Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và sai số gia công trên máy khoan 2m55

Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu tạo lập cơ sở khoa học xác định ảnh hưởng của các y

ĐỖ HỮU VIỆT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ SAI SỐ

GIA CÔNG TRÊN MÁY KHOAN 2M55

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

GIA CÔNG TRÊN MÁY KHOAN 2M55

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ 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 - 2012

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các cơ quan đã nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn khoa học này

Trước hết xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Hoàng Việt với những

ý kiến đóng góp quan trọng và chỉ dẫn khoa học quý giá trong quá trình thực hiện công trình nghiên cứu

Tôi trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu cùng cán bộ giáo viên, công nhân viên chức Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ

Chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Cao đẳng nghề Cơ Giới Ninh Bình, Khoa CNPTNT, Trung tâm thực nghiệm Cơ khí chế tạo nơi tôi công tác, cùng các đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện đề tài luận văn

Tôi trân trọng cảm ơn Trung tâm thực nghiệm khoa Chế biến Lâm sản Trường Đại học Lâm nghiệp, Công ty cổ phần cơ khí lắp máy LILAMA, Ninh Bình đã tạo điều kiện về thời gian cũng như về cơ sở vật chất cho chúng tôi tiến hành thực nghiệm, hoàn thiện các kết quả luận văn

-Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của 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 nào khác

Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu nặng đến Bố, Mẹ cùng gia đình đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 12 tháng 08 năm 2012

Tác giả

Đỗ Hữu Việt

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các ký hiệu sử dụng trong luận văn iv

Danh mục các bảng vi

Danh mục cá hình vii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tình hình nghiên cứ u gia công cắt gọt bằng phương pháp khoan và thiết bị khoan trên thế giới 3

1.2 Công nghệ và thiết bị gia công khoan trong sản xuất ở Việt Nam 8

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu 12

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 13

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 13

2.3 Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu 14

2.4 Phương pháp nghiên cứu 14

2.4.1 Các phương pháp nghiên cứu chung 14

2.4.2 Nội dung và phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm 15

Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 28

3.1 Khả năng công nghệ và các thông số kỹ thuật của máy khoan 2M55 28

3.2 Động học và động lực học quá trình khoan cắt 29

3.2.1 Động học của quá trình khoan cắt 29

3.2.2 Động lực học của quá trình cắt 38

3.3 Độ chính xác gia công 43

3.3.1 Luận đề chung 43

3.3.2 Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến biến dạng đàn hồi của

hệ thống công nghệ và độ chính xác gia công 46

3.3.3 Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến biến dạng nhiệt của dao cắt và độ chính xác gia công 47

3.3.4 Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến biến dạng nhiệt của chi tiết và độ chính xác gia công 47

3.3.5 Ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến rung động trong quá trình cắt và độ chính xác gia công 48

3.4 Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng 49

Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 52

4.1 Mục tiêu thực nghiệm và các tham số điều khiển 52

4.1.1 Mục tiêu thực nghiệm 52

4.1.2 Các tham số điều khiển và khoảng giới hạn của chúng 52

4.2 Thiết bị đo và phương pháp đo 53

4.3 Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố 53

4.3.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riêng và sai số gia công 53

4.3.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí năng lượng riêng và sai số gia công 57

4.4 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố 62

4.4.1 Mã hóa các yếu tố ảnh hưởng và ma trận kế hoạch thí nghiệm 62

4.4.2 Xác định mô hình toán của hàm chi phí năng lượng riêng N r 63

4.4.3 Xác định mô hình toán của hàm sai số gia công Δ d 65

4.4.4 Chuyển phương trình hồi quy của các hàm mục tiêu về dạng thực 66

4.4.5 Xác định giá trị tối ưu của các thông số V, S 67

4.4.6 Gia công chi tiết với các thông số tối ưu V, S 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

xmax Trị số thu thập lớn nhất của đối tượng đo

xmin Trị số thu thập nhỏ nhất của đối tượng đo

x Sai số trung bình mẫu

Ex Đô ̣ nhọn phân bố

Y Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu

k Số hành trình kép trên một phút

m Tỉ số vận tốc làm việc/ chạy không

Py Thành phần này gọi là lực hướng kính KG

Pz Thành phần này gọi là lực tiếp tuyến, lực

cắt chính

KG

r Bán kính cong của lưỡi dao

δ Góc cắt của lưỡi dao

α Mức ý nghĩa

Δhm Sai số kích thước chiều cao chi tiết gia công

nct Dung lươ ̣ng mẫu cần thiết



Y Giá trị trung hình

S Sai số tiêu chuẩn

DANH MỤC CÁC BẢNG

4.1 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng lượng

riêng Nr khi vận tốc cắt thay đổi

54

4.2 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm sai số gia công Δd khi vận tốc cắt thay đổi

56

4.3 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng

lượng riêng khi lượng chạy dao thay đổi

58

4.4 Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm sai số gia công

khi lượng chạy dao thay đổi

60

4.6 Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành 63

DANH MỤC CÁC HÌNH

3.1 Máy khoan 2M55 tại công ty lắp máy LILAMA Ninh Bình 28

3.6 Các thông số hình học phần cắt của mũi khoan 34 3.7 Xác định góc trước của mũi khoan trên một điểm của lưỡi cắt 34 3.8 Tạo góc sau của mũi khoan ở tiết diện chiều trục 35

4.1 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chi phí năng lượng riên 55 4.2 Đồ thị ảnh hưởng của vận tốc cắt đến sai số gia công 57 4.3 Đồ thị ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến chi phí năng lượng

4.5 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với chi phí

năng lượng riêng Nr

64

4.6 Ảnh hưởng của vận tốc cắt và lượng chạy dao đối với hàm sai

số gia công

66

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong sự nghiệp Công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước lĩnh vực cơ khí chế tạo, lắp đặt, sửa chữa máy và thiết bị cho các loại hình công nghệ sản xuất đóng vai trò hết sức quan trọng Phạm vi sử dụng sản phẩm của ngành chế tạo máy rất rộng rãi Từ con tầu vũ trụ cho đến các sản phẩm đơn giản như buloong, đai ốc - tất cả những sản phẩm này đều được chế tạo ra nhờ các máy và thiết bị khác nhau Với xu thế toàn cầu hóa, để nâng cao sức cạnh tranh trong quá trình hội nhập chúng ta cần phát triển sản xuất theo hướng tối giảm chi phí gia công trên cơ sở đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm Tối ưu hóa quá trình sản xuất là một công cụ hữu hiệu để đạt được mục tiêu đó Tuy nhiên tối ưu hóa toàn bộ quá trình sản xuất nói chung, trong chế tạo cơ khí nói riêng là một bài toán lớn và chỉ có thể giải quyết được sau khi

đã thực hiện được nhiệm vụ tối ưu hóa các nguyên công của quá trình gia công Nghiên cứu tối ưu hóa nguyên công chẳng những nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của từng nguyên công mà còn tạo ra các dữ liệu quan trọng phục vụ việc tự động hóa quá trình chuẩn bị công nghệ, rút ngắn thời gian và khối lượng lao động khi chuẩn bị sản xuất, đồng thời còn tạo ra các điều kiện

cơ bản cho việc điều khiển nguyên công tiến tới tự động hóa quá trình sản xuất

Khi tố i ưu hóa các chế đô ̣ của các quá trình công nghê ̣, cũng như các chế độ làm việc của máy gia công sẽ diễn ra viê ̣c giải nhiều bài toán 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 được chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công khác nhau trong từng điều kiện sản xuất cụ thể Máy khoan 2M55 là một trong những thiết bị chủ đạo phục vụ đào tạo tại Trường Cao đẳng nghề LILAMA.I và sản xuất tại Công ty lắp máy LiLaMa Ninh Bình thuộc tổng công ty lắp máy Việt Nam, máy với tính năng

gia công các chi tiết lỗ thủng, không thủng cho các chi tiết máy,… Tuy nhiên quá trình gia công sản xuất các chi tiết, sản phẩm cơ khí và chuyển giao công nghệ ở các cơ sở còn có nhiều bất cập như chất lượng, năng suất thấp, giá thành cao làm hạn chế tính cạnh tranh của sản phẩm, gây không ít khó khăn trong khâu tiêu thụ Có nhiều nguyên nhân làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu tạo lập cơ sở khoa học xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng gia công, chưa đề cập đến mô hình toán học bài toán tối ưu hóa quá trình và nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị trong điều kiện gia công vật liệu, sản phẩm cụ thể Hơn nữa, công nghệ sản xuất không ngừng phát triển và đổi mới Nhiều vấn đề từ thực tiễn sản xuất trong nước đang đặt ra như hầu hết các thiết bị được nhập từ nước ngoài, thiếu nhiều tài liệu sử dụng, vậy để có được năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm gia công tối ưu cần giải quyết nhiệm vụ cụ thể nào?

Trong điều kiện sản xuất cụ thể vấn đề cấp thiết đặt ra là phải nghiên cứu

sử dụng hiệu quả nhất các tính năng kỹ thuật các máy và thiết bị công nghệ, xác lập chế độ gia công tối ưu, đảm bảo yêu cầu chất lượng sản phẩm, tối giảm chi phí điện năng, nguyên vật liệu, tạo cơ sở tối ưu hóa khâu sản xuất và tối ưu hóa toàn bộ quá trình thi công

Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn nêu trên, được sự đồng ý của Hội đồng Khoa học - Công nghệ cơ sở đào tạo sau đại học trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, chúng tôi tiến hành thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài

"Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố chế độ cắt đến chi phí năng

lượng riêng và sai số gia công trên máy khoan 2M55” Kết quả nghiên cứu

của đề tài sẽ là tài liệu cần thiết cho tính toán thiết kế, cải tiến và sử dụng hiệu quả các thiết bị phục vụ đào tạo cán bộ kỹ thuật và thực tiễn sản xuất, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

thiết bị khoan trên thế giới

Khoan là một phương pháp gia công lỗ dùng lâu đời nhất và cũng phổ biến nhất, tuy mũi khoan xoắn mới chỉ xuất hiện từ đầu thế kỷ 19 đến nay Khoan là phương pháp gia công cắt gọt vật liệu có tính vạn năng cao, chuyển động cắt đơn giản 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

Với đối tượng gia công là kim loại, khoa học cắt gọt kim loại đã hình thành và phát triển Lý thuyết cắt gọt kim loại đi sâu nghiên cứu về quá 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

Nhiều công trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên dùng như: khoan, bào, phay, tiện của G.C Andrev, A.V Rudnev, V.F Bobrov; cơ sở lý thuyết mài nhẵn của E H 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 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, 30, 33, 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.P Semko, E.M.Trent; Granôpxki (Nga);V Gazda (Tiệp Khắc (cũ); P Korecky (Pháp); J Shinozuka (Nhật); Bhattacharya A (Ấn Độ) 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 - hóa 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.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 hóa 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

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 A Time xác định cho các trường hợp cắt đơn giản bằng phương pháp thực nghiệm [17, 22, 41]

Năm 1933, giáo sư tiến sĩ M A 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, vật liệu từ gỗ [17, 41]

Tỷ suất lực cắt và theo đó tính toán lực cắt, công suất cắt, công suất đẩy khi phay, khoan gỗ đã được giáo sư tiến sĩ A L Bersatski xác định bằng công thức thực nghiệm [17, 41, 44]

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

Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ của các máy công cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy khoan nói riêng đã đươ ̣c các nhà khoa ho ̣c nghiên cứu từ khá sớm Các máy khoan đầu tiên xuất hiện vào thế kỷ 15 Vào những năm 20 của thế kỷ 19 các máy bắt đầu được sản xuất công nghiệp hàng loạt Thời kỳ này, khi mà nghành chế tạo máy còn ở trình độ thấp, các máy gia công có đặc trưng cơ bản là không lớn về công suất và năng suất, độ cứng vững thấp và chất lượng gia công không cao

Nhiều kiểu loại máy khoan được thiết kế, chế tạo như máy khoan đứng, máy máy khoan cần, máy khoan vạn năng, máy khoan chuyên môn hóa và

chuyên dùng v.v… Cùng với sự phát triển của công nghệ khoan, mũi khoan ngày càng được cải tiến và hoàn thiện với nhiều kiểu loại khác nhau

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.A, Fedorov V.B., Molchanov G.I., Aliabiev V.I., F.M Manjốt, N V Makovski,… [15,17, 31, 37, 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

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.I.Granovski, A.M Danielian; A.S Kondratiev [20, 46, 48]

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…

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, Pháp, Nhâ ̣t, Thuỵ Điển, Úc…nghiên cứu sâu rộng, với các máy phay - khoan CNC (hình 1.1), các máy tiện - khoan (hình 1.2), các trung tâm gia công và dây chuyền sản xuất hiện đại [6, 28, 46, 47]

Hình 1.1 Máy phay- khoan CNC KDVM 1000L

Hình 1.2 Máy tiện - khoan CNC PDL-T6/8

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

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 hóa và tối ưu hóa 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.C Rudnik, E.I Pheldstein, G Spur, W Koenig, F Klocke, … tập trung nghiên cứu và phát triển rộng với nhiều công trình nổi tiếng về tối ưu hóa các quá trình gia công cắt gọt [1, 40]

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 hóa 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, Thuỵ Sĩ, Pháp, Ở những nước này song song với việc nghiên cứu tối ưu hóa 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 hóa chuẩn bị công nghệ Điển hình về lĩnh vực này có các công trình nghiên cứu của C.C Rudnik, F Lierath, W Koenig, K Essen, và trong gia công gỗ có A.A.Pizurin, M.S.Rozenblit [1, 34, 41, 45]

1.2 Công nghệ và thiết bị gia công khoan trong sản xuất ở Việt Nam

Với vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, ngành công nghiệp

cơ khí chế tạo và lắp máy ở nước ta đã được Đảng và Nhà nước luôn quan tâm, 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

Máy khoan là một trong những thiết bị chủ đạo của ngành chế tạo, lắp đặt máy, do vậy đã được tập trung thiết kế chế tạo ở trong nước từ những thập niên 60 của thế kỷ 20 Trải qua thời kỳ dài phát triển chúng ta đã có khá nhiều

loại máy khoan và được sử dụng nhiều trong các doanh nghiệp, xưởng cơ khí vừa và nhỏ Thời gian gần đây trước yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm cơ khí chúng ta đã phải nhập khẩu nhiều các máy hiện đại với mức độ tự động hóa cao

Theo số liệu thống kê, số lươ ̣ng cơ sở cơ khí có khoảng trên 53.000 cơ

sở và số lượng công nhân tham gia trực tiếp khoảng chiếm khoảng 12% lao động công nghiệp của cả nước, góp phần đáng kể trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Trong các nhà máy sản xuất với sản lượng lớn, các máy khoan chiếm khoảng 20% tổng số máy cắt

Trong lĩnh vực đào tạo và nghiên cứu về máy công cụ chúng ta đã có nhiều thành tựu về nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Những nghiên cứu về sự tác động tương hỗ giữa công cụ (máy gia công) và đối tượng gia công gồm một số công trình nghiên cứu của các tác giả như: Bành Tiến Long, Trần Thế Lực, Trần Sỹ Tuý về “Nguyên lý gia công vật liệu”, [15] Các tác giả đã đưa

ra những cơ sở lý luận khoa học về gia công kim loại bằng cắt go ̣t, gia công các vật liệu khác và các phương pháp gia công mới

Về các thiết bị gia công kim loại nói chung, các máy cắt, khoan kim loa ̣i nói riêng đã được các nhà khoa học Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Đức Lộc, Phạm Đắp giới thiệu trong tài liệu “ Máy cắt kim loại”[20] Những nghiên cứu chỉ ra phương pháp tính toán và tra cứu chế độ cắt hơ ̣p lý hỗ trơ ̣ cho việc học tập, sử dụng và điều khiển thiết bi ̣ cắt kim loa ̣i đã đươ ̣c các tác giả Nguyễn Ngọc Đào, Trần Thế San, Hồ Viết Bình giới thiê ̣u trong tài liê ̣u “Chế

đô ̣ cắt gia công cơ khí” và Nguyễn Văn Huyền trong “Cẩm nang kỹ thuật cơ khí” [3, 10]

Động học và động lực học quá trình khoan, lạng vật liệu gỗ đã được tác giả Hoàng Nguyên giới thiệu trong giáo trình “Nguyên lý cắt gọt gỗ” [17]

Nguyên lý cấu tạo, tính năng công nghệ và phân loại các máy khoan, lạng vật liệu gỗ đã được tác giả Hoàng Việt đề cập nhiều trong giáo trình “ Máy và thiết bị chế biến gỗ” năm 2003 [22]

Trong tài liệu “Tối ưu hóa các quá trình gia công cắt gọt” PGS.TS Nguyễn Trọng Bình [1] đã đưa ra nhiều công trình nghiên cứu của GS Friedhelm Lierath (Đại học tổng hợp kỹ thuật Magdeburg Cộng hoà liên bang Đức) về các phương pháp tối ưu hóa quá trình gia công cắt gọt Trong đó khẳng định vai trò của nghiên cứu mô tả toán học sự ảnh hưởng của các yếu

tố chế độ cắt đến chất lượng gia công, giá thành sản phẩm có vai trò quyết định để tạo lập các mô hình toán học của bài toán tối ưu hóa

Vấn đề miêu tả toán học các quá trình gia công gỗ bằng cơ giới cũng đã được T.S Hoàng Việt đề cập trong các chuyên đề nghiên cứu, các bài giảng dành cho học viên cao học [23, 24, 25]

Liên quan tới mô tả toán học ảnh hưởng của các thông số chế độ gia công khi cắt vật liệu thép xây dựng đã được đề cập trong các tài liệu [15, 27].Kết quả nghiên cứu cho thấy dạng lưỡi cắt, vận tốc cắt, vận tốc đẩy ảnh hưởng lớn đến hai chỉ tiêu chi phí năng lượng riêng và năng suất cắt vật liệu thép xây dựng

Nhận xét chung

Lĩnh vực cơ khí chế ta ̣o nói chung và gia công khoan nói riêng có những bước phát triển đáng kể Tuy nhiên, từ khi bước sang cơ chế thị trường, ngành cơ khí Việt Nam đã bộc lộ rất nhiều yếu kém, vấn đề nổi cộm nhất là khả năng cạnh tranh của ngành rất hạn chế ngay cả ở thị trường trong nước Thị trường tiêu thụ sản phẩm bị thu hẹp, không đủ sức cạnh tranh với hàng hóa ngoại nhập, hoạt động sản xuất kinh doanh gặp rất nhiều khó khăn nhiều doanh nghiệp đứng trước nguy cơ bị phá sản Có nhiều nguyên nhân

làm cho chi phí sản xuất cao, chất lượng sản phẩm thấp nhưng trong đó có nguyên nhân chính là chưa có nghiên cứu sử dụng hiệu quả thiết bị

Thiết bị công nghệ và các quá trình gia công cơ giới vật liệu kỹ thuật trong đó có các loa ̣i máy khoan đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh Đó

là những cơ sở và luận chứng khoa học nền tảng cho các nghiên cứu phát triển và ứng dụng Tuy nhiên, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật nói chung, kỹ thuật máy và thiết bị gia công cơ khí nói riêng, việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị công nghệ một cách có hiệu quả là một trong những nhiệm vụ cấp thiết và quan trọng hàng đầu trong mọi quá trình sản xuất

Vấn đề nghiên cứu tối ưu hóa các quá trình gia công cắt gọt vật liệu ở nước ta cho tới nay chưa được đặt ra Phần lớn trong quá trình chuẩn bị sản xuất các nhà công nghệ vẫn phải dựa vào các sổ tay để tra cứu Số liệu trong các sổ tay là các số liệu kinh nghiệm thu được trong các điều kiện sản xuất và công nghệ cụ thể, vì thế chúng không phải là các thông số công nghệ tối ưu Máy khoan 2M55 tại công ty lắp máy LILAMA Ninh Bình được chế tạo tại LB Nga Máy khoan 2M55 với cấu tạo không phức tạp, dễ sử dụng nên cũng rất phổ biến trên các xưởng gia công của các nhà máy chế ta ̣o, các công trường lắp đặt máy qui mô, các xưởng thực tâ ̣p cho ho ̣c sinh, sinh viên trong

các trường đào tạo kỹ thuật cơ giới Tuy nhiên qua khảo sát chung và thực tế

sử dụng chúng tôi thấy trong điều kiện sản xuất cụ thể vấn đề cấp thiết đặt ra

là phải nghiên cứu sử dụng hiệu quả nhất các tính năng kỹ thuật của máy, xác lập chế độ gia công hợp lý, đảm bảo yêu cầu chất lượng sản phẩm, tối giảm chi phí điện năng, nguyên vật liệu, tạo cơ sở tối ưu hóa khâu sản xuất

Vì vậy, cần phải có những công trình nghiên cứu cụ thể về sự ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lươ ̣ng sản phẩm gia công, năng suất … khi gia công chi tiết máy để tạo lập cơ sở tính toán thiết kế, cải tiến thiết bị, lựa chọn chế

độ gia công tối ưu, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế thích ứng với các điều kiện sản xuất cụ thể

Từ những phân tích trên một lần nữa cho thấy vấn đề mà luận văn cần giải quyết là thời sự và cấp thiết

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu

- Bổ sung dữ liệu khả năng công nghệ của máy khoan 2M55, là cơ sở

để sử dụng loại này trong các quá trình sản xuất gia công chi tiết trong các

xưởng gia công cơ khí, các công trường lắp máy

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

NGHIÊN CỨU 2.1 Mu ̣c tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chung:

Xác định mức độ và qui luật ảnh hưởng của chế độ cắt đến chi phí năng lượng riêng và chất lượng gia công trên máy khoan 2M55 Từ cơ sở đó xác lập chế độ cắt tối ưu góp phần xây dựng ngân hàng dữ liệu đảm bảo sử dụng

kỹ thuật hiệu quả nhất cho các máy khoan

Mục tiêu cụ thể:

- Xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số chế độ cắt (vận tốc cắt, lượng chạy dao) đến chi phí năng lượng riêng và sai số gia công khi gia công

tạo lỗ cho các chi tiết máy trên máy khoan 2M55

- Xác định chế độ cắt hợp lý khi khoan tạo lỗ cho các chi tiết máy trên máy đảm bảo yêu cầu độ chính xác cao và tối giảm chi phí năng lượng riêng

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trong đề tài luận văn giới hạn ở các đối tượng và phạm vi nghiên cứu

cụ thể sau:

Thiết bị gia công: Thiết bị nghiên cứu được sử dụng là máy khoan mã

hiệu 2M55 Đây là loại máy nhập khẩu từ LB Nga và hiện đang được sử dụng phổ biến trong các xưởng gia công cơ khí của các Công ty, Trường đào tạo nghề ở Việt Nam

Vật liệu, chi tiết gia công và dao cắt: Đề tài không nghiên cứu tất cả

các loại vật liệu kim loại, cũng không nghiên cứu ở nhiều loại dao cắt của các hãng khác nhau mà chỉ tập trung nghiên cứu loại vật liệu phổ biến trong ngành cơ khí là thép C45, sản phẩm là các lỗ khoan thông trong các chi tiết phục vụ làm các chân đế hay đưa đến các công đoạn gia công tiếp theo như

chế tạo các mặt bích, hoàn thiện bề mặt… Mũi khoan được lựa chọn là một chủng loa ̣i - mũi khoan xoắn (ruột gà)

Các chỉ tiêu và tham số nghiên cứu: Chỉ tiêu đặc trưng cho năng lượng

của quá trình cắt là chi phí năng lượng riêng - chi phí điện năng cho gia công một đơn vị diện tích bề mặt lỗ khoan; Chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng gia công là sai số kích thước đường kính lỗ khoan Các tham số của chế độ cắt được lựa chọn để nghiên cứu sự ảnh hưởng của chúng tơí các chỉ tiêu là vận

tốc cắt V và lượng chạy dao S

2.3 Nội dung/ nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu của đề tài chúng tôi tập trung giải quyết những nội dung sau:

- Nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp những cơ sở khoa học quá trình gia công cắt gọt vật liệu, quá trình khoan và thiết bị công nghệ khoan Xác lập cơ sở lý thuyết những yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng và độ chính xác gia công trên máy khoan

- Nghiên cứu thực nghiệm: Xác lập mục tiêu, nội dung và tổ chức thí nghiệm, thu nhận kết quả thí nghiệm, xây dựng mô hình toán học của các hàm mục tiêu trong mối tương quan với các tham số điều khiển Xác định chế độ làm việc hợp lý khi gia công tạo các lỗ trong các chi tiết đặc trên máy khoan mã hiệu 2M55

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Các phương pháp nghiên cứu chung

Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung nghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp kế thừa

và phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Được sử dụng trong nghiên cứu các

công trình khoa học, tổng hợp cơ sở lý luận để giải quyết các nội dung: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu; tạo lập cơ sở lý luận của đề tài

- Phương pháp kế thừa: Được sử dụng trong phân tích lựa chọn, sử dụng

các kết quả đã được nghiên cứu trên thế giới và trong nước có liên quan phục vụ giải quyết nội dung thực nghiệm, nhận xét đánh giá kết quả

- Phương pháp thực nghiệm: Được sử dụng là qui hoạch thực nghiệm đơn

và đa yếu tố để giải quyết các nội dung nghiên cứu thực nghiệm

Quá trình gia công cơ khí nói chung, gia công cắt gọt kim loại nói riêng chịu ảnh hưỏng của nhiều yếu tố khác nhau như: Các yếu tố đặc trưng cho đối tượng gia công (loại kim loại, các tính chất cơ - lý - hóa học của kim loại); Các yếu tố đặc trưng cho công cụ gia công như: Các tính chất cơ lý của vật liệu chế tạo công cụ; các thông số hình học, độ sắc của dao cắt, chất lượng bề mặt các cạnh biên lưỡi cắt, bề dày công cụ, số cạnh cắt tham gia làm việc, độ chính xác của công cụ; Các yếu tố đặc trưng cho máy móc thiết bị như: Độ cứng của hệ "Máy - Công cụ cắt - Thiết bị gá - Chi tiết gia công", động học và động lực học của hệ v.v…; Các yếu tố đặc trưng quá trình gia công cơ giới:

bề dày phoi cắt, chiều rộng phoi, quỹ đạo mặt phẳng cắt, các góc cắt, vận tốc đẩy và vận tốc cắt; lực cắt, sự đốt nóng công cụ và vật liệu gia công, đặc tính của quá trình cắt (cắt kín, cắt hở, cắt nửa kín ) Giữa các yếu tố lại có những tác động qua lại tương hỗ với nhau Như vậy, để giải quyết đầy đủ nội dung cần có thực nghiệm đơn và đa yếu tố

2.4.2 Nội dung và phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm

Từ các công trình đã nghiên cứu [2, 14, 29] nội dung của nghiên cứu thực nghiệm mà luận văn tiến hành gồm: Xác định mục tiêu thực nghiệm; chọn tham số điều khiển và khoảng biến động của chúng; chọn các thiết bị đo; tiến hành công tác chuẩn bị; tiến hành thực nghiệm đơn yếu tố; tiến hành thực nghiệm đa yếu tố

2.4.2.1 Thực nghiệm đơn yếu tố

Nhiệm vụ cơ bản của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông số ảnh hưởng để xem thông số nào thực sự ảnh hưởng đến các chỉ tiêu đánh giá,

xác định mức độ và quy luật ảnh hưởng của chúng đến chỉ tiêu quan tâm Thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành qua các bước sau:

- Thực hiện thí nghiệm với từng thông số thay đổi với số mức không nhỏ hơn 4, khoảng thay đổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình của

phép đo giá trị thông số đó Số thí nghiệm lặp lại n có thể lấy theo kết quả từ

thí nghiệm thăm dò

- Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởng của mỗi yếu tố tới độ nhám bề mặt và sai số kích thước Đánh giá tính thuần nhất của phương sai trong quá trình thí nghiệm, để chứng tỏ ảnh hưởng khác đối với thông số cần xét là không có hoặc không đáng kể

Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần nhất [2, 13, 14, 29] cụ thể như dưới đây

a Đánh giá tính đồng nhất của phương sai:

Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren





1 u

2 u

2 maxS

i=1 u

1

mu- Số lần lặp lại ở mỗi điểm thí nghiệm;

Yui- Giá trị của thông số ra tại điểm u, lần lặp thứ i;

ui

Y - Giá trị trung bình của thông số ra tại điểm u

u m

i 1 u

1

m 

  u =1, 2, 3, 4, …, N (2.3)

Ứng với N điểm thí nghiệm trong kế hoạch thực nghiệm ta có N phương sai 2

u

S Trong đó luôn có giá trị S2max;

Gtt- Chuẩn Kohren tính toán theo thực nghiệm

b Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố:

Phương pháp đánh giá này dùng chuẩn Fisher (F) Thực chất là so sánh phương sai thành phần do thay đổi thông số vào gây nên và phương sai do nhiễu gây ra Nếu tỷ số giữa hai phương sai này lớn hơn giá trị lý thuyết tra bảng của tiêu chuẩn F thì sự khác biệt giữa các giá trị trung bình là đáng kể và các thông số vào có ảnh hưởng thực sự đến thông số ra, trội hẳn so với ảnh hưởng ngẫu nhiên

Giá trị tính toán của chuẩn F là tỷ số:

2 e

2 yS

Nếu F > Fb thì ảnh hưởng của các thông số vào là đáng kể

c Xác định mô hình thực nghiệm đơn yếu tố để tiến hành các phân tích và dự báo cần thiết:

Nhờ sự trợ giúp của máy tính với số liệu thu thập được, ta có thể lập được phương trình tương quan giữa thông số đầu ra là hai chỉ tiêu quan tâm

và thông số đầu vào là những yếu tố ảnh hưởng ở dạng mô hình hồi quy

d Kiểm tra tính tương thích của mô hình hồi quy:

Phép kiểm tra này thực chất là so sánh phương sai tuyển chọn S2 tạo nên do sự chênh lệch giữa các giá trị hàm tính theo mô hình và giá trị thực nghiệm của nó với phương sai 2

e

S do nhiễu tạo nên theo tiêu chuẩn Fisher Nếu tỷ số giữa hai phương sai này 2

S / 2 e

S càng nhỏ tính thích ứng của mô hình càng mạnh Ngược lại nếu nó càng lớn thì tính thích ứng càng yếu Khi vượt khỏi ngưỡng của giá trị thống kê Fb thì mô hình bị coi là không tương thích

Phương sai do nhiễu tạo nên 2

* 2

) ˆ (

1

u N

u

Y K

Trong đó K*- số hệ số hồi quy có nghĩa; Yˆ u- giá trị của đối số Y = f(x1,

x2, …, xn) tính theo mô hình hồi quy khi thay các bộ giá trị các thông số vào (x1, x2, …, xn) ứng với mỗi điểm thí nghiệm u giá trị tính toán của chuẩn

Fisher

2 e

2 uS

S

Bậc tự do 1= N-K*, 2 = N (mu-1)

So sánh Ftt với giá trị lý thuyết tra bảng theo bậc tự do 1, 2 Nếu Ftt<Fb

mô hình là tương thích Nếu Ftt >Fb chứng tỏ sự vượt trội một cách có hệ thống của thống kê tập hợp được ước lượng bởi S2 so với tham số tương ứng được ước lượng bởi 2

+ Phức tạp hóa mô hình bằng cách nâng bậc cao hơn

+ Lập lại thực nghiệm với khoảng và mức biến thiên của thông số vào nhỏ hơn

2 Xây dựng đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến các thông số đầu ra:

Dựa vào mô hình thực nghiệm thu được ta có thể xây dựng đồ thị ảnh hưởng của các thông số đầu vào X đến các thông số đầu ra là độ nhám bề mặt

và sai số kích thước

2.4.2.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố

Để sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm cần có các điều kiện sau [14]:

Kết quả thông số ra phải tập trung cao, nghĩa là khi lặp lại nhiều lần cùng một thí nghiệm thì giá trị thu được không sai lệch quá lớn

Các yếu tố ảnh hưởng phải điều khiển được và chúng phải độc lập với nhau

Mối liên hệ giữa các thông số tối ưu và các yếu tố ảnh hưởng được thể hiện bởi phương trình và đáp ứng các điều kiện:

- Phải là hàm khả vi

- Chỉ có một cực trị trong khoảng các yếu tố biến thiên

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố được thực hiện theo các bước sau: [2, 14, 29]

+ Chuẩn bị dụng cụ đo, máy móc để thí nghiệm;

+ Chọn phương án thích hợp cho thí nghiệm;

+ Tổ chức thí nghiệm;

+ Xử lý số liệu thí nghiệm;

+ Phân tích và giải thích kết quả nhận được bằng thuật ngữ của các lĩnh vực khoa học tương ứng

a Chọn phương án quy hoạch thực nghiệm và lập ma trận thí nghiệm

Qua tham khảo ý kiến của các chuyên gia và các tài liệu [1, 5, 14, 15, 20], chúng tôi thấy rằng ảnh hưởng của các yếu tố vận tốc cắt cắt, lượng chạy

dao đến hàm mục tiêu là độ nhám bề mặt và sai số kích thước có nhiều khả năng là hàm phi tuyến

Để có kết luận chính xác, ta còn phải căn cứ vào kết quả thực nghiệm đơn yếu tố Nếu kết quả thực nghiệm đơn yếu tố cho ta quy luật tương quan phi tuyến thì có thể bỏ qua việc tiến hành thực nghiệm bậc một mà thực hiện theo phương án quy hoạch bậc hai

Trong số các phương án quy hoạch bậc hai như phương án Keeferi J, phương án trực giao, kế hoạch trung tâm hợp thành, Box wilson, phương án H.O Hartley, chúng tôi chọn phương án kế hoạch trung tâm hợp thành Đây

là phương án ra đời sớm nhưng đòi hỏi số lượng thí nghiệm không nhiều mà vẫn đạt độ tin cậy cao, thích ứng với số lượng các tham số điều khiển mà luận văn nghiên cứu

Theo [14] phương án này có tổng các thí nghiệm cần thực hiện:

Trong đó: 2k - các thí nghiệm ở phần hạt nhân, k - các thông số ảnh hưởng, k = 2 suy ra 22 = 4; N- các thí nghiệm ở mức sao, N= 2.k = 4; N0- các thí nghiệm ở trung tâm, N0=1 Vậy tổng thí nghiệm cần thực hiện là 9

Biến thiên của 2 yếu tố trong vùng thí nghiệm gồm các mức cơ sở, mức trên và mức dưới, các giá trị này được chọn dựa vào phân tích kết quả đơn yếu tố

Trong các mức khác nhau của yếu tốX iquan trọng nhất là mức cơ sở

Xio được xác định theo công thức:

xi = (Xi - Xi 0)/ei (2.14) Trong đó: xi - giá trị mã; Xi - giá trị dạng thực của yếu tố thứ i

Ở dạng mã mức dưới của mỗi yếu tố có giá trị (-1), mức cơ sở có giá trị

0, còn mức trên có giá trị (+1)

Để làm cơ sở cho khâu tổ chức thí nghiệm và xử lý số liệu sau này ta lập bảng đối chiếu giữa các giá trị thực và dạng mã cho từng yếu tố và xây dựng ma trận thí nghiệm theo nguyên tắc các thí nghiêm hoàn toàn độc lập

b Phương pháp đo đạc và thu thập số liệu

- Tiến hành các thí nghiệm theo ma trận đã lập Kết quả các số đo trong khi làm thí nghiệm luôn được chú ý để đảm bảo giảm thiểu các sai số thô, sai

số hệ thống gây ra do độ nhậy và độ chính xác của dụng cụ và sai số ngẫu nhiên

Sau khi thực hiện các thí nghiệm theo ma trận với số lần lặp lại của từng thí nghiệm m, chúng tôi sử dụng chương trình xử lý số liệu đa yếu tố OPT của Mỹ đã được chép bản quyền và lưu hành tại Viện cơ điện Nông nghiệp Việt Nam trên máy vi tính

c Xác định mô hình toán học

Hàm mục tiêu được biểu thị bằng các mô hình toán là phương trình hồi qui bậc hai với dạng chung là [2, 14]:

2 0

1 u iu

d Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai

Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren Nếu

Gtt < Gb thì giả thiết H0 không mâu thuẫn với số liệu thí nghiệm Phương sai ở các thí nghiệm được coi là đồng nhất Điều này cho phép coi cường độ nhiễu

là ổn định khi thay đổi các thông số trong thí nghiệm

e Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy

Các hệ số hồi quy b0, bi, bii, bij của phương trình sẽ được kiểm tra mức

ý nghĩa theo tiêu chuẩn Student Trước hết phải tính phương sai của các hệ số hồi quy [14]

2 y 2

bo a.S

  2

y 2

bij c d S

2 y 2

bi eS

2 y 2

1 j

u þu N

1 u u

2

1m

1

Hệ số hồi quy có nghĩa khi:

2 b0

2 bi

2 bij

ij t s

2 bii

Trong đó t- giá trị chuẩn Student tra bảng thống kê với mức ý nghĩa

 = 0,05 và bậc tự do  = N.(m - 1)

Nếu một hệ số bi nào đó được tính theo các công thức (2.16 2.19) mà

có giá trị không thoả mãn các điều kiện (2.25 2.28) thì có thể bỏ qua trong phương trình hồi quy

g Kiểm tra tính tương thích của mô hình hồi quy

Sau khi đã loại bỏ một số hệ số bi không có nghĩa khỏi mô hình (2.15) ta được phương trình hồi quy thực nghiệm Chúng cần phải được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher Các phép tính kiểm tra được thực hiện theo mục (2.4.2.1,b) Nếu

Ftt < Fb thì mô hình tương thích Nếu Ftt > Fb thì mô hình không tương thích Trong trường hợp này để có mô hình tương thích có thể chọn các giải pháp sau:

+ Phức tạp hóa mô hình bằng cách nâng bậc cao hơn

+ Lập lại thực nghiệm bậc hai với khoảng mức biến thiên của các thông

số đầu vào nhỏ hơn

h Tính lại các hệ số hồi quy

Nếu trong mô hình có một số hệ số vô nghĩa, chúng bị loại bỏ khỏi mô hình Các hệ số còn lại liên quan phụ thuộc với chúng cần tính lại

+ Khi loại bỏ hệ số tự do b0 thì các hệ số bii mới ký hiệu là bii*

0 ii

*

ii b

a

pb

Một số hằng số bổ trợ cũng thay đổi theo cần tính lại sau đó kiểm tra lại các hệ số mới

pdd

1 u

2 iu

* N

1 u u

d.p

d*

Sau khi loại bỏ các hệ số vô nghĩa và tính lại các hệ số khác cần tính lại mức ý nghĩa của các hệ số mới theo đúng quy trình Nếu mô hình trở nên không tương thích, bắt buộc sử dụng mô hình ban đầu

i Kiểm tra khả năng làm việc của mô hình hồi quy

Mô hình hồi quy được xây dựng nhằm mục đích dự báo giá trị hàm Y tại các tọa độ được quan tâm, giải bài toán tối ưu ý nghĩa của phép kiểm tra cho phép khẳng định mô hình có thực sự phản ánh ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm chỉ tiêu hay không Nếu mô hình có khả năng làm việc thì giá trị dự báo Y ở tọa độ nào đó là chính xác, có sai số nhỏ hơn ít nhất hai lần so với việc gán cho tọa độ đó giá trị trung bình Y tính theo toàn bộ thí nghiệm

1 u n

1 u

N

1YN.m

k Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực

Để mô tả sự ảnh hưởng của các thông số nghiên cứu đến các chỉ tiêu quan tâm cần đưa phương trình hồi quy về dạng thực với các biến là các thông số tự nhiên có thứ nguyên

Thay công thức (2.25) vào phương trình hồi quy dạng mã ta được:

j i n

1 i n

1 j Þ i

n

1 i i

1

j i Þ

0j 0i ij n

1

i 1

0i i 0

0

xxbx

bb

a

εε

0i 2 i

ij n

1

j i Þij

j i

ij ij

b2a





2 i

ii ii

ba



Xi - Giá trị tự nhiên của các thông số

l Xác định giá trị tối ưu của các yếu tố đầu vào của hàm mục tiêu

Mục đích giải bài toán tối ưu là xác định chế độ làm việc tối ưu cho máy Sau khi đã có hai hàm mục tiêu Y1 độ nhám bề mặt và Y2 sai số kích thước ở dạng phương trình hồi quy (2.15) Hai hàm mục tiêu này có các thứ

nguyên khác nhau (Wh/ mm2 và m), có tính chất cực trị như nhau Y1, Y2

càng nhỏ càng tốt Mặc dù chúng có sự chi phối chung của các yếu tố ảnh

hưởng X1, X2 và ràng buộc lẫn nhau theo một quy luật nào đó nhưng không

cho phép hàm nọ thay thế cho hàm kia khi tìm cực trị mà là phải lập được

hàm tối ưu tổng quát là hàm không số đo đặc trưng cho Y1 và Y2 Chúng tôi

sử dụng phương pháp tìm lời giải tối ưu tổng quát khi có mặt nhiều hàm mục

tiêu [14] theo các bước sau:

- Xác định cực trị tối ưu của từng hàm mục tiêu

- Tính giá trị cực trị của các hàm mục tiêu ta được Y1 min, và Y2 min.

- Lập các hàm tỷ lệ tối ưu:

min 1

1 1

2 2

- Thay các giá trị X1, X2, X3 vào 1 và 2

- Nếu 1 + 2 = min thì lời giải trên là đúng

- ThayX1, X2, X3 vào Y1 và Y2 rồi so sánh với kết quả thu được của thí

nghiệm ta được các giá trị tối ưu của chúng

- Nếu 1+ 2min thì cần kiểm tra lại các phép tính

Chương 3

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3.1 Khả năng công nghệ và các thông số kỹ thuật của máy khoan 2M55

Máy khoan 2M55 (hình 3.1) là máy khoan kiểu cần, được nhập khẩu từ

LB Nga Cũng như các loại máy khoan thông dụng khác, máy khoan cần 2M55 được dùng rộng rãi trong các xưởng cơ khí sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ và hàng loạt Trong quá trình gia công ít phải dùng đồ gá và các dao cụ phức tạp

Trên máy khoan 2M55 chủ yếu sử dụng các loại mũi khoan từ Φ8-Φ50

và chủ yếu gia công các chi tiết lỗ thủng hoặc không thủng để gia công mặt bích hoặc sử dụng cho các bước gia công tiếp theo (doa nhẵn, tạo ren…)

Các thông số kỹ thuật của máy khoan cần 2M55 như giới thiệu ở phụ biểu 01.

3.2 Động học và động lực học quá trình khoan cắt

3.2.1 Động học của quá trình khoan cắt

3.2.1.1 Khoan và hình dạng và các góc của mũi khoan

Khoan là một phương pháp gia công lỗ dùng lâu đời nhất và cũng phổ biến nhất Quá trình tạo phoi khi khoan giống với quá trình tiện Khi khoan vật liệu dẻo nói chung ta có phoi dây, phoi xếp Khi khoan vật liệu giòn ta có phoi mảnh, phoi vụn

Mũi khoan tiêu chuẩn là một dụng cụ nhiều lưỡi: 2 lưỡi cắt chính,

2 lưỡi cắt phụ và một lưỡi ngang

Lưỡi ngang làm việc trong khu tốc độ cắt thấp, lại có góc trước âm nên gây lực hướng trục lớn Khi cắt lưỡi cắt ngang tỳ lên mặt gia công làm cho lưỡi cắt mòn rất nhanh

Lưỡi cắt phụ có góc α1 = 0, góc sắc β lại nhỏ, mũi dao chịu nhiệt kém nên chóng mòn Còn ở lưỡi cắt chính thì các góc cắt thay đổi theo chiều dài lưỡi cắt Từ ngoài vào tâm, góc trước giảm rất nhanh, làm tăng công biến dạng và ma sát khi tạo phoi, đồng thời làm tăng nhiệt lượng và nhiệt độ ở vùng cắt Không gian thóat phoi khi khoan là nửa kín Phoi thóat ra khó và chậm, thời gian tiếp xúc và ma sát giữa phoi, dao với mặt gia công lâu, hơn nữa dung dịch trơn nguội khó vào khu vực trực tiếp gia công và khi vào tới vùng cắt thì đã bị phoi làm nóng Do đó nhiệt cắt khi khoan lớn, truyền nhiệt khó khăn, tốc độ cắt không chọn cao được Ngoài ra tốc độ cắt khi khoan khác nhau trên chiều dài lưỡi cắt, ảnh hưởng xấu tới quá trình tạo phoi Mũi khoan khó mài đối xứng hai lưỡi cắt, do đó khi khoan, lỗ khoan thường bị lay rộng

Dụng cụ để khoan lỗ gọi chung là mũi khoan Nó có nhiều loại tùy theo công dụng: Mũi khoan dẹt (còn gọi là mũi khoan kiểu ngòi bút), mũi khoan lỗ tâm, mũi khoan xoắn

Mũi khoan lỗ sâu dùng để khoan các lỗ có tỷ lệ giữa chiều sâu và đường kính lỗ lớn hơn 5 Thường gặp loại này là mũi khoan nòng súng (hình.3.2)

Mũi khoan lỗ tâm là mũi khoan chuyên dùng, dùng để khoan lỗ tâm làm lỗ định vị khi gia công trục (hình 3.3)

Hình 3.2 Mũi khoan nòng súng

Hình 3.3 Mũi khoan lỗ tâm

Mũi khoan dẹt có thể là tiền thân của mũi khoan xoắn dùng phổ biến hiện nay Nó có kết cấu đơn giản nhất Hiện nay người ta dùng nó trong công nghiệp chế tạo đồng hồ và máy chính xác để khoan lỗ nhỏ trên vật liệu có sức bền thấp, vì mũi khoan này chế tạo đơn giản và rẻ tiền

Kết cấu bộ phận làm việc của mũi dao dẹt như giới thiệu trên hình 3.4

Kết cấu bộ phận làm việc của lưỡi khoan dẹt bao gồm: ab, a’b’ là các lưỡi cắt chính của mũi khoan; bb’ là lưỡi nằm ngang (là giao tuyến của hai mặt sau) Khi mài đúng thì lưỡi ngang làm với lưỡi cắt chính một góc Φ =

600; 2φ – góc ở đỉnh giữa 2 lưỡi cắt chính Góc φ cũng tương đương với góc nghiêng chính của dao tiện; S-S là mặt đáy

Ở mặt cắt A – A (tiết diện vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy) ta có:

W - Đường thẳng vuông góc với mặt đáy S-S;

T- Vết của mặt cắt - đường thẳng tiếp tuyến với mặt gia công ở điểm C;

Hình 3.4 Mũi khoan dẹt