CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG
3.2.3 Phương pháp phay
1 Khả năng cơng nghệ
Phay là phương pháp gia cơng kim loại được phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo máy, mặc dù phay khơng cho độ chính xác và độ bĩng cao lắm, nhưng nĩ là một trong những phương pháp gia cơng đạt năng suất cao cũng như khả năng cơng nghệ rộng rãi. Cũng giống như phương pháp tiện, chuyển động cắt của phay gồm hai chuyển động (hình 3.21):
Hình 3.21 Chuyển động
cắt khi phay - Chuyển động cắt chính là chuyển động quay
của dao;
- Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến của chi tiết gia cơng theo phương dọc hoặc ngang do bàn máy thực hiện .
Bằng phương pháp phay, cĩ thể gia cơng mặt phẳng (hình 3.22a, e), rãnh then (hình 3.22b, d), mặt bậc (hình 3.22c, đ) hoặc cắt đứt, gia cơng mặt trịn xoay, then hoa, cắt ren, bánh răng, mặt định hình phức tạp, v.v...
Hình 3.22
Về độ bĩng thì phay thơ cĩ thể đạt độ bĩng bề mặt cấp 3 ÷ 4, độ chính xác 13-12. Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, phay hầu như hồn tồn thay thế bào và một phần lớn của xọc .
Khi phay tinh bằng dao cĩ độ chính xác cao, máy phay cĩ độ cứng vững tốt và khi chọn chế độ cắt hợp lý thì độ bĩng cĩ thể đạt cấp 7,8 (bảng 3.3).
Bảng 3.3 Độ chính xác và độ nhám đạt được khi phay Độ nhám Các dạng phay Độ chính xác Phay thơ Phaytinh Phay tinh mỏng Cấp 13÷12 Cấp 9 ÷ 8 Cấp 7 RZ 80 - Ra - 2,5 1.25÷0.63 ∇ 3-4 5-6 7-8
2 Dao phay và thơng số cắt gọt
Hình 3.23
Hình dáng lưỡi cắt dao phay
a) Kết cấu dao phay
Quá trình phay được thực hiện đồng thời nhiều lưỡi cắt, ta gọi là dao phay. Khác với dao tiện, dao phay cĩ rất nhiều lưỡi cắt, các lưỡi cắt cĩ thể chế tạo liền với thân dao, hoặc cĩ thể chế tạo riêng gọi là răng chắp. Mỗi một răng của dao phay là một lưỡi dao tiện đơn giản (hình 3.23 ).
Tùy theo yêu cầu tạo hình bề mặt chi tiết, và điều kiện gia cơng, cấu tạo dao phay mà ta phân loại dao dựa theo các dạng sau :
- Dựa theo các biên dạng răng cắt (bề mặt mài dao) ta phân thành :
+ Dao phay răng nhọn : răng dao được mài theo mặt sau (hình 3.24a). Giao tuyến giữa mặt sau và mặt phẳng vuơng gĩc với trục dao là một đường thẳng.
Hình 3.24
Biên dạng răng cắt dao phay
a) b)
+ Dao phay răng hớt lưng : răng dao chỉ được mài theo mặt trước (hình 3.24b –Trong đĩ h – chiều cao hớt lưng). Giao tuyến giữa mặt sau và mặt phẳng vuơng gĩc với trục dao là một đường cong Acsimet.
- Dựa theo bố trí răng cắt ta phân thành 2 loại:
+ Dao phay mặt trụ : là loại dao mà lưỡi cắt được bố trí trên mặt trụ của dao (hình 3.22a).
+ Dao phay mặt đầu : là dao cĩ lưỡi cắt được bố trí trên mặt đầu của dao, cĩ thể là răng liền hoặc răng chấp (hình 3.22e).
- Dựa theo cách gá dao mà ta phân thành 2 loại: + Dao phay chuỗi liền (hình 3.22d, đ);
+ Dao phay chuỗi lắp (hình 3.22a, b, c, e). a) b) c) d) Hình 3.25 e) f) - Dự a theo dạng bề mặt gia cơng hoặc
hình dạng dao, cĩ thể phân ra các loại sau: + Dao phay mặt phẳng (hình 3.22 a); + Dao phay ngĩn (hình 3.22 d, đ);
+ Dao phay vai vuơng (hình 3.22 c, đ, e); + Dao phay đĩa (hình 3.22 b, c);
+ Dao phay định hình (hình 3.25 a); + Dao phay gĩc (hình 3.25 b, f); + Dao phay rãnh T (hình 3.25 c); + Dao phay lăn răng (hình 3.25 d); + Dao phay rãnh then (hình 3.25 e).
Qua việc phân loại trên ta thấy mặc dù dựa vào dạng này hay dạng khác, nhưng nĩi chung dao phay là loại dụng cụ cĩ nhiều lưỡi cắt, nên quá trình cắt ngồi những đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện, cịn cĩ những đặc điểm riêng sau:
- Do cĩ một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt nên năng suất khi phay cao hơn bào nhiều lần.
- Diện tích cắt khi phay luơn thay đổi, do đĩ lực cắt thay đổi gây rung động trong quá trình cắt.
- Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn vì khi phay mỗi ở mỗi vịng quay của dao lưỡi dao của dao phay lúc vào thì tiếp xúc với chi tiết gia cơng cịn lúc ra thì khơng tiếp xúc. Lúc dao ăn vào chi tiết gia cơng sẽ xảy ra hiện tượng va đập và rung động, chính vì vậy khả năng tồn tại lẹo
dao ít.
b) Thơng số hình học phần cắt của dao phay
Trên hình 3.26:
Hình 3.26
Thơng số hình học phần cắt của dao phay
- Dao phay trụ thép giĩ γ = 5o÷25o. Quan hệ gĩc trước trong các tiết diện khác nhau: ω γ γ tg f .cos tg = ω α α tg n.cos tg =
ω là gĩc xoắn của dao phay trụ răng nghiêng. Đối với dao phay trụ răng thẳng khơng cĩ gĩc này và hai tiết diện trên trùng nhau.
- Dao phay mặt đầu hợp kim cứng
γ = -10o÷+10o .
Quan hệ gĩc trước trong các tiết diện khác nhau: ϕ ω ϕ γ γ tg 1.sin tg .cos tg = + ϕ α α sin n tg tg = Gĩc sau chính α = 6o÷ 12o cho cả hai loại dao.
Gĩc nâng của lưỡi cắt chính λ =0 ÷
5o cho cả hai loại dao. Đối với dao phay trụ răng nghiêng, gĩc λ chính bằng gĩc xoắn ω của răng dao.
c) Các yếu tố của chế độ cắt và lớp cắt
- Tốc độ cắt V (m/phút);
- Lượng chạy dao phút Sf (mm/phút); Lượng chạy dao vịng S (mm/vịng); Lượng chạy dao răng Sz (mm/răng):
Sf = S. n trong đĩ n – số vịng quay của dao trong một phút (vịng/phút) S = Sz . Z trong đĩ Z – số răng của dao phay
- Chiều sâu cắt t: Là kích thước lớp kim loại được cắt, đo theo phương vuơng gĩc với trục của dao phay ứng với gĩc tiếp xúc ψ (hình 3.22);
- Chiều sâu phay B: là kích thước lớp kim loại bị cắt, đo theo phương chiều trục của dao phay (hình 3.22);
- Gĩc tiếp xúc ψ: là gĩc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc l giữa dao và chi tiết (hình 3.27a – dao phay trụ; hình 3.27b – dao phay mặt đầu);
D/2 Ψ t l o S t Ψ D/2 b) o n t/2 t/2 n a) S Hình 3.27 Gĩc tiếp xúc Ψ
của dao phay a) Dao phay trụ b) Dao phay mặt đầu
Khi phay bằng dao trụ, dao phay ngĩn, dao phay đĩa và dao phay định hình, gĩc tiếp xúc tính theo cơng thức: D t R t R 2 1 cosψ = − = − Hay D t = − = 2 cos 1 sinψ ψ
Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì: Sin D t = 2 ψ - Chiều dày cắt khi phay
Là khoảng cách giữa hai vị trí kế tiếp nhau của quĩ đạo chuyển động của một điểm trên lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng Sz , được đo theo phương hướng kính của dao. Trong quá trình phay, chiều dày cắt a biến đổi từ trị số amin đến amax hoặc từ amax đến amin tùy theo phương pháp phay .
Ta xét chiều dày cắt khi phay ở hai trường hợp :
+ Phay bằng dao trụ (răng thẳng và răng nghiêng) – Hình 3.28: Tại điểm C nằm trên cung tiếp xúc ứng với gĩc tiếp xúc θi , chiều dày cắt được ký hiệu là ai cĩ chiều dài bằng đoạn CM. Coi cung MN là đường thẳng khi đĩ Δ CMN là vuơng và gĩc MNC cĩ giá trị bằng θi , ta cĩ:
Nếu θi biến thiên từ OA đến OB, cĩ nghĩa tại vị trí OA gĩc θi = 0 và tại vị trí OB gĩc θi = ψ thì chiều dày cắt a thay đổi từ giá trị min amin= 0 đến giá trị max amax = Sz sinψ.
Do đĩ diện tích lớp cắt và lực cắt cũng bị thay đổi theo .
SZn n M Ψ θi amax N t c ai amin N M SZ C am
Hình 3.28 chiều dày cắt khi phay bằng dao phay trụ
ai
A
BO O
+ Phay bằng dao phay mặt đầu – Hình 3.29.
Khi bàn máy dịch chuyển 1 lượng S, một răng cắt thứ i sẽ dịch chuyển được một lượng Sz thì quĩ đạo chuyển động của lưỡi cắt chuyển dịch từ vị trí 1 đến vị trí 2 và lưỡi dao cắt một lớp kim loại cĩ chiều dày ai thay đổi phụ thuộc vào vị trí điểm M (nghĩa là phụ thuộc giá trị gĩc θi , lấy gĩc θi biến thiên từ I-I: θi = 0 và tăng dần về hai phía B-B: θi =
2
ψ ; C-C: θ
i = 2
ψ ) .Theo hình trên ta cĩ:
ai = m.Sinϕ - Với gĩc ϕ là gĩc nghiêng chính .
Ta cĩ thể coi AMN là tam giác vuơng thí lúc đĩ : m = Sz .Cosθi . Thay m vào cơng thức trên ta cĩ : aI = Sz sinϕ .Cosθi
Với chiều quay như hình 3.28 mỗi răng lần lượt tham gia cắt ở tiết diện B – B. Ứng với θi =
2
ψ rồi theo sự chuyển động của lưỡi cắt, gĩc θ
i giảm dần đến 0, rồi lại tăng dần đến θi =
2
ψ khi dao thốt ra khỏi vùng tiếp xúc với chi tiết ở tiết diện C – C. Như vậy chiều dày
cắt ai sẽ thay đổi liên tục trong quá trình cắt từ giá trị amax ở B – B đến amin ở I - I rồi lại tăng lên amax ở C – C.
Tại tiết diện B – B với θi = 2
ψ thì a
min = Sz sinϕ .Cos 2
ψ
Tại tiết diện I – I với θi = 0 thì amax = Sz sinϕ -79-
Tại tiết diện C – C với θi = 2
ψ thì a
min = Sz sinϕ .Cos 2
ψ
I
- Chiều rộng cắt
+ Dao phay trụ răng thẳng, chiều rộng cắt của một răng cắt thứ i khơng đổi:
+ Dao phay trụ răng nghiêng, chiều rộng cắt của một răng cắt thứ i thay đổi. Lưỡi cắt ăn vào chi tiết dần dần từng điểm một (hình 3.30).
Trong đĩ: D – đường kính dao phay θid – gĩc tiếp xúc điểm đầu của răng thứ i θic - gĩc tiếp xúc điểm cuối của răng thứ i ω - gĩc xoắn của răng
+ Dao phay mặt đầu, chiều rộng cắt của một răng cắt thứ i khơng đổi:
- Diện tích cắt
Diện tích cắt của một răng cắt khi phay là một lượng thay đổi phụ thuộc vào gĩc θi : fi = ai . bi
Vì dao phay cĩ nhiều răng cùng tham gia cắt, do đĩ diện tích cắt tổng cộng của các răng đồng thời tham gia cắt khi phay cũng là một lượng thay đổi: (trong đĩ n là số răng đồng thời tham gia cắt). Điều đĩ dẫn đến rung động trong quá trình phay.
∑= = = n i i f F 1 Ψ/2 Ψ/2 θι M N A C 1 2 t ϕ B a i B m S Hình 3.29
Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu
z n I S B