Đồ Án Tốt Nghiệp Máy Và Hệ Thống Điều Khiển Số Theo Chương Trình 150 tc (CDIO) CHƯƠNG 1 ( Sách Giáo Trình)

Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại

CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY CẮT KIM LOẠI

Mục tiêu chương 1: Sau khi học xong chương này, sinh viên có khả năng:
1. Trình bày được khái niệm về máy cắt kim loại;
2. Phân tích được cấu tạo bề mặt gia công;
3. Phân tích được các phương pháp tạo hình;

4. Phân biệt được các chuyển động tạo hình: chuyển động tạo hình đơn giản,
chuyển động tạo hình phức tạp và chuyển động tạo hình vừa đơn giản vừa
phức tạp;
5. Phân tích và xây dựng được sơ đồ kết cấu động học;
6. Phân tích ý nghĩa ký hiệu của một số loại máy cắt kim loại thông dụng.

1


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
1.1. KHÁI NIỆM VỀ MÁY CẮT KIM LOẠI
Máy là tất cả những công cụ hoạt động theo nguyên tắc cơ học, dùng làm thay đổi
một cách có ý thức về hình dáng hoặc vị trí của vật thể.
Cấu trúc, hình dáng và kích thước của máy rất khác nhau. Tuỳ theo đặc điểm sử dụng
của nó, có thể phân thành hai nhóm lớn:
-

Máy dùng để biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác cho thích hợp
với việc sử dụng được gọi là máy biến đổi năng lượng;

-

Máy dùng để thực hiện công việc gia công cơ khí được gọi là máy công cụ.

Những máy công cụ dùng để biến đổi hình dáng của các vật thể kim loại bằng cách
lấy đi một phần thể tích trên vật thể ấy với những dụng cụ và chuyển động khác nhau được
gọi là máy cắt kim loại.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam, máy công cụ bao gồm năm loại: Máy cắt kim loại, máy
gia công gỗ, máy gia công áp lực, máy hàn, máy đúc.
Vật thể cần làm biến đổi hình dạng gọi là phôi hay chi tiết gia công. Phần thể tích
được lấy đi của vật thể gọi là phoi. Dụng cụ dùng để lấy phoi ra khỏi chi tiết gia công gọi là
dao cắt.
1.2. CẤU TẠO BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG
Bề mặt hình học của chi tiết máy rất đa dạng. Nó được hình thành từ việc phối hợp
các đường (đường chuẩn và đường sinh) lại với nhau:
-

Đường sinh tạo nên từ chuyển động cắt chính

-

Đường chuẩn tạo nên từ chuyển động chạy dao

Để xác định các chuyển động cần thiết cho cơ cấu chấp hành của máy để hình thành
các bề mặt đó, người ta thường nghiên cứu các dạng bề mặt gia công
1.2.1. Dạng trụ tròn xoay
1.2.1.1. Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh là đường thẳng
Bề mặt gia công được hình thành khi cho đường sinh là đường thẳng chuyển động
tương đối xung quanh đường chuẩn là đường tròn.

2

Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại

a)

b)

Hình 1. 1-Đường chuẩn tròn, đường sinh thẳng;
1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn
Hình 1.1a, b bề mặt chi tiết cấu tạo bởi với vô số đường sinh (1) là đường thẳng chạy
theo đường chuẩn (2) là đường tròn.
1.2.1.2. Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh là đường gãy khúc

Hình 1. 2-Đường chuẩn tròn, đường sinh gãy khúc;
1-Đường chuẩn; 2-Đường sinh
1.2.1.3. Đường chuẩn là đường tròn, đường sinh là đường cong

Hình 1. 3-Đường chuẩn tròn, đường sinh cong;
1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn

3


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
1.2.2. Dạng mặt phẳng
1.2.2.1. Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh là đường thẳng

Hình 1. 4-Đường chuẩn thẳng, đường sinh thẳng;
1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn
Hình 1.4a, b mô tả về cấu tạo bề mặt chi tiết, đường sinh (1) là đường thẳng chạy

theo đường chuẩn (2) là đường thẳng tạo ra bề mặt có dạng mặt phẳng.
1.2.2.2. Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh là đường gãy khúc

Hình 1. 5-Đường chuẩn thẳng, đường sinh gãy khúc;
1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn
1.2.2.3. Đường chuẩn là đường thẳng, đường sinh là đường cong

Hình 1. 6-Đường chuẩn thẳng, đường sinh cong;
4


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn
1.2.3. Các dạng đặc biệt
Các dạng bề mặt đặc biệt trình bày các dạng mặt trụ, mặt nón không tròn xoay và mặt
cam. Ngoài ra bề mặt đặc biệt còn có dạng thân khai, arsimet, cánh turbin, máy chèo,…

a)

b)

Hình 1. 7-Dạng bề mặt thân khai;1-Đường sinh;2-Đường chuẩn
Hình 1.7a mô tả về cấu tạo bề mặt răng thân khai, đường sinh (1) là đường thẳng
chạy theo đường chuẩn (2) hoặc ở Hình 1.7b, đường sinh (1) là đường cong chạy theo
đường chuẩn (2) là đường thẳng để hình thành bề mặt gia công.
Những đường sinh nói trên chuyển động tương đối với một đường chuẩn sẽ tạo ra bề
mặt của các chi tiết gia công. Do đó, một máy cắt kim loại muốn tạo được bề mặt gia công
phải truyền cho cơ cấu chấp hành (dao và phôi) các chuyển động tương đối để tạo ra đường
sinh và đường chuẩn.
Những chuyển động cần thiết để tạo nên đường sinh và đường chuẩn gọi là chuyển

động tạo hình của máy cắt kim loại.
1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH
1.3.1. Phương pháp theo vết
Bề mặt gia công được hình thành do tổng hợp các vết chuyển động của lưỡi cắt, hay
là quỹ tích các vết chuyển động của mũi dao cắt tạo thành đường sinh của bề mặt gia công.

5


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại

Hình 1. 8-Phương pháp gia công theo vết
1.3.2. Phương pháp định hình
Phương pháp định hình là phương pháp tạo hình bằng cách cho cạnh lưỡi cắt trùng
với đường sinh của bề mặt gia công.

a)

b)

Hình 1. 9-Phương pháp gia công định hình;
1-Đường sinh; 2-Đường chuẩn
Hình 1.9a mô tả phương pháp định hình bằng việc sử dụng dao phay ngón modul để
gia công bánh răng. Phương pháp này tạo ra đường sinh là đường cong (1) chạy dọc theo
đường chuẩn (2) như Hình 1.9b.
1.3.3. Phương pháp bao hình
Phương pháp bao hình là phương pháp dao cắt chuyển động hình thành các đường
điểm, quĩ tích các đường điểm hình thành đường bao và đường bị bao, đường bị bao chính
là đường sinh chi tiết gia công.

6


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại

Hình 1. 10-Phương pháp gia công bao hình;
1-Đường bao; 2-Đường bị bao
1.4. CÁC CHUYỂN ĐỘNG TẠO HÌNH
1.4.1. Định nghĩa
Chuyển động tạo hình bao gồm mọi chuyển động tương đối giữa dao và phôi để hình
thành bề mặt gia công.
Chuyển động tạo hình thường là chuyển động vòng và chuyển động thẳng. Trong
chuyển động tạo hình có thể bao gồm nhiều chuyển động mà vận tốc của chúng phụ thuộc
lẫn nhau. Các chuyển động như thế gọi là chuyển động thành phần.
1.4.2. Phân loại chuyển động tạo hình
Dựa vào mối quan hệ các chuyển động, có các loại chuyển động tạo hình sau:
1.4.2.1. Chuyển động tạo hình đơn giản
Là chuyển động có các cơ cấu chấp hành không phụ thuộc lẫn nhau.

a)

b)

Hình 1. 11-Chuyển động tao hình đơn giản
7


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
Hình 1.11a mô tả các chuyển động tạo hình khi tiện trơn. Chuyển động cắt chính là
chuyển động quay tròn của phôi, chuyển động phụ là chuyển động chạy dao. Hai chuyển

động này hoàn toàn không phụ thuộc vào nhau.
Ví dụ: Khi tiện trơn, ta có thể thay đổi lượng chạy dao mà không cần phụ thuộc vào
số vòng quay.

8


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
1.4.2.2. Chuyển động tạo hình phức tạp:
Là chuyển động có các cơ cấu chấp hành phụ thuộc lẫn nhau

a)

b)

Hình 1. 12-Chuyển động tạo hình phức tạp
Hình 1.12a mô tả chuyển động tạo hình khi tiện ren. Chuyển động chính cắt chính là
chuyển động quay tròn của phôi, chuyển động chạy dao – bàn máy mang dao tịnh tiến. Để
tiện ren, hai chuyển động này phải có mối quan hệ: khi phôi quay một vòng thì dao phải tịnh
tiến một đoạn tp.
Hình 1.12b mô tả chuyển động khi tiện côn. Chuyển động cắt chính là chuyển động
quay tròn của phôi, chuyển động chạy dao gồm 2 chuyển động chạy dao dọc (1) và chạy
dao ngang (2). Hai chuyển động này kết hợp với nhau tạo nên mặt côn. Nếu ta thay đổi một
trong hai chuyển động chạy dao nói trên thì mặt côn sẽ thay đổi.
1.4.2.3. Chuyển động tạo hình vừa đơn giản vừa phức tạp:
Là chuyển động có các cơ cấu chấp hành phụ thuộc và không phụ thuộc lẫn nhau.

Hình 1. 13-Chuyển động tạo hình vừa đơn giản vừa phức tạp
Hình 1.13 mô tả chuyển động tạo hình khi mài ren. Có 3 chuyển động cơ bản: phôi
quay, dao quay, dao tịnh tiến. Chuyển động quay của phôi và tịnh tiến của dao phụ thuộc

9


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
nhau: khi phôi quay được 1 vòng thì dao tịnh tiến theo phương ngang 1 đoạn tp , nhưng
chuyển động quay của phôi và chuyển động quay của dao không phụ thuộc lẫn nhau.
1.5. SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC
Sơ đồ kết cấu động học là một loại sơ đồ quy ước, biểu thị những mối quan hệ về các
chuyển động tạo hình và các ký hiệu cơ cấu nguyên lý máy, vẽ nối tiếp hình thành sơ đồ về
đường truyền động của máy. Hình 1.14 cho chúng ta khái quát được các thành phần của một
sơ đồ kết cấu động học.
Trong một sơ đồ kết cấu động học có nhiều xích truyền động để thực hiện các chuyển
động tạo hình.

Hình 1. 14-Sơ đồ kết cấu động học máy tiện
Trong đó:
iv

– Tỉ số truyền của hộp tốc độ;

is

– Tỉ số truyền của hộp chạy dao;

tx

– Bước ren của trục vít me, mm;

i2-3, i3-4, i3-5, i6-7 – Tỉ số truyền cố định trong các đường truyền;
s

– Lượng chạy dao, mm;

n

– Tốc độ trục chính, v/ph.

10


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
1.5.1. Phân loại sơ đồ kết cấu động học
1.5.1.1. Sơ đồ kết cấu động học đơn giản
Sơ đồ kết cấu động học đơn giản thực hiện các chuyển động tạo hình đơn giản, bao
gồm các xích truyền động, thực hiện các chuyển động độc lập không phụ thuộc vào nhau:
máy phay, máy khoan, máy mài,…

Hình 1. 15-Sơ đồ kết cấu động học máy phay
Hình 1.15 mô tả sơ đồ kết cấu động học máy phay, khi phay có 2 chuyển động cơ
bản là chuyển động cắt chính - dao phay quay tròn và chuyển động chạy dao - bàn máy
mang phôi chuyển động tịnh tiến.
Chuyển động cắt chính được cung cấp từ động cơ số 1, qua hộp tốc độ iv đến trục
chính. Vì vậy, ta có phương trình cơ bản của chuyển động cắt chính:
(v/ph)

(1.1)

Chuyển động chạy dao được cung cấp thông qua động cơ 2, qua hộp chạy dao, đến
cơ cấu vít me đai ốc, đến bàn máy. Vì vậy, ta có phương trình chuyển động cơ bản của
chuyển động chạy dao:

(mm/v)

(1.2)

1.5.1.2. Sơ đồ kết cấu động học phức tạp
Sơ đồ kết cấu có các chuyển động tạo hình phức tạp, bao gồm việc tổ hợp hai hoặc
một số chuyển động hình phụ thuộc vào nhau hình thành bề mặt gia công.

11


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại

Hình 1. 16-Sơ đồ kết cấu động học máy tiện ren
Chuyển động chạy dao được hình thành từ 1 vòng trục chính, qua hộp chạy dao i s,
qua cơ cấu vít me đai ốc đến bàn dao. Vì vậy, ta có phương trình chuyển động cơ bản của
chuyển đông chạy dao:
(mm/v)

(1.3)

1.5.1.3. Sơ đồ kết cấu động học hỗn hợp
Sơ đồ kết cấu động học hỗn hợp bao gồm xích tạo hình vừa đơn giản vừa phức tạp:
máy phay ren vít, máy gia công răng,…

Hình 1. 17-Sơ đồ kết cấu động học máy phay ren vít

12

Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
a) Xích phân độ
Ngoài các xích thực hiện chuyển động tạo hình trong máy cắt kim loại còn có xích
phân độ. Nó không thực hiện chuyển động tạo hình nhưng lại cần thiết để hình thành các bề
mặt gia công theo yêu cầu kỹ thuật như: gia công bánh răng, ren nhiều đầu mối …
Trong xích phân độ người ta chia ra làm hai loại: Phân độ bằng tay và phân độ tự
động bằng máy.

a)
Hình 1. 18-Phân loại xích phân độ;

b)

a-Phân độ bằng máy; b-Phân độ bằng tay


Phôi quay phân độ

Hình 1.19: Phôi quay phân độ

13


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại


Dao tịnh tiến phân độ

Hình 1. 20-Dao tịnh tiến phân độ
 Phôi quay phân độ và dao tịnh tiến phân độ

Hình 1. 21-Phôi quay phân độ và dao tịnh tiến phân độ
b) Xích vi sai
Một số MCKL cần xích truyền động tổng hợp để bù trừ một số chuyển động truyền
đến khâu chấp hành.
Cơ cấu tổng hợp chuyển động thường dùng nhất là cơ cấu vi sai và xích truyền động
thực hiện tổng hợp chuyển động gọi là xích vi sai.
Chuyển động vi sai được dùng trong trường hợp cần truyền đến khâu chấp hành một
chuyển động phụ thuộc chu kỳ, khi không cần ngừng chuyển động các khâu chấp hành. Có
khi người ta dùng xích vi sai để thực hiện một chuyển động không đều.

14


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại

Hình 1. 22-Sơ đồ kết cấu động học xích vi sai
Hình 1.22 Thể hiện sơ đồ kết cấu động học xích vi sai. Trục cam nhận hai nguồn
chuyển động từ cơ cấu điều chỉnh ix và iy. Cơ cấu vi sai (VS) thực hiện việc tổng hợp hai
chuyển động này thành một chuyển động đã được bù trừ chuyển đến cam.
1.6. PHÂN LOẠI VÀ KÝ HIỆU MÁY
1.6.1. Phân loại máy
Theo phương pháp công dụng bao gồm các nhóm máy cắt kim loại sau: máy tiện,
máy phay, máy khoan, máy bào, máy mài, máy doa,...
Theo trình độ vạn năng bao gồm ba nhóm máy cắt kim loại sau: máy vạn năng, máy
chuyên môn hóa và máy chuyên dùng,...
Theo mức độ chính xác có các nhóm máy cắt kim loại: máy chính xác thường, máy
chính xác nâng cao, máy chính xác cao và máy chính xác đặc biệt cao,...
Theo mức độ tự động hóa có máy vạn năng, máy bán tự động, máy tự động,...
Theo khối lượng có máy loại nhẹ (≤ 1 tấn), máy loại trung bình (≤ 10 tấn), máy loại

trung bình nặng (10 ÷ 30 tấn), máy loại nặng (30 ÷ 100 tấn), máy loại đặc biệt nặng (> 100
tấn).
1.6.2. Ký hiệu
Máy thường được ký hiệu bằng các số và các chữ cái. Ở mỗi nước có ký hiệu khác
nhau.
Ký hiệu máy cắt kim loại của Việt Nam như sau:
15


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
-

Chữ cái để chỉ loại máy như: chữ T chỉ loại máy tiện, P - máy phay, B - máy
bào, K - máy khoan, M - máy mài,…

-

Các chữ số khác để chỉ mức độ vạn năng, kích thước cơ bản của máy.

Ví dụ: Máy T620
T : Máy tiện; 6 : Loại máy tiện vạn năng thông thường; 20 : Một phần mười
của chiều cao từ băng máy đến đường tâm máy (200 mm).
Ví dụ: Máy K135
K : Máy khoan; 1 : Loại máy khoan đứng; 35 : Đường kính mũi khoan lớn
nhất gia công được trên máy (mm).
Ký hiệu máy cắt kim loại của Liên Xô trước đây thể hiện bằng ba hay bốn chữ số.
-

Chữ số thứ nhất chỉ loại máy (như tiện -1, khoan -2, mài -3, phay -6, bào
-7..).

-

Chữ số thứ hai chỉ kiểu máy (như tự động, revolver, máy thường).

-

Chữ số thứ ba và thứ tư chỉ một trong những thông số quan trọng nhất của
máy (đường kính lớn nhất của phôi mà máy có thể gia công, chiều cao mũi
tâm trục chính đến băng máy…).

-

Đôi khi có chữ cái ở đầu hay giữa những chữ số kể trên chỉ máy mới được
cải tiến từ máy cơ sở.

Ví dụ: Máy 2A150
Số 2 : Máy khoan; Số 1: Máy khoan đứng; Số 50 : Đường kính mũi khoan lớn
nhất là 50 mm - Trong điều kiện khoan thép C45; Chữ A : Sự cải tiến của máy so với
máy trước đó.
Ví dụ: Máy 1K62
Số 1 : Máy tiện; Số 6 : Máy tiện thường; Số 2: Khoảng cách của mũi tâm trục
chính đến băng máy là 200 mm; Chữ K: Sự cải tiến của máy.

16


4

5

Máy tổ hợp

Máy gia công
ren và răng

Các loại máy
khác

Máy cắt đứt

Máy bào, xọc và
chuốt

9

8

7

6

3

Máy mài

phay Máy

2

1

Máy khoan và
máy doa

Máy tiện

3

4

5

Máy tiện TĐ và
Máy tiện cắt đứt Máy tiện đứng
BTĐ nhiều trục Máytiện Revolve
chính

2

LOẠI MÁY

Máy tiện vạn
năng

6

Máy bán tự động

Máy nán thẳng

và tiện phôi
thanh

Máy cắt ren ống

Máy cưa

Máy cưa vòng
ma sát

Máy tiện cắt đứt Máy cắt đứt bằng
hạt mài

Máy nắn thẳng
và cắt đứt

Máy xọc

Máy khoan
ngang

Các loại máy
khác

Các loại máy
khác

9

Máy gia công

mặt đầu răng

Máy kiểm tra
dụng cụ cắt

Máy cưa đai

Máy chuốt
ngang

Máy phân độ

Máy cưa đĩa

Máy phay
giường

Máy gia công
ren

Máy mài ren
và răng

Máy cân bằng

Máy cưa lưỡi

Máy chuốt đứng

Máy phay đầuson Máy phay

trượt vạn năng
ngang công

Máy gia công
tinh răng

Các loại máy
khác

Các loại máy
khác

Các loại máy
khác

Các loại máy
khác

Các loại máy
khác

cụ cắt Máy mài dụng Máy mài phẳng Máy mài tinh
khác Các loại máy

Máy phay chép Máy phay đứng
hình
không công son

Máy phay lăn Máy gia công
răng

trục vít bánh vít

Máy tự động

Máy mài thô Máy mài chuyên

Máy bào giường 1 Máy bào giường 2 Máy bào ngang
trục
trục

Máy phay đứng Máy phay liên tục
công son

Máy xọc răng Máy gia công bánh
răng côn

Máy vạn năng

Máy mài lỗ

8

Máy tiện nhiều
Máy tiện
dao
chuyên dùng

7

Máy khoan đứng Máy khoan BTĐ

chính
1 Máy khoan bán Máy doa tọa độ Máy khoan cần Máy doa ngang Máy doa chính
trục chính
TĐ nhiều trục
xác

Máy tiện TĐ và
BTĐ 1 trục chính

1

ngoài Máy mài tròn

MÁY CẮT
NHÓM
KIM LOẠI

Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
Bảng 1.1: Ký hiệu máy cắt kim loại tiêu chuẩn Liên Xô

17


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
Bảng 1.2: Ký hiệu các cơ cấu nguyên lý máy
Tên gọi
1. Trục

Kí hiệu
________

_____

Tên gọi
8. Vít me
đai ốc

2. Khớp

+ Đai ốc
liền

+ Cố định

+ Đai ốc
hai nửa

nối
+ Đàn hồi

9. Li hợp

+ Các đăng
3. Chi tiết
lắp trên trục
+ Lồng
không
+ Cố định

Kí hiệu

+ Li hợp
vấu 1 chiều
+ Li hợp
hai chiều
+ Li hợp
côn
+ Li hợp

+ Di trượt

đĩa

+ Then kéo

+ Li hợp
1 chiều
+ Li hợp
điện từ

4. Ồ trục

10. Cam

+ Ồ trượt

+ Cam dĩa

+ Ổ lăn

+ Cam thùng

+ Ổ côn
11. Phanh
+ Phanh côn
5. Bộ truyền đai

+ Phanh guốc

+ Đai thang

+ Phanh dĩa

+ Đai dẹp
12. Cơ cấu chuyển
động gián đoạn
+ Cơ cấu con cóc
6. Bộ

+ Cơ cấu man
18


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại
truyền xích

13. Động
cơ
7. Bộ
truyền bánh
răng

+ Bánh
răng trụ
+ Bánh

14. Trục chính
+ Máy tiện
- Mũi tâm
- Măm cặp
- Ống kẹp
+ Máy khoan
+ Máy phay
+ Máy mài

răng côn
+ Bánh
răng xoắn
+ Trục vít bánh vít
+ Thanh
răng - bánh
răng

19


Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại

CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Trình bày khái niệm máy cắt kim loại.
2. Có thể phân loại dạng bề mặt gia công thành những loại nào?. Cho ví dụ bằng hình
vẽ và giải thích.

3. Dựa vào mối quan hệ chuyển động, có bao nhiêu loại chuyển động tạo hình?. Cho ví
4.
5.
6.
7.

dụ một dạng chuyển động tạo hình vừa nêu.
Định nghĩa phương pháp gia công theo vết và vẽ hình minh họa.
Định nghĩa phương pháp gia công định hình và vẽ hình minh họa.
Định nghĩa phương pháp gia công bao hình và vẽ hình minh họa.
Sơ đồ kết cấu động học là gì? Cho sơ đồ kết cấu động học máy tiện (Hình 1.14), hãy

phân tích những chuyển động tạo hình cần thiết để thực hiện việc tiện trơn.
8. Giải thích ý nghĩa ký hiệu của những máy cắt kim loại sau: 1K62, 2A150, T616.

20