Chương 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
3.2. Cơ sở lý thuyết quá trình tiện
Quá trình tiện được thực hiện khi phôi tiện được kẹp chặt trên mâm cặp và quay với vận tốc là V, dao tiện dịch chuyển theo chiều dọc với lượng chạy dao S và ăn sâu vào phôi với chiều sâu cắt là t ( hình 3.2).
Quá trình tiện có 3 yếu tố chế độ cắt bao gồm: Vận tốc cắt ký hiệu là V, lượng chạy dao ký hiệu là S và chiều sâu cắt ký hiệu là t.
Hình 3.2. Các yếu tố lớp cắt khi tiện
a) Các yếu tố chế độ cắt; b) Chạy dao dọc; c) Chạy dao ngang - Tốc độ cắt Vc - tốc độ của chuyển động cắt chính.
Số vòng quay của chuyển động cắt chính trong một phút n (v/p), giá trị của v được tính theo công thức:
vc = ( / ) 1000Dn m ph
(3.6)
D- đường kính chi tiết (mm).
n- số vòng quay trong một phút n (v/ph).
- Lượng chạy do S - khi tiện lượng chạy dao được tính là lượng dịch chuyển của bàn máy (dao) sau một vòng quay chi tiết S (mm/vòng) (hình 3,2a).
n
S Sn (3.7) Trong đó: S - lượng chạy dao (mm/vòng)
Sn- Lượng chạy dao (mm/phút) n - số vòng quay phôi (Vòng/Phút)
- Chiều sâu cắt t (mm): Chiều sâu cắt t được gọi là khoảng cách giữa bề mặt đang gia công và bề mặt đã gia công, được đo theo phương vuông góc với bề mặt đã gia công. Chiều sâu cắt luôn luôn vuông góc với phương chạy dao (hình 3.3).
Chiều sâu cắt được tính bằng mm.
2 D0
t D (3.8)
Như vậy, khi tiện chạy dao dọc (chạy dao song song với tâm của phôi) chiều sâu cắt là nửa hiệu của đường kính phôi D và đường kính bề mặt đã gia công D0:
Hình 3.3. Sơ đồ tính chiều sâu cắt và lượng chạy dao 3.2.2. Chiều dày, bề rộng và tiết diện lớp cắt
Ngoài tốc độ cắt, lượng chạy dao và chiều sâu cắt đối với các yếu tố chế độ cắt còn phải kể đến chiều dày a và bề rộng b của lớp cắt (xem hình 3.2; 3.4). Các đại lượng a và b không phải là chiều dày và bề rộng của lớp phoi được cắt mà là kích thước của lớp cắt trước khi tạo thành phoi. Kích thước của phoi có nghĩa là của lớp kim loại được cắt sẽ khác, đặc biệt là chiều dày của nó. Điều này được giải thích rằng, lớp cắt bị biến dạng dẻo, do đó chiều dài của phoi bị ngắn lại so với lớp kim loại được bóc ra nhưng chiều dày của nó theo tiết diện ngang lại tăng lên.
Chiều dày lớp cắt a được đo theo phương vuông góc với lưỡi cắt chính, còn bề rộng lớp cắt b được đo theo lưỡi cắt chính. Các thông số a và b được tính theo mm.
Giữa chiều dày lớp cắt a và lượng chạy dao s cũng như giữa chiều sâu cắt t và bề rộng cắt b tồn tại một quan hệ xác định. Từ tam giác vuông KLN (hình 3.3) ta có:
- Chiều dày cắt a: a = S.sin (mm) (3.9) - Chiều rộng cắt b
b = sin
S (3.10)
Trong đó: φ – góc nghiêng chính.
- Diện tích cắt: F = a.b = S.t (mm2) (3.11)
Từ các công thức (3.9); (3.10) và (3.11) và từ các sơ đồ trên hình 3.4 ta thấy cùng một lượng chạy dao S và chiều sâu cắt t khi góc nghiêng chính φ tăng thì chiều dày lớp cắt a tăng, còn bề rộng lớp cắt b giảm.
Chiều sâu cắt t và lượng chạy dao S đặc trưng cho quá trình cắt ở khía cạnh công nghệ, vì vậy chúng được gọi là yếu tố công nghệ của chế độ cắt. Chiều dày và bề rộng lớp cắt đặc trưng cho khía cạnh vật lý của quá trình cắt, vì vậy chúng được gọi là các yếu tố vật lý của chế độ cắt.
Hình 3.4. Hình dạng tiết diện ngang của lớp cắt khi gia công bằng các dao có góc nghiêng chính φ khác nhau
3.2.3. Lực cắt và các thành phần lực cắt khi tiện 3.2.3.1. Lực cắt
Trong quá trình cắt khi tiện dao tác dụng lên lớp cắt một lực làm cho lớp cắt biến dạng và tạo thành phoi. Để chống lại ngoại lực, lớp cắt tác dụng vào dao (lên mặt trước và mặt sau) một lực - lực do biến dạng. Khi cắt phoi trượt lên mặt trước, mặt sau trượt lên bề mặt đang gia công tạo ra các lực ma sát. Lực chống lại lực biến dạng và ma sát tác dụng lên dao là lực cắt. Hợp các lực tác dụng lên mặt trước theo
hướng pháp tuyến với mặt trước là N1 và theo tiếp tuyến với mặt trước là F1. Hợp hai lực tác dụng lên mặt trước là lực R1= N1+F1 (hình 3.5).
Hình 3.5: Sơ đồ lực tác dụng lên lưỡi cắt của dao tiện
Hợp các lực tác dụng lên mặt sau theo hướng pháp tuyến là N2, theo hướng tiếp tuyến là F2. Hợp hai lực N2 và F2 là lực Q2 tác dụng lên mặt sau:
Q2 = N2 + F2 (3.12)
Hợp hai lực Q1 và Q2 ta có lực R . R là lực cắt khi tiện.
Trong quá trình cắt, lực R . R là lực cắt khi tiện.
Trong quá trình cắt, lực R không cố định về giá trị và về phương lực. Thực tế lực Q2 nhỏ hơn lực Q1 rất nhiều.
3.2.3.2. Các thành phần lực cắt khi tiện
Trong điều kiện cắt không tự do, khi tiện tổng hợp lực cắt R được chi ra ba lực thành phần (hình 3.6): PZ – lực tiếp tuyến (lực cắt chính) tác dụng theo hương của chuyển động chính của máy; PY – lực hướng kính tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang vuông góc với đường tâm của chi tiết; PX – lực chạy dao (lực dọc trục), tác dụng song song với đường kính tâm của chi tiết, ngược chiều với phương chạy dao.
Hình 3.6. Sơ đồ các thành phần lực cắt khi tiện
- Lực tiếp tuyến Pz, hướng theo phương của chuyển động cắt chính Mc. (vc ).
Thành phần này được dùng để tính sức bền dao, máy và công suất của động cơ.
Thành phần P, còn được gọi là lực cắt chính khi tiện (hình 3.6).
- Lực hướng kính Py, hướng theo phương vuông góc với trục chi tiết (hình 3.6). Thành phần Py sẽ gây ra độ võng cho chi tiết và ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác chi tiết.
- Lực chạy dao Px tác dụng theo phương chuyển động chạy dao (hình 3.6).
Lực này được dùng để tính sức bền của cơ cấu chạy dao và công suất của động cơ chạy dao. Thành phần lực này trong quá trình cắt phải nhỏ hơn lực cho phép [Pm] của cơ cấu chạy dao.
Px < [Pm]
Do đó ta có thể xác định lực cắt R:
R = P + Py + Px (3.13)
R = P2 Py Px 2 (3.14)
Khi biết lực cắt có thể xác định công suất cần thiết để thực hiện quá trình cắt.
Công suất này được gọi là công suất hữu ích bởi vì nó không phải dùng để thẳng lực ma sát trong các cơ cấu của máy:
NC = NPZ + NPY + NPX
102 . 60 102 . 60 102 . 60
x y x
z y z c
V V P
V P
N P (3.15) Trong đó: Pz; Py; Px - lực cắt theo phương Z; Y ; X