết quả nghiên cứu đa yếu tố 68

4.4.1 Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các thông số đầu vào 68

4.4.2 Thành lập ma trận thí nghiệm 68

4.4.3 Xác định mô hình toán và thực hiện các phép tính kiểm tra 69

4.5 Các trị số công nghệ hợp lý khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa trên máy phay đa năng TUM20VS 71

KẾT LUẬN - KHUYẾN NGHỊ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

yếu tố ảnh hưởng

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

thời điểm tính toán

chất của vật liệu gia công

M

hoạt động trong thời gian T làm ra một khối lượngsản phẩm

bình cộng của các chiều cao h tính từ đường trungbình trong phạm vi chiều dài chuẩn 1

Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu

Y

ĐẶT VẤN ĐỀ

Cơ khí là một trong những ngành công nghiệp nền tảng, có vai trò quantrọng trong việc pháttriển kinh tế, củng cố an ninh, quốc phòng của đất nước.Tập trung phát triển một số chuyên ngành, sản phẩm cơ khí trọng điểm nhằmkhai thác, phát huy tốt nhất tiềm năng (tài nguyên, nguồn nhân lực) để đápứng các yêu cầu cơ bản của công cuộc phát triển đất nước là những hướng điđúng đắn đẫ được nêu ra trong chiến lược triển ngành cơ khí

Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công rất phổbiến trong ngành cơ khí chế tạo máy Quá trình cắt kim loại là quá trình conngười sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạtđược những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị trí tương quangiữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công

Phương pháp gia công bằng cắt gọt chiếm 30% khối lượng công việcgia công cơ khí và trong tương lai có thể nhiều hơn Trong đó phay là phươngpháp gia công cắt gọt kim loại tương đối phổ biến

Trên thế giới, ở các nước phát triển phương pháp gia công bằng cắt gọt

có vai trò quan trọng trong công việc gia công cơ khí Ngày nay, do Khoa học

- Công nghệ phát triển các thiết bị gia công cắt gọt thường làm việc với sự trợgiúp của người máy (Robot) và một hệ thống điều khiển chung Hệ thống điềukhiển có nhiệm vụ đảm bảo cho người máy và máy cắt làm việc theo mộtchương trình và một chế độ cắt hợp lý đã được xác định trước

Ở nước ta năm 2002,Thủ tướng chính phủ đã phê duyệt Chiến lược pháttriển ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn tới 2020 Trong đó cóchiến lược phát triển máy công cụ như: Ưu tiên phát triển ngành chế tạo máycông cụ nhằm đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp, nghiên cứu thiết kế,chế tạo các mẫu máy hiện đại (ứng dụng công nghệ PLC, CNC) và các thiết bịgia công đặc biệt Mặc dù,ngành gia công kim loại bằng cắt gọt là một trong

những ngành rất quan trọng không thể thiếu, nhưng do nhiều nguyên nhânkhác nhau,trong nhiều năm qua máy công cụ do Việt Nam sản xuất vẫn cònkhiêm tốn cả về số lượng cũng như về chủng loại Hiện nay,chúng ta mới sảnxuất được một số loại máy phay như: còn lại là nhập khẩu máy phaytừ nướcngoài với số lượng lớn và nhiều chủng loại khác nhau.

Vì vậy, nhiều vấn đề từ thực tiễn sản xuất trong nước đặt ra: phảinghiên cứu sử dụng hợp lý các loại máy công cụ nhập nội trong điều kiện qui

mô sản xuất vừa và nhỏ ở nước ta sao cho chúng đạt được năng suất, chấtlượng cao và giá thành sản phẩm gia công thấp nhất

Trong gia công sản phẩm kim loại trên máy phay, một số thông số kỹthuật của dao cắt như góc nghiêng chính, góc nghiêng phụ và các chế độ giacông như tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt, chế độ bôi trơn ảnh hưởngrất lớn đến năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm

Từ những phân tích nêu trên, được sự đồng ý của Khoa sau Đại học

trường Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài:"Nghiên

cứu một số thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa trên máy phay đa năng TUM20VS".

Hình 1.1 Máy phay do Ferdinan Ferbist phát minh

Cho đến nay, hàng triệu máy phay với nhiều kiểu dáng khác nhau đãđược chế tạo và đưa vào sản xuất.Trong số các nước đi tiên phong trong lĩnhvực chế tạo máy công cụ nói chung và máy phay nói riêng phải kể đến các

nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ,Cộng hòa liên bang Đức,Nhậtbản,Thụy Sỹ, Italy.

Mỹ là nước có nhiều nhà máy sản xuất máy công cụ nhất thế giới vớitrên 1200đơn vị,hàng năm, sản xuất được trên 273 nghìn máy công cụ Máycông cụ do Mỹ sản xuất được các nước châu Âu ưa chuộng vì nó hiện đại vàbền cho nên khoảng 40% sản phẩm máy của Mỹ được xuất khẩu sang châuÂu.Nhiều hãng sản xuất máy công cụ nổi tiếng thế giới như Gridley, Kliben,Kent với các loại sản phẩm khác nhau,hãng Kent cho ra đời các loại máyphay mã hiệu: KTM-3, KTM-3VS, KTM-3VKF (hình 1.2), KTM-VKF,

KTM-4VKF,TW-32QI-ANILAM3300, TW-32MV-FANUC, TW-32TRH.Cácloại máy phay khác như: BMT1500S (hình 1.3), BMT2000HU, BMT2500UM, BMT7000V có công suất trục chính từ 2-7HP, máy phay giườngBM460T, BM56T có công suất trục chính 7 - 7,5 HP, tốc độ quay của trụcchính 60-4500 v/p

Hình 1.2 Máy phay KTM-3VKF

Hình1.3.Máy phay mã hiệuTAC510

Cộng hòa liên bang Đức là một trong những nước công nghiệp pháttriển đi đầu trong xuất khẩu máy công cụ Nước Đức có khoảng 433 hãng sảnxuất máy,trung bình xuất xưởng khoảng 206 nghìn sản phẩm trong một nămbao gồm máy mài,máy doa chiếm 20,1%,máy tiện CNC chiếm 16,2%,máyphay chiếm 13,8%, máy tiện chiếm 12,35% Ngay từ những năm đầu của thế

kỷ XIX, sản xuất công nghiệp ở Cộng hòa liên bang Đức phát triển nhu cầumáy móc để cơ giới hóa các quá trình sản xuất rất lớn đòi hỏi ngành chế tạomáy phải có các loại máy công cụ có năng suất cao, chất lượng tốt.Để dápứng yêu cầu này hãng Hermle đã cho ra đời các loại máy phay với mã hiệunhư: UVF-1000,UVF-1001, UVF-1200H,UVF-802, UVF-902H,UVF-902,UVF-1001CNC,U-740, hãng Optimum có các sản phẩm máy phay với các mãhiệu: OPTI F100, OPTI F100TC, BF30, BF30 VARIO,BF46, BF20 (hình 1.4)

có các đặc tính kỹ thuật cơ bản hành trình bàn theo trục Y:175mm, theo trụcX:280mm, theo trục Z:120mm,tốc độ trục chính từ 30÷3000 v/p, công suấtđộng cơ:850w,hãng Elumatec Gmh sản xuất các loại máy phay với mã hiệu:KF178, AS70/03,AF221, AF 222,AF 223,hãng Apple Gmh sản xuất các loạimáy phay với mã hiệu: FM 50S DIGI,BSM 150,BFM4PG, UFM100 DIGI,UFM80DIGI (hình 1.5) có các thông số kỹ thuật chính như đường kính daophay mặt dầu 32 mm, đường kính dao phay ngón 100mm,tốc độ quay trụcchính 115÷1750 v/p,hành trình bàn theo trục Y:1120mm, hành trình bàn theotrục X:1200mm, hành trình bàn theo trục Z:2060 mm, công suất động cơ:1,5kw

Hình1.4.Máy phay mã hiệu BF-20

Hình1.5.Máy phay mã hiệu UFM 80 DIGI

Nhật Bản, nước công nghiệp phát triển đứng thứ hai thế giới sau Mỹ vềsản xuất máy công cụ với hơn 270 hãng sản xuất cho ra đời khoảng 257 nghìnmáy công cụ trong một năm Một số hãng sản xuất máy công cụ có sản phẩmmáy phay xuất khẩu đến nhiều nước trên thế giới nhưZhizuokavới sản phẩm

là máy phay mã hiệu NHQ-G, SV-50D, VHR-SD, AN-SRN ,Takeda Kikaivới sản phẩm máy phay mã hiệu TK-VS2N, TKUS2N, HDS430N,BXR1000BCD.Hãng Okuma là một trong những hãng sản xuất máy công cụlớn ở Nhật Bản cho ra đời máy phay với mã hiệu: MX-55VB,MX-55VR,MX-40HA, MX-500H, MU-500, MX-60HB, M-4VA, STM-2V(hình 1.6) có cácthông số kỹ thuật cơ bản hành trình theo trục X:710mm, theo trục Y:300mm,theo trục Z:410mm, tốc độ trục chính 60÷1800 v/p,công suất động cơ chính3,7Kw

Hình 1.6 Máy phay mã hiệu STM-2V

Từ những phân tích ở trên,cho thấy rằng:Gia công các chi tiết máy bằngphương pháp phay là phương pháp gia công thông dụng cho nên đã có nhiềuloại máy phay khác nhau được chế tạo và đưa vào sản xuất,đáp ứng nhu cầucủa ngành chế tạo máy ở các nước khác nhau trên thế giới.Cùng với việc chếtạo máy phay thì nghiên cứu hoàn thiện,nâng cao chất lượng máy và quá trình

sử dụng máy đã được quan tâm trong nhiều công trình nghiên cứu ở Nga vànhững nước có nền công nghiệp phát triển Các nghiên cứu tập trung vào cáchướng chủ yếu sau:

+Nghiên cứu nâng cao năng suất khi sử dụng máy phay được nhiều nhàkhoa học quan tâm nghiên cứu

Trong công trình [16], các tác giả V.A.N Gnhitkô và V.G Nhetrepaev đãkhảo sát quá trình hình thành phoi khi phay rãnh chữ T và xây dựng được các

mô hình toán học để khảo sát quá trình phoi lấp đầy không gian giữa các răngcắt của dao phay;

Sự chuyển dịch phoi dọc mặt cắt trước của các răng cắt dưới tác dụngcủa lực quán tính và lực thủy động Sự dịch chuyển của các phoi kim loại dọcmạch cắt dưới tác dụng lực thủy động học; Quá trình lắp đầy phoi trongkhông gian của mạch cắt; Xác định lực cần thiết tác dụng lên khối phoi vậtliệu vụn được tạo thành trong không gian của mạch cắt

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng chỉ sau 2 đến 5 vòng quay của trụcdao không gian giữa các răng cắt đã được phoi lấp đầy Kết quả khảo nghiệmcho phép khẳng định rằng: Khi gia công thép và gang ở chế độ tiêu chuẩn có

từ 30 ÷ 100% trường hợp không có khả năng tự thoát phoi được nhờ lực quántính mà muốn quá trình thoát phoi được thuận lợi cần thiết phải có thêm lựctác dụng Trong quá trình gia công, phoi thép cũng nhanh chóng được lấp đầyrãnh cắt; chỉ sau 10 ÷ 30 mm chiều dài mạch cắt

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng: Sự tách phoi ra khỏikhông gian giữa 2 răng cắt (hầu răng) và phoi cắt ra khỏi không gian củamạch cắt cho phép tăng năng suất lên 2 lần mà vẫn đảm bảo được độ nhámtheo tiêu chuẩn

Nhờ sử dụng nhưng pháp chủ động đẩy phoi ra khỏi không gian giữacác răng cắt và trong mạch cắt dòng nước làm mát có áp lực mà tuổi bền củadao tăng lên nhiều lần so với trường hợp làm mát dao cắt khi gia công màkhông đẩy phoi…

Trong công trình [19], tác giả Lobanov.A.A đã nghiên cứu quá trìnhphay thép tôi có độ cứng lớn hơn 45HRC Trong quá trình nghiên cứu tác giả

đã khảo sát nhiệt ở vùng cắt gọt, xác định nhiệt độ; kiểm tra cấu tạo tinh thể

và độ cứng của phoi thép và đưa ra phương pháp chọn chế độ cắt gọt, khiphay thep qua tôi cứng; Xác định yêu cầu kỹ thuật của máy phay sử dụng đểphay các hợp kim cứng Sử dụng phương pháp phay kim loại ở trạng thái tôicứng mà đề tài đề xuất góp phần nâng cao năng suất, giảm độ nhám, giảm chiphí gia công của các chi tiết máy

Trong một vài năm gần đây,việc sử dụng các chi tiết máy làm bằng vậtliệu khó gia công từ hợp chất của những chất không gỉ, chịu được axít, chịunhiệt…được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới.Trong số các hợp chất được

sử dụng rộng rãi có hợp chất của titan với tính ưu việt nổi trội so với hợp chấtcủa các kim loại như sắt,niken, manhê, nhôm và các kim loại khác.Tuy nhiên,khi gia công các chi tiết làm bằng hợp chất của titan gặp một số khó khăn dotính chất cơ lý của nó gây nên như làm mòn dụng cụ, giảm năng suất và chấtlượng bề mặt gia công Tác giả, đã nghiên cứu nâng cao năng suất phay cácchi tiết làm bằng hợp kim của titan nhờ áp dụng phương pháp cắt tốc độcao.Trong công trình [22], tác giả Kirukhin D.E đã xây dựng được mô hìnhtoán thể hiện được sự ảnh hưởng của các thông số cắt đến mòn dụng cụ trong

đó có mòn đặc trưng cho phương pháp phay hợp kim titan tốc độ cao Từnhững kết quả nghiên cứu thu được tác giả đã khuyến cáo áp dụng phươngpháp phay độ cao tốc để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm khi gia côngcác chi tiết làm từ hợp kim titan trên các máy phay có độ cứng vững cao

Trong công trình [25], tác giả Ruđina I.A đã nghiên cứu nâng cao hiệuquả gia công bề mặt của các chi tiết máy nhờ chọn thông số kỹ thuật của quá

trình cắt hợp lý Đã xây dựng được mô hình toán học để xác định chế độ cắthợp lý khi phay ở tốc độ cao nhằm mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượngsản phẩm.

Trong công trình nghiên cứu [28],tác giả Poliakova.E.V đã nghiên cứukhả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công bề mặt của chi tiết máy.Trong quá trình nghiên cứu đã xây dựng được mô hình xác định nhiệt độ cắtgọt khi phay chi tiết ở các chế độ cắt khác nhau Xây dựng mô hình toán họcxác định độ nhám bề mặt chi tiết phụ thuộc vào chế độ cắt Xác định được chế

độ cắt tối ưu bằng phương pháp qui hoạch thực hiện nghiệm phi tuyến Vớihàm mục tiêu là giá thành sản phẩm

+Nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm trong quá trình phay các vật liệukhác nhau là vấ đề mang tính thời sự cũng được quan tâm nghiên cứu Trongcông trình [20], tác giả Gilaev.E.V, xây dựng được lý thuyết mới miêu tả quá

trình phay thực hiện bởi lưỡi phay cùng lúc thực hiện chuyểnđộng quay và chuyển động dọc trục quay.Trên cơ sở phân tích quan hệ giữarăng cắt và vật liệu trong quá trình gia công đã xây dựng được phương phápxác định lực cắt khi phay có tính đến dao động dọc trục và độ tù của cạnhcắt.Xác định được chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị mới để gia công gót giầyđảm bảo được phay đi lượng dư vật liệu cần thiết và đạt được độ bóng theoyêu cầu

Trong công trình[23],tác giả Kovalevski.A.V,đã nghiên cứu nâng caonăng suất,độ chính xác khi gia công mặt chi tiết định hình làm từ hợp kimchịu nhiệt niken bằng phương pháp phay.Tác giả đã xây dựng được phươngpháp xác định các thông số công nghệ cho phép nâng cao độ chính xác gia

1.2 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trong nước

Ở nước ta, ngay từ thập kỷ 70, ngành cơ khí chế tạo đã được quan tâmđầu tư,một số nhà máy cơ khí đã được xây dựng như nhà máy Công cụ số 1,

Cơ khí Hà Nội, Cơ khí Cẩm phả, đã chế tạo được máy phay vạn năng P623,P613 Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân khác nhau như chất lượng không cao,

độ bền kém cho nên chúng chưa được sử dụng rộng rãi trong sản xuất Để đápứng nhu cầu của sản xuất, ngay từ thập kỷ 70 chúng ta đã nhập khẩu nhiềumáy phay khác nhau từ các nước xã hội chủ nghĩa trước đây dưới dạng việntrợ không hoàn lại

Hiện nay, trong sản xuất ở nước ta sử dụng các loại máy phay nhậpkhẩu từ nhiều nước khác nhau trên thế giới Các công ty có qui mô sản xuấttương đối lớn thường nhập máy phay từ các nước phát triển.Máy công cụ củamột số hãng của Nhật đã có mặt ở nước ta như Moriseiki có các loại máyphay với mã hiệu NV5000, M-300, M-300L, MV-40A, MV-40B, MV-40E,MV80A,MV45(hình 1.7) có thông sốkỹ thuật cơ bản như:hành trình bàn máy

theo trục X 600 mm, theo trục Y410mm, theo trục Z 510mm; tốc độ trụcchính 8000v/p; công suất động cơ chính 5,5 kw.Hãng Okuma có các sản phẩmmáy phay mã hiệu MX55VB,MX55VR,MX40HA, MX500H, MU500,MX60HB

Hình 1.7 Máy phay mã hiệu MV-65

Máy phay của hãng Arsenal (Bungari) với các mã hiệu FU 251M, FU321M, FU 301, FU361, FU 401, FV 251M, FV 321M, FV 301, FV361,FV401 (hình 1.8) có các thông số kỹ thuật: kích thước mặt bàn 400mmx1600mm; hành trình bàn máy theo trục X 1250mm, theo trục Y 360 mm,theo trục Z 480 mm; tốc độ quay của trục chính 45÷2000 v/p; công suất động

cơ trục chính 4kw.Máy có thể thực hiện các nguyên công phay khác nhaubằng các loại dao phay đĩa, dao phay mặt đầu và các loại dao phay khác.Máy

có thể phay mặt phẳng, phay rãnh, phay bánh răng, doa lỗ trên các chi tiết làm

từ gang,thép,kim loại màu và chất dẻo

Hình 1.8.Máy phay mã hiệu FV 401

Trong gần chục năm gần đây, cùng với sự phát triển chung của ngànhchế tạo máy trên thế giới,ngành cơ khí chế tạo của nước ta đang chuyển sangmột giai đoạn phát triển mới đó là thời đại phát triển của cơ khí chính xác và

tự động hóa sản xuất Để đáp ứng nhu cầu của sản xuất, nước ta đã nhập khẩucác loại máy công cụ điều khiển bằng kỹ thuật số từ nhiều nước khác nhaunhư Cộng hòa liên bang Đứcvới các hãng máy phay Hermle, Apple Gmh;Nhật với hãng máy phay Enshu, Moriseki;Hàn Quốc với hãng máy Namsun,Samsung; Đài Loan với các hãng máy Full Mark, Shanxi,Yuan hang;Trung Quốc với các hãng Dennver,Tengzhou

Năm 2004, lần đầu tiên ở Việt nam, công ty Cơ điện tử bách khoa đãchế tạo thành công máy phay CNC với mã hiệu VMC65 (hình 1.9)có cácthông số kỹ thuật chính:Hành trình bàn theo trục X 650mm, theo trục Y

400mm, theo trục Z 480 mm;tốc độ trục chính 10000v/p; công suất động cơ7,5kw;bộ điều khiển Mitsu M64.

Mới đây, Công ty này lại chế tạo thành công máy phay CNC cao tốc vàchuyển giao sản phẩm này cho Trung tâm Nghiên cứu chuyển giao công nghệ

và phân tích (Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội)

Máy phay CNC cao tốc là máy điều khiển số hiện đại, tốc độ phay củatrục chính có thể lên đến 24 nghìn vòng/phút và tốc độ dịch chuyển khoảng30m/phút Ðể đạt được tốc độ phay và tốc độ chạy dao cao như vậy đòi hỏimáy phải có kết cấu vững chãi và cần kiểm soát tốt các vấn đề điều khiển tựđộng Trong số hơn 100 công ty sản xuất máy của Ðài Loan (Trung Quốc)cũng chỉ có gần 10% các công ty có đủ năng lực chế tạo chủng loại máy này.Sản phẩm của BKMech có cấu hình tương đương với mẫu máy SD543 củahãng Sister (Ðài Loan) Lợi ích của máy phay CNC cao tốc là giảm thời giangia công, trung bình tiết kiệm khoảng 20 đến 40% so với gia công phay thôngthường do tốc độ cắt ngắn hơn Ngoài ra, độ chính xác, chất lượng bề mặt giacông rất cao Thường dùng cho một số sản phẩm phức tạp như các chi tiết cóchiều sâu gia công lớn, sản phẩm có thành mỏng, các vật liệu có độ cứngcao.Việc chế tạo thành công máy phay CNC cao tốc sẽ giúp Việt Nam hìnhthành một nền công nghệ chế tạo cao cấp kèm theo các dịch vụ hoàn chỉnh,làm thay đổi hẳn bộ mặt của ngành công nghiệp cơ khí chế tạo máy trongnước Không những thế, các ngành công nghiệp phụ trợ như: Khuôn mẫu,nhựa, đúc, chế tạo máy cũng dần được nâng cấp về chất lượng nhằm cungcấp các phụ kiện cho ngành công nghiệp chế tạo máy

Hình 1.9 Máy phay BKMECH VMC 65

Mặc dù,vấn đề nghiên cứu cũng đã được nêu trong chiến lược phát triểnngành cơ khí nhưng do nhiều nguyên nhân khác nhau, nghiên cứu chưa thực

sự được quan tâm đấu tư đầy đủ cho nên ở nước ta,nghiên cứu về máy phay

và quá trình phay kim loại được tiến hành chủ yếu ở một số trung tâm nghiêncứu lớn như Viện Cơ khí trường Đại học Bách khoa, trường Đại học Kỹ thuậtCông nghiệp Thái Nguyên Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc xácđịnh chế độ làm việc tối ưu cho máy phay ở các điều kiện làm việc khác nhauđược thể hiện ở một số công trình sau:

Trong công trình [6], tác giả Đỗ Thị Làn đã nghiên cứu nâng cao độchính xác biên dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công VMC-85S;

Đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của máy; đề xuất cácbiện pháp công nghệ nhằm nâng cao độ chính xác biên dạng bề mặt trụ khiphay trên trung tâm gia công đứng VMC-85S; Sử dụng công nghệCAD/CAM, CNC trong thiết kế gia công cơ khí chính xác

Trong công trình nghiên cứu [8], tác giả Đặng Nguyệt Minh đã nghiêncứu lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu vớigang cầu có bôi trơn tối thiểu Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết cơ sở liên quanđến phay cũng bằng dao phay mặt đầu các bít như lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao

và lý thuyết về bôi trơn làm nguội tối thiểu khi phay bằng dao phay mặt đầunhư tác dụng của dung dịch bôi trơn nguội với các mức áp suất khác nhautrong công nghệ bôi trơn tối thiểu đã xây dựng được mối quan hệ giữa độmòn dao, độ nhám bề mặt và tuổi thọ của dao với thời gian cắt khi thay đổi ápsuất trong gia công có bôi trơn tối thiểu

Trong công trình [9], tác giả Ngô Đức Hạnh đã nghiên cứu đặc tínhrung động tự kích thích và ảnh hưởng của bước tiến dao đến sự tăng trưởngcủa nó trong quá trình cắt kim loại với sự trợ giúp của máy tính Tác giả đãxác định được đại lượng đặc trưng của rung động tự kích thích và nghiên cứuảnh hưởng của bước tiến dao đến rung động tự kích thích Kết quả nghiên cứucủa đề tài góp phần bổ sung cho lý luận về rung động trong kỹ thuật nóichung và lý luận về dao động trong quá trình cắt kim loại nói riêng, làm cơ sởcho việc nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế ảnh hưởng của rungđộng tự kích thích nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống công nghệ gia công,đảm bảo chất lượng sản phẩm

Trong công trình nghiên cứu [10], tác giả Đỗ Như Hoàng đã nghiên cứuảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới mòn dao và độ nhám bề mặtchi tiết khi phay phẳng thép 65T đã tôi bằng dao phay mặt đầu các bít Tác giả

đã tập trung nghiên cứu các vấn đề chủ yếu như nghiên cứu mòn và cơ chếmòn dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu các bít dưới cácđiều kiện cắt khô và bôi trơn làm nguội tối thiểu; Nghiên cứu ảnh

độ cứng 40-45HRC.

Nhận xét:

Máy phay là một trong những loại máy công cụ được sử dụng rộng rãitrong các nhà máy cơ khí chế tạo để gia công kim loại bằng cắt gọt Ở trên thếgiới nghiên cứu về máy phay và quá trình phay kim loại đã được nghiên cứutương đối đầy đủ và hệ thống Các nghiên cứu tập trung vào ba hướng để nâng

cao năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm, trên cơ sở đảm bảo chấtlượng gia công theo yêu cầu bằng nhiều cách khác nhau như xác định chế độcắt tối thiểu, sử dụng phương pháp gia công tốc độ cao, sử dụng vật liệu giacông thép qua tôi , nâng cao chất lượng sản phẩm; hoàn thành kết cấu máy

và quá trình cắt gọt kim loại

Trong sản xuất ở nước ta,các loại máy phay nhập khẩu từ nhiều nướckhác nhau trên thế giới được sử dụng rộng rãicho nên các nghiên cứu về máyphay và quá trình phay chủ yếu tập trung vào việc xác định chế độ cắt gọt hợp

lý ở các điều kiện cắt gọt khác nhau Đây là hướng nghiên cứu đúng và phùhợp với điều kiện hiện tại góp phần sử dụng hiệu quả các thiết bị nhập nội.Tuy nhiên, trong tất cả các nghiên cứu trong và ngoài nước, chưa có côngtrình nào nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật của máy phay đếnchi phí năng lượng riêng, một chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy vàchi phí năng lượng là một phần chi phí đáng kể trong giá thành gia công mộtchi tiết máy trên máy phay, tiết kiệm năng lượng cũng là một vấn đề thời sựđược quan tâm hiện nay ở nước ta và trên thế giới Chính vì vậy, với những ý

tưởng nêu ở trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:"Nghiên cứu một số

thôngsố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phay mặt phẳng bằng dao phay đĩa trên máy phay đa năng TUM20VS".

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG,

PHƯƠNGPHÁPNGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chung:

Xác định được qui luật và mức độ ảnh hưởng của các yếu tố như gócmài,lượng chạy daođến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phaymặt phẳng bằng bằng dao phay đĩa trên máy phay TUM 20VS.Từ đó, chọnđược các các thông số kỹ thuật hợp lý,góp phần xây dựng ngân hàng dữ liệucho việc sử dụng hiệu quả máy phay

Mục tiêu cụ thể:

-Xây dựng được mối quan hệ giữa các yếu như góc mài,lượng chạy daovới chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phay mặt phẳng bằng daophay đĩa trên máy phay TUM 20VS

- Xác định được giá trị hợp lý của góc mài,lượng chạy daođảm bảođược yêu cầu chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt là nhỏ nhất

2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Do thời gian nghiên cứu có hạn, đề tài giới hạn đối tượng nghiên cứu

và phạm vi nghiên cứu cụ thể sau:

Thiết bị gia công:Thiết bị nghiên cứu được sử dụng là máy phay mã

hiệuTUM 20VS.Đây là máy phay vạn năng sản xuất tại Đài Loan, được dùng

ở các công ty có qui mô sản xuất vừa và nhỏ ở nước ta

Vật liệu chế tạo chi tiết gia công và dao cắt: Đề tài chỉ tập trung nghiên

cứu loại vật liệu dùng phổ biến trong ngành cơ khí đó là thép C8,sản phẩm là

tấm thép.Dao phay được chọn làm bằng thép hợp kim dụng cụ 9XC có độcứng 62÷64 HRC.

Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu:Chỉ tiêu đánh giá chất lượng máy là

chi phí năng lượng riêngvà chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm là độ nhám

bề mặt.Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố như gócmài, lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khiphaymặt phẳng, loại thép thông dụng trên máy phay TUM 20VS bằng dao phayđĩa

2.3 Nội dung nghiên cứu

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu lý thuyết nhằm tổng hợp được những cơ sở khoa học củaquá trình gia công cắt gọt kim loại nói chung và quá trình gia công chi tiếttrên máy phay nói riêng, xây dựng được cơ sở lý luận của sự ảnh hưởng củacác yếu tố nghiên cứu đến chi phí năng lượng riêng và nhám bề mặt của chitiết Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:

- Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy phay

- Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng khi gia công trên máy phay

- Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt của chi tiết khi gia công trên máy phay

- Xác định mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt chi tiết

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính theo lýthuyết và xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi phay mặtphẳng Từ các kết quả đó làm cơ sở lựa chọn thông số hợp lý và xác định

thông số hợp lý của máy phay TUM20VS khiphay mặt phẳng bằng sao phay đĩa

Nội dụng nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau:

- Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt chi tiết cho một

số chế độ cắt khác nhau ứng với vật liệu gia công là thép C8

- Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt chi tiết ứng vớicác thông số khác nhau của máy phay TUM20VS khi phay mặt phẳng bằngdao phay đĩa

- Xác định chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi vận hành máy phay TUM20VS với các thông số hợp lý của góc mài, lượng chạy dao

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung nghiên cứu của đề tài là :

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:Được sử dụng nhằm xây dựng cơ

sở lý luận của đề tài và xây dựng phần tổng quan nghiên cứu của đề tài

- Phương pháp kế thừa: Thông qua tổng quan nghiên cứu, tìm hiểu thuthập được những kết quả nghiên cứu về lĩnh vực quan tâm của đề tài ở trênthế giới và Việt Nam

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:Do các yếu tố chọn để nghiêncứu là nhưng yếu tố điều khiển được cho nên đề tài sử dụng phương pháp quihoạch thực nghiệm để giải quyết nội dung của đề tài Đây là phương phápnghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực Cơ sở toánhọc, nền tảng của lý thuyết qui hoạch thực nghiệm là toán học thống kê vớihai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi qui

2.5 Nội dung của phương pháp qui hoạch thực nghiệm

2.5.1 Thí nghiệm thăm dò

Tiến hành thí nghiệm thăm dò để xác định qui luật phân bố của đại

lượng cần nghiên cứu Quy luật phân bố của đại lượng nghiên cứu có thể khái

quát hoá thành phân bố lý thuyết gọi là phân bố thực nghiệm Xây dựng các

phân bố thực nghiệm để khái quát hoá thành các phân bố lý thuyết là một

trong những nhiệm vụ quan trọng

Để có thể phát hiện ra qui luật phân bố khách quan trong tổng thể dựa

vào những tài liệu thu thập được ở đại lượng nghiên cứu, trước hết ta cần sắp

xếp các trị số quan sát được của đại lượng theo một trật tự nhất định, rồi thống

kê các phần tử nằm trong những khoảng xác định Để lập được phân bố thực

nghiệm phải tiến hành chia tổ ghép nhóm các trị số thu thập được theo công

thức kinh nghiệm của Brooks và Carruther [7]:

Xác định các đặc trưng của phân bố thực nghiệm:

Sai số trung bình mẫu:

Sai số trung bình mẫu:

Nếu Sk=0 thì phân bố là đối xứng;

Sk>0 thì đỉnh đường cong lệch trái so với số trung bình;

Sk<0thì đỉnh đường cong lệch phải so với số trung bình

 (x i − x) 4n

Độ nhọn phân bố:Ex=

(2.4)

(2.6)(2.7)

ng congthực nghi

ệm tiệmcận chuẩn;

χn2= ∑1

l- Số tổ hợp sau khi đã gộp những tổ hợp có tần số lý luận fi.Nếu χn2 > χα2(k) thì luật phân bố của đại lượng nghiên cứu làphân bố chuẩn χα2(k) được xác định bằng cách tra bảng phụ lục 5[7],với k=n-1 là bậc tự do và mức ý nghĩa α=0,05

Xác định số lần lặp cho các thí nghiệm: Việc xác định số lần lặp chocác thí nghiệm có ý nghĩa rất quan trọng, nó phải đủ lớn để đảm bảo mức độchính xác của luật phân bố chuẩn, nhưng lại phải tối thiểu để giảm bớt khốilượng thực nghiệm Số lần lặp cho mỗi thí nghiệm được tính theo kết quả của

thí nghiệm thăm dò và theo công thức:m=

Trong đó: m- Số lần lặp;

τ- Tiêu chuẩn Student tra bảng với mức ý nghĩa φ=0,05;

∆%- Sai số tương đối, ≤5%;

Y - Giá trịtrung bình củađại lượng nghiên cứu

2.5.2 Thực nghiệm đơn yếu tố

Nhiệm vụ cơ bản của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông sốảnh hưởng để xem thông số nào thực sự ảnh hưởng đến các chỉ tiêu đánh giá,xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của chúng đến chỉ tiêu quan tâm.Thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành theo các bước sau:

1. Thực hiện thí nghiệm với từng thông số thay đổi với số mức khôngnhỏ hơn 4, khoảng thay đổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình củaphép đo giá trị thông số đó Số thí nghiệm lặp lại m=3

2. Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởngcủa mỗi yếu tố tới năng suất và chi phí năng lượng riêng Đánh giá tính thuầnnhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm, để chứng tỏ ảnh hưởng khácđối với thông số cần xét là không có hoặc không đáng kể

Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần nhất, [7] như sau:

a Đánh giá tính đồng nhất của phương sai

Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren.

G

u = 1Trong đó: s 2 max -Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm

Trong đó: m u- Sốlần lặp lạiởmỗi điểm thí nghiệm

y ui- Giá trịcủa thông sốtại điểm u

thông số ra tại điểm u

Ứng với N điểm thí nghiệm trong kế hoạch thực nghiệm ta có N

phương sai S u2 Trong đó luôn có giá trị Sm2ax

G tt- Chuẩn Kohren tính toán theo thực nghiệm Trong đó bậc tựdoởtử

số γ = m − 1 và ở mẫu số K=N.(m-1)

m: Số lần lặp lại ở thí nghiệm mà ở đó có phương sai cực đại m = mu

Giá trị thống kê chuẩn Kohren được tính sẵn theo mức ý nghĩa α , hoặc

tự doγvà ký hiệu G b tra bảng [7].

Nếu G tt < G b thì giả thiết H0 không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm

b Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố.

Phương pháp đánh giá này dùng chuẩn Fisher Thực chất là so sánh

phương sai thành phần do thay đổi thông số nào gây nên và phương sai do

nhiễu gây ra Nếu tỷ số giữa hai phương sai này lớn hơn giá trị lý thuyết trabảng của tiêu chuẩn F thì sự khác biệt giữa các giá trị trung bình là đáng kể và

các thông số vào có ảnh hưởng thực sự đến thông số ra, trội hẳn so với ảnh

hưởng ngẫu nhiên

Giá trị tính toán của tiêu chuẩn F là tỷ số:

Giá trị thống kê của chuẩn F được tính sẵn theo mức ý nghĩa α=0,005,

bậc tự do γ1, γ2[7]

Nếu giá trị tính toán F<F b thì ảnh hưởng của thông số vào là không

đáng kể trong khuôn khổ ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên Nguyên nhân

gây nên trường hợp này là đưa vào thí nghiệm những thông số không có ảnh

hưởng đáng kể hoặc bước biến đổi của thông số quá bé, dẫn đến hiệu ứng ảnh

hưởng của thông số nhỏ so với nhiễu

Nếu F > F b thì ảnh hưởng của các thông số vào là đáng kể.