Chƣơng 1 : TỔNG QUAN VỀ VẤN Ề NGHIÊN CỨU
1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng máy tiện
1.2.1. Trên thế giới
Tiện là phƣơng pháp gia công cắt gọt (tức là cắt bỏ đi một lớp vật liệu) để tạo nên hình dạng mặt gia cơng bằng hai chuyển động gọi là chuyển động tạo hình: chuyển động quay trịn của chi tiết và chuyển động tịnh tiến của dao. Chuyển động quay trịn của chi tiết là chuyển động chính tạo nên vận tốc cắt, chuyển động tịnh tiến của dao nhằm giúp cho chuyển động chính tạo nên chiều dài bề mặt gia công.
Trên thế giới có rất nhiều cơng trình khoa học trong việc xây dựng và phát triển lý thuyết cắt gọt kim loại nhƣ nhà khoa học Liên Xô (cũ) nhƣ Giáo sƣ, Viện sĩ V.A. Arsinop, Giáo sƣ G.C. Andrev, V.F. obrov..., các nhà khoa học Mỹ nhƣ oston O.W, Ernst H, Merchant M.E...
Nhiều cơng trình đi sâu nghiên cứu cắt gọt chuyên dùng nhƣ: phay, tiện của G.C. Andrev, A.V. Rudnev, V.F. obrov; cơ sở lý thuyết mài nhẵn của E.H. Maclov... đã đƣa ra những phân tích cụ thể về động học các q trình cắt gọt. ó là những cơng trình lớn bao gồm các vấn đề về lý thuyết và những kinh nghiệm thực tế trong gia công kim loại trên thế giới lúc đó ít có cơng trình nghiên cứu tƣơng tự nào ra đời.
Lý thuyết cắt gọt kim loại đi sâu nghiên cứu về quá trình tạo phoi, các lực phát sinh trong q trình gia cơng, hiện tƣợng nhiệt sinh ra trong quá trình cắt, hiện tƣợng lẹo dao, vật liệu làm dao và chế độ cắt khi gia công,… những đại lƣợng này rất cần thiết, chúng làm cơ sở cho việc lựa chọn hình dáng, tính tốn kích thƣớc của các cơng cụ cắt, tính tốn thiết kế và sử dụng hợp lý các thiết bị và các công cụ gia cơng để từ đó cho ra sản phẩm có năng suất tốt nhất.
Quá trình cắt gọt vật liệu theo hƣớng kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đã đƣợc các nhà khoa học trên thế giới tiến hành nghiên cứu nhƣ: M.P. Semko, E.M.Trent; Granôpxki (Nga);V. Gazda (Tiệp Khắc (cũ); P. Korecky (Pháp); J. Shinozuka (Nhật); hattacharya A. (Ấn ộ)... với những kết luận quan trọng về các sơ đồ cắt động học, sự tạo phoi, các yếu tố ảnh hƣởng tới lực cắt.
Vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, lý thuyết cắt gọt kim loại ngày càng đƣợc hồn chỉnh với những cơng trình nghiên cứu mới về các lực phát sinh trong q trình gia cơng kim loại bằng cơ học đƣợc nghiên cứu đầy đủ hơn và chính xác hơn về những cơ sở vật lý của quá trình cắt, hiện tƣợng nhiệt trong quá trình cắt. Lực cắt đơn vị và các qui luật của lực cắt đƣợc xác định thông qua công thức lý thuyết [7, 13].
Chế độ cắt đƣợc đặc trƣng bởi ba thông số: vận tốc cắt, lƣợng chạy dao và chiều sâu cắt. Chế độ cắt ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng gia công, tiêu hao năng lƣợng và năng suất các máy. Nhiều cơng trình của các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số chế độ cắt đến lực cắt, sự hao mịn của cơng cụ cắt, rung động của hệ thống công nghệ “ Máy - Dao cắt - ồ gá - Chi tiết gia công” cũng nhƣ các hiện tƣợng lý - hoá xảy ra trong vùng cắt. iển hình là cơng trình của nhà bác học Nga Granôpxki về phân nhóm các sơ đồ cắt động học, cơng trình của Zorev N.N. về các lực cắt trên
các bộ phận của dao cắt, các cơng trình của các nhà khoa học ức Kronenberg, Friedrich, Hippler… về các qui luật cơ bản của lực cắt, các cơng trình lý thuyết và thực nghiệm của các nhà khoa học Sokolovski, Kasirin, Tlusty, Tolias, hattacharya … đã đi sâu và chính xác hoá nhận thức về nguyên lý và qui luật tự rung khi gia cơng, hay các cơng trình của các nhà khoa học Ostermann, Laladze, Malkin, Smith về phƣơng pháp giải tích của trƣờng nhiệt độ trong dụng cụ cắt, phoi và chi tiết gia công.
Ngun lý hoạt động, cấu tạo, tính năng cơng nghệ của các máy cơng cụ, máy cắt kim loại nói chung, các máy gia cơng tiện nói riêng đã đƣợc các nhà khoa học nghiên cứu từ khá sớm. Năm 1712 ơng Nartơp, một thợ cơ khí ngƣời Nga [8] đã chế tạo đƣợc máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình. Việc chép hình theo mẫu đƣợc thực hiện tự động. Chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng - thanh răng thực hiện. Cho đến năm 1798 (86 năm sau) ông Henry Nandsley ngƣời Anh mới nghiên cứu thay thế chuyển động này bằng chuyển động của vit me - đai ốc. Năm 1873 Spender đã chế tạo đƣợc máy tiện tự động có ổ tiếp phơi và trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng. Năm 1880 nhiều hãng trên thế giới nhƣ Pittler Ludnig Low ( ức), RSK (Anh) đã chế tạo đƣợc máy tiện rơvônve dùng phôi thép thanh.
Nhằm không ngừng nâng cao khả năng làm việc của các công cụ cắt, nhiều cơng trình đã đi sâu nghiên cứu động học, động lực học quá trình gia cơng. iển hình là các cơng trình của G.I.Granovski, A.M. Danielian; A.S. Kondratiev [13].
Nghiên cứu về máy và thiết bị cắt kim loại, vật liệu phi kim loại các nhà khoa học Spirindonov A.A, Fedorov V. ., Molchanov G.I., Aliabiev V.I., Manjốt F.M. , Makovski N. V. ,… [7,15, 18] đã chỉ rõ chất lƣợng gia công bao gồm chất lƣợng bề mặt gia cơng và độ chính xác gia cơng là những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lƣợng máy và thiết bị, biểu thị sự hoàn thiện kỹ thuật
trong việc sử dụng chúng để tạo ra các sản phẩm. Chất lƣợng gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với từng điều kiện sản xuất cụ thể sẽ có các chỉ tiêu đánh giá định lƣợng thơng qua những biểu thức tốn học miêu tả sự tác động tƣơng hỗ của những yếu tố ảnh hƣởng tới chúng.
Nghiên cứu về máy cắt và thiết bị cắt kim loại, vật liệu phi kim loại các nhà khoa học Spirindonov A.A, Fedorov V. , Molchanov G.I... đã chỉ rõ chất lƣợng gia công bao gồm chất lƣợng bề mặt gia cơng và độ chính xác gia cơng là những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lƣợng máy và thiết bị, biểu thị sự hoàn thiện kỹ thuật trong việc sử dụng chúng để tạo ra sản phẩm. Chất lƣợng gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với từng điều kiện sản xuất cụ thể sẽ cá các chỉ tiêu đánh giá định lƣợng thơng qua những biểu thức tốn học miêu tả sự tác động tƣơng hỗ của những yếu tố ảnh hƣởng tới chúng. Công nghệ và thiết bị sản xuất các vật liệu phục vụ sản xuất đã đƣợc các nƣớc phát triển trên thế giới nhƣ Nga, Mỹ, ức, Nhật, Thuỵ iển... nghiên cứu sâu rộng với các dây chuyền sản xuất hiện đại [8]. Nhiều hãng sản xuất nổi tiếng nhƣ: MAC ( ức) sản xuất các loại máy tiện CNC mã hiệu CJK1640 với khả năng gia cơng linh hoạt, đƣờng kính chi tiết gia cơng có thể tới 410 mm, chiều dài chi tiết 800 mm, dải vận tốc vô cấp 8 - 2000 rpm, máy có thiết kế hiện đại, đặc biệt cho phép gia công nhiều chủng loại sản phẩm tinh xảo, vận hành an toàn, tiếng ồn nhỏ, năng suất cao và vận hành dễ dàng, bộ điều khiển FAGOR có giao diện thân thiện, sử dụng ngôn ngữ ISO cùng với hệ thống Simulation hiện đại, dễ hiểu, độ an toàn cao, cổng truyền Pro RS - 232 thích ứng với Windows 98/2000/XP. Hãng Fanuuc (Mỹ) chế tạo các máy tiện, khoan liên hợp mã hiệu PDL – T6/8 cho phép gia công nhiều chủng loại sản phẩm tinh xảo, vận hành an toàn, tiếng ồn nhỏ, năng suất cao và dể dàng vận hành, đặc biệt máy có thiết kế hiện đại với bộ điều khiển FAGOR có giao diện thân thiện sử dụng ngôn ngữ ISO cùng với hệ thống Simulation hiện đại, dễ hiểu,
độ an toàn đáng tin cậy, cổng truyền Pro RS - 232 thích ứng với Window 98/2000/XP.
Với sự phát triển không ngừng của khoa học – công nghệ, các trang thiết bị dùng cho quá trình gia cơng cắt gọt ngày càng hiện đại dẫn tới đòi hỏi sự đầu tƣ cho sản xuất cả về chất lẫn lƣợng ngày càng cao. Do đó một chế độ công nghệ khôn hợp lý sẽ không khai thác hết khả năng của thiết bị, gây lãng phí lớn và hiệu quả thu đƣợc sẽ khơng đủ bù cho chi phí sản xuất đặc biệt là khấu hao thiết bị. Vì vậy một trong những vấn đề mấu chốt cần giải quyết để giảm chi phí gia cơng là phải nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ƣu cho từng ngun cơng.
Vấn đề mơ hình hố và tối ƣu hố q trình cơng nghệ gia cơng cùng với những phƣơng pháp luận hiện đại, nghiên cứu cắt gọt kim loại đã đƣợc các nhà khoa học, giáo sƣ C.C. Rudnik, E.I. Pheldstein, G. Spur, W. Koenig, F. Klocke, … tập trung nghiên cứu và phát triển mở rộng với nhiều cơng trình nổi tiếng về tối ƣu hố các q trình gia cơng cắt gọt [1, 7].
Chế độ cắt gọt - tổ hợp của 3 thông số cơ bản vận tốc cắt, lƣợng chạy dao và chiều sâu cắt là một trong những vấn đề có tầm quan trọng, đặc biệt là trong nghiên cứu sử dụng thiết bị công nghệ. Chế độ cắt hợp lý đã góp phần quyết định đến chất lƣợng và năng suất gia cơng. Tối ƣu hố q trình cắt gọt đƣợc nghiên cứu và phát triển rất mạnh ở các nƣớc công nghiệp tiên tiến nhƣ ức, Mỹ, Nhật, Nga, Pháp, Thuỵ Sĩ, Pháp,..Ở những nƣớc này song song với việc nghiên cứu tối ƣu hoá chế độ cắt ngƣời ta tiến hành xây dựng ngân hàng dữ liệu về chế độ gia công cơ để tạo lập cơ sở cho việc tự động hoá chuẩn bị cơng nghệ. iển hình về lĩnh vực này có các cơng trình nghiên cứu của C.C. Rudnik, F. Lierath, W. Koenig, K. Essen, và trong gia cơng gỗ có A.A.Pizurin, M.S.Rozenblit ....[ 1, 7].