Bài Giảng Cắt Kim Loại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÀI GIẢNG

C¾t kim lo¹i

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN ICH THÔNG

KHOA CƠ KHÍ


Chơng 4

PHAY kim loại
Mục đích:
Trình bày quá trình và các phơng pháp cắt khi phay kim loại.
Yêu cầu:
Nắm đợc đặc điểm, dụng cụ, các phơng pháp phay, chế độ cắt
khi phay kim loại.

SLIDE 1


7.1. Đặc điểm của quá trình cắt khi phay ( Milling )

Phay là một phơng pháp cắt kim loại rất thông dụng.Trong các nhà
máy cơ khí máy phay chiếm từ ( 20 ữ 30) % tổng số máy cắt kim
loại. Phơng pháp phay có một số đặc điểm:
- Khả năng công nghệ của phay khá cao. Có thể phay đợc mặt
phẳng, mặt định hình, trục then hoa, rãnh then, cắt đứt, cắt ren, cắt
bánh răng...
- Có nhiều loại dao phay: Dao phay trụ răng thẳng, dao phay trụ
răng xoắn, dao phay mặt đầu, dao phay ren, dao phay bánh răng,
dao phay định hình...
- Phay kim loại có độ chính xác và độ nhẵn bóng trung bình nhng có
nhiều răng đồng thời tham gia cắt nên thờng cho năng suất cao.
- Dao phay có nhiều lỡi cắt, các lỡi cắt làm việc không liên tục và do
khối lợng dao thờng lớn nên khả năng truyền nhiệt tốt.
Diện tích cắt thay đổi nên khi phay thờng xảy ra rung động, lỡi cắt
làm việc gián đoạn nên gây va đập. Vì vậy khó hình thành lẹo dao.


tg
cos

7.2. Kết cấu và thông số hình học phần cắt của dao phay.
7.2.1. Dao phay trụ răng xoắn

Dao phay trụ răng xoắn có đờng kính D, chiều dài l.
Phần cắt có kết cấu nh sau :

- Mặt trớc 1, mặt sau 2 , cạnh viền 3, mặt lng răng 4, lỡi
cắt xoắn 5. Cạnh viền 3 nằm giữa lỡi cắt 5 và mặt sau 2 có
chiều rộng f = (0,05 ữ 1) mm, răng dao có chiều cao là h.

- Các góc của dao trong tiết diện pháp tuyến A-A là : ,
có ảnh hởng quyết định đến quá trình cắt khi phay nh sự co rút
phoi, lực cắt, sự mài mòn dao, chất lợng bề mặt gia công...Còn
các góc trong tiết diện mặt đầu: n , n chỉ dùng để điều chỉnh
dao phay khi mài mặt trớc, mặt sau. Chúng có quan hệ nh sau:

tg = tg

cos

tg = tgn .cos


Hinh 7.5. Dao phay trô rang xo¾n

Một số yếu tố kết cấu khác :
- Bớc vòng Tv : là khoảng cách giữa hai răng kề nhau đo theo
cung tròn đờng kính D
.D
Tv =
Z
360 0
- Góc giữa hai răng kề nhau :
=
Z
Với Z là số răng dao phay.
- Bớc pháp tuyến Tn : Là khoảng cách giữa hai răng liên tiếp đo
theo phơng pháp tuyến với phơng răng:
.D
Tn = Tv cos =
cos
Z

- Bớc chiều trục Ttr: Là khoảng cách giữa hai răng liên tiếp đo
theo phơng chiều trục
Tn
Ttr = sin = Tv.ctg
Với là góc nghiêng của phơng răng của dao phay trụ răng
xoắn có tác dụng nh góc ở dao tiện.

7.2.2. Dao phay mÆt ®Çu



H×nh 7.6. Dao phay mÆt ®Çu














Ngoài một số thông số kết cấu tơng tự nh dao phay trụ răng
xoắn dao phay mặt đầu còn có một số đặc điểm khác nh sau:
- Mỗi răng dao phay mặt đầu thép gió có 3 lỡi cắt. Khi
phay bằng mặt đầu thì lỡi 2-3 là lỡi cắt chính, lỡi 3 - 4 là lỡi
cắt phụ. Khi phay mặt thẳng đứng bằng lỡi trên mặt trụ thì chỉ
có một lỡi 1- 2 làm việc. Lúc này dao mặt đầu giống nh dao
phay trụ.
7.3. Các yếu tố của chế độ cắt và lớp cắt khi phay.
Các yếu tố của chế độ cắt và lớp cắt khi phay bao gồm:

7.3.1.Chiều sâu cắt tO:
- Chiều sâu cắt tO là kích thớc lớp kim loại đợc cắt đi
ứng với một lần chuyển dao đo theo phơng vuông góc với bề
mặt gia công.
7.3.2. Lợng chạy dao S:
Ngời ta phân biệt 3 loại lợng chạy dao:
+ Lợng chạy dao S răng (): Là khoảng dịch chuyển của bàn
máy khi dao quay đợc một góc răng ( = 360/Z ) với Z là số
răng của dao phay, đơn vị của là mm/ răng.












+ Lợng chạy dao S vòng( ): Là khoảng dịch chuyển của bàn
máy sau một vòng quay của dao quay. = . Z ( mm/ vg )
+ Lợng chạy dao S phút : Là khoảng dịch chuyển của bàn máy
sau thời gian một phút.
= Z . n . ( mm/ ph )
7.3.4. Tốc độ cắt:
Thực tế khi phay quỹ đạo của lỡi cắt là tổng hợp của hai
chuyển động. Chuyển động quay tròn của dao Vn và chuyển
động tịnh tiến Vs. Nhng Vs rất nhỏ so vớ Vn Nên khi phay ng

ời ta cho phép tính tốc độ cắt theo công thức:
V = Vn = ( m / ph )
7.3.5. Cung tiếp xúc, góc tiếp xúc :
- Cung tiếp xúc là cung tròn của dao phay tiếp xúc với chi tiết
gia công có chiều dài ký hiệu l.
- Góc tiếp xúc là góc ở tâm chắn cung tiếp xúc. Ký hiệu


H×nh 7.7. Cung tiÕp xóc, gãc tiÕp xóc
7.3.6. ChiÒu s©u phay:
Lµ kÝch thíc líp kim lo¹i ®îc c¾t ®i ®o theo ph¬ng
vu«ng gãc víi trôc cña dao, øng víi gãc tiÕp xóc ψ.













- Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng, răng xoắn, dao phay
đĩa, dao phay định hình, dao phay góc thì chiều sâu phay t
trùng với chiều sâu cắt tO.
- Khi phay bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay t trùng với đ
ờng kính dao,

- Khi phay đối xứng thì chiều sâu phay t bằng chiều rộng chi
tiết.
7.3.7. Chiều rộng phay B:
Là kích thớc lớp kim loại đợc cắt đi đo theo phơng chiều
trục của dao phay.
- Khi phay bằng dao phay trụ thì chiều rộng phay bằng chiều
rộng chi tiết.
- Khi phay bằng dao phay đĩa thì chiều rộng phay bằng chiều
dầy dao phay.
- Khi phay bằng dao phay ngón thì chiều rộng phay bằng chiều
sâu rãnh
- Khi phay bằng dao phay mặt đầu thì chiều rộng phay bằng
chiều sâu cắt tO


Hinh 7.8. C¸c yÕu tè khi phay


B = to
t

B

d
t=d

t

t = to

t = to
B

B














7.3.8. Chiều dày cắt a khi phay:
a, Định nghĩa:
Chiều dày cắt a khi phay là khoảng cách giữa 2 vị trí kế
tiếp của quỹ đạo chuyển động của một điểm trên lỡi cắt ứng với
lợng chạy dao răng Sz.
Trong quá trình phay chiều dày cắt a biến đổi từ trị số a min
đến trị số amax và ngợc lại, tuỳ theo phơng pháp phay.
b, Chiều dày cắt a khi phay bằng dao phay trụ:
Ta thấy :Tại một điểm M nằm trên cung tiếp xúc ứng với
góc tiếp xúc chiều dầy cắt lúc đó đợc ký hiệu aM có chiều dài
bằng đoạn MC , coi cung MN thẳng ta có tam giác CMN
vuông, vậy:

CM = CN .sin
hay:
aM = Sz .sin
Góc thay đổi xác định vị trí của điểm M so với đầu cung
tiếp xúc.
Nhận xét: Sz không đổi nên aM tỉ lệ thuận với . Với
chiều quay nh hình vẽ thì góc tăng từ 0 đến max = tơng
ứng a thay đổi từ amin = 0 đến amax = Sz.sin


Hinh 7.9. ChiÒu dµy c¾t a khi phay b»ng dao phay trô


Hinh 7.10. ChiÒu dµy c¾t a cña dao phay mÆt ®Çu

Ta thấy: Khi bàn máy dịch chuyển một lợng là Sz thì quỹ đạo lỡi
cắt dịch chuyển từ vị trí 1 đến vị trí 2 và lỡi dao cắt một lớp kim
loại có chiều dày aM (aM thay đổi tuỳ vào vị trí của điểm M trên
cung tiếp xúc ).
Ta có aM = CM sin.
Với là góc nghiêng chính. Gần đúng coi tam giác CMN
vuông, nên:
CM = CN cos = Sz. cos
vậy :
aM = Sz. sin.cos
Với chiều quay nh hình vẽ mỗi răng dao bắt đầu vào cắt tại
tiết diện B B ứng với góc = , lúc đó amin = Sz sin .cos
2
2
Sau đó góc giảm dần đến 0 ở tiết diện A-A, ứng với:
a max = Sz. sin .cos = Sz sin
Theo sự chuyển động của dao về phía phải tiết diện A-A góc

lại tăng dần đạt lớn nhất tại tiết diện C- C, ứng với góc = ta
2
lại có amin = Sz sin .cos
2


7.3.9. Chiều rộng lớp cắt b khi phay:
1, Dao phay mặt đầu:

Khi phay bằng dao phay mặt đầu chiều rộng lớp cắt b giống
nh khi tiện là một đại lợng không đổi:
B

b=
sin














2, Dao phay trụ răng thẳng:
b= B
3, Dao phay trụ răng xoắn:
Nếu khai triển mặt trụ dao phay và trải ra trên một mặt
phẳng thì trên hình chiếu bằng ta có hình ảnh của các răng dao
phay trụ răng xoắn đang cắt vào vùng tiếp xúc và hình ảnh sự
thay đổi của b
Ta thấy: Toàn bộ răng thứ nhất với chiều dài b1 đang nằm
trong vùng tiếp xúc. Nghĩa là chiều rộng cắt của răng này cũng
là b1. Trong khi đó răng thứ hai chỉ có chiều dài b2 đang tham gia
cắt, nh vậy răng thứ hai có chiều rộng lớp cắt là b2.

Theo chiều quay của dao mỗi răng dao đi vào vùng cắt dần
dần từng điểm một nh vậy chiều rộng cắt b2 sẽ tăng lên cho đến
khi bằng b1. Chiều rộng lớp cắt do răng thứ nhất và răng thứ hai đ
ợc biểu diễn nh sau:




b1 =

D.( d1 c1 )
2. sin

b2 =

D.( d2 c2 )
2. sin

Vì : 2
nên
b2 =
D. d2
c =
Trong
đó:0
2. sin

D - là đờng kính dao phay, là góc nghiêng của răng dao phay

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

- là góc tiếp xúc tức thời ứng với cuối răng thứ nhất
1

d - là góc tiếp xúc tức thời ứng với đầu răng thứ hai

c1 - là góc tiếp xúc tức thời ứng với cuối răng thứ hai

d2
c2








Xét công thức tính b2 ta thấy chiều rộng lớp cắt b của dao
phay phụ thuộc vào giá trị của góc d . Đến khi tăng đến giá
2 B.tg
trị d
D
=
thì chiều rộng cắt b trở nên cố định:
B
cos
b = b1 =

Nh vậy: Chiều rộng cắt b lúc đầu là lợng tang dần theo rồi

đạt
đến trị số cố định bằng chiều dài phần răng tham gia cắt sau đó
lại giảm dần đến trị số bằng 0 khi răng thoát ra khỏi cung tiếp
xúc.


i










7.3.10. Diện tích cắt khi phay:
a, Diện tích cắt khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng:
Trớc hết xét diện tích cắt fi do răng thứ i nào đó cắt ra:
fi = ai.bi
Vì :
ai = Sz . sin
,
bi = B
nên:
i
fi = Sz . B. sin
Nếu ở thời điểm nào đó có n răng đồng thời tham gia cắt thì diện tích cắt
i

tổng cộng của chúng sẽ là:



F = Sz. B





n



Nhận xét : Diện tích cắt là một đại lợng
thay
sin
i đổi phụ thuộc góc . Do đó khi
phay lực cắt thay đổi, dẫn đến rungi =động
làm giảm độ chính xác gia công .
1



i




.

b, Diện tích cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn:
Gỉa sử trong cung tiếp xúc có một răng thứ i nào đó đang cắt.
Chiều dày cắt ai đợc tính theo công thức: ai = Sz . sin
i
Nhng với răng xoắn chiều dày cắt ai bị thay đổi từ đầu đến cuối
răng phụ thuộc vào góc . Vàgóc
thay đổi trong phạm vi từ
i
i
i
đến .i
d
c
Diện tích một phân tố lớp cắt có chiều dày là ai và chiều rộng là
dbi đợc tính:
dfi = ai . dbi
d

Diện tích do toàn bộ chiều dài răng cắt ra đợc tính: fi =
ai .dbi

Trong đó :
c
x
D
dbi =
=
.d
sin 2. sin
Thay giá trị của ai, bi vào ta có :






fi =

D.Sz
2. sin

di

sin .d
i

ci

Khai triển tích phân ta có :


Hinh 7.13. S¬ ®å tÝnh diÖn tÝch khi phay b»ng dao phay trô rang xo¾n







[

D.Sz
. cos θ ci − cos θ di
fi =
2. sin ω

NÕu trong cung tiÕp xóc cã n r¨ng ®ång thêi tham gia c¾t th×
diÖn tÝch c¾t tæng céng ®îc tÝnh:




F =

n

∑f
i =1






]

i

[

D.Sz n
=
.∑ cos θ ci − cos θ di
2. sin ω i =1

]

c, DiÖn tÝch c¾t khi phay b»ng dao phay mÆt ®Çu:
DiÖn tÝch c¾t do mét r¨ng c¾t ra lµ:
B
fi = a .bi
V× ai = Sz sin .cosθi
bi = sin ϕ

Nªn fi = B .Sz.cosθi.
Tæng diÖn tÝch c¾t do n r¨ng®ång thêi tham gia c¾t:
