Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện trên thế giới Ngành khảo cổ đã phát hiện ra máy công cụ đầu tiên trong lịch sử loài người được sử dụng ở Ai Cập và Ấn Độ khoảng 650 năm trước công nguyên. Máy này làm việc do hai người điều khiển, một người kéo dây cung để thực hiện chuyển động của chi tiết gia công và một người điều khiển dao cắt gỗ. Cuối thế kỷ XIV đầu thế kỷ XV máy tiện đạp chân được chế tạo (hình 1.
Chuyển động quay tròn của chi tiết gia công nhờ dây thừng nối với cần đàn hồi như vậy từ chỗ hai người điều khiển máy này chỉ cần một người điều khiển. Mô hình máy tiện gỗ đầu tiên của loài người Hình 1. Mô hình máy tiện đạp chân LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 Vào cuối thế kỷ XVI, kỹ sư người Pháp Jac Beson đã phát minh ra máy tiện cắt ren hình trụ và ren hình côn. Đầu thế kỷ XVII người ta đã dùng sức nước làm động lực cho máy công cụ và một phát minh quan trọng trong việc phát triển máy tiện là tìm ra bàn chạy dao tự động.
Nartov nhà phát minh người Nga, thợ cơ khí của Sa hoàng Petr đệ nhất đã tìm ra phương pháp ứng dụng đầu tiên của loại bàn dao này ở máy tiện. Đến năm 1774 các nhà thiết kế máy công cụ người Nga Jacôbatitreps, L. Xurnhin, đặc biệt là Mikhail Lômônôxốp đã có những cống hiến quan trọng trong lĩnh vực chế tạo máy công cụ của nước Nga như thiết kế máy tiện hình cầu. Ngày nay, 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 tiện khác nhau như hãng IZEBSKI, xí nghiệp chế tạo máy hàng đầu của Nga có công suất 128000 thiết bị trong một năm đã sản xuất các loại máy tiện với các mã hiệu: 1I611P,1I611, IT42, IZ250ITV, IZ250ITP, 95TC, IZ6U, ITVM250F3.
Máy tiện mã hiệu IZ250ITV01 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 Hãng KRAMATORSK sản xuất các loại máy tiện vạn năng với các mã hiệu như KJ1909, 1A680, 1A670, 1A675… Những loại máy tiện này có thể tiện phôi với đường kính từ 1400mm đến 1600mm, công suất động cơ 130 HP, tốc độ trục chính 2,5 - 2800 vòng/phút. Sản phẩm của hãng được xuất khẩu đến hơn 50 nước trên thế giới. Năm 1880, công ty Pittler, Ludwiglowe ở Đức đã nghiên cứu sản xuất máy tiện Revôle tự động đầu tiên dùng phôi phanh, cùng lúc hãng Worsley vào năm 1989, hãng Dabenpart đã cho ra đời máy tiện cỡ lớn tự động với bản dao di động dọc. Cho tới nay, ở Đức vẫn tiếp tục nghiên cứu sản xuất máy tiện như hãng OPTIMUM đã cho ra đời các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu OPTI D 320x630, OPTI D 320x630 DPA, OPTI D 320x920… có đường kính trục chính 38 mm, công suất động cơ 2 HP, tốc độ trục chính 65 - 1800 vòng/phút.
Về lĩnh vực máy CNC, hãng Traub sản suất các loại máy tiện CNC như TNA400, TNS30D, TNS60, TND360, TND400…, có công suất 30 - 35 HP, tốc độ trục chính 7 - 4000 vòng/phút (hình1.4), hãng Gildemeister đã sản xuất ra các loại máy tiên CNC có độ chính xác cao như CTX400E, CTX600E, CT60EPL2, CT40EPL… (hình 1.5) có công suất 15 - 33 HP, tốc độ trục chính 20 - 5000 vòng/phút. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Máy tiện mã hiệu TNA 400 Hình 1. Máy tiện CNC CTX600E Ở Nhật Bản, hãng Washino đã sản suất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu LEO-80A, LEO-125A, LE-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….6) có đường kính trục chính 190 mm, công suất động cơ 3 HP, tốc độ trục chính 83 - 1800 vòng/phút. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 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 1.7) 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 BIRMINGHAM (Trung Quốc) sản suất các loại máy tiện vạn năng mã hiệu YCL-1236, YCL-1340, YCL-1440…(hình1.8), có đường kính LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 trục chính 50 - 70 mm, công suất động cơ 2.0 HP, tốc độ trục chính từ 70 - 1400 vòng/phút, hãng ZHENG ZHOU (Trung Quốc) sản suất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu FL – 400B, FL - 450B, FL – 500B, FL-600B… có đường kính trục chính 65 - 80 mm, công suất động cơ 6 - 10 HP, tốc độ trục chính 22 - 1800 vòng/phút.
Máy tiện mã hiệuYCL1440 Tình hình sản xuất và sử dụng máy tiện ở một số nước nêu ở trên cho thấy rằng: Gia công các chi tiết máy bằng phương pháp tiện là phương pháp gia công thông dụng cho nên đã có nhiều loại máy tiện 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 tiện 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. Các nghiên cứu tập trung vào các hướng chủ yếu sau: - Nghiên cứu nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm Công trình [20] của tác giả Anokhina A. đã thực hiện việc nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt gia công khi tiện vật liệu kim loại khó gia LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 công với tốc độ lớn.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sử dụng loại dao cắt làm bằng vật liệu sứ có độ cứng 90 HRA rất phù hợp với tốc độ cắt 600 - 800m/phút, lượng ăn dao 0.1mm/vòng và chiều sâu cắt 0.25mm cho năng suất cao và đảm bảo độ chính xác và chất lượng bề mặt khi gia công. Tuy nhiên, khi ở chế độ cắt với tốc độ nhỏ dưới 300 m/phút, lượng ăn dao lớn hơn 0.15mm/vòng và chiều sâu cắt lớn hơn 0.3mm bề mặt gia công đạt chất lượng không cao. trong công trình [21] đã nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt gọt khi tiện vật liệu khó gia công có tính đến giới hạn của nhiệt độ. Trên cơ sở nghiên cứu qui luật thay đổi của dòng nhiệt và nhiệt độ tại vùng cắt gọt phụ thuộc vào tốc độ cắt, lượng ăn dao.
Sử dụng phương pháp nghiên cứu quy hoạch tuyến tính đã xác định được chế độ cắt gọt tối ưu cho năng suất gia công cắt gọt cao nhất và đảm bảo được nhiệt độ cho phép không làm ảnh hưởng đến chất lượng gia công tiện. Sử dụng phương pháp nghiên cứu trong công trình này cho phép chọn chế độ cắt gọt tối ưu ở các điều kiện khác nhau khi tiện vật liệu khó gia công. Trong công trình [26], tác giả Pustov A. đã nghiên cứu việc nâng cao chất lượng sử dụng của các chi tiết máy trong công nghiệp khai thác mỏ nhờ phương pháp gia công hợp lý và xác định chính xác các thông số kỹ thuật của chúng.
- Nghiên cứu sử dụng các vật liệu mới làm dao cắt Tác giả Kuznhesova A. trong công trình [23] đã nghiên cứu việc nâng cao hiệu quả gia công các chi tiết máy nhờ việc sử dụng vật liệu làm dao mới, tác giả cũng đưa được phương pháp chọn chế độ cắt, phương pháp gia công hợp lý để đạt được hiệu quả gia công cao nhất và nâng cao chất lượng bề mặt gia công - Nghiên cứu hoàn thiện các thông số hình học của dao cắt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 Trong công trình [28] tác giả Skrưnhikov V. đã nghiên cứu hoàn thiện kết cấu của dao tiện gắn các mảnh gồm nhiều cạnh để tăng tính vạn năng của nó. - Nghiên cứu hoàn thiện chế độ cắt gọt khi gia công các chi tiết… Trong công trình [29] Tác giả Phômenkô R.
đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của các lớp chất phủ chống mòn cho dao đến thông số kỹ thuật của quá trình cắt gọt khi tiện kim loại. Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, tác giả đã khảo sát sự ảnh hưởng của các lớp chất phủ chống mòn dao khác nhau đến thông số kỹ thuật của quá trình căt gọt như lực cắt, hệ số ma sát giữa phôi và mặt trước của dao cắt, nhiệt độ vùng cắt gọt… và đưa ra một số kết luận dựa trên các kết quả nghiên cứu. Việc xác định được sự ảnh hưởng của các lớp phủ chống mòn của dao cắt đến chất lượng cắt và hướng đến nhiệt độ cắt tối ưu, lực cắt… cho phép xác định được các chỉ tiêu về bề mặt gia công và chế độ cắt tối ưu bằng phương pháp tính toán. Sử dụng chế độ cắt tối ưu khi sử dụng dao cắt có phủ lớp chống mòn cho phép tăng tốc độ cắt và năng suất gia công vì chất phủ chống mòn cho dao cắt có hệ số ma sát nhỏ, có tác dụng làm giảm lực cản cắt và nhiệt độ vùng cắt gọt.
Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở nước ta Hiện nay, cả nước có khoảng 40.000 máy công cụ đang được sử dụng trong các doanh nghiệp cơ khí, trong đó 30% là máy tiện, góp phần rất lớn vào quá trình sản xuất các loại máy móc, thiết bị đơn lẻ hoặc đồng bộ, phục vụ cho ngành cơ khí chế tạo máy cũng như các lĩnh vực cơ khí chuyên ngành khác. Phần lớn các loại máy tiện này đều được sản xuất ở Liên xô cũ và các nước Đông Âu từ những năm 60 - 70 của thế kỷ XX và được nhập về Việt Nam dưới dạng viện trợ, hoặc theo các nguồn vốn vay dài hạn. Các loại máy LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 tiện này đều có một đặc điểm chung là độ bền cao, vận hành dễ dàng, mạch điện điều khiển của máy đều sử dụng rơle, công tắc, sử dụng các loại hộp số, các cơ cấu, bộ truyền động truyền thống để điều khiển các chuyển động của máy. Thế hệ máy tiện này thường chưa được trang bị các hệ thống đo gắn liền với máy.