PHƯƠNG PHÁP PHAY VÀ DỤNG CỤ

b Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn: Cũng giống như đối với dao phay trụ răng thẳng, ở dao phay trụ răng xoắn thì chiều dày cắt tại điểm M trên lưới cắt cũng được tính p

Chương 10:

PHƯƠNG PHÁP PHAY VÀ DỤNG CỤ

Phay là phương pháp gia công bằng cắt gọt với các chuyển động cơ bản sau:

        

10.1 Đặc điểm về động học

 Chuyển động chính(chuyển động cắt) là chuyển động quay tròn của dao

      

 Chuyển động tiến dao (chuyển động chạy dao) là chuyển động tịnh tiến

tương đối giữa dao và chi tiết

Phay là gì?

10.1 Đặc điểm về động học

Tùy theo hướng chuyển động mà ta có:

Tốc độ chuyển động chính luôn luôn lớn hơn tốc độ chuyển động chạy dao.

 Chuyển động chạy dao ngang

 Chuyển động chạy dao dọc

 Chuyển động chạy dao đứng.

(a)Phay mặt phẳng bằng dao phay trụ

(b) Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu,

(c) Phay rãnh bằng dao phay đĩa 2 mặt,

Hình 10.1: Một số trường hợp phay cơ bản.

(d) Phay rãnh bằng dao phay đĩa 3 mặt, (e) Phay rãnh bằng dao phay cắt đứt,

(f) Phay rãnh bằng dao phay ngón.

Hình 10.1: Một số trường hợp phay cơ bản.

 Phạm vi ứng dụng: Hầu như thay thế cho bào và phần lớn xọc trong sản xuất hang loạt và

hang khối do dao phay có nhiều lưỡi cắt cùng làm việc đồng thời tốc độ phay cũng cao hơn

10.2 khả năng và phạm vi ứng dụng

 Khả năng: Có thể phay được các mặt phẳng, các gờ lồi, các rãnh, các mặt định hình phức

tạp, cắt đứt, gia công mặt tròn xoa, trục then hoa, cắt ren, gia công bánh răng

Phay là một trong những phương pháp đạt năng suất cao nhất nhưng phay không cho độ xác

độ bóng cao lắm cụ thể là độ chính xác không cao hơn 8 – 7, Ra= 3.2 – 0.2

Trước đây trong chương 1 của phần 1, ta đã đề cập đến một số đặc điểm đặc biệt của phay so với tiện như trong trường hợp phay ta có đến 2 chiều sâu là chiều sâu cắt t0

và chiều sâu phay t hoặc là ngoài lượng chạy dao vòng s, ta còn có lượng chạy dao răng sz Trong phần này ta sẽ khảo sát các đặc điểm của lớp cắt khi phay so với tiện

10.3 Đặc điểm lớp cắt khi phay Vấn đề

phay cân bằng

10.3.1 Đặc điểm lớp cắt khi phay

Chiều rộng phay B là kích thước lớp kim loại được cắt đo theo phương chiều trục của dao phay (hình 10.2) Khi cắt bằng dao phay hình trụ thì chiều rộng phay bằng chiều rộng chi tiết, khi phay rãnh bằng dao phay đĩa thì chiều rộng phay bằng chiều dày dao phay (hay chiều rộng rãnh); khi phay bằng dao phay ngón thì chiều rộng phay bằng chiều sâu rãnh; khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì chiều rộng phay bằng chiều sâu cắt t0.

10.3.1.1 Chiều rộng phay B

(a) Dao phay trụ răng xoắn, (b) Dao phay mặt đầu,

(c) Dao phay đĩa

Hình 10.2: Các trường hợp phay chủ yếu và các yếu tố cắt của chúng.

(d) Dao phay đĩa dùng để cắt đứt, (e) Dao phay ngón,

Hình 10.2: Các trường hợp phay chủ yếu và các yếu tố cắt của chúng.

(g) Dao phaygóc, (h) Dao phay định hình

 Ψ là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc l giữa dao và chi tiết

10.3.1.2 Góc tiếp xúc Ψ

10.3.1.2 Góc tiếp xúc Ψ

Hình 10.3: Góc tiếp xúc khi phay

(a) Phay bằng dao phay trụ, (b) Phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu

10.3.1.2 Góc tiếp xúc Ψ

Hình 10.3: Góc tiếp xúc khi phay

(c) Phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu

 Khi phay bằng dao trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay định hình,

góc tiếp xúc được tính theo công thức:

D

t 2

cos

1 2

 Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu (hình 10.3b) thì góc tiếp xúc được

tính theo công thức sau:

10.3.1.2 Góc tiếp xúc Ψ

(10.3)

D

t 2

sin ψ =

 Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu (hình 10.3c) thì góc tiếp xúc được tính như

2

π ψ

 Trong quá trình phay, chiều dày cắt sẽ thay đổi Ta khảo sát dưới đây sự

thay đổi của a khi phay bằng dao phay trụ và dao phay mặt đầu, các trường hợp khác có thể suy ra từ hai trường hợp này

10.3.1.3 Chiều dày dao cắt a khi phay

 Chiều dày cắt a khi phay là khoảng cách giữa hai vị trí kế tiếp của quỹ đạo

chuyển động của một điểm trên lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng sz (khoảng cách giữa hai quỹ đạo cắt được tạo thành bởi các lưỡi cắt của hai răng kế cận của dao phay do theo phương pháp tiếp tuyến với quỹ đạo cắt) Một cách gần đúng, ta có thể xem quỹ đạo chuyển động tương đối của lưỡi cắt là đường tròn, nên a được đo theo phương hướng kính của dao

a) Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng:

Khảo sát một điểm M nằm trên cung tiếp xúc ứng với góc θ (hình 10.4), chiều dày cắt tại M được ký hiệu là aM, có chiều dài đoạn MC; gần đúng ta có thể xem cung MN

là thẳng, khi đó tam giác CMN sẽ vuông và ta có:

aM = sz.sin θ

10.3.1.3 Chiều dày dao cắt a khi phay

Hình 10.4: Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay trụ

Nếu chiều quay của dao phay như hình, khi một răng dao mới vào tiếp xúc với chi tiết thì θ = 0 (tương ứng aM = 0), sau đó θ tăng dần θmax

= ψ và đạt đến khi răng dao thoát ra khỏi chi tiết (lúc ấy aM = amax = sz.sinψ) Vì chiều dày cắt thay đổi từ 0 đến amax (hoặc từ amax đến 0 nếu dao phay quay theo chiều ngược lại) nên diện tích cắt và lực cắt cũng bị thay đổi, do đó ta cần phải xác định chiều dày cắt trung bình atb để sau này tính lực cắt và công suất trung bình

Một cách gần đúng ta có thể xem chiều dày cắt trung bình là chiều dày cắt tại điểm M ứng với góc ψ / 2, do đó:

Thay giá trị vào, ta sẽ có:

2

sin

s

a tb = z Ψ

D

t

s

a tb = z

2 sin Ψ

b) Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn:

Cũng giống như đối với dao phay trụ răng thẳng, ở dao phay trụ răng xoắn thì chiều dày cắt tại điểm M trên lưới cắt cũng được tính phụ thuộc vào vị trí của M (góc θ ) theo công thức (10.5)

10.3.1.3 Chiều dày dao cắt a khi phay

Tuy nhiên trong trường hợp này, ta thấy rằng tại thời điểm khảo sát thì giá trị của chiều dày cắt dọc theo răng

dao cũng khác nhau vì góc θ thay đổi từ θd ở đầu bên này của dao phay đến θc ở đầu bên kia của dao phay

(hình 10.5)

Theo hình 10.5 ta thấy với răng 1 thì chiều dày a sẽ thay đổi từ trị số

ad 1=sz.sinθd1 ở đ1 đến ac1=sz.sinθc1 ở c1.

Hình 10.5: Các thông số lớp cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn.

c) Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay mắt đầu

Hình 10.6 cho ta các yếu tố của lớp cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu Khi bàn máy di chuyển một lượng chạy dao răng sz, quỹ đạo của lưỡi cắt chuyển dịch từ vị trí 1 đến vị trí 2

Như vậy chiều dày cắt aM tại một điểm M sẽ thay đổi tuỳ theo vị trí của M (nghĩa là phụ thuộc vào góc θ ).

10.3.1.3 Chiều dày dao cắt a khi phay

Hình 10.6: Các thông số lớp cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu.

Ta có:

aM = n sinϕ

Một cách gần đúng ta có thể xem tam giác CMN vuông tại M, do đó: n=sz.cosθ Thay vào trên ta sẽ được:

aM = sz.sinϕ.cos θ (10.8)

10.3.1.3 Chiều dày dao cắt a khi phay

c) Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay mắt đầu

Nếu dao phay quay như hình vẽ, mỗi răng dao lần lượt vào tham gia cắt ở tiết diện B-B ứng với θ =ψ /2 ở tiết diện C-C khi răng dao ra khỏi vùng tiếp xúc với chi tiết Tương ứng, theo công thức (10.7) ta thấy rằng chiều dày cắt aM sẽ thay đổi liên tục từ giá trị cực tiểu amin=sz.sinϕ.cos( ψ /2) tại tiết diện B-B tăng lên đến amax=sz.sinϕ tại tiết diện A-A, sau đó lại giảm xuống đến amin=sz.sinϕ.cos( ψ /2) tại tiết diện C-C Ta có thể xem như chiều dày cắt trung bình sẽ là giá trị aM tại vị trí : θ =ψ/4

atb = sz.sinϕ.cos( ψ /4)

 Chiều rộng cắt khi phay cũng tương tự như tiện, đó chính là chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt.

 Ta sẽ lần lượt xem xét chiều rộng cắt b trong các trường hợp dao phay răng thẳng, dao phay trụ

răng xoắn và dao phay mặt đầu

10.3.1.4 Chiều rộng cắt b khi phay

a) Chiều rộng cắt khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng:

Trong trường hợp này, chiều rộng cắt b bằng chiều rộng phay B: b=B.

 Trên hình 10.5, ta khai triển mặt trụ dao phay và trải nó ra trên mặt phẳng của hình chiếu bằng Trên

hình chiếu bằng này, ta sẽ thấy được hình ảnh của các đường tiếp xúc của các lưỡi cắt với bề mặt đang gia công tại thời điểm khảo sát Toàn bộ răng thứ nhất với chiều dài b1 đang ở trong vùng tiếp xúc, như vậy chiều rộng cắt của răng này cũng bằng b1 Nhưng đối với răng thứ hai có chiều dài là c2đ2 thì chỉ mới có một đoạn lưỡi cắt có chiều dài b2=c0.đ2 đi vào vùng tiếp xúc, do đó chiều rộng cắt của răng này

là b2

10.3.1.4 Chiều dày dao cắt a khi phay

b) Chiều rộng cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn:

 Như vậy theo chiều quay của dao ở trên hình thì mỗi răng cắt khi đi vào vùng tiếp xúc thì không vào một

lúc theo cả chiều dài lưỡi cắt như dao phay trụ răng thẳng mà sẽ vào dần từng điểm một

 Vì vậy chiều rộng cắt b2 sẽ tăng dần từ 0 đến b1 (chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt), sau đó sẽ giảm dần khi

răng bắt đầu ra khỏi vùng tiếp xúc và sẽ giảm đến 0 khi răng thoát hẳn ra khỏi vùng tiếp xúc Trị số của chiều rộng cắt b1 và b2 được tính như sau:

10.3.1.4 Chiều dày dao cắt a khi phay

b) Chiều rộng cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn:

10.3.1.4 Chiều dày dao cắt a khi phay

b) Chiều rộng cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn:

Trong đó:

D - đường k ính dao phay, mm

ω - góc nghiêng của răng dao phay, độ

- góc tiếp xúc tức thời ứng với đầu răng thứ nhất, radian

- góc tiếp xúc tức thời ứng với cuối răng thứ nhất, radian

- góc tiếp xúc tức thời ứng với đầu răng thứ hai, radian

D.

b2 =

1 d

θ

1 c

θ

2 d

θ

c) Chiều rộng cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu:

Khi cắt, một răng của dao phay mặt đầu cũng giống như một dao tiện Như vậy, chiều rộng cắt b của dao phay mặt đầu (hình 10.6b) là một đại lượng không đổi Trong trường hợp λ =0 ta có:

B

b =

a) Diện tích cắt khi phay bằng dao phay trụ răng phẳng:

Tuỳ theo kết cấu của dao và kích thước của lớp cắt mà số răng đồng thời tham gia cắt n trong cung tiếp xúc ψ sẽ là:

ε - góc giữa hai răng kề nhau của dao phay, radian

z - số răng của dao phay.

10.3.1.5 Diện tích cắt khi phay

Trong đó:

z 2

n

π

ψ ε

ψ =

=

Một răng thứ i nào đó của dao phay trong vùng tiếp xúc(ứng với góc tiếp xúc tức thời của răng này là θi) sẽ cắt một tiết diện lớp cắt là:

fi = ai bi

Thay bi=B và ai=sz.sinθi (theo 10.5):

fi = sz.B.sin θ i (10.14)

a) Diện tích cắt khi phay bằng dao phay trụ răng phẳng:

10.3.1.5 Diện tích cắt khi phay

a) Diện tích cắt khi phay bằng dao phay trụ răng phẳng:

10.3.1.5 Diện tích cắt khi phay

Diện tích do n răng đồng thời tham gia cắt sẽ là:

i

z B sin s

Như vậy ta thấy diện tích cắt là một đại lượng thay đổi Để tính lực cắt trung bình, ta phải xác định diện tích cắt trung bình:

a) Diện tích cắt khi phay bằng dao phay trụ răng phẳng:

10.3.1.5 Diện tích cắt khi phay

W - thể tích lớp kim loại được cắt ra trong một phút, mm3/ph.

a) Diện tích cắt khi phay bằng dao phay trụ răng phẳng:

10.3.1.5 Diện tích cắt khi phay

D

Giả sử trong cung tiếp xúc ψ , có một răng thứ I nào đó đang cắt (hình 10.7) Tương ứng với góc tiếp xúc

θi, chiều dày cắt tại đó sẽ bằng ai=sz.sinθi Với răng xoắn, tại thời điểm đang xét chiều dày cắt ai thay đổi

từ đầu răng đến cuối răng phụ thuộc vào góc θi (thay đổi từ đến )

b) Diện tích cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn:

10.3.1.5 Diện tích cắt khi phay

i c

dθ

b) Diện tích cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn:

10.3.1.5 Diện tích cắt khi phay

Diện tích của phân tố lớp cắt có chiều dày cắt là ai và chiều rộng cắt là dbi được tính như sau:

dfi = ai dbi

Như vậy diện tích cắt do toàn chiều dài răng cắt ra là:

i c

x

dbi = =

Hình 10.7: Diện tích cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn.

d

sin 2sin

θ

θ ω

Hình 10.7: Diện tích cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn.

Giống như ở dao phay trụ răng thẳng, ta cũng có diện tích

i c z

n

1 i

2sin

Ds f

ω

D

 Diện tích cắt do một răng cắt là fi=ai.bi Thay ai và bi ở biểu thức (10.7) và (10.11) vào, ta sẽ

được: fi = B.sz cosθi (10.18)

 Tổng diện tích cắt do n răng đồng thời tham gia cắt sẽ là:

c) Diện tích cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu:

10.3.1.5 Diện tích cắt khi phay

i z

n

1 i

i B.s cos f

c) Diện tích cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu:

10.3.1.5 Diện tích cắt khi phay

Như vậy diện tích cắt khi phay bằng dao phay mặt dầu sẽ thay đổi phụ thuộc vào góc tiếp xúc tức thời của từng răng khi tham gia cắt Diện tích cắt trung bình trong trường hợp này cũng có thể tính theo phương pháp như dã trình bày đối với dao phay trụ răng thẳng: Ftb = W/v

Kết quả cuối cùng ta vẫn có được dạng của biểu thức (10.16):

D

 Như vậy diện tích cắt khi phay bằng dao phay mặt dầu sẽ thay đổi phụ thuộc vào

góc tiếp xúc tức thời của từng răng khi tham gia cắt Diện tích cắt trung bình trong trường hợp này cũng có thể tính theo phương pháp như dã trình bày đối với dao phay trụ răng thẳng:

c) Diện tích cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu:

10.3.1.5 Diện tích cắt khi phay

Ftb = W/v

c) Diện tích cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu:

10.3.1.5 Diện tích cắt khi phay

 Kết quả cuối cùng ta vẫn có được dạng của biểu thức (10.16):

D

Như đã phân tích ở trên, tổng diện tích cắt khi phay là một lượng thay đổi phụ thuộc vào góc

θi, do đó lực cắt khi phay cũng là một lượng thay đổi Hậu quả là quá trình phay sẽ bị rung

động dẫn đến độ bóng bề mặt gia công, tuổi bền dao và năng suất phay sẽ giảm

10.3.2 Vấn đề phay cân bằng

10.3.2.1 Đặt vấn đề

Trong phần này ta sẽ đi tìm xem có trường hợp nào mà quá trình phay có diện tích cắt tổng không đổi, mà người ta gọi là phay cân bằng Để nghiên cứu vấn đề này, người ta đưa ra khái niệm “ hệ số không cân bằng” µ được định nghĩa là tỉ số giữa diện tích cắt tổng lớn nhất do trong mặt phẳng hướng kính Fomax và diện tích trung bình Ftb.

µ

Khi µ=1 ta sẽ có được quá trình phay với diện tích cắt không đổi Giá trị µ càng lớn thì quá trình cắt càng kém cân bằng Sau đây chúng ta khảo sát hệ số không cân bằng µ cho các trường hợp phay thường gặp.

10.3.2 Vấn đề phay cân bằng

10.3.2.1 Đặt vấn đề

a) Khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn:

10.3.2.2 Hệ số không cân bằng phay µ trong các trường hợp

phay

(Ttr là bước chiều trục của răng dao phay), ta sẽ có:

và chú ý rằng

Biểu thức (10.17) cho ta tiết diện cắt tổng lớn nhất đo dọc theo phương lưỡi cắt Fmax Diện

t ích cắt tổng lớn nhất đo trong mặt phẳng hướng kính Fomax=Fmax.cos ω Với Ftb cho ở biểu thức (10.16)

trT

cotg Z

D

.

= ω

i

i c

tr cos - cos B.t

T

D/2.

dθ θ

µ

Khai triển các số hạng tổng trong ngoặc từ i=1 đến i=n và

chú ý rằng cosψ=1-2t/D, ta nhận thấy rằng µ sẽ có giá trị

bằng 1 khi dao phay có B=Ttr (hình 10.8)

Hình 10.8: Vị trí của răng dao phay trụ răng xoắn khi phay cân bằng

10.3.2.2 Hệ số không cân bằng phay µ trong các trường hợp

phay

Như vậy B=Ttr là điều kiện phay cân bằng của dao

phay trụ răng xoắn Tổng quát ta có thể mở rộng cho

trường hợp chiều rộng phay là bội số của bước chiều

trục: B=K.Ttr, trong đó K=1,2,3,…[Nguyên lý cắt]

Hình 10.8: Vị trí của răng dao phay trụ răng xoắn khi phay cân bằng

10.3.2.2 Hệ số không cân bằng phay µ trong các trường hợp

phay

b) Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng:

Dao phay trụ răng thẳng là một trường hợp đặc biệt của dao phay trụ răng xoắn với góc ω =0 Như vậy trong trường hợp này, giá trị của µ sẽ lớn nhất, có nghĩa là dao phay trụ răng thẳng sẽ phay với điều kiện cân bằng

10.3.2.2 Hệ số không cân bằng phay µ trong các trường hợp

phay

c) Khi phay bằng dao phay mặt đầu:

Dùng các biểu thức (10.19) và (10.16) ta sẽ có hệ số không cân bằng µ của dao phay mặt đầu:

10.3.2.2 Hệ số không cân bằng phay µ trong các trường hợp

i tb

D

t Z.

F

F

θ π

µ