Nghiêu cứu sự ảnh hưởng của góc cắt chính, chiều sâu cắt, lượng ăn dao đến chi phí năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn thép trên máy tiện eer1330
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.93 MB, 90 trang )
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
DƯƠNG ĐÌNH CHIẾN
NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC CẮT CHÍNH, CHIỀU SÂU
CẮT, LƯỢNG ĂN DAO ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ ĐỘ
NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN TRƠN THÉP TRÊN MÁY TIỆN EER1330
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI, 2012
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
DƯƠNG ĐÌNH CHIẾN
NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC CẮT CHÍNH, CHIỀU SÂU
CẮT, LƯỢNG ĂN DAO ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG VÀ ĐỘ
NHÁM BỀ MẶT KHI TIỆN TRƠN THÉP TRÊN MÁY TIỆN EER1330
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
Mã số: 60 52 14
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. LÊ TẤN QUỲNH
HÀ NỘI, 2012
i
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được bản luận án này, trong suốt thời gian vừa qua
ngoài sự cố gắng, nỗ lực của bản thân tôi đã nhận được nhiều sự quan tâm
giúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể và cá nhân. Nhân dịp này cho phép tôi
được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:
Thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Lê Tấn Quỳnh đã dành nhiều thời
gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị.
Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm,
thực hành Khoa Cơ điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp, Trường
cao đẳng nghề LILAMA Ninh Bình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi
thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi trong quá
trình thực hiện đề tài
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc vì những giúp đỡ quý báu đó.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết
quả trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác
giả nào công bố. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều
được chỉ dẫn nguồn gốc.
Hà Nội, tháng 05 năm 2012
Tác giả
Dương Đình Chiến
ii
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Trang
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... i
MỤC LỤC ......................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. vii
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ................................................... viii
Chương 1 .......................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................................ 3
1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện trên thế giới ..................... 3
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở Việt Nam .................... 14
Chương 2 ........................................................................................................ 21
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ............................................................................................... 21
2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................... 21
2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu............................................................. 21
2.3. Nội dung nghiên cứu .............................................................................. 22
2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết .................................................................... 22
2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm ............................................................. 22
2.4. Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 23
2.5. Nội dung của phương pháp qui hoạch thực nghiệm........................... 23
2.5.1. Thí nghiệm thăm dò ..................................................................... 23
2.5.2. Thực nghiệm đơn yếu tố .............................................................. 26
2.5.3. Thực nghiệm đa yếu tố ................................................................ 30
2.5.4. Xác định các giá trị hợp lý ........................................................... 38
Chương 3 ........................................................................................................ 40
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................ 40
iii
3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy tiện EER -1330 ............. 40
3.1.1. Cấu tạo .......................................................................................... 40
3.1.2. Nguyên lý hoạt động .................................................................... 40
3.2. Cấu tạo và các thông số hình học của dao tiện ................................ 42
3.2.1. Cấu tạo của dao tiện .................................................................... 42
3.2.2. Các thông số hình học của dao tiện ............................................ 44
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí năng lượng riêng ...................... 48
3.3.1. Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt ...................... 50
3.3.2. Ảnh hưởng của vật liệu gia công ................................................ 50
3.3.3. Ảnh hưởng của góc nghiêng chính φ ......................................... 51
3.3.4. Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao ............................................. 52
3.3.5. Ảnh hưởng của góc trước và góc sau đến lực cắt ...................... 52
3.4. Độ nhám bề mặt gia công .................................................................. 53
Chương 4 ........................................................................................................ 56
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................................... 56
4.1. Kết quả thí nghiệm thăm dò.............................................................. 56
4.1.1. Chuẩn bị thí nghiệm .................................................................... 56
4.1.2. Kết quả thí nghiệm thăm dò ........................................................ 56
4.2. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố.......................................................... 59
4.2.1. Ảnh hưởng của góc cắt chính đến chi phí năng lượng riêng.... 59
4.2.2. Ảnh hưởng của góc cắt chính đến độ nhám bề mặt gia công ... 60
4.2.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt chính đến chi phí năng lượng
riêng ........................................................................................................ 61
4.2.4. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt gia công .... 62
4.2.5. Ảnh hưởng của lượng ăn dao đến chi phí năng lượng riêng .... 64
4.2.6. Ảnh hưởng của lượng ăn dao đến độ nhám bề mặt gia công ... 65
4.3. Kết quả nghiên cứu đa yếu tố ........................................................... 66
iv
4.3.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các thông số
đầu vào .................................................................................................... 66
4.3.2. Thành lập ma trận thí nghiệm .................................................... 67
4.3.3. Xác định mô hình toán và thực hiện các phép tính kiểm tra..... 68
4.4. Các trị số công nghệ hợp lý khi tiện kim loại bằng máy tiện EER1330 ............................................................................................................. 70
4.4.1. Xác định các thông số hợp lý....................................................... 70
4.4.2. Vận hành máy với các thông số hợp lý ....................................... 71
KẾT LUẬN - KHUYẾN NGHỊ ................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
v
DANH MỤC CÁC HÌNH
TT
Tên hình
Trang
1.1
Máy tiện vạn năng KSL-1440
4
1.2
Máy tiện vạn năng MRL-1640T
4
1.3
Máy tiện CNC mã hiệu SL10
5
1.4
Máy tiện CNC HAAS TL-3W
6
1.5
Máy tiện mã hiệuTAC510
7
1.6
Máy tiện mã hiệuTMM200
7
1.7
Máy tiện mã hiệu GENOS L400
8
1.8
Máy tiện mã hiệu LU400
8
1.9
Máy tiện mã hiệu CW6130/3000
10
1.10 Máy tiện mã hiệu TC-3530
11
1.11 Máy tiện mã hiệu T 18ª
16
1.12 Máy tiện mã hiệu NK4025
16
1.13 Máy tiện CNC GENOS L200H
17
1.14 Máy tiện CNC ML-200
17
3.1
Cấu tạo của máy tiện EER-1330
40
3.2
Các bộ phận cơ bản của dao tiện
43
3.3
Các mặt phẳng tọa độ
44
3.4
Các thông số hình học của dao tiện
47
3.5
Góc nghiêng của lưỡi cắt chính
47
3.6
Các thành phần lực cắt khi tiện
49
3.7
Ảnh hưởng của góc đến các lực Px, Py, Pz
51
3.8
Ảnh hưởng của góc đến các thành phần lực căt Px và
51
Py
3.9
Ảnh hưởng của bán kính đỉnh dao đến các thành phần
52
vi
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
Máy đo công suất Fluke 41B, máy đo tốc độ HT3100 và
máy đo độ nhám TR200
Đồ thị ảnh hưởng của góc cắt chính đến chi phí năng
lượng riêng
Đồ thị ảnh hưởng của góc cắt chính đến độ nhám bề mặt
gia công
Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí năng
lượng riêng
Đồ thị ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt
gia công
Đồ thị ảnh hưởng của lượng ăn dao đến chi phí năng
lượng riêng
Đồ thị ảnh hưởng của lượng ăn dao đến độ nhám bề mặt
gia công
56
60
61
62
63
65
66
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
TT
Tên bảng biểu
Trang
3.1
Một số thông số kỹ thuật chính của máy tiện EER-1330
41
4.1
Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm
57
4.2
Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm
57
4.3
Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm
58
4.4
Các đặc trưng của phân bố thực nghiệm
58
4.5
Mã hoá các thông số đầu vào
67
4.6
Ma trận thí nghiệm kế hoạch trung tâm hợp thành
67
4.7
Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm Nr
68
4.8
Tổng hợp các giá trị xử lý được của hàm Ra
70
viii
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Nr
Nđ
T
M
Nc
ηm
Kt
Pz
Py
Px
Vz
Vx
Cp
Cv
Ra
Rz
v
s
t
hz
φ
φ1
ε
γ
α
δ
β
c
Tên
Chi phí năng lượng riêng
Công suất chi phí của động cơ
Thời gian làm việc để thực hiện được khối lượng
công việc M
Khối lượng công việc thực hiện trong thời gian T
Công suất của máy
Hiệu suất của máy
Hệ số quá tải cho phép
Lực tiếp tuyến
Lực hướng kính
Lực chạy dao
Tốc độ cắt
Tốc độ chạy dao
Hệ số phụ thuộc tính chất của vật liệu gia công
Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công
Sai lệch trung bình số học của profin
Chiều cao nhấp nhô trung bình của profin
Tốc độ cắt
Lượng ăn dao
Chiều sâu cắt
Mức độ mòn mặt sau của dao cắt
Góc nghiêng chính
Góc nghiêng phụ
Góc mũi dao
Góc trước
Góc sau chính
Góc cắt
Góc sắc
Số lượng nhóm
Đơn vị
kWh/m3
kW
h
m3
kW
N
N
N
m/p
m/p
m/p
mm/v
Mm
Độ
Độ
Độ
Độ
Độ
Độ
Độ
ix
K
a
n
k
xmax, min
S
S%
R
Sk
Ex
l
m
∆%
Y
Gtt
S2max
F
N
e
R
T
Khoảng chia nhóm
Số tổ được chia
Số lần thí nghiệm
Cự ly tổ
Trị số thu thập lớn nhất, bé nhất của đại lượng
nghiên cứu
Sai tiêu chuẩn
Hệ số biến động
Phạm vi biến động
Độ lệch
Độ nhọn
Số tổ hợp
Số lần lặp
Sai số tương đối
Giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu
Tính đồng nhất theo tiêu chuẩn Kohren
Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm
Giá trị tính toán theo tiêu chuẩn Fisher
Tổng số thí nghiệm
Khoảng biến thiên
Hệ số đơn định
Giá trị chuẩn Student
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Tiện là một phương pháp gia công kim loại bằng cắt gọt phổ biến nhất
trong ngành cơ khí chế tạo máy. Trong các nhà máy cơ khí, máy tiện chiếm số
lượng lớn nhất, khoảng 30% đến 40%.
Trên thế giới, ở các nước phát triển phương pháp gia công bằng cắt gọt
có vai trò quan trọng trong công việc gia công cơ khí. Nhiều loại máy tiện
được nghiên cứu và chế tạo ở nhiều nước khác nhau như ở Mỹ đã chế tạo máy
tiện có các mã hiệu: Milltronics SL6, SL10 ML16/60, ML 18/60, ML 22/60,
ML 26/60... ở Nga sản xuất những loại máy tiện như hãng KRAMATORSK
(Nga) sản xuất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu KJ1909, 1A680,
1A670, 1A675…, những loại máy tiện này có thể tiện phôi có đường kính từ
1400mm đến 1600mm, công suất động cơ 130 HP, tốc độ trục chính tư 2.5280 vòng/phút, hãng RYAZAN sản xuất máy tiện vạn năng mang mã hiệu
RT817, RT317, 16R25P… Những loại máy tiện này có thể tiện phôi có
đường kính từ 1200mm đến 1600mm, công suất động cơ 30 HP, tốc độ trục
chính từ 5÷3000 vòng/phút, đây là các máy tiện hiện đại bằng điện tử có thể
gia công các chi tiết có đường kính đến 510mm. Ngày nay, do Khoa học Công nghệ phát triển các thiết bị gia công cắt gọt thường làm việc với sự trợ
giúp của người máy (Robot) và một hệ thống điều khiển chung. Hệ thống điều
khiển có nhiệm vụ đảm bảo cho người máy và máy cắt làm việc theo một
chương trình và một chế độ cắt hợp lý đã được xác định trước.
Ở nước ta năm 2003 Thủ tướng chính phủ đã phê duyệt Chiến lược
phát triển ngành cơ khí Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn tới 2020. Trong đó
có chiến lược phát triển máy công cụ như: Ưu tiên phát triển ngành chế tạo
máy công cụ nhằm đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp, nghiên cứu
thiết kế, chế tạo các mẫu máy hiện đại (ứng dụng công nghệ PLC, CNC) và
các thiết bị gia công đặc biệt. Ngành gia công kim loại bằng cắt gọt là một
2
trong những ngành rất quan trọng không thể thiếu mà trong đó phương pháp
tiện chiếm tỷ trọng lớn. Trong khi đó Việt Nam chỉ sản xuất được một số loại
máy tiện đó là máy tiện T613, T616, T630,T6M16, T18A... còn lại là nhập
khẩu máy tiện từ nước ngoài với số lượng lớn và nhiều chủng loại khác nhau.
Vì vậy, nhiều vấn đề từ thực tiễn sản xuất đặt ra là cần phải nghiên cứu sử
dụng các loại máy tiện nhập nội một cách bài bản để tìm ra chế độ làm việc hợp
lý, phù hợp với điều kiện sản xuất và trình độ sử dụng của công nhân Việt Nam
sao cho đạt được năng suất, chất lượng sản phẩm và giá thành hợp lý. Trong các
chi phí sản xuất để tạo nên giá thành thì chi phí năng lượng điện chiếm một phần
đáng kể, vì vậy để tìm ra chế độ gia công, và các thông số góc của dao cắt hợp lý
nhằm tiết kiệm năng lượng đến mức thấp nhất để giảm giá thành gia công chi tiết
máy là rất cần thiết và có tính thời sự hiện nay. Bên cạnh đó, chế độ gia công và
các thông số góc của dao cắt ảnh hưởng rất lớn đến độ nhám bề mặt, một chỉ tiêu
quan trọng đánh giá chất lượng gia công chi tiết máy trên máy tiện.
Từ những phân tích nêu trên, được sự đồng ý của Khoa sau Đại học
trường Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên
cứu sự ảnh hưởng của góc cắt chính, chiều sâu cắt, lượng ăn dao đến chi phí
năng lượng riêng và độ nhám bề mặt khi tiện trơn thép trên máy tiện EER1330”.
3
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. 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 1.5 - 4.2 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.
4
Hình 1.1. Máy tiện vạn năng KSL-1440
Hình 1.2. 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.
Hình 1.3. 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 (hình1.4).
Hình 1.4. 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, TY200CS… (hình 1.6) có công suất 20 ÷ 30 HP, tốc độ trục chính 20 ÷ 6000
vòng/phút.
7
Hình 1.5. Máy tiện mã hiệuTAC510
Hình 1.6. 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 1.8).
Hình 1.7. Máy tiện mã hiệu GENOS L400
Hình 1.8. 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 2.5 ÷ 3.0 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.
Hình 1.9. 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 FCL20TS, FCL-15TS, FCL-30TS, FCL-20TT, TC-3508, TC-3515, TC-3523, TC3530...(hình 1.10) 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.
11
Hình 1.10. 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.A.Time,
K.I. Zvorưkin, G.C.Andrev, V.F.Bobrov, C.H.Philomenko... Các nhà bác học
Mỹ như O.W.Boston, Merchant.M.E...
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 .A .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. Năm 1893, giáo sư K.I.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.
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.
Lực cắt đơn vị và các qui luật thay đổi của lực cắt được xác định thông qua
công thức lý thuyết. [34]
Nghiên cứu quá trình gọt kim loại theo hướng kết hợp lý thuyết với
thực nghiệm đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành như:
M.P.Semko, E.M.Trent,I.A.Isaevưi, I.M.Besprozvanưi...(Nga); V.Grazda
(Tiệp khắc cũ); P.Koresky (Pháp); J.Shinozuka (Nhật); Bhattacharya.A (Ấn
Độ)... với những kết luận quan trọng về các sơ đồ động học, sự tạo phoi, các
yếu tố ảnh hưởng tới lực cắt.
13
Trên cơ sở nền tảng vững chắc của lý thuyết cắt gọt kim loại những
nghiên cứu hoàn thiện và nâng cao chất lượng máy gia công kim loại nói
chung và máy tiện nói riêng đã được quan tâm nghiên cứu ở nhiều nước.
Nhằm không ngừng nâng cao khả năng làm việc của các công cụ cắt,
nhiều công trình đã đi sâu vào nghiên cứu động học và động lực học quá trình
gia công. Điển hình là các công trình của G.I.Granovsky, A.M.Danielian,
A.S.Kondatriev...
Nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm được nhiều nhà
khoa học quan tâm có một số công trình nổi bật của các tác giả như
A.A.Anokhina, V.A.Boguslavsky, A.A.Pustov [25, 26, 31]
Anokhina A.H. 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 0.05
- 0.1mm/vòng và chiều sâu cắt 0.15 - 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.
Các tác giả Boguslavsky V.A., Ivtrenko T.G. 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...
14
Nghiên cứu hoàn thiện chế độ cắt gọt khi gia công các chi tiết ở trong
công trình [34]. Tác giả Phômenkô R.N. 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 cắt 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.
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở Việt Nam
Ở nước ta, ngành cơ khí nói chung và chế tạo máy nói riêng luôn được
quan tâm và ưu tiên đầu tư phát triển vì thế ngay từ thập kỷ 60 của tế kỷ XX
một số nhà máy cơ khí đẫ được xây dựng đến nay toàn quốc có khoảng 53000
cơ sở cơ khí với só lượng công nhân tham gia trực tiếp sản xuất khoảng
500000 người chiếm khoảng 12% lao động công nghiệp của cả nước.
Ngay từ thập kỷ 70 của thế kỷ trước nước ta đã chế tạo được máy tiện
với các mã hiệu như T630, T616, T6M16, T18A (hình 1.11). Máy Tiện do
nước ta chế tạo thường dựa vào các mẫu máy nhập từ Liên xô cũ cho nên
chúng thường có cấu tạo đơn giản,dễ sử dụng ,cồng kềnh và độ chính xác
không cao cho nên một số cơ sở sản xuất với qui mô tương đối lớn thường
