Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy phay kim loại ở trên thế giới Máy phay là một trong những loại máy gia công kim loại được dùng phổ biến trong các nhà máy cơ khí. Máy phay được chế tạo từ thế kỷ 16 cho đến nay hàng triệu máy phay với nhiều kiểu dáng khác nhau đã được chế tạo và đưa vào sản xuất. Trong số các nước phát triển,nước Anh là một trong những nước công nghiệp đi tiên phong trong lĩnh vực chế tạo máy công cụ.
Ở Anh có khoảng hơn 200 hãng chế tạo máy công cụ với công suất khoảng 60000 sản phẩm trong một năm gồm các loại máy sau: Máy tiện chiếm khoảng 38,2%, máy phay chiếm khoảng 11,3%, máy mài chiếm khoảng 15,6%, máy CNC chiếm khoáng 9,5%. Một số hãng có sản phẩm được xuất khẩu sang nhiều nước khác nhau trên thế giới như hãng Colchester sản xuất các loại máy phay với các mã hiệu:MF-70, FF 500 CNC, FF 500 MICRO (hình 1.1) có kích thước bàn máy 310 x 100mm, công suất 400 w, tốc độ quay của trục dao 180 ÷2500 v/ phút,VMC 850L/S, VM1020L/S, VMC 1300S, VMC 500L, VMC 610L/S (hình 1.2)có các thông số kỹ thuật cơ bản nhưhành trình bàn theo trục X 610mm theo trục Y 460mm, theo trục Z 460mm; công suất 11 kw; tốc độ trục chính từ 6000÷12000 v/phú.Hãng Axminster đã sản xuất các loại máy phay với các mã hiệu ZX 2M2, ZX 25M2,ZX30M,SIEG X2, SIEG X3,SIEG SX2,SIEG SX4.Hãng DUGARD cho ra đời các loại máy phay với các mã hiệu:PC-460,EAGLE N 210 Y, EAGLE SMV 600,EAGLE 1000 có công suất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 7,5 kw, tốc độ quay 8000 v/phút, hành trình bàn máy theo trục X 1020 mm, theo trục Y 510 mm, theo trục Z 510 mm; hệ điều hành Siemen (hình 1.Máy phay FF500 MICRO LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.Máy phay Colchester 610 L/S Hình 1.Máy phay EAGLE 1000 Ở Nga,ngành chế tạo máy công cụ rất phát triển,nhiều hãng chế tạo máy nổi tiếng thế giới đã sản xuất nhiều loại máy phay khác nhau như hãng Treliabinskơ đã sản xuất các loại máy phay CNC với các mã hiệu như QV209,QV179, QV159, QV147, QV117, Q127(hình 1.4) có các thông số kỹ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 thuật chính như kích thước bàn máy 1500x700mm;hành trình bàn theotrục X 1300mm,theo trục Y 900mm, theo trụcZ 850mm; tốc độ trục chính 40÷8000v/phút; công suất 15 kw. Máy phay QV 127 Hãng Mekhanit đã sản xuất nhiều kiểu máy phay với cácmã hiệu khác nhau như:INNO 600, INNO 810, HANDYMAN 1000, HANDYMAN 1270 HANDYMAN 1500, HANDYMAN 2000, HANDYMAN 2500 HANDYMAN 3000, ACELER 1120, ACELER 1120, ACELER 1320, ACELER 1520, OPTIMAL 1100, OPTIMAL 1250, OPTIMAL 1500, OPTIMAL 1800, ACUMEN 660, ACUMEN 1100, ACUMEN 900 (hình1.5) có các thông số kỹ thuật chính như kích thước bàn máy 1100x500mm;hành trình bàn theo trục X 900mm,theo trục Y 520mm, theo trụcZ 590mm; tốc độ trục chính8000÷15000v/phút; công suất 11 kw.Hãng CKC Stanko sản xuất các loại máy phayvạn năng với các mã hiệu như CD 10, 6T82G, 6T83G,6T12, 6T82S,6T83S(hình 1.6) có các thông số kỹ thuật chính như kích thước bàn máy 1600x400mm, tốc độ trục chính 50÷1600 v/phút, công suất động cơ chính 11kw. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Máy phay Acumen 900 Hãng chế tạo máy Votkinsk đã sản xuất các loại máy phay với các mã hiệu khác nhau E 320, HL3,HL4, LH108, L262, L256, L322, L421, L422, L423, L526, M218(hình 1.7) có các thông số kỹ thuật chính kích thước bàn máy 830x 405mm; hành trình bàn máy trục X 660mm,theo trục Y 410mm,theo trục Z 610mm; tốc độ trục dao 8000÷10000v/phút; công suất 7,5kw; hệ điều hành Siemen. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Máy phay M218 Cộng hòa liên bang Đức là một trong những nước công nghiệp phát triển đi đầu trong xuất khẩu máy công cụ. Nước Đức có khoảng 433 hãng sản xuất máy,trung bình xuất xưởng khoảng 206 nghìn sản phẩm trong một năm, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 bao gồm máy mài,máy doa chiếm 20,1%,máy tiện CNC chiếm 16,2%,máy phay chiếm 13,8%, máy tiện thường chiếm 12,35%.
Ngay từ những năm đầu của thế kỷ XIX, sản xuất công nghiệp ở Đức phát triển, nhu cầu máy móc để cơ giới hóa các quá trình sản xuất rất lớn, đòi hỏi ngành chế tạo máy phải có các loại máy công cụ có năng suất cao, chất lượng tốt. Cho tới nay, ở Đức vẫn tiếp tục nghiên cứu sản xuất máy công cụ có chất lượng cao như hãng OPTIMUM đã cho ra đời các loại máy phay có mã hiệu OPTI F100 TC, OPTI 100, OPTI BF 30, OPTI BF46, OPTI BF20 (hình 1.8) có các thông số kỹ thuật chính như hành trình bàn máy theo trục X 175mm,theo trục Y280mm, theo trụcZ 120mm; công suất động cơ 850 W; tốc độ trục chính 30÷3000 v/phút.Máy phay OPTI BF 20 Hãng Traub sản suất các loại máy phay CNC như SNC 86,F 400, FZ 12W, TVC 350, TVC200,TVC200P có công suất 9,7KW, tốc độ trục chính LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 8000 vòng/phút,hành trình bàn theo trụcX 400mm,theo trụcY 300mm, theo trụcZ 400 mm, hệ điều hành Fanuc. Hãng Gildemeister đã sản xuất ra các loại máy phay CNC có độ chính xác cao như HSC20,HSC55, HSC75, HSC105,DMCH340, DMCH 600V, DMF180, DMF280, DMF380, DMF500,DMU40, DMU60, DMU80, DMU100, DMU65, DMU85,DMU105, DMU125, DMU 210P (hình 1.9)có các thông số kỹ thuật chính như hành trình bàn máy theo trục X 1800mm,theo trục Y 2100mm, theo trụcZ 1250mm; công suất động cơ 44kW; tốc độ trục chính 10000 v/phút. Máy phay CNC DMU 210P Ở Nhật Bản, hãng Mitsubishi đã sản suất các loại máy phay có mã hiệu MH-100C, MH-50E, MH-60E, MH-80D, MH-80E, MV-5B, V-65,MVR35, MVR40 (hình 1.10) có các thông số kỹ thuật chính như hành trình bàn máy theo trục X 6200mm,theo trục Y3000mm, theo trụcZ 701mm; công suất động cơ 29kW; tốc độ trục chính 6000 v/phút.
Hãng Takisawa sản suất các loại máy phay có mã hiệu MAC-V1E,MAC-V2E,MAC-V40, MAC-V SUPER, MAC-V10,MAC-V0,MAC-V4 (hình 1.10) có các thông số kỹ thuật chính LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 như hành trình bàn máy theo trục X 909mm,theo trục Y500mm, theo trụcZ 5001mm; công suất động cơ 7,5kW; tốc độ trục chính 7000 v/phút; hệ điều hành Fanuc. Máy phay MVR40 Hình 1.Máy phay MAC- V4 Tình hình sản xuất và sử dụng máy phay kim loại ở một số nước nêu ở trên cho thấy rằng: Gia công các chi tiết máy bằng phương pháp phay là LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 phương pháp gia công thông dụng cho nên đã có nhiều loại máy phay khác nhau được chế tạo và đưa vào sản xuất,đáp ứng nhu cầu của ngành chế tạo máy ở các nước khác nhau trên thế giới. Cùng với việc chế tạo máy phay thì nghiên cứu hoàn thiện,nâng cao chất lượng máy và quá trình sử dụng máy đã được quan tâm trong nhiều công trình nghiên cứu ở Nga và những nước có nền công nghiệp phát triển. Phay là phương pháp gia công cắt gọt trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra chuyển động cắt.Chuyển động tiến dao thông thường do máy, cũng có khi do dao hoặc có khi do cả máy và dao cùng thực hiện theo các hướng khác nhau.Qúa trình phay kim loại là quá trình gia công bằng cơ học một trong những quá trình chế tạo sản phẩm thông dụng nhất của ngành chế tạo máy đã thu hút sự chú ý của nhiều học giả vì vậy nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại ra đời.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 thướccủa các công cụ gia cắt,tính toán thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia công.
Năm 1780,Giáo sư trường Đai học Mỏ địa chất Petecbua I.Time công bố công trình:Sức bền của kim loại và của gỗ khi cắt gọt. Trong đó,quá trình biến dạng của kim loại khi hình thành phoi lần đầu tiên được nghiên cứu vì vậy công trình này được coi là điểm bắt đầu của lý thuyết cắt gọt kim loại và tác giả của nó là người sáng lập ra lý thuyết cắt gọt. Năm 1893, Giáo sư trường Đại học Công nghệ Kharcốp K.Zvôzưkin đã xuất bản cuốn sách"Công và lực cần thiết để tách phoi kim loại". Trong cuốn sách tác giả đã đưa ra phương pháp nghiên cứu để xác định lực tác dụng lên dao cắt,lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của lưỡicắt và bằng lý thuyết LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 13 ông đã chứng minh rằng áp lực tác dụng lên mặt trước của lưỡi cắt tạo ra lực ma sát giữa các phoi khi cắt và cản trở chúngchuyển động.Ngoài ra,một phần đáng kể trong cuốn sách dành cho việcnghiên cứu sự phụ thuộc của lực cắt vào chiều dày của phoi.
Sau chiến tranh thế giới lần thứ II,nhiều công trình đi sâu giải quyết các vấn đề chuyên môn sâu trong lý thuyết cắt gọt như quá trình biến dạng bề mặt kim loại khi cắt, hiện tượng nhiệt và mòn dụng cụ.Một số công trình chủ yếu được công bố trong thời gian này như: V. Krivoukhôvưi "Sự biến dạng của các lớp mặt kim loại trong quá trình cắt gọt"; I. Bexprôzvanưi "Cơ sở vật lý của lý thuyết cắt gọt kim loại"; C.Glebovưi "Cơ chế biến dạng dẻo khi cắt gọt kim loại”; A.Ixaevưi "Qúa trình hình thành lớp mặt khi gia công kim loại"; A.Đanhielian"Mòn dụng cụ và hiện tượng nhiệt khi cắt gọt kim loại". Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loại ngày càng được hoàn chỉnh với những công trình nghiên cứu mới về lực phát sinh trong quá trình gia công kim loại bằng cơ học được nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn về cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt.
Nghiên cứu quá trình cắt gọt kim loại theo hướng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã dược nhiều nhà khoa học trên thế giới tiến hành như:M.với những kết luận quan trọng về các sơ đồcắt động học,quá trình hình thành phoi,các yếu tố ảnh hướng tới lực cắt. Trong quá trình gia công kim loại,chế độ cắt ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia công,tiêu hao năng lượng và năng suất của máy gia công vì vậy, nghiên cứu xác định chế độ cát tối ưu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 14 Trong công trình nghiên cứu [29], Tác giả Poliakova.V đã nghiên cứu khả năng nâng cao năng suất và chất lượng gia công bề mặt của chi tiết máy. Trong quá trình nghiên cứu đã xây dựng được mô hình xác định nhiệt độ cắt gọt khi phay chi tiết ở các chế độ cắt khác nhau.