Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện trên thế giới Gia công kim loại bằng phương pháp tiện xuất hiện từ lâu nhưng mãi tới nửa cuối của thế kỷ XIX máy tiện mới được sử dụng rộng rãi thực sự nhờ những phát minh làm cho máy tiện có kết cấu hoàn chỉnh gần như các máy đang dùng hiện nay như cơ giới hóa được các thao tác công nghệ khi gia công, điều chỉnh tự động lượng ăn dao; có cơ cấu kẹp dao, kẹp phôi hoàn chỉnh; chế độ gia công thay đổi dễ dàng ,nhanh và không tốn sức. Từ đó đến nay, trải qua một thời gian dài phát triển, nhiều loại máy tiện khác nhau được nghiên cứu, chế tạo vá sử dụng ở nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Đức, Nhật, Thụy sĩ. Những nước công nghiệp tiên tiến này cung cấp chủ yếu máy tiện cho toàn thế giới.
Mỹ là nước có nhiều nhà máy sản xuất máy công cụ nhất thế giới với trên 1200 đơn vị, hàng năm, sản xuất được trên 273 nghìn máy công cụ. Máy công cụ do Mỹ sản xuất được các nước châu Âu ưa chuộng vì nó hiện đại và bền cho nên khoảng 40% sản phẩm máy của Mỹ được xuất khẩu sang châu Âu. Nhiều hãng sản xuất máy tiện nổi tiếng thế giới như hãng như Gridley, Kliben, Kent. đã sản xuất các loại máy tiện tự động và bán tự động nhiều trục.
Một số loại máy tiện vạn năng do hãng Kent sản xuất dòng kinh tế mang nhãn hiệu KLS-1340A, KSL-1440, KLS-180G, KLS-2280C… (hình 1.1), có đường kính trục chính 1.2 inch, công suất động cơ 2 - 10 HP, tốc độ trục chính 32 ÷ 2000 vòng/phút. Các loại máy tiện dòng chính xác mang nhãn hiệu TLR-1340, MRL-1440VT, MRL-1640T, ML-260T… (hình 1.2) có đường kính trục chính 1.56 ÷ 6 inch, công suất động cơ 3 ÷ 30 HP, tốc độ trục chính 40 ÷ 2000 vòng/phút. Máy tiện vạn năng KSL-1440 Hình 1. Máy tiện vạn năng MRL-1640T 5 Mặc dù, máy tiện ở Mỹ được nghiên cứu và sản xuất muộn hơn ở châu Âu rất nhiều, mãi cho tới nửa đầu thế kỷ XIX bệ máy tiện do Mỹ sản xuất vẫn còn làm bằng gỗ nhưng đến năm 1873, H.Spencer đã chế tạo mẫu máy tiện tự động đầu tiên trên thế giới.
Việc nghiên cứu và chế tạo máy tiện tự động đánh dấu giai đoạn phát triển mới của ngành chế tạo máy đó là kỷ nguyên phát triển máy công cụ tự động. Hiện nay,nhiều hãng sản xuất máy công cụ hàng đầu của Mỹ cho ra đời các máy công cụ kỹ thuật số như hãng Milltroníc với các mã hiệu máy: SL6, SL10 có một số thông số kỹ thuật cơ bản như đường kính phôi lớn nhất gia công được 510mm, chiều dài phôi 500mm,công suất động cơ 19 kW (hình1.3); các mác máy tiện với mã hiệu: ML16, ML18, ML22, ML26, ML35, ML40… có đường kính phôi gia công được từ 440mm đến 1010mm, chiều dài phôi từ 1220mm đến 6200mm, công suất động cơ từ 9kw đến 38kw. Máy tiện CNC mã hiệu SL10 Hãng HAAS chế tạo các máy tiện CNC với các mã hiệu: HAAS SL-20, HAAS SL-30, HAAS SL-4, HAAS-TL1, HAAS-TL2, HAAS-TL3, HAAS- 6 TL3B, HAAS-TL3W có các thông số kỹ thuật như: Đường kính phôi lớn nhất gia công được trên máy 762 mm, chiều dài lớn nhất của phôi 1500mm, tốc độ quay của trục 1800 v/phút, công suất động cơ 30 kw (hình1. Máy tiện CNC HAAS TL-3W Nhật bản, nước công nghiệp phát triển đứng thứ hai thế giới sau Mỹ về sản xuất máy công cụ với hơn 270 hãng sản xuất cho ra đời khoảng 257 nghìn máy công cụ trong một năm.
Hãng Washino đã sản suất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu LEO-80A, LEO-125A, LE0-19J…, có đường kính trục chính 50 ÷ 54 mm, công suất động cơ 3 HP, tốc độ trục chính tư 50÷1500 vòng/phút. Hãng TAKISAWA sản suất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu TLS-130, TLS-550, LL-100, LLA-1000, TAC360, TAC800, TAC 510… (hình 1.5) có đường kính trục chính 190 mm, công suất động cơ 3 HP, tốc độ trục chính 83 ÷ 1800 vòng/phút. Trong lĩnh vực máy tự động CNC, hãng TAKISAWA (Nhật) sản xuất các loại máy tiện CNC mang mã hiệu TMM-200, TMM250, TY-2000, TY- 200CS… (hình 1.6) có công suất 20 ÷ 30 HP, tốc độ trục chính 20 ÷ 6000 vòng/phút. Máy tiện mã hiệuTAC510 Hình 1.
Máy tiện mã hiệuTMM200 Hãng Okuma là một trong những hãng sản xuất máy công cụ lớn ở Nhật Bản cho ra đời máy tiện với các mác máy: LT 300, LT2000, GENOS L200-M, GENOS L250 GENOS L300-M, GENOS L400( hình 1.7) có các thông số kỹ thuật cơ bản như đường kính phôi gia công được 200mm, chiều 8 dài phôi 225 mm, tốc độ quay của trục dao 3000 v/phút, công suất động cơ 7,5 kw; các mác máy LU300, LU400, LU35, LU4 có các thông số kỹ thuật cơ bản như đường kính phôi gia công được 3700mm, chiều dài phôi từ 350 mm÷ 1000mm, tốc độ quay của trục dao từ 3000 v/phút ÷ 6000 v/phút, công suất động cơ 22kw (hình 1. Máy tiện mã hiệu GENOS L400 Hình 1. Máy tiện mã hiệu LU400 9 Trong số các nước đang phát triển thì Trung Quốc là nước đứng đầu về chế tạo máy với hơn 600 xí nghiệp đang hoạt động. Trong số đó, 40/% là xí nghiệp sản xuất máy cắt kim loại còn lại là xí nghiệp sản xuất máy gia công kim loại.
Mặc dù, hàng năm ngành chế tạo máy của Trung Quốc có tốc độ phát triển tương đối nhanh khoảng 28/% nhưng từ năm 2002 Trung Quốc là nước nhập khẩu máy lớn nhất thế giới gần 20/% sản phẩm chế tạo máy của thế giới. Trung Quốc nhập khẩu máy chủ yếu từ các nước tư bản như Mỹ, Nhật, Tây Đức, Ý, Hàn Quốc, Đài loan. Năm 2010 chính phủ Trung Quốc đã lập kế hoạch phát triển ngành chế tạo máy, theo đó tiến hành xây dựng các xí nghiệp chế tạo máy với qui mô lớn được đầu tư công nghệ hiện đại, có khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế và đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ trong nước về các loại máy và thiết bị công nghiệp. Một số hãng chế tạo máy hàng đầu Trung Quốc như Beijing North Hong, ChangChun CNC, China Czechoslovakia, China Qiqihar, Jinan Huili, Qinghai No.1, Shandong Lunan, Dalian đã có sản phẩm xuất khẩu đến nhiều nước trên thế giới trong đó có các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Canađa, Anh, Pháp, Đức, Tây Ban Nha.
Hãng Lihong sản xuất các loại máy tiện với các mã hiệu như QK 1313A, QK 1313B, QK 1320; máy tiện CNC như CKE 6136Z, CKE 6150Z, CKE 6180Z, CKE 6163Z. Hãng Dezhou Long sản suất các loại máy tiện vạn năng mã hiệu CU580M, CU630/1000, CU630/1500, CU630/2000, CU630/3000, CU730/1500, CU730/500, CA6150B/1000, CA6150B/2000, CA6150B/3000, CW6130B/1500, CW6130/3000… (hình1.9), có đường kính trục chính 50 - 70 mm, công suất động cơ 2.0 HP, tốc độ trục chính từ 70 ÷ 1400 vòng/phút, hãng Zheng Zhou sản suất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu FL – 400B, FL - 450B, FL - 500B, FL - 600B… có đường kính 10 trục chính 65 ÷ 80 mm, công suất động cơ 6 ÷ 10 HP, tốc độ trục chính 22÷1800 vòng/phút. Máy tiện mã hiệu CW6130/3000 Trong vài năm gần đây, ngành chế tạo máy ở Đài Loan không ngừng phát triển các loại máy công cụ sản xuất tại Đài loan đáp ứng được nhu cầu sử dụng của nhiều nước trên thế giới trong đó có các nước phát triển như Mỹ, Nhật, các nước châu Âu. Một số nhà sản xuất máy công cụ lớn như: Hãng Leadwell thành lập năm 1990, sản phẩm máy công cụ của hãng đảm bảo được yêu cầu tiêu chuẩn ISO-9001, có tốc độ cắt cao, độ bền và độ chính xác tương đương với các máy cùng cấp sản xuất ở châu ÂU; hãng FEELER thành lập năm 1979 là một trong những hãng sản xuất máy hàng đầu ở Đài loan, sản phẩm của hãng xuất khẩu đến các nước như Mỹ, Nhật,châu Âu.
Hãng FORCE ONE, tuy mới thành lập vào năm 1997 nhưng đã sản xuất được các sản phẩm được biết đến ở nhiều nước đó là máy tiện CNC mang các mã hiệu như FCL- 20TS, FCL-15TS, FCL-30TS, FCL-20TT, TC-3508, TC-3515, TC-3523, TC- 3530.10) có các thông số kỹ thuật cơ bản: Đường kính phôi 660mm, chiều dài phôi 820mm, tốc độ quay của trục máy 625v/phút và 2500v/phút, công suất động cơ chính 26 kw. Máy tiện mã hiệu TC-3530 Từ những phân tích ở trên cho thấy rằng chế tạo máy là một ngành quan trọng quyết định sự phát triển chung kinh tế của một nước vì vậy, dù là một nước đang phát triển hay là nước công nghiệp tiên tiến thì việc đầu tư để cho ngành chế tạo máy phát triển cũng được quan tâm. Để phục vụ nhu cầu của sản xuất ở trong nước và xuất khẩu ở nhiều nước đã sản xuất nhiều loại máy tiện khác nhau và chúng không ngừng được hoàn thiện nhờ áp dụng những thành tựu nghiên cứu, phát minh của các nhà khoa học và những sáng kiến trong quá trình sản xuất ở các công ty, xí nghiệp. Gia công kim loại bằng phương pháp tiện là phương pháp cắt gọt kim loại được sử dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất của ngành chế tạo máy đã thu hút sự chú ý của nhiều học giả.
Nhiều công trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại phải kể đến là các nhà bác học Xô Viết như giáo sư I. Các nhà bác học Mỹ như O. 12 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 công cụ cắt, tính toán, thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và công cụ gia công. Lần đầu tiên, nghiên cứu quá trình cắt gọt kim loại bằng thực nghiệm được tiến hành ở nước Pháp do đại úy Kokilia thực hiện năm 1848 với kết quả là xác định được công cần thiết chi phí trong quá trình khoan kim loại.
Năm 1780, giáo sư trường Đại Học Mỏ Địa chất Peterbua (NGA) I .Time đã công bố cuốn sách "Sức bền của kim loại và của gỗ khi cắt" lần đầu tiên sự biến dạng của kim loại trong quá trình hình thành phoi được nghiên cứu. Công trình này được coi là điểm khởi đầu và là nền móng của lý thuyết cắt gọt kim loại.Zvorưkin xuất bản cuốn sách" Công và lực cần thiết để tách phoi kim loại". Đây là một đóng góp có giá trị cho lý thuyết cắt gọt kim loại của thế giới.