Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng và chi phí điện năng riêng khi tiện trục trên máy tiện vạn năng model CA6140A

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác.
Nếu nội dung nghiên cứu của tôi trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên
cứu nào đã công bố, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và tuân thủ kết luận
đánh giá luận văn của Hội đồng khoa học.
Hà Nội, ngày......tháng......năm 2016
Người cam đoan

Đặng Ngọc Hướng


ii

LỜI CẢM ƠN

Nhân dịp hoàn thành luận văn này cho phép tôi được bày tỏ lòng biết
ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS. Dương
Văn Tài, đã dành rất nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành
luận văn này.
Trân trọng cảm ơn lãnh đạo nhà trường, phòng sau Đại học, khoa Cơ
điện và Công trình trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình.
Trân trọng cảm ơn lãnh đạo trường Cao đẳng nghề Công nghệ và Nông
lâm Phú thọ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa học và
luận văn tốt nghiệp này.
Trân trọng cảm ơn các Nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã đóng góp

nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình làm và hoàn chỉnh luận văn.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số
liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất
kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày......tháng......năm 2016
Tác giả luận văn

Đặng Ngọc Hướng


iii

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................ii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................viii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .......................................... 3
1.1. Tổng quan về tiện ............................................................................................. 3
1.1.1. Khái quát về tiện ............................................................................................ 3
1.1.2. Các dạng dao tiện chủ yếu ............................................................................. 3
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện trên thế giới. ................................... 8
1.3. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy tiện ở Việt Nam. ................................. 14
1.4. Những vấn đề tồn tại cần nghiên cứu giải quyết .............................................. 18
Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU ...................................................................................................... 20
2.1. Mục tiêu nghiên cứu. ...................................................................................... 20
2.2. Nội dung nghiên cứu....................................................................................... 20
2.2.1.Nghiên cứu lý thuyết: ................................................................................... 20
2.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm: ............................................................................. 20
2.3. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 20
2.3.1. Cấu tạo và thông số kỹ thuật của máy tiện vạn năng Model CA6140A ........ 20
2.3.2. Thông số kỹ thuật của máy tiện vạn năng Model CA6140A......................... 21
2.3.3. Dao tiện ....................................................................................................... 22
2.3.4. Đối tượng gia công ...................................................................................... 24
2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 24


iv

2.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ............................................................... 24
2.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ......................................................... 25
Chương 3 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI .......................................................... 31
3.1. Cơ sở lý thuyết lực tác dụng của phần tử cắt lên phôi ..................................... 31
3.2. Cơ sở lý thuyết quá trình tiện .......................................................................... 32
3.2.1. Các yếu tố chế độ cắt ................................................................................... 32
3.2.2. Chiều dày, bề rộng và tiết diện lớp cắt ......................................................... 34
3.2.3. Lực cắt và các thành phần lực cắt khi tiện. ................................................... 35
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt ................................................................... 38
3.3.1. Ảnh hưởng của bề rộng và chiều sâu cắt đến lực cắt PZ................................ 38
3.3.2. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến lực cắt ........................ 39
3.3.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến lực cắt ................................................ 40
3.3.4. Ảnh hưởng của vật liệu dao tới lực cắt ......................................................... 41
3.3.5. Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt .......................................................... 41
3.3.6. Ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt ........................... 43

3.4. Xác định chế độ hợp lý trong quá trình tiện .................................................... 48
3.4.1. Xác định tốc độ cắt ...................................................................................... 48
3.4.2. Chọn chiều sâu cắt t ..................................................................................... 49
3.4.3. Tính lượng chạy dao S ................................................................................. 49
3.4.4. Kiểm nghiệm công suất máy. ....................................................................... 51
3.4.5. Tính thời gian máy ....................................................................................... 51
Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................................ 53
4.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ............................................................ 53
4.1.1. Chọn phương pháp nghiên cứu .................................................................... 53
4.1.2. Chọn hàm mục tiêu nghiên cứu .................................................................... 53
4.1.3. Chọn tham số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu ................................................. 55
4.2. Phương pháp xác định hàm mục tiêu. ............................................................. 56
4.2.1. Phương pháp xác định chi phí điện năng riêng ............................................. 56
4.2.2. Phương pháp xác định độ nhám bề mặt gia công.......................................... 57


v

4.3. Thiết bị thí nghiệm và dụng cụ đo. .................................................................. 57
4.3.1. Thiết bị thí nghiệm....................................................................................... 57
4.3.2. Dụng cụ đo .................................................................................................. 58
4.4. Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm ............................................................. 59
4.4.1. Kiểm tra số liệu thí nghiệm và xác định số lần lặp lại tối thiểu ..................... 59
4.4.2. Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm ......................................................... 60
4.5. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố ........................................................................ 60
4.5.1. Ảnh hưởng của góc nghiêng chính  đến chi phí điện năng riêng ................ 61
4.5.2. Ảnh hưởng của góc nghiêng chính  đến độ nhám bề mặt ........................... 62
4.5.3. Ảnh hưởng của lượng chạy dao (S) đến chi phí điện năng riêng................... 62
4.5.4. Ảnh hưởng của lượng chạy dao (S) đến độ nhám bề mặt ............................. 63
4.5.5. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt (t) đến chi phí điện năng riêng........................ 64

4.5.6. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt( t) đến độ nhám bề mặt .................................. 65
4.6. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố........................................................................ 66
4.6.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của thông số đầu vào .......... 66
4.6.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm .................................................................... 67
4.6.3. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ....................................................................... 68
4.7. Xác định giá trị tối ưu của tham số ảnh hưởng ................................................ 71
4.7.1. Lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu .................................................. 71
4.7.2. Xác định giá thông số sử dụng hợp lý của máy tiện vạn năng Model
CA6140A. ............................................................................................................. 71
4.7.3. Thực nghiệm tiện theo chế độ tối ưu ............................................................ 72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


vi

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Nguyên nghĩa

Đơn vị

Nr

Chi phí năng lượng riêng

kWh/m3

Nđ

Công suất chi phí của động cơ

kW

T

Thời gian làm việc để thực hiện được khối lượng công việc M

giây

M

Khối lượng công việc thực hiện trong thời gian T

m3

Nc

Công suất của máy

kW

m

Hiệu suất của máy

Kt

Hệ số quá tải cho phép

Pz

Lực tiếp tuyến

N

Py

Lực hướng kính

N

Px

Lực chạy dao

N

Vz

Tốc độ cắt

vòng/ph

Vx

Tốc độ chạy dao

m/p

Cp

Hệ số phụ thuộc tính chất của vật liệu gia công

Cv

Hệ số phụ thuộc vào vật liệu gia công

Ra

Sai lệch trung bình số học của profin (độ nhám bề mặt gia công)

Rz

Chiều cao nhấp nhô trung bình của profin

v

Tốc độ cắt

vòng/ph

S

Lượng ăn dao

mm/phút

t

Chiều sâu cắt

mm

hz

Mức độ mòn mặt sau của dao cắt



Góc nghiêng chính

Độ

1

Góc nghiêng phụ

Độ



Góc mũi dao

Độ



Góc trước

Độ



Góc sau chính

Độ

m


vii



Góc cắt

Độ



Góc sắc

Độ

c

Số lượng nhóm

K

Khoảng chia nhóm

a

Số tổ được chia

n

Số lần thí nghiệm

xmax, min

Trị số thu nhập lớn nhất, bé nhất của đại lượng nghiên cứu

St

Sai tiêu chuẩn

S%

Hệ số biến động

R

Phạm vi biến động

Sk

Độ lệch

Ex

Độ nhọn

L

Số tổ hợp

M

Số lần lặp

%

Sai số tương đối
Giá trị trung bình của đại lượng nghiện cứu

Gtt

Tính đồng nhất theo tiêu chuẩn Kohren

S2max

Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm

F

Giá trị tính toán theo tiêu chuẩn Fisher

N

Tổng số thí nghiệm

e

Khoảng biến thiên

R

Hệ số đơn định

T

Giá trị chuẩn Student


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

4.1

Mức thí nghiệm của các thông số đầu vào.

67

4.2

Bảng ma trận thí nghiệm Boks - Benken 3 thông số dầu vào

68

4.3

Kết quả thí nghiệm tiện trục theo chế độ tối ưu

72


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

1.1

Các loại dao tiện ngoài

3

1.2

a) Lỗ thông; b) Lỗ không thông

4

1.3

Dao tiện vai

5

1.4

Dao tiện mặt phẳng đầu (dao xén mặt đầu)

5

1.5

Dao tiện rãnh và cắt đứt

6

1.6

Dao tiện ren

6

1.7

Các loại dao tiện định hình

7

1.8

Kẹp chặt dao tiện định hình

8

2.1

Máy tiện vạn năng Model CA6140A

21

2.2

Thông số hình học của dao tiện

22

2.3

Góc nghiêng λ của lưỡi cắt chính

24

3.1

Sơ đồ tác dụng của lực khi cắt tự do

31

3.2

Các yếu tố lớp cắt khi tiện

33

3.3

Sơ đồ tính chiều sâu cắt và lượng chạy dao

34

3.4

Hình dạng tiết diện ngang của lớp cắt khi gia công bằng các dao
có góc nghiêng chính φ khác nhau

35

3.5

Sơ đồ lực tác dụng lên lưỡi cắt của dao tiện

36

3.6

Sơ đồ các thành phần lực cắt khi tiện

37

3.7

Quan hệ giữa chiều sâu cắt và các thành phần lực cắt

40

3.8

Ảnh hưởng lượng chạy dao S đến các thành phần lực cắt

40

3.9

Ảnh hưởng của vật liệu dao tới lực cắt

41

3.10 Lực cắt Pz phụ thuộc vào tốc độ cắt v và góc trước γ khi gia công
thép 40X với chiếu dày cắt a = 0, 2 mm và bề rộng cắt b = 4mm

42

3.11 Lực cắt Pz phụ thuộc vào v khi gia công gang

43

3.12 Chiều dài đoạn tiếp xúc của dao và chi tiết theo mặt sau

43

3.13 Ảnh hưởng của góc trước  đến các thành phần lực cắt

44


x

3.14 Ảnh hưởng của góc  đến Pz

45

3.15 Ảnh hưởng của góc nghiêng λ đến các lực cắt PZ, PY, PX

46

3.16 Ảnh hưởng của vật liệu dao đến lực cắt

47

3.17 Ảnh hưởng của góc trước  và góc sau  đến tốc độ cắt khi tiện

48

3.18 Hệ số K phụ thuộc vào cách gá đặt chi tiết

50

3.19 Đường đi của dao khi tiện

51

4.1

Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi

54

4.2

Thiết bị đo Fluke nối máy tính

58

4.3

Máy đo nhám TR 200

59

4.4

Ảnh hưởng của góc nghiêng chính  đến chi phí điện năng riêng

61

4.5

Ảnh hưởng của góc nghiêng chính  đến độ nhám bề mặt

62

4.6

Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến chi phí điện năng riêng

63

4.7

Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt

64

4.8

Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến chi phí điện năng riêng

65

4.9

Ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến độ nhám bề mặt

66

4.10 Quá trình thí nghiệm đa yếu tố

69


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chiến lược phát triển ngành cơ khí Việt
Nam đến năm 2020, tầm nhìn tới 2030. 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.
Thực hiện nghị quyết đại hội lần thứ 12 của Đảng, phấn đấu đến năm 2020
đưa nước ta trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại. Để thực hiện được
nhiệm vụ này Chính phủ đã có nhiều chính sách khuyến kích các doanh nghiệp đầu
tư xây dựng các nhà máy chế tạo máy, để có thể chế tạo ra các sản phẩm cơ khí có
chất lượng cao đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu.
Hiện nay ở Việt Nam rất nhiều doanh nghiệp đầu tư các máy công cụ như
máy phay, máy tiện, máy dập, máy cắt, máy mài để phục vụ cho công nghệ chế tạo
máy. Các máy trên chủ yếu được sản xuất ở nước ngoài và nhập khẩu vào Việt Nam
để thực hiện một số nguyên công trong chế tạo máy.
Các máy công cụ phục vụ cho chế tạo máy hiện nay chủ yếu là máy đa năng
với nhiều công dụng, có thể gia công được nhiều loại vật liệu khác nhau, song mỗi

loại vật liệu, mỗi một loại công dụng đều có chế độ sử dụng khác nhau.
Ở Việt Nam việc nghiên cứu chế độ sử dụng hợp lý cho từng đối tượng vật
liệu khi gia công và cho từng loại nguyên công chưa được quan tâm, chưa có nhiều
công trình, tài liệu được công bố để khuyến cáo các đơn vị sử dụng các máy công cụ
thực hiện nhằm mang lại năng suất chất lượng và giảm chi phí tiêu thụ điện năng
góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất chế tạo máy.
Máy tiện được sử dụng khá phổ biến hiện nay ở các dây chuyền chế tạo máy,
công dụng chủ yếu là tiện trục, tiện bạc, tiện mặt bích, tiện zen, tiện côn trong và
côn ngoài.... mỗi một nguyên công khác nhau, mỗi một loại vật liệu khác nhau đều
có chế độ tiện khác nhau. Việc xác định chế độ tiện sao cho năng suất cao, chất
lượng đáp ứng yêu cầu và chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất là rất cần thiết và ít có
công trình nghiên cứu.


2

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 nhám bề mặt, một chỉ
tiêu quan trọng đánh giá chất lượng gia công chi tiết máy trên máy tiện.
Với những lý do đã được trình bầy ở trên chúng tôi chọn và thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng và chi phí điện
năng riêng khi tiện trục trên Máy tiện vạn năng Model CA6140A"
2. Phạm vi nghiên cứu
Do thời gian nghiên cứu có hạn, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội dung sau:
Thiết bị nghiên cứu là máy tiện vạn năng Model CA6140A, vật liệu tiện là thép chế
tạo máy sau nguyên công Đúc C45, công nghệ tiện là tiện trục, các thông số ảnh
hưởng được lựa chọn để nghiên cứu là những thông số ảnh hưởng chính đến chất

lượng sản phẩm và chi phí điện năng riêng.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của luận văn đã xác định được qui luật
ảnh hưởng của góc cắt chính, chiều sâu cắt, lượng chạy dao đến chất lượng sản phẩm và
chi phí điện năng riêng, từ qui luật ảnh hưởng này là cơ sở khoa học cho việc xác định
chế độ sử dụng hợp lý của máy khi tiện trục trên máy tiện vạn năng Model CA6140A
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận văn đã xác định được thông
số sử dụng hợp lý của máy tiện vạn năng Model CA6140A để nâng cao chất lượng
sản phẩm và giảm chi phí điện năng, từ đó giúp cho đơn vị sử dụng máy tiện trên
nâng cao hiệu quả kinh tế.


3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về tiện
1.1.1. Khái quát về tiện
Tiện là nguyên công để tạo hình các bề mặt tròn xoay trong và ngoài (các bề
mặt trụ, mặt côn, mặt định hình, ren vít …), các mặt phẳng đầu, các rãnh và cắt
được các phần chi tiết … Nguyên công tiện được thực hiện trên các máy tiện vạn
năng, chuyên dùng tự động và bán tự động, các máy tiện CNC … Trong các nhà
máy cơ khí công việc tiện chiếm khoảng 40  50% và máy tiện chiếm khoảng 50 
60% tổng số máy cắt kim loại.
1.1.2. Các dạng dao tiện chủ yếu
Các loại dụng cụ cắt khi tiện gọi tắt là dao tiện đã được tiêu chuẩn hóa
TCVN 3011 - 79 - 3025 - 79.
a) Dao tiện ngoài .

Hình 1.1: Các loại dao tiện ngoài

a) Dao tiện ngoài đầu thẳng; b) Dao tiện ngoài đầu cong


4

Dao tiện ngoài có hai loại: Dao tiện ngoài đầu thẳng và doa tiện ngoài đầu cong.
b) Dao tiện lỗ
Dao tiện lỗ có hai dạng: dao tiện lỗ thông (hình 1.2a) và dao tiện lỗ không
thông (hình 1.2b).

Hình 5.2. Dao tiện lỗ

Hình 1.2: a) Lỗ thông; b) Lỗ không thông


5

c) Dao tiện vai
Loại dao này có góc  = 900 dùng tiện vai trụ bậc hoặc các trụ vai có đường
kính D nhỏ và chiều dài lớn,  > D, độ cứng vững kém.

Hình 1.3: Dao tiện vai
Khi dùng loại dao này lực hướng kính Py nhỏ sẽ tránh gây ra độ võng chi tiết lớn.
d) Dao tiện mặt phẳng đầu (dao xén mặt)
Loại dao này có thể chế tạo với góc  > 900.

Hình 1.4: Dao tiện mặt phẳng đầu (dao xén mặt đầu)


6

e) Dao tiện đứt và tiện rãnh
Dao tiện này được dùng để cắt hoặc cắt rãnh trên các mặt trụ ngoài.

Hình 1.5: Dao tiện rãnh và cắt đứt
f) Dao tiện ren
Dao tiện ren được dùng để tiện ren ngoài (hình 1.6) hoặc tiện ren trong.

Hình 1.6: Dao tiện ren


7

g) Dao tiện định hình
Dao tiện định hình được dùng để gia công các bề mặt định hình tròn xoay
trong sản xuất hàng loạt, hàng khối trên các máy tiện tự động, bán tự động.

Hình 1.7: Các loại dao tiện định hình
Gia công bằng dao tiện định hình có một số ưu điểm sau:
- Đảm bảo độ đồng nhất prôfin chi tiết trong quá trình gia công vì không phụ
thuộc vào tay nghề công nhân mà chỉ phụ thuộc vào độ chính xác khi thiết kế và chế
tạo dao tiện định hình.
- Năng suất gia công cao vì giảm được thời gian máy và thời gian phụ.
- Tuổi thọ lớn vì mài sắc được nhiều lần.
Dao tiện định hình có nhiều loại:
- Theo hình dạng dao: dao hình tròn (hình 1.7a), dao hình lăng trụ (hình 15,7b).
- Theo phương chạy dao: dao hướng kính (hình 1.7a, b), dao tiếp tuyến
(hình 1.7c).
- Theo các góc dao: dao gá thẳng (hình 1.7d), dao gá nghiêng (hình 1.7đ).
- Theo vị trí mặt trước:

8

Mặt trước không nâng  = 0 (hình 1.7a, b).
Dao gá nâng  > 0 (hình 1.7e).
Dao tiện định hình lăng trụ được kẹp chặt bằng mang cá và vít giữ được
dùng để tiện các bề mặt ngoài định hình (hình 1.8b). Dao tiện định hình hình tròn
được lắp các trục gá và chống xoay bằng khía mặt đầu hoặc chốt (hình 1.8a).
Dao tiện định hình hình tròn được dùng để gia công các mặt định hình ngoài
và trong (các lỗ định hình).
Dao tiện định hình hướng kính các loại được gá sao cho đỉnh dao nằm ngang
tâm chi tiết (hình 1.7a, b).

Hình 1.8: Kẹp chặt dao tiện định hình
a) Dao hình tròn; b) Dao lăng trụ
Dao tiện định hình tiếp tuyến được gá sao cho mặt sau tiếp xúc với đường tròn bé
nhất của chi tiết và hướng chạy dao tiếp tuyến với bề mặt chi tiết (hình 1.7c).
Dao tiện định hình gá nghiêng được dùng khi gia công các chi tiết có phần prôfin
đặc biệt, phải gá nghiêng để N ở các phần đó khác không (N > 0) (hình 1.7đ).
Dao tiện định hình tròn chế tạo dễ hơn hình lăng trụ, nhưng độ chính xác và
độ cứng vững kém hơn. Prôfin lưỡi cắt của dao tiện định hình được tính toán và
thiết kế dựa vào prôfin của chi tiết gia công (định hình) và khi dao mòn được mài
sắc lại theo mặt trước (mặt phẳng) để đảm bảo Prôfin lưỡi cắt không thay đổi.
1.2. 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


9

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 và sử dụng ở nhiều nước
trên thế giới như Mỹ, Đức, Nhật, Anh, Pháp. 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
1300 đơn vị, hàng năm, sản xuất được trên 350 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 45% 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, KLS180G, KLS-2280C … , có đường kính trục chính 1.5 - 4,2 inch, công suất động cơ 2
- 10HP, 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 … có đường
kính trục chính 1.56  6inch, công suất động cơ 3  30HP, tốc độ trục chính 40 
2000 vòng/phút, [23], [25], [26].
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 Milltronic 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 19kW; các mác máy tiện với mã hiệu:
ML16, ML18, ML22, ML26, ML35, ML40 … có đường kính phôi gia công được

10

từ 440mm đến 1010mm, chiều dài phôi từ 1220mm đến 6200mm, công suất động
cơ từ 9kw đến 38kw, [24] .
Hãng AAS chế tạo các máy tiện CNC với các mã hiệu: HAAS SL-20, HAAS
SL30, HAAS SL-4, HAAS-TL1, HAAS-TL2, HAAS-TL3, HAAS-TL3B, HAASTL3W có các thông số kỹ thuật như: Đường kính phôi lớn nhất gia công được trên
máy 762mm, chiều dài lớn nhất của phôi 1500mm, tốc độ quay của trục 1800
v/phút, công suất động cơ 30kw .
Nhật Bản, nước công nghiệp phát triển đứng thứ hai thế giới sau Mỹ về sản
xuất máy công cụ với hơn 280 hãng sản xuất cho ra đời khoảng 280 nghìn máy
công cụ trong một năm. Hãng Washino đã sản xuất các loại máy tiện vạn năng có
mã hiệu LEO-80A, LEO - 125A, LEO-19J…, có đường kính trục chính 50  54mm,
công suất động cơ 3HP, tốc độ trục chính từ 50 1500 vòng/phút. Hãng
TAKISAWA sản xuất các loại máy tiện vạn năng có mã hiệu TLS-130, TLS-550,
LL-100, LLA-1000, TAC360, TAC800, TAC510… có đường kính trục chính
190mm, công suất động cơ 3HP, tốc độ trục chính 83  1800 vòng/phút, [27].
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… có
công suất 20  30HP, tốc độ trục chính 20  6000 vòng/phút.
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: LT300, LT2000, GENOS L200-M, GENOS
L250 GENOS L300-M, GENOS L400 có các thông số kỹ thuật cơ bản như đường
kính phôi gia công được 200mm, chiều dài phôi 225mm, tốc độ quay của trục dao
3000 v/phút, công suất động cơ 7,5kw; các mác máy LU300, LY400, LU35, LU4
có các thông số kỹ thuật cơ bản như đường kính phôi gia công được 3700mm, chiều
dài phôi từ 350mm  1000mm, tốc độ quay của trục dao từ 3000 v/phút  6000
v/phút, công suất động cơ 22kw, [33].
Trong số các nước đang phát triển thì Trung Quốc là nước đứng đầu về chế
tạo máy với hơn 800 xí nghiệp đang hoạt động. Trong số đó, 45% là xí nghiệp sản

xuất máy cắt kim loại còn lại là xí nghiệp sản xuất máy gia công kim loại. Mặc dù,


11

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 nghiệp
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 Nort Hong, ChangChun CNC, China
Czechoslovakia, China Qiqihar, Jnan Huili, Qinghia 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, Canada, Anh, Pháp, Đức, Tây Ban Nha, [29] .
Hãng Lihong sản xuất các loại máy tiện với các mã hiệu như QK1313A,
QK1313B, QK1320; máy tiện CNC như CKE 6136Z, CKE 6150Z, CKE 6180Z,
CKE 6163Z. Hãng Dezhou Long sản xuất 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 …, có đường kính trục chính 50 - 70mm, công suất động cơ 2.5 
3.0 HP, tốc độ trục chính từ 70  1400 vòng/phút, hãng Zeng Zhou sản xuất các loại
máy tiện vạn năng có mã hiệu FL-400B, FL-450B, FL-500B, FL-600B… có đường
kính trục chính 65  80mm, công suất động cơ 6  10HP, tốc độ trục chính 22 
1800 vòng/phút, [35], [39].
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 ISO9001, 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


12

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 phảm 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, TC3515, TC-3523, TC-3530 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 26kw, [30], [37].
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 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, [34].
Lý thuyết cắt gọt kim loại đi sâu nghiên cứu về quá trình tạo phôi, 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


13

trường Đại học Mỏ Địa chất Peterbua đã công bố cuốn sách "Sức bền của kim loại
và của gỗ khi cắt" lần dầu 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 1839, 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, [36].
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ GDQPAN, 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.
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.Isaevui, Nga, Tiệp Khắc cũ, Pháp, Nhật, 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.
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,
[45].

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), [41], [42].
Anokhina A.H. đã thực hiện việc nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt gia
công khi tiện vận 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


14

gia công. Tuy nhiên, khi ở chế độ cắt với tốc độ nhỏ dưới 300m/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 gạo 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 …
Nghiên cứu hoàn thiện chế độ cắt gọt khi gia công các chi tiết ở trong công
trình [40] . 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, [46], [47].

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 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.
1.3. 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 thế kỷ XX một số nhà
máy cơ khí đã được xây dựng đến nay toàn quốc có khoảng 53000 cơ sở cơ khí với


15

số 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. 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 quy mô
tương đối lớn thường nhập các máy công cụ từ những nước có nền công nghiệp phát
triển như: Nhật, Mỹ, CHLB Đức … Nhiều hãng máy tiện của Nhật đã có sản phẩm lưu
hành trên thị trường cũng như trong sản xuất ở nước ta từ rất sớm như hãng Howa
Sangyo với sản phẩm máy tiện P-860, hãng Kobayachi với sản phẩm máy tiện A-55,
hãng Ikegai với ản phẩm máy tiện A-25, hãng Hamuta với sản phẩm máy tiện HAT420X800, hãng Howa với ản phẩm máy tiện A-25 có đặc tính kỹ thuật chính: Chiều dài
chống tâm 3500mm, đường kính phôi lớn nhất 630mm, tốc độ quay từ 60  800v/phút,
công suất 5,5kw. Một số hãng sản xuất máy công cục của Mỹ như Leblond, HAAS đã
nhập khẩu vào nước ta các loại máy tiện với các mã hiệu khác nhau như TM-9, NK873, NK4025 có một số thông số kỹ thuật chính tốc độ quay của trục chính 4 
225v/phút, công suất 20HP. Một số công ty đã nhập máy tiện sản xuất tại Đài Loan
như các loại máy tiện với mã hiệu UPL-975; DY-860G, DY-860G, DY-860G (hãng

Ann Yang) có đặc tính kỹ thuật chính như chiều dài chống tâm 10001600mm, đường
kính phôi 550790mm, tốc độ trục chính 9  600v/phút.
Trong một vài năm gần đây, yêu cầu về chất lượng các sản phẩm cơ khí đòi
hỏi ngày càng cao, một số công ty đã nhập các loại máy tiện hiện đại điều khiển
bằng kỹ thuật số từ nhiều nước khác nhau như hãng Okuma (Nhật) với các máy tiện
CNC mã hiệu GENOS L200, GENOS L250, GENOS L300, GENOS L400, …, sử
dụng hệ điều hành FANUC công suất động cơ 7,5KW, tốc độ trục chính 15 - 3000
vòng/phút; hãng Manford (Đài Loan) các máy tiện CNC với mã hiệu MH-150, ML150, ML-200, MH-300, MH-350, MH-200 có các thông số kỹ thuật chính như
đường kính phôi tiện 500mm, chiều dài phôi lớn nhất 650mm, tốc độ trục chính 30
 4200v/phút, công suất động cơ 11  15kw.