bài giảng thiết kế dụng cụ cắt

VẤN ðỀ 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT 1.1 Cơ sở lý thuyết tạo hình bề mặt: Một bề mặt sẽ ñược hình thành do một ñường sinh nào ñó chuyển ñộng theo một qui luật nhất ñịnh.. Mặt ph

TRƯỜNG ðẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

NGÔ QUANG TRỌNG

BÀI GIẢNG THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT

Nha Trang, 2011

Mục lục

Mục lục 1

VẤN ðỀ 1 6

CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT 6

1.1 Cơ sở lý thuyết tạo hình bề mặt: 6

1.2 ðộng học tạo hình bề mặt chi tiết 7

1.2.1 Nhóm bậc 0 8

1.2.2 Nhóm bậc 1 8

1.2.3 Nhóm bậc 2 9

1.2.4 Nhóm 3 9

1.3 Mặt khởi thủy K của dụng cụ cắt 10

1.4.1 Phương pháp xác ñịnh mặt khởi thủy K của dụng cụ bằng mặt bao của họ mặt chi tiết C. 10

1.4.2 Phương pháp giải tích xác ñịnh mặt khởi thủy K 11

1.4.3 Phương pháp ñộng học xác ñịnh mặt khởi thủy K 11

1.4 Những ñiều kiện ñể tạo hình ñúng bề mặt chi tiết 13

1.4.1 ðiều kiện cần 13

1.4.2 ðiều kiện ñủ 14

VẤN ðỀ 2 17

DỤNG CỤ CẮT ðƠN VÀ DỤNG CỤ CẮT TIÊU CHUẨN 17

2.1 Công dụng và phân loại 17

2.2 Thông số hình học phần cắt của dụng cụ 18

2.2.1 Các chuyển ñộng khi cắt 18

2.2.2 Các mặt phẳng tọa ñộ và các tiết diện 18

2.2.3 Các góc phần cắt của dụng cụ 19

2.3 Xác ñịnh kích thước thân dao tiện 20

VẤN ðỀ 3 22

THIẾT KẾ DAO TIỆN ðỊNH HÌNH GIA CÔNG BỀ MẶT TRÒN XOAY TRÊN MÁY TIỆN 22

3.1 Công dụng, phân loại và phạm vi sử dụng 22

3.2 Mặt trước, mặt sau và kết cấu dao tiện 24

3.3 Thiết kế dao tiện ñịnh hình hướng kính 25

3.3.1 Góc trước, góc sau tại các ñiểm cắt nhau trên lưỡi cắt dao tiện ñịnh hình 26 3.3.2 Xác ñịnh profin lưỡi cắt dao tiện ñịnh hình hướng kính gá thẳng 27

3.4 Sai số khi gia công bằng dao tiện ñịnh hình 31

3.4.1 Khảo sát sai số khi gia công chi tiết bằng dao tiện ñịnh hình hình lăng trụ: 31 3.4.2 Khảo sát sai số khi gia công chi tiết bằng dao tiện ñịnh hình hình tròn: 32

3.5 Chiều rộng B của dao tiện ñịnh hình: 33

3.6 Hình dáng và kích thước kết cấu dao tiện ñịnh hình: 33

VẤN ðỀ 4 35

THIẾT KẾ DAO PHAY RĂNG NHỌN 35

4.1 Các yếu tố kết cấu chung của dao phay: 35

4.1.1 ðường kính dao phay: 35

4.1.2 Kích thước lắp ghép: 36

4.1.3 Số răng: 37

4.1.4 Các góc ở răng và rãnh răng: 38

4.1.5 Dạng răng và rãnh: 38

4.2 Thông số hình học phần cắt của dao phay: 39

4.2.1 Góc sau α: 39

4.2.2 Góc trước γ: 40

4.2.3 Góc nghiêng chính φ: 40

4.2.4 Góc nghiêng phụ φ1: 40

4.2.5 Góc nâng của lưỡi cắt chính λ: 40

4.2.6 Góc nghiêng của rãnh xoắn ω: 41

VẤN ðỀ 5 43

THIẾT KẾ DAO PHAY LƯNG 43

5.1 Các yếu tố kết cấu chung của dao phay: 43

5.2 ðường cong hớt lưng dao phay: 43

5.2.1 ðường cong hớt lưng dao phay: 43

5.2.2 Phương trình ñường cong hớt lưng là ñường xoắn Acsimet: 44

5.2.3 Lượng hớt lưng K và góc sau ở ñỉnh răng αd 44

5.3 Thông số hình học phần cắt của dao phay hớt lưng 45

VẤN ðỀ 6 48

THIẾT KẾ MŨI KHOAN 48

6.1 Công dụng và phân loại 48

6.2 Các yếu tố kết cấu của mũi khoan rãnh xoắn 48

6.2.1 Góc ở ñỉnh 2φ 48

6.2.2 Góc nghiêng của rãnh xoắn 50

6.2.3 Các góc của lưỡi cắt 51

6.3 Các kiểu mũi khoan 53

6.3.1 Mũi khoan ñược làm nguội từ phía trong 53

6.3.2 Mũi khoan gắn mảnh hợp kim cứng 53

VẤN ðỀ 7 55

THIẾT KẾ MŨI KHOÉT 55

7.1 Công dụng và phân loại 55

7.2 Các yếu tố kết cấu của mũi khoét 55

7.2.1 Số rãnh 55

7.2.2 Phần cắt 55

7.2.3 Phần sửa ñúng 56

7.2.4 Các góc cắt 56

7.2.5 Góc nghiêng của rãnh 57

7.2.6 Biên dạng rãnh 57

7.2.7 Dung sai ñường kính mũi khoét 58

7.3 Các kiểu mũi khoét 59

7.3.1 Mũi khoét hai răng 59

7.3.2 Mũi khoét lỗ trụ chìm 60

7.3.3 Mũi khoét lỗ côn chìm 60

VẤN ðỀ 8 62

THIẾT KẾ MŨI DOA 62

8.1 Công dụng và phân loại 62

8.2 Các yếu tố kết cấu của mũi doa 62

8.2.1 Phần cắt 62

8.2.2 Phần sửa ñúng 63

8.2.3 Số răng 63

8.2.4 Hướng của răng 63

8.2.5 Góc sau và góc trước của phần cắt 64

8.2.6 Cạnh viền 65

8.2.7 Dạng rãnh 65

8.2.8 Sự phân bố răng không ñồng ñều 66

8.2.9 Phần kẹp chặt 66

8.3 Các kiểu mũi doa 66

8.3.1 Mũi doa tăng 66

8.3.2 Mũi doa hợp kim cứng 67

8.3.3 Mũi doa lắp răng 67

8.3.4 Mũi doa côn 68

VẤN ðỀ 9 70

THIẾT KẾ DAO CHUỐT 70

9.1 Công dụng và phân loại 70

9.2 Các bộ phận của dao chuốt 70

9.2.1 Phần ñầu kẹp dao 70

9.2.2 Phần cổ và phần côn chuyển tiếp 71

9.2.3 Phần ñịnh hướng trước 72

9.2.4 Phần ñịnh hướng sau 72

9.4 Sơ ñồ cắt và các dạng dao chuốt 73

9.4.1 Dao chuốt cắt ñơn 73

9.4.2 Dao chuốt cắt nhóm 74

9.5 Phương pháp chủ yếu tạo bề mặt bằng dao chuốt 76

9.6 Phần làm việc của dao chuốt 77

9.6.1 Răng cắt thô 77

9.6.2 Răng cắt tinh, răng sửa ñúng và chiều dài của dao chuốt 84

9.6.3 Chiều dài toàn bộ dao chuốt 86

9.6.4 Dung sai kích thước dao chuốt 87

VẤN ðỀ 10 89

THIẾT KẾ DỤNG CỤ GIA CÔNG REN 89

10.1 Dao tiện ren và các thông số hình học 89

10.1.1 Dao tiện ren ñơn 89

10.1.2 Dao tiện ren hình thang 91

10.2 Taro ren 93

10.2.1 Công dụng và phân loại 93

10.2.2 Các thành phần kết cấu của taro 93

10.3 BÀN REN 98

10.3.1 Công dụng và phân loại 98

10.3.2 Kết cấu bàn ren tròn 99

10.3.3 Các góc ỏ phần cắt 102

10.3.4 Dung sai kích thước ren 102

10.4 GIA CÔNG REN BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN DẠNG DẺO 103

10.4.1 Quá trình cán ren 103

10.4.2 Dụng cụ cán ren 103

VẤN ðỀ 11 106

THIẾT KẾ DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ðỊNH HÌNH 106

11.1 Dao phay vấu mô ñun 106

11.2 Dao phay ñĩa mô ñun 106

11.3 Tính toán profil dao phay ñĩa mô ñun 106

11.4 Bộ dao phay ñĩa môñun 107

VẤN ðỀ 12 109

THIẾT KẾ DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP BAO HÌNH 109

12.1 Khái niệm cơ bản 109

12.2 Thiết kế các dụng cụ cắt răng theo nguyên lý bao hình có tâm tích gia công bánh răng trụ thân khai 109

12.2.1 Các loại mặt xoắn vít dùng trong thiết kế dụng cụ cắt 109

12.3 Thiết kế dao phay lăn răng 112

12.3.1 Nguyên lý làm việc 112

12.3.2 Kết cấu dao phay lăn răng 112

12.3.3 Thiết kế prôfin dao phay lăn răng 114

12.4 Thiết kế dao xọc răng thân khai 115

12.4.1 Nguyên lý làm việc và kết cấu 115

12.4.2 Các góc cắt của răng 116

12.4.3 Khoảng cách khởi thủy a của dao xọc 118

VẤN ðỀ 13 119

ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO DỤNG CỤ CẮT 119

13.1 Mở ñầu 119

13.2 Mô hình khung dây 119

13.2.1 Biểu diễn các ñường cong phân tích 119

13.2.2 Biểu diễn các ñường cong tổ hợp 121 13.3 Mô hình bề mặt 1253 13.4 Mô hình khối rắn 1286 13.4.1 Mô hình CSG (constructive solid geometry) 1297 13.4.2 Mô hình biểu diễn biên B-rep 1308 13.4.3 Biểu diễn quét (sweep representation) 1319 Tài liệu tham khảo: 1319

VẤN ðỀ 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT

1.1 Cơ sở lý thuyết tạo hình bề mặt:

Một bề mặt sẽ ñược hình thành do một ñường sinh nào ñó chuyển ñộng theo một qui luật nhất ñịnh Các chuyển ñộng ñó là ñộng học hình thành bề mặt

Dụng cụ cắt ñể có thể cắt gọt các chi tiết khác nhau thì lưỡi cắt của dụng cụ cắt phải

ăn sâu vào vật liệu của phôi và cắt, tách các phần kim loại dư ra khỏi chi tiết dưới dạng phoi cắt Do ñó, thì hình dạng của chi tiết là yếu tố quyết ñịnh ñến hình dạng của lưỡi cắt của dụng cụ cắt, cũng như quyết ñịnh ñến các chuyển ñộng tương ñối của dụng cụ và chi tiết

Khi lưỡi cắt của dụng cụ hình thành ñược bề mặt gia công, có nghĩa là lưỡi cắt phải nằm trên mặt tiếp tuyến và tiếp xúc với bề mặt chi tiết trong suốt quá trình gia công Mặt tiếp xúc ñược gọi là mặt khởi thủy của dụng cụ Quĩ ñạo chuyển ñộng tương ñối tại mỗi ñiểm của lưỡi cắt so với phôi là kết quả chuyển ñộng tổng hợp do dụng cụ và chi tiết thực hiện trên máy

Vậy, cũng có thể nói rằng, tập hợp các chuyển ñộng của bề mặt dụng cụ và chi tiết trong quá trình cắt chính là sơ ñồ ñộng học tạo hình của quá trình cắt Sơ ñồ ñộng học tạo hình khi cắt nói chung khác với sơ ñồ ñộng học của máy

Ví dụ: khi tiện mặt trụ ngoài, sơ ñồ ñộng học tạo hình chỉ gồm chuyển ñộng quay tròn của chi tiết, chuyển ñộng tịnh tiến dọc trục của dao Trong khi ñó, sơ ñồ ñộng học của máy thì còn phải ñảm bảo chuyển ñộng chạy dao ngang là chuyển ñộng ñể ñưa dụng

cụ vào vị trí cần thiết ñể ñạt ñược ñường kính ñã cho của chi tiết

Việc nghiên cứu sơ ñồ ñộng học tạo hình có ý nghĩa rất quan trọng trong việc gia công kim loại vì các thông số hình học phần cắt của dụng cụ, chế ñộ cắt, năng suất lao ñộng, sự mài mòn, tuổi bền của dụng cụ ứng với phương pháp gia công ñã chọn phụ thuộc rất nhiều vào nó

ðể ñơn giản các chuyển ñộng của máy cắt, người ta thường dùng sơ ñồ ñộng học tạo hình dựa trên tổ hợp hai chuyển ñộng cơ bản của phôi và dụng cụ là: chuyển ñộng tịnh tiến và chuyển ñộng quay tròn

ðộ phức tạp của sơ ñồ ñộng học tạo hình phụ thuộc vào số lượng các chuyển ñộng thành phần và ñặc trưng tổ hợp của nó Ta có các nhóm như sau:

Nhóm có 1 chuyển ñộng: - một chuyển ñộng thẳng

- một chuyển ñộng quay Nhóm có 2 chuyển ñộng: - hai chuyển ñộng thẳng

- hai chuyển ñộng quay

- một chuyển ñộng thẳng và một chuyển ñộng quay Nhóm có 3 chuyển ñộng: - hai chuyển ñộng thẳng và một chuyển ñộng quay

- hai chuyển ñộng quay và một chuyển ñộng thẳng

- ba chuyển ñộng quay

Về mặt nguyên lý có thể tổ hợp nhiều yếu tố chuyển ñộng hơn, nhưng trong thực tiễn ứng dụng thì ñiều này bị giới hạn bởi ñộ phức tạp của tổ hợp và khó khăn trong việc chế tạo các thiết bị tương ứng

1.2 ðộng học tạo hình bề mặt chi tiết

Khi tạo hình bề mặt chi tiết thì cần phải nghiên cứu các phương án khác nhau của sự phối hợp các chuyển ñộng của chi tiết ñối với dụng cụ

Bảng 1.1 giới thiệu các sơ ñồ tạo hình bề mặt với chuyển ñộng chính là tịnh tiến và quay tròn

Cặp bề mặt Loại

Chuyển ñộng tương ñối với sự trợ giúp của cặp

tiến

ðường thẳng

ðường thẳng

Mặt phẳng

Trụ

2 Hai chuyển ñộng quay

quanh trục song song

Mặt côn

Mặt phẳng trụ

Sự dịch chuyển với sự trượt của trụ theo mặt phẳng

Sự dịch chuyển

và sự trượt của mặt côn theo mặt

phẳng

Côn III

quanh trục chéo nhau

Xoắn vít

Sự dịch chuyển

và sự trượt của mặt hypecbolit

hypecboloit

Hypecb oloit

hypecb oloit

1.2.1 Nhóm bậc 0

Tập hợp các sơ ñồ ñộng học tạo hình khi bề mặt khởi thủy của dụng cụ trùng với bề mặt nguyên gốc chi tiết

Ví dụ: khi cắt ren bằng tarô, khi chuốt, khi ñột lỗ, lúc này chuyển ñộng tương hỗ gọi

là chuyển ñộng tự trượt và ñể xác ñịnh bề mặt khởi thủy thì không cần quan tâm ñến chuyển ñộng này

Kiểu thứ nhất: chứa chuyển ñộng thẳng ñều Theo sơ ñồ này, ñể tạo hình cho các loại dụng cụ chuốt ngoài các bề mặt tròn xoay, tiện bằng dao tiện ñịnh hình tiếp tuyến có phương chạy dao thẳng

Kiểu thứ hai: chứa các chuyển ñộng quay, ñể tạo hình các loại dụng cụ hoặc các loại

bề mặt, ví dụ dao phay ñịnh hình ñể phay các bề mặt trụ, bề mặt xoắn vít hoặc bề mặt tròn xoay

Kiểu thứ ba: khi phay bánh răng có răng thẳng bằng dao phay lăn răng Thực ra kiểu thứ nhất là trường hợp ñặc biệt của kiểu thứ ba khi trục quay ở vô cùng

và hướng giống nhau

Các bề mặt liên kết ñược tạo thành bởi các bề mặt sau:

Chuyển ñộng xoắn vít tổng hợp tức thời là tổng hợp của hai chuyển ñộng quay quanh các trục ngoài nhau và có thể hình dung nó như là bề mặt hypecboloit theo hypecboloit có gắn sự trượt ðây là trường hợp tổng quát nhất, chẳng hạn như phay bánh răng bằng dao phay lăn răng

1.3 Mặt khởi thủy K của dụng cụ cắt

Dụng cụ cắt có thể xem như một vật thể bị giới hạn bởi một bề mặt, bề mặt ñó gọi là mặt khởi thủy K của dụng cụ cắt, trên ñó phân bố các lưỡi cắt có prôfin thích hợp ñể trực tiếp hình thành bề mặt chi tiết

Ví dụ, vật thể tròn xoay giới hạn bởi mặt tròn xoay K, trong quá trình gia công nó luôn tiếp tuyến với các bề mặt gia công của chi tiết Sau khi tạo mặt trước rãnh thoát phoi

và mặt sau thì vật thể ñó trở thành dụng cụ cắt, ñó chính là dao phay

Như vậy bề mặt khởi thủy K của dụng cụ cắt luôn phải tiếp xúc với bề mặt của chi tiết trong quá trình gia công

1.4.1 Phương pháp xác ñịnh mặt khởi thủy K của dụng cụ bằng mặt bao của họ

mặt chi tiết C

Trong quá trình gia công thì bề mặt chi tiết C thực hiện các chuyển ñộng tương ñối ñối với dụng cụ và hình thành tập hợp các vị trí tiếp xúc nhau ñược gọi là họ mặt C Mặt khởi thủy K của dụng cụ là bề mặt tiếp xúc với họ mặt C ñó trong quá trình chuyển ñộng tạo hình Do ñó mặt khởi thủy K của dụng cụ chính là mặt bao của họ mặt chi tiết C Hai mặt C và K tiếp xúc với nhau theo một ñường E gọi là ñường ñặc tính Nói cách khác, ñường ñặc tính E là ñường tiếp xúc của cặp ñộng học bề mặt C và K

Ví dụ: Hãy tìm bề mặt khởi thủy K của dụng cụ gia công mặt tròn C

Ta có Sơ ñồ gia công là:

Dụng cụ quay quanh trục O2 vuông góc với trục O1 Mặt khởi thủy K là mặt bao của

họ mặt chi tiết C khi nó chuyển ñộng tương ñối so với dụng cụ Mặt K sẽ là mặt cong

khởi thủy như thế làm bề mặt dụng cụ thì với sơ ñồ cắt như hình 1.1 sẽ gia công ñược bề mặt trụ tròn xoay của chi tiết C

Hình 1.1 ðường ñặc tính E và mặt khởi thủy của dụng cụ 1.4.2 Phương pháp giải tích xác ñịnh mặt khởi thủy K

Phương pháp ñi từ phương trình ñường cong phẳng C, tiến ñến xác ñịnh phương trình của họ ñường cong phẳng C, và từ phương trình của họ ñường cong phẳng C ñi xác ñịnh phương trình ñường bao của họ theo hình học giải tích

Nếu họ họ ñường cong phẳng C cho dưới dạng tổng quát F(x,y,z,t)=0, với t là tham

số chuyển ñộng của họ thì phương trình mặt bao sẽ là nghiệm của phương trình:

0 ) , , , ( t

t z y x F

t z y x F

Nếu họ ñường cong cho dưới dạng phương trình thông số:

) , , (

) , , (

3 2 1

t v u f z

t v u f y

t v u f x

Trong ñó: u,v- Thông số bề mặt;

.

.

.

) , , (

) , , (

) , , (

3 2 1

t

z t

y t x

v

z v

y v x

u

z u

y u x

t v u f z

t v u f y

t v u f x

1.4.3 Phương pháp ñộng học xác ñịnh mặt khởi thủy K

Khi cho hai bề mặt bất kỳ chuyển ñộng thì tại các ñiểm tiếp xúc, vectơ tốc ñộ chuyển ñộng tương ñối V→ và vectơ pháp tuyến bề mặt N→ phải vuông góc với nhau, vì vectơ V→hướng theo phương tiếp tuyến chung của hai bề mặt Như vậy, nếu mặt chi tiết C chuyển ñộng trong không gian thì ñường ñặc tính của mặt bao K sẽ là ñường tập hợp của tất cả các ñường tiếp xúc mà tại ñó vectơ vận tốc V→ thẳng góc với vectơ pháp tuyến N→

ðiều kiện tiếp xúc ñược biểu thị bằng phương trình: N→.V→ = 0

Hình 1.2 ðiều kiện tiếp xúc ñộng học của 2 bề mặt

Từ ñiều kiện tiếp xúc này, cho phép tìm ñược ñiểm tiếp xúc của cặp bề mặt tiếp xúc tại bất kỳ thời ñiểm nào

Tập hợp tất cả các ñiểm tiếp xúc ñó, xét trong hệ tọa ñộ gắn với chi tiết, là bề mặt chi tiết C Tập hợp tất cả các ñiểm tiếp xúc ñó, xét trong hệ tọa ñộ gắn với dụng cụ, là bề mặt khởi thủy của dụng cụ K

Khi xác ñịnh mặt khởi thủy K của bề mặt chuyển ñộng C, chuyển ñộng của C có thể phân tích thành nhiều thành phần, và việc phân tích ñó sẽ hợp lý hơn nếu có một trong những thành phần ñó gây ra sự trượt của bản thân C và như vậy sẽ làm cho bài toán trở nên ñơn giản

Ví dụ: xác ñịnh ñường ñặc tính của một mặt phẳng có chuyển ñộng xoắn vít

Góc giữa trục của chuyển ñộng vít và mặt phẳng P là φ Chuyển ñộng xoắn vít của

và chuyển ñộng quay với vận tốc góc ω→

Chuyển ñộng V ñược phân tích thành hai thành phần: V→= 1

→

→

Hình 1.3 Xác ñịnh ñường ñặc tính khi mặt phẳng có chuyển ñộng xoắn vít

r = 1 = . =

• h: thông số của chuyển ñộng xoắn vít

Như vậy chuyển ñộng xoắn vít dẫn ñến một chuyển ñộng quay ðường ñặc tính E trong trường hợp này sẽ thẳng góc với hình chiếu của trục quay trên mặt phẳng P, nghĩa

là những ñường thẳng cách hình chiếu của trục chuyển ñộng xoắn vít một khoảng r và làm với nó một góc φ

Kết quả là chuyển ñộng xoắn vít của những ñường ñặc tính E tạo ra một mặt bao là

bề mặt xoắn vít thân khai có bán kính hình trụ cơ sở là r

1.4 Những ñiều kiện ñể tạo hình ñúng bề mặt chi tiết

1.4.1 ðiều kiện cần

ðiều kiện cần ñể tạo ñược bề mặt mong muốn là tồn tại bề mặt khởi thủy K của dụng

cụ cắt ứng với bề mặt chi tiết ñã cho Có nghĩa là, trong quá trình gia công, các ñiểm trên

bề mặt chi tiết có ít nhất một lần tiếp xúc với các ñiểm của bề mặt khởi thủy của dụng cụ, vậy, cần tồn tại các ñiểm tiếp xúc chung của hai bề mặt Tại các ñiểm tiếp xúc này, pháp tuyến chung phải thẳng góc với vectơ chuyển ñộng tương ñối, nghĩa là: N→.V→= 0

ðối với bề mặt chi tiết ñã cho, vectơ pháp tuyến tại các ñiểm của bề mặt là hoàn toàn xác ñịnh, có nghĩa là không thể thay ñổi vị trí của pháp tuyến N→ nếu không thay ñổi hình dạng của chi tiết Do ñó, tại một sơ ñồ gia công ñã chọn, nếu ta biết các chuyển ñộng của chi tiết và dụng cụ thì việc thay ñổi hướng và tốc ñộ chuyển ñộng tương ñối giữa cặp bề mặt ñó sẽ ñảm bảo N→ V→=0

Ví dụ, khảo sát sơ ñồ gia công mặt phẳng P, nếu cho mặt C quay quanh trục cố ñịnh nằm trên mặt phẳng P thì khi ñó tốc ñộ quay của một ñiểm bất kỳ của mặt cắt C quanh

trục sẽ vuông góc vói mặt phẳng P, tốc ñộ V→ sẽ song song với pháp tuyến N→ của mặt phẳng chi tiết ðiều kiện N→ V→=0 thỏa mãn do ñó không tồn tại mặt khởi thủy K của dụng cụ và việc gia công mặt phẳng P trong ñiều kiện như trên là không thể thực hiện ñược

Nếu chọn trục quay thẳng góc với mặt phẳng P thì ñương nhiên tại tất cả các ñiểm của mặt phẳng P vectơ pháp tuyến luôn vuông góc với vectơ tốc ñộ cắt ðiều ñó có nghĩa

là mặt khởi thủy K tồn tại và trùng với mặt P

Khi tiếp xúc trong, mặt khởi thủy của dụng cụ 2 có bán kính cong lớn hơn bán kính cong của chi tiết 1, do ñó có hiện tượng cắt lẹm Như vậy việc tạo ñúng hình dáng của chi tiết là không thể thực hiện ñược

Hình 1.4 Các dạng tiếp xúc Hãy khảo sát quá trình mài mặt côn trong bằng ñá mài tròn Sự tiếp xúc của bề mặt tạo hình K với mặt côn của lỗ C xảy ra dọc theo ñường sinh – ñường ñặc tính

Tại tiết diện II-II thẳng góc với ñường ñặc tính xảy ra sự tiếp xúc giữa hai bề mặt Trong các tiết diện ñó, bán kính cong của ñá mài tròn luôn giữ nguyên không ñổi trong lúc bán kính cong của mặt côn chi tiết giảm dần khi tiến về phía ñỉnh côn Tại ñiểm m’ ñến ñỉnh côn, bán kính cong của ñá mài lớn hơn bán kính cong của mặt côn và do ñó có

sự cắt lẹm nên việc gia công vùng ñó bằng ñá mài tròn như trên là không thể thực hiện ñược

Tại ñiểm giới hạn M, bán kính cong của mặt côn bằng bán kính cong của ñá mài Như vậy, ñể gia công bề mặt chi tiết ñạt yêu cầu thì bề mặt khởi thủy của dụng cụ K không ñược cắt lẹm vào bề mặt chi tiết

ðiều kiện ñủ 2: trên bề mặt của chi tiết không có những mặt chuyển tiếp

Chi tiết có thể gồm nhiều mặt nối tiếp, do ñó mặt khởi thủy K của dụng cụ cũng gồm nhiều mặt tương ứng ñể hình thành các bề mặt của chi tiết Các phần lân cận của mặt khởi thủy K của dụng cụ có thể cắt nhau, nối tiếp nhau hoặc tách rời nhau Khi các phần của mặt khởi thủy cắt nhau thì chúng không thể cắt hết phần kim loại dành cho từng phần ñược, do ñó bề mặt chi tiết ñược cắt bằng phần của mặt khởi thủy cắt nhau sẽ không ñược thực hiện và sẽ có mặt chuyển tiếp ñể nối các phần bề mặt lân cận của chi tiết

ðiều ñó ñược chứng minh bằng ví dụ sau: dùng dao phay ngón gia công mặt trụ quay gồm một phần hình trụ C1 và mặt ñầu C2 khi dao phay quay tròn quanh trục của

nó, các lưỡi cắt tạo ra mặt khởi thủy K1 còn chi tiết quay chậm quanh trục của nó

Trục chi tiết và trục dụng cụ vuông góc với nhau và cách nhau một khoảng k Khi ñó mặt khởi thủy tiếp xúc với mặt trụ C1 là K1 với ñường ñặc tính E1 quay quanh trục dụng

cụ, còn phần mặt khởi thủy của mặt phẳng C2 là K2 có ñường ñặc tính E2 cũng quay quanh trục của dụng cụ Các mặt K1 và K2 cắt nhau theo vòng tròn A do ñó không thể có phần nối tiếp giữa hai phần ñó ñược Kết quả là trên thân chi tiết sẽ hình thành một mặt chuyển tiếp

ðường ñặc tính E1 quay xung quanh trục của chi tiết chỉ hình thành mặt rụ C1 trên ñoạn Me của prôfin, còn ñường ñặc tính E2 chỉ tạo mặt phẳng C2 ñến ñiểm C của prôfin Giữa hai ñiểm E và C có một ñường cong chuyển tiếp

ðộ chính xác của bề mặt chi tiết gia công phụ thuộc vào ñộ chính xác của bề mặt khởi thủy, nghĩa là ñộ chính xác chế tạo các kích thước tương ứng của dụng cụ

ðể ñạt ñộ chính xác chi tiết sau khi gia công nằm trong phạm vi dung sai cho phép của nó thì dụng cụ phải có dung sai chế tạo bé hơn

Thông thường, dung sai các kích thước của dụng cụ trực tiếp ảnh hưởng ñến hình dáng và kích thước bề mặt gia công nằm trong giới hạn 1/3-1/4 dung sai kích thước tương ứng của chi tiết

2- Chọn vật liệu phần cắt của dao, vật liệu thân dao

3- Chọn thông số hình học phần cắt: góc trước, góc sau, góc nghiêng chính…

4- Xác ñịnh kết cấu của dao và chi tiết

5- Xác ñịnh profin dao

6- Vẽ bản vẽ chế tạo, qui ñịnh các ñiều kiện kỹ thuật

Các vấn ñề cần lưu ý khi thiết kế

- Phần cắt của dao phải ñảm bảo ñủ ñộ cứng vững, có khả năng truyền nhiệt tốt Kết cấu phần thân dao ñảm bảo việc ñịnh vị và kẹp chặt dao ñược nhanh chóng và chắc chắn

- Rãnh thoát phoi phải ñủ không gian ñể chứa phoi và ñồng thời ñảm bảo sức bền của dao

- Tính công nghệ của dao phải ñược lưu ý

1.5.2 Các phương pháp nâng cao tính năng cắt của dụng cụ

ðể nhằm nâng cao tính năng cắt của dụng cụ có thể áp dụng một số các biện pháp: tác ñộng cơ, xử lý hóa nhiệt, kết tủa màng của các vật liệu khác nhau, tác ñộng vật lý Tác ñộng cơ học

Tác ñộng cơ học chung qui nhằm tạo các lưỡi cắt có bán kính vê tròn cần thiết hoặc

có các mép vát chuyển tiếp Tác ñộng này ñược thực hiện bằng cách mài rung, thổi bi, dưới tác ñộng này sẽ làm bền hóa các lưỡi cắt của dụng cụ

Xử lý hóa nhiệt

Tiến hành xử lý bề mặt dụng cụ bằng nhiệt, thấm ni tơ, thấm Bo, thấm Ni tơ-các bon… quá trình này ñược áp dụng rộng rãi ñể nâng cao tính năng cắt trên dụng cụ bằng thép gió và thép dụng cụ

Kết tủa màng của các vật liệu khác nhau

Phương pháp này cũng ñược gọi là mạ kim loại nhằm tạo lên trên bề mặt dụng cụ cắt các lớp vật liệu khác như Bo, vonfram, titan nitrua, gốm… với lớp màng rất mỏng (0,005mm) Các màng này có thể là một hoặc nhiều lớp tùy thuộc vào yêu cầu ñộ cứng,

ñộ chống mài mòn, chống oxy hóa…

Có vài phương pháp tạo màng như ñiện, plasma Với phương pháp phủ này ñộ bền của dụng cụ có thể ñược tăng lên 1,5-5 lần tùy theo các ñiều kiện sử dụng

VẤN ðỀ 2 DỤNG CỤ CẮT ðƠN VÀ DỤNG CỤ CẮT TIÊU CHUẨN 2.1 Công dụng và phân loại

Dụng cụ cắt hay còn gọi là dao là bộ phận của hệ thống công nghệ có nhiệm vụ trực tiếp tách phoi ñể hình thành bề mặt gia công Dao có ảnh hưởng rất lớn ñến quá trình cắt gọt Nó không những tác ñộng trực tiếp tới chất lượng chi tiết mà còn chi phối không nhỏ tới vấn ñề năng suất và giá thành chế tạo sản phẩm

Dụng cụ cắt ñơn ñược dùng phổ biến trong quá trình gia công cắt gọt trên máy tiện vạn năng, máy tiện tự ñộng, máy bào, máy xọc và có thể dùng trên các máy chuyên dùng khác

Do ñó, dụng cụ cắt ñơn có nhiều hình dạng và kết cấu khác nhau tùy theo công dụng của chúng, và ñã ñược tiêu chuẩn hóa, thường ñược chia thành các loại sau:

- Theo loại máy sử dụng: dao tiện, dao bào, dao xọc…

- Theo dạng gia công: dao tiện ngoài, dao xén mặt ñầu, dao cắt ñứt, dao tiện lỗ, dao tiện ren…

- Theo cách gá dao: dao hướng kính, dao tiếp tuyến…

- Theo tính chất gia công: dao cắt thô, dao cắt tinh…

- Theo kết cấu thân dao: hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn…

- Theo kết cấu ñầu dao: dao ñầu thẳng, ñầu cong…

- Theo hướng chạy dao: dao chạy phải, dao chạy trái

- Theo loại vật liệu dụng cụ: dao thép gió, dao hợp kim cứng…

- Theo phương pháp chế tạo dao: dao ñầu liền, dao hàn mảnh, dao kẹp mảnh… Dụng cụ cắt ñơn có thể coi như một vật thể hình học bao gồm hai phần:

- Phần thân dao: dùng ñể kẹp chặt ñầu dao và ñồng thời kẹp chặt dao vào bàn dao Chính vì vậy ñòi hỏi phải ñủ ñộ cứng vững Hình dáng và kích thước phần thân dao ñược chế tạo theo tiêu chuẩn

- Phần ñầu dao: ñể thực hiện cắt gọt Trong phần ñầu dao có các mặt trước, mặt sau chính, mặt sau phụ, lưỡi cắt chính, lưỡi cắt phụ, mũi dao

Hình 2.1 Dao cắt ñơn

2.2 Thông số hình học phần cắt của dụng cụ

- Lưỡi cắt chính là giao tuyến của mặt trước và mặt sau chính

- Lưỡi cắt phụ là giao tuyến của mặt trước và mặt sau phụ

- Giao ñiểm của lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ là mũi dao

2.2.1 Các chuyển ñộng khi cắt

Trong quá trình cắt dao và chi tiết cần phải thực hiện các chuyển ñộng sau:

tạo ra phoi và chiếm hầu hết năng lượng cắt

- Chuyển ñộng chạy dao dọc Mf với tốc ñộ Vf là chuyển ñộng ñể cắt hết toàn bộ bề mặt chi tiết

r ðây chính là chuyển ñộng tạo hình mặt trụ ngoài của chi tiết

Thông số hình học phần cắt của dụng cụ ở trạng thái tĩnh ñược xác ñịnh như khi không có chuyển ñộng chạy dao Mf (Vf

r

=0) trong trường hợp ñó Ve ñược xác ñịnh như là chuyển ñộng cắt chính Vrc (Vre =Vrc)

2.2.2 Các mặt phẳng tọa ñộ và các tiết diện

Mặt phẳng ñáy Pr: tại một ñiểm trên lưỡi cắt M là mặt phẳng ñi qua ñiểm ñó và vuông góc với vectơ tốc ñộ cắt Vre Nếu ở trạng thái tĩnh Vrf=0, thì mặt ñáy vuông góc với c

Tiết diện phụ N1-N1: là mặt phẳng cắt ñi qua một ñiểm trên lưỡi cắt phụ và vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt ñáy

Tiết diện dọc Y-Y: là mặt phẳng cắt qua một ñiểm trên lưỡi cắt chính và vuông góc với phương chạy dao dọc

Tiết diện ngang X-X: là mặt phẳng cắt ñi qua một ñiểm trên lưỡi cắt chính và song song với phương chạy dao dọc

Hình 2.1 mặt phẳng tọa ñộ và tiết diện 2.2.3 Các góc phần cắt của dụng cụ

Góc trước γ: tại một ñiểm trên lưỡi cắt là góc hợp bởi mặt trước và mặt ñáy ño trong tiết diện khảo sát γn, γy, γx… Góc trước γ có thể dương, âm hoặc bằng không

Góc sau α: tại một ñiểm trên lưỡi cắt là góc hợp bởi mặt cắt và mặt sau ño trong tiết diện khảo sát (αn, αy, αx) Góc sau α luôn luôn dương

Góc sắc β: tại một ñiểm trên lưỡi cắt là góc hợp bởi mặt trước và mặt sau ño trong tiết diện khảo sát (βn, βy, βx)

Góc cắt δ: tại một ñiểm trên lưỡi cắt là góc hợp bởi mặt trước và mặt cắt ño trong tiết diện khảo sát (δn, δy, δx)

Góc nghiêng chính φ: là góc giữa hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt ñáy và phương chạy dao

Góc nghiêng phụ φ1: là góc giữa hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt ñáy và phương chạy dao

Góc mũi dao ε: là góc giữa hình chiếu của lưỡi cắt chính và phụ trên mặt ñáy

φ + φ1 + ε = 1800Góc nâng của lưỡi cắt λ: là góc giữa lưỡi cắt chính và hình chiếu của nó trên mặt ñáy λ có thể dương, âm, hoặc bằng không

Hình 2.2 các tiết diện và các góc 2.3 Xác ñịnh kích thước thân dao tiện

Thông thường thì phần thân dao và phần gá ñặt ñầu dao ñược chế tạo cùng loại vật liệu Theo kinh nghiệm thì hầu hết các loại dao cần chế tạo phần cắt và phần cán dao riêng thì vật liệu phần cán ñược chế tạo bằng thép 45 hoặc thép hợp kim 40X Chính vì vậy khi nói tới vật liệu chế tạo dao có nghĩa là nói ñến vật liệu chế tạo phần làm việc của dao

Hình 2.3 xác ñịnh kích thước thân dao tiện Kích thước thân dao tiện ñược xác ñịnh ở tiết diện ngang của thân dao theo thành phần lực cắt chính Pz và khoảng cách l từ ñiểm ñặt lực ñến mặt tựa

Lực cắt chính Pz ñược xác ñịnh theo công thức: Pz = p.f

Trong ñó: p- lực cắt ñơn vị, N/mm2

uốn cho phép của tiết diện thân dao:

Mu ≤ [Mu]

Pz.l ≤ W.[σu] W: mômen chống uốn của tiết diện thân dao,

o Thân dao hình chữ nhật BxH: W=B.H2/6 => B.H2 = (6.f.p.l)/ [σu]

o Thân dao hình tròn ñường kính d: W=d3/10 => d3 = (10.f.p.l)/ [σu]

[σu]: ứng suất cho phép của vật liệu thân dao

Trong thực tế, ngoài lực Pz còn có các thành phần lực Px, Py tác dụng lên phần cắt của dụng cụ, trị số lực Px, Py có thề ñược lấy gần ñúng như sau:

Py = (0,4-0,5)Pz; Px = (0,3-0,4)Pz (với φ=450 và λ=0)

Bảng 2.1 Chọn tiết diện thân dao theo diện tích lớp cắt

lớn nhất,

mm

Chiều sâu cắt lớn nhất,

mm

Diện tích cắt lớn nhất,

mm

Chiều sâu cắt lớn nhất,

Số liệu ñược áp dụng cho vật liệu chi tiết có ñộ cứng trung bình với σtb=750N/mm2, bằng

dao tiện ngoài có góc φ=450

VẤN ðỀ 3 THIẾT KẾ DAO TIỆN ðỊNH HÌNH GIA CÔNG BỀ MẶT TRÒN XOAY TRÊN

MÁY TIỆN 3.1 Công dụng, phân loại và phạm vi sử dụng

Dao tiện ñịnh hình dùng ñể gia công các bề mặt tròn xoay ñịnh hình Gia công bằng dao tiện ñịnh hình có những ưu nhược ñiểm so với các dao tiện ñơn như sau:

- ðảm bảo ñộ ñồng nhất prôfin chi tiết trong quá trình gia công vì không phụ thuộc vào tay nghề công nhân mà chỉ phụ thuộc vào ñộ chính xác dao tiện ñịnh hình

- Năng suất cao vì giảm ñược thời gian máy, thời gian phụ

- Tuổi thọ của dao lớn vì mài ñược nhiều lần

- Số lượng phế phẩm ít

- Mài sắc lại dao ñơn giản vì mài theo mặt trước là mặt phẳng

- Tuy nhiên, việc thiết kế và chế tạo dao tiện ñịnh hình phức tạp hơn nhiều so với dao tiện ñơn thông thường, cho nên dao tiện ñịnh hình ñược dùng chủ yếu trong sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối

Hình 3.1 Các loại dao tiệnPhân loại dao tiện ñịnh hình:

a- Theo hình dạng dao:

- Dao ñĩa (hình 3.1a)

- Dao hình lăng trụ (hình3.1d)

b- Theo cách gá dao:

- Dao hướng kính (hình3.1a,d);

- Dao tiếp tuyến (hình3.1e)

c- Theo vị trí của ñường tâm chi tiết, tâm lỗ dao và chuẩn kẹp:

- Dao gá thẳng (hình 3.1d)

- Dao gá nghiêng (hình 3.1e)

d- Theo vị trí mặt trước:

- Dao mặt trước không nâng λ=0

- Dao mặt trước gá nâng λ>0

e- Theo dạng bề mặt sau ñịnh hình:

- Mặt tròn xoay

- Mặt sau xoắn

Dao tiện ñịnh hình lăng trụ: ñược kẹp chặt bằng mang cá và vít giữ dùng ñể tiện các

bề mặt ngoài ñịnh hình tròn xoay Có khả năng cứng vững hơn dao tiện hình tròn, góc sau có thể lớn, gia công chi tiết ñạt ñộ chính xác cao hơn so với dao hình tròn

Dao tiện ñịnh hình tròn: ñược dùng ñể gia công các bề mặt ñịnh hình tròn xoay ngoài và trong, ñược lắp vào trục gá và chống xoay bằng các khía mặt ñầu hoặc bằng chốt Dễ chế tạo hơn dao tiện hình lăng trụ

Dao tiện ñịnh hình hướng kính: ñược gá sao cho ñỉnh dao nằm ngang tâm chi tiết ñể ñảm bảo chạy hướng kính Dao có phần lưỡi cắt tham gia cắt lớn nên lực cắt lớn, vì vậy cần giảm chế ñộ cắt khi gia công

Dao tiện ñịnh hình tiếp tuyến: ñược gá sao cho mặt sau tiếp xúc với ñường tròn nhỏ nhất của chi tiết, hướng chạy dao tiếp tuyến với bề mặt của chi tiết Thường ñược dùng gia công các chi tiết có ñường kính nhỏ và dài (chịu uốn kém) với chiều sâu cắt nhỏ Dao tiện ñịnh hình gá nghiêng: ñược dùng khi chi tiết gia công có phần prôfin ñặc biệt và gá nâng khi chi tiết có phần prôfin yêu cầu ñộ chính xác cao, có chế ñộ tính toán ñặc biệt khi thiết kế

Hình 3.2 Kẹp chặt dao tiện ñịnh hình 3.2 Mặt trước, mặt sau và kết cấu dao tiện

ðể cho quá trình mài sắc dao tiện ñược ñơn giản thì mặt trước của dao tiện ñịnh hình ñược chọn là mặt phẳng Mặt sau của dao tiện ñịnh hình hình tròn là mặt tròn xoay ñịnh hình, có prôfin trong tiết diện hướng kính

Hình 3.3 Kết cấu dao tiện ñịnh hình hình tròn Mặt sau của dao tiện ñịnh hình lăng trụ là mặt kẻ mà ñường chuẩn ñược xác ñịnh dựa vào prôfin chi tiết, góc trước và góc sau của dao

Kích thước của dao tiện ñịnh hình ñược xác ñịnh dựa vào chiều sâu lớn nhất tmax và chiều dài L của prôfin chi tiết

Hình 3.4 Kết cấu dao tiện ñịnh hình hình lăng trụ

ðối với dao tiện ñịnh hình hình tròn gá thẳng, trục phôi và trục dao sẽ song song với nhau, ñường kính của dao khi tiện ngoài De=10-120mm, khi tiện trong De≤0,75dct, dct là ñường kính lỗ chi tiết gia công

Dao tiện có ñường kính nhỏ hơn 30mm ñược chế tạo cán liền, ñường kính lớn hơn 30mm ñược chế tạo cán rời ðường kính ngoài của dao tiện cho phép nhỏ nhất có lỗ gá lắp trục gá: Demin≥1,5d0 + 2t + 6mm

Trong ñó:

d0 – ñường kính lỗ gá

t – chiều sâu prôfin dao

ðường kính ngoài De và lỗ d0 nên dùng theo bảng

ðể lắp dao tiện ñịnh hình hình tròn ñược dễ dàng và nâng cao ñộ cứng vững kẹp chặt thì trên mặt ñầu của dao ñược chế tạo có các răng khía mặt ñầu, số răng khía Z thường lấy z=34 răng và theo phương hướng kính

Hình 3.5 Lắp ñặt dao tiện ñịnh hình Chiều dài của dao hình lăng trụ ñược lấy khoảng 75-100mm; chiều rộng B ñược lấy phụ thuộc vào chiều dài prôfin chi tiết

3.3 Thiết kế dao tiện ñịnh hình hướng kính

Có nhiều phương pháp khác nhau ñể xác ñịnh prôfin lưỡi cắt như: giải tích, ñồ thị,

ñồ thị giải tích…

Ở ñây ta áp dụng sơ ñồ gia công ñể tính prôfin lưỡi cắt, sơ ñồ gia công là sơ ñồ biểu diễn vị trí cuối cùng của chi tiết và dao tại ñiểm cơ sở ðiểm cơ sở là ñiểm mà biên dạng của chi tiết và biên dạng của lưỡi cắt trùng nhau và nằm trong mặt phẳng ngang ñi qua

trục của chi tiết Thông thường, ñiểm cơ sở ñược chọn tại vị trí có biên dạng của chi tiết

là nhỏ nhất r1=rmin

3.3.1 Góc trước, góc sau tại các ñiểm cắt nhau trên lưỡi cắt dao tiện ñịnh hình

Sơ ñồ xác ñịnh góc trước và góc sau tại các ñiểm cơ sở như hình vẽ

Hình 3.6 Dao ñịnh hình hình tròn

Hình 3.7 Dao ñịnh hình hình lăng trụ Góc sau α:

ðối với dao tiện ñịnh hình hình tròn, muốn góc sau α>0 thì tâm của dao phải cao hơn tâm của chi tiết một khoảng là h so với mặt phẳng nằm ngang, h ñược gọi là chiều cao gá dao và ñược xác ñịnh: h = R.sinα

Trong ñó: R- bán kính dao hình tròn tại ñiểm cơ sở, nếu ñiểm cơ sở là nhỏ nhất thì

ψτβ

cos

sin x

x x R

tg

−

γγ

ψγγ

β

cos ) cos cos (

sin ) cos cos (

r r

R

r r

arctg

x x

x x x

Góc trước γ:

Quan hệ giữa góc trước γ tại ñiểm cơ sở và góc trước γx tại ñiểm bất kỳ như sau:

x r r

Vậy:

- Góc trước và góc sau tại các vị trí khác nhau trên lưỡi cắt dao tiện ñịnh hình là không bằng nhau

- Tại các ñiểm càng xa tâm chi tiết thì góc sau αx càng lớn và góc trước γx càng nhỏ

- ðể ñảm bảo góc sau không quá nhỏ thì ñiểm cơ sở khi thiết kế dao tiện ñịnh hình nên trùng với ñiểm của chi tiết có bán kính nhỏ nhất

- Góc sau α tại ñiểm cơ sở ñối với dao hình tròn α=100-120; ñối với dao hình lăng trụ có thể chọn lớn hơn α=120-150

-300; ñối với gia công ñồng thau, ñồng ñỏ γ=00-50; ñối với gia công gang γ=00-100 3.3.2 Xác ñịnh profin lưỡi cắt dao tiện ñịnh hình hướng kính gá thẳng

Mô tả phương pháp xác ñịnh profin lưỡi cắt dao tiện ñịnh hình hình lăng trụ: cho chi tiết hình nón cụt với bán kính ñường tròn ñáy lớn r2 và bán kính ñường tròn ñáy nhỏ

r1 Mặt phẳng T ñược xem là mặt trước của dao, mặt trước cắt ñáy lớn tại ñiểm 2* và cắt ñáy nhỏ tại ñiểm 1 E và F ñược xem là mặt lăng trụ và mặt ñáy, tạo với bán kính cơ sở góc sau α Kẻ bất kỳ mặt Q vuông góc với ñường sinh lăng trụ thì tiết diện này chính là profin lưỡi cắt dao tiện

b) Phương pháp tính toán

* ðối với dao tiện ñịnh hình hình lăng trụ:

Giả sử chi tiết ñã có hình dạng và kích thước như hình 3.9 Chọn ñiểm 1 làm ñiểm

cơ sở, kẻ mặt T là mặt trước của dao và hợp với phương ngang một góc γ Mặt T cắt vòng tròn bán kính r2, r3 tại các ñiểm 2, 3 tương ứng với khoảng cách từ ñiểm 1 ñến ñiểm

2, 3 là τ2, τ3

Tại ñiểm 1 kẻ mặt sau hợp với phương ñứng một góc α Ta ñi tìm chiều cao profin dao bằng cách từ các ñiểm 2,3 kẻ vuông góc với mặt sau của dao, từ ñó ta ñược chiều cao profin dao hd2 và hd3

Hình 3.9 Sơ ñồ tính toán biên dạng dao lăng trụ

Dễ dàng xác ñịnh ñược:

cos.cos

)cos(

2

1 2

1 2 2 2

2 2

γγ

γγ

τ

αγτ

rr

rr

cos.cos

)cos(

1

1

γγ

γγ

τ

αγτ

x x

x x x

x dx

rr

rr

Vậy, ta sẽ có ñược tiết diện vuông góc với mặt sau như sau:

* ðối với dao tiện ñịnh hình hình tròn tiện ngoài:

Giả thiết chi tiết ñịnh hình ñược cho như hình 3.10 là vị trí ñã gia công xong của chi tiết, ñiểm 1 là ñiểm cơ sở, góc trước γ và góc sau α ñã xác ñịnh

Hình 3.10 Sơ ñồ tính toán dao tiện ñịnh hình hình tròn Bán kính Ri tại các ñiểm của dao ñược xác ñịnh như sau:

γγ

τ

αγτψ

ψ

αγψ

cos cos

) cos(

.

sin

) sin(

sin

i i i i

i i

i i

i

r r

R E

E

H tg

R H R

Trong ñó: H- Chiều cao mặt trước dao;

Sau khi xác ñịnh ñược Ri, tức chiều cao profin của lưỡi cắt trong tiết diện hướng kính ñược xác ñịnh Chiều rộng li cũng ñược xác ñịnh theo phương trục

* ðối với dao tiện ñịnh hình hình tròn tiện trong:

Giả thiết chi tiết ñã ñược cho như hình 3.11 là vị trí ñã gia công xong của chi tiết ðiểm 1 là ñiểm cơ sở, góc trước γ và góc sau α ñược chọn tùy theo vật liệu gia công Bán kính dao ñược chọn theo bán kính nhỏ nhất của chi tiết R=(0,75-0,8)rmin

Tương tự, ta có thể xác ñịnh bán kính Ri của dao như sau:

) sin(

sin

γα

i i

i i B B

B

H tg

) cos(

cos cos

1

αγ

γγ

3.4.1 Khảo sát sai số khi gia công chi tiết bằng dao tiện ñịnh hình hình lăng trụ

Bề mặt chi tiết cần có là nón cụt với ñường sinh là ñoạn 1-2’ Lưỡi cắt dao tiện ñịnh hình sẽ là ñoạn 1-2

Khi gia công, chi tiết quay quanh trục của nó và lưỡi cắt 1-2 sẽ tạo ra bề mặt chi tiết

Vì dao có góc trước γ tạo bởi mặt trước T-T không ñi qua trục chi tiết, nên tiết diện của ñoạn 1-2 sẽ là ñoạn hypecbol và sẽ cắt chi tiết thành hình hypecboloit với sai số của chiều cao hypecbol là ñoạn ∆1 Trị số ∆1 phụ thuộc vào kích thước chi tiết và góc trước γ

Hình 3.4 Sai số profin do tiện bằng dao hình tròn gây ra Sai số ∆1 có thể khắc phục bằng các biện pháp sau:

- Lưỡi cắt 1-2 ñược thiết kế không phải là ñoạn thẳng mà là ñường cong hypecbol theo giao tuyến của mặt T-T với mặt côn chi tiết Với biện pháp này thì việc chế tạo dao trở nên phức tạp và khó thực hiện

- Biện pháp thứ 2 là nâng mặt trước lên một góc λ sao cho ñiểm 2 trùng với ñiểm 2’ Tức mặt trước của dao ñi qua trục của chi tiết

3.4.2 Khảo sát sai số khi gia công chi tiết bằng dao tiện ñịnh hình hình tròn Khi thiết kế, prôfin dao tiện ñịnh hình ñược xác ñịnh trong tiết diện hướng kính, lưỡi cắt 1-2 là ñoạn thẳng và chiều cao prôfin trong tiết diện hướng kính là hd2=R-R2

phẳng cách trục dao một khoảng H=R.sin(γ + α) Do ñó lưỡi cắt 1-2 là giao tuyến của

công bằng ñường H1 gây ra sai số ∆1 Lưỡi cắt gia công bằng ñường H2 sẽ gây ra sai số

∆2 Do ñó, khi tiện bằng dao hình tròn thì chi tiết có sai số gia công ∆ = ∆1 + ∆2 Sai số

∆2 không thể tránh ñược, sai số ∆1 tránh ñược giống như dao tiện lăng trụ

Hình 3.4 Sai số profin do tiện bằng dao hình tròn gây ra 3.5 Chiều rộng B của dao tiện ñịnh hình

Chiều rộng B của dao tiện ñịnh hình, ngoài phần gia công ñúng chiều dài prôfin chi tiết Lct cần tính thêm phần phụ ñể vát mép mặt ñầu và cắt ñứt

mép thì φ1=150-200 và c=1-3mm

Phần tạo rãnh cắt ñứt ñược xác ñịnh theo các kích thước sau: b=3-8mm, t<tmax,

b1=0,5-1mm, chiều rộng toàn bộ dao B=Lct + b1 + c + a

Hình 3.6 Chiều rộng B của dao tiện ñịnh hình 3.6 Hình dáng, kích thước và kết cấu dao tiện ñịnh hình

ðối với dao tiện ñịnh hình hình lăng trụ thì kết cấu kẹp chặt bằng rãnh mang cá, kích thước kết cấu ñược tiêu chuẩn hóa và phụ thuộc vào chiều sâu cắt tmax của prôfin chi tiết gia công

ðối với dao tiện ñịnh hình hình tròn thì ñược gá lên trục gá dao và kẹp chặt bằng răng khía mặt ñầu hoặc chốt

Khi mài dao, ñối với dao tiện ñịnh hình hình lăng trụ thì mài mặt trước theo các mặt phẳng song song nhau, lúc này sẽ ñảm bảo góc trước γ và góc sau α là không ñổi

ðối với dao tiện ñịnh hình hình tròn thì mặt trước ñược mài sao cho luôn tiếp xúc với ñường tròn có bán kính H không ñổi là chiều cao mài dao, lúc này sẽ ñảm bảo góc trước γ và góc sau α tại ñiểm cơ sở

Hình 3.12 Kết cấu dao tiện ñịnh hình

VẤN ðỀ 4 THIẾT KẾ DAO PHAY RĂNG NHỌN 4.1 Các yếu tố kết cấu chung của dao phay

Dao phay răng nhọn là nhóm dao có nhiều loại và có công dụng khác nhau như: dao phay hình trụ, dao phay mặt ñầu, dao phay ñĩa, dao phay góc, lưỡi cưa…

Các yếu tố kết cấu chung của dao phay răng nhọn bao gồm:

- Các góc ở phần cắt của răng dao

4.1.1 ðường kính dao phay

ðường kính dao phay có ảnh hưởng lớn ñến quá trình phay cũng như việc lựa chọn kết cấu răng của dao ðường kính dao phay càng lớn thì chiều dày cắt và tải trọng phân

bố trên lưỡi cắt giảm; sự thoát nhiệt tốt vì bề mặt tiếp xúc với chi tiết gia công lớn, và giảm thời gian cắt liên tục của lưỡi cắt Tất cả các yếu tố này làm tăng tuổi bền của dao

và ảnh hưởng tốt ñến năng suất

Dao phay có ñường kính lớn thì giúp người thiết kế dễ dàng lựa chọn các yếu tố kết cấu như: số răng, kích thước và hình dáng của răng, rãnh chứa phoi, chiều dày thân dao… Tuy nhiên, với kết cấu lớn thì sẽ làm tiêu hao lượng vật liệu lớn, làm tăng giá thành của dụng cụ Vì vậy cần phải lựa chọn ñường kính ngoài của dao một cách hợp lý

ðường kính ngoài của dao phay ñược tính theo công thức:

D = d + 2m + 2H Trong ñó:

d- ñường kính lỗ ñể lắp trục gá dao, mm

m- chiều dày thân dao phay, mm

H- chiều cao răng dao, mm

Khi chọn ñường kính dao phay cần phải ñảm bảo ñủ chiều dày của thân dao, vì vậy ñường kính ñáy rãnh răng có thể ñược xác ñịnh như sau:

D1 = d + 2m ≈ (1,6-2,5)d Trong ñó:

D1- ñường kính ñáy rãnh, mm

Tuy nhiên cũng có ñề nghị thay dãy kích thước trên bằng: Dz = D1φz-1, Với φ là

và 1,263 = 1,412 nên chọn công bội φ=1,26 là phù hợp nhất

Bảng kích thước ñường kính dao phay với φ=1,26 và φ=1,58

Dãy kích thước mới trên có ưu ñiểm:

- Giảm ñược số kích thước ñến 30%

- Sai lệch của tốc ñộ nhận ñược và tốc ñộ cắt hợp lý là không ñáng kể (10-12%) 4.1.2 Kích thước lắp ghép

ðối với dao phay răng nhọn, các kích thước lắp ghép có thể là kích thước ñường kính lỗ dao, kích thước rãnh then hoặc vành vòng của lỗ

ðường kính lỗ dao phay d phụ thuộc vào kết cấu của dao, ñường kính ngoài D, chiều sâu của lớp kim loại bị cắt và vật liệu gia công Ở dao phay răng nhọn có thể chọn ñường kính d của lỗ như sau:

ðối với dao phay răng nhỏ ñể gia công tinh thì kích thước lỗ có thể lấy nhỏ hơn ñối với dao phay răng lớn

ðối với dao phay gắn mảnh hợp kim cứng, thường làm việc ở chế ñộ cắt cao nên kích thước lỗ phải lấy lớn hơn so với dao phay thép gió

Số răng dao phay phụ thuộc vào ñường kính dao, dạng răng, kích thước ngoài của răng và rãnh xoắn, tính chất gia công (thô, tinh) ðối với dao phay răng nhọn nên chọn số răng là số chẵn ñể dễ dàng ño kiểm tra ñường kính ngoài

ðiều kiện cân bằng khi cắt trong quá trình chọn số răng dao

ðối với dao phay răng thẳng: ñể ñảm bảo cắt tốt thì số răng ñồng thời tham gia cắt không ñược ít hơn hai răng, nghĩa là:

ε

ϕ

ξ =Trong ñó:

ξ- số răng ñồng thời tham gia cắt và là hệ số cân bằng;

φ- góc tiếp xúc, cosφ=1-t/R, với t là chiều sâu cắt khi phay và R là bán kính của dao

ε- góc giữa hai răng, ε=3600/Z

ðối với dao phay răng xoắn: tiết diện phoi thay ñổi dọc theo chiều dài lưỡi cắt Nếu chọn thích hợp các ñiều kiện cắt, tổng số tiết diện phoi trên các răng làm việc sẽ không ñổi dù cho mỗi răng cắt có tiết diện thay ñổi, ñây là trường hợp phay cân bằng, nhờ ñó lực cắt P và mômen xoắn sẽ không ñổi và dao phay sẽ làm việc êm

Vi phân diện tích cắt của các răng ñồng thời tham gia cắt có thể ñược xác ñịnh như sau:

ψψ

ω d

S D

fi sin sin

2

.

=Trong ñó: ψ- góc tiếp xúc tức thời

Tích phân theo ψ ta ñược diện tích cắt của một răng:

) cos (sin

sin 2

Trong ñó: ψ1 và ψ2- góc tiếp xúc tức thời của ñiểm cuối và ñiểm ñầu của răng xoắn trong cung tiếp xúc

Tổng diện tích của các răng ñồng thời tham gia cắt:

∑

=

= 01 z

i i f

sin 2

i z S D

ω

Trong ñó: Z0- số răng ñồng thời tham gia cắt;

vì D, Sz và ω không ñổi nên ñể cân bằng chỉ phụ thuộc vào tổng ∑

ðộ bền của răng, không gian chứa phoi cũng như chiều rộng răng và số răng ñều có

sự liên quan ñến góc răng η và góc rãnh răng θ

Góc răng η: ñối với dao phay răng liền răng nhọn, thường η≥470-520, chỉ trong trường hợp ñặc biệt mới lấy η≥300-400

Góc rãnh răng θ: góc này cũng chính là góc của dao phay ñể phay nó, do ñó ñể giảm

số loại dao phay thì chọn θ=450-1000

Hình 4.1 Góc ở ñỉnh răng 4.1.5 Dạng răng và rãnh

Việc chọn số răng dao phay có ảnh hưởng lớn ñến dạng răng, kích thước của răng và rãnh

Phần lớn các dụng cụ bị gãy là do bị kẹt phoi trong rãnh Do ñó khi thiết kế dao cần ñặc biệt chú ý ñến các yếu tố như chiều cao răng, bán kính ñáy rãnh, ñộ nhẵn của rãnh, hình dạng lưng răng… chính vì vậy hình dạng răng phải thỏa mãn:

- ðảm bảo ñộ bền của răng;

- Có không gian chứa phoi lớn nhất;

- ðảm bảo phoi thoát tốt nhất;

- Cho phép có số lần mài sắc lại lớn nhất;

- Tránh bị nứt khi nhiệt luyện

Hình 4.2 Các dạng răng nhọn Trong 3 kiểu răng trên, kiểu thứ I ñược dùng nhiều hơn cả, thường dùng cho dao phay gia công tinh, chiều cao răng thường lấy bằng 0,5-0,65 bước vòng ðể tránh các vết nứt khi nhiệt luyện, ñáy rãnh có bán kính lượn r=0,5-2mm chiều rộng ñỉnh răng p=0,5-2mm

Kiểu thứ II thường dùng cho dao phay răng lớn Lưng răng thường là ñường cong parabol hoặc cung tròn với bán kính R=0,3-0,45 ñường kính dao phay Chiều cao răng h=0,3-0,45 bước vòng Bán kính cung lượn r nên chọn càng lớn càng tốt ñể dễ thoát phoi, thường thì r=0,4-0,75 chiều cao răng

Kiểu thứ III ñược dùng phổ biến hơn kiểu thứ II ðỉnh răng có 2 góc, góc sau α và góc vát lưng α1=200-300

4.2 Thông số hình học phần cắt của dao phay

4.2.1 Góc sau α

Góc sau có tác dụng làm giảm ma sát giữa mặt sau của dao và mặt gia công

Khi không yêu cầu ñộ nhẵn và ñộ chính xác bề mặt cao thì góc sau có thể chọn như sau:

- Dao phay răng lớn α=120;

- Dao phay răng nhỏ α=160;

- Dao phay ñĩa, dao phay rãnh, cưa ñĩa α=200;

- Dao phay rãnh then hoa α=300

Nếu giá trị góc sau lớn thì sẽ không tốt, vì làm cho răng dao bị yếu, chóng mòn nên nhanh giảm ñường kính

cấp 3 thì :

- Dao có gắn thêm lưỡi cắt phụ thì α1=4-80;

- ðối với dao phay mặt ñầu có góc φ1 thì α=6-100

4.2.2 Góc trước γ

Là nơi ñể thoát phoi, việc chọn góc trước tùy thuộc vào cơ lý tính của vật liệu gia công, chế ñộ cắt, ñặc tính của vật liệu làm dao Thông thường góc trước ñược chọn như sau:

Giá trị của góc trước trong tiết diện pháp tuyến

- Nếu chiều sâu cắt nhỏ hơn 3mm, hệ thống công nghệ cứng vững thì nên chọn φ≈200

- Khi chiều sâu cắt lớn hơn 6mm, nên dùng lưỡi cắt có góc chuyển tiếp với