Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết bằng thép hợp kim khi gia công trên máy phay CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðH NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI










NGUYỄN THÀNH NHÂN


NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT
ðẾN ðỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT BẰNG THÉP
HỢP KIM KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ CƠ GIỚI HÓA
NÔNG – LÂM NGHIỆP
Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. LÊ THƯỢNG HIỀN (HDC)
2. TS. PHAN CHÍ CHÍNH (HDP)

Hµ Néi : 2012
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

i

LỜI CAM ðOAN


Tôi xin cam ñoan rằng ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả trình bày trong bản luận văn này là trung thực và chưa ñược công
bố trong bất kỳ công trình khoa học nào trước ñó.
Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong bản luận văn của tôi
ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả


NGUYỄN THÀNH NHÂN
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

ii

Lời cảm ơn
Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân
thành tới TS. Lê Thượng Hiền và PGS.TS. Phan Chí Chính - Người Thầy ñã tận
tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường ðại học Nông nghiệp Hà
Nội; Viện ñào tạo sau ñại học; Khoa Cơ ñiện và bộ môn Cơ khí ñã tạo mọi ñiều
kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn
này.

Tôi xin cảm ơn gia ñình, bạn bè và ñồng nghiệp ñã ñộng viên giúp ñỡ tôi
trong suốt thời gian qua.
Xin trân trọng cảm ơn!
Người thực hiện




NGUYỄN THÀNH NHÂN


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iii

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ðẦU 1
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài. 1
2. Mục tiêu của ñề tài: 1
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………………………………… 1
III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU …………………………………………………… 2
IV. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ………………………………………………………… 3
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHAY CNC ……………………… 4
1.1 Tổng quan về phay CNC 4
1.1.1 ðặc ñiểm chung 4
1.1.2. Những nét cơ bản về máy công cụ và máy phay CNC 5
1.1.3. Kết cấu cơ bản của máy phay CNC 6
1.2 Các dạng dao phay 7
1.3 Các phương pháp phay 9

1.3.1 Phay thuận 9
1.3.2 Phay nghịch 10
1.4 Các dạng ñiều khiển trên máy phay CNC 11
1.4.1 ðiều khiển ñoạn thẳng 11
1.4.2 ðiều khiển ñường 12
1.4.3 ðiều khiển 2D 12
1.4.4 ðiều khiển 3D 12
1.4.5 ðiều khiển 2D
2
1
13
1.4.6 ðiều khiển 4D, 5D 13
1.5 Qui trình công nghệ gia công trên máy CNC 14
1.5.1 Lập tiến trình công nghệ 15
1.5.2 Thiết kế nguyên công 15
1.5.3 Lập trình gia công 15
1.6 Các sơ ñồ phay trên máy phay CNC 15
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iv

1.6.1 Phay contour 15
1.6.2 Phay mặt phẳng 16
1.6.3 Phay thể tích 16
1.7 Quá trình hình thành phoi 17
1.7.1. Khái niệm và phân loại phoi 17
1.7.2 Sự co rút phoi 19
1.8. Lực cắt gọt 20
1.8.1. Cơ sở lý thuyết của lực cắt 20
1.8.2. Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ñến lực cắt 21

1.9. Hiện tượng nhiệt trong quá trình cắt 22
1.9.1 Nhiệt cắt 22
1.9.2 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội ñến nhiệt cắt 25
1.10. Lượng mòn dao 25
1.10.1. Sự mài mòn dao 25
1.10.2. Bản chất vật lý của sự mài mòn dao 26
1.10.3 Quy luật mòn của dụng cụ cắt 29
1.11. Dung dịch bôi trơn làm nguội khi phay 30
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ……………………………………………………………….32
CHƯƠNG 2. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ðỘ CẮT ðẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
CHI TIẾT KHI PHAY CNC ………………………………………………………….33
2.1. ðộ nhám bề mặt chi tiết gia công 33
2.1.1. Chất lượng bề mặt chi tiết gia công 33
2.1.2. Các thông số ñánh giá hình học lớp bề mặt 34
2.1.2.1. Sóng bề mặt. 34
2.1.2.2. Nhám bề mặt 34
2.1.3.Thông số cơ lý của bề mặt gia công 37
2.1.3.1. Sự biến cứng bề mặt 37
2.1.3.2. Ứng suất dư 38
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt 39
2.2.1. Ảnh hưỏng của hình dạng hình học dao cắt 40
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

v

2.2.2. Ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt. 42
2.2.2.1. Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt 42
2.2.2.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao 43
2.2.2.3. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 43
2.2.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công 43

2.2.4. Ảnh hưởng của ñộ cứng vững của hệ thống công nghệ và rung ñộng ñến
ñộ nhấp nhô bề mặt. 44
2.2.4. Ảnh hưởng của mòn dụng cụ gia công 44
2.3. Phương pháp ñánh giá ñộ nhám bề mặt …………………………………… 44
2.3.1. Phương pháp quang học 44
2.3.2. Phương pháp ño ñộ nhám R
a
, R
z
, bằng máy ño prôfin 45
2.3.3 Phương pháp so sánh 45
2.4 Thép hợp kim 45
2.4.1.Khái niệm 45
2.4.2. Mục ñích cho nguyên tố hợp kim vào trong thép 45
2.4.3. Phân loại thép hợp kim 45
2.4.4. Ký hiệu thép hợp kim 46
2.4.5. Các loại thép hợp kim 46
2.4.5.1. Thép hợp kim kết cấu 46
2.4.5.2. Thép hợp kim dụng cụ thấp 47
2.4.5.3. Thép hợp kim dụng cụ cao (thép gió) 47
2.4.5.4 Thép ổ lăn 48
2.4.5.5. Thép lò xo 48
2.4.5.6. Thép không gỉ 49
2.4.6 ðặc ñiểm khi gia công thép hợp kim 49
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ………………………………………………………………54
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM PHAY TINH CHI TIẾT
THÉP HỢP KIM BẰNG DAO PHAY NGÓN MẢNH CẮT QUAY …………….55
3.1. Thiết kế thí nghiệm 55
3.2. Mô hình thí nghiệm 55
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vi

3.3. Các thông số cơ bản của hệ thống thí nghiệm 56
3.3.1.Máy thí nghiệm 56
3.3.2. Dụng cụ gia công dùng trong thí nghiệm. 56
3.3.3. Vật liệu phôi dùng trong thí nghiệm 57
3.3.4. Dụng cụ ño ñộ nhám bề mặt. 58
3.3.5. Chế ñộ cắt 58
3.3.6 . ðồ gá và dung dịch trơn nguội dùng trong thí nghiệm 58
3.4. Nội dung thí nghiệm 59
3.5 Tính toán xử lý kết quả ño 59
3.6 ðồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ra với t, s, v 65
3.7 Thảo luận kết quả 72
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ………………………………………………………………73
KẾT LUẬN CHUNG 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………….76
PHỤ LỤC …………………………………………………………………………… 78

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CNC Computer Numerical Control ðiều khiển số nối kết với máy tính
CAD Computer Aided Design Thiết kế, tính toán kết cấu có sự trợ
giúp của máy tính
CAM Computer Aided Manufacturing Gia công kết cấu có sự trợ giúp của
máy tính
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam






Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

viii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Sự khác nhau cơ bản giữa máy CNC và máy công cụ vạn năng 6
Bảng 2.1 : Bảng thông số nhám 37
Bảng 2.2 Tên và ký hiệu các nguyên tố hợp kim 46

Bảng 2.3 Mô hình quá trình cắt khi phay 50
Bảng 3.1 Sơ ñồ thí nghiệm phay CNC 55
Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy 56
Bảng 3.3 Thành phần các nguyên tố hoá học thép 40Cr (40X) 58
Bảng 3.4 Thông số v và s cho mảnh dao APMT1135DER-M2 59
Bảng 3.5 ðiều kiện thí nghiệm ñược chọn 60
Bảng 3.6 Giá trị các biến mã hóa 60
Bảng 3.7 Bảng giá trị các thông số khi phay 61
Bảng 3.8 Kết quả ño ñộ nhám Ra và giá trị Y 62
Bảng 3.9 Các hệ số của phương trình hồi quy 63
Bảng 3.10 Giá trị phương sai tái sinh
2
ts
s
ñộ lệch chuẩn
bj
s
63
Bảng 3.11 Các hệ số
i
y
ˆ
của phương sai dư 64





Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

ix

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ

Hình 1.1. Kết cấu cơ bản của máy phay CNC 7
Hình 1.2 Các loại dao phay 9
Hình 1.3 a. Phương pháp phay thuận 10
Hình 1.3 b. Phương pháp phay nghịch 11
Hình 1.4 ðiều khiển ñoạn thẳng 11
Hình 1.5 ðiều khiển 2D trên máy phay 12
Hình 1.6 Phay trên máy phay 3D 13
Hình 1.7 ðiều khiển 2D
2
1
13
Hình 1.8 ðiều khiển 4D và 5D 14
Hình 1.9 Sơ ñồ các bước khi phay 17
Hình 1.10 Sơ ñồ quá trình hình thành phoi khi cắt vật liệu dẻo 18
Hình 1.11 Các loại phoi 19
Hình 1.12 Sơ ñồ co rút phoi 19
Hình 1.13 Sơ ñồ xác ñịnh hệ số co rút phoi 20
Hình 1.14. Sơ ñồ tác dụng của lực khi cắt tự do 20
Hình 1.15. Sơ ñồ hình thành và lan toả nhiệt 24
Hình 1.16. Các dạng mòn của dụng cụ cắt 25
Hình 1.17 Mòn của dụng cụ cắt dọc theo lưỡi cắt 26
Hình 1.18.Mô hình mòn dụng cụ cắt 27
Hình 1.19 Mài mòn do khuếch tán 28
Hình 1.20 Mài mòn do chảy dẻo 28
Hình 1.21 Quan hệ giữa ñộ mòn và thời gian làm việc của dao 29
Hình 2.1

- ðộ sóng bề mặt 34
Hình 2.2 - Prophin bề mặt chi tiết gia công 35
Hình 2.3 Sự phân bố lớp ứng suất dư và lớp hóa bền (biến cứng) trên bề mặt chi tiết. 39
Hình 2.4. Diện tích cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi r
≈
0 41
Hình 2.5. Diện tích cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi dao r ≠ 0 41
Hình 2.6. Ảnh hưởng của tốc ñộ cắt ñến nhám bề mặt khi gia công thép 42
Hình 2.7. Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới ñộ nhám bề mặt 43
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

x

Hình 3.1. Thông số của mảnh dao APMT1135DER-M2 hãng Mitsubishi 57
Hình 3.2 Mẫu chi tiết gia công với các chế ñộ cắt ñược chọn 61
Hình 3.3: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và v lên Ra khi s = 0.05 (mm/răng) 66
Hình 3.4: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và v ñến Ra khi s = 0.1 (mm/răng) 67
Hình 3.5: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và s lên Ra khi v = 100m/phút 68
Hình 3.6: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của t và s lên Ra khi v = 160m/phút 69
Hình 3.7: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của s và v ñến Ra khi t=0.8 (mm) 70
Hình 3.8: ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của s và v ñến Ra khi t=0.3 (mm) 71


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

1

PHẦN MỞ ðẦU
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của ñề tài.

- Cơ sở khoa học:
Trong sản xuất ñã và ñang ứng dụng nhiều phương pháp gia công tinh bề mặt
khác nhau. Các phương pháp này có thể tập trung thành 4 nhóm chính là: gia công
bằng dụng cụ cắt có lưỡi; gia công bằng các hạt mài kết dính; gia công bằng các hạt
mài tự do và gia công bằng biến dạng dẻo bề mặt.
Chất lượng bề mặt của chi tiết ñược hình thành trong quá trình thực tiễn các
nguyên công, tuy nhiên quan trọng nhất là các nguyên công gia công tinh, bởi vì ở
các nguyên công này thì các ñặc tính, chất lượng của lớp bề mặt ñược hình thành rõ
nét. ðiều này nói lên tầm quan trọng của các phương pháp gia công tinh trong qui
trình công nghệ và sự cần thiết phải xác ñịnh phương pháp gia công hợp lý với chế
ñộ cắt tối ưu.
ðối với chi tiết thì chất lượng bề mặt ảnh hưởng ñến ñộ bền, ñộ tin cậy và tính
ổn ñịnh của toàn bộ thiết bị trong quá trình làm việc. ðể ñạt ñược chất lượng bề mặt
theo yêu cầu thì chế ñộ cắt gọt trong quá trình gia công là yếu tố quan trọng nhất mà
chúng ta phải quan tâm. Việc lựa chọn chế ñộ cắt hợp lý là một bài toán phức tạp vì
nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: vật liệu chi tiết, vật liệu dao, ñiều kiện bôi
trơn, làm mát, yếu tố môi trường, ñặc tính của máy gia công,v.v…
- Tính thực tiễn:
Nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt chi tiết máy trên
máy phay CNC 3 trục cho phép tạo ra ñược một cơ sở dữ liệu nhằm trợ giúp cho
người vận hành, ñiều khiển máy gia công ñược các chi tiết ñạt chất lượng cao và
ñảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
2. Mục tiêu của ñề tài:
Việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ cắt: vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều
sâu cắt ñến ñộ nhám bề mặt của chi tiết máy sẽ tìm ra ñược phương pháp gia công
hợp lý ñể ñạt ñược ñược chất lượng tốt nhất ñối với chi tiết làm bằng thép hợp kim.
Trên cơ sở nghiên cứu của ñề tài giúp xây dựng cơ sở dữ liệu gia công trên máy
phay CNC cho một loại mác thép hợp kim thường dùng ñể nâng cao chất lượng của
chi tiết, giảm giá thành và tăng năng suất.
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Về lý thuyết:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

2

+ Xây dựng và nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt chi
tiết.
- Về thực nghiệm:
+ Xử lý các số liệu của chế ñộ cắt: vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt ñể
ñưa vào lập trình gia công mặt phẳng của chi tiết làm bằng thép hợp kim trên máy
CNC 3 trục theo chế ñộ tính toán.
+ Máy phay CNC MCV300 do hãng LONG CHANG MACHINERRY sản xuất
năm 2005 với hệ ñiều khiển Fanuc 21
+ Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt quay (Mảnh dao APMT1135DER-M2 hãng
Mitsubishi-Nhật Bản)
+ Vật liệu gia công: Thép hợp kim 40X (40Cr)
III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Thu thập, thống kê số liệu phục vụ cho luận án:
+ Các số liệu về máy, chi tiết gia công
+ Các số liệu về dao cụ và dụng cụ cắt.
- Nghiên cứu tổng quan:
Tính chất sử dụng của chi tiết không chỉ phụ thuộc vào tính chất cơ lý của
vật liệu, mà còn phụ thuộc vào trạng thái của lớp bề mặt và phương pháp gia công.
ðể ñảm bảo chất lượng bề mặt của chi tiết máy trong quá trình gia công ñược tốt
nhất thì phải xác ñịnh ñược các yếu tố ảnh hưởng ñến nó, trong ñó phụ thuộc rất
nhiều chế ñộ cắt gọt. Xác ñịnh ñược chế ñộ cắt hợp lý thì khi gia công sẽ ñem lại
ñược chi tiết có chất lượng cao.
Ngoài ra ñặc tính của từng loại máy khi gia công chi tiết cũng sẽ cho ra chất
lượng của bề mặt chi tiết khác nhau. Máy CNC hiện nay ñang ñược sử dụng rất
rộng rãi và hiệu quả nó ñem lại khi gia công so với các máy cơ truyền thống là rất

lớn. Việc khai thác và sử dụng nó ñể ñem lại hiệu quả cao trong sản xuất là một vấn
ñề quan trọng.
- Nghiên cứu của tác giả:
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ cắt: vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu
cắt ñến chất lượng bề mặt của chi tiết máy làm bằng thép hợp kim khi gia công mặt
phẳng của chi tiết trên máy phay CNC.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

3

+ Xử lý các số liệu về chế ñộ cắt ñã tính toán ñể ñưa vào lập trình gia công mặt
phẳng của chi tiết làm thép hợp kim. ðưa ra chế ñộ cắt hợp lý và tạo cơ sở dữ liệu
trợ giúp cho người vận hành, ñiều khiển máy gia công ñược chi tiết ñạt chất lượng
cao.
IV. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
Chương 1. Nghiên cứu tổng quan về phay CNC
Chương 2. Ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến chất lượng bề mặt chi tiết khi phay CNC.
Chương 3. Xây dựng mô hình thực nghiệm phay tinh chi tiết thép hợp kim bằng
dao phay ngón mảnh cắt quay.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

4

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHAY CNC
1.1 Tổng quan về phay CNC
1.1.1 ðặc ñiểm chung
- Phay là một phương pháp gia công cắt gọt kim loại. ðó là quá trình cắt ñi một
lớp kim loại (hay còn gọi là lượng dư gia công ñể tạo thành phoi) trên bề mặt của
phôi ñể ñược chi tiết có hình dáng, kích thước, ñộ chính xác, ñộ bóng theo yêu cầu
kỹ thuật trên bản vẽ. Quá trình ñó ñược thực hiện trên các máy phay (gọi chung là
máy công cụ hay máy cắt kim loại) bằng các loại dao phay, mũi khoan…gọi chung
là dụng cụ gia công cắt gọt.
- Quá trình cắt khi phay phức tạp hơn khi tiện. Khi tiện, dao tiện dao luôn tiếp
xúc với chi tiết và cắt phoi với tiết diện không thay ñổi. Trong tất cả các trường hợp
phay, phoi ñược cắt rời từng mảnh có chiều dày thay ñổi. Ngoài ra khi phay, ở mỗi
vòng quay của dao, mỗi răng của dao phay lúc vào chỉ tiếp xúc với chi tiết gia công
còn lúc ra thì không tiếp xúc. Lúc răng ăn vào chi tiết gia công có xảy ra hiện tượng
va ñập.
- Như vậy, ñiều kiện làm việc của dao phay nặng hơn rất nhiều so với ñiều kiện
làm việc của dao tiện. Cho nên cần phải biết các quy luật cơ bản của quá trình phay

ñể trong trường hợp cụ thể khi ñiều kiện gia công tốt nhất thì ñạt ñược năng suất
cao nhất.
- Phay cho ñộ chính xác không cao hơn cấp (3÷4) và ñộ bóng không hơn cấp
(6÷8), là một trong những phương pháp gia công ñạt năng suất cao nhất. Bằng
phương pháp phay người ta có thể gia công mặt phẳng, ñịnh hình phức tạp, rãnh
then, cắt ñứt, gia công mặt tròn xoay, trục then hoa, cắt ren, bánh răng…
- Phay có thể dùng ñể gia công tinh, gia công lần cuối ñể ñạt ñược ñộ bóng, ñộ
chính xác cao, dễ cơ khí hoá, tự ñộng hoá, cho năng suất cao, dùng trong sản xuất
ñơn chiếc, sản xuất hàng loạt và hàng khối. Số lượng nguyên công gia công cắt gọt
ñạt tới 60% - 70% công việc gia công cơ khí thì nguyên công phay cũng chiếm một
tỷ lệ lớn. Máy phay có số lượng nhiều, chiếm tỷ lệ lớn và giữ một vị trí quan trọng
trong các nhà máy, phân xưởng cơ khí.
- Nói chung, dao phay là dụng cụ nhiều lưỡi cắt nên quá trình cắt ngoài những
ñặc ñiểm của phương pháp tiện, còn có những ñặc ñiểm sau ñây:
+ Năng suất phay cao hơn bào nhiều lần do có ñồng thời nhiều lưỡi cắt.
+ Lưỡi cắt của dao phay không làm việc liên tục, mặt khác khối lượng thân dao
thường lớn nên khả năng truyền nhiệt tốt.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

5

+ Diện tích cắt khi phay thay ñổi do ñó lực cắt thay ñổi gây rung ñộng trong quá
trình cắt.
+ Khả năng tồn tại lẹo dao ít do lưỡi cắt làm việc gián ñoạn gây va ñập và rung
ñộng.
1.1.2. Những nét cơ bản về máy công cụ và máy phay CNC
- Về cơ bản máy công cụ vạn năng và máy công cụ ñiều khiển số ñều có kết cấu
khung giống nhau, ñó là:
+ Thân máy
+ ðế máy

+ Bàn trượt
+ ðầu trục chính
Ngoài ra chúng còn có một số ñiểm khác nhau như trong bảng 1.1
- Những ưu ñiểm nổi bật của máy CNC so với máy thông thường khi sản xuất loạt
vừa và nhỏ:
+ Gia công ñược những chi tiết phức tạp, ñộ chính xác gia công ổn ñịnh.
+ Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao, giảm thời gian
phụ và tăng ñược thời gian sản xuất.
+ Tính linh hoạt và quy hoạch thời gian sản xuất cao.
+ Chi phí kiểm tra và chi phí cho phế phẩm giảm
+ Hiệu suất cao và tăng năng lực sản xuất
+ Do có khả năng tự ñộng hóa cao nên rất thích hợp trên các dây chuyền sản xuất
linh hoạt.







Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

6

Bảng 1.1 Sự khác nhau cơ bản giữa máy CNC và máy công cụ vạn năng
TT

Nội dung Máy công cụ vạn năng Máy CNC
1 Nguồn ñộng
lực

- ðộng cơ 3 pha thường - ðộng cơ DC ñiều khiển vô cấp
hoặc AC biến tần ñiều khiển vô
cấp
- ðộng cơ bước và ñộng cơ thủy
lực
- ðộng cơ Servo
2 Tốc ñộ truyền
dẫn
- Phân cấp - Vô cấp
3 Truyền ñộng - Kiểu nối tiếp (thông
qua
hộp số)
- ðộc lập
4 Bộ truyền dẫn - Thanh răng/ bánh răng
thường
- Vít me/ ñai ốc thường
- Thanh răng/ bánh răng yêu cầu
có cơ cấu kẹp khử k
5 ðiều khiển - Bằng tay (công tắc, tay
gạt cơ khí)
- Bằng máy tính với hệ ñiều
khiển số (bảng ñiều khiển và
màn hình ñiều khiển)
6 Tính ñiển hình
của xích ñộng
- Dài, thông qua nhiều cơ
cấu
- Cứng, khó thay ñổi
- Ngắn hơn rất nhiều do không
phải thông qua nhiều cơ cấu

- Mềm dẻo, linh hoạt cao
1.1.3. Kết cấu cơ bản của máy phay CNC
Gồm 2 phần chính ñó là:
+ Phần cơ khí: ðế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục mít me bi, ổ tích
dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng.
Ở Việt Nam hiện nay chưa thể chế tạo ra 2 bộ phận quan trọng của máy là: cụm trục
chính và băng dẫn hướng mà mới chỉ chế tạo ñược những cơ cấu ñơn giản là: thân
máy, bàn máy, bàn xoay.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

7

+ Phần ñiều khiển: các loại ñộng cơ, các hệ thống ñiều khiển và máy tính
trung tâm.

Hình 1.1. Kết cấu cơ bản của máy phay CNC
1.2 Các dạng dao phay
Bằng phương pháp phay, có các loại dao phay ñể gia công mặt phẳng,
mặt ñịnh hình, rãnh then, cắt ñứt, trục then hoa, bánh răng…
Hình 1.2: Các loại dao phay
Hình 1.2 a . Dao phay ñĩa
Hình 1.2 b . Dao phay rãnh
Hình 1.2 c . Dao phay trụ
Hình 1.2 d . Dao phay mặt ñầu
Hình 1.2 e . Dao phay góc ñơn
Hình 1.2 f . Dao phay góc kép
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

8

Hình 1.2 g . Dao phay bán nguyệt lồi và lõm
Hình 1.2 h . Dao phay ngón
Hình 1.2 q . Dao phay rãnh chữ T
Hình 1.2 k . Dao phay khuôn mẫu
Hình 1.2 j . Dao phay cắt
Hình 1.2 m . Dao phay modul
Hình 1.2 n . Dao phay lăn răng

A B c d


e F g
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

9


H q k


j M n
Hình 1.2 Các loại dao phay
1.3 Các phương pháp phay
1.3.1 Phay thuận
Phay thuận là phương pháp phay trong ñó véc tơ tốc ñộ cắt V của dao ở ñiểm
tiếp xúc giữa dao và bề mặt ñã gia công cùng chiều với chiều chuyển ñộng của bàn
máy mang chi tiết gia công ( hình 1.3 a)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

10

Hình 1.3 a. Phương pháp phay thuận
- Ưu ñiểm: Chiều dày thay ñổi từ a
max
ñến a
min
, do ñó ở thời ñiểm lưỡi cắt tiếp xúc
với chi tiết gia công không xảy ra sự trượt, vì vậy dao ñỡ mòn và tuổi bền của dao
ñược nâng cao. Khi gia công thành phần lực cắt có chiều cùng với chiều của lực kẹp
chi tiết gia công nên tăng ñộ cứng vững của hệ thống công nghệ, do ñó giảm rung
ñộng khi phay
- Nhược ñiểm: Tại thời ñiểm khi chạm dao vào bề mặt chi tiết gia công thì chiều
dày cắt a= a
max
nên xảy ra va ñập ñột ngột, răng dao dễ mẻ và rung ñộng tăng lên.
Lực cắt ñẩy chi tiết theo chiều chuyển ñộng chạy dao S nên sự tiếp xúc giữa bề mặt
ren của vít me truyền lực và ñai ốc có thể không liên tục. ðiều này làm cho máy
chuyển ñộng giật cục, do ñó phát sinh rung ñộng dễ gây mẻ, vỡ dao.
Nếu ta cắt với chiều dày cắt a thật mỏng thì lực va ñập và thành phần P
y
nhỏ,
do ñó ảnh hưởng rung ñộng không ñáng kể. Mặt khác vì không có hiện tượng trượt
dao do ñó tăng ñược ñộ bóng bề mặt chi tiết gia công và tuổi thọ dao.
Trong thực tế dùng phương pháp phay thuận khi gia công tinh.
1.3.2 Phay nghịch
Phay nghịch là phương pháp phay trong ñó véc tơ tốc ñộ cắt V của dao ở ñiểm
tiếp xúc giữa dao và bề mặt ñã gia công ngược chiều với chiều chuyển ñộng của bàn
máy mang chi tiết gia công (hình 1.3 b)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

11


Hình 1.3 b. Phương pháp phay nghịch
- Ưu ñiểm: Khe hở của vít me và ñai ốc bị dồn về một phía nên bàn máy di chuyển
êm, do ñó giảm ñược ñáng kể rung ñộng
- Nhược ñiểm: Tại thời ñiểm lưỡi cắt bắt ñầu tiếp xúc với chi tiết, chiều dày cắt a =
0 nên xảy ra sự trượt giữa lưỡi cắt và bề mặt gia công do ñó giảm ñộ bóng bề mặt
và tuổi thọ của dao.Dưới tác dụng của lực cắt có xu hướng nâng chi tiết gia công
nên gây ra rung ñộng, vì vậy ñòi hỏi lực kẹp lớn hơn so với phay thuận.
Trong thực tế dùng phương pháp phay thuận khi gia công thô và máy có ñộ rơ.
1.4 Các dạng ñiều khiển trên máy phay CNC
1.4.1 ðiều khiển ñoạn thẳng
Ngoài chức năng dịch chuyển nhanh theo các trục tọa ñộ như ở ñiều khiển
ñiểm, còn có thể thực hiện việc gia công trong quá trình dịch chuyển theo các trục
này. ðiều ñó có nghĩa là dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển ñộng cắt gọt trong quá
trình dịch chuyển song song theo các trục tọa ñộ. Ví dụ khi phay các bề mặt song
song với các trục toạ ñộ hoặc khi tiện các chi tiết mà dụng cụ cắt thực hiện các
chuyển ñộng cắt gọt theo phương trục Z và trục X

Hình 1.4 ðiều khiển ñoạn thẳng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

12

1.4.2 ðiều khiển ñường
Ngoài các chức năng như ñiều khiển ñiểm và ñiều khiển ñoạn thẳng, người ta
còn có thể ñiều khiển ñược dụng cụ chuyển ñộng theo các ñường bất kỳ trong mặt
phẳng hoặc trong không gian có thực hiện gia công cắt gọt. Tùy thuộc vào ñường

ñược ñiều khiển là phẳng hay không gian mà người ta có thể bố trí số trục ñược
ñiều khiển ñồng thời là khác nhau. Từ ñó cũng xuất hiện thuật ngữ máy 2 trục, máy
3, 4, 5 trục ( tức có số trục ñược ñiều khiển ñồng thời theo quan hệ ràng buộc). ðể
chuẩn hóa việc sử dụng thuật ngữ, người ta thường sử dụng thuật ngữ máy ñiều
khiển 2D, 2D
2
1
, 3D, 4D và 5D.

Hình 1.5 ðiều khiển 2D trên máy phay
1.4.3 ðiều khiển 2D
Cho phép dịch chuyển dụng cụ trong một mặt phẳng nhất ñịnh nào ñó. Thí dụ
như trên máy tiện, dụng cụ sẽ dịch chuyển trong mặt phẳng xoz ñể tạo nên ñường
sinh khi tiện các bề mặt, trên các máy phay 2D, dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển
ñộng trong mặt phẳng xoy ñể tạo nên các ñường rãnh hay các mặt bậc có biên dạng
bất kỳ.
1.4.4 ðiều khiển 3D
Cho phép dịch chuyển dụng cụ trong 3 mặt phẳng ñồng thời ñể tạo nên một
ñường cong hay một mặt cong không gian bất kỳ. ðiều này cũng tương ứng với quá
trình ñiều khiển ñồng thời cả 3 trục của máy theo một quan hệ ràng buộc nào ñó tại
từng thời ñiểm ñể tạo nên vết quỹ ñạo của dụng cụ theo yêu cầu.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

13


Hình 1.6 Phay trên máy phay 3D
1.4.5 ðiều khiển 2D
2
1

Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 2 trục ñồng thời ñể tạo nên một ñường
cong phẳng, còn trục thứ 3 ñược ñiều khiển chuyển ñộng ñộc lập. ðiều khác biệt
của phương pháp ñiều khiển này so với ñiều khiển 2D là ở chổ 2 trục ñược ñiều
khiển ñồng thời có thể ñược ñổi vị trí cho nhau: Có nghĩa là hoặc trong mặt phẳng
xoy hoặc xoz hoặc yoz.

Hình 1.7 ðiều khiển 2D
2
1

1.4.6 ðiều khiển 4D, 5D
Trên cơ sở của ñiều khiển 3D, người ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có
thêm 1 chuyển ñộng quay (hoặc 2 chuyển ñộng quay) xung quanh 1 trục nào ñó
theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển ñộng trên các trục khác của máy 3D.
Với khả năng như vậy, các bề mặt phức tạp hay các bề mặt có trục quay có thể
ñược thực hiện dễ dàng hơn so với khi gia công trên máy 3D. Mặt khác, vì lý do
công nghệ nên có những bề mặt không thể thực hiện ñược việc gia công bằng 3D vì
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

14

có thể tốc ñộ cắt sẽ khác nhau hoặc sẽ có những ñiểm có tốc ñộ cắt bằng không
(như tại ñỉnh của dao phay ñầu cầu) hay lưỡi cắt của dụng cụ không thể thực hiện
việc gia công theo mong muốn (ví dụ như góc cắt không thuận lợi hay có thể bị
vướng thân dao vào các phần khác của chi tiết ).
Tóm lại, tùy thuộc vào yêu cầu bề mặt gia công cụ thể mà có thể lựa chọn máy
thích hợp vì máy càng phức tạp thì giá thành máy càng cao và cần phải bổ sung
thêm nhiều công cụ khác như các phần mềm CAD/CAM hỗ trợ lập trình
Hơn thế nữa, máy càng phức tạp (càng nhiều trục ñiều khiển) thì tính an toàn

trong quá trình vận hành và sử dụng máy càng thấp (dễ bị va chạm dao vào phôi và
máy). Vì thế ñể sử dụng ñược các máy này, người ñiều khiển trước hết ñã sử dụng
rất thành thạo các máy ñiều khiển theo chương trình số 2D và 3D. Cũng dễ thấy là
máy phức tạp hơn có thể hoàn toàn ñảm nhiệm ñược vai trò của máy ñơn giản hơn,
ví dụ như máy 3D có thể ñảm nhiệm cho máy 2D và 2D
2
1


Hình 1.8 ðiều khiển 4D và 5D
1.5 Qui trình công nghệ gia công trên máy CNC
Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC ñược chia thành các bước,
nhưng các bước lại chia thành các lớp cắt và mỗi lớp cắt ñược thực hiện sau mỗi
quỹ ñạo dịch chuyển của dụng cụ cắt.
Chương trình ñiều khiển là tập hợp tất cả các lệnh dịch chuyển và các ñiều
khiển công nghệ do bộ ñiều khiển của máy cung cấp.
Lập chương trình ñiều khiển cho máy phay CNC là một nhiệm vụ chuẩn bị
công nghệ.
Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết trên máy CNC bao gồm 3 giai
ñoạn sau ñây.