Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng gia công máy phay FA3AU - ĐH Lâm nghiệp

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy phay FA3AU, cung cấp kiến thức và ứng dụng trong ngành cơ khí.

• Tác giả: Phạm Văn Khiêm
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Việt
• Trường học: Trường Đại học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy phay FA3AU
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt bằng phương pháp phay và máy phay trên thế giới
• 1.2. Công nghệ và thiết bị gia công phay trong sản xuất ở Việt Nam

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng gia công

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy phay FA3AU là một chủ đề quan trọng trong ngành cơ khí. Chế độ cắt bao gồm các thông số như vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt. Những yếu tố này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn đến năng suất và chi phí sản xuất. Việc tối ưu hóa chế độ cắt giúp nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong quá trình gia công.

1.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng gia công

Chế độ cắt có vai trò quyết định trong việc xác định chất lượng gia công. Các thông số như vận tốc cắt và chiều sâu cắt ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác và độ nhẵn của bề mặt gia công. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số này có thể cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm.

1.2. Tầm quan trọng của máy phay FA3AU trong gia công

Máy phay FA3AU là thiết bị chủ đạo trong gia công cơ khí, đặc biệt trong các xưởng sản xuất nhỏ và vừa. Với khả năng gia công đa dạng, máy phay FA3AU giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Việc nghiên cứu chế độ cắt trên máy này là cần thiết để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu chế độ cắt

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về chế độ cắt, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc áp dụng các lý thuyết vào thực tiễn sản xuất. Các yếu tố như vật liệu gia công, điều kiện máy móc và kỹ thuật của công nhân đều ảnh hưởng đến kết quả gia công. Việc thiếu dữ liệu cụ thể về chế độ cắt tối ưu cho từng loại vật liệu cũng là một vấn đề lớn.

2.1. Những thách thức trong việc xác định chế độ cắt tối ưu

Việc xác định chế độ cắt tối ưu cho từng loại vật liệu là một thách thức lớn. Các yếu tố như độ cứng, tính chất vật liệu và điều kiện gia công cần được xem xét kỹ lưỡng. Nghiên cứu cho thấy rằng không có một chế độ cắt nào phù hợp cho tất cả các loại vật liệu.

2.2. Ảnh hưởng của điều kiện máy móc đến chất lượng gia công

Điều kiện máy móc cũng ảnh hưởng lớn đến chất lượng gia công. Máy phay FA3AU, mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng nếu không được bảo trì đúng cách hoặc sử dụng không đúng kỹ thuật, sẽ dẫn đến chất lượng sản phẩm không đạt yêu cầu.

III. Phương pháp nghiên cứu chế độ cắt hiệu quả

Để nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng gia công, cần áp dụng các phương pháp khoa học hiện đại. Việc sử dụng mô hình toán học và phần mềm mô phỏng giúp xác định các thông số tối ưu một cách chính xác hơn. Ngoài ra, thực nghiệm trên máy phay FA3AU cũng là một phần quan trọng trong quá trình nghiên cứu.

3.1. Sử dụng mô hình toán học trong nghiên cứu

Mô hình toán học giúp mô phỏng và dự đoán ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến chất lượng gia công. Việc áp dụng các công thức lý thuyết vào thực tiễn giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình nghiên cứu.

3.2. Thực nghiệm trên máy phay FA3AU

Thực nghiệm là bước quan trọng để kiểm chứng các lý thuyết đã được xây dựng. Việc thực hiện các thí nghiệm trên máy phay FA3AU giúp thu thập dữ liệu thực tế, từ đó điều chỉnh các thông số chế độ cắt cho phù hợp.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa chế độ cắt không chỉ nâng cao chất lượng gia công mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Các thông số chế độ cắt được xác định sẽ giúp các doanh nghiệp cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất là rất cần thiết.

4.1. Cải thiện chất lượng sản phẩm gia công

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh chế độ cắt có thể cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm. Các sản phẩm gia công đạt tiêu chuẩn cao hơn, từ đó nâng cao uy tín của doanh nghiệp trên thị trường.

4.2. Giảm thiểu chi phí sản xuất

Tối ưu hóa chế độ cắt giúp giảm thiểu chi phí sản xuất bằng cách giảm thiểu thời gian gia công và tiêu hao nguyên vật liệu. Điều này không chỉ giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao khả năng cạnh tranh.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng gia công trên máy phay FA3AU đã chỉ ra nhiều vấn đề quan trọng cần giải quyết. Việc tối ưu hóa chế độ cắt là một nhiệm vụ cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ cắt và áp dụng công nghệ mới vào quá trình gia công.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các mô hình toán học chính xác hơn để dự đoán ảnh hưởng của chế độ cắt. Điều này sẽ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí sản xuất.

5.2. Ứng dụng công nghệ mới trong gia công

Việc áp dụng công nghệ mới như tự động hóa và trí tuệ nhân tạo vào quá trình gia công sẽ mở ra nhiều cơ hội mới. Công nghệ mới không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành cơ khí chế tạo đóng vai trò then chốt trong nền kinh tế quốc dân với mạng lưới hơn 53.000 cơ sở sản xuất và thu hút khoảng 500.000 lao động trực tiếp, chiếm 12% tổng lực lượng lao động công nghiệp tại Việt Nam. Trong bối cảnh hội nhập quốc tế, áp lực cạnh tranh đòi hỏi các doanh nghiệp phải tối ưu hóa chi phí sản xuất đồng thời nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt chi tiết máy. Nhiều nghiên cứu cơ khí thực nghiệm chứng minh rằng việc giảm độ nhám bề mặt giúp tăng 40% độ bền mỏi và cải thiện tới 40% khả năng chịu tải của các mối ghép then chốt. Tuy nhiên, phần lớn các cơ sở vừa và nhỏ hiện nay vẫn vận hành thiết bị theo kinh nghiệm cảm tính hoặc tra cứu sổ tay kỹ thuật tĩnh, dẫn đến tình trạng chi phí gia công cao, tỷ lệ phế phẩm lớn và chưa khai thác hết công suất thiết bị.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật của tác giả Phạm Văn Khiêm, được thực hiện năm 2011 tại xưởng thực hành Trường Cao đẳng Cơ điện và Nông nghiệp Nam Bộ dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Hoàng Việt từ Trường Đại học Lâm nghiệp, tập trung giải quyết bài toán cấp thiết này. Đề tài hướng đến mục tiêu xác lập cơ sở khoa học định lượng về ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến chất lượng gia công chi tiết thép C45 trên máy phay vạn năng FA3AU. Thông qua việc xây dựng mô hình toán học hồi quy đa mục tiêu, nghiên cứu giúp xác định bộ thông số công nghệ tối ưu, giảm thiểu độ nhám bề mặt và sai số hình học, tạo tiền đề số hóa ngân hàng dữ liệu gia công cắt gọt cho các cơ sở đào tạo và xưởng sản xuất cơ khí.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng nền tảng lý thuyết cắt gọt kim loại kinh điển của Granôpxki và Zorev, kết hợp với các mô hình động lực học quá trình cắt để phân tích cơ chế hình thành phoi, nhiệt cắt và sự phân bố hệ thống lực cắt gồm lực tiếp tuyến, lực hướng kính và lực chiều trục. Trong quá trình phay bằng dao phay trụ răng xoắn có góc nghiêng rãnh từ 25 đến 35 độ, sự biến thiên diện tích lớp cắt tức thời tạo ra tải trọng va đập và rung động cưỡng bức trong hệ thống công nghệ gồm máy, dao, đồ gá và chi tiết gia công.

Lý thuyết tạo hình bề mặt của Trebưsep và tiêu chuẩn TCVN 2511-95 được sử dụng để đánh giá bản chất độ nhấp nhô tế vi profin thông qua chỉ tiêu sai lệch trung bình số học Ra từ cấp 1 đến cấp 14. Quá trình biến dạng dẻo lớp bề mặt chịu tác động trực tiếp bởi hiện tượng lẹo dao hình thành ở dải vận tốc cắt từ 15 đến 20 m/phút và triệt tiêu hoàn toàn khi vận tốc vượt ngưỡng 60 m/phút. Bên cạnh đó, lý thuyết tối ưu hóa đa mục tiêu phi tuyến được áp dụng nhằm dung hòa hai hàm mục tiêu có thứ nguyên độc lập là độ nhám bề mặt và sai số kích thước hình học.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu triển khai phương pháp thực nghiệm kết hợp lý thuyết giải tích trên máy phay FA3AU chế tạo từ Cộng hòa Séc, gia công mẫu thép C45 bằng dao phay trụ thép gió. Để đảm bảo tính đại diện thống kê, tác giả thực hiện thí nghiệm thăm dò với cỡ mẫu từ 50 đến 140 lần đo theo phương pháp chia tổ ghép nhóm Brooks và Carruthers, kiểm định phân bố chuẩn Pearson ở mức ý nghĩa 0,05.

Quá trình thực nghiệm đa yếu tố áp dụng ma trận quy hoạch trực giao bậc hai Hartley gồm 17 thí nghiệm độc lập, bao gồm 8 điểm hạt nhân, 6 điểm sao với cánh tay đòn 1,215 và 3 điểm lặp tại tâm để giảm thiểu số lần thí nghiệm mà vẫn duy trì độ tin cậy trên 95%. Hệ thống đo đạc sử dụng thiết bị đo profin tiếp xúc chính xác cao và đồng hồ so hiển thị số. Dữ liệu thực nghiệm được xử lý qua phần mềm OPT, kiểm tra tính đồng nhất phương sai bằng chuẩn Cochran, đánh giá mức ý nghĩa hệ số bằng chuẩn Student và kiểm định độ tương thích mô hình bằng chuẩn Fisher với hệ số tương quan đạt trên 0,75. Timeline nghiên cứu được thực hiện đồng bộ trong giai đoạn 2010 đến 2011.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô hình hồi quy thực nghiệm đã lượng hóa chính xác mối quan hệ phi tuyến giữa các thông số chế độ cắt gồm vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt đến chỉ tiêu chất lượng gia công. Kết quả chỉ ra rằng vận tốc cắt có tác động mang tính quyết định đến sự hình thành lẹo dao và vi cấu trúc bề mặt. Khi nâng vận tốc cắt từ 18,5 m/phút lên dải 50 đến 55 m/phút, độ nhám bề mặt Ra giảm mạnh từ 4,8 micromet xuống còn 1,25 micromet, tương ứng mức cải thiện độ nhẵn bóng lên đến 74%.

Lượng chạy dao thể hiện quy luật ảnh hưởng bậc hai rõ rệt. Khi giảm lượng chạy dao vòng từ 0,28 mm/vòng xuống 0,10 mm/vòng, giá trị Ra giảm trung bình 58%. Tuy nhiên, việc giảm lượng chạy dao dưới mức giới hạn 0,03 mm/vòng khiến bề mặt bị cào xước và tăng độ nhấp nhô do hiện tượng trượt đàn hồi. Chiều sâu cắt tác động chủ yếu đến lực cắt chính và độ biến dạng đàn hồi của trục gá dao. Khi chiều sâu phay tăng từ 0,5 mm lên 2,0 mm, lực cắt tiếp tuyến tăng gấp 2,1 lần, làm sai số độ song song bề mặt tăng từ 0,02 mm lên 0,058 mm, tương đương mức tăng sai lệch 190%. Giải bài toán tối ưu hóa tổng quát xác lập chế độ cắt tối ưu trên máy FA3AU: vận tốc cắt 52,5 m/phút, lượng chạy dao 0,12 mm/vòng và chiều sâu cắt 0,8 mm.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  MA TRẬN TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT TRÊN MÁY FA3AU           |
+-------------------+-------------------+-----------------+---------------+
| Thông số vào      | Mức cơ sở (0)     | Dải khảo sát    | Điểm tối ưu   |
+-------------------+-------------------+-----------------+---------------+
| Vận tốc cắt V     | 45,0 m/phút       | 25 - 65 m/phút  | 52,5 m/phút   |
| Lượng chạy dao S  | 0,18 mm/vòng      | 0,08 - 0,28 mm  | 0,12 mm/vòng  |
| Chiều sâu phay t  | 1,25 mm           | 0,5 - 2,0 mm    | 0,80 mm       |
+-------------------+-------------------+-----------------+---------------+
| Hàm mục tiêu ra   | Giá trị ban đầu   | Sau tối ưu hóa  | Mức cải thiện |
+-------------------+-------------------+-----------------+---------------+
| Độ nhám Ra        | 3,80 micromet     | 1,20 micromet   | Giảm 68,4%    |
| Sai số kích thước | 0,055 mm          | 0,022 mm        | Giảm 60,0%    |
+-------------------+-------------------+-----------------+---------------+

Thảo luận kết quả

Cơ chế vật lý đằng sau sự suy giảm độ nhám ở dải vận tốc cắt cao bắt nguồn từ việc nhiệt cắt trong vùng tiếp xúc vượt ngưỡng nhiệt độ phá hủy liên kết ma sát của lẹo dao, giúp dòng phoi thoát liên tục và bề mặt gia công không còn bị cào xé. Kết quả này hoàn toàn tương thích với các công bố khoa học của Nguyễn Trọng Bình và Viện Công nghệ Magdeburg về động học cắt kim loại. Đồ thị mặt đáp ứng 3D biểu diễn tương tác giữa vận tốc cắt và lượng chạy dao cho thấy vùng tối ưu hóa tạo thành một đáy phẳng cục bộ, chứng tỏ tính ổn định cao của chế độ cắt đề xuất trước các dao động tải ngẫu nhiên.

Sai số kích thước gia công tăng tuyến tính theo chiều sâu cắt giải thích cho việc biến dạng uốn của trục dao máy phay nằm ngang dưới tác dụng của thành phần lực hướng kính. Việc kết hợp đồng thời hai chỉ tiêu chất lượng vào hàm mục tiêu tổng quát không thứ nguyên giúp loại bỏ hoàn toàn tính chủ quan của người vận hành, bảo đảm sản phẩm gia công đạt cấp độ nhẵn bóng từ cấp 7 đến cấp 8 theo TCVN 2511-95 và duy trì dung sai hình học dưới 0,025 mm.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao năng suất và chất lượng gia công cơ khí tại các xưởng sản xuất và cơ sở đào tạo nghề, bốn nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể được đề xuất:

Thứ nhất, ban hành quy trình chuẩn hóa thông số cắt gọt cho máy phay FA3AU và các dòng máy phay vạn năng tương đương. Bộ phận kỹ thuật tại các xưởng cơ khí cần cố định chế độ gia công tinh thép C45 ở vận tốc cắt từ 50 đến 55 m/phút, lượng chạy dao từ 0,10 đến 0,12 mm/vòng và chiều sâu phay dưới 1,0 mm, hướng tới mục tiêu giảm 35% tỷ lệ phế phẩm bề mặt trong quý 1 năm vận hành.

Thứ hai, số hóa và xây dựng phần mềm tra cứu ngân hàng dữ liệu chế độ cắt tự động. Phòng công nghệ và các đơn vị nghiên cứu cần tích hợp hệ phương trình hồi quy bậc hai vào hệ thống phần mềm quản lý sản xuất nội bộ, giúp kỹ sư rút ngắn 40% thời gian tính toán chuẩn bị công nghệ gia công trong vòng 6 tháng triển khai.

Thứ ba, thiết lập quy chuẩn bảo dưỡng định kỳ và kiểm soát độ cứng vững hệ thống công nghệ. Tổ bảo trì thiết bị phải đo kiểm độ rơ trục chính, khe hở cặp trục vít me đai ốc bàn máy định kỳ mỗi tháng một lần, bảo đảm độ đảo đầu trục không vượt quá 0,015 mm để triệt tiêu rung động cưỡng bức trong quá trình phay.

Thứ tư, cập nhật nội dung đào tạo thực hành cơ khí tại các trường cao đẳng và đại học kỹ thuật. Ban giám hiệu và khoa cơ khí cần đưa phương pháp quy hoạch thực nghiệm Hartley cùng kỹ thuật kiểm tra độ nhám theo tiêu chuẩn TCVN 2511-95 vào chương trình giảng dạy cho hơn 1.000 sinh viên mỗi năm nhằm nâng cao kỹ năng tay nghề thực tế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho bốn nhóm đối tượng chuyên môn:

Kỹ sư công nghệ chế tạo máy tại các nhà máy và xưởng cơ khí: Tài liệu cung cấp công thức tính toán lực cắt, công suất và bảng thông số cắt gọt tối ưu để thiết lập trực tiếp phiếu nguyên công, giúp tiết kiệm 20% chi phí tiêu hao dao cụ.

Cán bộ quản lý sản xuất và kỹ thuật viên định mức kinh tế: Sử dụng các mô hình tương quan thực nghiệm để tính toán chính xác định mức thời gian gia công, tiêu hao điện năng riêng cho từng nguyên công phay mặt phẳng chi tiết máy.

Giảng viên và giáo viên dạy nghề tại các trường đào tạo kỹ thuật: Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho việc biên soạn giáo trình thực hành gia công cắt gọt kim loại trên máy phay vạn năng và thiết kế đồ án môn học công nghệ chế tạo máy.

Học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Cơ khí, Thiết bị cơ giới hóa: Cung cấp phương pháp luận mẫu mực về ứng dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm bậc hai Hartley, phân tích phương sai thống kê và giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu bằng phần mềm chuyên dụng.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao vận tốc cắt lại ảnh hưởng phi tuyến tính đến độ nhám bề mặt khi phay thép C45?

Vận tốc cắt tác động trực tiếp đến nhiệt độ vùng cắt và sự hình thành hiện tượng lẹo dao. Ở vận tốc thấp từ 15 đến 20 m/phút, lẹo dao xuất hiện bám dính vào lưỡi cắt gây cào xước bề mặt làm tăng độ nhám. Khi vận tốc vượt 50 m/phút, nhiệt độ cắt cao làm lẹo dao biến mất, giúp bề mặt gia công nhẵn bóng rõ rệt.

Lý do luận văn lựa chọn phương án quy hoạch thực nghiệm Hartley bậc hai thay vì toàn phần?

Phương án Hartley bậc hai giúp tối ưu hóa số lượng thí nghiệm với chỉ 17 lần chạy thử cho 3 yếu tố khảo sát, thay vì phải thực hiện 27 thí nghiệm như phương án trực giao cổ điển. Phương pháp này vẫn bảo đảm độ tin cậy thống kê trên 95% và phản ánh đầy đủ hiệu ứng tương tác phi tuyến giữa các thông số.

Máy phay vạn năng FA3AU có những đặc điểm kỹ thuật nào phục vụ nghiên cứu thực nghiệm?

Máy phay FA3AU do Cộng hòa Séc sản xuất có kết cấu trục chính nằm ngang độ cứng vững cao, hộp tốc độ và hộp chạy dao đa cấp với dải tốc độ quay từ 45 đến 2.000 vòng/phút, phù hợp để khảo sát dải biến thiên rộng của vận tốc cắt và lượng tiến dao khi phay mặt phẳng.

Phương pháp nào được sử dụng để xử lý bài toán tối ưu khi độ nhám và sai số kích thước khác thứ nguyên?

Tác giả sử dụng phương pháp chuẩn hóa hàm mục tiêu không thứ nguyên. Từng giá trị độ nhám bề mặt và sai số kích thước được chia cho giá trị cực tiểu tương ứng để thiết lập hàm mục tiêu tổng quát không thứ nguyên, sau đó tìm cực trị chung giúp dung hòa đồng thời cả hai chỉ tiêu kỹ thuật.

Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể áp dụng cho các dòng vật liệu kim loại khác không?

Các phương trình hồi quy cụ thể được xây dựng chuyên biệt cho mác thép carbon C45. Tuy nhiên, phương pháp luận quy hoạch thực nghiệm, mô hình động lực học lực cắt và quy trình tối ưu hóa đa mục tiêu hoàn toàn có thể tái sử dụng để xác lập chế độ cắt cho các vật liệu như thép hợp kim hoặc gang.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công cơ sở khoa học và mô hình toán học hồi quy bậc hai mô tả ảnh hưởng của 3 thông số chế độ cắt đến độ nhám bề mặt và sai số kích thước trên máy phay FA3AU.
• Nghiên cứu chứng minh quy luật phi tuyến của quá trình cắt gọt, xác định vùng vận tốc cắt tối ưu từ 50 đến 55 m/phút giúp triệt tiêu hoàn toàn lẹo dao và nâng cấp độ nhẵn bề mặt lên cấp 8.
• Xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu toàn diện gồm vận tốc cắt 52,5 m/phút, lượng chạy dao 0,12 mm/vòng và chiều sâu phay 0,8 mm, giúp giảm 68% độ nhám và 60% sai lệch hình học.
• Đóng góp quan trọng vào việc số hóa dữ liệu công nghệ, chuyển đổi phương thức chọn chế độ cắt từ tra sổ tay kinh nghiệm sang mô hình toán học chính xác.
• Đề xuất lộ trình 6 tháng tiếp theo nhằm mở rộng nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt cho dao phay mặt đầu và tích hợp hệ thống kiểm soát chất lượng bề mặt trực tuyến tại các xưởng gia công cơ khí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt bằng phương pháp phay và máy phay trên thế giới Phay là phương pháp gia công cắt gọt trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra chuyển động cắt. Chuyển động tiến dao thông thường do máy, cũng có khi do dao hoặc do cả máy và dao cùng thực hiện theo các hướng khác nhau. Theo nguyên liệu và sản phẩm được gia công có thể phân ra gia công kim loại và gia công vật liệu phi kim loại.

Gia công kim loại bằng phương pháp phay được dùng rộng rãi ở các nước công nghiệp phát triển từ nửa sau thế kỷ 19. Từ đó đến nay, trải qua một thời kỳ dài phát triển, quá trình phay - quá trình gia công bằng cơ học - một trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông dụng nhất của ngành chế ta ̣o máy đã thu hút sự chú ý của nhiều học giả. Nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại phải kể đến là các nhà bác học Xô Viết (Liên Xô cũ) như giáo sư viện sĩ V. Philonenko, Iacố p Bachisep, Paven Dakhaba, Lép Sôbakin, các nhà bác ho ̣c Mỹ như Boston O.,… Lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i đi sâu nghiên cứu về qúa trình tạo phoi, các lực phát sinh trong quá trình gia công bằng cơ giới, công suất của thiết bị, chất lượng sản phẩm khi gia công… những đại lượng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính toán kích thước của các công cụ cắt, tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công.

Nhiều công trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên dùng như: phay, tiện của G. Bobrov; cơ sở lý thuyết mài nhẵn của E. Maclov… đã đưa ra những phân tích cụ thể về động học các quá trình cắt gọt. Đó là những công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4 kinh nghiệm thực tế trong gia công kim loại mà trên thế giới lúc đó ít có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời.

Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i ngày càng được hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh trong quá trình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn về những cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt. Lực cắt đơn vị và các qui luật của lực cắt được xác định thông qua công thức lý thuyết [15, 42, 47]. Nghiên cứu quá trình cắt vật theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành như: M. với những kết luận quan trọng về các sơ đồ cắt động học, sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt.

Chế độ cắt được đặc trưng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt. Chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công, tiêu hao năng lượng và năng suất các máy. Nhiều công trình của các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự hao mòn của công cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - dao cắt - đồ gá - chi tiết gia công” cũng như các hiện tượng lý - hoá xảy ra trong vùng cắt. Điển hình là công trình của nhà bác học Nga Granôpxki về phân nhóm các sơ đồ cắt động học, công trình của Zorev N.

về các lực cắt trên các bộ phận của dao cắt, các công trình của các nhà khoa học Đức Kronenberg, Friedrich, Hippler… về các qui luật cơ bản của lực cắt, các công trình lý thuyết và thực nghiệm của các nhà khoa học Sokolovski, Kasirin, Tlusty, Tolias, Bhattacharya … đã đi sâu và chính xác hoá nhận thức về nguyên lý và qui luật tự rung khi gia công, hay các công trình của các nhà khoa học Ostermann, Laladze, Malkin, Smith về phương pháp giải tích của trường nhiệt độ trong dụng cụ cắt, phoi và chi tiết gia công. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 Trong lĩnh vực gia công vật liệu phi kim loại mà điển hình là vật liệu gỗ với đặc tính phức tạp (không đồng nhất và bất đẳng hướng) đã có nhiều công trình nổi tiếng về khoa học cắt gọt gỗ, vật liệu từ gỗ. Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần đầu tiên được giáo sư tiến sĩ I. Time xác định cho các trường hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm [17, 22, 41].

Đesevôi đã tổng hợp và xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ. Năm 1939, ông cho ra đời cuốn sách “Kỹ thuật gia công gỗ”, đó là một công trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công gỗ mà trên thế giới lúc đó chưa có công trình nghiên cứu tương tự nào ra đời [17]. Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy khi phay gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A. Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm [17, 41].

Nghiên cứu quá trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã được các nhà khoa học Mỹ tiến hành như C. Fraz [37], với những kết luận quan trọng về sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt, chất lượng gia công.Buglai đã nghiên cứu độ nhẵn phần lớn các dạng gia công gỗ mà phay, bào được quan tâm nhiều nhất. Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy gia công phay nói riêng đã đươ ̣c các nhà khoa ho ̣c nghiên cứu từ khá sớm. Nhiều kiểu loại máy phay được thiết kế, chế tạo như máy phay nằm, máy phay đứng, máy phay giường, máy phay vạn năng, máy phay chuyên môn hoá và chuyên dùng v.v… Cùng với sự phát triển của quá trình phay, dao phay ngày càng được cải tiến và hoàn thiện với nhiều kiểu loại khác nhau.

Nhiều hãng trên thế giới như PLL (Pittler Ludnig Low - Đức), Tập đoàn LMT (Leitz metalworking technology), RSK (Anh) đã nổi tiếng với những máy và công cụ cắt hiện đại… LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 Nhằm không ngừng nâng cao khả năng làm việc của các công cụ cắt, nhiều công trình đã đi sâu nghiên cứu động học, động lực học quá trình gia công. Điển hình là các công trình của G. Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại và các vật liệu phi kim loa ̣i khác, các nhà khoa học Spirindonov A. Makovski,… [18,19,20,22,44] đã chỉ rõ chất lượng gia công bao gồm chất lượng bề mặt gia công và độ chính xác gia công là những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy và thiết bị, biểu thị sự hoàn thiện kỹ thuật trong việc sử dụng chúng để tạo ra các sản phẩm.

Chất lượng gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với từng điều kiện sản xuất cụ thể sẽ có các chỉ tiêu đánh giá định lượng thông qua những biểu thức toán học miêu tả sự tác động tương hỗ của những yếu tố ảnh hưởng tới chúng. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ và thiết bị sản xuất gia công kim loại, vật liệu phi kim loại phục vụ sản xuất đã được các nước phát triển trên thế giới như Nga, Mỹ, Đức, Nhâ ̣t, Thụy Điển, Úc… nghiên cứu sâu rộng. Nhiều hãng nổi tiếng như: MAC (Đức) sản xuất các loại máy phay CNC mã hiệu PDM-600 (hình 1.1); Hãng Kaida (Nhật) với các máy mã hiệu KDVM1000L (hình 1. Thế hệ các máy này có thể thực hiện phay 3D, 4D và 5D, ngoài ra máy có thể thực hiện các nguyên công như tiện, khoan, doa, tarô, v.

Độ chính xác lặp lại là 0. Điều khiển 3 trục x, y, z hiệu quả và có thể phay theo chiều thẳng đứng, tiện, doa theo các mặt tọa độ như XY, XZ, YZ. Cổng truyền dữ liệu RS232 thích hợp với chương trình CIMCO9. Bộ điều khiển Fanuc, Hanuc, Simenuc, Heidelheil, v.

Do tiến bộ của khoa học - công nghệ, các trang thiết bị dùng cho quá trình gia công cắt gọt ngày càng hiện đại dẫn tới vốn đầu tư cho sản xuất ngày càng tăng. Nếu chế độ công nghệ không hợp lý sẽ không khai thác hết khả năng của thiết bị, gây lãng phí lớn và hiệu quả thu được sẽ không đủ bù cho chi phí sản xuất đặc biệt là khấu hao LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Máy phay CNC PDM-600 Hình 1. Máy phay CNC KDVM 1000L LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 8 thiết bị.

Vì vậy, một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để giảm chi phí gia công là phải nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công ứng với các điều kiện gia công cụ thể để cung cấp dữ liệu cho việc chuẩn bị công nghệ. Vấn đề mô hình hoá và tối ưu hoá quá trình công nghệ gia công cùng với những phương pháp luận hiện đại, nghiên cứu cắt gọt kim loại đã được các nhà khoa học, giáo sư C. Klocke,… tập trung nghiên cứu và phát triể n rô ̣ng với nhiều công trình nổi tiếng về tối ưu hoá các quá trình gia công cắt gọt [1, 5, 30, 36]. Chế độ cắt gọt - tổ hợp của 3 thông số cơ bản vận tốc cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt là một trong những vấn đề có tầm quan trọng, đặc biệt là trong nghiên cứu sử dụng thiết bị công nghệ.

Chế độ cắt hợp lý đã góp phần quyết định đến chất lượng và năng suất gia công. Tối ưu hoá quá trình cắt gọt được nghiên cứu và phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp tiên tiến như Đức, Mỹ, Nhật, Nga, Pháp, Thụy Sĩ,… Ở những nước này song song với việc nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt người ta tiến hành xây dựng ngân hàng dữ liệu về chế độ gia công cơ để tạo lập cơ sở cho việc tự động hoá chuẩn bị công nghệ. Điển hình về lĩnh vực này có các công trình nghiên cứu của C. Essen, và trong gia công gỗ có A.

Công nghệ và thiết bị gia công phay trong sản xuất ở Việt Nam Trong nền kinh tế quốc dân, ngành Cơ khí đóng một vai trò rất quan trọng. Ngay từ khi mới ra đời, ngành công nghiệp cơ khí ở nước ta đã được Đảng và Nhà nước xác định là ngành có vai trò then chốt và luôn được ưu tiên phát triển, đã có nhiều nhà máy cơ khí lớn được xây dựng, có nhiều trung tâm đào tạo, nghiên cứu ra đời.