Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm và chi phí điện năng riêng khi phay mặt phẳng trên máy phay Jen Lian UH-1

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xác định được thông số sử dụng hợp lý của máy để nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí điện năng, kết quả nghiên cứu này là tài liệu cho các đơn vị sử dụng máy phay Jen Lian UH-1 mang lại hiệu quả kinh tế cao. Mời các bạn cùng tham khảo!

HOÀNG MINH HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM VÀ CHI PHÍ ĐIỆN NĂNG RIÊNG KHI PHAY MẶT PHẲNG TRÊN MÁY PHAY JEN LIAN UH-1

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2016

HOÀNG MINH HÒA

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM VÀ CHI PHÍ ĐIỆN NĂNG RIÊNG KHI PHAY MẶT PHẲNG TRÊN MÁY PHAY JEN LIAN UH-1

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên cứu nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chụi trách nhiệm và tuân thủ kết luận đánh giá luận văn của Hội đồng khoa học

Biên Hòa, ngày 15 tháng 4 năm 2016

Người cam đoan

Hoàng Minh Hòa

LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hoàn thành luận văn này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết

ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Dương Văn Tài, đã dành rất nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Trân trọng cảm ơn lãnh đạo nhà trường, phòng sau Đại học, khoa Cơ điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình

Trân trọng cảm ơn lãnh đạo trường Trường Đại học Đồng Nai đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa học và luận văn tốt nghiệp này

Trân trọng cảm ơn các Nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình làm và hoàn chỉnh luận văn

Biên Hòa, ngày 15 tháng 4 năm 2016

Tác giả luận văn

Hoàng Minh Hòa

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Độc lập - Tự do- Hạnh phúc

BẢN NHẬN XÉT Của người hướng dẫn luận văn thạc sỹ

Họ và tên hướng dẫn khoa học: PGS TS Dương Văn Tài

Họ và tên học viên cao học: Hoàng Minh Hòa

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Khóa học 2014-2016

Tên đề tài: : “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm và chi phí điện năng riêng khi phay mặt phẳng trên máy phay Jen Lian UH-1"

Nội dung nhận xét

1 Tinh thần, thái độ trong quá trình làm luận văn

Trong thời gian thực hiện luận văn, học viên Hoàng Minh Hòa đã lao động khoa học một cách tích cực, nghiêm túc và sáng tạo đã hoàn thành luận văn đúng yêu cầu như đề cương đã duyệt

Mặc dù thời gian nghiên cứu có hạn, nhưng để hoàn thành luận văn này học viên đã chủ động tích cực nghiên cứu tài liệu và đã thu được kết quả tốt

2 Về năng lực và trình độ chuyên môn

Học viện có năng lực độc lập nghiên cứu để giải quyết các vấn đề đặt

ra, có năng lực tổ chức thực hiện thí nghiệm, có trình độ chuyên môn về cơ khí chế tạo máy

3 Về quá trình thực hiện đề tài và kết quả của luận văn

- Học viên đã phân tích, tổng hợp các tài liệu, từ đó đã phân tích được lực tác dụng của dao lên phôi trong quá trình phay, đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt và chất lượng sản phẩm

- Học viên đã tiến hành thực nghiệm thiết lập được hàm tương quan ảnh hưởng của một số thông số của máy bao gồm: Vận tốc cắt lượng chạy dao

và chiều sâu cắt đến chi phí điện năng riêng và độ nhám bề mặt gia công

- Học viên đã giải bài toán tối ưu và đã tìm ra được một số thông số sử dụng hợp lý của máy phay Jen Lian UH-1 khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu.

4 Kết luận chung

Luận văn mà học viên Hoàng Minh Hòa thực hiện đảm bảo tính khoa học, chính xác và đáp ứng được với yêu cầu khoa học và thực tiễn sản xuất Những kết quả nghiên cứu đạt được có độ chính xác, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Trong điều kiện khó khăn học viên đã thực hiện được các nội dung với kết quả nêu trên là sự nỗ lực cố gắng lớn

Tuy còn một số hạn chế, song đánh giá chung, luận văn thạc sĩ của học viên Hoàng Minh Hòa là một công trình có chất lượng, có tính khoa học và thực tiễn, đáp ứng được yêu cầu của một luận văn thạc sĩ kỹ thuật, đề nghị học viên được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ

Hà Nội, ngày 15 tháng 4 năm 2016

Người hướng dẫn khoa học

PGS TS Dương Văn Tài

MỤC LỤC

Trang TRANG PHỤ BÌA

LỜI CAM ĐOAN i

lỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC v

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC HÌNH x

DANH MỤC BẢNG xii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 1

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 2

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về phay 3

1.1.1 Định nghĩa về phay 3

1.1.2 Các dạng dao phay chủ yếu 3

1.1.3 Đặc điểm gia công cắt gọt bằng dao phay 4

1.1.4 Các phương pháp phay 4

1.2 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới 5

1.3 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trong nước 11

1.4 Những vấn đề tồn tại cần nghiên cứu giải quyết 15

Chương 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 17

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 17

2.2 Phạm vi nghiên cứu 17

2.3 Nội dung nghiên cứu 17

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết: 17

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm: 17

2.4 Đối tượng nghiên cứu 17

2.4.1 Cấu tạo và thông số kỹ thuật của máy phay Jen Lian UH-1 17

2.4.2 Thông số kỹ thuật của máy phay Jen Lian UH-1 18

2.4.3 Dao phay 19

2.4.4 Đối tượng gia công 20

2.5 Phương pháp nghiên cứu 20

2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 20

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 20

2.5.3 Phương pháp giải bài toám tối ưu đa mục tiêu 20

Chương 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 24

3.1 Cơ sở lý thuyết lực tác dụng của phần tử cắt lên phôi 24

3.2 Cơ sở lý thuyết quá trình phay 25

3.2.1 Các yếu tố chế độ cắt 25

3.2.2 Thông số hình học lớp cắt khi phay 27

3.2.3 Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu 32

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt 34

3.3.1 Ảnh hưởng của bề rộng và chiều sâu cắt đến lực cắt P Z 34

3.3.2 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến lực cắt 35

3.3.4 Ảnh hưởng của vật liệu dao tới lực cắt 36

3.3.5 Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt 37

3.3.6 Ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt 38

3.4 Xác định chế độ phay 42

3.4.1 Xác định chiều sâu cắt t (mm) 42

3.4.2 Xác định lượng chạy dao S z (mm/răng) 42

3.4.3 Xác định tốc độ cắt khi phay 43

Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 44

4.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 44

4.1.1 Chọn phương pháp nghiên cứu 44

4.1.2 Chọn hàm mục tiêu nghiên cứu 44

4.1.3 Chọn tham số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu 46

4.2 Phương pháp xác định hàm mục tiêu 47

4.2.1 Phương pháp xác định chi phí điện năng riêng 47

4.2.2 Phương pháp xác định độ nhám bề mặt gia công 48

4.3 Thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo 48

4.3.1 Thiết bị thí nghiệm 48

4.3.2 Dụng cụ đo 49

4.4 Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm 50

4.4.1 Kiểm tra số liệu thí nghiệm và xác định số lần lặp lại tối thiểu 50

4.4.2 Xác định mô hình toán học 51

4.4.3 Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai 51

4.4.4 Kiểm tra giá trị có nghĩa của hệ số hồi qui 52

4.4.5 Kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi qui 52

4.4.6 Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình hồi qui 53

4.4.7 Chuyển phương trình hồi qui về dạng thực 53

4.5 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố 54

4.5.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí điện năng riêng 54

4.5.2 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt 55

4.5.3 Ảnh hưởng của lượng chạy dao (S) đến chi phí điện năng riêng 56

4.5.4 Ảnh hưởng của lượng chạy dao (S) đến độ nhám bề mặt 57

4.5.5 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt (t) đến chi phí điện năng riêng 58

4.5.6 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt( t) đến độ nhám bề mặt 59

4.6 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố 60

4.6.1 Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của thông số đầu vào 61

4.6.2 Xây dựng ma trận thực nghiệm 61

4.6.3 Kết quả thí nghiệm đa yếu tố 62

4.7 Xác định giá trị tối ưu của tham số ảnh hưởng 65

4.7.1 Lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu 65

4.7.2 Xác định giá thông số sử dụng hợp lý của máy phay Jen Lian UH-1 65

4.7.3 Thực nghiệm tiện theo chế độ tối ưu 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

1 Kết luận 68

2 Kiến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

T Thời gian làm việc để thực hiện được khối lượng công việc

M

giây

M Khối lượng công việc thực hiện trong thời gian T m3

m Hiệu suất của máy

Kt Hệ số quá tải cho phép

Cp Hệ số phụ thuộc tính chất của vật liệu gia công

Cv Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công

Ra Sai lệch trung bình số học của profin (độ nhám bề mặt gia công) m

Rz Chiều cao nhấp nhô trung bình của profin

xmax, min Trị số thu nhập lớn nhất, bé nhất của đại lượng nghiên cứu

St Sai tiêu chuẩn

% Sai số tương đối

Ῡ Giá trị trung bình của đại lượng nghiện cứu

Gtt Tính đồng nhất theo tiêu chuẩn Kohren

S2max Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm

F Giá trị tính toán theo tiêu chuẩn Fisher

DANH MỤC HÌNH

3.2 Thông số lớp cắt khi phay (phay bằng dao trụ) 27

3.6 Chiều dày cắt a, chiều rộng cắt b khi phay mặt đầu 30 3.7 Các thành phần lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu 32

3.9

Lực cắt PZ phụ thuộc vào tốc độ cắt v và góc trước γ khi gia

công thép 40X với chiếu dày cắt a = 0,2 mm và bề rộng cắt

b = 4mm

37

3.10 Lực cắt PZ phụ thuộc vào v khi gia công gang 38 3.11 Chiều dài đoạn tiếp xúc của dao và chi tiết theo mặt sau 39 3.12 Ảnh hưởng của góc nghiêng λ đến các lực cắt PZ, PY, PX 40

4.8 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí điện năng riêng 59 4.9 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt gia công 60

DANH MỤC BẢNG

4.2 Bảng ma trận thí nghiệm Boks - Benken 3 thông số dầu vào 62 4.3 Kết quả thí nghiệm phay theo chế độ tối ưu 66

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Theo báo cáo thống kê của bộ Công Thương tăng trưởng của ngành công nghiệp tăng 9-10%, trong đó ngành chế tạo máy tăng 8-9%, tổng giá trị của ngành chế tạo máy thực hiện măn 2014 ước đạt 30 tỷ USD, đã tạo ra hàng triệu việc làm cho xã hội, đóng góp quan trọng vào phát triển kinh tế xã hội của đất nước

Thực hiện nghị quyết đại hội lần thứ 11 của Đảng, phấn đấu đến năm 2020 đưa nước ta trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại Để thực hiện được nhiệm vụ này Chính phủ đã có nhiều chính sách khuyến kích các doanh nghiệp đầu

tư xây dựng các nhà máy chế tạo, đầu tư phát triển công nghiệp phụ trợ để Việt Nam

có thể chế tạo ra các sản phẩm cơ khí có chất lượng cao đáp ứng nhu cầu trong nước

và xuất khẩu

Hiện nay ở Việt Nam rất nhiều doanh nghiệp đầu tư các máy công cụ như máy phay, máy tiện, máy dập, máy cắt, máy mài để phục vụ cho công nghệ chế tạo máy Các máy trên chủ yếu được sản xuất ở nước ngoài và nhập khẩu vào Việt Nam

để thực hiện một số nguyên công trong chế tạo máy

Các máy công cụ phục vụ cho chế tạo máy hiện nay chủ yếu là máy đa năng với nhiều công dụng, có thể gia công được nhiều loại vật liệu khác nhau, song mỗi loại vật liệu, mỗi một loại công dụng đều có chế độ sử dụng khác nhau

Ở Việt Nam việc nghiên cứu chế độ sử dụng hợp lý cho từng đối tượng vật liệu khi gia công và cho từng loại nguyên công chưa được quan tâm, chưa có nhiều công trình, tài liệu được công bố để khuyến cáo các đơn vị sử dụng các máy công cụ thực hiện nhằm mang lại năng suất chất lượng và giảm chi phí tiêu thụ điện năng góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất chế tạo máy

Máy phay Jen Lian UH1 được sử dụng khá phổ biến hiện nay ở các dây chuyền chế tạo máy, công dụng chủ yếu là phay mặt phẳng, phay rãnh then, khoan, doa , mỗi một nguyên công khác nhau, mỗi một loại vật liệu khác nhau đều có chế

độ phay khác nhau Việc xác định chế độ phay sao cho năng suất cao, chất lượng

đáp ứng yêu cầu và chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất là rất cần thiết và có ít công trình nghiên cứu được công bố

Với những lý do đã được trình bầy ở trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm và chi phí điện năng riêng khi phay mặt phẳng trên máy phay Jen Lian UH-1"

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của luận văn đã xác định được qui luật ảnh hưởng của vận tốc cắt, chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến chất lượng sản phẩm và chi phí điện năng riêng, từ qui luật ảnh hưởng này là cơ sở khoa học cho việc xác định chế độ sử dụng hợp lý của máy khi phay mặt phẳng trên máy phay Jen Lian UH-1

- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận văn đã xác định được thông

số sử dụng hợp lý của máy để nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí điện năng, kết quả nghiên cứu này là tài liệu cho các đơn vị sử dụng máy phay Jen Lian UH-1 mang lại hiệu quả kinh tế cao

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về phay

1.1.1 Định nghĩa về phay

Phay là phương pháp gia công cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lưỡi được dùng phổ biến trong gia công cắt gọt kim loại Quá trình cắt do phay là không liên tục do dao phay thông thường có nhiều lưỡi nên quá trình cắt được tiến hành lần lượt theo, từng lưỡi gây nên các va đập trong quá trình gia công Độ chính xác đạt được bằng các phương pháp phay không cao hơn cấp 4 ÷ 3 và chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt

a = 3,2 ÷ 0,2 (µm) Khi gia công mặt phằng, phay là phương pháp gia công có năng suất cao nhất Phay có khả năng thay thế hoàn toàn phương pháp bào trong sản xuất hàng loạt

1.1.2 Các dạng dao phay chủ yếu

Bằng phương pháp phay, người ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình phức tạp, rãnh then, trục then hoa, bánh răng, cắt ren…Có rất nhiều các kiểu dao phay khác nhau ( Hình 1.1 )

- Dao phay trụ răng xoắn ( Hình 1.1 a)

- Dao phay mặt đầu (Hình 1.1b)

- Dao phay ngón (Hình 1.1c) - Dao phay góc (hình 1.1g)

1.1.3 Đặc điểm gia công cắt gọt bằng dao phay

Do có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt nên năng suất cao hơn phương pháp tiện Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng khối lượng thân dao lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt Do vậy dao lâu mòn hơn và có thể gia công trong điều kiện cắt gọt khó khăn Diện tích cắt khi phay thay đổi, do vậy lực cắt thay đổi gây ra rung động trong quá trình cắt Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn gây ra va đập

và rung động, nên khả năng tồn tại lẹo dao ít Tuy nhiên hiện tượng va đập trong quá trình cắt cũng là nhân tố làm giảm độ chính xác và chất lượng bề mặt chi tiết gia công Ngoài các hình thức mòn dao tương tự như ở nguyên công tiện, khi phay xuất hiện hiện tượng vỡ dao do va đập

1.1.4 Các phương pháp phay

a Phay thuận

- Định nghĩa: Phay thuận là phương pháp trong đó véc tơ tốc độ cắt V của dao

ở điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công cùng chiều với chiều chuyển động của bàn máy mang chi tiết gia công

- Ưu điểm: Chiều dài cắt thay đổi từ am ax đến amin, do đó ở thời điểm lưỡi cắt tiếp xúc gia công không xẩy ra hiện tượng trượt, vì vậy dao đỡ mò n và tuổi bền của dao có thể được nâng cao Khi gia công, thành phần lực cắt P n có chiều cùng với chiều của lực kẹp chi tiết gia công nên tăng độ cứng vững của hệ thống công nghệ,

do đó giảm rung động khi phay

- Nhược điểm: Tại thời điểm đầu tiên khi dao chạm vào chi tiết gia công thì chiều dày cắt a = amin nên xảy ra va đập đột ngột, răng dao dễ bị mẻ và rung động tăng lên Thành phần lực cắt ngang P n đẩy chi tiết theo chiều chuyển động chạy dao S nên sự tiếp xúc giữa bề mặt ren của vít me truyền lực và đai ốc có thể không liên tục Điều này làm cho bàn máy chuyển động bị giật cục do đó sinh ra rong động

Nếu ta cắt với chiều dày cắt a thật mỏng thì lực và đập và thành phần lực P n nhỏ, do đó ảnh hưởng rung động không đáng kể lắm Mặt khác, vì không có hiện tượng trượt giữ lưỡi cắt và bề mặt chi tiết, do đó tăng độ bõng bề mặt chi tiết gia

công và tăng được tuổi thọ của dao Trong thực tế người ta sử dụng phương pháp này khi gia công tinh

b Phay nghịch

- Định nghĩa: Phay thuận là phương pháp trong đó véc tơ tốc độ cắt V của dao ở điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công ngược chiều với chiều chuyển động của bàn máy mang chi tiết gia công

- Ưu điểm: Thành phần lực Pn có tác dụng khử khe hở giữa vít me và đai ốc do

đó giảm được đáng kể sự rung động

- Nhược điểm: Tại thời điểm đầu tiên khi dao chạm vào chi tiết gia công thì chiều dày cắt a = 0 nên xảy ra sự trượt lưỡi cắt và bề mặt gia công do đó giảm độ

bóng bề mặt và tuổi thọ của dao

1.2 Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới

Máy phay là một trong những loại máy gia công kim loại được dùng phổ biến trong các nhà máy cơ khí Máy phay được chế tạo từ thế kỷ 16 cho đến nay hàng triệu máy phay với nhiều kiểu dáng khác nhau đã được chế tạo và đưa vào sản xuất

Các nước phát triển trên thế giới như nước Anh là một trong những nước công nghiệp đi tiên phong trong lĩnh vực chế tạo máy công cụ Ở Anh có khoảng hơn 100 hãng chế tạo máy công cụ với năng suất khoảng 30000 sản phẩm trong một năm gồm các loại máy sau: Máy tiện chiếm khoảng 27%, máy phay chiếm khoảng 16%, máy mài chiếm khoảng 10% máy CNC chiếm khoảng 20% Một số hãng có sản phẩm được xuất khẩu sang nhiều nước khác nhau trên thế giới như hãng Siemens sản xuất các loại máy phay với các mã hiệu: SF - 70, SF 500 CNC, SF 500 MICRO có kích thước bàn máy 310 x 100mm, công suất 400w, tốc độ quay của trục dao 180  2500v/phút Hãng Axminster đã sản xuất các loại máy phay với các

mã hiệu ZX 2M2, ZX 25M2, ZX 30M, SIEG X2, SIEG X3, SIEG SX2, SIEG SX4, Hãng DUGARD cho ra đời các loại máy phay với các mã hiệu: PC-460, EAGLE 210Y, EAGLE SMV 600, EAGLE 1000 có công suất 7,5kw, tốc độ quay 8000v/phút, hành trình bàn máy theo trục X 1020 mm, theo trục Y 510 mm, theo trục Z 510mm, theo trục Z 510 mm; hệ điều hành Siemen, [21], [26]

Hãng Mekhanit đã sản xuất nhiều kiểu máy phay với các mã hiệu khác nhau như: INNO 600; INNO 810; HANDYMAN 1000; HANDYMAN 1270; HANDYMAN 1500; HANDYMAN 2000; HANDYMAN 2500; HANDYMAN 3000; ACELER 1120; ACELER 1320; ACELER 1520; OPTIMAL 1100, OPTIMAL 1250, OPTIMAL 1500, OPTIMAL 1800, ACUMEN 660, ACUMEN

1100, ACUMEN 900 có các thông số kỹ thuật như kích thước bàn máy 1100 x 500 mm; hành trình bàn theo trục X 900mm, theo trục Y 520 mm, theo trục Z 590mm; tốc độ trục chính 8000 15000v/phút; công suất 11kw Hãng CKC Stanko sản xuất các loại máy phay vạn năng với các mã hiệu CD 10, 6T82G, 6T83G, 6T12,, 6T82S, 6T83S (hình 1.6) có các thông số kỹ thuật chính như kích thước bàn máy 1600 x 400mm, tốc độ trục chính 50  1600v/phút, công suất động cơ chính 11kw

Ở Nga, ngành chế tạo máy công cụ rất phát triển, nhiều hãng chế tạo máy nổi tiếng trên thế giới đã sản xuất nhiều loại máy phay khác nhau như hãng Treliabinskơ đã sản xuất các loại máy phay CNC với các mã hiệu như QV209, QV179, QV159,QV147, QV117, Q127 có các thông số kỹ thuật chính như kính thước bàn máy 1500 x 700mm; hành trình bàn theo trục X 1300mm, theo trục Y 900mm, theo trục Z 850mm; tốc độ trục chính 408000v/ phút; công suất 15kw

Công hòa liên bang Đức là một trong những những nước công nghiệp phát triển đi đầu trong xuất khẩu máy công cụ Nước Đức có khoảng 433 hãng sản xuất máy, trung bình xuất xưởng khoảng 206 nghìn sản phẩm trong 1 năm, bao gồm máy mài, máy doa chiếm 20,1%, máy tiện CNC chiếm 16,2%, máy phay chiếm 13,8%, máy tiện thường chiếm 12,35%

Hãng chế tạo máy Votkinsk đã sản xuất các loại máy phay với các mã hiệu khác nhau E 320, HL 3, HL4, LH108, LH 262, L322, L421, L422, L423, L526, M218 có các thông số kỹ thuật chính kích thước bàn máy 830 x 405mm, hành trình bàn máy trục X 600mm, theo trục Y 410mm, theo trục Z 610mm; tốc độ trục dao

8000  1000v/phút, công suất 7,5kw; hệ điều hành Siemen

Từ đầu của thế kỷ XIX, sản xuất công nghiệp ở Đức phát triển, nhu cầu máy móc để cơ giới hóa các quá trình sản xuất rất lớn, đòi hỏi ngành chế tạo máy phải có

các loại máy có công cụ năng suất cao, chất lượng tốt Cho tới nay, ở Đức vẫn tiếp tục nghiên cứu sản xuất máy công cụ có chất lượng cao như hãng OPTIMUM đã cho ra đời các loại máy phay có mã hiệu OPTI F10 TC, OPTI 100, OPTI BF 30, OPTI BF46, OPTI BF20, có các thông số kỹ thuật chính như hành trình bàn máy theo trục X 175mm, theo trục Y280mm, theo trục Z 120mm, công suất động cơ 850W; tốc độ trục chính 30  3000v/phút, [23]; [24]

Hãng Traub sản xuất các loại máy phay CNC như SNC 86, F 400, FZ12W, TVC350, TVC200, TVC200P có công suất 9,7KW, tốc độ trục chính 8000v/phút, hành trình bàn theo trục X400mm, theo trục Y300mm, theo trục Z400mm, hệ điều hành Fanuc

Hãng Gildemeister đã sản xuất các loại máy phay CNC có độ chính xác cao như HSC20, HSC55, HSC75, HSC105, DMCH340, DHCH600V, DMF180, DMF280, DMF380, DMF500, DMU40, DMU60, DMU80, DMU100, DMU65, DMU85, DMU105, DMU125, DMU210P có các thông số kỹ thuật chính theo hành trình bàn máy theo trục X 1800mm, theo trục Y 2100mm, theo trục Z 1250mm, công suất động cơ 44KW; tốc độ trục chính 10000v/phút

Hãng Mitsubishi Ở Nhật Bản đã sản xuất các loại máy phay có mã hiệu 100C, MH-50E, MH-60E, MH-80D, MH-80E, MV-5B, V-65, MVR35, MVR40, có các thông số kỹ thuật chính theo hành trình bàn máy theo trục X 6200mm, theo trục

MJ-Y 3000mm, theo trục Z 701mm, công suất động cơ 29KW; tốc độ trục chính 6000v/phút Hãng Takisawa sản xuất các loại máy phay có mã hiệu MAC-V1E, MAC-V2E, MAC-V10 MAC-14, MAC-V0 có các thông số kỹ thuật chính theo hành trình bàn máy theo trục X 909mm, theo trục Y 500mm, theo trục Z 5001mm, công suất động cơ 7,5KW, tốc độ trục chính 7000v/phút, hệ điều hành Fanuc

Tình hình sản xuất và sử dụng máy phay kim loại ở một số nước trên cho thấy: Gia công các chi tiết máy bằng phương pháp phay là phương pháp gia công thông dụng cho nên đã có nhiều loại máy phay khác nhau được chế tạo và đưa vào sản xuất, đáp ứng nhu cầu của ngành chế tạo máy ở các nước khác nhau trên thế giới Cùng với việc chế tạp máy phay thì nghiên cứu hoàn thiện, nâng cao chất

lượng máy và quá trình sử dụng máy đã được quan tâm nhiều trong công trình nghiên cứu ở Nga và những nước có nền công nghiệp phát triển

Phay là phương pháp gia công cắt gọt trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo a chuyển động cắt Chuyển động tiến dao thông thường do máy, cũng có khi do cả máy và dao cùng thực hiện theo các hướng khác nhau Quá trình phay kim loại là quá trình gia công bằng cơ học một trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông dụng nhất của ngành chế tạo máy đã thu hút sự chú ý của nhiều học giả vì vậy nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại ra đời 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 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 cac công cụ gia cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công

Năm 1780, Giáo sư trường Đại học Mỏ địa chất Petecbua I.A Time công bố công trình: Sức bền của kim loại và của gỗ khi cắt gọt Trong đó, quá trình biến dạng của kim loại khi hình thành phoi lần đầu tiên được nghiên cứu vì vậy công trình này được coi là điểm bắt đầu của lý thuyết cắt gọt kim loại và tác giả của nó là người sáng lập ra lý thuyết cắt gọt, [27], [28]

Năm 1893, Giáo sư trường Đại học Công nghệ Kharcốp K.A.Z vôzưkin đã xuất bản cuốn sách "Công và lực cần thiết để tách phoi kim loại" Trong cuốn sách tác giả đã đưa ra phương pháp nghiên cứu để xác định lực tác dụng lên dao cắt, lực

ma sát ở mặt trước và mặt sau của lưỡi cắt và bằng lý thuyết ông đã chứng minh rằng áp lực tác dụng lên mặt trước của lưỡi cắt tạo ra lực ma sát giữa các phoi khi cắt và cản trở chúng chuyển động Ngoài ra một phần đáng kể trong cuốn sách dành cho việc nghiên cứu sự phụ thuộc của lực cắt vào chiều dày của phoi, [29]

Nhiều công trình đi sâu giải quyết các vấn đề chuyên môn sâu trong lý thuyết cắt gọt như quá trình biến dạng bề mặt kim loại khi cắt, hiện tượng nhiệt và mòn dụng cụ Một số công trình chủ yếu được công bố trong thời gian này như: V A Krioukhôvưi "Sự biến dạng của các lớp mặt kim loại trong quá trình cắt gọt.; I.M

Bexprôzvanưi "Cơ sở vật lý của lý thuyết cắt gọt kim loại"; C.F Glebovưi "Cơ chế biến dạng dẻo khi cắt gọt kim loại" C.F.Glebovưi "Cơ chế biến dạng dẻo khi cắt gọt kim loại" A.I.Ixaevưi "Quá trình hình thành lớp mặt khi gia công kim loại" A.M Đanhielian "Mòn dụng cụ và hiện tượng nhiệt khi cắt gọt kim loại

Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loại ngày càng được hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về lực phát sinh trong quá trình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn về cơ

sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt

Nghiên cứu quá trình cắt gọt kim loại theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M.P.Semko, E.M.Trent, G.I Granôvxki (Nga); V Grazda (Tiệp Khắc cũ); P.Kôrecky (Pháp); Shinozuka (Nhật Bản); Bhattachaya (Ấn Độ) với những kết luận quan trọng về các

sơ đồ cắt động lực học, quá trình hình thành phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt

Trong quá trình gia công kim loại, chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu hao năng lượng và năng suất của máy gia công vì vậy nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu

Trong công trình nghiên cứu, tác giả Poliakova E V đã nghiên cứu khả 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 cắt gọt khi phay chi tiết ở các chế độ cắt khác nhau Xây dựng mô hình toán học xác định độ nhám bề mặt chi tiết phụ thuộc vào chế độ cắt Xác định được chế độ cắt tối ưu bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm phi tuyến Với hàm mục tiêu là giá thành sản phẩm [25]

Trong công trình của tác giải Ruđina I A đã nghiên cứu nâng cao hiệu quả gia công bề mặt 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 cắt hợp lý khi phay ở tốc độ cao nhằm mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm

Trong một vài năm gần đây, việc sử dụng các chi tiết máy làm bằng vật liệu khó gia công từ hợp chất những chất không gỉ, chịu được axit, chịu nhiệt, 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 chất của 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 titan gặp một số khó khăn do tính chất cơ lý của nó gây nên như làm mòn dụng cụ, giảm năng suất và chất lượng bề mặt gia công Tác giả, đã nghiên cứu nâng cao năng suất phay các chi tiết làm bằng hợp kim của titan nhờ áp dụng phương pháp cắt tốc độ cao Trong công trình tác giả Kirukhin D.E đã xây dựng được mô hình toán 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 Từ những kết quả nghiên cứu thu được tác giả đã khuyến cáo áp dụng phương pháp phay độ cao tốc để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm khi gia công các chi tiết làm từ hợp kim titan trên các máy phay có độ cứng vững cao

Nghiên cứu nâng cao chất lượng sản phẩm trong quá trình phay các vật liệu khác nhau là vấn đề mang tính thời sự cũng được quan tâm nghiên cứu

Trong công trình, tác giả Gilaev.E.V xây dựng được lý thuyết mới miêu tả quá trình phay thực hiện chuyển động quay và chuyển động dọc trục quay Trên cơ

sở phân tích quan hệ giữa răng cắt và vật liệu trong quá trình gia công đã xây dựng được phương pháp xác định lực cắt khi phay có tính đến dao động dọc trục và độ tù của cạnh cắt Xác định được chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị mới để gia công gót giầy đảm bảo được phay đi lượng dư vật liệu và đạt được độ bóng theo yêu cầu

Trong công trình tác giả Kovalevski A.V đã nghiên cứu nâng cao năng suất,

độ chính xác khi gia công mặt chi tiết định hình làm từ hợp kim chịu nhiệt niken bằng phương pháp phay Tác giả đã xây dựng được phương pháp xác định các thông số công nghệ cho phép nâng cao độ chính xác gia công, giảm độ nhám bề mặt chi tiết, nâng cao năng suất và độ cứng vững của dao cắt 2  2,5 lần khi phay chi tiết làm bằng hợp kim chịu nhiệt niken

Trong công trình tác giả Haxan - Al- Đabac đã nghiên cứu nâng cao chất lượng gia công nhờ chế tạo và sử dụng đầu măng danh khoan phay Bằng lý thuyết

đã khảo sát đặc tính đầu măng danh khoan phay và đề xuất cấu tạo của đầu măng

danh với mục tiêu nâng cao độ chính xác và chất lượng gia công Tiến hành nghiên cứu trạng thái biến dạng và ảnh hưởng của tốc độ quay đến lực kẹp của đầu măng danh Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Khi phay với tốc độ từ 6000 đến 12000 vòng/phút lực ly tâm không ảnh hưởng đến lực kẹp Khi sử dụng đầu măng danh khoan phay độ nhám bề mặt chi tiết

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

Gia công kim loại bằng phương pháp phay là phương pháp gia công phổ biến trong chế tạo máy cho nên ở những nước có nền công nghiệp phát triển đã chế tạo

ra nhiều máy phay khác nhau để đáp ứng cho nhu cầu của sản xuất trong mỗi nước đồng thời xuất khẩu sang nhiều nước khác nhau trên thế giới

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghiệp luyện kim, ngành chế tạo máy ở nhiều nước phát triển vượt bậc, đã cho ra đời thế hệ máy công

cụ mới có độ chính xác cao, cải thiện tối đa điều kiện làm việc của công nhân

Trong nhiều năm qua, nghiên cứu hoàn thiện và sử dụng hợp lý các máy công cụ nói chúng và máy phay nói riêng luôn được sự quan tâm nghiên cứu ở các nước phát triển một cách bài bản và có hệ thống Những thành tựu nghiên cứu của các nước phát triển cả trong lý thuyết cũng như trong thực tiễn đã đóng góp rất lớn vào kho tri thức của nhân loại nói chung và là động lực thúc đẩy cho ngành chế tạo máy phát triển rực rỡ, đáp ứng được các yêu cầu nghiên cứu này cũng là bài học kinh nghiệm để cho những nhà nghiên cứu ở các nước đang phát triển như chúng ta tham khảo và học hỏi nhằm tìm ra hướng đi và phương pháp nghiên cứu đúng đắn

Ở nước ta, ngành chế tạo máy được coi là ngành công nghiệp then chốt và đã được quan tâm đầu tư Chúng ta đã thu được những thành tựu ban đầu trong nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy công cụ Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân khác nhau ngành chế tạo máy chưa đáp ứng được nhu cầu đặt ra của sản xuất phần lớn máy công cụ trong các xí nghiệp đều được nhập khẩu từ các nước trên thế giới cho nên việc nghiên cứu để sử dụng hợp lý các thiết bị nhập nội trong điều kiện sản xuất của

nước ta là cần thiết

Ở Việt Nam, ngay từ thập kỷ 80, ngành cơ khí chế tạo đã được nhà nước đầu

tư xây dựng một số nhà máy cơ khí có quy mô tương đối lớn như: Nhà máy Công

cụ số 1, Cơ khí Hà Nội, Cơ khí Cổ Loa, có nhiều trung tâm đào tạo nghiên cứu ra đời Theo số liệu thống kê, số lượng cơ sở cơ khí trong cả nước có khoảng 40.000 đơn vị thu hút số lượng công nhân trực tiếp tham gia sản xuất khoảng 400.000 người, chiếm khoảng 15% lao động công nghiệp của cả nước Góp phần đáng kể vào việc đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Máy phay là một trong những thiết bị chủ đạo của ngành chế tạo máy do đó

đã được tập trung nghiên cứu, thiết kế chế tạo ngay từ thập kỷ 80 của thế kỷ XX Một số máy phay vạn năng đã được chế tạo như P623, P613 Tuy nhiên, do có 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 đáp ứng nhu cầu của sản xuất, ngay

từ thập kỷ 70 chúng ta đã nhập khẩu nhiều máy phay khác nhau từ các nước xã hội chủ nghĩa trước đây dưới dạng viên trợ không hoàn lại

Hiện nay, để đáp ứng yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm cơ khí chúng ta phải nhập khẩu nhiều máy công cụ hiện đại mới mức tự động hóa cao từ nhiều nước khác nhau Các loại máy phay thông dụng được nhập từ Đài Loan, Hàn Quốc, các loại máy phay CNC và công nghệ CAD - CAM - CNC chủ yếu được nhập từ Cộng hòa Liên Bang Đức, Nhật Bản Máy phay của một số hãng đã được người tiêu dùng Việt Nam tin dùng như: Hãng Full Mark, Shanxi, Yuan hang (Đài Loan); hãng Nam sun, Samsung (Hàn Quốc); hãng Enshu, Moriseki (Nhật Bản); hãng Hermle, Apple Gmh (Cộng hòa Liên Bang Đức)

Năm 2004, lần đầu tiên ở Việt Nam, Công ty Cơ điện tử Bách Khoa đã chế tạo thành công máy CNC với mã hiệu VMC65 có các thông số kỹ thuật chính: Hành trình bàn theo trục X 650mm, theo trục Y 400mm, theo trục Z 480mm; tốc độ trục chính 10.000v/phút công suất động cơ 7,5kw; bộ điều khiển Mitsu M64

Công ty chế tạo máy Golsun đã chế tạo máy phay CNC với mã hiệu: GSVM

- 6540, GSVM - 6540A, GSVM - 8050 có các thông số kỹ thuật cơ bản như: Hành trình bàn theo trục X 800mm, theo trục Y 500mm, theo trục Z 550mm; tốc độ trục chính 8000v/phút công suất động cơ 7,5kw; bộ điều khiển Fanuc

Trong lĩnh vực nghiên cứu về máy công cụ chúng ta đã có một số thành tựu

về nghiên cứu cơ bản và ứng dụng

Những nghiên cứu về tác động tương hỗ giữa công cụ và đối tượng gia công

đã được thể hiện ở công trình của các tác giả: Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần

Sĩ Túy về "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, các phương pháp gia công mới

Nghiên cứu về máy phay và quá trình phay kim loại được tiến hành ở một số trung tâm nghiên cứu lớ như Viện Cơ Khí trường Đại học Bách Khoa, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Trường Đại học lâm nghiệp Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc xác định chế độ làm việc tối ưu cho máy phay ở các điều kiện làm việc khác nhau được thể hiện ở một số công trình

Trong công trình nghiên cứu tác giả Phạm Văn Khiêm [9], đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công và sai số gia công khi phay các chi tiết máy từ vật liệu thép C45 trên máy phay FA3AU Đã xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt (vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu phay) đến độ nhám bề mặt và độ chính xác kích thước gia công tạo chi tiết máy dạng thanh trên máy phay FA3AU Đã xác định được chế độ cắt hợp lý khi phay chi tiết máy trên máy phay FA3AU bảo đảm yêu cầu chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước gia công cao với sai số gia công 0,194mm, độ nhám bề mặt gia công: Ra = 1,415m

Trong công trình nghiên cứu, tác giả Đỗ Thị Làn [16] đã nghiên cứu nâng cao độ chính xác biến 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 các biện pháp công nghệ nhằm nâng cao độ chính xác biến dạng bề mặt trụ khi phay trên trung tâm gia công đứng VMC - 85S; Sử dụng công nghệ CAD/CAM, CNC trong thiết kế gia công cơ khí chính xác

Trong công trình nghiên cứu, tác giả Đặng Nguyệt Minh [19], đã nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt tối ưu khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu với gang cầu

có bôi trơn tối thiểu Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết cơ sở liên quan đến phay cũng

bằng dao phay mặt đầu với gang cầu có bôi trơn tối thiểu Trên cơ sở lý thuyết cơ sở đến 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 đầu như tác dụng của dung dịch bôi trơn tối thiểu đã xây dựng được mối quan hệ giữa độ mòn dao,

độ nhám bề mặt và tuổi thọ của dao với thời gian cắt khi thay đổi áp suất trong gia công có bôi trơn tối thiểu

Trong công trình, tác giả Ngô Đức Hạnh [13], đã nghiên cứu đặc tính rung động tự kích thích và ảnh hưởng của bước tiến dao đến sự tăng trưởng của nó trong quá trình cắt kim loại với sự trợ giúp của máy tính Tác giả đã xác định được đại lượng đặc trưng của rung động tự kích thích và nghiên cứu ảnh hưởng của bước tiến dao đến rung động tự kích thích Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần bổ sung cho lý luận về rung động trong kỹ thuật nói chung và lý luận về dao động trong quá trình cắt kim loại nói riêng, làm cơ sở cho việc nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế ảnh hưởng của rung động 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, tác giả Đỗ Như Hoàng [14], đã nghiên cứu ảnh hưởng của bôi trơn làm nguội tối thiểu tới mòn dao và độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng bằng 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 chế mòn dao khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu các bít dưới các điều kiện cắt khô và bôi trơn làm nguội tối thiểu; Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch làm nguội đến

độ nhám bề mặt chi tiết khi phay phẳng thép đã tôi bằng dao phay mặt đầu sử dụng công nghệ bôi trơn tối thiểu

Trong công trình nghiên cứu, tác giả Bùi Đức Hùng [15], đã nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt, góc nghiêng của bề mặt gia công đến tuổi bền của dao phay cầu phủ TiAlN khi gia công khuôn thép R12 MOV qua tôi Trong quá trình nghiên cứu, đã xây dựng được mối quan hệ giữa chế độ cắt ở toàn bộ biên dạng dao để gia công thép hợp kim C12MOV qua tôi đạt độ cứng 40 - 45HRC thông qua các chỉ tiêu nhám bề mặt, bằng mô hình toán học về mối quan hệ giữa tốc độ cắt, góc

nghiêng phôi 0, chiều sâu cắt t = 0,5mm, lượng chạy dao s= 0,2mm/răng và tuổi bề của dao phay TiAlN qua tôi đạt độ cứng 40 - 45HRC

Tác giả Hoàng Mạnh Cường trong công trình nghiên cứu " Ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt trên máy phay CNC" [4], đã xác định được phương trình tương quan giữa độ nhám bề mặt gia công Ra với vận tốc cắt (v), lượng chạy dao (S) và chiều sâu cắt (t) khi phay trên máy phay CNC

Tác giả Quyền Đình Biên trong công trình nghiên cứu: " Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhán khi phay rãnh bằng dao phay đĩa trên máy phay đa năng TUM20VS" [3], bằng nghiên cứu thực nghiệm tác giả đã thiết lập được phương trình tương quan gữa tốc độ cắt, chiều sâu cắt đến

độ nhám bề mặt gia công và chi phí năng lượng riêng, tuy nhiên đề tài chưa xác định được chế độ gia công tối ưu của máy

Tác giả Trương Văn Dũng trong công trình " Nghiên cứu một số thông số ảnh

hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ nhán khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu trên máy phay TUM20VS" [6], đã xác định được ảnh hưởng của tốc độ phay và chiều sâu cắt đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng sản phẩm, tuy nhiên đề tài chưa xác định được thông số tối ưu của máy

1.4 Những vấn đề tồn tại cần nghiên cứu giải quyết

Có nhiều công trình nghiên cứu về chế độ gia công trên các máy phay khác nhau, loại dao phay khác nhau cho các đối tượng vật liệu gia công khác nhau Đối với mỗi một loại máy phay khác nhau khi gia công cho một đối tượng khác nhau thì cần phải xác định được chế độ gia công hợp lý Việc xác định chế độ gia công hợp

lý góp phần nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và giảm chi phí điện năng, từ

đó góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng máy

Máy phay Jen Lian UH1 là máy phay vạn năng được nhập khẩu từ Đài Loan Đây là loại máy phay được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí và trong xí nghiệp sản xuất ở nước ta đặc biệt trong các doanh nghiệp quy mô vừa và nhỏ vì cấu tạo của nó không phức tạp, dễ sử dụng và sửa chữa, giá máy không cao

Để sử dụng hiệu quả thiết bị nhập nội này cần thiết phải có các công trình nghiên cứu cụ thể về ảnh hưởng của các yếu tố đến chi phí năng lượng, một chỉ tiêu quan trọng chiếm một phần không nhỏ trong giá thành gia công sản phẩm trên máy phay và độ nhám bề mặt chi tiết, chỉ tiêu quyết định chất lượng gia công

Từ những phân tích ở trên một lần nữa cho thấy vấn đề mà luận văn cần giải quyết là thời sự và cấp thiết

Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Xuất phát từ những lý do thực hiện đề tài đã nêu ở trên chúng tôi đặt mục tiêu nghiên cứu là:

Xác định được ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng sản phẩm và chi phí điện năng riêng khi phay mặt phẳng trên máy phay Jen Lian UH-1, trên cơ sở đó xác định được chế độ sử dụng hợp lý của máy

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Do thời gian nghiên cứu có hạn, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội dung sau: Thiết bị nghiên cứu là máy phay Jen Lian UH-1, vật liệu phay là thép chế tạo máy sau nguyên công Đúc C45, các thông số ảnh hưởng được lựa chọn để nghiên cứu là những thông số ảnh hưởng chính đến chất lượng sản phẩm và chi phí điện năng riêng

2.3 Nội dung nghiên cứu

Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên Để đạt được mục tiêu của đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những nội dung sau:

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết:

Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:

- Phân tích lực tác dụng của phôi cắt lên các phần tử dao cắt

- Phân tích lực cắt khi phay, các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt

- Phân tích các thông số ảnh hưởng đến quá trình phay, xác định chế độ phay hợp lý

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm:

Nghiên cứu thực nghiệm để xác định qui luật ảnh hưởng đồng thời của một

số thông số đến chất lượng sản phẩm và chi phí năng lượng riêng trong quá trình phay Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm giải bài toám tối ưu để xác định chế độ sử dụng hợp lý của máy phay Jen Lian UH-1

2.4 Đối tượng nghiên cứu

2.4.1 Cấu tạo và thông số kỹ thuật của máy phay Jen Lian UH-1

Máy phay Jen Lian UH-1 là loại máy phay vạn năng xuất xứ từ Đài Loan, hình ảnh máy phay Jen Lian UH-1 được thể hiện trên hình 2.1

Hình 2.1 Máy phay vạn năng Jen Lian UH-1

2.4.2 Thông số kỹ thuật của máy phay Jen Lian UH-1

7 Hành trình lên xuống của bàn 420mm

8 Dãy tốc độ chạy dao ( 6 cấp ) 17~203mm/phút

9 Tốc độ dịch chuyển nhanh dọc của bàn 1713 mm/phút

12 Động cơ dịch chuyển bàn dọc 1HP

Mỗi răng của dao phay mặt đầu thép gió có 3 lưỡi cắt (hình 2.2) Khi phay bằng mặt đầu thì 2 - 3 là lưỡi cắt chính, 3 - 4 là lưỡi cắt phụ còn 2-1 không làm việc Còn khi phay mặt phẳng thẳng đứng thì chỉ có lưỡi 1 - 2 tham gia cắt, lúc này dao phay mặt đầu làm việc giống như dao phay trụ đứng (dao phay ngón)

Hình 2.2 Dao phay mặt đầu

Đối với dao phay mặt đầu răng chắp mỗi răng như một con dao tiện lắp vào thân dao, nó chỉ có một lưỡi cắt chính và một lưỡi cắt phụ Ngoài ra để tăng sức bền lưỡi cắt người ta làm thêm một lưỡi nối tiếp có chiều dài f = (1  1,5)mm với nghiêng 0 = /2 hoặc thay bằng cung tròn bán kính r (hình 2.2b và c)

Các góc của dao được do trong các tiết diện chính, tiết diện vuông góc với trục và tiết diện chiều trụ

- Tiết diện pháp tuyến có  và n

- Tiết diện vuông góc với trụ 1 và 

- Tiết diện chiều trụ 2

- Góc nâng của lưỡi cắt 

2.4.4 Đối tượng gia công

Đối tượng gia công là thép C45, công nghệ phay là phay mặt phẳng

2.5 Phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Dựa vào lý thuyết "Nguyên lý và dụng cụ cắt" để phân tích lực tác dụng lên phần tử cắt, thiết lập công thức lực cắt khi phay, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt khi phay và xác định chế độ phay hợp lý Nội dung của phương pháp này được trình bày trong các tài liệu [8], [18], [20]

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp đo các đại lượng nghiên cứu trong luận văn được thực hiện theo phương pháp đo lường các đại lượng không điện bằng điện Nội dung của phương pháp cũng như việc xử lý các kết quả thực nghiệm được trình bày trong các tài liệu [10], [11], [12]

Việc tổ chức và tiến hành thí nghiệm xác định chi phí năng lượng riêng, được tiến hành theo phương pháp thống kê toán học và phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm, việc lập kế hoạch và tổ chức thực nghiệm cũng như xử lý các số liệu thí nghiệm được trình bày rõ trong các tài liệu [11], [12], [17] Do vậy, ở đây cũng chỉ trình bày việc áp dụng các kết luận đó vào các bài toán cụ thể Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu nêu trên sẽ được trình bày cụ thể ở các chương tiếp theo khi tiến hành nghiên cứu từng nội dung

2.5.3 Phương pháp giải bài toám tối ưu đa mục tiêu

Từ mục tiêu của đề tài đặt ra ta có bài toán tối ưu đa mục tiêu như sau:

Ra = f1(v;s;t) min

Nr= f2(v;s;t) min

(2.7)

vmin  v  vmax ; smin  s  smax ; tmin  t  tmax (2.8)

Với: v; s; t - tốc độ cắt, lượng ăn dao và chiều sâu cắt của máy phay, đây là thông số tối ưu cần tìm

Ra; Nr - Độ nhám bề mặt sản phẩm và chi phí điện năng riêng, dây là hàm mục tiêu cần đạt được Ta có bài toán tối ưu với 2 mục tiêu:

Phương pháp giải bài toán tối ưu đa mục tiêu này đã được tổng kết trong tài liệu thông tin khoa học kỹ thuật Lâm nghiệp số 6 năm 1997, [2] Ta cần phân tích nội dung và cách giải theo các phương pháp đã nêu để chọn phương pháp thích hợp cho bài toán đặt ra Bài toán tối ưu đa mục tiêu được chuyển về bài toán một mục tiêu qua một phiếm hàm mục tiêu F(xi) min nào đó, cùng với các ràng buộc và điều kiện biên (2.8) Có các phương pháp chuyển như sau:

a) Phương pháp thứ tự ưu tiên

Đây là phương pháp đầu tiên (theo lịch sử của bài toán) Nội dung là trong số các mục tiêu dạng (2.7) chỉ chọn lấy một chỉ tiêu quan trọng nhất, chủ yếu nhất (theo một quan điểm nào đó), ví dụ chọn chỉ tiêu độ nhám bề mặt, còn các chỉ tiêu khác được coi như những điều kiện giới hạn Bài toán dẫn đến việc tìm cực trị của một chỉ tiêu độ nhám bề mặt trong khi đảm bảo các giá trị giới hạn của các chỉ tiêu còn lại (bài toán tối ưu có điều kiện)

c) Phương pháp trao đổi giá trị phụ (Phương pháp nhân tử Lagrăngiơ)

Phương pháp trao đổi giá trị phụ do Haimes đề xướng vào năm 1955 và được

sử dụng để giải các bài toán tối ưu đa mục tiêu Theo Haimes bài toán tối ưu đa mục tiêu được đưa về bài toán một mục tiêu như sau:

 j  1 (2.10) Trong đó ji - Gọi là nhân tử Lagrăngiơ, có ý nghĩa như hàm trao đổi

- Xác định giá trị cực tiểu của từng hàm mục tiêu: Ramin; Nrmin

- Lập hàm tỷ lệ tối ưu: ;

max 1

Nr

Nr



 (2.11)

- Lập hàm tỷ lệ tối ưu tổng quát:  = 1+ 2 (2.12)

- Xác định giá trị v; s; t, để tối ưu hàm tổng quát đạt giá trị cực tiểu

- Thay các giá trị v; s; t vào các hàm tỷ lệ tối ưu 1; 2

- Nếu 1+ 2 = min thì giá trị v; s; t, là các giá trị cực trị cần tìm

- Thay v; s; t vào hàm Ra và Nr tìm được giá trị tối ưu của hàm mục tiêu

Nhận xét: Đối với bài toán xác định tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt

trên máy phay Jen Lian UH-1 để độ nhám bề mặt gia công và chi phí điện năng riêng là nhỏ nhất, thì chúng tôi lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu bằng phương pháp hàm tổng quát

Hình 3.1 Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do

Mặt trước của dao chịu tác dụng của lực R0, lực R0 là tổng hợp lực pháp tuyến

N và lực ma sát của phoi lên mặt trước F0, có nghĩa là, R0 =

trình cắt hoặc để giữ trạng thái cân bằng của dao thì từ ngoài phải có một lực tác dụng lên dao: R 

Phân tích lực R tác dụng lên dao ra hai thành phần:

 Thành phần lực PZ theo phương chuyển động chính hoặc theo phương dịch chuyển của dao và ta gọi PZ là lực tiếp tuyến

 Thành phần lực PY theo phương trùng với đường tâm dao và ta gọi PY là

lực hướng kính Khi chiếu các lực tác dụng lên phương của trục y và trục z ta được:

PZ = N cosγ + F0 sin γ + F0’ (3.1)

PY = -N sinγ + F0 cosγ + N’ (3.2) Lực pháp tuyến N có thể được xác định theo công thức gần đúng sau đây:

m- số mũ của K (phụ thuộc vào vật liệu gia công)

Ngoài hai thành phần lực P và PY còn có thêm thành phần lực PX (lực tác dụng theo phương dọc trục chi tiết)

Tương quan của các thành phần lực này trong điều kiện gia công bình thường

có thể được tính như sau:

D - đường kính dao (mm)

n - Số vòng quay của chuyển động quay n (v/phút)

3.2.1.2 Lượng chạy dao S

Độ lớn của tốc độ chạy dao Sp (mm/p) Chuyển động chạy dao Mf khi phay được bàn máy mang chi tiết thực hiện Khi cắt lượng chạy dao được chọn là lượng chạy dao răng Sz 

Sp = Sz Z.n mm ph  (3.7)

Tốc độ chạy dao:

1000

p f

Tốc độ cắt: v c v cv r (m/ph)

2 2

r e