Tiện (Turning)

Nguyên lý hoạt động

Quá trình tiện dựa trên sự kết hợp chuyển động quay của phôi và chuyển động tịnh tiến của dao cắt. Chuyển động quay của phôi tạo ra tốc độ cắt ($v_c$), trong khi chuyển động tịnh tiến của dao tạo ra lượng ăn dao ($f$) và độ sâu cắt ($a_p$). Ba thông số này có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng bề mặt gia công, tuổi thọ dao và năng suất gia công.

• Tốc độ cắt ($v_c$): là tốc độ tương đối giữa lưỡi cắt và phôi. Nó được tính bằng mét/phút (m/ph) hoặc feet/phút (fpm). Công thức tính tốc độ cắt là: $v_c = \frac{\pi d n}{1000}$, trong đó $d$ là đường kính phôi (mm) và $n$ là tốc độ quay của phôi (vòng/phút). Việc lựa chọn tốc độ cắt phù hợp phụ thuộc vào vật liệu phôi, vật liệu dao và các yếu tố khác.
• Lượng ăn dao ($f$): là khoảng cách mà dao cắt di chuyển trong một vòng quay của phôi. Nó được tính bằng mm/vòng. Lượng ăn dao lớn sẽ cho năng suất cao hơn nhưng có thể ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và tuổi thọ dao.
• Độ sâu cắt ($a_p$): là khoảng cách giữa bề mặt phôi ban đầu và bề mặt đã gia công sau mỗi lần cắt. Nó được tính bằng mm. Độ sâu cắt lớn cho phép loại bỏ nhiều vật liệu hơn trong mỗi lần cắt, nhưng cũng đòi hỏi lực cắt lớn hơn.

Các loại máy tiện

Có nhiều loại máy tiện khác nhau, mỗi loại được thiết kế cho các ứng dụng và quy mô sản xuất cụ thể. Một số loại máy tiện phổ biến bao gồm:

• Máy tiện vạn năng: Đây là loại máy tiện phổ biến nhất, có thể thực hiện nhiều loại gia công khác nhau như tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện côn, tiện ren, khoét, doa,… Máy tiện vạn năng thường được sử dụng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ.
• Máy tiện CNC: Máy tiện điều khiển số bằng máy tính (CNC) được tự động hóa hoàn toàn, cho phép gia công chính xác và phức tạp hơn. Máy tiện CNC thường được sử dụng trong sản xuất hàng loạt lớn và đòi hỏi độ chính xác cao.
• Máy tiện đứng: Thường được sử dụng để gia công các phôi có kích thước lớn và nặng. Máy tiện đứng có trục chính quay theo phương thẳng đứng, giúp dễ dàng gá đặt và gia công các phôi lớn.
• Máy tiện revolver: Được trang bị ổ dao revolver, cho phép thay đổi dao nhanh chóng và dễ dàng. Máy tiện revolver thường được sử dụng để gia công các chi tiết có nhiều bước gia công khác nhau.

Các loại dao tiện

Có nhiều loại dao tiện khác nhau, mỗi loại được thiết kế cho một loại gia công cụ thể. Việc lựa chọn dao tiện phù hợp phụ thuộc vào vật liệu phôi, hình dạng chi tiết cần gia công và yêu cầu về độ chính xác. Một số loại dao tiện phổ biến bao gồm:

• Dao tiện ngoài: Dùng để tiện bề mặt trụ ngoài.
• Dao tiện trong: Dùng để tiện bề mặt trụ trong.
• Dao tiện cắt đứt: Dùng để cắt đứt phôi.
• Dao tiện ren: Dùng để tạo ren trên phôi.
• Dao tiện côn: Dùng để tiện bề mặt côn.

Ưu điểm của tiện

Phương pháp tiện mang lại nhiều ưu điểm trong gia công cơ khí, bao gồm:

• Độ chính xác cao: Tiện cho phép tạo ra các chi tiết có độ chính xác kích thước và hình dạng cao.
• Có thể gia công nhiều loại vật liệu khác nhau: Tiện có thể được sử dụng để gia công nhiều loại vật liệu, bao gồm thép, inox, nhôm, đồng, nhựa,…
• Tính linh hoạt cao, có thể thực hiện nhiều loại gia công: Tiện có thể thực hiện nhiều loại gia công khác nhau, từ gia công thô đến gia công tinh, tạo ra các chi tiết với hình dạng và kích thước đa dạng.

Nhược điểm của tiện

Mặc dù có nhiều ưu điểm, phương pháp tiện cũng có một số nhược điểm cần lưu ý:

• Khó gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp: Tiện chủ yếu tạo ra các bề mặt tròn xoay. Việc gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp, nhiều góc cạnh hoặc bề mặt không tròn xoay bằng phương pháp tiện sẽ gặp nhiều khó khăn.
• Tạo ra phoi bào, cần phải xử lý: Quá trình tiện tạo ra một lượng lớn phoi bào, cần phải được thu gom và xử lý để đảm bảo vệ sinh môi trường và an toàn lao động.

Ứng dụng

Tiện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất ô tô, hàng không vũ trụ, cơ khí chế tạo máy, và nhiều ngành khác. Nó được sử dụng để sản xuất các chi tiết máy như trục, bánh răng, bu lông, đai ốc,… Tiện cũng đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các khuôn mẫu, dụng cụ cắt gọt và các chi tiết máy móc chính xác khác.

Các thao tác tiện cơ bản

Có nhiều thao tác tiện khác nhau, mỗi thao tác được sử dụng để tạo ra một loại bề mặt hoặc hình dạng cụ thể. Dưới đây là một số thao tác tiện cơ bản:

• Tiện mặt đầu: Dao cắt di chuyển vuông góc với trục quay của phôi để tạo ra mặt phẳng.
• Tiện trụ ngoài: Dao cắt di chuyển song song với trục quay của phôi để tạo ra bề mặt hình trụ.
• Tiện trụ trong: Dao cắt di chuyển song song với trục quay của phôi bên trong lỗ để tạo ra bề mặt hình trụ trong.
• Tiện côn: Dao cắt di chuyển theo một góc so với trục quay của phôi để tạo ra bề mặt hình côn. Góc côn ($\alpha$) và độ côn (C) liên hệ với nhau. Độ côn được định nghĩa là sự thay đổi đường kính trên một đơn vị chiều dài dọc theo trục của hình nón. $C = \frac{D – d}{L} = 2tan(\frac{\alpha}{2})$, trong đó $D$ và $d$ là đường kính lớn và nhỏ của hình côn, $L$ là chiều dài hình côn.
• Tiện ren: Dao cắt di chuyển theo một đường xoắn ốc dọc theo trục quay của phôi để tạo ra ren.
• Khoét: Dao cắt di chuyển dọc trục của lỗ hiện có để mở rộng đường kính của nó.
• Doa: Sử dụng dao doa để làm nhẵn và tăng độ chính xác kích thước của lỗ.
• Cắt đứt: Dao cắt di chuyển vuông góc với trục quay của phôi để tách chi tiết khỏi phôi ban đầu.

Lựa chọn thông số cắt

Việc lựa chọn thông số cắt phù hợp rất quan trọng để đảm bảo chất lượng gia công và tuổi thọ của dao. Các thông số cắt bao gồm tốc độ cắt ($v_c$), lượng ăn dao ($f$) và độ sâu cắt ($a_p$). Việc lựa chọn thông số cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm vật liệu phôi, loại dao cắt, yêu cầu về độ chính xác và độ bóng bề mặt.

An toàn trong quá trình tiện

An toàn lao động là yếu tố cực kỳ quan trọng trong quá trình tiện. Cần tuân thủ các quy định an toàn sau:

• Luôn đeo kính bảo hộ và các thiết bị bảo hộ lao động khác.
• Đảm bảo phôi được kẹp chặt và an toàn.
• Không chạm vào phôi hoặc dao cắt khi máy đang hoạt động.
• Kiểm tra máy và dụng cụ trước khi sử dụng.
• Tuân thủ các quy trình an toàn khi vận hành máy tiện.

Dầu cắt

Dầu cắt được sử dụng trong quá trình tiện để làm mát dao cắt, bôi trơn bề mặt gia công và loại bỏ phoi bào. Việc sử dụng dầu cắt phù hợp giúp tăng tuổi thọ của dao, cải thiện chất lượng bề mặt gia công và giảm ma sát.

Một số vấn đề thường gặp trong quá trình tiện

Trong quá trình tiện, có thể gặp một số vấn đề sau:

• Rung động: Có thể gây ra bởi phôi không được kẹp chặt, dao cắt bị mòn hoặc thông số cắt không phù hợp.
• Bề mặt gia công không đạt yêu cầu: Có thể do dao cắt bị mòn, thông số cắt không phù hợp hoặc dầu cắt không phù hợp.
• Dao cắt bị gãy: Có thể do lượng ăn dao quá lớn, độ sâu cắt quá lớn hoặc dao cắt bị mòn.

• Kalpakjian, S., & Schmid, S. R. (2006). Manufacturing engineering and technology. Pearson Prentice Hall.
• Groover, M. P. (2010). Fundamentals of modern manufacturing: materials, processes, and systems. John Wiley & Sons.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào để tính toán tốc độ cắt tối ưu ($v_c$) cho một vật liệu cụ thể khi tiện?

Trả lời: Tốc độ cắt tối ưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm vật liệu phôi, loại dao cắt, lượng ăn dao và độ sâu cắt. Có nhiều bảng tra cứu và phần mềm chuyên dụng để xác định tốc độ cắt tối ưu. Một công thức kinh nghiệm được sử dụng để tính toán tốc độ cắt là: $v_c = \frac{C_v \cdot k_v}{T^m \cdot f^x \cdot a_p^y}$, trong đó $C_v$ là hằng số cắt, $k_v$ là hệ số hiệu chỉnh, $T$ là tuổi thọ dao mong muốn, $m, x, y$ là các số mũ phụ thuộc vào vật liệu và điều kiện cắt. Tuy nhiên, cách tốt nhất là tham khảo các tài liệu kỹ thuật hoặc phần mềm chuyên dụng để có được giá trị chính xác nhất.

Sự khác biệt giữa tiện côn bằng cách dịch chuyển bàn dao và tiện côn bằng cách xoay ổ dao là gì?

Trả lời: Tiện côn bằng cách dịch chuyển bàn dao (offset tailstock method) phù hợp cho tiện côn ngắn và độ côn nhỏ. Phương pháp này đơn giản nhưng độ chính xác bị giới hạn. Tiện côn bằng cách xoay ổ dao (compound rest method) cho phép tiện côn dài và độ côn lớn hơn với độ chính xác cao hơn. Tuy nhiên, phương pháp này phức tạp hơn và yêu cầu kỹ năng cao hơn từ người vận hành.

Các loại dầu cắt nào thường được sử dụng trong quá trình tiện và vai trò của chúng là gì?

Trả lời: Các loại dầu cắt thường được sử dụng bao gồm dầu khoáng, dầu tổng hợp, dầu pha nước và dầu cắt khô (dạng phun sương). Dầu cắt có vai trò làm mát dao cắt, bôi trơn bề mặt gia công, loại bỏ phoi bào và cải thiện chất lượng bề mặt. Việc lựa chọn dầu cắt phụ thuộc vào vật liệu gia công, loại dao cắt và yêu cầu về chất lượng bề mặt.

Rung động trong quá trình tiện có thể gây ra những hậu quả gì và làm thế nào để khắc phục?

Trả lời: Rung động có thể làm giảm chất lượng bề mặt, giảm tuổi thọ dao cắt và thậm chí gây hư hỏng máy. Nguyên nhân gây rung động có thể do phôi kẹp không chặt, dao cắt bị mòn, thông số cắt không phù hợp hoặc máy móc không ổn định. Để khắc phục, cần kiểm tra và siết chặt phôi, thay dao cắt mới nếu cần, điều chỉnh thông số cắt hoặc kiểm tra và bảo trì máy móc.

Tiện CNC khác gì so với tiện thông thường và ưu điểm của nó là gì?

Trả lời: Tiện CNC (Computer Numerical Control) sử dụng máy tính để điều khiển chuyển động của dao cắt và phôi, trong khi tiện thông thường dựa vào sự điều khiển thủ công của người vận hành. Ưu điểm của tiện CNC bao gồm: độ chính xác cao, khả năng lặp lại, tự động hóa cao, khả năng gia công các chi tiết phức tạp, rút ngắn thời gian gia công và tăng năng suất.