Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực sản xuất cơ khí, việc chế tạo và gia công các dụng cụ cắt gọt như dao phay đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Theo ước tính, dao phay đĩa môđun được sử dụng phổ biến trong gia công bánh răng, đặc biệt trong các bộ truyền động bánh răng chịu tải lớn. Tuy nhiên, hiện nay phương pháp hớt lưỡng dao phay môđun chủ yếu được thực hiện trên máy hớt lưỡng chuyên dùng, chưa được ứng dụng rộng rãi trên máy tiện vạn năng. Đề tài nghiên cứu “Phương pháp hớt lưỡng dao phay môđun trên máy tiện vạn năng” được thực hiện trong 8 tháng tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh nhằm mở rộng khả năng công nghệ của máy tiện vạn năng trong gia công dao phay môđun, đồng thời phục vụ cho công tác giảng dạy và sản xuất trong xưởng máy công cụ của trường.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu bao gồm: tìm hiểu cấu tạo và chức năng của dao phay đĩa môđun; nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo và phương pháp gia công mặt sau của dao phay môđun; thiết kế nguyên lý và đồ gá để thực hiện hớt lưỡng trên máy tiện vạn năng; đồng thời hoàn thiện tập bản vẽ lắp và các bản vẽ chi tiết của cơ cấu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phương pháp hớt lưỡng dao phay đĩa môđun trên máy tiện vạn năng D23 tại xưởng thực hành nghề của trường, với trọng tâm là thiết kế và tính toán kết cấu đồ gá phục vụ gia công.

Ý nghĩa của đề tài thể hiện rõ trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng máy tiện vạn năng, giảm chi phí đầu tư máy chuyên dụng, đồng thời góp phần phát triển công nghệ chế tạo dao phay môđun trong điều kiện thiết bị hiện có. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ và sửa chữa các bộ truyền bánh răng có môđun lớn, đáp ứng nhu cầu xã hội về sản phẩm cơ khí chất lượng cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết gia công dao phay đĩa môđun: Bao gồm đặc điểm cấu tạo, nguyên lý cắt răng theo phương pháp định hình và bao hình, các thông số kỹ thuật của dao phay đĩa môđun như môđun, số răng, kích thước dao, và vật liệu chế tạo (thép gió P18 với độ cứng HRC đạt 62-65).

  • Mô hình chuyển động hớt lưỡng dao phay: Phương trình đường xoắn Acsimet mô tả chuyển động tịnh tiến đều của dao kết hợp với chuyển động quay của phôi, tạo nên biên dạng mặt sau dao phay. Nguyên lý hớt lưỡng trên máy tiện hớt lưỡng K96 với các chuyển động phối hợp: chuyển động quay phôi, chuyển động tịnh tiến dao theo đường xoắn Acsimet, và chuyển động phân độ.

  • Lý thuyết thiết kế đồ gá và cơ cấu truyền động: Tính toán lực cắt, lực ma sát, thiết kế bộ truyền vít – đai ốc điều chỉnh vị trí dao, thiết kế cam với biên dạng đường xoắn Acsimet đảm bảo góc áp lực cam không vượt quá giới hạn tự hãm, vật liệu gang xám GX 15-32 cho đế đồ gá, và vật liệu thép C45 cho bánh răng truyền động.

Các khái niệm chính bao gồm: profin thân khai lưỡi cắt, đường cong hớt lưỡng Acsimet, chuyển động vi sai trong máy hớt lưỡng vạn năng, lực cắt và lực ma sát trong gia công, góc áp lực cam và điều kiện tự hãm cơ cấu cam.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập trực tiếp tại xưởng máy công cụ của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, kết hợp với tài liệu chuyên ngành trong và ngoài nước về công nghệ chế tạo dao phay đĩa môđun, thiết kế máy tiện hớt lưỡng và đồ gá gia công.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

  • Phân tích lý thuyết và tính toán kỹ thuật: Tính toán profin lưỡi cắt, đường cong hớt lưỡng, lực cắt, lực ma sát, thiết kế bộ truyền vít – đai ốc, cam và đồ gá hớt lưỡng.

  • Thiết kế cơ cấu và đồ gá: Sử dụng phần mềm CAD để thiết kế chi tiết, lập bản vẽ lắp và chi tiết cơ cấu hớt lưỡng dao phay môđun trên máy tiện vạn năng.

  • Thí nghiệm và kiểm tra thực tế: Xác định các số liệu ban đầu như chiều sâu cắt (t = 11,05 mm), lượng chạy dao (S = 0,08 mm/vòng), vận tốc cắt (V = 3,17 m/phút), lực cắt (Pz = 398 kg, Py = 40 kg), và kiểm tra độ bền, ổn định của bộ truyền vít – đai ốc.

Cỡ mẫu nghiên cứu là máy tiện vạn năng D23 với các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn, lựa chọn phương pháp phân tích dựa trên tính toán cơ học và mô phỏng chuyển động, phù hợp với mục tiêu mở rộng ứng dụng công nghệ hớt lưỡng dao phay môđun.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thiết kế thành công cơ cấu hớt lưỡng dao phay môđun lắp trên máy tiện vạn năng: Cơ cấu được thiết kế với bộ truyền vít – đai ốc điều chỉnh chính xác vị trí dao, cam có biên dạng đường xoắn Acsimet với số lần nâng A = 4, đảm bảo lượng hớt lưỡng K = 3 mm. Lực cắt Pz đạt 398 kg, lực hướng tâm Py là 40 kg, phù hợp với khả năng chịu tải của đồ gá.

  2. Tính toán lực và chuyển động cam đảm bảo không xảy ra hiện tượng tự hãm: Góc áp lực cam α tính toán tối đa là 75,76°, nhỏ hơn góc áp lực tới hạn, đảm bảo cam hoạt động nhẹ nhàng và hiệu quả. Lực tác dụng lên cam đạt khoảng 1186,5 N, phù hợp với vật liệu và thiết kế cam.

  3. Đồ gá hớt lưỡng được thiết kế bằng gang xám GX 15-32 với độ bền kéo 150 N/mm² và độ cứng HB = 190, đảm bảo chịu được lực cắt và lực ma sát trong quá trình gia công. Tiết diện cán dao được chọn là 9x15 mm, đảm bảo độ cứng và ổn định khi chịu lực.

  4. Máy tiện vạn năng D23 có thể thực hiện hớt lưỡng dao phay môđun với các chế độ cắt phù hợp: Vận tốc cắt thực tế đạt 3,17 m/phút, số vòng quay trục chính 16 vòng/phút, lượng chạy dao 0,08 mm/vòng, chiều sâu cắt 11,05 mm. Các thông số này đảm bảo năng suất và chất lượng gia công.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng phương pháp hớt lưỡng dao phay môđun trên máy tiện vạn năng là khả thi và hiệu quả. So với phương pháp truyền thống sử dụng máy hớt lưỡng chuyên dụng, phương pháp này mở rộng phạm vi ứng dụng của máy tiện vạn năng, giảm chi phí đầu tư thiết bị chuyên dụng.

Lực cắt và lực ma sát được tính toán chi tiết, đảm bảo thiết kế đồ gá và cơ cấu truyền động chịu được tải trọng trong quá trình gia công. Việc sử dụng cam có biên dạng đường xoắn Acsimet với số lần nâng cam phù hợp giúp giảm số vòng quay cam, phù hợp với giới hạn tốc độ của máy tiện D23.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này tương đồng với các báo cáo về gia công dao phay môđun trên máy chuyên dụng, đồng thời bổ sung tính mới khi áp dụng trên máy tiện vạn năng. Việc thiết kế đồ gá và cơ cấu truyền động chi tiết giúp nâng cao độ chính xác và ổn định trong quá trình hớt lưỡng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ lực cắt theo thời gian, bảng so sánh các thông số kỹ thuật của máy tiện và máy chuyên dụng, cũng như sơ đồ chuyển động cam và đồ gá để minh họa rõ ràng hơn về cơ cấu hoạt động.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng cơ cấu hớt lưỡng dao phay môđun trên máy tiện vạn năng trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ: Tập trung vào các xưởng cơ khí có trang bị máy tiện vạn năng D23 hoặc tương đương, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị hiện có. Thời gian thực hiện trong 6 tháng đầu sau khi hoàn thành thiết kế.

  2. Đào tạo kỹ thuật viên và sinh viên về phương pháp hớt lưỡng trên máy tiện vạn năng: Tổ chức các khóa đào tạo thực hành tại xưởng máy công cụ của trường, giúp nâng cao kỹ năng vận hành và bảo trì máy. Thời gian đào tạo kéo dài 3 tháng, lặp lại định kỳ hàng năm.

  3. Nâng cấp và hoàn thiện đồ gá hớt lưỡng với vật liệu và thiết kế tối ưu hơn: Nghiên cứu sử dụng vật liệu hợp kim nhẹ, chịu mài mòn cao cho đồ gá, đồng thời cải tiến cơ cấu truyền động để giảm ma sát và tăng độ bền. Thời gian nghiên cứu và thử nghiệm dự kiến 12 tháng.

  4. Phát triển phần mềm mô phỏng chuyển động và lực cắt trong quá trình hớt lưỡng: Hỗ trợ thiết kế và tối ưu hóa cơ cấu, giảm thiểu sai số và tăng độ chính xác gia công. Thời gian phát triển phần mềm khoảng 9 tháng, phối hợp với các chuyên gia công nghệ thông tin.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giảng viên và sinh viên ngành Cơ khí chế tạo máy: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ gia công dao phay môđun và thiết kế máy tiện hớt lưỡng, hỗ trợ giảng dạy và nghiên cứu khoa học.

  2. Kỹ sư thiết kế và vận hành máy công cụ: Tham khảo để áp dụng phương pháp hớt lưỡng trên máy tiện vạn năng, nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí đầu tư máy chuyên dụng.

  3. Các xưởng sản xuất cơ khí quy mô nhỏ và vừa: Áp dụng công nghệ hớt lưỡng dao phay môđun trên máy tiện vạn năng hiện có, đáp ứng nhu cầu sản xuất đơn chiếc, sửa chữa và gia công bánh răng môđun lớn.

  4. Nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo dao cắt: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để phát triển các phương pháp gia công mới, thiết kế đồ gá và cơ cấu truyền động hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp hớt lưỡng dao phay môđun trên máy tiện vạn năng có ưu điểm gì so với máy chuyên dụng?
    Phương pháp này tận dụng được máy tiện vạn năng hiện có, giảm chi phí đầu tư máy chuyên dụng, đồng thời mở rộng phạm vi gia công dao phay môđun, đặc biệt phù hợp với sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ.

  2. Làm thế nào để đảm bảo độ chính xác khi hớt lưỡng trên máy tiện vạn năng?
    Độ chính xác được đảm bảo nhờ thiết kế đồ gá và cơ cấu truyền động chính xác, sử dụng cam có biên dạng đường xoắn Acsimet, đồng thời kiểm soát các thông số cắt như vận tốc, lượng chạy dao và chiều sâu cắt phù hợp.

  3. Vật liệu nào được sử dụng để chế tạo dao phay đĩa môđun và đồ gá?
    Dao phay đĩa môđun được chế tạo từ thép gió P18 với độ cứng cao, còn đồ gá được làm từ gang xám GX 15-32 có độ bền kéo 150 N/mm² và độ cứng HB = 190, đảm bảo chịu lực và độ bền trong quá trình gia công.

  4. Có thể áp dụng phương pháp này cho các loại dao phay khác không?
    Phương pháp chủ yếu nghiên cứu cho dao phay đĩa môđun, tuy nhiên nguyên lý và thiết kế cơ cấu có thể điều chỉnh để áp dụng cho dao phay lăn trụ và dao phay trục vít với các thay đổi phù hợp về chuyển động và đồ gá.

  5. Thời gian thực hiện hớt lưỡng trên máy tiện vạn năng so với máy chuyên dụng như thế nào?
    Thời gian có thể dài hơn do máy tiện vạn năng không chuyên dụng, tuy nhiên với thiết kế đồ gá và cơ cấu truyền động tối ưu, hiệu quả gia công vẫn đảm bảo, phù hợp với sản xuất nhỏ và sửa chữa.

Kết luận

  • Đã thiết kế thành công cơ cấu hớt lưỡng dao phay môđun lắp trên máy tiện vạn năng D23, mở rộng khả năng công nghệ của máy tiện vạn năng trong gia công dao phay.
  • Tính toán chi tiết lực cắt, lực ma sát và thiết kế đồ gá đảm bảo độ bền, ổn định và hiệu quả trong quá trình hớt lưỡng.
  • Cam có biên dạng đường xoắn Acsimet với số lần nâng A = 4 giúp giảm số vòng quay cam, phù hợp với giới hạn tốc độ máy tiện.
  • Phương pháp nghiên cứu và thiết kế phù hợp với sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ và sửa chữa các bộ truyền bánh răng môđun lớn.
  • Đề xuất triển khai áp dụng, đào tạo kỹ thuật viên và phát triển công nghệ hỗ trợ nhằm nâng cao hiệu quả và mở rộng ứng dụng trong thực tế.

Next steps: Triển khai sản xuất thử nghiệm, đào tạo vận hành, hoàn thiện thiết kế đồ gá và phát triển phần mềm mô phỏng.

Call to action: Các đơn vị sản xuất cơ khí và cơ sở đào tạo nên nghiên cứu áp dụng phương pháp này để nâng cao năng lực công nghệ và hiệu quả sản xuất.