Nghiên Cứu Sự Ảnh Hưởng Của Các Thông Số Công Nghệ Đến Độ Nhám Bề Mặt Và Chi Phí Điện Năng Riêng Khi Tiện Ren Trên Máy Tiện Cnc Nef 400

i

CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số

liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Tất cả các tài liệu tham khảo

đều có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng.

Đồng Nai, ngày tháng năm 2017

Người cam đoan

Đỗ Đăng Khoa

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn này tôi luôn nhận được sự quan tâm

giúp đỡ và tạo điều kiện của các tổ chức, cá nhân; nhân dịp này tôi xin gửi lời

cám ơn chân thành tới:

- TS Lê Văn Thái - Chủ nhiệm bộ môn Kỹ thuật cơ khí - Trường đại

học lâm nghiệp là người hướng dẫn trực tiếp, đã dành nhiều thời gian, chỉ bảo

tận tình và cung cấp các tài liệu khoa học.

- Tập thể cán bộ, các thầy cô giáo khoa sau đại học, khoa cơ điện và

công trình trường Đại học lâm nghiệp đã góp ý và tạo mọi điều kiện thuận lợi

cho tôi thực hiện đề tài.

Tôi xin gửi lời cám ơn tới Ban lãnh đạo nhà trường, cán bộ khoa cơ

khí, các bạn đồng nghiệp trường Cao đẳng nghề Đồng Nai đã tạo điều kiện

giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này.

Đồng Nai, ngày tháng năm 2017

Tác giả

Đỗ Đăng Khoa

iii

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT CỘNG HÒA 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 sĩ

Họ và tên người hướng dẫn:....................................................................................

Họ và tên học viên:..................................................................................................

Chuyên ngành: ........................................................................................................

Khóa học: ................................................................................................................

Nội dung nhận xét:

1. Tinh thần, thái độ làm việc, ý thức tổ chức kỷ luật:............................................

.................................................................................................................................

2. Về năng lực và trình độ chuyên môn: .................................................................

.................................................................................................................................

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

.................................................................................................................................

4. Đồng ý cho học viên bảo vệ luận văn trước Hội đồng: Có Không

Hà Nội, ngày……tháng….năm……

Người nhận xét

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii

BẢN NHẬN XÉT............................................................................................ iii

MỤC LỤC........................................................................................................ iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................. vi

DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ........................................................ viii

ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................................1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU...................................3

1.1.Tổng quan về máy tiện CNC : .....................................................................3

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU.................................................................................................24

2.1. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................24

2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ................................................................24

2.2.1 Thiết bị gia công: ....................................................................................24

2.2.2 Vật liệu, chi tiết gia công và dao cắt:......................................................28

2.2.3 Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu: .......................................................28

2.3. Nội dung nghiên cứu.................................................................................28

2.4. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................28

2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ........................................................28

2.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ..................................................29

Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.......................36

3.1. Động học và động lực học quá trình cắt ...................................................36

3.1.1. Động học của quá trình cắt ....................................................................36

3.2. Chất lượng gia công ..................................................................................44

3.2.1. Chất lượng bề mặt gia công ...................................................................45

3.2.2. Độ nhám bề mặt gia công ......................................................................47

v

3.2.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt gia công ....................................48

3.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi tiện ren trên máy tiện

CNC..................................................................................................................49

3.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí điện năng riêng khi tiện ren trên máy

tiện CNC...........................................................................................................54

3.2.6. Xác định năng suất gia công khi tiện ren...............................................57

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM................................................62

4.1. Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển ....................................62

4.1.1. Mục tiêu thực nghiệm ............................................................................62

4.1.2. Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng.........................62

4.1.3. Lập trình gia công trên máy tiện CNC – NEF 400 ................................63

4.2. Thiết bị đo và phương pháp điều khiển các yếu tố ảnh hưởng. ...............65

4.3. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố..................................................................65

4.3.1. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của vận tốc cắt đến các hàm mục tiêu..66

4.3.2. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến các hàm tương

quan ..................................................................................................................68

4.4. Thực nghiệm đa yếu tố..............................................................................70

4.4.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của thông số đầu vào..70

4.4.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm..............................................................71

4.4.3. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ..............................................................72

4.5. Xác định giá trị tối ưu của tham số ảnh hưởng .........................................75

4.5.1. Lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu ...........................................75

4.5.2. Xác định giá thông số sử dụng hợp lý của máy tiện CNC NEF- 400....75

4.5.3. Thực nghiệm tiện theo chế độ tối ưu .....................................................76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................................78

1. Kết luận ........................................................................................................78

2. Kiến nghị......................................................................................................79

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Tên Đơn vị

Nr Chi phí năng lượng riêng Wh/m2

Nđ Công suất chi phí của động cơ kW

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

Nc Công suất của máy kW

Pz Lực tiếp tuyến N

Py Lực hướng kính N

Px Lực chạy dao N

Vz Tốc độ cắt vòng/ph

Vx Tốc độ chạy dao m/p

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 m

v Tốc độ cắt (số vòng quay trục chính) vòng/ph

S Lượng ăn dao mm/phút

t Chiều sâu cắt mm

P Bước ren mm

 Góc nghiêng chính Độ

1 Góc nghiêng phụ Độ

 Góc mũi dao Độ

 Góc trước Độ

 Góc sau chính Độ

 Góc cắt Độ

 Góc sắc Độ

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1. Mức thí nghiệm của các thông số đầu vào. .....................................71

Bảng 4.2: Bảng ma trận thí nghiệm Boks - Benken 2 thông số dầu vào..............71

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm tiện trục theo chế độ tối ưu ...............................77

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Cấu tạo bên ngoài của máy tiện CNC................................................4

Hình 1.2: Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC .........................6

Hình 1.3. Hệ thống gá đặt dụng cụ ....................................................................8

Hình 1.4. Bảng điều khiển máy tiện CNC .......................................................10

Hình 1.5. Hệ thống dao chủ yếu gia công trên máy tiện CNC ........................12

Hình 2.1. Máy tiện CNC – NEF 400................................................................25

Hình 3.1.a. Chuyển động chính và chuyển động chạy dao khi tiện.................36

Hình 3.1.b. Chuyển động tạo ren .....................................................................37

Hình 3.2. Dịch chuyển của các loại dao cắt.....................................................38

Hình 3.3.a. Dao tiện ren ...................................................................................39

Hình 3.3.b. Dao tiện mặt ngoài ........................................................................39

Hình 3.4. Các yếu tố của chế độ cắt và lượng chạy dao dọc ...........................42

Hình 3.5. Hệ thống lực cắt khi tiện ren............................................................43

Hình 3.6. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến các tỷ lệ lực

khi tiện thép 45: ..............................................................................................44

Hình 3.7. Các dạng bề mặt gia công ................................................................46

Hình 3.8. Độ nhám bề mặt gia công ................................................................47

Hình 3.9. Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên dao cắt khi tiện ............................55

Hình 4.1.Bản vẽ chi tiết....................................................................................63

Hình 4.2.Viết chương trình ..............................................................................63

Hình 4.3. Tạo phôi ...........................................................................................64

Hình 4.4. Mô phỏng gia công ..........................................................................64

Hình 4.5. Gia công ren .....................................................................................65

Hình 4.6. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí điện năng riêng .................67

Hình 4.7. Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt .............................68

Hình 4.8. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí điện năng riêng ..............69

Hình 4.9. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt..........................70

1

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 được 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 nước đang cố gắng

đẩy nhanh quá trình phát triển nhằm tạo ra các sản phẩm có chất lượng tốt,

năng suất lao động cao, giá thành hạ…, phục vụ tốt nhu cầu của cuộc sống

của con người.

Tối ưu hoá quá trình gia công cắt gọt là phương pháp xác định chế độ

cắt tối ưu thông qua việc xây dựng mối quan hệ toán học giữa hàm mục tiêu

về kinh tế hoặc kỹ thuật của quá trình gia công với các thông số của chế độ

cắt tương ứng trên một hệ thống công nghệ xác định nhằm đạt được các mục

tiêu về kinh tế hoặc kỹ thuật của quá trình gia công. Như vậy, thực chất của

việc xác định chế độ cắt tối ưu là giải bài toán tối ưu hoá bằng phương pháp

thực nghiệm để tìm cực trị và miền tối ưu hoá theo các chỉ tiêu đã đề ra.

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật thì việc thực hiện

tối ưu hóa trên trên các máy điều khiển số (CNC) là một vấn đề rất quan trọng

trong việc nâng cao năng suất, đáp ứng chất lượng sản phẩm đòi hỏi ngày

càng cao…

Máy tiện CNC - NEF 400 là máy điều khiển số CHLB Đức được trang bị

để phục vụ đào tạo và sản xuất tại trường Cao đẳng nghề Đồng Nai, 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, đặc biệt là gia công các loại ren vẫn chưa đạt được

sự tối ưu hóa về chế độ cắt dẫn đến chất lượng còn kém, bởi vì các mối ghép

ren và truyền động bằng ren ngoài các yêu cầu như đúng góc độ ren, profin

2

ren, chiều cao ren…,mà các mối ghép ren phải lắp ghép êm, không quá lỏng,

cũng không quá chặt….

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 lượng của sản phẩm cơ khí, tôi tiến hành thực hiện luận văn tốt

nghiệp với đề tài:

“Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám

bề mặt và chi phí điện năng riêng khi tiện Ren trên máy tiện CNC-NEF

400”.

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,

tạo ra những sản phẩm có chất lượng, góp phần đưa đất nước tiến nhanh trên

con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá.

 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học

Bằng cách nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận văn đã

đưa ra được 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 ưu hoá

quá trình cắt cũng như cho các nghiên cứu khác của quá trình tiện ren 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 chương trình gia

công NC trong quá trình chuẩn bị gia công được 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.

3

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1.Tổng quan về máy tiện CNC :

Máy tiện CNC có đặc điểm cấu tạo tương tự như máy tiện thông thường.

Đối với tiện thông thường khi gia công cắt gọt chi tiết người điều khiển

phải theo dõi vị trí dao cắt, thao tác kịp thời chế tạo ra những chi tiết đạt yêu

cầu kỹ thuật.

Độ chính xác, năng xuất phụ thuộc vào trình độ tay nghề người điều

khiển.

Máy CNC hoạt động theo một chương trình đã được lập trình theo một

quy tắc chặt chẽ phù hợp với quy trình công nghệ được soạn thảo và cài đặt

phần mềm trong máy.

Kết quả làm việc của máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người

điều khiển. Lúc này người điều khiển máy chủ yếu đóng vai trò theo dõi và

kiểm tra các chức năng hoạt động của máy.

Những nét đặc trưng cơ bản của máy tiện CNC:

- Tự động hoá cao;

- Tốc độ dịch chuyển, tốc độ quay lớn (> 1000vòng /phút);

- Độ chính xác cao (sai lệch kích thước < 0,001 mm);

- Năng xuất gia công cao gấp 3 lần máy tiện thường;

- Tính linh hoạt cao thích nghi nhanh với các đối tượng gia công phù hợp

với sản xuất loạt nhỏ.

Hình dáng kết cấu của máy tiện NC cũng tương tự máy tiện thông

thường, ngoài ra máy tiện CNC còn có một số đặc điểm riêng sau (Hình 1.1).