Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc

Luận văn thạc sĩ phân tích ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt đến chi phí điện năng riêng và chất lượng gia công trong sản xuất cơ khí.

• Tác giả: Phạm Thị Lan
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Văn Thái
• Trường học: Đại học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ cắt đến chi phí điện năng riêng và chất lượng bề mặt gia công tiện lỗ mặt trụ trong trên máy tiện CNC YT -10T
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Đồng Nai

Tóm tắt

I. Hướng dẫn tổng quan luận văn về chế độ cắt và điện năng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ khí là một công trình nghiên cứu chuyên sâu, đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ khí chế tạo máy. Đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ cắt đến chi phí điện năng riêng và chất lượng” của tác giả Phạm Thị Lan (2016) là một ví dụ điển hình, giải quyết bài toán cấp thiết trong gia công cơ khí chính xác. Mục tiêu chính của nghiên cứu này là tìm ra mối quan hệ giữa các thông số công nghệ cắt và hai chỉ tiêu quan trọng: hiệu quả kinh tế (thông qua chi phí điện năng riêng) và chất lượng sản phẩm (thông qua chất lượng bề mặt gia công). Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, việc tối ưu hóa chế độ cắt không chỉ giúp nâng cao năng suất, giảm giá thành mà còn hướng tới gia công bền vững, giảm thiểu tác động đến môi trường. Nghiên cứu được thực hiện trên máy tiện CNC YT–10T, một thiết bị phổ biến trong đào tạo và sản xuất tại Việt Nam, làm tăng tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của kết quả. Bằng cách kết hợp lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm, luận văn đã xây dựng được các mô hình toán học, cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho việc lựa chọn chế độ cắt hợp lý, thay vì chỉ dựa vào kinh nghiệm thực tế. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi công nghệ CNC ngày càng phát triển, đòi hỏi sự chính xác và hiệu quả cao hơn trong mọi quy trình sản xuất. Nội dung của luận văn không chỉ là tài liệu tham khảo giá trị cho sinh viên, kỹ sư ngành luận văn cơ khí chế tạo máy mà còn là cẩm nang hữu ích cho các doanh nghiệp muốn cải tiến quy trình, nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.

1.1. Tầm quan trọng của việc tối ưu hóa chế độ cắt trong CNC

Trong ngành gia công cơ khí chính xác, việc tối ưu hóa chế độ cắt là yếu tố then chốt quyết định đến hiệu quả sản xuất. Chế độ cắt, bao gồm các thông số chính như tốc độ cắt (v), lượng chạy dao (s), và chiều sâu cắt (t), ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình. Một chế độ cắt không hợp lý có thể dẫn đến nhiều hệ quả tiêu cực: mòn dao cụ nhanh chóng, tăng lực cắt và nhiệt cắt gây biến dạng chi tiết, làm giảm độ chính xác kích thước và tạo ra độ nhám bề mặt kém. Hơn nữa, nó còn gây lãng phí năng lượng, làm tăng chi phí vận hành. Ngược lại, việc xác định được chế độ cắt tối ưu cho phép khai thác tối đa khả năng của máy móc, kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt, đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định và quan trọng nhất là giảm thiểu năng lượng tiêu thụ riêng, góp phần vào mục tiêu gia công bền vững.

1.2. Giới thiệu đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí của Phạm Thị Lan

Luận văn của tác giả Phạm Thị Lan tập trung vào việc nghiên cứu thực nghiệm quá trình tiện lỗ mặt trụ trong trên vật liệu thép C45 bằng máy tiện CNC YT–10T. Đây là một đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí mang tính ứng dụng cao, giải quyết vấn đề thực tiễn tại các xưởng sản xuất và cơ sở đào tạo. Mục tiêu của đề tài là "xác định qui luật ảnh hưởng của một số thông số chủ yếu thuộc chế độ cắt đến chi phí điện năng riêng và chất lượng bề mặt" (Phạm Thị Lan, 2016). Từ đó, nghiên cứu hướng đến việc xây dựng mô hình toán học và tìm ra bộ thông số công nghệ tối ưu. Kết quả của công trình này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả khai thác thiết bị cụ thể mà còn cung cấp một phương pháp luận khoa học cho các bài toán tối ưu hóa tương tự trong lĩnh vực gia công cắt gọt.

II. Thách thức cân bằng chi phí điện năng và chất lượng gia công

Một trong những thách thức lớn nhất trong ngành cơ khí chế tạo là tìm ra điểm cân bằng lý tưởng giữa chi phí sản xuất và chất lượng sản phẩm. Hai yếu tố này thường có mối quan hệ nghịch đảo: việc cải thiện chất lượng thường đi kèm với việc tăng chi phí và ngược lại. Luận văn đã tập trung phân tích sâu vào hai chỉ tiêu đại diện cho hai khía cạnh này: chi phí điện năng riêng (Nr) và độ nhám bề mặt (Ra). Chi phí điện năng riêng phản ánh trực tiếp hiệu suất năng lượng trong gia công, một yếu tố ngày càng được quan tâm trong bối cảnh giá năng lượng tăng cao và các yêu cầu về sản xuất xanh. Trong khi đó, độ nhám bề mặt là một trong những thông số kỹ thuật quan trọng nhất quyết định khả năng làm việc, độ bền mỏi và tính thẩm mỹ của chi tiết máy. Việc lựa chọn các thông số công nghệ cắt không phù hợp sẽ dẫn đến sự mất cân bằng. Ví dụ, tăng tốc độ cắt có thể giảm thời gian gia công, nhưng lại làm tăng nhiệt cắt và mòn dao cụ, ảnh hưởng xấu đến bề mặt sản phẩm và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn. Do đó, việc hiểu rõ quy luật tác động của từng yếu tố thuộc chế độ cắt lên cả hai chỉ tiêu này là vô cùng cần thiết để đưa ra quyết định tối ưu, đáp ứng đồng thời cả yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả kinh tế.

2.1. Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng tiêu thụ riêng

Năng lượng tiêu thụ riêng (Nr), đơn vị Wh/m², là chỉ số đo lường lượng điện năng cần thiết để gia công một đơn vị diện tích bề mặt. Chỉ số này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó các thông số của chế độ cắt đóng vai trò chủ đạo. Chiều sâu cắt (t) và lượng chạy dao (s) thường có ảnh hưởng lớn nhất. Tăng các thông số này giúp bóc đi một lượng vật liệu lớn hơn trong cùng một đơn vị thời gian, làm giảm Nr. Tuy nhiên, điều này cũng làm tăng lực cắt, đòi hỏi công suất máy lớn hơn. Tốc độ cắt (v) cũng có ảnh hưởng phức tạp; ở một chừng mực nào đó, tăng tốc độ cắt có thể cải thiện hiệu suất nhưng nếu quá cao sẽ gây ra rung động và tiêu hao năng lượng vô ích. Việc phân tích các yếu tố này giúp xác định vùng làm việc hiệu quả nhất về mặt năng lượng.

2.2. Các nhân tố tác động trực tiếp đến độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt (Ra) là chỉ tiêu hàng đầu để đánh giá chất lượng bề mặt gia công. Về mặt lý thuyết, lượng chạy dao (s) là yếu tố có ảnh hưởng quyết định nhất đến độ nhám. Lượng chạy dao càng nhỏ, bề mặt càng mịn. Tuy nhiên, thực tế quá trình phức tạp hơn nhiều. Tốc độ cắt (v) cũng đóng vai trò quan trọng; khi tốc độ cắt tăng đến một giá trị tối ưu, hiện tượng lẹo dao giảm, giúp cải thiện độ bóng bề mặt. Các yếu tố khác như bán kính mũi dao, góc độ hình học của dao, rung động của hệ thống công nghệ (máy - dao - đồ gá - chi tiết), và vật liệu gia công đều có tác động. Luận văn đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để lượng hóa các ảnh hưởng này, tạo cơ sở cho việc kiểm soát và cải thiện chất lượng bề mặt một cách có hệ thống.

III. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm tối ưu hóa chế độ cắt

Để giải quyết bài toán đa mục tiêu phức tạp, luận văn đã áp dụng một phương pháp luận khoa học chặt chẽ, kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Nền tảng của nghiên cứu là phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm, một công cụ mạnh mẽ để khảo sát ảnh hưởng của nhiều yếu tố đầu vào đến các chỉ tiêu đầu ra. Thay vì kiểm tra ngẫu nhiên, phương pháp này cho phép thiết kế các thí nghiệm một cách có hệ thống, giúp giảm thiểu số lượng thí nghiệm cần thực hiện mà vẫn đảm bảo độ tin cậy của kết quả. Cụ thể, nghiên cứu đã tiến hành hai giai đoạn: thực nghiệm đơn yếu tố và thực nghiệm đa yếu tố. Giai đoạn đầu giúp xác định sơ bộ quy luật ảnh hưởng và khoảng biến thiên hợp lý của từng thông số công nghệ cắt. Giai đoạn sau, sử dụng ma trận quy hoạch, cho phép khảo sát ảnh hưởng đồng thời và sự tương tác giữa các yếu tố. Toàn bộ quá trình nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên máy tiện CNC YT-10T với vật liệu là thép C45, đảm bảo các kết quả thu được có giá trị thực tiễn cao. Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm sau đó được xử lý bằng các công cụ thống kê để xây dựng mô hình toán học, làm cơ sở cho bước tối ưu hóa cuối cùng. Cách tiếp cận này thể hiện tính khoa học và hệ thống của một đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí chuyên sâu.

3.1. Thiết kế thí nghiệm đơn yếu tố và đa yếu tố

Thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành bằng cách giữ cố định hai trong ba thông số của chế độ cắt và thay đổi giá trị của thông số còn lại theo nhiều mức khác nhau. Mục đích là để "xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của chúng đến chỉ tiêu quan tâm" (Phạm Thị Lan, 2016). Kết quả từ giai đoạn này cung cấp cái nhìn ban đầu và giúp xác định vùng nghiên cứu cho thực nghiệm đa yếu tố. Sau đó, luận văn đã lựa chọn phương án quy hoạch H. Hartley cho thực nghiệm đa yếu tố. Đây là một phương án quy hoạch bậc hai, cho phép xây dựng mô hình hồi quy phi tuyến, phù hợp để mô tả các mối quan hệ phức tạp trong quá trình cắt. Ma trận thí nghiệm Hartley giúp sắp xếp các tổ hợp thông số một cách khoa học, đảm bảo thu thập đủ dữ liệu để phân tích cả ảnh hưởng chính và ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố.

3.2. Quy trình đo lường chi phí điện năng và độ nhám bề mặt

Để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu, quy trình đo lường được thực hiện cẩn thận. Chi phí điện năng riêng được xác định bằng cách sử dụng các thiết bị đo công suất điện chuyên dụng, ghi lại lượng điện năng tiêu thụ trong suốt quá trình gia công trên một diện tích bề mặt xác định. Trong khi đó, độ nhám bề mặt Ra được đo bằng máy đo độ nhám bề mặt có độ chính xác cao. Các phép đo được lặp lại nhiều lần tại các vị trí khác nhau trên chi tiết gia công để lấy giá trị trung bình, nhằm loại bỏ các sai số ngẫu nhiên. Sự chuẩn xác trong khâu đo lường là nền tảng cốt lõi để đảm bảo độ tin cậy của toàn bộ kết quả nghiên cứu thực nghiệm và các mô hình toán học được xây dựng sau đó.

IV. Bí quyết mô hình hóa quá trình cắt và phân tích phương sai

Từ dữ liệu thực nghiệm, bước tiếp theo và cũng là cốt lõi của luận văn là mô hình hóa quá trình cắt. Mục tiêu là xây dựng các phương trình hồi quy toán học mô tả mối quan hệ giữa các thông số đầu vào (tốc độ cắt v, lượng chạy dao s, chiều sâu cắt t) và các hàm mục tiêu đầu ra (độ nhám bề mặt Ra và chi phí điện năng riêng Nr). Luận văn đã sử dụng mô hình hồi quy bậc hai, có khả năng biểu diễn các quan hệ phi tuyến, phản ánh chính xác hơn bản chất vật lý của quá trình cắt gọt. Các hệ số của phương trình hồi quy được xác định bằng phần mềm thống kê chuyên dụng. Tuy nhiên, việc xây dựng mô hình chỉ là bước đầu. Để đánh giá mức độ tin cậy và ý nghĩa của mô hình, nghiên cứu đã áp dụng phân tích phương sai ANOVA (Analysis of Variance). Đây là một công cụ thống kê mạnh mẽ, cho phép kiểm tra xem các yếu tố đầu vào có thực sự ảnh hưởng đến kết quả hay không, cũng như đánh giá mức độ tương thích của mô hình với dữ liệu thực nghiệm. Thông qua ANOVA, các hệ số hồi quy không có ý nghĩa thống kê sẽ bị loại bỏ, giúp mô hình trở nên tinh gọn và chính xác hơn. Phương pháp này đảm bảo rằng các kết luận rút ra từ mô hình là có cơ sở khoa học và đáng tin cậy.

4.1. Xây dựng phương trình hồi quy cho Ra và Nr

Dựa trên kết quả từ ma trận thí nghiệm đa yếu tố, luận văn đã xây dựng hai phương trình hồi quy bậc hai riêng biệt. Phương trình thứ nhất mô tả sự phụ thuộc của độ nhám bề mặt Ra vào các thông số v, s, t. Phương trình thứ hai biểu diễn mối quan hệ của chi phí điện năng riêng Nr với cùng các thông số đó. Các phương trình này có dạng Y = f(v, s, t), trong đó không chỉ có các thành phần bậc một (bixi) mà còn có các thành phần tương tác (bijxixj) và bậc hai (biixi²). Việc này cho phép mô hình hóa quá trình cắt một cách toàn diện, nắm bắt được cả những ảnh hưởng phức tạp khi các thông số thay đổi đồng thời, điều mà thực nghiệm đơn yếu tố không thể làm được.

4.2. Ứng dụng phân tích phương sai ANOVA để kiểm định mô hình

Sau khi có các phương trình hồi quy, phân tích phương sai ANOVA được sử dụng để kiểm định. Luận văn đã thực hiện các bước kiểm tra quan trọng như: kiểm tra tính đồng nhất của phương sai (sử dụng tiêu chuẩn Kohren) để đảm bảo nhiễu trong thí nghiệm là ổn định; kiểm tra ý nghĩa của các hệ số hồi quy (sử dụng tiêu chuẩn Student) để loại bỏ các yếu tố không ảnh hưởng; và cuối cùng là kiểm tra tính tương thích của toàn bộ mô hình (sử dụng tiêu chuẩn Fisher). Chỉ khi mô hình vượt qua tất cả các kiểm định này, nó mới được xem là phù hợp và có thể sử dụng để dự báo và tối ưu hóa. Quy trình này thể hiện sự chặt chẽ và khoa học trong việc xử lý số liệu của một công trình luận văn cơ khí chế tạo máy.

V. Kết quả tối ưu hóa chế độ cắt và ứng dụng trong thực tiễn

Phần giá trị nhất của luận văn chính là kết quả của bài toán tối ưu hóa. Sau khi đã có các mô hình toán học đáng tin cậy mô tả độ nhám bề mặt và chi phí điện năng riêng, nghiên cứu tiến hành giải bài toán tối ưu đa mục tiêu để tìm ra bộ thông số chế độ cắt (Vtư, Stư, ttư) tốt nhất. Đây là bộ thông số cho phép đạt được sự cân bằng hài hòa giữa chất lượng và chi phí, tức là bề mặt gia công đủ mịn trong khi năng lượng tiêu thụ riêng là thấp nhất có thể. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng không có một chế độ cắt duy nhất hoàn hảo cho mọi trường hợp. Thay vào đó, tồn tại một "vùng tối ưu", nơi các kỹ sư có thể lựa chọn một tổ hợp thông số phù hợp với ưu tiên cụ thể của sản phẩm. Để kiểm chứng, luận văn đã tiến hành gia công chi tiết thực tế với các thông số tối ưu đã tìm được. Kết quả kiểm tra cho thấy chất lượng bề mặt và chi phí điện năng thực tế rất gần với giá trị dự báo từ mô hình, khẳng định tính đúng đắn và khả năng làm việc của mô hình. Những kết quả này có thể được ứng dụng trực tiếp vào sản xuất, giúp các doanh nghiệp cải thiện hiệu suất năng lượng trong gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm.

5.1. Xác định bộ thông số tối ưu cho tốc độ cắt lượng chạy dao

Thông qua việc giải bài toán tối ưu hóa, luận văn đã đưa ra một bộ thông số cụ thể: tốc độ cắt (v) tối ưu, lượng chạy dao (s) tối ưu, và chiều sâu cắt (t) tối ưu. Kết quả cho thấy, để đạt được bề mặt mịn (Ra thấp), cần ưu tiên giảm lượng chạy dao. Tuy nhiên, để tiết kiệm năng lượng (Nr thấp), việc tăng lượng chạy dao và chiều sâu cắt lại hiệu quả hơn. Do đó, bộ thông số tối ưu là một sự thỏa hiệp. Ví dụ, kết quả có thể chỉ ra một tốc độ cắt ở mức trung bình cao để giảm lẹo dao, một lượng chạy dao ở mức thấp để đảm bảo độ nhám, và một chiều sâu cắt ở mức cao nhất có thể trong giới hạn cho phép để tăng năng suất và giảm năng lượng riêng.

5.2. Ý nghĩa thực tiễn đối với gia công bền vững và sản xuất

Kết quả của đề tài mang lại ý nghĩa thực tiễn to lớn. Đối với các cơ sở sản xuất, việc áp dụng chế độ cắt tối ưu giúp giảm chi phí điện, tăng tuổi thọ dao cụ, giảm tỷ lệ phế phẩm, từ đó nâng cao năng lực cạnh tranh. Đối với các cơ sở đào tạo, đây là tài liệu tham khảo quý giá, giúp sinh viên và học viên tiếp cận với phương pháp nghiên cứu khoa học hiện đại và hiểu sâu hơn về công nghệ CNC. Xa hơn, việc tối ưu hóa hiệu suất năng lượng là một bước đi quan trọng hướng tới gia công bền vững. Nó không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần giảm tác động của hoạt động sản xuất công nghiệp đến môi trường, phù hợp với xu hướng phát triển chung của thế giới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Phát triển khoa học kỹ thuật nói chung và khoa học công nghệ trong cơ khí nói riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết để thực hiện đƣợc mục tiêu “Công nghiệp hoá, hiện đại hoá”. Trong bối cảnh hiện nay, khi mà tất cả các ngành kinh tế - kỹ thuật trong cả nƣớc đang cố gắng đẩy nhanh quá trình phát triển nhằm tạo ra các sản phẩm có chất lƣợng tốt, năng suất lao động cao, giá thành hạ…, phục vụ tốt nhu cầu của cuộc sống của con ngƣời. Ngành cơ khí của chúng ta cũng không nằm ngoài guồng quay đó, nhƣng làm thế nào để có thể từng bƣớc thay đổi, làm thế nào để tạo ra những sản phẩm ngày càng chất lƣợng hơn? Tối ƣu hoá quá trình sản xuất là một công cụ hữu hiệu để đạt đƣợc mục tiêu đó. Tuy nhiên, tối ƣu hoá toàn bộ quá trình sản xuất nói chung, trong chế tạo cơ khí nói riêng là một bài toán rất lớn và chỉ có thể giải quyết đƣợc sau khi đã thực hiện đƣợc nhiệm vụ tối ƣu hoá các nguyên công của quá trình gia công.

Nghiên cứu tối ƣu hoá nguyên công chẳng những nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của từng nguyên công mà còn tạo ra cơ sở dữ liệu quan trọng phục vụ việc tự động hoá quá trình chuẩn bị công nghệ, rút ngắn thời gian và khối lƣợng lao động. Hiện nay, ở rất nhiều các cơ sở đào tạo và các doanh nghiệp sản xuất trong nƣớc đã đƣợc trang bị rất nhiều loại máy móc hiện đại nhƣng chủ yếu là đƣợc nhập từ nƣớc ngoài về nên thiếu nhiều tài liệu sử dụng, việc chuyển giao công nghệ chƣa đầy đủ,. vậy để có đƣợc năng suất cao, chất lƣợng sản phẩm tốt mà giá thành sản phẩm lại hạ, gia công tối ƣu cần giải quyết nhiệm vụ cụ thể nào? Tối ƣu hoá quá trình gia công cắt gọt là phƣơng pháp xác định chế độ cắt tối ƣu thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu 2 về kinh tế hoặc kỹ thuật của quá trình gia công với các thông số của chế độ cắt tƣơng ứng trên một hệ thống công nghệ xác định nhằm đạt đƣợc các mục tiêu về kinh tế hoặc kỹ thuật của quá trình gia công. Nhƣ vậy, thực chất của việc xác định chế độ cắt tối ƣu là giải bài toán tối ƣu hoá bằng phƣơng pháp thực nghiệm để tìm cực trị và miền tối ƣu hoá theo các chỉ tiêu đã đề ra.

Hay nói một cách khác, một trong những vấn đề mấu chốt cần phải giải quyết để nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của quá trình gia công chế tạo cơ khí là phải xác định đƣợc chế độ cắt tối ƣu cho từng nguyên công khác nhau, thích ứng với điều kiện sản xuất cụ thể. Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật thì việc thực hiện tối ƣu hóa trên các máy điều khiển số (CNC) là một vấn đề rất quan trọng trong việc nâng cao năng suất, đáp ứng chất lƣợng sản phẩm đòi hỏi ngày càng cao… Máy tiện CNC YT – 10T là máy điều khiển số mới đƣợc trang bị thêm để phục vụ đào tạo và sản xuất tại trƣờng Cao đẳng nghề Cơ giới và Thủy lợi, với tính năng gia công tạo các mặt trụ ngoài, mặt côn, tiện lỗ, tiện ren, tiện mặt đầu, tiện cắt đứt, tiện các bề mặt định hình trong và ngoài.Tuy nhiên trong quá trình gia công các chi tiết vẫn chƣa đạt đƣợc sự tối ƣu hóa về chế độ cắt dẫn đến chất lƣợng còn kém, năng suất thấp, giá thành cao làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây không ít khó khăn trong tiêu thụ. Chính từ tính cấp thiết và hữu dụng của vấn đề, với mong muốn đóng góp một phần nhỏ bé của mình vào việc tìm ra những giải pháp nhằm nâng cao chất lƣợng của sản phẩm cơ khí, tôi tiến hành thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: “ Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ cắt đến chi phí điện n ng riêng v ch t ư ng m t gia c ng tiện ỗ m t trụ trong trên máy tiện CNC YT – 10T ”. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho sử dụng hiệu quả thiết bị phục vụ đào tạo cán bộ, công nhân kỹ thuật và thực tiễn sản xuất, 3 tạo ra những sản phẩm có chất lƣợng, góp phần đƣa đất nƣớc tiến nhanh trên con đƣờng công nghiệp hoá, hiện đại hoá.

 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học ằng cách nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận văn đã đƣa ra đƣợc các hàm toán học mô tả mối quan hệ giữa chi phí điện năng riêng và độ nhám bề mặt với chế độ cắt làm cơ sở cho việc nghiên cứu tối ƣu hoá quá trình cắt cũng nhƣ cho các nghiên cứu khác của quá trình tiện trục trong nhằm lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi gia công trên máy tiện CNC. Ý nghĩa thực tiễn - Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt. - Giúp cho việc lựa chọn chế độ công nghệ khi viết chƣơng trình gia công NC trong quá trình chuẩn bị gia công đƣợc hợp lý hơn, hiệu quả khai thác, sử dụng máy tiện CNC tốt hơn. Góp phần nâng cao năng suất và hạ giá thành sản phẩm.

ây là một yếu tố có ý nghĩa rất lớn đối với đào tạo cũng nhƣ sự phát triển của doanh nghiệp trong nƣớc để theo kịp sự phát triển của thế giới. 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về máy CNC và các dạng điều khiển của máy tiện CNC 1. Tổng quan v máy CNC Nhƣ đã biết, trƣớc thế hệ máy CNC đã có hai thế hệ máy gia công (máy công cụ) với công nghệ kỹ thuật thấp hơn đó là: máy gia công thông thƣờng và máy gia công NC.

Máy gia công thông thường Khi thực hiện gia công chi tiết trên các máy gia công thông thƣờng ngƣời công nhân thƣờng dùng tay để điều khiển máy, họ căn cứ vào phiếu nguyên công để cắt gọt chi tiết nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Khi đó năng suất và chất lƣợng sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của công nhân. Mặc dù còn nhiều hạn chế so với các máy NC, CNC nhƣng các máy gia công thông thƣờng hiện nay vẫn còn đƣợc sử dụng rộng rãi với lý do là giá thành thấp và thuận tiện cho công việc sửa chữa và cho nền sản xuất hiện còn đang ở trình độ thấp. ặc biệt các máy gia công trình độ thấp vẫn còn ý nghĩa lớn đối với công việc thực tập của sinh viên các trƣờng kỹ thuật.

Máy gia công NC ối với các máy gia công NC thì việc điều khiển các chức năng của máy đƣợc quyết định bởi các chƣơng trình đã lập sẵn. Các máy gia công NC thì việc điều khiển các chức năng của máy đƣợc quyết định bởi các chƣơng trình đã lập sẵn. Các máy gia công NC rất thích hợp với dạng sản xuất hàng loạt nhỏ và trung bình. Hệ thống điều khiển của máy NC là mạch điện tử.

Thông tin vào chứa trên băng từ hoặc băng đục lỗ, thực hiện chức năng theo từng khối, khi khối trƣớc kết thúc, máy đọc các khối lệch tiếp theo để thực hiện các dịch chuyển cần thiết. Các máy NC chỉ thực hiện các chức năng nhƣ: nội suy 5 đƣờng thẳng, nội suy cung tròn, chức năng đọc theo băng. Chúng không có chức năng lƣu giữ chƣơng trình. Máy gia công CNC Máy gia công CNC là bƣớc phát triển cao từ các máy NC.

Các máy CNC có một máy tính để thiết lập phần mềm dùng để điểu khiển các chức năng dịch chuyển của máy. Các chƣơng trình gia công đƣợc đọc cùng một lúc và đƣợc lƣu trữ vào bộ nhớ. Khi gia công, máy tính đƣa ra các lệch điều khiển đƣờng thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào. Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đƣờng kính công cụ cắt.

Tất cả các chức năng trên đều đƣợc thực hiện nhờ một phần mềm của máy tính. Các chƣơng trình lập ra có thể đƣợc lƣu trữ trên đĩa cứng hoặc đĩa mềm. Thông số gia công của máy CNC là tốc độ chuyển động của các cơ cấu chấp hành và công suất động cơ. Ngƣời ta dựa vào các thông số hình học (vùng gia công) nhƣ kích thƣớc bàn máy phay hay chiều cao của tâm máy tiện để chọn công suất động cơ, tốc độ quay của trục chính và lƣợng chạy dao.

Thiết kế máy CNC hiện đại đã đƣợc bắt nguồn từ tác phẩm của John T.Parsons Cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950 sau khi đã cung cấp máy tính số điện tử đầu tiên có tên ENIAC cho quân đội Mỹ. Sau Thế chiến II, Parsons tham gia sản xuất cánh máy bay trực thăng, một công việc đòi hỏi phải gia công chính xác các hình dạng phức tạp. Parsons sớm nhận ra rằng bằng cách sử dụng máy tính I M thời kì đầu, ông đã có thể tạo ra những thanh dẫn đƣờng mức chính xác hơn nhiều khi sử dụng các phép tính bằng tay và sơ đồ. Dựa trên kinh nghiệm này, ông đã giành đƣợc hợp đồng phát triển một “máy cắt đƣờng mức tự động” cho không quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay.

Sử dụng một đầu đọc thẻ máy tính và các bộ điều khiển động cơ trợ động (servomotor) chính xác, chiếc máy đƣợc chế tạo cực kì lớn, phức tạp và 6 đắt đỏ. Mặc dù vậy, nó làm việc một cách tự động và sản xuất các mặt cong với độ chính xác cao đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp máy bay. ến những năm 1960, giá thành và tính phức tạp của những chiếc máy tự động giảm đến một mức độ nhất định để có thể ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác. Những chiếc máy này sử dụng các động cơ truyền động điện một chiều để vận dụng vô lăng và vận hành dao cụ.

Các động cơ này nhận chỉ dẫn điện từ một đầu đọc băng từ – đọc một băng giấy có chiều rộng khoảng 2,5cm có đục một hàng lỗ. Vị trí và thứ tự lỗ cho phép đầu đọc sản xuất ra những xung điện cần thiết để quay động cơ với thời gian và tốc độ chính xác, trong thực tế nó điều khiển máy giống nhƣ nhân viên vận hành. Các xung điện đƣợc quản lý bởi một máy tính đơn giản không có bộ nhớ. Chúng thƣờng đƣợc gọi là NC hay máy điều khiển số.