Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện trên thế giới Đã từ xa xưa con người đã biết dùng đôi tay của mình để tạo ra những vật dụng như đất sét, bằng gỗ, xương, đá…, sau đó đã chế tạo và sử dụng nhiều vật dụng bằng kim loại để phục vụ đời sống của mình. Do nhu cầu ngày càng cao hơn, công việc ngày một nhiều hơn nên con người phải nghĩ ra các cơ cấu để giảm nhẹ sức lao động. Con người không ngừng chế tạo ra các vật dụng để sản xuất với quy mô lớn, việc sản xuất các cơ cấu máy phải trải qua một thời gian khá dài và đến nay đã hình thành ngành chế tạo máy.
Ngành khảo cổ đã phát hiện ra máy công cụ đầu tiên trong lịch sử loài người ở Ai Cập và Ấn Độ khoảng 2000 năm trước. 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. Mô hình máy tiện gỗ đầu tiên của loài người LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 Cuối thế kỷ 15 đầu thế kỷ 16 Leonadoavinci – một nghệ sĩ lớn, đồng thời là kỹ sư có tài người Ytalia đã phát minh ra một số kết cấu nổi tiếng cơ bản của máy tiện như: trục vitme, bàn dao… đặc biệt là phát thảo nguyên tắc của một số máy tiện, máy cắt ren. Máy tiện vạn năng RT817 Đầu thế kỷ 17 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.
Nator người Nga 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. Xunrin, đặc biệt là Mikail Lômônôxốp đã có những cống hiến quan trọng trên lĩnh vực chế tạo máy công cụ của nước Nga như thiết kế máy tiện hình cầu. Ngày nay ở Nga sản xuất những loại máy tiện như 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 - 280 vòng/phút. Hãng RYAZAN sản xuất máy tiện vạn năng với các mã hiệu RT817, RT317, 16R25P…, (hình 1. Những loại máy tiện này có thể tiện phôi có đường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 kính từ 1200mm đến 1600mm, công suất động cơ 30 HP, tốc độ trục chính 5 - 500 vòng/phút. Trong những năm gần đây, hãng RYAZAN đã sản xuất những máy tiện CNC với các mã hiệu 16R35F3, 16R50F3, 16R70F3….3), máy tự động hai trục, có công suất 2 - 30 HP, tốc độ trục chính 5 - 1800 vòng/phút.
Máy tiện CNC Mã hiệu 16R35F3 Hình 1. Máy tiện vạn năng KSL-1440 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 Ở Mỹ năm 1873 hãng Senser đã nghiên cứu cho ra đời máy tiện tự động. Đến đâu thế kỷ 20, các hãng như Gridley, Kliben, Kent… ở Mỹ đã sản xuất các loại máy tiện tự động và nửa tự động nhiều trục. Một số loại máy 1340A, KSL- 1440, KLS-180G, KLS-2280C… (hình 1.4), 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 1.5) 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 MRL-1640T Hình 1. Máy tiện CNC mã hiệu CNL 2000 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Những năm gần đây ở Mỹ tập trung nghiên cứu sử dụng máy tiện tự động như máy CNC như máy CNL-2000, CNL-2040, CNL-2060, CNL- 2080…, Hình (1.6) máy tự động hai trục, có công suất từ 7.5-10 HP, tốc độ trục chính 20-2800 vòng/phút. Ở Đức Năm 1880, công ty Pittler, Ludwiglowe (Đức) đã nghiên cứu sản xuất nhiều loại 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 đại hình dọc 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… (hình 1.7) có đường kính trục chính 38 mm, công suất động cơ 2 HP, tốc độ trục chính 65 - 1800 vòng/phút. Máy tiện vạn năng mà hiệu OPTI D 320x630 Về lĩnh vực máy CNC, hãng Traub sản suất các loại máy tiện CNC như TNS30D, TNS60, TND360, TND400…, có công suất 30 - 35 HP, tốc độ trục chính 7 - 4000 vòng/phút, hãng Gildemeister (Đức) đã sản xuất ra các loại máy tiên CNC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 có độ chính xác cao như CTX400E, CTX600E, CT60EPL2, CT40EPL… (hình 1.8) có công suất 15 - 33 HP, tốc độ trục chính 20 - 5000 vòng/phút. Máy tiện CNC CTX600E Ở Nhật Bản, hãng Wasino 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….9) có đường kính trục chính 190 mm, công suất động cơ 3 HP, tốc độ trục chính 83 - 1800 vòng/phút.
Máy tiện vạn năng mã hiệu TSL-550 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 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 1.10) có công suất 20 - 30 HP, tốc độ trục chính 20 - 6000 vòng/phút. Máy tiện vạn năng mã hiệu TMM-200 Hãng BIRMINGHAM (Trung Quốc) sản suất các loại máy tiện vạn năng nhã hiệu YCL-1236, YCL-1340, YCL-1440…, có đường kính trục chính 50 - 70 mm, công suất động cơ 2.0 HP, tốc độ trục chính tư 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… (hình1.11) có đường kính trục chính 65 - 80 mm, công suất động cơ 6 - 10 HP, tốc độ trục chính 22 - 1800 vòng/phút. Tình hình sản xuất và sử dụng máy tiện ở một số nước nêu ở trên cho thấy, gia công các chi tiết máy bằng phương pháp tiện là phương pháp gia công thông dụng cho nên được quan tâm ở nhiều nước và đã có nhiều những 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: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Máy tiện vạn năng mã hiệu FL-500BS - Nghiên cứu nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm; -Nghiện cứu hoàn thiện các thông số hình học của dao cắt; - Nghiên cứu sử dụng các vật liệu mới làm dao cắt; - Nghiên cứu hoàn thiện chế độ cắt gọt khi gia công các chi tiết… Một số công trình nghiên cứu điển hình của nước Nga là: Công trình [18] 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 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 căt 0.25mm cho năng xuất 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 [27], 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 phương pháp gia công hợp lý và xác định chính xác các thông số kỹ thuật của chúng. trong công trình [24] 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. Trong công trình [29] tác giả Skrưnphikov V.
đã nghiên cứu hoàn thiện kết cấu của dao tiện gắn các mảnh gồm nhiều cạnh để tăng tính vạn năng của nó. trong công trình [22] 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 thay đổi qui luật của dòng nhiệt và nhiệt độ phụ thuộc vào tốc độ cắt, lượng ăn dao. Sử dụng phương pháp nghiên cứu quy hoạch tuyến tính xác định được chế độ cắt gọt tối ưu cho năng xuất gia công cắt gọt cao nhất và đảm bảo được nhiệt độ cho phép không làm ảnh hưởng đến chất lượng gia công tiện.
Trong công trình [30] 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 giao 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 căt … cho phép xác định được các chỉ tiêu về bề mặt gia công và chế độ cắt tối ưu bằng phương pháp tính toán. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 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 xuất gia công vì chất phủ chống mòn cho giao cắt có hệ số ma sát nhỏ, có tác dụng làm giảm lực cản cắt và nhiệt độ vùng cắt gọt. Tình hình nghiên cứu, sử dụng máy tiện ở việt nam Hiện nay, cả nước có khoảng 40.