xác định độ cứng vững động của máy phay đứng bằng thực nghiệm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trong khuôn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu độ cứng vững động của máy phay đứng khi gia công th

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

VŨ VĂN KHƯƠNG

Tên luận văn:

“XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG VỮNG ĐỘNG CỦA MÁY PHAY ĐỨNG

Trang 2

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS Trần Văn Địch

Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định

Người thực hiện

Vũ Văn Khương

Trang 3

chân thành tới GS.TS Trần Văn Địch, người Thầy đã tận tình hướng dẫn Tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tiếp theo Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Khoa đào tạo Sau Đại Học, Khoa Cơ khí đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho Tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này

Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ Tôi trong suốt thời gian qua

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận văn

Vũ Văn Khương

Trang 4

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN CÔNG PHAY 3

1.1 Khái quát về quá trình cắt kim loại 3

1.2 Một số vấn đề về gia công phay 5

1.2.1 Khái niệm chung về cấu tạo dao phay 6

1.2.2 Các loại dao phay 8

1.2.3 Dao phay mặt đầu 11

1.2.3.1 Khái niệm về dao phay mặt đầu 11

1.2.3.2 Thông số hình học của dao phay mặt đầu 12

1.2.3.3 Các yếu tố của chế độ cắt khi phay và lớp kim loại bị cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu 14

1.2.3.4 Phay thuận và phay nghịch 20

1.2.4 Lực cắt trong quá trình phay bằng dao phay mặt đầu 21

1.2.4.1 Ý nghĩa của việc xác định lực cắt trong gia công cắt gọt 21

1.2.4.2 Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu 22

Trang 5

1.2.4.3 Xác định lực tiếp tuyến khi phay bằng dao phay bằng dao phay

mặt đầu 24

1.2.5 Xác định công suất cắt 26

1.2.6 Ảnh hưởng của các yếu tố khác đến lực cắt khi phay 27

1.2.6.1 Ảnh hưởng của vị trí tương quan giữa dụng cụ và chi tiết gia công 27

1.2.6.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt khi phay 27

1.2.6.3 Ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt khi phay 28

1.2.6.4 Ảnh hưởng của vật liệu làm dao và vật liệu gia công đến lực cắt khi phay 28

1.2.6.5 Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt trong quá trình phay 29

1.2.7 Hiện tượng mài mòn của dao phay mặt đầu khi cắt 29

1.2.7.1 Sự mòn của dao 29

1.2.7.2 Các cơ chế mài mòn lưỡi cắt của dụng cụ gia công 31

1.2.7.3 Quá trình mòn dụng cụ cắt 34

1.2.7.4 Tiêu chuẩn mòn dụng cụ 35

1.2.7.5 Độ mòn của dao phay mặt đầu 37

1.3 Những hiện tượng vật lí xảy ra trong quá trình phay 38

1.3.1 Nhiệt cắt 38

1.3.2 Hiện tượng rung động trong quá trình cắt 40

1.3.3 Hiện tượng cứng nguội trong quá trình gia công 40

1.4 Tuổi bền và tốc độ cắt khi phay 41

1.5 Giới thiệu máy phay đứng NIIGATA 2UMB 42

Trang 6

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐỘ CỨNG VỮNG CỦA HỆ THỐNG CÔNG

NGHỆ 45

2.1 Lý thuyết độ cứng vững 45

2.2 Ảnh hưởng của biến dạng hệ thống công nghệ đến sai số gia công khi phay trên máy phay đứng 51

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG VỮNG ĐỘNG CỦA MÁY PHAY ĐỨNG 53

3.1 Cơ sở thí nghiệm 53

3.2 Mô hình xác định độ cứng vững động bằng thực nghiệm 53

3.3 Thực nghiệm và xử lý số liệu 55

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 61

Kết luận chung 61

Kiến nghị 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC

Trang 7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

a: chiều dày cắt

a i : chiều dày cắt tức thời của răng thứ i

a M : chiều dày cắt tại điểm M

a tb: chiều dày cắt trung bình

b: chiều rộng lớp cắt

B: chiều rộng phay

C: hệ số phụ thuộc vật liệu gia công và trị số góc trước của dao

D: đường kính chi tiết gia công

f i: diện tích lớp cắt của răng thứ i

Trang 8

p i : lực cắt của răng thứ i tham gia cắt

P y: lực tác dụng theo phương hướng kính

t: chiều sâu phay

T: tuổi bền của dao

v: tốc độ cắt

y: lượng chuyển vị của mũi dao theo phương tác dụng lực

Z: số răng dao

α: góc sau đo trong tiết diện vuông góc với trục dao

α n: góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với mặt sau và mặt tiếp xúc tại điểm trên lưỡi cắt chính, đo trong tiết diện chính

γ: góc trước đo trong tiết diện chính

γ 1: góc hướng kính

γ 2: góc hướng trục

λ: góc nâng của lưỡi cắt chính

Trang 9

φ: góc nghiêng chính

ψ: góc tiếp xúc

θ i : góc tiếp xúc tức thời tại điểm đang xét của răng thứ i

: độ mềm dẻo

Trang 10

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1.1 Thông số của máy phay NIIGATA 2UMB 42

Bảng 3.1 Quan hệ giữa lực cắt P 0 , chuyển vị y và độ cứng vững J khi lượng

Trang 11

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1.1 Mô hình tác động trong quá trình tạo phoi 3

Hình 1.2 Các bề mặt gia công và các loại dao trên máy phay 5

Hình 1.3 So sánh dao tiện và răng dao phay 7

Hình 1.4 Dao phay gắn mảnh hợp kim cứng 9

Hình 1.5 Cấu tạo và thông số của dao phay mặt đầu 13

Hình 1.6 Chiều sâu cắt t 0 15

Hình 1.7 Chiều sâu phay t khi phay đối xứng 17

Hình 1.8 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu 18

Hình 1.9 Sơ đồ phay 21

Hình 1.10 Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu 23

Hình 1.11 Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ 30

Hình 1.12 Sơ đồ mòn dao phay mặt đầu 37

Hình 1.13 Hình ảnh máy phay NIIGATA - Model 2UMB 42

Hình 2.1 Sơ đồ phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu trên máy phay đứng51 Hình 3.1 Sơ đồ đo chuyển vị tương đối giữa dao và phôi khi phay 55

Hình 3.2 Đồ thị thể hiên mối quan hệ giữa lượng biến dạng y với số vòng quay trục chính n và lượng chạy dao phút S M 59

Hình 3.3 Đồ thị thể hiên mối quan hệ giữa độ cứng vững J với số vòng quay trục chính n và lượng chạy dao phút S M 60

Trang 12

LỜI NÓI ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Kể từ khi có sự xuất hiện của máy móc, lao động tay chân của con người dần được thay thế, cũng chính vì thế mà năng suất lao động được cải thiện Theo thời gian, các máy móc dần dần được cải tiến nhằm đáp ứng tốt hơn nhu cầu tạo ra của cải, vật chất cho xã hội

Trong ngành cơ khí chế tạo máy cũng vậy, máy công cụ đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo ra các chi tiết máy Thực tế cho thấy, các chi tiết thu được sau khi gia công thường có sai số Sai số này là một trong những vấn

đề đáng quan tâm của các nhà thiết kế Nguyên nhân gây ra sai số đó có rất nhiều, một trong các nguyên nhân đó là độ cứng vững của hệ thống công nghệ Độ cứng vững của hệ thống công nghệ thấp có thể gây nên hiện tượng mất ổn định trong quá trình gia công, làm sứt mẻ dụng cụ cắt, hỏng bề mặt chi tiết gia công

Trước đây đã có nhiều luận văn cao học như: Vũ Xuân Cúc [2] nghiên cứu ảnh hưởng do biến dạng của hệ thống công nghệ dưới tác dụng của lực cắt đến sai số gia công, Nguyễn Tiến Đông [6] nghiên cứu mối quan hệ giữa rung động và chế độ cắt, khả năng gãy của dụng cụ cắt trong quá trình gia công kim loại trên máy phay CNC, Luyện Duy Tuấn [16] nghiên cứu độ cứng vững của máy phay đứng khi gia công thép 45 Xuất phát từ phần kiến nghị

[16], tác giả chọn đề tài “XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG VỮNG ĐỘNG CỦA MÁY PHAY ĐỨNG BẰNG THỰC NGHIỆM”

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi của đề tài

Mục đích của đề tài là xác định được độ cứng vững động của máy phay đứng

Trang 13

Trong khuôn khổ của đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu độ cứng vững động của máy phay đứng khi gia công thép 45 chưa nhiệt luyện khi tốc độ cắt thay đổi

3 Ý nghĩa của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Kết quả của nghiên cứu làm sáng tỏ lý thuyết độ cứng vững

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả của nghiên cứu có thể ứng dụng vào thực tiễn sản xuất nhằm nâng cao độ chính xác của chi tiết khi gia công trên máy phay đứng

4 Phương pháp nghiên cứu

- Dựa trên cơ sở lý thuyết về cắt gọt kim loại và lý thuyết về độ cứng vững;

- Xây dựng mô hình thí nghiệm;

- Xử lý dữ liệu thu được bằng phần mềm

Trang 14

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN CÔNG PHAY

1.1 Khái quát về quá trình cắt kim loại

Cắt kim loại là quá trình tách khỏi bề mặt phôi những lớp kim loại để tạo thành phoi và cuối cùng nhận được chi tiết có hình dáng, kích thước phù hợp với những yêu cầu kỹ thuật đã qui định

Đồng thời với quá trình tạo phoi, lực cắt, nhiệt cắt được sinh ra Chúng tác động vào dụng cụ cắt, quyết định tính chất, mức độ mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt Bên cạnh đó, lực cắt, nhiệt cắt còn tác động đến chi tiết gia công

và có ảnh hưởng đến chất lượng, độ chính xác bề mặt gia công Quá trình tạo

phoi khi cắt được phân tích kỹ trong vùng tác động như hình 1.1

Hình 1.1 Mô hình tác động trong quá trình tạo phoi

Vùng biến dạng thứ nhất (1): là vùng vật liệu phôi nằm trước mũi dao,

được giới hạn giữa vùng vật liệu phoi và vùng vật liệu phôi Dưới tác dụng của lực cắt động, trước hết trong vùng này xuất hiện biến dạng dẻo Khi ứng suất do lực tác động gây ra vượt quá giới hạn cho phép của kim loại thì xuất hiện sự trượt và phoi được hình thành

Vùng ma sát trượt thứ nhất (2): là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt

Trang 15

Vùng ma sát thứ hai (3): là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của dao

Vùng tách (4): là vùng bắt đầu quá trình tách kim loại khỏi phôi để tạo

thành phoi

Quá trình cắt kim loại được thực hiện bằng các dụng cụ cắt có lưỡi cắt như: dao tiện, dao phay, dao chuốt, mũi khoan… Chúng được thực hiện trên các máy cắt kim loại như : máy tiện , máy phay , máy khoan… Để thực hiện một quá trình cắt nào đó cần thiết phải có hai chuyển động là chuyển động cắt chính và chuyển động chạy dao:

- Chuyển động cắt chính là chuyển động cơ bản để tạo ra phoi Nó tiêu

thụ công suất lớn nhất trong quá trình cắt Chuyển động cắ t chính có thể là chuyển động quay tròn hoặc tịnh tiến của phôi hoặc của dụng cụ cắt Chuyển động chính là chuyển động tạo ra tốc độ cắt

- Chuyển động chạy dao là chuyển động cần thiết để duy trì quá trình

cắt Chuyển động chạy dao có thể xảy ra liên tục hoặc gián đoạn Tốc độ của chuyển động cắt chính luôn lớn hơn tốc độ của chuyển động chạy dao

Trong quá trình cắt kim loại, phôi và dao được kẹp chặt trên máy, các bề mặt mới được hình thành do các lớp bề mặt bị biến dạng và được hớt dần với

sự tạo thành phoi Khi cắt vật liệu dẻo, người ta phân biệt các giai đoạn hình thành phoi như sau: khi mới bắt đầu cắt, dao và chi tiết tiếp xúc với nhau, sau

đó lưỡi dao ăn sâu vào kim loại và làm vật liệu bị dồn ép Sự lún sâu của lưỡi dao vào vật liệu sẽ thắng lực liên kết giữa lớp kim loại bị hớt đi và phần kim loại còn lại Hiện tượng này dẫn đến sự trượt phân tử phoi đầu tiên Sau đó dao tiếp tục chuyển động và tách những phân tử phoi tiếp theo khỏi kim loại chính Từ đó phoi được hình thành và thực hiện quá trình cắt gọt

Trang 16

1.2 Một số vấn đề về gia công phay

Phay là một trong những phương pháp cắt kim loại được sử dụng rộng

rãi nhất và cho năng suất cao nhất Khi phay, dụng cụ cắt quay tròn tạo ra chuyển động cắt chính, chuyển động chạy dao thường do bàn máy đảm nhiệm, cũng có khi do cả dao và máy kết hợp

Hình 1.2 Các bề mặt gia công và các loại dao trên máy phay

a) Dao phay trụ; b) Dao phay đĩa và dao phay rãnh; c) Dao phay ngón;

d, e) Dao phay mặt đầu; g) Dao phay định hình; h) Dao phay cắt đứt

Khác với tiện và khoan, các lưỡi cắt của dao phay không tham gia cắt liên tục do vậy mà phoi ng ắn hơn, gián đoạn nên xuất hiện lực va đập Tuy nhiên ở trường hợp này nhiệt có điều kiện phân tán tốt nên k hả năng chịu bền nhiệt của dao lớn hơn

Trang 17

Ở nguyên công phay có thể gia công được nhiều bề mặt khác nhau bằng

các phương pháp và ứng với các loại dao phay khác nhau (hình 1.2)

Dao phay có cấu tạo bởi nhiều lưỡi cắt nên lực cắt dao động và lưỡi cắt chịu va đập gây ra rung động trong quá trình phay, vì thế máy phay phải có độ bền vững cao Dao phay có nhiều loại khác nhau tùy theo công nghệ và theo công dụng như: dao phay trụ, dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay ngón, dao phay lăn răng, dao phay định hình…

Dao phay có thể được chế tạo liền hoặc rời phần thân và phần cắt Trong trường hợp này các mảnh dao còn gọi là các mảnh quay được chế tạo theo tiêu chuẩn và được kẹp vào đầu dao nhờ cơ cấu kẹp chặt bằng vít Mỗi mảnh quay có thể có nhiều lưỡi cắt

1.2.1 Khái niệm chung về cấu tạo dao phay

Quá trình phay được thực hiện bằng một loại dụng cụ cắt mà ta gọi là dao phay Các răng của dao phay có thể được bố trí trên bề mặt hình trụ và cũng có thể nằm ở mặt đầu Mỗi một răng của dao phay là một lưỡi dao tiện

đơn giản (hình 1.3) Thông thường thì dao phay là dụng cụ cắt có nhiều răng,

nhưng đôi khi người ta sử dụng dao phay có một răng duy nhất Phần cắt của dao phay có thể được chế tạo từ thép các bon, thép gió, hợp kim cứng hoặc vật liệu sứ

Trang 18

Hình 1.3 So sánh dao tiện và răng dao phay

Bề mặt, lưỡi cắt và các yếu tố khác của dao phay có những tên gọi sau đây (tương tự như các dao tiện):

Mặt trước của răng 1, là bề mặt theo đó phoi thoát ra;

Mặt sau của răng 4, là bề mặt hướng vào mặt cắt trong quá trình gia

công;

Lưng của răng 5, là bề mặt tiếp giáp với mặt trước của một răng và mặt

sau của răng cạnh đó;

Mặt phẳng đầu, là mặt phẳng vuông góc với trục của dao phay;

Mặt phẳng tâm, là mặt phẳng đi qua trục của dao và một điểm quan sát

trên lưỡi cắt của nó;

Lưỡi cắt 2, là giao tuyến của hai mặt trước và sau của răng

Lưỡi cắt chính là lưỡi cắt thực hiện công việc chính trong quá trình gia

công Ở dao phay hình trụ, lưỡi cắt chính có thể là thẳng (theo đường sinh của hình trụ), nghiêng so với đường sinh hoặc có dạng đường xoắn ốc

Ở dao phay mặt đầu cũng giống như dao tiện, người ta phân biệt:

Lưỡi cắt chính, là lưỡi cắt nghiêng một góc so với trục của dao phay;

Trang 19

Lưỡi cắt phụ, là lưỡi cắt nằm ở mặt đầu của dao phay;

Lưỡi cắt chuyển tiếp, là lưỡi cắt nối giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ

với nhau

Người ta phân biệt các thành phần của dao như sau:

Chiều cao h là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đáy của rãnh, đo trong tiết

diện hướng kính vuông góc với đường tâm của dao;

Bề rộng mặt sau của răng là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đường giao

nhau của mặt sau với lưng của răng đo trong phương vuông góc với lưỡi cắt

(mép 3 hình 1.3);

Bước vòng của răng là khoảng cách giữa các điểm tương ứng trên lưỡi

cắt của hai răng liền nhau, được đo theo cung tròn với tâm nằm trên trục dao

và trong mặt phẳng vuông góc với trục này Bước vòng của dao có thể bằng nhau hoặc không bằng nhau;

Lượng hớt lưng k là khoảng cách hạ thấp của đường cong hớt lưng giữa

hai lưỡi cắt của hai răng kề nhau;

Rãnh là đường lõm xuống dùng để thoát phoi, rãnh được tạo thành giữa

mặt trước của một răng với mặt sau và lưng của răng bên cạnh Rãnh chia ra làm hai loại: rãnh thẳng và rãnh xoắn ốc

1.2.2 Các loại dao phay

Dao phay có nhiều kiểu , nhiều dạng nhất so với các loại dụng cụ cắt khác Chúng được phân loại như sau:

Theo kết cấu của răng: dao phay răng nhọn, dao phay hớt lưng;

Theo cách phân bố răng so với trục dao: dao phay trụ, dao phay góc, dao

phay mặt đầu, dao phay định hình;

Trang 20

Theo dạng răng: dao phay răng thẳng , dao phay răng nghiêng, dao phay

răng cong, dao phay răng xoắn, dao phay góc;

Theo profin răng: dao phay ren, dao phay đĩa mô đuyn, dao phay vấu mô

đuyn, dao phay lăn răng, dao phay rãnh;

Theo kết cấu dao: dao phay răng liền, dao phay răng chắp;

Theo phương pháp kẹp dao : Dao phay trụ ngang (có lỗ để lắp trục gá ),

dao phay trụ đứng (có cán trụ hoặc cán côn)

Xét về mặt kết cấu của dao , chúng có ảnh hưởng lớn tới khả năng làm việc của dao và hiệu quả sử dụng Ngày nay, với sự phát tr iển của công nghệ vật liệu cho phép tạo ra các loại dao phay răng chắp (dao gắn mảnh hợp kim cứng), các mảnh hợp kim cứng được kẹp trên thân dao (khi mòn ta chỉ việc

thay thế các mảnh mới) Hình 1.4 môt tả dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim

cứng

Hình 1.4 Dao phay gắn mảnh hợp kim cứng

Nhờ kẹp bằng cơ khí, cho phép xoay các mảnh hợp kim cứng, mà thay đổi các lưỡi cắt và cho phép sử dụng dao phay không cần mài lại Sau khi các mảnh này bị mòn hết, ta chỉ việc thay nhanh các mảnh mới Thời gian để hồi

Trang 21

phục dao phay giảm xuống rất nhiều Nhà máy chế tạo dao cung cấp cho mỗi dao 8 – 10 bộ mảnh thay thế

So với các mảnh hàn phải mài, việc sử dụng các mảnh thay thế có những

ưu điểm sau đây:

- Tuổi bền cao hơn (cao hơn 30%) do dao không phải hàn và mài lại (quá trình mài lại làm giảm tính chất cắt của hợp kim cứng);

- Thay đổi nhanh;

- Có thể sử dụng hợp kim cứng, có khả năng chống mòn cao (loại hợp kim này dễ bị nứt khi hàn và mài lại);

- Có khả năng mạ một lớp hợp kim chống mòn (các bít titan, nitrit titan);

- Tăng nhanh phần trăm hoàn lại khi mài của lớp hợp kim (từ 15-20% đối với dụng cụ hàn, lên tới 90%) đối với dụng cụ dùng mảnh hợp kim thay thế;

- Giảm thời gian phụ cần thiết để thay đổi và điều chỉnh dao mòn;

- Giảm số loại dao, đơn giản trong việc trang bị dụng cụ;

- Có khả năng tập trung sản xuất các bộ phận, thay thế cho các loại dụng cụ khác nhau (dao tiện, dao phay, dao chuốt…);

- Các kích thước và thông số hình học của dao được cố định, điều này đặc biệt quan trọng đối với các máy điều khiển theo chương trình số

Các mảnh hợp kim cứng có lỗ tròn được lắp lỏng trên chốt và dùng đinh vít kẹp chặt xuống mặt tựa của dao Kết cấu của dao phay cho phép sử dụng toàn chu vi phần cắt của các mảnh hợp kim Nếu sử dụng hợp lý và độ mòn

lần quay của mảnh hợp kim là 10 – 12 khi phay tinh và nửa tinh; 6 – 7 khi

Trang 22

phay thô Sau khi mảnh hợp kim bị mòn hết, người ta thay thế các mảnh mới Mỗi dao phay có 8 – 10 bộ mảnh hợp kim cứng thay thế

1.2.3 Dao phay mặt đầu

1.2.3.1 Khái niệm về dao phay mặt đầu

Dao phay mặt đầu được dùng để gia công các mặt phẳng trên máy phay đứng và máy phay ngang Dao phay mặt đầu khác dao phay hình trụ ở chỗ răng của dao phay mặt đầu nằm ở cả bề mặt trụ và mặt đầu Theo kết cấu, dao phay mặt đầu chia ra làm hai loại: dao liền và dao chắp có răng lớn và răng

bé Ưu điểm của dao phay mặt đầu so với dao phay trụ là:

- Có độ cứng vững cao hơn khi kẹp nó trên trục chính của máy;

- Quá trình làm việc êm hơn vì nhiều răng cùng làm việc đồng thời Đối với d ao phay mặt đầu có các lưỡi dao bằng mảnh hợp kim cứng được sử dụng rất rộng rãi Phay mặt phẳng bằng loại dao này có năng suất cao hơn so với dao phay hình trụ Khi phay bằng dao phay mặt đầu người ta dễ dàng sử dụng được dao cắt được chế tạo từ vật liệu có độ bền cao dưới dạng các dao phay răng chắp Chính vì thế khi gia công mặt phẳng người ta thường

sử dụng dao phay mặt đầu Khác với dao tiện làm việc liên tục, lưỡi cắt của dao phay mặt đầu làm việc gián đoạn và chịu va đập với tần số va đập bằng tấn số góc của trục chính (phay bề mặt liên tục) và chịu va đập lớn nhất khi phay thuận Do đó, trong suốt quá trình ở môi trường làm việc cao, lưỡi cắt của dao phay thường bị sứt, vỡ Sự phá hỏng lưỡi cắt này xảy ra không đều trên các răng Các vết nứt thường lớn nên mài rất khó Hơn nữa, dao phay là dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt nên đòi hỏi khá cao về vị trí tương quan của các lưỡi cắt so với tâm dao

Đối với dao phay liền, việc mài sắc dao phay phải được thực hiện trên đồ

gá chuyên dùng và máy mài sắc vạn năng Từ các nguyên nhân trên đây ta

Trang 23

thấy việc sử dụng dao phay có kết cấu liền hoặc hàn là không hợp lí Hiện nay trên thế giới đã có nhiều những mảnh dao phay mặt đầu ghép vào thân bằng các kết cấu khác nhau (chủ yếu ghép bằng cơ khí)

So với dao phay liền hoặc dao phay hàn thì dao phay mặt đầu ghép mảnh

có các ưu điểm sau:

- Cơ tính cắt của các lưỡi cắt cao hơn và cho phép sử dụng các mảnh dao có độ bền cao;

- Tiết kiệm được vật liệu quý hiếm;

- Thay thế, phục hồi đơn giản, thuận tiện;

- Hiệu quả kinh tế cao

Chọn đối tượng nghiên cứu dao phay mặt đầu răng chắp là trường hợp tổng quát, có khả năng đáp ứng và đón đầu sự phát triển của nguyên công phay

1.2.3.2 Thông số hình học của dao phay mặt đầu

Ngoài một số có kết cấu tương tự như dao phay trụ răng xoắn, dao phay mặt đầu còn có một số các thông số và đặc điểm kết cấu khác:

Mỗi răng của dao phay mặt đầu thép gió có ba lưỡi cắt (hình 1.5 a) Khi

phay bằng mặt đầu thì lưỡi 2 – 3 là lưỡi cắt chính, lưỡi 3 – 4 là lưỡi cắt phụ, còn lưỡi 2 – 1 không làm việc Khi phay mặt phẳng thẳng đứng bằng lưỡi trên mặt trụ thì chỉ có một lưỡi 1 – 2 tham gia cắt Lúc này dao làm việc giống như dao phay trụ và vai trò của góc γ2 giống góc ω

Đối với dao phay mặt đầu làm bằng hợp kim cứng thường làm bằng răng

chắp, lúc đó phần cắt răng dao phay giống như dao tiện (hình 1.5 b) Nó chỉ

có một lưỡi cắt chính và một lưỡi cắt phụ

Trang 24

Hình 1.5 Cấu tạo và thông số của dao phay mặt đầu

Ngoài ra để tăng sức bền của lưỡi cắt và tuổi bền của dao, người ta làm thêm một lưỡi cắt nối tiếp có chiều dài f0 bằng khoảng 1-1,5 mm với góc

nghiêng hoặc thay bằng cung tròn có bán kính r (hình 1.5 c)

Góc  và n được đo trong tiết diện chính A-A

Góc  tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với mặt trước và mặt đáy đi qua điểm đó, đo trong tiết diện chính (mặt đáy là mặt phẳng chứa trục dao và điểm đang xét)

Góc n tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với mặt sau và mặt tiếp xúc tại điểm đó, đo trong tiết diện chính

Góc hướng kính 1 là góc gồm giữa tiếp tuyến với vết của mặt trước và phương hướng kính tại một điểm của lưỡi cắt đo trong tiết diện mặt đầu

Trang 25

Góc hướng trục 2 là góc gồm giữa tiếp tuyến với mặt trước và phương hướng kính tại một điểm của lưỡi cắt và phương hướng trục đo trong tiết diện chứa véc tơ tốc độ cắt và song song với trục dao phay đo trong tiết diện đó Mối quan hệ được biểu diễn bằng các biểu thức sau:

tg

Ở đây:

: góc nâng của lưỡi cắt chính;

α : góc sau đo trong tiết diện vuông góc với trục dao

1.2.3.3 Các yếu tố của chế độ cắt khi phay và lớp kim loại bị cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

- Chiều sâu cắt t 0: là kích thước lớp kim loại được cắt đi ứng với một lần chuyển dao, đo theo phương vuông góc với bề mặt gia công

Trang 26

Hình 1.6 Chiều sâu cắt t 0

- Tốc độ cắt v : được tạo thành từ chuyển động chính – là chuyển động

tương đối đơn giản của dụng cụ cắt và chi tiết gia công, thường được thực

hiện với tốc độ lớn nhất và gây nên quá trình cắt gọt Tốc độ cắt v – là quãng

đường (đo bằng mét) mà một điểm trên lưỡi cắt chính ở cách trục quay xa nhất đi được trong một phút

Để xác định quãng đường mà điểm đó đi được trong một phút, cần phải nhân quãng đường đi được sau một vòng với số vòng quay của dao trong một phút, tức là Dn(mm/ph) Nếu tốc độ cắt biểu thị bằng m/ph, thì công thức tính tốc độ cắt có dạng sau:



1000

- Lượng chạy dao S: là chuyển động tương đối của dụng cụ và chi tiết

gia công được thêm vào chuyển động chính và tạo điều kiện đưa vùng gia công lan ra toàn thể bề mặt gia công Chuyển động chạy dao có thể liên tục và

Trang 27

Khi phay, người ta phân biệt các dạng lượng chạy dao như sau: lượng

chạy dao một răng S z , lượng chạy dao một vòng S v và lượng chạy dao trong

một phút S M Theo phương cắt, người ta còn phân biệt lượng chạy dao dọc, lượng chạy dao ngang, lượng chạy dao thẳng đứng

Lượng chạy dao răng S z (mm/răng) – là lượng chuyển dịch của bàn máy

mang chi tiết so với dao khi dao quay được một răng;

Lượng chạy dao một vòng quay của dao phay S v (mm/vòng) – là lượng

chuyển dịch của bàn máy mang chi tiết so với dao sau một vòng quay của dao phay Lượng chạy dao một vòng bằng lượng chạy dao răng nhân với số răng của dao phay:

Z S

Lượng chạy dao phút S M (mm/ph) – là lượng dịch chuyển tương đối của

bàn máy mang chi tiết so với dao trong một phút Lượng chạy dao phút bằng lượng chạy dao một vòng nhân với số vòng trong một phút

Z v

M n S n Z S

- Chiều sâu phay t: là kích thước lớp kim loại được cắt đo theo phương

vuông góc với trục của dao phay ứng với góc tiếp xúc  Khi phay bằng dao phay mặt đầu thì:

Phay không đối xứng chiều sâu phay t được đo ứng với cung chắn góc

tiếp xúc  (hình 1.6)

Phay đối xứng thì thì chiều sâu phay t bằng chiều rộng chi tiết (hình 1.7)

Trang 28

Hình 1.7 Chiều sâu phay t khi phay đối xứng

- Chiều rộng phay B: là kích thước lớp kim loại được cắt đo theo

phương chiều trục của dao phay Khi phay bằng dao phay mặt đầu thì chiều

rộng phay bằng chiều sâu cắt t 0 (B = t 0)

- Góc tiếp xúc ψ: là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc giữa dao và

(1.10)

Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:

) 1

2 arcsin(



D t



- Chiều dày cắt a: sau khi bàn máy dịch chuyển một lượng S z thì quỹ

đạo của lưỡi cắt dịch chuyển một đoạn từ vị trí 1 đến vị trí 2 và lưỡi dao cắt một lớp kim loại có chiều dày a M Theo sơ đồ ở hình 1.8

 sin

z S

Trang 29

Thay (1.13) vào (1.12) ta đƣợc kết quả:



 cos sin

z

M S

Hình 1.8 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

Mỗi răng lần lƣợt tham gia cắt ở tiết diện B – B ứng với

  , khi răng dao thoát khỏi vùng tiếp xúc

Tại tiết diện B–B với

2



  thì:

2 cos sin

z Min S

Tại tiết diện A–A với   0 thì:



sin

z Max S

Trang 30

Tại tiết diện C–C với

2



   thì:

2 cos sin

z Min S

Vì chiều dày cắt biến động nên ta phải tính giá trị trung bình Gần đúng

ta coi chiều dày cắt trung bình tại vị trí ứng với

4



  của cung tiếp xúc:

4 cos sin

D

t S

i a b

Trang 31

Mặt khác theo (1.14) ta có: a i S z sin  cos i và

 sin

tb

.



1.2.3.4 Phay thuận và phay nghịch

Tùy theo chiều quay và hướng tiến của dao phay người ta phân biệt hai loai: phay thuận và phay nghịch

Phay thuận là quá trình phay khi chiều chuyển động của dao phay và chi

tiết trùng nhau (các dạng này không nghiên cứu sâu)

Phay nghịch là quá trình phay khi chiều chuyển động của dao phay và

của chi tiết ngược chiều nhau

Trang 32

Hình 1.9 Sơ đồ phay

a) phay thuận; b) phay nghịch

1.2.4 Lực cắt trong quá trình phay bằng dao phay mặt đầu

1.2.4.1 Ý nghĩa của việc xác định lực cắt trong gia công cắt gọt

Việc tiến hành nghiên cứu lực cắt là rất quan trọng Từ lực cắt, ta có thể tính đƣợc công suất tiêu hao trong quá trình cắt

Thông qua lực cắt, ta có thể đánh giá đƣợc tính gia công của các vật liệu tạo cơ sở xác định chế độ cắt tối ƣu cho các vật liệu gia công khác nhau ứng với các loại vật liệu dụng cụ cắt khác nhau

Xác định đƣợc lực cắt chính xác, cho phép tối ƣu hóa thiết kế hệ thống công nghệ, tính và đƣa ra đƣợc giải pháp và giảm đƣợc độ rung động trong quá trình cắt, qua đó nâng cao đƣợc độ chính xác gia công

Lực cắt khi phay đạt giá trị rất lớn nên đòi hỏi các máy phay có công suất lớn, đặc biệt là máy phay nhiều trục chính

Lực cắt là nguyên nhân gây biến dạng mà đặc trƣng là: “Độ cứng vững

Trang 33

1.2.4.2 Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

Đối với dao phay mặt đầu, vị trí tương đối giữa dao và chi tiết có ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ giữa các lực thành phần Cũng như dao phay trụ ta có thể

phân tích lực tổng hợp R nằm trong mặt phẳng vuông góc với đường tâm dao khi phay ra các lực như sau: P z ; P r ; P n ; P d ; P 0

Ta có thể phân tích mối quan hệ giữa các lực thành phần với lực vòng P z

P d = (0,9 ÷ 1,0)P z

P 0 = (0,5 ÷ 0,55)P z

Trang 34

Hình 1.10 Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

a) Phay đối xứng; b) phay không đối xứng

Khi phay không đối xứng theo dạng phay nghịch:

Trang 35

trục gá dao và các ổ trục chính của máy Lực P d vuông góc với phương chuyển động, đối với phay mặt đầu (không đối xứng) gây nên các biến đổi cơ

tính lớp bề mặt gia công Khi phay mặt đầu, giá trị lực P d được xác định tính toán lực kẹp chi tiết khi gia công

Thành phần lực nằm song song với phương chạy dao P n còn được gọi là lực chạy dao Tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác dụng tăng hay khử độ dơ của cơ cấu truyền động vít me đai ốc Khi tính toán đồ gá kẹp chi tiết và cơ cấu chạy dao người ta dựa theo lực này

Trong quá trình cắt, lực cắt tác dụng lên từng răng luôn luôn thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi của diện tích cắt Ta có thể tính các lực thành phần tức thời tác dụng lên từng răng dao tham gia cắt trong cung tiếp xúc  Tổng các thành phần lực cùng tên đó chính là lực tác dụng lên toàn thân dao trong những phương xác định

Trong trường hợp tổng quát khi phương của lưỡi cắt dao phay mặt đầu

hợp với phương trục dao một góc là ω thì lúc này lực cắt tổng quát Q sinh ra

trong quá trình cắt được biểu diễn như sau:

0

P R

Trong đó:

P 0: lực theo phương dọc trục của dao phay Lực này có tác dụng đẩy dao phay lên khỏi mặt gia công, tác dụng lên ổ đỡ của đầu trục máy phay Trong thực tế thì thành phần này ảnh hưởng lớn đến quá trình gia công nên trong quá trình nghiên cứu thường đề cập đến thành phần lực này

1.2.4.3 Xác định lực tiếp tuyến khi phay bằng dao phay bằng dao phay mặt đầu

Cơ sở thành lập công thức tính lực đối với dao phay mặt đầu cũng giống như dao phay trụ răng thẳng:

Trang 36

q ;

i

f i a i.b i B.S z cos i ; a i S z sin  cos i

Thay (1.34) vào (1.33) ta có lực cắt ứng với răng thứ i tham gia cắt:

) 1 (

cos )

.(sin

i m

z m

z m S B

C P

1

1 )

1 (

cos sin

.

Trong đó:

C: hệ số phụ thuộc vật liệu gia công và trị số góc trước của dao;

a i : chiều dày cắt tức thời của răng thứ i (mm);

B: chiều rộng phay (mm);

i

 : góc tiếp xúc tức thời tại thời điểm đang xét của răng thứ i nào

đó trong cung tiếp xúc;

m: số mũ (m<0) nói lên mức độ ảnh hưởng của chiều dày cắt a

đến lực cắt, phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, độ mòn dao và dung

dịch trơn nguội Các giá trị C và m có thể lấy gần đúng theo bảng

Lực cắt tiếp tuyến có giá trị thay đổi trong quá trình cắt và chỉ trong trường hợp phay ổn định tại điều kiên biết trước, các dao động của lực cắt sẽ

rất nhỏ Giá trị của các lực này tiến gần đến giá trị trung bình của chúng P ztb Xuất phát từ công thức (1.33) và (1.34) ta có:

Trang 37

tb m tb ztb C a F

.

sin 2

m z m ztb

D

t S Z B C P

v P

m m

m z m c

D

t S n Z B C N

10 12 , 6

sin 2

7

) 1 ( 1

P x q y

z p

z C B Z S t D

N N

N x q y

z N

p

C C

 ; x Pm 1; y Pm 1; q P m 1

m

m m

N

C C





7

10 12 , 6

sin 2

 ; x N m 1; y N m 1; q N  m

Trang 38

Các hệ số tính toán được cho dưới dạng bảng ứng với vật liệu gia công

và vật liệu làm dao, cũng như các điều kiện gia công cụ thể Các hệ số này có thể tra trong sổ tay công nghệ

1.2.6 Ảnh hưởng của các yếu tố khác đến lực cắt khi phay

1.2.6.1 Ảnh hưởng của vị trí tương quan giữa dụng cụ và chi tiết gia công

Trong quá trình phay bằng dao phay mặt đầu, vị trí tương quan giữa dao

và chi tiết gia công có ảnh hưởng đáng kể đến lực cắt sinh ra Thể hiện rõ nhất

là đối với lực chạy dao tại các vị trí khác nhau của răng dao so với chi tiết gia công kể từ lúc răng dao bắt đầu vào cắt cho đến khi ra cắt

Đặc biệt khi làm việc một răng có dao động lực P n và cung tiếp xúc lớn Lúc này lực bước tiến thay đổi không những về giá trị và còn về dấu, điều này còn ảnh hưởng đến tuổi thọ của dao và chất lượng bề mặt gia công

1.2.6.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt khi phay

Trên cơ sở công thức (1.41) ta có thể đưa ra các nhận xét:

- Lực cắt P z và do đó công suất cắt tỉ lệ thuận với bề rộng phay B và số răng Z của dao (biểu hiện bằng số mũ bậc nhất);

- Khi tăng S z lực vòng tăng lên, tuy nhiên mức độ tăng của P z chậm

hơn S z Thực nghiệm đã xác định được y p  0,650,8; vì rằng với sự tăng của

S z thì a tb tăng lên, do đó lực cắt đơn vị giảm (vì m < 0) Như vậy lực tiếp tuyến P z không tăng lên tỉ thuận khi tăng S z;

- Khi tăng chiều sâu phay t, lực tiếp tuyến tăng mạnh hơn so với tăng lượng chạy dao S z Bằng thực nghiệm người ta tìm ra giá trị x p 1,11,4;

- Ở tốc độ cắt v cố định, lực cắt P z giảm khi tăng đường kính dao D, vì rằng lúc này giảm bề dày cắt và diện tích cắt Ảnh hưởng của D đến P z đối với từng dạng phay (phay đối xứng, phay không đối xứng) cũng như nhau Dao

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	1,4 MB