Giáo trình Cơ khí đại cương - Chương 6: Gia công cắt gọt kim loại

TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG - LƯU ĐỨC HÒA 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG - 2007 
49
CHƯƠNG 6 
GIA CÔNG CẮT GỌT KIM LOẠI 
 Gia công kim loại bằng cắt gọt là phương pháp dùng những dụng cụ cắt gọt trên các máy cắt 
gọt để hớt một lớp kim loại (lượng dư gia công cơ) khỏi phôi liệu để có được vật phẩm với hình dáng 
và kích thước cần thiết. 
6.1. NGUYÊN LÝ CẮT GỌT KIM LOẠI 
6.1.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ QUÁ TRÌNH CẮT 
a/ Thực chất, đặc điểm 
 Gia công cắt gọt kim loại là quá trình cắt đi một lớp kim loại (gọi là lượng dư gia công) trên bề 
mặt của phôi để được chi tiết có hình dáng, kích thước, độ chính xác, độ bóng theo yêu cầu kỹ thuật 
trên bản vẽ. Quá trình đó được thực hiện trên các máy công cụ hay máy cắt kim loại (còn gọi là máy 
cái), bằng các loại dao tiện, dao phay, dao bào, mũi khoan, đá mài v.v...gọi chung là dao cắt kim loại. 
 Gia công cắt gọt có thể dùng để gia công thô, gia công tinh, gia công lần cuối để đạt được độ 
bóng, độ chính xác cao. Gia công cắt gọt kim loại dễ tự động hoá, cơ khí hoá cho năng suất cao dùng 
trong sản xuất đơn chiếc, hàng loạt và hàng khối. 
b/ Chuyển động cơ bản khi cắt gọt 
Trong quá trình gia công cơ khí, phôi và dụng cụ cắt gọt di chuyển tương đối với nhau nhờ 
những cơ cấu máy. Có hai dạng chuyển động: Chuyển động cơ bản là chuyển động sinh ra việc cắt gọt 
và chuyển động phụ. Chuyển động cơ bản có thể chia ra: 
- Chuyển động chính (chuyển động cắt): có tốc độ lớn hơn tất cả các 
chuyển động khác. Chuyển động chính chủ yếu thực hiện quá trình cắt tạo 
ra phoi, ký hiệu là V hoặc n. 
- Chuyển động bước tiến (chuyển động chạy dao): có tốc độ nhỏ hơn 
chuyển động chính. Đây là chuyển động thực hiện quá trình cắt tiếp tục và 
cắt hết chiều dài chi tiết. 
 Việc cắt gọt được tiến hành thông qua hai chuyển động này thông qua các phương pháp cắt gọt 
thường dùng nhiều là tiện, phay, bào, mài, khoan. 
Ví dụ: Khi tiện thì phôi có chuyển động chính V là chuyển động quay tròn, còn dao thì có 
chuyển động chạy dao gọi là bước tiến S (chuyển động thẳng dọc trục phôi). Khi khoan thì mũi khoan 
vừa có chuyển động chính V (chuyển động quay tròn) vừa có chuyển động chạy dao với bước tiến S. 
6.1.2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CHẾ ĐỘ CẮT 
a/ Tốc độ cắt V: là khoảng dịch chuyển của một điểm trên lưỡi cắt hoặc một điểm trên bề mặt chi tiết 
gia công sau một đơn vị thời gian. 
- Đối với máy có phôi hoặc dụng cụ cắt quay tròn (tiện) thì: V
D n= π . .
1000
 (m/phút); 
- Đối với máy có phôi hoặc dụng cụ cắt chuyển động thẳng (bào): V
L
t
=
1000.
 (m/phút) 
D - Đường kính phôi; n- số vòng quay của phôi trong 1 phút; L - chiều dài hành trình (mm); t - 
thời gian của hành trình (phút). 
b/ Lượng chạy dao S: Đó là khoảng dịch chuyển của dao theo hướng chuyển động phụ sau một vòng 
quay của chi tiết gia công (mm/vòng). 
TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG - LƯU ĐỨC HÒA 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG - 2007 
50
c/ Chiều sâu cắt t: Đó là khoảng cách giữa bề mặt cần được 
gia công và mặt đã gia công sau một lần dao cắt chạy qua. 
 t
D d= −
2
 (mm) . 
D - đường kính của mặt cần gia công (mm). 
d - đường kính của mặt đã gia công (mm). 
6.1.3. DỤNG CỤ CẮT GỌT 
a/ Cấu tạo của dụng cụ cắt: Dao cắt (dao tiện, dao bào, dao phay...) là loại dụng cụ cắt dùng rất rộng 
rãi để gia công kim loại. Dao gồm đầu dao I và thân dao II. Thân dao dùng để kẹp trong giá dao. 
b/ Vật liệu chế tạo dao cắt gọt: Yêu cầu phải có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt, có độ bền đảm 
bảo và độ bền nhiệt cao để gia công với tốc độ lớn. 
- Thép cácbon dụng cụ: sau khi nhiệt luyện đạt độ cứng 60÷63 HRC song chịu nhiệt thấp. 
Nóng đến 200÷3000C thép mất độ cứng. Ngày nay chỉ dùng thép này chế tạo dụng cụ cắt như cưa, dũa, 
đục v.v...Các mác thép thường dùng: CD80, CD80A, CD100 ... 
- Thép hợp kim dụng cụ: Có thể dùng thép có mác 90CrSi, 100CrW để chế tạo tarô, bàn ren. 
Đặc biệt phổ biến nhất là dùng thép cao tốc (thép gió) để chế tạo các loại dao cắt như dao tiện, mũi 
khoan và lưỡi cắt của dao phay...vì tuy độ cứng không cao hơn hai loại trên nhưng độ bền nhiệt cao 
hơn (đến 6500C). Hiện nay thường dùng các loại thép gió có ký hiệu 80W18Cr4VMo, 
90W9Cr4V2Mo, 90W9Co10Cr4V2Mo v.v... 
- Hợp kim cứng: là loại vật liệu có tính cắt gọt rất cao. Độ chịu nhiệt lên đến 10000C, độ cứng 
của vật liệu: 70÷92 HRC. Mặc dù rất đắt, nhưng người ta vẫn dùng rất nhiều vì đó là loại vật liệu 
không phải nhiệt luyện, có thể cắt với tốc độ cao, năng suất cao. Loại WCCo8, WCCo10 dùng để cắt 
gang, hợp kim nhôm đúc...Loại WCTiC5Co10, WCTiC15Co6...thích hợp khi cắt vật liệu dẻo. Ngoài 
ra người ta còn dùng vật liệu gốm, kim cương để chế tạo dao cắt gọt. 
6.2. MÁY CẮT KIM LOẠI 
Ngày nay cùng với sự phát triển của tin học và điện tử, máy công cụ và công nghệ gia công đã 
được hoàn thiện ở mức độ rất cao. Các máy công cụ làm việc hoàn toàn tự động và làm việc theo 
chương trình định trước. 
6.2.1. PHÂN LOẠI VÀ KÝ HIỆU 
a/ Phân loại máy công cụ 
- Theo khối lượng chia ra loại nhẹ dưới 1 tấn, loại trung bình dưới 10 tấn và loại hạng nặng từ 
10 tấn trở lên. Có loại đến 1600 tấn. 
- Theo độ chính xác của máy: độ chính xác thường, cao và rất cao. 
mặt thoát 
lưỡi cắt phụ
lưỡi cắt chính
mũi dao
mặt sau phụ
mặt sau chính
H.6.2.Các bộ phận chính của dao tiện
I II 
phôi bước tiến S
t 
H.6.1.Các yếu tố cắt gọt khi tiện ngoài
D d
TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG - LƯU ĐỨC HÒA 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG - 2007 
51
- Theo mức độ gia công của máy: 
+ Máy vạn năng: có công dụng chung để gia công nhiều loại chi tiết có hình dạng, kích thước 
khác nhau. Thường dùng trong sản xuất đơn chiếc, hàng loạt nhỏ. 
+ Máy chuyên môn hoá dùng để gia công một loại hay một vài loại chi tiết có hình dạng gần 
giống nhau như dạng trục, bạc, vòng bi v. v... Thường dùng trong sản xuất hàng loạt như máy gia công 
bánh răng, vòng bi, tiện ren, v.v... 
+ Máy chuyên dùng gia công một loại chi tiết có hình dạng, kích thước nhất định. Loại này dùng 
trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. 
- Phân loại theo công dụng: máy tiện, máy bào, khoan, phay, mài v.v... 
b/ Ký hiệu máy: Để dễ dàng phân biệt các nhóm máy khác nhau, người ta đã đặt ký hiệu cho các máy. 
Các nước có ký hiệu khác nhau. Các máy sản xuất ở Việt nam được ký hiệu như sau: 
- Chữ đầu tiên chỉ nhóm máy: T - tiện; K - khoan; M - mài; P - phay; B - bào ... 
- Các chữ số tiếp theo biểu thị kiểu máy, đặc trưng cho một trong những kích thước quan trọng 
của chi tiết hay dụng cụ gia công. 
- Các chữ cái sau cùng chỉ rõ mức độ tự động hoá, độ chính xác và cải tiến máy. 
Ví dụ: T620A: T - tiện; số 6 - kiểu vạn năng; số 20 - chiều cao tâm máy là 200 mm tương ứng 
với đường kính lớn nhất gia công trên máy là 400 mm, chữ A là cải tiến từ máy T620. 
6.2.2. TRUYỀN DẪN VÀ TRUYỀN ĐỘNG TRONG MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI 
a/ Các hình thức truyền dẫn 
- Truyền dẫn tập trung: Là truyền dẫn mà động cơ điện truyền vào trục trung tâm chạy dọc theo 
phân xưởng để truyền chuyển động đến từng máy bằng bộ truyền đai. Hình thức này đơn giản nhưng 
hiệu suất thấp, cồng kềnh không an toàn, muốn sửa chữa một máy, phải ngừng toàn bộ phân xưởng. 
- Truyền dẫn nhóm: Một động cơ truyền dẫn cho một nhóm máy. 
- Truyền dẫn độc lập: Một máy được truyền dẫn từ một hoặc nhiều động cơ. Mỗi động cơ làm 
một nhiệm vụ riêng, do một hệ thống điều khiển riêng như động cơ chính, động cơ chạy dao thẳng 
đứng, động cơ chạy dao nhanh, động cơ thuỷ lực, động cơ bôi trơn, động cơ làm mát. 
b/ Các hình thức truyền động 
- Truyền động đai: gồm 2 bánh đai (puli) chủ động và bị động. Đai thang hay đai dẹt truyền 
chuyển động quay tròn giữa 2 puli với tỷ số truyền: 
 ( )i D
D
n
n
= − =1
2
2
1
1 η 
 η - hệ số trượt lấy bằng (0,01÷0,02). 
 n1; n2 - vận tốc vòng của các bánh đai. 
 D1; D2 - đường kính ngoài của puli 1, 2. 
- Truyền động bánh răng: gồm các bánh răng trụ hoặc côn ăn khớp với nhau truyền chuyển 
động quay giữa các trục song song hoặc vuông góc với nhau nhờ các các bánh răng có số răng Z . 
 Tỷ số truyền: i
Z
Z
n
n
= =1
2
2
1
 Z1; Z2 - số răng của các bánh răng. 
 n1; n2 - số vòng quay của các bánh răng. 
M
M 
Z1; n1
Z2; n2 Z2; n2
Z1; n1X 
X 
X 
X
n1 
n2 
D1
D2
1
2
X
X
TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG - LƯU ĐỨC HÒA 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG - 2007 
52
- Truyền động xích 
 Tỷ số truyền: i
Z
Z
n
n
= =1
2
2
1
 Z1; Z2 - số răng của các bánh xích. 
 n1; n2 - số vòng quay của các bánh xích. 
- Truyền động trục vít-bánh vít: Đó là 
dạng truyền chuyển động quay giữa 2 trục 
không song song. Bánh vít có số răng Zbv ăn 
khớp với trục vít có số đầu mối K (K = 1, 2, 3). 
Tỷ số truyền: i = K/Zbv dùng để thay đổi ở mức 
độ lớn giá trị vòng quay n giữa 2 trục. 
- Truyền động vítme-đai ốc: Đây là một 
dạng truyền chuyển động để biến chuyển động 
quay tròn thành chuyển động tịnh tiến. Trường 
hợp (a): Khi trục vít quay tròn tại chỗ, đai ốc 
tịnh tiến. Trường hợp (b): khi đai ốc cố định, 
trục vít quay tròn và tịnh tiến. Sau n vòng quay 
của trục vít với bước vít tx đai ốc tịnh tiến được 
một đoạn S = tx.n. 
6.2.3. CÁC LOẠI CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG TRONG MÁY CẮT KIM LOẠI 
a/ Truyền động vô cấp: Đây là truyền động cho ta tốc độ 
bất kỳ giữa 2 tốc độ giới hạn nmin và nmax. Trong máy cắt 
kim loại có một số cơ cấu truyền dẫn vô cấp sau: 
- Bánh đai côn - dây đai dẹt (a): ( )i D
D
n
n
= − =1
2
2
1
1 η ; 
D1, D2 - đường kính puli tương ứng với vị trí dây đai. 
- Bánh côn ma sát và con lăn (c): 
 ( )i D
D
n
n
= − =1
2
2
1
1 η ; 
D1, D2 - đường kính bánh côn tại vị trí con lăn. 
M
n1; Z1 
n2; Z2 
K
Zbv 
Truyền động trục vít-bánh vít 
n txS 
a/
n S
b/
H.6.3. Truyền động vô cấp 
a/ Bánh răng côn - đai dẹt; b/ Bánh côn ma sát và 
con lăn 
n2
I II
D1 D2
n1
b/
D1
D2
n1
n2 
cần gạt
I
II
a/
Truyền động đai Truyền động xích
TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG - LƯU ĐỨC HÒA 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG - 2007 
53
b/ Truyền động phân cấp: Là truyền động cho ta tốc độ nhất định giữa 2 tốc độ giới hạn nmin và nmax. 
Có các cơ cấu thay đổi tốc độ như sau: 
- Thay đổi tốc độ bằng bằng khối bánh răng di trượt 
Khối bánh răng di trượt dùng để thay đổi tốc độ giữa các 
trục. Tuỳ theo số lượng bánh răng di trượt nhiều hay ít, trục bị 
động sẽ nhận được các giá trị vòng quay khác nhau. Tại các vị 
trí ăn khớp của các cặp bánh răng sẽ cho ta một tỷ số truyền i 
tương ứng: 
iII1 = Z1/Z3; iII2 = Z2/Z4 
 nII1 = n1.Z1/Z3; nII2 = n1.Z2/Z4 
- Cơ cấu thay đổi tốc độ bằng ly hợp vấu 
Trong cơ cấu thay đổi tốc độ bằng ly hợp vấu các bánh 
răng Z1, Z2 không di trượt mà chúng chỉ truyền chuyển động 
quay cho trục bị động II khi được khớp vào ly hợp M. Khi gạt 
ly hợp M sang trái hoặc sang phải ta sẽ có các tỷ số truyền: 
i1 = Z1/Z3 và i2 = Z2/Z4. 
- Cơ cấu Noóctông: Trên trục chủ động có một khối 
bánh răng hình tháp có số răng từ Z1÷Z6 nhận cùng một số 
vòng quay n1. 
Để truyền sang trục bị động II cần có bánh răng trung 
gian Za luôn luôn ăn khớp với bánh di trượt Zb lắp trên trục II. 
Tại vị trí nhất định sẽ có i tương ứng: i
Z
Z
Z
Z
Z
Z
i
a
a
b
i
b
= =* 
Thường các giá trị số răng của mỗi bánh răng chênh lệch 
không nhiều nên vòng quay nII cũng chênh lệch rất ít. Cơ cấu 
này thích hợp để thực hiện thay đổi lượng S ở máy tiện. 
- Cơ cấu đảo chiều: Trong máy cắt kim loại thường sử dụng 2 loại cơ cấu đảo chiều cơ khí: đảo 
chiều bằng ly hợp (a) và đảo chiều bằng bánh răng di trượt (b). Theo nguyên tắc nếu số trục chẳn thì 
trục bị động quay ngược chiều với trục chủ động. Nếu số trục là số lẻ, trục bị động và trục chủ động 
quay cùng chiều. 
A
B C D Đ E
I
II
n1
n2
Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6
Za 
Zb 
X X X X X X
X 
H.6.6. Cơ cấu Nooctong 
I 
nIII
Z1 Z2 
Z4
II 
nI
Z3 
b/ 
1 2 
Za 
a/ 
III 
I
nIII
Z1 Z2 
Z4 
II
nI
Z3
b/
1 2 
Za 
b/
III
X X
X 
X X
X
H.6.7. Cơ cấu đảo chiều 
a/ Đảo chiều bằng ly hợp vấu; b/ Đảo chiều bằng bánh răng di trượt 
1 2
I
II
Z1 Z2
Z3 Z4
H.6.5.Thay đổi tốc độ bằng ly hợp vấu
xx 
n1
nII 
1 
2 
I
II
Z1 Z2
Z3 Z4
 H.6.4. Thay đổi tốc độ bằng cụm 
bánh răng di trượt
x x 
n1
nII
TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG - LƯU ĐỨC HÒA 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG - 2007 
54
H.6.12. Các công việc thực hiện trên máy tiện
c/ Truyền động gián đoạn 
 Trong máy cắt kim loại thường sử dụng cơ cấu 
Culít để truyền chuyển động tới - lui cho chuyển động 
chính dao cắt (máy bào ngang). Bánh răng 1, 2 và đĩa 3 
quay làm con trượt 8 sẽ trượt tới-lui trong rãnh trượt của 
tay quay 10 làm cho tay quay 10 lắc xung quanh tâm 0. 
Nhờ vậy bàn trượt 4 có gá dao 5 nhận được chuyển động 
qua-lại trên chi tiết 6 được gá trên bàn gá. 
d/ Xích truyền động 
 Xích tốc độ: giới thiệu một bộ truyền nhiều cấp 
tốc độ cho trục chính. Phương trình xích động được tính:
 nđc.i1.i2.i3.i4...in = nc 
6.2.4. MÁY TIỆN 
a/ Công dụng: Máy tiện là loại máy gia công cắt gọt phổ 
biến nhất trong các nhà máy cơ khí (40÷50%) bởi vì nó 
có thể gia công được nhiều bề mặt: mặt tròn xoay ngoài 
và trong; các mặt trụ, côn, hay định hình; các loại ren; 
mặt phẳng ở mặt đầu hay cắt đứt. Ngoài ra trên máy tiện 
có thể dùng để khoan lỗ, doa lỗ, mài, thậm chí gia công 
các mặt không tròn xoay nhờ các đồ gá... 
b/ Phân loại máy tiện 
- Căn cứ vào khối lượng của máy: 
+ Loại nhẹ ≤ 500 kg. Loại trung bình ≤ 4.000 kg 
+ Loại nặng ≤ 50 tấn. + Loại siêu nặng ≤ 400 tấn. 
- Căn cứ vào công dụng của máy: 
+ Máy tiện ren vít vạn năng dùng gia công các loại ren và các công việc khác. 
+ Máy tiện nhiều dao (Revonre): nhiều lưỡi dao cùng cắt một lúc trong cùng một thời gian. 
+ Máy tiện tự động và bán tự động. 
+ Máy tiện chuyên dùng: chỉ để gia công một số bề mặt nhất định, loại hình hạn chế. 
+ Máy tiện đứng hay tiện cụt: có mâm cặp lớn quay nằm ngang hay thẳng đứng để gia công các 
chi tiết có đường kính lớn đến 20 m. 
c/ Các bộ phận chính của máy tiện: 
1
10 
2 3
4 5
6
7
8 
9 
0
H.6.10. Cơ cấu Culít trong máy 
z1 
z2
z3 
z4 
z5 z6
z
k
nc
nđc 
đc 
X
X
X
X
H.6.11. Xích tốc độ 
A B 
C D
1
2
3
4
5
6
97 8
H.6.13. C¸c bé phËn chÝnh cña m¸y tiÖn 
TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG - LƯU ĐỨC HÒA 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG - 2007 
55
- Ụ trước (1): là một hộp kín có chứa bộ phận quan trọng là trục chính và hộp tốc độ. Phía dưới 
hộp trục chính là hộp xe dao (2) và hộp động cơ (3). 
- Ụ động (4): có thể di chuyển trên 
băng máy, có chứa mủi chống tâm để gá 
phôi khi tiện, cũng có thể lắp mũi khoan, 
khoét khi khoan hoặc khoét lỗ. 
- Hộp bàn xe dao (5): là bộ phận 
dịch chuyển được theo hướng dọc hoặc 
ngang để tạo ra lượng chạy dao (bước 
tiến) S. Phía trên bàn xe dao có bộ gá kẹp 
dao (6). 
- Thân máy (6): là bộ phận để gá 
đặt tất cả các bộ phận trên. Ngoài ra còn 
chứa thêm bộ phận làm nguội, thắp sáng, chứa phoi và các bảng hay cơ cấu điều khiển.