Đề tài phân tích về phương pháp tiện kim loại và phương pháp tạo hình có thể thực hiện trên máy tiện

Trục chính này tạo ra chuyển động quay bằng cách sử dụng một động cơ quay, thông qua hệ thống truyền động, chuyển động quay được truyền từ động cơ quay đến phôi làm cho phôi quay xung qu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO BÀI TẬP CUỐI KỲ

MÔN: CƠ SỞ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỀ TÀI: “PHÂN TÍCH VỀ PHƯƠNG PHÁP TIỆN KIM LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH CÓ THỂ THỰC HIỆN TRÊN MÁY TIỆN”

Họ Và Tên: Trần Đức Thành Mã số sinh viên: 21021369

Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Anh Quân

1 Khái niệm về chế tạo thiết bị bằng phương pháp tiện 4

2 Quy trình chế tạo bằng phương pháp tiện 5

3 Những ưu điểm của phương pháp tiện kim loại và ứng dụng trong ngành côngnghiệp chế tạo thiết bị 6

4 Những hạn chế của phương pháp tiện và các giải pháp xử lí 9

5 Các hướng cải tiến và phát triển máy tiện trong công nghiệp 10

6 Một số lưu ý trong quá trình làm việc cùng máy tiện 11

II.CÁCPHƯƠNGPHÁPTẠOHÌNHCÓTHỂTHỰCHIỆNTRÊNMÁYTIỆN 14

A ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thời đại hiện nay, ở bất kể một jobfair hay trên một bài đăng tuyển dụng nào về các vị trí liên quan tới kỹ thuật, ta có thể dễ dàng nhìn thấy các vị trí công việc được tuyển dụng để làm việc trực tiếp với máy móc như kỹ sư máy- thiết bị, kỹ sư sản xuất của các công ty từ nhỏ tới lớn Những công việc đó đòi hỏi người học kỹ thuật phải có kiến thức nền tốt, hiểu biết đặc biệt sâu về nguyên lí cũng như đặc điểm của các loại máy móc như máy hàn, cắt, các loại máy CNC… Trong số đó, có một loại máy gần như không thể thiếu đó là máy tiện Tiện đã trở thành một trong những công cụ quan trọng và không thể thiếu trong việc phân tích và giải quyết các vấn đề phức tạp Phương pháp này không chỉ đáp ứng nhu cầu tăng cường hiệu suất và hiệu quả, mà còn đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng thực tế.

Phân tích phương pháp tiện cung cấp cho chúng ta một cái nhìn tổng quan về các bước cần thiết để tiến hành nghiên cứu một vấn đề, từ việc thu thập dữ liệu, xử lý thông tin đến đưa ra kết luận và đề xuất giải pháp Điều này giúp chúng ta tiếp cận và hiểu rõ hơn về bản chất của vấn đề, từ đó tạo ra những phương án giải quyết có cơ sở khoa học và có khả năng đáp ứng mục tiêu đề ra.

Trong bài luận này, em sẽ tìm hiểu và phân tích sâu hơn về phương pháp tiện, khám phá những ưu điểm và hạn chế của nó, cùng những ví dụ cụ thể để hiểu rõ hơn về cách áp dụng phương pháp này trong thực tế Qua đó, em hy vọng sẽ có cái nhìn toàn diện và sâu sắc hơn về phương pháp tiện và đóng góp của nó cho việc phân tích và giải quyết các vấn đề hiện đại.

B NỘI DUNG

I.Phân tích về phương pháp tiện kim loại và các ứng dụng của phương pháptiện trong thực tế

1 Khái niệm về chế tạo thiết bị bằng phương pháp tiện

Tiện là một trong các phương pháp gia công cắt gọt sử dụng dụng cụ cắt với lưỡi cắt có hình dạng hình học xác định được thực hiện chủ yếu trên máy tiện (Lathe) Đối với sản xuất nhỏ còn được thực hiện trên máy khoan, phay, doa Trong các cơ sở sản xuất cơ khí, máy tiện chiếm từ 20% đến 25% tổng số máy với đa dạng các loại máy như: tiện vạn năng, tiện cụt, tiện đứng, tiện Rơ vô ven, tiện trục khủyu, tiện CNC… Điều đó cho thấy tầm phổ biến và vô cùng quan trọng của phương pháp tiện trong chế tạo máy Dưới đây là một số hình ảnh về các loại máy tiện phổ biến để ta có cái nhìn tổng quan về các bộ phận cũng như phần nào hiểu được cách hoạt động của máy tiện, từ đó đi vào phân tích chi tiết về phương pháp tiện kim loại.

Để thực hiện quá trình tiện, chuyển động chính thông thường do phôi quay tròn tạo thành chuyển động cắt Vc (m/phút) kết hợp với chuyển động tiến dao là tổng hợp của hai chuyển động tiến dao dọc Sd và tiến dao ngang Sng do dao thực hiện Khi tiện trục trơn chuyển động tiến dao ngang Sng = 0, chuyển độc tiến dao dọc ≠ 0 Khi tiện mặt đầu hoặc cắt đứt, chuyển động tiến dao dọc Sd = 0, chuyển động tiến dao ngang Sng ≠ 0.

Chuyển động tiến dao ngang là quá trình di chuyển dao cắt theo hướng vuông góc với trục chính của máy tiện Điều này tạo ra quỹ đạo cắt trên bề mặt chi tiết để gia công các chi tiết phẳng hoặc cong Máy tiện sử dụng trục tiến dao ngang (trục X) để điều khiển di chuyển của dao cắt Ngược lại, chuyển động tiến dao dọc Sd, dao cắt sẽ di chuyển theo hướng song song với trục chính của máy tiện Khi đó quỹ đạo cắt sẽ theo chiều dọc trên bề mặt chi tiết từ đó gia công các chi tiết có hình dạng dọc Trong quá trình này, dao cắt sẽ di chuyển theo trục dọc Z của máy Người điều khiển có thể điều chỉnh tốc độ, hướng di chuyển và vị trí của dao cắt trên bề mặt chi tiết.

Với các chuyển động chính của dao như trên, bằng các phối hợp chúng cùng chuyển động quay của phôi, máy tiện hoạt động theo 2 chuyển động chính bao gồm:

- Chuyển động quay: phôi được cố định vào trục chính của máy tiện Trục chính này tạo ra chuyển động quay bằng cách sử dụng một động cơ quay, thông qua hệ thống truyền động, chuyển động quay được truyền từ động cơ quay đến phôi làm cho phôi quay xung quanh trục chính.

- Chuyển động tiến: được hình thành từ việc sử dụng trục tiến dao (trục X) và trục tiến dao ngang (trục Z) để di chuyển dao cắt theo hướng vuông góc với trục chính của máy tiện.

 Bằng cách kết hợp 2 chuyển động này, máy tiện có thể tạo ra các hình dạng và chi tiết phức tạp trên bề mặt phôi Việc điều chỉnh để các chuyển động hoạt động theo mong muốn bằng cách thay đổi các thông số qua hệ thống điều khiển của máy tiện Việc điều khiển cũng là một trong những phần vô cùng quan trọng để giúp sản phẩm có thể đạt được độ chính xác cao Vậy các quy trình để có thể biến từ một chi tiết phôi trở thành chi tiết máy hoàn chỉnh được diễn ra như thế nào? Điều này được làm rõ trong phần tiếp theo của bài tiểu luận.

2 Quy trình chế tạo bằng phương pháp tiện

Để một sản phẩm dù nhỏ nhất như các chi tiết máy được tạo thành bằng phương pháp tiện, người kỹ sư phải thực hiện qua nhiều công đoạn khác nhau với những yêu cầu đòi hỏi cao về chuyên môn cũng như tay nghề để có thể đạt được sản phẩm đầu ra mong muốn Qua tìm hiểu, dưới đây là các bước cơ bản của quá trình tiện kim loại:

Bước 1: Chuẩn bị và gắn phôi: Ta cần xác định loại kim loại của phôi mà ta chuẩn bị

gia công, một số loại phôi phổ biến thường được làm từ nhôm, thép, đồng hay gang Kích thước của phôi cũng là một yếu tố cần được chọn lọc chính xác Sau khi đã chọn được phôi đúng chất liệu và kích thước, ta sẽ thực hiện làm sạch bề mặt của phôi Khi đã có phôi ưng ý, thực hiện gắn phôi vào máy tiện và xác định vị trí ban đầu để phôi có thể được tiếp xúc với dao đúng với mục đích.

Bước 2: Lựa chọn dụng cụ cắt: Dụng cụ cắt có thể là dao tiện, dao phay hay dao

khoét…, nên lựa chọn loại dao phù hợp với mục đích, sau đó thực hiện lắp đặt dao vào máy và căn chỉnh vị trí đặt dao để dao có thể tiếp xúc tốt nhất với phôi.

Bước 3: Đặt các tham số gia công cho máy tiện: Các thông số gồm có tốc độ quay của

trục chính (Spindle speed) với đơn vị là vòng/phút, tốc độ tiến của dao trong quá trình tiện (feed rate), sâu cắt (depth of cut) là độ sâu dao cắt vào phôi trong mỗi lần cắt và kích thước gia công cuối cùng mà chi tiết cần đạt (Machining dimensions) Bước này đòi hỏi tính chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực hành cao của người kỹ sư.

Bước 4: Vận hành máy và kiểm tra kết quả: Bắt đầu cho máy hoạt động, trong lúc đó

cần theo dõi quá trình cũng như đảm bảo các quy tắc an toàn khi làm việc với máy móc Sau khi sản phẩm hoàn tất, kiểm tra kích thước và độ chính xác của thiết bị gia công và hoàn thiện chi tiết nếu đã đạt yêu cầu.

Để có thể thực hành tốt quá trình trên, người kỹ sư sư cần có kiến thức lí thuyết tốt đặc biệt là đối với việc thiết kế bản vẽ trên CAD hay lập trình CAM…, có kinh nghiệm khi làm việc với máy CNC cũng như yêu cầu sự tỉ mỉ, kỹ lưỡng Về phía máy móc, độ chính xác của nguyên công sẽ phụ thuộc vào độ đảo trục chính, độ song song của sống trượt với đường tâm trục chính, độ đồng tâm giữa tâm ụ động và tâm trục chính hay phụ thuộc vào cả tình trạng dao cụ Chính vì những yêu cầu cao như trên, bù lại phương pháp tiện là một phương pháp gia công vô cùng thông dụng bởi sự đa dụng cùng những ưu điểm của nó Vậy những ưu điểm đó là gì?

3 Những ưu điểm của phương pháp tiện kim loại và ứng dụng trong ngành côngnghiệp chế tạo thiết bị

Để một phương pháp chế tạo chiếm cho mình vị trí gần như không thể thiếu trong các xưởng chế tạo cơ khí chắc chắn những ưu điểm của phương pháp tiện là vô cùng quan trọng, cần thiết và có tính thực tế cao.

- Đầu tiên không thể không kể đến chính là độ chính xác cao của phương pháp này khi cho phép gia công với độ chính xác rất cao Bằng công nghệ điều khiển số tự động cho phép lập trình các chu trình gia công phức tạp và các công cụ tiện cắt chất lượng cao, việc gia công các bề mặt hay các chi tiết với độ chính xác và tinh vi cao để đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật với sai số nhỏ của nhiều ứng dụng khác nhau trong ngành công nghiệp.

- Có thể áp dụng phương pháp tiện cho hầu hết các loại vật liệu được dùng để gia công kim loại như thép, nhôm, đồng, gang và các hợp kim kim loại khác hay thậm chí là các loại vật liệu phi kim như nhựa và gỗ Có thể thấy rõ tính linh hoạt của phương pháp này Không chỉ thế khả năng gia công các chi tiết từ các vật liệu có tính chất khác nhau thể hiện sự đa dạng trong chế tạo của máy tiện Ví dụ trong việc gia công các chi tiết kĩ thuật, các vật liệu có độ cứng cao như thép có thể được gia công bên cạnh các vật liệu mềm hơn như nhôm, từ đó cho phép tạo ra các sản phẩm phức tạp có cấu trúc kết hợp và tính chất đa dạng.

- Tính linh hoạt của phương pháp này còn được thể hiện trong quy trình sản xuất, khi nó cho phép thay đổi thiết kế và các kích thước sản phẩm Điều đó cho phép dễ dàng thích ứng với các yêu cầu kĩ thuật trong những hoàn cảnh khác nhau Quá trình điều chỉnh và lập trình máy tiện cũng được thực hiện một cách tương đối dễ dàng và nhanh chóng.

- Một trong những đặc điểm quan trọng nhất về mặt kĩ thuật của phương pháp tiện chính là nhờ tính ổn định và đồng nhất Với công nghệ điều khiển số tự động trong máy tiện giúp đảm bảo tính ổn định và đồng nhất trong quá trình gia công Máy tính điều khiển giám sát và điều chỉnh các tham số quan trọng như tốc độ cắt, lực cắt và vị trí công cụ, đảm bảo rằng mỗi chi tiết được gia công đều có chất lượng và kích thước nhất quán.

- Thời gian gia công ngắn : tốc độ hoạt động từ trục quay cũng như độ sắc của dao tiện nhanh và chính xác, từ đó thời gian gia công các sản phẩm yêu cầu độ hoàn thiện không cao trở lên vô cùng ngắn nhưng vẫn đảm bảo tính chính xác về mặt kĩ thuật

- Cuối cùng, bằng việc sử dụng công nghệ tự động hóa giúp giảm tải lao động và sai sót con người trong quá trình gia công Điều này không chỉ giúp tăng hiệu suất và chất lượng sản xuất mà còn làm giảm nguy cơ tai nạn lao động cũng như sao sót con người gây ra.

Với những ưu điểm đó, phương pháp tiện kim loại được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất và chế tạo thiết bị:

Chế tạo máy: sử dụng phương pháp tiện trong việc chế tạo các bộ phận máy và thiết bị Nó cho phép gia công các chi tiết phức tạp và chính xác như các trục, vòng bi, bánh răng và các bộ phận khác của các máy móc công nghiệp

Linh kiện oto: sản xuất các bộ phận chính như động cơ, hộp số, bánh răng, trục… từ đó tạo sự linh hoạt cho các nhà sản xuất oto

Hàng không vũ trụ: gia công các bộ phận không gian như động cơ tên lửa, vỏ ngoài tàu vũ trụ, các bộ phận máy báy và hệ thống điều khiển Điều này đòi hỏi độ chính xác cao của máy tiện đối với các loại vật liệu có tính chất chịu được trong môi trường khắc nghiệt

Không chỉ kỹ thuật, bộ phận và thiết bị y tế cũng được gia công trên máy tiện như các máy tạo hình, các thành phần của hệ thống xét nghiệm và các bộ phận cơ bản trong các thiết bị y tế như van, bu lông….

Công nghiệp điện tử: gia công các bộ phận như mạch in, bộ vi xử lí, vỏ bọc và các thành phần khác của thiết bị điện tử

Cơ khí chính xác : là ứng dụng quan trọng cũng như phổ biến nhất đối với máy tiện bởi yếu tố hoàn thiện và chính xác của nó Phương pháp tiện được dùng để gia công các bộ phận khuôn mẫu, khuôn đúc, các chi tiết máy móc…

Bên cạnh những ưu điểm như trên, trong quá trình ứng dụng thực tế vào nền công nghiệp sản xuất và chế tạo thiết bị, một số hạn chế của phương pháp tiện vẫn còn tồn tại và cần được cải tiến trong tương lai.

4 Những hạn chế của phương pháp tiện và các giải pháp xử lí

- Giới hạn kích thước và hình dạng: Các máy tiện có kích thước và khả năng gia công giới hạn Điều này có nghĩa là không thể sản xuất các chi tiết quá lớn hoặc có hình dạng phức tạp vượt quá khả năng của máy tiện Một giải pháp có thể là sử dụng các phương pháp gia công khác như phay hoặc mài để hoàn thiện các chi tiết phức tạp hơn.

- Thời gian gia công: Phương pháp tiện thường yêu cầu thời gian gia công lâu hơn so với một số phương pháp gia công khác Tuy đối với những chi tiết yêu cầu độ hoàn thiện thấp thì máy tiện có thể đáp ứng tốt về thời gian nhưng hạn chế này đặc biệt đúng đối với các chi tiết có độ chính xác và độ phức tạp cao Giải pháp cho vấn đề này để giảm thời gian gia công là sử dụng các công nghệ tiện tiến như máy tiện CNC (Computer Numerical Control) để tự động hóa quá trình gia công cũng như dễ xử lí những sự cố trong quá trình vận hành của máy.

- Độ chính xác: Máy tiện truyền thống có thể gặp khó khăn trong việc đạt được độ chính xác cao đối với các chi tiết cần gia công rất chính xác Để giải quyết vấn đề

này, sử dụng máy tiện CNC có thể cải thiện độ chính xác và đảm bảo tính đồng nhất trong quá trình sản xuất.

- Đa dạng vật liệu: Một số loại vật liệu nhất định có thể khó khăn trong việc gia công bằng phương pháp tiện Ví dụ, vật liệu quá cứng hoặc quá mềm có thể gây ra vấn đề trong quá trình gia công Giải pháp có thể là sử dụng các công nghệ gia công khác như cắt EDM (Electrical Discharge Machining) hoặc phun lửa để gia công các vật liệu khó tiện.

- Chi phí: Đầu tư ban đầu cho máy tiện và thiết bị phụ trợ có thể đáng kể Ngoài ra, việc vận hành và bảo trì cũng đòi hỏi chi phí Tuy nhiên, giải pháp để giảm chi phí có thể là tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu suất và sử dụng công nghệ tiện tiến để tăng năng suất và giảm lãng phí.

Tóm lại, phương pháp tiện trong công nghiệp có những hạn chế nhất định, nhưng với sự phát triển của công nghệ và sự cải tiến trong quá trình sản xuất, các giải pháp đã được đề xuất để vượt qua các hạn chế này và tối ưu hóa quy trình sản xuất Đa số các giải pháp chính là quá trình đưa tự động hóa vào phương pháp này.

5 Các hướng cải tiến và phát triển máy tiện trong công nghiệp

- Máy tiện CNC (Computer Numerical Control): Sử dụng công nghệ máy tiện CNC cho phép tự động hóa quá trình gia công Máy tiện CNC được điều khiển bởi các lệnh số và chương trình máy tính, giúp tăng độ chính xác, độ tin cậy và tốc độ sản xuất Nó cũng cho phép gia công các chi tiết phức tạp và đa dạng với độ chính xác cao.

- Các hệ thống tự động hóa: Sử dụng các hệ thống tự động hóa trong quá trình sản xuất máy tiện có thể giảm thời gian thiết lập, tăng năng suất và giảm sai sót do sự can thiệp của con người Các hệ thống tự động hóa có thể bao gồm các robot công nghiệp để thực hiện các nhiệm vụ như nạp và tháo chốt, hoặc hệ thống tự động thay dao.

- Sử dụng công nghệ mới và vật liệu tiên tiến: Điều này bao gồm việc áp dụng công nghệ tiện tiến như máy tiện đa trục hoặc máy tiện đa chức năng để gia công đồng thời nhiều bề mặt của chi tiết Ngoài ra, việc sử dụng vật liệu tiên tiến như hợp kim nhôm, hợp kim titan hoặc các vật liệu siêu cứng có thể mở ra cơ hội gia công các chi tiết chính xác cao và bền hơn.

- Phần mềm mô phỏng và mô phỏng 3D: Sử dụng phần mềm mô phỏng và mô phỏng 3D giúp tối ưu hóa quy trình làm việc và phát triển chương trình gia công Bằng cách mô phỏng trước khi thực hiện thực tế, có thể tìm ra các vấn đề tiềm ẩn và tăng hiệu suất.

- Tự động hóa quy trình kiểm tra và đo lường: Sử dụng các hệ thống đo lường tự động và cảm biến để kiểm tra và đảm bảo chất lượng của các chi tiết gia công Điều này giúp phát hiện sớm các sai sót và giảm thiểu lỗi.

- Kỹ thuật gia công thông minh và trí tuệ nhân tạo: Sử dụng kỹ thuật gia công thông minh và trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa quy trình sản xuất, dự đoán và phòng tránh các sự cố và tăng cường khả năng quản lý và điều khiển của máy tiện.

Các biện pháp xử lí trên để giúp tối ưu năng suất, giảm sai lệch cũng như tiết kiệm sức lao động cho con người.

6 Một số lưu ý trong quá trình làm việc cùng máy tiện

- Lưu ý về năng suất và chi phí gia công khi tiện phụ thuộc vào các điều kiện gia công cụ thể như độ cứng vững của hệ thống công nghệ, vật liệu phôi, hình dạng và kích thước phôi, vật liệu dao, kết cấu bộ phận cắt của dao và chế độ cắt.

- Lưu ý về việc chọn chế độ cắt kinh tế khi tiện: điều này dựa được chọn dựa vào thể tích Q của phôi cắt với công thức: Q = A.v = t.s.v ( mm3/s)

Trong đó: A = s.t là tiết diện ngang của phôi ( mm2) v là vận tốc trung bình (mm/s)

Khi thay đổi chế độ cắt thì lực cắt Fc, lực cắt đơn vị Kc và công suất cắt Pc cũng thay đổi Tùy theo yêu cầu sản phẩm, ta có thể lực chọn tăng hoặc giảm chiều sâu cắt, bước tiến dao và tốc độ cắt.

 Vậy muốn chọn được chế độ cắt kinh tế thì người kỹ sư phải giải bài toán tối ưu khi tiện trong điều kiện gia công cụ thể Nếu chưa có điều kiện giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu, phải sử dụng các thông tin kinh nghiệm đối với mỗi loại tiện khác nhau như tiện thô, tiện tinh hay tiện tinh mỏng.

- Việc chọn chuẩn và phương pháp gá đặt hợp lí góp phần quan trọng để đảm bảo yêu cầu kĩ thuật mà vẫn giúp cho việc thiết kế trở lên đơn giản, dễ thao tác từ đó có thể gia công nhiều bề mặt một lúc làm giảm thời gian gia công giúp góp phần nâng cao hiệu suất và làm giảm giá thành Tùy theo cách chọn chuẩn, các vị trí gá đặt sẽ khác nhau Chuẩn khi tiện sẽ phụ thuộc vào vị trí mặt gia công như mặt