BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PHẠM VĂN KHIÊM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY FA3AU LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP PHẠM VĂN KHIÊM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY FA3AU Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị giới hoá nông lâm nghiệp Mã Số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Hoàng Việt Hà Nội - 2011 ĐẶT VẤN ĐỀ Chế tạo máy ngành quan trọng kinh tế quốc dân Phạm vi sử dụng sản phẩm ngành chế tạo máy rộng rãi Từ tầu vũ trụ giày, dép quần áo - tất sản phẩm chế tạo nhờ máy thiết bị khác Trong xu toàn cầu hoá, để nâng cao sức cạnh tranh trình hội nhập cần phát triển sản xuất theo hướng tối giảm chi phí gia công sở đảm bảo nâng cao chất lượng sản phẩm Tối ưu hoá trình sản xuất công cụ hữu hiệu để đạt mục tiêu Tuy nhiên tối ưu hoá toàn trình sản xuất nói chung, chế tạo khí nói riêng toán lớn giải sau thực nhiệm vụ tối ưu hoá nguyên công trình gia công Nghiên cứu tối ưu hoá nguyên công nâng cao hiệu kinh tế - kỹ thuật nguyên công mà tạo liệu quan trọng phục vụ việc tự động hoá trình chuẩn bị công nghệ, rút ngắn thời gian khối lượng lao động chuẩn bị sản xuất, đồng thời tạo điều kiện cho việc điều khiển nguyên công tiến tới tự động hoá trình sản xuất Khi tố i ưu hoá các chế đô ̣ của các quá trình công nghê ̣, cũng các chế đô ̣ làm viê ̣c của máy gia công sẽ diễn viêc̣ giải nhiề u bài toán Một vấn đề mấu chốt cần phải giải để nâng cao hiệu kinh tế - kỹ thuật trình gia công chế tạo khí phải xác định chế độ cắt tối ưu cho nguyên công khác điều kiện sản xuất cụ thể Máy phay FA3AU thiết bị chủ đạo phục vụ đào tạo sản xuất Trường Cao đẳng Cơ điện Nông nghiệp Nam Bộ, máy với tính gia công mặt phẳng, mặt định hình, mặt xoắn ren… Tuy nhiên trình gia công sản xuất chi tiết, sản phẩm khí chuyển giao công nghệ sở có nhiều bất cập chất lượng, suất thấp, giá thành cao làm hạn chế tính cạnh tranh sản phẩm, gây không khó khăn khâu tiêu thụ Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp có nguyên nhân chưa có nghiên cứu tạo lập sở khoa học xác định ảnh hưởng yếu tố đến chất lượng gia công, chưa đề cập đến mô hình toán học toán tối ưu hoá qúa trình nghiên cứu sử dụng hiệu thiết bị điều kiện gia công vật liệu, sản phẩm cụ thể Hơn nữa, công nghệ sản xuất không ngừng phát triển đổi Nhiều vấn đề từ thực tiễn sản xuất nước đặt ra: Với qui mô sản xuất vừa nhỏ loại hình thiết bị phù hợp? Hầu hết thiết bị nhập từ nước ngoài, thiếu nhiều tài liệu sử dụng, để có suất, chất lượng giá thành sản phẩm gia công tối ưu cần giải nhiệm vụ cụ thể nào? Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn nêu trên, đồng ý Hội đồng Khoa học - Công nghệ sở đào tạo Sau đại học trường Đại học Lâm Nghiệp, tiến hành thực luận văn tốt nghiệp với đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công máy phay FA3AU ” Kết nghiên cứu đề tài tài liệu cần thiết cho tính toán thiết kế, cải tiến sử dụng hiệu thiết bị phục vụ đào tạo cán kỹ thuật thực tiễn sản xuất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm hiệu sản xuất Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu gia công cắt gọt phương pháp phay máy phay giới Phay phương pháp gia công cắt gọt dụng cụ cắt quay tròn tạo chuyển động cắt Chuyển động tiến dao thông thường máy, có dao máy dao thực theo hướng khác Theo nguyên liệu sản phẩm gia công phân gia công kim loại gia công vật liệu phi kim loại Gia công kim loại phương pháp phay dùng rộng rãi nước công nghiệp phát triển từ nửa sau kỷ 19 Từ đến nay, trải qua thời kỳ dài phát triển, trình phay - trình gia công học - trình chế tạo sản phẩm thông dụng ngành chế ta ̣o máy thu hút ý nhiều học giả Nhiều công trình khoa học việc xây dựng phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại phải kể đến nhà bác học Xô Viết (Liên Xô cũ) giáo sư viện sĩ V.A Arsinop, giáo sư G.C Andrev, V.F Bobrov, C.H Philonenko, Iacố p Bachisep, Paven Dakhaba, Lép Sôbakin, nhà bác ho ̣c Mỹ Boston O.W., Ernst H., Merchant M.E.,… Lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i sâu nghiên cứu qúa trình tạo phoi, lực phát sinh trình gia công giới, công suất thiết bị, chất lượng sản phẩm gia công… đại lượng cần thiết, chúng làm sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính toán kích thước công cụ cắt, tính toán thiết kế sử dụng hợp lý thiết bị công cụ gia công Nhiều công trình sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên dùng như: phay, tiện G.C Andrev, A.V Rudnev, V.F Bobrov; sở lý thuyết mài nhẵn E H Maclov… đưa phân tích cụ thể động học trình cắt gọt Đó công trình lớn bao gồm vấn đề lý thuyết kinh nghiệm thực tế gia công kim loại mà giới lúc có công trình nghiên cứu tương tự đời Vào thập kỷ 70 kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loa ̣i ngày hoàn chỉnh với công trình nghiên cứu lực phát sinh trình gia công kim loại học nghiên cứu đầy đủ xác sở vật lý trình cắt, tượng nhiệt trình cắt Lực cắt đơn vị qui luật lực cắt xác định thông qua công thức lý thuyết [15, 42, 47] Nghiên cứu trình cắt vật theo hướng kết hợp lý thuyết thực nghiệm nhà khoa học giới tiến hành như: M.P Semko, E.M.Trent; Granôpxki (Nga); V Gazda (Tiệp Khắc cũ); P Korecky (Pháp); J Shinozuka (Nhật); Bhattacharya A (Ấn Độ) với kết luận quan trọng sơ đồ cắt động học, tạo phoi, yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt Chế độ cắt đặc trưng ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy dao chiều sâu cắt Chế độ cắt ảnh hưởng lớn đến chất lượng gia công, tiêu hao lượng suất máy Nhiều công trình nhà khoa học tập trung nghiên cứu ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến lực cắt, hao mòn công cụ cắt, rung động hệ thống công nghệ “ Máy - dao cắt đồ gá - chi tiết gia công” tượng lý - hoá xảy vùng cắt Điển hình công trình nhà bác học Nga Granôpxki phân nhóm sơ đồ cắt động học, công trình Zorev N.N lực cắt phận dao cắt, công trình nhà khoa học Đức Kronenberg, Friedrich, Hippler… qui luật lực cắt, công trình lý thuyết thực nghiệm nhà khoa học Sokolovski, Kasirin, Tlusty, Tolias, Bhattacharya … sâu xác hoá nhận thức nguyên lý qui luật tự rung gia công, hay công trình nhà khoa học Ostermann, Laladze, Malkin, Smith phương pháp giải tích trường nhiệt độ dụng cụ cắt, phoi chi tiết gia công Trong lĩnh vực gia công vật liệu phi kim loại mà điển hình vật liệu gỗ với đặc tính phức tạp (không đồng bất đẳng hướng) có nhiều công trình tiếng khoa học cắt gọt gỗ, vật liệu từ gỗ Năm 1870, tỷ suất lực cắt lần giáo sư tiến sĩ I A Time xác định cho trường hợp cắt đơn giản phương pháp thực nghiệm [17, 22, 41] Năm 1933, giáo sư tiến sĩ M A Đesevôi tổng hợp xây dựng hoàn chỉnh lý thuyết cắt gọt gỗ Năm 1939, ông cho đời sách “Kỹ thuật gia công gỗ”, công trình lớn bao gồm vấn đề lý thuyết kinh nghiệm thực tế gia công gỗ mà giới lúc chưa có công trình nghiên cứu tương tự đời [17] Tỷ suất lực cắt theo tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy phay gỗ giáo sư tiến sĩ A L Bersatski xác định công thức thực nghiệm [17, 41] Nghiên cứu trình cắt gỗ theo hướng kết hợp lý thuyết thực nghiệm nhà khoa học Mỹ tiến hành C Fraz [37], với kết luận quan trọng tạo phoi, yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt, chất lượng gia công GS TS B.M.Buglai nghiên cứu độ nhẵn phần lớn dạng gia công gỗ mà phay, bào quan tâm nhiều Nguyên lý cấu tạo, tính công nghệ 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 sớm Nhiều kiểu loại máy phay thiết kế, chế tạo máy phay nằm, máy phay đứng, máy phay giường, máy phay vạn năng, máy phay chuyên môn hoá chuyên dùng v.v… Cùng với phát triển trình phay, dao phay ngày cải tiến hoàn thiện với nhiều kiểu loại khác Nhiều hãng giới PLL (Pittler Ludnig Low - Đức), Tập đoàn LMT (Leitz metalworking technology), RSK (Anh) tiếng với máy công cụ cắt đại… Nhằm không ngừng nâng cao khả làm việc công cụ cắt, nhiều công trình sâu nghiên cứu động học, động lực học trình gia công Điển hình công trình G.I.Granovski, A.M Danielian; A.S Kondratiev [1, 5] Nghiên cứu máy thiết bị cắt kim loại vật liệu phi kim loa ̣i khác, nhà khoa học Spirindonov A.A, Fedorov V.B., Molchanov G.I., Aliabiev V.I., F.M Manjốt, N V Makovski,… [18,19,20,22,44] rõ chất lượng gia công bao gồm chất lượng bề mặt gia công độ xác gia công tiêu quan trọng đánh giá chất lượng máy thiết bị, biểu thị hoàn thiện kỹ thuật việc sử dụng chúng để tạo sản phẩm Chất lượng gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với điều kiện sản xuất cụ thể có tiêu đánh giá định lượng thông qua biểu thức toán học miêu tả tác động tương hỗ yếu tố ảnh hưởng tới chúng Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thiết bị sản xuất gia công kim loại, vật liệu phi kim loại phục vụ sản xuất nước phát triển giới Nga, Mỹ, Đức, Nhâ ̣t, Thụy Điển, Úc… nghiên cứu sâu rộng Nhiều hãng tiếng như: MAC (Đức) sản xuất loại máy phay CNC mã hiệu PDM-600 (hình 1.1); Hãng Kaida (Nhật) với máy mã hiệu KDVM1000L (hình 1.2) Thế hệ máy thực phay 3D, 4D 5D, máy thực nguyên công tiện, khoan, doa, tarô, v.v Độ xác lặp lại 0.01- 0.003 (mm) Điều khiển trục x, y, z hiệu phay theo chiều thẳng đứng, tiện, doa theo mặt tọa độ XY, XZ, YZ Cổng truyền liệu RS232 thích hợp với chương trình CIMCO9.6 pro Bộ điều khiển Fanuc, Hanuc, Simenuc, Heidelheil, v.v Do tiến khoa học - công nghệ, trang thiết bị dùng cho trình gia công cắt gọt ngày đại dẫn tới vốn đầu tư cho sản xuất ngày tăng Nếu chế độ công nghệ không hợp lý không khai thác hết khả thiết bị, gây lãng phí lớn hiệu thu không đủ bù cho chi phí sản xuất đặc biệt khấu hao Hình 1.1 Máy phay CNC PDM-600 Hình 1.2 Máy phay CNC KDVM 1000L thiết bị Vì vậy, vấn đề mấu chốt cần giải để giảm chi phí gia công phải nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu cho nguyên công ứng với điều kiện gia công cụ thể để cung cấp liệu cho việc chuẩn bị công nghệ Vấn đề mô hình hoá tối ưu hoá trình công nghệ gia công với phương pháp luận đại, nghiên cứu cắt gọt kim loại nhà khoa học, giáo sư C.C Rudnik, E.I Pheldstein, G Spur, W Koenig, F Klocke,… tập trung nghiên cứu và phát triể n rô ̣ng với nhiều công trình tiếng tối ưu hoá trình gia công cắt gọt [1, 5, 30, 36] Chế độ cắt gọt - tổ hợp thông số vận tốc cắt, lượng chạy dao chiều sâu cắt vấn đề có tầm quan trọng, đặc biệt nghiên cứu sử dụng thiết bị công nghệ Chế độ cắt hợp lý đã góp phần định đến chất lượng suất gia công Tối ưu hoá trình cắt gọt nghiên cứu phát triển mạnh nước công nghiệp tiên tiến Đức, Mỹ, Nhật, Nga, Pháp, Thụy Sĩ,… Ở nước song song với việc nghiên cứu tối ưu hoá chế độ cắt người ta tiến hành xây dựng ngân hàng liệu chế độ gia công để tạo lập sở cho việc tự động hoá chuẩn bị công nghệ Điển hình lĩnh vực có công trình nghiên cứu C.C Rudnik, F Lierath, W Koenig, K Essen, gia công gỗ có A.A.Pizurin, M.S.Rozenblit [ 1, 5, 36, 45] 1.2 Công nghệ thiết bị gia công phay sản xuất Việt Nam Trong kinh tế quốc dân, ngành Cơ khí đóng vai trò quan trọng Ngay từ đời, ngành công nghiệp khí nước ta Đảng Nhà nước xác định ngành có vai trò then chốt ưu tiên phát triển, có nhiều nhà máy khí lớn xây dựng, có nhiều trung tâm đào tạo, nghiên cứu đời Theo số liệu thống kê, số lươ ̣ng sở khí có khoảng 53.000 sở và số lươ ̣ng công nhân tham gia trực tiế p khoảng 500.000 lao đô ̣ng chiế m khoảng 12% lao đô ̣ng công nghiêp̣ của cả nước, góp phần đáng kể công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước 78 Sử dụng công thức (3.34) xác định giá trị X1, X2, X3 dạng mã thông số vận tốc cắt V, lượng chạy dao S, chiều sâu cắt t Kết ghi bảng 4.14 Bảng 4.14: Giá trị mã hoá X1, X2, X3 Các yếu tố Mã hoá Mức biến thiên X1 X2 X3 V(m/ph) S(mm/v) t(mm) Mức +1 125 1.5 2.5 Mức sở 75 1.0 1.5 Mức -1 25 0.5 0.5 Khoảng biến thiên l 50 0.5 1.0 4.5.2 Thành lập ma trận thí nghiệm Ma trận thí nghiệm Hartley xếp bảng 4.15 Bảng 4.15: Ma trận thí nghiệm Hartley STT X1 X2 X3 -1 -1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 +1 +1 -1.215 0 10 1.215 0 11 -1.215 12 1.215 79 13 0 -1.215 14 0 1.215 15 0 16 0 17 0 4.5.3 Tiến hành thí nghiệm theo ma trận Hartley với số lần lặp lại thí nghiệm m = Kết thí nghiệm ghi phụ biểu 04 Trong trình thí nghiệm, số liệu bất thường phải kiểm tra xem xét không đủ độ tin cậy phải kiểm tra tiến hành lại 4.5.4 Xác định mô hình toán hàm độ nhám bề mặt Ra Số liệu thực nghiệm tính toán hàm độ nhám bề mặt theo ma trận Hartley thể phụ biểu 05 Kết xử lý giới thiệu bảng 4.16 Bảng 4.16: Tổng hợp giá trị xử lý hàm độ nhám bề mặt Ra ˆ Y Yost S2j STT Y1 Y2 Y3 Ytb 1,995 1,499 1,908 1,801 1,94080 -0,14027 0,070221 1,533 1,790 1,811 1,712 1,83480 -0,12314 0,024012 2,040 1,984 2,019 2,014 1,95160 0,062624 0,000785 2,454 1,933 1,765 2,051 2,03920 0,011509 0,129189 1,901 1,232 1,868 1,667 1,69520 -0,02836 0,141987 1,267 1,832 1,922 1,674 1,75320 -0,07959 0,126334 1,589 1,974 2,190 1,918 1,81160 0,105939 0,092764 2,253 1,862 2,444 2,186 2,06320 0,123285 0,087924 1,808 1,165 1,662 1,545 1,55187 -0,00674 0,113771 10 1,810 2,003 1,256 1,690 1,64032 0,049448 0,150192 80 11 3,045 2,641 3,222 2,969 2,67151 0,297832 0,088672 12 2,186 2,815 2,826 2,609 2,86640 -0,25721 0,134369 13 2,301 1,626 2,029 1,985 1,83612 0,149172 0,115229 14 1,722 1,788 1,276 1,595 1,70150 -0,10633 0,077541 15 2,527 2,043 1,887 2,152 2,19810 -0,04575 0,111234 16 2,475 1,823 2,475 2,258 2,19810 0,059791 0,141717 17 2,385 1,653 2,320 2,119 2,19810 -0,07885 0,164284 a Kiểm tra tính đồng phương sai Tiêu chuẩn Kohren Gtt = 0,0928; Tiêu chuẩn tra bảng (5%), Gb = 0,376 So sánh: Gtt < Gb tính đồng phương sai đạt tiêu chuẩn b Xác định mô hình toán hàm độ nhám bề mặt Sử dụng phần mềm qui hoạch thực nghiệm ta tính hệ số phương trình dạng mã hàm độ nhám bề mặt Ra: Y1 = 2,1972 + 0,0354X1+ 0.0790X2 – 0,0551X3 + 0,0483X1X2 + 0,0417X1X3+ + 0,0267X2X3 – 0,4042X12+ 0,3808X 22 – 0,2888X32 (4.7) c Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số Sử dụng tiêu chuẩn Student, hệ số có nghĩa ttt > tb Giá trị tb với  = 0,05;  = N.(n-1) = 34 tb = 2,02 Đối chứng với kết xử lý phụ biểu 13 hệ số có nghĩa là: b0,0, b1,0, b1,1, b2,0, b2,1, b2,2, b3,3 hệ số lại nghĩa Nhưng việc bỏ qua hệ số vấn đề cần xem xét Theo [14] định không bỏ hệ số để tiện cho việc tìm giá trị tối ưu d Kiểm tra tính tương thích mô hình Ftt = 1,1317 < Fb = 3,07 (Tiêu chuẩn tra bảng (5%)) Vậy mô hình ta chọn tương thích e Kiểm tra khả làm việc mô hình R2 1 m.( N  K* ).S2  N.(m  1).Se2 ; N m yˆ  y  N.(m  1).Se2 u 1 81 N = 17; K = 10; Se2 = 0,1041; S2 = 1,7702; R2 = 0,87 Vậy R2 > 0,75 mô hình coi hữu ích sử dụng [6] 4.5.5 Xác định mô hình toán hàm sai số gia công Δsm Trên sở tổng hợp kết thí nghiệm đa yếu tố hàm sai số gia công theo ma trận Hartley phụ biểu 06, kết xử lý số liệu thực nghiệm tính toán thể bảng 4.17 Bảng 4.17: Tổng hợp giá trị xử lý hàm sai số gia công Δsm STT Y1 Y2 Y3 Ytb Sj2 0,070 0,088 0,096 0,085 0,000173 0,177 0,124 0,181 0,161 0,000988 0,149 0,117 0,144 0,137 0,000294 0,146 0,184 0,148 0,159 0,000451 0,145 0,106 0,144 0,132 0,000479 0,183 0,152 0,186 0,174 0,000345 0,107 0,113 0,163 0,127 0,000936 0,131 0,126 0,081 0,113 0,000778 0,134 0,201 0,162 0,166 0,001116 10 0,140 0,139 0,170 0,15 0,000318 11 0,188 0,149 0,163 0,167 0,000389 12 0,125 0,116 0,091 0,111 0,000301 13 0,227 0,231 0,255 0,237 0,000232 14 0,201 0,187 0,147 0,178 0,000783 15 0,218 0,188 0,198 0,201 0,000241 16 0,226 0,195 0,199 0,207 0,000275 17 0,220 0,178 0,214 0,204 0,000519 a Kiểm tra tính đồng phương sai 82 Giá trị chuẩn Kohren tính toán được: Gtt = 0,1391; Tiêu chuẩn Kohren tra bảng: Gb= 0,376; Ta thấy Gtt < Gb phương sai thí nghiệm đồng b Xác định mô hình toán hàm sai số gia công Phương trình dạng mã hàm sai số gia công Δsm có dạng: Y = 0,2035 + 0,0101X1 – 0,0071X2 – 0,0035X3 – 0,0133X1X2 – – 0,0083X1X3 – 0,0142X2X3 – 0,0309X12 – 0,0421X22+ 0,0049X32 (4.8) c Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số Sử dụng tiêu chuẩn Student, hệ số có nghĩa ttt > tb Giá trị tb với  = 0,05;  = N.(n-1) = 34, tb = 2,02 Đối chứng với kết phụ biểu 14 hệ số sau có nghĩa b 0,0, b1,0, b1,1, b2,1, b2,2, b3,3 hệ số lại nghĩa Nhưng việc bỏ qua hệ số vấn đề cần xem xét Theo [14] định không bỏ hệ số để tiện cho việc tìm giá trị tối ưu d Kiểm tra tính tương thích mô hình Ftt = 2,6307 < Fb = 3,07 Vậy mô hình ta lựa chọn tương thích e Kiểm tra khả làm việc mô hình R 1 m.( N  K* ).S2  N.(m  1).Se2 m yˆ  y  N.(m  1).Se2 N u 1 N = 17; K = 10; Se2 = 0,000506; S2 = 0.0086; R2 = 0,9 Kết R2 > 0,75, mô hình coi hữu ích sử dụng 4.5.6 Chuyển phương trình hồi quy hàm mục tiêu dạng thực Trên sở giá trị mã hoá Xi = (xi - xi0)/ei , ta có: X1 = (V - 75)/50 = 0,02V – 1,5 X2 = (S – 1,0)/0,5 = 2S - X3 = (t - 1,5)/1,0 = t – 1,5 (4.9) 83 Sau thay vào phương trình hồi quy (4.7 4.8) giản ước ta nhận được: - Hàm độ nhám bề mặt gia công: Ra ≡ Y1 = 2,2795 + 0,0218V – 3,4294S + 0,7487t + 0,0019V.S + + 0,0008 V.t + 0,0534S.t – 0,0002V2 + 1,5232S2 – 0,2888t2 (4.10) - Hàm sai số gia công: Δsm ≡ Y2 = – 0,1345 + 0,0028V + 0,4052S – 0,0342t – 0,0005V.S – – 0,0002V.t + 0,0285S.t – 12.10-6V2 – 0,1684S2 + 0,0049t2 (4.11) 4.5.7 Xác định giá trị tối ưu thông số V, S t Bước 1: Tìm giá trị cực trị hàm Y1 theo phương trình (4.7): Thực đạo hàm riêng phương trình (4.7) theo biến X1, X2 X3 ta hệ phương trình: Y1  0,0345  0,8084 X1  0,0483 X  0,0417 X X1 Y1  0,0790  0,0483 X1  0,7616 X  0,0267 X X Y1  0,0551  0,0417 X1  0,0267 X  0,5776 X X (4.12) Giải hệ phương trình (4.12) với vế phải không, ta có nghiệm sau: X1 = 0,0444; X2 = 0,1035; X3 = - 0,0874 Thay giá trị X1, X2, X3 vào Y1 ta có Y1min = 2,2127 Bước 2: Tìm giá trị cực trị hàm Y2 theo phương trình (4.8): Thực đạo hàm riêng phương trình (4.8) theo biến X1, X2 X3 ta hệ phương trình: 84 Y2  0,0101  0,0618 X1  0,0133 X  0,0083 X X1 Y2  0,0071  0,0133 X1  0,0824 X  0,0142 X X Y2  0,0035  0,0083 X1  0,0142 X  0,0098 X X (4.13) Giải hệ phương trình (4.13) với vế phải không, ta có nghiệm sau: X1 = 0,2394; X2 = - 0,0377; X3 = - 0,5052 Thay giá trị X1, X2, X3 vào Y2 ta có Y2min = 0,2067 Bước 3: Lập hàm tỷ lệ cực trị tối ưu 1  Y1 Y1  Y1 2,2127 (4.14) 1 = 0,9920 + 0,0160X1 + 0,0357X2 – 0,0249X3 + 0,0218X1X2 + + 0,0188X1X3 + 0,0121X2X3 – 0,1827X12 + 0,1721X 22 – 0,1305X32 (4.15) 2  Y2 Y2  Y2min 0, 2067 (4.16) 2 = 0,9845 + 0,0489X1 – 0,0343X2 – 0,0169X3 – 0,0643X1X2 – – 0,0402X1X3 – 0,0687X2X3 – 0,1495X12 – 0,2037X22 – 0,0237X32 (4.17) Hàm tổng quát:  = 1 + 2  = 1,9765 + 0,0649X1 + 0,0004X2 – 0,0418X3 – 0,0394X1X2 – – 0,0214X1X3 – 0,0566X2X3 – 0,3322X12 – 0,0316X22 – 0,1542X32 (4.18) Thực đạo hàm riêng phương trình (4.18) theo biến X1, X2 X3 ta hệ phương trình:   0,0649  0,6644X1  0,0394X  0,0214X X1   0,0004  0,0394X1  0,0632X  0,0566X X   0,0418  0,0214X1  0,0566X  0,3084X X (4.19) Giải hệ phương trình (4.19) với vế trái không ta nghiệm sau: 85 X1 = - 0,0507; X2 = 0,1188; X3 = - 0,1686 Thay giá trị X1, X2, X3 vào , 1, 2 ta được: min = 1,9758 1min = 0,9977 2min = 0,9790 1min + 2min = 0,9790 + 0,9977 = 1,9767 Bước 4: Xác định giá trị thực thông số ảnh hưởng Từ giá trị X1, X2, X3 nhận ta tìm giá trị thực xi (theo (4.11)): V = 72,47 m/ph; S = 1,06 mm/v; t = 1,33 mm Thay giá trị V, S, t vào phương trình dạng thực (4.10 4.11) ta được: Ra ≡ Y1min = 1,4104 m Δsm ≡ Y2min = 0,1914 mm 4.5.8 Gia công chi tiết với thông số tối ưu V, S, t Sau chuẩn bị máy, phôi tiến hành gia công chi tiết theo vẽ kỹ thuật tương tự trình thí nghiệm Khối lượng gia công sản phẩm tính toán đảm bảo yêu cầu số lượng quan trắc cần thiết để đảm bảo đủ độ tin cậy theo lý thuyết thực nghiệm Theo tài liệu [2, 6, 14] số lượng quan trắc cần thiết để kết tin tưởng xác định công thức n ct  t 2b S2 2 Trong đó: tb- tiêu Student tra bảng phụ thuộc vào độ tin cậy P số lượng quan trắc n (P = 0,95;  = 0,05) S- phương sai thí nghiệm; - sai số tương đối,  = 0,01  0,05; - sai số tuyệt đối, 2 =  Y Với kết thu phụ biểu 15 Số lượng quan trắc cần thiết để kết có độ tin cậy 95% với sai số tương đối 3% 86 a Hàm độ nhám bề mặt Y1 (Ra phụ biểu 07) S  N Y1  Y2 2  4,4  N  i1 2 =  Y = 0,03 x 72,36 = 2,17 Số lượng quan trắc cần thiết với tb = 1,66 n ct  1,66x1,66x4,4x4,4  24,6 , lấy nct = 25 2,17 Số thí nghiệm thực n = 45 > nct Với số liệu thu thập đủ đảm bảo với độ tin cậy 95% b Hàm sai số gia công Y2 (Δsm phụ biểu 07) S  N Y1  Y2 2  7,3  N  i1 2 =  Y = 0,03 x 203,38 = 6,1 Số lượng quan trắc cần thiết với tb = 1,66 n ct  1,66x1,66x7,3x7,3  24,04 , lấy nct = 25 6,1 Số thí nghiệm thực n = 45 > nct Với số liệu thu thập đủ đảm bảo với độ tin cậy 95% c So sánh kết tính toán - Kết tính toán: Ra ≡ Y1min = 1,4104 m Δsm ≡ Y2min = 0,1914 mm - Kết thí nghiệm: Ra = 1,415 m Δsm = 0,194 mm Nhận xét: Sự sai lệch giá trị tính toán lý thuyết giá trị thực nghiệm có sai lệch không đáng kể, giá trị tối ưu tính toán thực nghiệm chấp nhận 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận: Nghiên cứu tối ưu hoá nguyên công nâng cao hiệu kinh tế - kỹ thuật nguyên công mà tạo liệu quan trọng phục vụ việc tự động hóa qúa trình chuẩn bị công nghệ, rút ngắn thời gian khối lượng lao động chuẩn bị sản xuất, đồng thời tạo điều kiện cho việc điều khiển nguyên công tiến tới tự động hóa qúa trình sản xuất Nhằm góp phần nhỏ vào nghiên cứu nâng cao hiệu qủa sản xuất thực tiễn gia công chi tiết máy thông dụng, với khuôn khổ luận văn thạc sĩ kỹ thuật, từ nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm ảnh hưởng số yếu tố chế độ cắt đến độ nhám bề mặt sai số gia công phay chi tiết máy từ vật liệu thép C45 máy phay mã hiệu FA3AU, đạt số kết sau: Bằng phương pháp nghiên cứu khoa học cắt gọt vật liệu, phân tích, tổng hợp yếu tố tác động tương hỗ chúng qúa trình gia công phương pháp phay, từ lựa chọn yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt sai số kích thước sản phẩm gia công để sâu nghiên cứu vận tốc cắt V, lượng chạy dao S chiều sâu cắt t Bằng nghiên cứu thực nghiệm sở thực nghiệm đơn yếu tố xây dựng công thức thực nghiệm xác định tương quan định lượng tiêu đặc trưng cho chất lượng gia công độ nhám bề mặt Ra sai lệch kích thước độ song song bề mặt Δsm với: vận tốc cắt V theo biểu thức (4.1), (4.2); lượng chạy dao S - biểu thức (4.3), (4.4); chiều sâu cắt t - biểu thức (4.5) (4.6) Kết tạo lập sở quan trọng cho giải toán “thuận nghịch” gia công vật liệu khí 88 Kết thực nghiệm với quy hoạch thực nghiệm bậc đa yếu tố luận văn xây dựng công thức thực nghiệm xác định hàm độ nhám bề mặt Ra sai số gia công Δsm với yếu tố chế độ cắt V, S, t: biểu thức (4.10) (4.11) Những kết sở cho xác lập hàm mục tiêu phục vụ giải toán tối ưu hóa qúa trình phay chế tạo chi tiết máy Kết thực nghiệm cho thấy ba yếu tố ảnh hưởng tốc độ cắt V có mức ảnh hưởng lớn đến hai tiêu độ nhám bề mặt sai số gia công khoảng giá trị từ 25 đến 100 m/ph, chiều sâu cắt t không ảnh hưởng nhiều đến độ nhám bề mặt Đã xác định giá trị tối ưu thông số ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt sai số kích thước sản phẩm điều kiện biên mà đề tài giới hạn nghiên cứu là: tốc độ cắt V = 72.5 m/ph, lượng chạy dao S = 1.05 mm/vg, chiều sâu phay t = 1.35 mm Với thông số trên, độ nhám bề mặt gia công Ra = 1,415 m, sai số gia công nhỏ (0,194 mm) đạt chất lượng gia công tinh theo yêu cầu công nghệ chế tạo máy Qua kiểm chứng thực nghiệm cho phép khẳng định độ tin cậy, tính khả thi kết qủa nghiên cứu II Kiến nghị: Cần mở rộng phạm vi nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố khác qúa trình gia công trình bày mục 3.2 đến chất lượng gia công cần bao hàm độ xác kích thước, hình dạng để vấn đề nghiên cứu trọn vẹn Cần mở rộng toán xác định thông số chế độ cắt tối ưu sở luận chứng, lựa chọn hàm mục tiêu bao hàm kinh tế, kỹ thuật xây dựng toán tối ưu dạng tối ưu hóa động để giải vấn đề trọn vẹn hơn, phù hợp với tự động hóa qúa trình gia công sở đo lường chủ động điều khiển tối ưu 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hoá trình gia công cắt gọt, Nxb Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Văn Bỉ (2006), Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, Trường Đại học Lâm nghiệp, Hà Tây Nguyễn Ngo ̣c Đào, Trầ n Thế San, Hồ Viế t Biǹ h (2002), Chế độ cắ t gia công hợp lý, Nxb Đà Nẵng, Đà Nẵng Trầ n Văn Đich ̣ (2005), Kỹ thuật tiê ̣n, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Địch , Nguyễn Trọng Bình, … (2003), Công nghệ chế tạo máy, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần văn Địch, Trần Xuân Việt, … (2001), Tự động hoá trình sản xuất, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Chí Đức (1981), Thống kê toán học, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội Nguyễn Hải (2002), Phân tích dao động máy, Nxb KH & kỹ thuật, Hà Nội Nghiêm Hùng (2007), Vật liệu học sở, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 10 Nguyễn Văn Huyền (2002), Cẩm nang kỹ thuật khí, Nxb Xây dựng, Hà Nội 11 Lê Công Huỳnh (1995), Phương pháp nghiên cứu khoa học, Nxb N nghiệp, Hà Nội 12 Nguyễn Văn Khang (2000), Dao động kỹ thuật, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 13 Ngô Kim Khôi (1998), Thống kê toán học lâm nghiệp, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 14 Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 15 Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 16 Phùng Văn Lư (2005), Giáo trình vật liệu xây dựng, Nxb GD, Hà Nội 90 17 Hoàng Nguyên (1980), Máy thiết bị gia công gỗ, Tập 1- Nguyên lý cắt gọt gỗ, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 18 Nguyễn thi ̣ Quỳnh, Pha ̣m Minh Đa ̣o, Trầ n Sỹ Tuấ n (2009), Giáo trình tiê ̣n, Nxb Lao đô ̣ng, Hà Nội 19 Nguyễn Văn Tiế p (2004), Giáo trình máy tiê ̣n và gia công máy tiê ̣n, Nxb Giáo dục, Hà Nội 20 Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Đức Lộc, Phạm Đắp (1964), Máy cắt kim loại, Nxb Giáo dục, Hà Nội 21 Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Đắp (1983), Thiết kế máy công cụ, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 22 Hoàng Việt (2003), Máy thiết bị chế biến gỗ, Nxb N nghiệp, Hà Nội 23 Hoàng Việt (2006), Nghiên cứu xác lập tương quan đặc tính lực với yếu tố chế độ gia công cắt gọt gỗ, Báo cáo khoa học, Trường ĐHLN, Hà Tây 24 Hoàng Việt (2007), Về luận chứng lựa chọn tiêu chuẩn tối ưu hoá sản xuất gia công gỗ, Báo cáo khoa học, Trường ĐHLN, Hà Tây 25 Hoàng Việt (2007), Nghiên cứu thiết lập mô hình toán học độ xác gia công máy cắt gọt gỗ, Báo cáo KH, Tr.ĐHLN, Hà Tây 26 Hoàng Việt, Hoàng Thị Thuý Nga (2010), Cơ sở tính toán thiết kế máy thiết bị gia công gỗ, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 27 Hoàng Việt (2010), Động lực học máy, Bài giảng dành cho cao học, Trường ĐHLN, Hà Nội 28 Hoàng Việt (2011), Tự động hoá Nông lâm nghiệp, Bài giảng dành cho cao học, Trường ĐHLN, Hà Nội 29 Nguyễn Doãn Ý (2003), Giáo trình quy hoạch thực nghiệm, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 91 Tiếng Anh: 30 Boley B., The determination of temperature, stresses, and deflections in two-dimensional thermoelastic problems - Jour Of the aeronautical sciences, Vol 23, Nr 1, 1956, p 67-75 31 Boley B., Weiner J., Theory of thermal stresses - John Willey and sons Inc., Third print, 1966, Newyork-London-Sidney 32 Iwamura Y., Rybicki E., A transient elastic-plastic thermal stress analysis of flame forming - Trans of the ASME, Journal of eng for ind., Febr 1973, p.163-171 33 Jahanshahi A., Quasi-static stresses due to moving temperature discontinuity on a plane boundary - Trans of the ASME, Jour Of applied mechanics, Dec 1966, p 814-816 34 Johns D., Thermal stress analyses - Pergamon press, First edition, 1965, Oxford-London-Edinburgh-New York-Paris-Frankfurt 35 Landau H., Weiner J., Zwicky E., Thermal stress in a viscoelastic-plastic plate with temperature dependent yield stress - Trans of the ASME, Journal of applied mechanics, June 1960, p.297-302 36 McKee R., Moore R., Boston O., A study of heat developed incylindrical grinding - Transactions of the ASME, January 1951, p.21-34 37 Norman C Franz (1958), An Analysis of the Wood-Cutting Process, Ann arbor, Michigan, United States of America 38 Tarasov L., Some metallurgical aspects of grinding - Reprint from the book "Machining - theory and practice", American Society for metals 39 Weiner J., An elastopic thermal - stress analysis of a free plate - Journal of applied mechanics, September 1956, p.395-402 40 Wheels key to high-speed grinding - Metalworking production, May 1968, p.48-51 92 Tiếng Nga: 41 Бершадский А.Л.(1967),Расчёт режимов резания древесины, Изд “Лесная промышленность”, Москва 42 Зорев Н.Н (1956), Вопросы механики резание металлов, Изд.Машгиз, Москва 43 Зорев Н.Н (1958), Расчет проекций силы резания, Изд Машгиз, Москва 44 Манжос Ф М (1963), Деревообрабатывающие станки, Изд “Гослебумиздат”, Москва 45 Пижурин А.А.(1975), Оптимизация теxнологических процессов деревообработки, Изд “Лесная промышленность”, Москва 46 Спиридонов А.А., Федоров В.Б.(1982), Металлорежущие станки с программным управлением, Изд “Машиностроение”, Москва 47 Филоненко С.Н (1983), Резание металлов, Изд Машгиз, Киев 48 Черпаков Б.И и др (1999), Металлорежущие станки и деревообрабатываю щего оборудования, Том IV-7, Изд “Машиностроение”, Москва ... NGHIỆP PHẠM VĂN KHIÊM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY FA3AU Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị giới hoá nông lâm nghiệp Mã Số: 60.52.14 LUẬN... (Ấn Độ) với kết luận quan trọng sơ đồ cắt động học, tạo phoi, yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt Chế độ cắt đặc trưng ba thông số: vận tốc cắt, lượng chạy dao chiều sâu cắt Chế độ cắt ảnh hưởng lớn đến. .. học Lâm Nghiệp, tiến hành thực luận văn tốt nghiệp với đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố chế độ cắt đến chất lượng gia công máy phay FA3AU ” Kết nghiên cứu đề tài tài liệu cần thiết cho tính