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 đ−ợc công suất tiêu hao trong quá trình cắt.
Thông qua lực cắt, ta có thể đánh giá đ−ợc tính gia công của các vật liệu tạo cơ sở xác định chế độ cắt tối −u cho các loại vật liệu gia công khác nhau ứng với các loại vật liệu dụng cụ khác nhau.
Xác định đ−ợc lực cắt chính xác, cho phép tối −u hoá thiết kế hệ thống công nghệ, tính và đ−a ra đ−ợc giải pháp và giảm đ−ợc rung động trong quá trình cắt, qua đó nâng cao đ−ợc 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 các máy phay nhiều trục chính.
27
Lực cắt là nguyên nhân gây biến dạng mà đặc tr−ng là: "Độ cứng vững hệ thống công nghệ".
1.2.4.2 Mô hình lực cắt khi phay mặt đầu
Đối với dao phay mặt đầu, vị trí t−ơng đối giữa dao và chi tiết có ảnh h−ởng lớn đến tỷ lệ giữa các lực thành phần. Cũng nh− dao phay trụ ta có thể phân tích lực tổng hợp R nằm trong mặt phẳng vuông góc với đ−ờng tâm dao khi phay ra các lực nh− sau: PZ; Pr ;Pn ; Pđ ;Po .
Ta có thể phân tích mối quan hệ giữa các lực thành phần với lực vòng PZ nh−
sau:
Khi phay đối xứng: Pd = (0,3 ữ 0,4) pz
Pn = (0,8 ữ 0,95) pz (1.17)
Po = (0,5 ữ 0,55) pz
Khi phay không đối xứng theo dạng phay nghịch. Pd = (0,45 ữ 0,7) pz
Px = (0,6 ữ 0,9) pz ( 1.18) Po = (0,5 ữ 0,55) pz
28
Khi phay không đối xứng theo dạng phay thuận Pd = (0,9 ữ 1,0) pz
Pn = (0,15 ữ 0,3) pz (1.19) Po = (0,5 ữ 0,55) pz
Lực tiếp tuyến PZ ( còn gọi là lực vòng ) là lực cắt chính để tạo ra phoi, dựa vào lực này để tính toán công suất máy cần thiết cho quá trình gia công. Thông th−ờng lực PZ giá trị lớn nhất.
Lực h−ớng kính PR h−ớng vuông góc với ph−ơng trục chính của máy phay. Nó có xu h−ớng đẩy nghiêng trục gá dao trong quá trình gia công. Đồng thời nó còn tạo ra các áp lực lên các ổ trục chính của máy phay đứng, do đó gây ra các mô men ma sát phụ lên ổ. Giá trị của lực này dùng để tính sức bền trục gá dao và các ổ trục chính của máy.
Lực vuông góc với ph−ơng chuyển động Pđ (Py). Đối với phay mặt đầu (không đối xứng) gây nên các biến đổi cơ tính lớp bề mặt đã gia công. Khi phay mặt đầu, giá trị lực Pđ đ−ợc xác định tính toán lực kẹp chi tiết khi gia công.
Thành phần lực nằm song song với ph−ơng chạy dao PN(PX) còn đ−ợc gọi là lực chạy dao. Tuỳ 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 ng−ời ta dựa theo lực này.
Trong tr−ờng hợp phay mặt đầu đối xứng: Dấu cộng ứng với tr−ờng hợp phay nghịch, dấu trừ ứng với tr−ờng hợp phay thuận.
Khi biết giá trị của pz, pn và pd ta có thể tính đ−ợc giá trị của pr.
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 cắt thành phần tức thời tác dụng lên từng răng dao tham gia cắt trong cung tiếp xúc ψ. Tổng các thành phần lực cùng tên đó chính là lực tác dụng lên toàn thân dao trong những ph−ơng đã xác định.
Trong tr−ờng hợp tổng quát khi ph−ơng của l−ỡi cắt dao phay mặt đầu hợp với ph−ơng trục dao phay một góc là ω thì lúc này lực cắt tổng quát Q sinh ra trong
29 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
quá trình cắt đ−ợc biểu diễn nh− sau: Q = R + P0
Trong đó P0 – lực theo ph−ơng dọc trục của dao phay. Lực này có tác dụng đẩy dao phay lên khỏi bề mặt gia công, tác dụng nên ổ đỡ của đầu trục máy phay. Trong thực tế thì thành phần này ảnh h−ởng lớn đến quá trình gia công nên trong quá trình nghiên cứu th−ờng đề cập đến thành phần lực này.
1.2.4.3 Xác định lực tiếp tuyến khi phay bằng dao phay mặt đầu
Cơ sở thành lập công thức tính đối với dao phay mặt đầu cũng giống nh− dao phay trụ:
Pi = q.fi
Quan hệ giữa lực cắt đơn vị q và kích th−ớc lát cắt khi phay cũng nh− các dạng gia công khác:
q=C.aim m <0 fi =ai . bi ; bi = B
ai = Sz sin φ cos θi (1.21) Lực cắt ứng với răng thứ i tham gia cắt:
Pi = C.B(.Sinφ)m SZ(m+1) cosθi (m+1) (1.22) Lực cắt do n răng cùng tham gia cắt:
P = C.B(.Sinφ)m SZ(m+1)∑cosθi (m+1) (1.23)
Trong đó: C – Hệ số lực cắt đại l−ợng cố định phụ thuộc vật liệu gia công và trị số góc tr−ớc của dao.
ai – Chiều dày lát cắt tức thời của răng thứ i (m-m) B – Chiều rộng phay (mm)
Góc tiếp xúc tức thời tại thời điểm đang xét của răng thứ i trong cung tiếp xúc.
m- Số mũ ( m <0) nói lên mức độ ảnh h−ởng của chiều dày cắt a đến lực cắt, phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, l−ợng mòn dao và dung dịch trơn nguội. Các giá trị C và m có thể lấy gần đúng theo bảng.
Lực cắt chính và giá trị là lực tiếp tuyến PZ – thay đổi về giá trị trong quá trình cắt và chỉ trong tr−ờng hợp phay ổn định tại điều kiện biết tr−ớc, các dao động
30
của lực cắt sẽ rất nhỏ. Giá trị của các lực này tiến gần đến giá trị trung bình của chúng PZTb .
Các lực này xác định thông qua áp lực cắt riêng q (q- áp lực lên 1mm2 diện tích cắt, có thể gọi là lực cắt đơn vị)
Lực cắt đơn vị là tỷ số của lực tiếp tuyến và diện tích cắt t−ơng ứng
Cũng nh− tiện, khi phay, q là đại l−ợng thay đổi, phụ thuộc vào vật liệu gia công vào kích th−ớc phoi cắt và các thông số khác riêng đối với nguyên công phay, tính toán sẽ phức tạp do bề dày phoi thay đổi liên tục trong quá trình cắt, gây nên tải trọng tác động lên dao phay luôn thay đổi
Khi tính toán thực tế th−ờng đòi hỏi giá trị P Ztb thì nó tìm đ−ợc theo công thức sau: q = C.atb m