XÂY DỰNG bài THÍ NGHIỆM TRÊN máy TIỆN CNC PHỤC vụ dào tạo đại học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------------

BÙI VĂN QUANG

XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM TRÊN MÁY TIỆN
CNC PHỤC VỤ DÀO TẠO ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
MÃ ĐỀ TÀI : 10BCTM-KT15

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : 1. TS. ĐINH VĂN CHIẾN
2. GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH.


HÀ NỘI - 2012
LỜI CAM ĐOAN
Luận văn “Xây dựng phương pháp xác định độ cứng vững của máy phay
đứng” đã hoàn thành bởi sự nỗ lực của bản thân tác giả và sự hướng dẫn tận tình
của TS. Đinh Văn Chiến và GS.TS. Trần Văn Địch.

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và những kết quả thực nghiệm được
nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn thực tế khách quan. Những kết quả
tương tự chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ trong việc thực hiện luận văn
này đều đã chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

NGUYỄN MINH ĐỨC


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian tìm hiểu và làm việc khẩn trương cùng với sự giúp đỡ tận
tình của TS. Đinh Văn Chiến và GS.TS. Trần Văn Địch tôi đã hoàn thành luận văn
với đề tài: “Xây dựng phương pháp xác định độ cứng vững của máy phay đứng”
Với tình cảm và lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn TS.
Trần Đức Quý và đặc biệt là GS.TS. Trần Văn Địch, người đã trực tiếp giảng
dạy và dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời
gian thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm cùng các thầy cô giáo
trong Viện cơ khí, Viện đào tạo sau đại học – trường Đại học Bách khoa Hà Nội
đã giúp đỡ tôi rất nhiều về kiến thức chuyên môn, tài liệu nghiên cứu để tôi có thể
hoàn thành luận văn.
Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng luận văn vẫn còn nhiều thiếu sót. Tôi rất
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của Hội đồng chấm luận văn, các thầy cô giáo
và các bạn đồng nghiệp để bài luận văn được hoàn thiện hơn.
Tác giả luận văn

NGUYÊN MINH ĐỨC


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN________________________________________________________2
LỜI CẢM ƠN__________________________________________________________3
MỤC LỤC_____________________________________________________________3
MỞ ĐẦU______________________________________________________________5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QÚA TRÌNH CẮT KHI PHAY__________________7

1.1.KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY.___________________________7
1.2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ GIA CÔNG PHAY.________________________________9
1.2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẤU TẠO DAO PHAY.______________________10
1.2.2. CÁC LOẠI DAO PHAY._____________________________________________12
1.2.3. DAO PHAY MẶT ĐẦU – CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN KHI GIA CÔNG._14
1.2.4. LỰC CẮT TRONG QUÁ TRÌNH PHAY BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU.__22
1.2.5. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT CẮT._______________________________________25
1.2.6. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ KHÁC ĐẾN LỰC CẮT KHI PHAY.___26
1.2.7. HIỆN TƯỢNG MÀI MÒN CỦA DAO PHAY MẶT ĐẦU KHI CẮT.______28
1.3. NHỮNG HIỆN TƯỢNG VẬT LÝ XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH PHAY.___36
1.3.1. NHIỆT CẮT._______________________________________________________36
1.3.2.HIỆN TƯỢNG RUNG ĐỘNG TRONG QUÁ TRÌNH CẮT._______________38
1.3.3. HIỆN TƯỢNG CỨNG NGUỘI TRONG QUÁ TRÌNH GIA CÔNG._______38
1.4. TUỔI BỀN VÀ TỐC ĐỘ CẮT KHI PHAY.______________________________39

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MÁY PHAY ĐỨNG_____________________________41
2.1. CÁC LOẠI MÁY PHAY.______________________________________________41
2.2. GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHAY ĐỨNG___________________________________42
2.2.1. MÁY PHAY ĐỨNG VẠN NĂNG._____________________________________42
2.2.2. MÁY PHAY ĐỨNG ĐIỀU KHIỂN THEO CHƯƠNG TRÌNH SỐ.________43
2.3. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MỘT SỐ LOẠI MÁY PHAY.______________46
2.4. KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ CỦA MÁY PHAY ĐỨNG.____________________47
2.4.1. PHAY MẶT PHẲNG BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU.___________________47
2.4.2. PHAY MẶT PHẲNG NGHIÊNG VÀ GÓC NGHIÊNG.__________________48
2.4.3. PHAY HỐC, BẬC, RÃNH BẰNG DAO PHAY NGÓN.__________________49
2.4.4. PHAY RÃNH THEN BẰNG DAO PHAY NGÓN TRÊN MÁY PHAY RÃNH
THEN TỰ ĐỘNG.________________________________________________________49
2.4.5. PHAY RÃNH CHỮ T________________________________________________50
2.5. MÁY PHAY VẠN NĂNG UF222._______________________________________52
2.5.1. BẢN VẼ CẤU TẠO MÁY UF222______________________________________52

2.5.2. ĐẶC ĐIỂM VÀ CÔNG DỤNG CỦA MÁY PHAY UF222________________53
2.6. MÁY PHAY ĐỨNG F250X900._________________________________________54
2.6.1. KHÁI QUÁT VỀ MÁY PHAY F250x900.______________________________54
2.6.2. CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH__________56
2.6.3.CÔNG DỤNG CỦA MÁY.____________________________________________58
3.1. LÝ THUYẾT ĐỘ CỨNG VỮNG._______________________________________59
3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG CÔNG NGHỆ ĐẾN SAI SỐ GIA CÔNG
TRONG MÔT SỐ TRƯỜNG HỢP._________________________________________64
3.2.1. ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ KHI TIỆN._64
3.2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ KHI PHAY.
_________________________________________________________________________72

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG VỮNG CỦA MÁY PHAY ĐỨNG BẰNG
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM._______________________________________75
4.1. MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG VỮNG BẰNG THỰC NGHIỆM.________75
4.1.1. XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG VỮNG TĨNH._________________________________75
4.1.2. MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG VỮNG ĐỘNG.______________________76
4.2. PHẦN THÍ NGHIỆM._________________________________________________78
4.2.1. CƠ SỞ THÍ NGHIỆM._______________________________________________78
4.2.2. PHẦN THÍ NGHIỆM._______________________________________________79

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN_______________________________________99
SUMMARIZED CONTENT OF FINAL THESIS___________________________101
Tài liệu tham khảo____________________________________________________103

MỞ ĐẦU
Cùng với sự lớn mạnh của của nền kinh tế đất nước, ngành cơ khí trong đó
cơ khí chế tạo vẫn khảng định thế mạnh của mình với vai trò chủ đạo và không

ngừng đáp ứng việc tạo ra những sản phẩm chất lượng tốt, độ tin cậy cao và đủ sức
cạnh tranh.


Nhữmg chỉ tiêu tạo ra các sản phẩm đó được quyết định bởi độ chính xác gia công.
Độ chính xác gia công là đặc tính chủ yếu của chi tiết máy. Trong thực tế không
thể chế tạo chi tiết có độ chính xác tuyệt đối bởi vì khi gia công xuất hiện sai số.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia công như: Độ chính
xác của thiết bị công nghệ, kiến thức công nghệ, vật liệu gia công, vật liệu làm
dụng cụ cắt, các thông số cắt, công nghệ bôi trơn v.v…
Tất cả các yếu tố trên đều phản ánh vào những đặc trưng trong quá trình
gia công đó là: rung động, chuyển vị tương đối giữa dao với chi tiết gia công và
biến dạng mà được nâng thành lý thuyết về độ cứng vững.
Đã có khá nhiều lý thuyết về độ cứng vững của hệ thống công nghệ trong gia
công cắt gọt kim loại, song việc kiểm nghiệm, cách thức tiến hành thực nghiệm và
đưa ra những số liệu cụ thể lại là một vấn đề thời sự nóng hổi và rất cần thiết.
Trong các loại máy công cụ thì máy phay có vị trí rất cơ bản vì nó gia
công những sản phẩm đặc trưng của ngành chế tạo máy, do đó em chọn đề tài
của luận văn là “ Nghiên cứu độ cứng vững của máy phay đứng”
* Cơ sở khoa học của đề tài:
+ Lý thuyết cắt gọt kim loại.
+ Lý thuyết về độ cứng vững.
* Mục đích của đề tài:
Xác định độ cứng vững động của máy phay đứng bằng thực nghiệm.
* Nội dụng của luận văn bao gồm :
Chương 1: Tổng quan về quá trình cắt khi phay.
Chương 2: Giới thiệu về máy phay đứng.
Chương 3: Nghiên cứu độ cứng vững động, tĩnh.
chương 4: Thí nghiệm, xác định độ cứng vững của máy phay đứng.
Trong quá trình làm luận văn, em đã rất cố gắng tìm tòi nhiều tài liệu liên

quan đến đề tài, nghiên cứu khá kỹ lý thuyết cắt gọt kim loại của quá trình phay,
nghiên cứu lý thuyết độ cứng vững của các nguyên công khác như: Tiện,
phay,....Đặc biệt đã tiến hành gia công, thực nghiệm kiểm tra bằng những
phương pháp khác nhau trên các thiết bị đo hiện đại để đưa ra các số liệu trung


thực nhất. Kết quả đã chứng minh và làm sáng tỏ lý thuyết về biến dạng của hệ
thông công nghệ. Em tin rằng đây cũng là tiền đề để tiếp tục nghiên cứu những
ảnh hưởng khác đến độ chính xác gia công.
Do thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên chắc chắn còn
những thiếu sót, em rất mong sự chỉ bảo của các thày, sự đóng góp ý kiến của các
bạn đồng nghiệp, để bản luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.!
Tác giả luận văn

NGUYỄN MINH ĐỨC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QÚA TRÌNH CẮT KHI PHAY
1.1.KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY.

Quá trình này rất phong phú và cần thiết cho việc gắn liền giữa nghiên cứu với
thực tiễn cũng như cho việc trao đổi giữa các nhà khoa học của các nước khác nhau.
Việc nghiên cứu này được áp dụng cho tất cả các phương pháp gia công
cắt gọt bằng những dụng cụ cắt khác nhau, còn gọi là dụng cụ có lưỡi.
Quá trình tạo phoi liên quan trực tiếp đến lực cắt, nhiệt cắt, sự mòn dao,
chất lượng bề mặt của chi tiết được gia công …


Quá trình tạo phoi được phân tích kỹ trong vùng tác động như hình 1-1
bao gồm :

1-Vùng

Hình 1-1Mô hình tác động trong quá trình tạo phoi

biến

dạng thứ nhất: Là vùng vật liệu phôi nằm trước mũi dao, được giới hạn giữa vùng
vật liệu phoi và vùng vật liệu phôi. Dưới tác dụng của lực tác động, trước hết trong
vùng này xuất hiện biến dạng dẻo (còn gọi là vùng biến dạng dẻo thứ nhất).
Khi ứng suất do lực tác động gây ra vượt quá giới hạn cho phép của kim
loại thì xuất hiện sự trượt và phoi được hình thành.
Vùng tạo phoi luôn luôn di chuyển cùng với dao trong qúa trình cắt.
2-Vùng ma sát trượt thứ nhất: Là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trước của dao.
3-Vùng ma sát thứ hai: Là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của dao.
4- Vùng tách: Quá trình cắt kim loại là qúa trình hớt đi một lớp phoi trên bề
mặt kim loại để có chi tiết đạt kích thước, hình dạng và độ nhẵn bóng theo yêu cầu.
Các dạng gia công cơ chủ yếu là: Tiện, bào, khoan, phay, mài,v.v...Tất cả
các dạng gia công này đều được thực hiện trên các máy cắt kim loại bằng các
dụng cụ cắt khác nhau như : dao tiện, dao phay, lưỡi khoan v.v...
Để thực hiện một quá trình cắt nào đó cần thiết phải có hai chuyển động là
chuyển động chính và chuyển động chạy dao. Chuyển động chính trong quá trình
tiện là chuyển động quay tròn của phôi, còn khi phay chuyển động chính là
chuyển động quay của dao.
Chuyển động chính là chuyển động tạo ra tốc độ cắt.


Chuyển động động chạy dao khi tiện là tịnh tiến của dao theo phương dọc
hoặc ngang.
Chuyển động chạy dao khi phay là chuyển động tịnh tiến của bàn máy

mang vật gia công theo phương dọc, ngang hoặc thẳng đứng.
Tốc độ của chuyển động chính luôn lớn hơn tốc độ của chuyển động chạy
dao. Trong quá trình cắt kim loại, các bề mặt mới được hình thành do các lớp bề
mặt biến dạng và được hớt dần với sự tạo thành phoi. Phôi và dao được kẹp chặt
trên máy. Khi cắt vật liệu dẻo, người ta phân biệt các giai đoạn hình thành phoi
như sau: Khi mới bắt đầu cắt, dao và chi tiết tiếp xúc với nhau, sau đó lưỡi dao ăn
sâu vào kim loại làm vật liệu bị dồn ép. Sự lún sâu của lưỡi dao vào vật liệu sẽ
thắng lực liên kết giữa lớp kim loại bị hớt đi và phần kim loại còn lại. Hiện tượng
này dẫn đến sự trượt phân tử phoi đầu tiên. Sau đó dao tiếp tục chuyển động và
tách những phân tử phoi tiếp theo khỏi kim loại chính. Từ đó phoi được hình thành
và thực hiện quá trình cắt gọt.
1.2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ GIA CÔNG PHAY.

Phay là phương pháp gia công cắt gọt, trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra
chuyển động cắt. Chuyển động tịnh tiến của dao thường do bàn máy đảm nhiệm,
cũng có khi do cả dao và máy kết hợp. Khác với tiện và khoan, các lưỡi cắt của dao
phay không tham gia liên tục nên phoi ngắn hơn, gián đoạn nên xuất hiện lực va
đập. Tuy nhiên ở trường hợp này nhiệt có điều kiện phân tán nên khả năng chịu bền
nhiệt tốt hơn.
Ở nguyên công phay có thể gia công được nhiều bề mặt khác nhau bằng
các phương pháp và ứng với các loại dao phay khác nhau (hình 1.2).


Hình 1-2 Các bề mặt gia công và các loại dao trên máy phay
Dao phay trụ
b,c) Dao phay đĩa
d,đ) Dao phay ngón
e,g) Dao phay mặt đầu

Dao phay cú cu to bi nhiu li ct nờn lc ct dao ng v li ct

chu va p gõy ra rung ng trong quỏ trỡnh phay, vỡ th mỏy phay phi cú
bn vng cao. Dao phay cú nhiu loi khỏc nhau tu theo cụng ngh v theo
cụng dng nh: Dao phay tr, dao phay mt u, dao phay a, dao phay ngún,
dao phay ln rng, dao phay nh hỡnh v.v ....
Dao phay cú th ch to lin hoc ri phn thõn vi phn ct. Trong trng
hp ny cỏc mnh dao cũn gi l cỏc mnh quay c ch to theo tiờu chun v
c kp vo u dao nh c cu kp cht bng vớt. Mi mnh quay cú th cú nhiu
li ct.
1.2.1. KHI NIM CHUNG V CU TO DAO PHAY.

Quỏ trỡnh phay c thc hin bng mt loi dng c ct m ta gi l dao
phay. Cỏc rng ca dao phay cú th xp t trờn b mt hỡnh tr v cng cú th
nm mt u. Mi mt rng ca dao phay l mt li dao tin n gin (Hỡnh


1.3). Thông thường thì dao phay là dụng cụ cắt có nhiều răng, nhưng đôi khi
người ta sử dụng dao phay có một răng duy nhất.
`

Phần
dao
chế

phay
tạo

từ

cắt của
H×nh 1.3.So s¸nh dao tiÖn vµ r¨ng dao

phay

được
thép

cácbon, thép gió, hợp kim cứng và vật liệu sứ.

Bề mặt, lưỡi cắt và các yếu tố khác của răng dao phay có những tên
gọi sau đây (tương tự như các dao tiện):
+ Mặt trước của răng 1, là bề mặt theo đó phoi thoát ra.
+ Mặt sau của răng 4, là bề mặt hướng vào mặt cắt trong quá trình gia
công.
+ Lưng của răng 5, là bề mặt tiếp giáp với mặt trước của một răng và
mặt sau của răng cạnh đó. Nó có thể là mặt phẳng, gẫy khúc hoặc mặt cong.
+ Mặt phẳng đầu, là mặt phẳng vuông góc với trục của dao phay.
+ Mặt phẳng tâm, là mặt phẳng đi qua trục của dao và một điểm quan sát
trên lưỡi cắt của nó.
+ Lưỡi cắt 2, là một đường tạo bởi giao tuyến của hai mặt trước và sau của răng.


+ Lưỡi cắt chính là lưỡi cắt thực hiện công việc chính trong quá trình gia
công. ở dao phay hình trụ, lưỡi cắt chính có thể là thẳng (theo đường sinh của
hình trụ) nghiêng so với đường sinh hoặc có dạng đường xoắn ốc.
ở dao phay mặt đầu cũng giống như dao tiện, người ta phân biệt:
+ Lưỡi cắt chính - là lưỡi cắt nghiêng một góc so với trục của dao phay.
+ Lưỡi cắt phụ- là lưỡi cắt nằm ở mặt đầu của dao phay.
+ Lưỡi cắt chuyển tiếp - là lưỡi cắt nối các lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ với nhau.
Dựa theo bề mặt được mài dao phay, người ta chia kết cấu của răng ra
làm hai loại:
+Răng nhọn là răng được mài theo mặt sau.

+ Răng tù là răng chỉ được mài theo mặt trước.
Người ta phân biệt các thành phần của dao như sau:
+ Chiều cao h là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đáy của rãnh, đo trong tiết
diện hướng kính vuông góc với đường tâm của dao.
+ Bề rộng mặt sau của răng là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đường giao
nhau của mặt sau với lưng của răng, do trong phương vuông góc với lưỡi cắt.
+ Bước vòng của răng là khoảng cách giữa các điểm tương ứng trên lưỡi
cắt của hai răng liền nhau, được đo theo cung tròn với tâm nằm trên trục dao và
trong mặt phẳng vuông góc với trục này. Bước vòng của dao phay có thể bằng
nhau và cũng có thể không bằng nhau.
+ Lượng hớt lưng k là khoảng cách hạ thấp của đường cong hớt lưng giữa
hai lưỡi cắt của hai răng kề nhau.
+ Rãnh là đường lõm xuống dùng để thoát phoi, rãnh được tạo thành giữa
mặt trước của một răng với mặt sau và lưng của răng bên cạnh. Rãnh chia ra làm
hai loại: rãnh thẳng và rãnh xoắn ốc.
1.2.2. CÁC LOẠI DAO PHAY.

* Theo tính năng công nghệ người ta chia ra các loại dao phay sau:
a. Dao gia công mặt phẳng.
b. Dao gia công rãnh và rãnh then hoa.
c. Dao gia công các mặt định hình.


d. Dao gia cụng bỏnh rng v ren.
e. Dao gia cụng cỏc mt trũn xoay.
f. Dao dựng ct vt liu.
* Theo c im cu to ngi ta chia ra:
a. Theo phng ca rng cú: Rng thng, rng nghiờng, rng xon v rng
cỏc phng khỏc nhau.
b. Theo kt cu ca rng: rng nhn, rng ht lng (rng tự).

c. Theo kết cấu bên trong: dao phay liền, dao phay ghép, dao phay răng
chắp, dao phay lắp ráp.
d. Theo phơng pháp kẹp chặt: dao có lỗ, dao phay ngón, dao phay có đuôi
hình trụ hoặc có đuôi hình côn.
* Dao phay kiu mi:
Kt cu ca dao phay nh
hng ln ti kh nng lm vic
ca dao v hiu qu s dng
chỳng. Phng hng chớnh
ch to dao phay hp kim cng
kiu mi l dựng kt cu ca lp
rỏp t cỏc mnh hp kim cng
thay th (khi mũn ta ch vic thay
th cỏc mnh mi) hỡnh 1-4.
Hỡnh 1-4. Dao phay kiu mi
Nh kp bng c khớ, cho phộp xoay cỏc mnh hp kim cng, m thay i
cỏc li ct v cho phộp s dng dao phay khụng cn phi mi li. Sau khi cỏc
mnh ny b mũn ht, ta ch vic thay nhanh cỏc mnh mi. Thi gian hi
phc dao phay gim xung rt nhiu. Nh mỏy ch to dao cung cp cho mi dao
8-10 b mnh thay th.
So vi cỏc mnh hn phi mi, vic s dng cỏc mnh ct thay th cú
nhng u im sau õy:


- Tuổi bền cao hơn (cao hơn 30%) do không phải hàn và mài lại (quá trình
mài lại làm giảm tính chất cắt của hợp kim cứng).
- Thay đổi nhanh.
- Có thể sử dụng hợp kim cứng, có khả năng chống mòn cao (loại hợp kim
này dễ bị nứt khi hàn và khi mài).
- Có khả năng mạ một lớp hợp kim chống mòn (cácbit titan, Nitrit titan).

- Tăng nhanh phần trăm hoàn lại khi mài của lớp hợp kim (từ 15-20% đối với
dụng cụ hàn, lên tới 90%) đối với dụng cụ dùng mảnh hợp kim thay thế.
- Giảm thời gian phụ cần thiết để thay đổi và điều chỉnh dao mòn.
- Giảm số loại dao, đơn giản trong việc trang bị dụng cụ.
- Có khả năng tập trung sản xuất các bộ phận, thay thế cho các loại dụng
cụ khác nhau (dao tiện, dao phay, dao chuốt...)
- Các kích thước và thông số hình học của dao được cố định, điều này đặc
biệt quan trọng đối với các máy điều khiển theo chương trình số...
Hình 1-4 là dao phay mặt đầu có lỗ trong với các mảnh hợp kim thay thế.
Loại dao này dùng để gia công tinh và nửa tinh mặt phẳng chi tiết bằng thép và
gang. Dao cũng có thể để phay thô chi tiết với lượng dư không quá 5 mm. Độ
đảo mặt đầu của các lưỡi dao là 0,02-0,03 mm.
Các mảnh hợp kim cứng có lỗ tròn được lắp lỏng trên chốt và dùng đinh
vít kẹp chặt xuống mặt tựa của dao (dạng lòng máng). Nhà máy “Dao phay” đã
sản xuất các dao phay mặt đầu có đường kính 100mm;125mm và 160 mm với
các mảnh hợp kim tròn không mài lại (hợp kim BK và TK). Kết cấu của dao
phay cho phép sử dụng toàn chu vi phần cắt của các mảnh hợp kim. Nếu sử dụng
hợp lí và độ mòn mặt sau ≤ 1,7 mm thì được sử dụng mặt đầu thứ hai của mảnh
hợp kim. Số lần quay của mảnh hợp kim là 10 -12 khi phay tinh và nửa tinh là 67 khi phay thô. Sau khi mảnh hợp kim bị mòn hết, người ta thay thế các mảnh
mới. Mỗi dao phay có 8-10 bộ mảnh hợp kim cứng thay thế.
1.2.3. DAO PHAY MẶT ĐẦU – CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN KHI GIA CÔNG.
1.2.3.1. KHÁI NIỆM VỀ DAO PHAY MẶT ĐẦU.


Dao phay mặt đầu được dùng để gia công các mặt phẳng trên máy phay
đứng và ngang. Dao phay mặt đầu khác dao phay trụ ở chỗ là răng của dao phay
mặt đầu nằm ở cả bề mặt trụ và mặt đầu. Theo kết cấu, dao mặt đầu chia ra làm 2
loại: dao liền và dao chắp có răng lớn và răng bé. Các thông số hình học cơ bản
của dao phay mặt đầu bao gồm:
Đường kính D, chiều dài L, đường kính lỗ d và số răng Z. ưu điểm của dao

phay mặt đầu với dao phay trụ là:
+ Có độ cứng vững cao
hơn khi kẹp nó trên trung tâm
hoặc trục chính của máy.
+ Quá trình làm việc êm
hơn vì nhiều răng cùng làm việc
đồng thời.
Cũng như dao phay trụ,
dao phay mặt đầu được chia ra
làm 2 loại theo chiều quay: dao
phải và dao trái (qui ước theo
chiều quay của kim đồng hồ).
Dao phay mặt đầu có các
lưỡi dao bằng hợp kim cứng
được sử dụng rất rộng rãi. Phay

Hình 1-5 Các loại dao phay mặt đầu

mặt phẳng bằng loại dao này có năng suất cao hơn so với dao phay trụ.
Mặt khác dao phay mặt đầu thể hiện một cách tường minh nhất các bản
chất công nghệ của quá trình phay. Khi phay bằng dao phay mặt đầu người ta dễ
dàng sử dụng được các dao cắt được chế tạo từ vật liệu có độ bền cao dưới dạng
các dao phay răng chắp. Chính vì thế khi gia công mặt phẳng người ta thường sử
dụng dao phay mặt đầu. Khác với dao tiện làm việc liên tục, lưỡi cắt của dao
phay mặt đầu làm việc gián đoạn và chịu va đập với tần số va đập bằng tần số
góc của trục chính (phay bề mặt liên tục) và chịu lực va đập lớn nhất khi phay
thuận. Do đó, trong suốt quá trình ở môi trường làm việc cao, lưỡi cắt của dao


phay thường bị sứt, vỡ. Sự phá hỏng lưỡi cắt này xảy ra không đều trên các răng.

Các vết nứt thường lớn nên mài rất khó. Hơn nữa, dao phay là dụng cụ cắt nhiều
lưỡi nên đòi hỏi khá cao về vị trí tương quan của các lưỡi cắt so với tâm dao. Một
số dao phay mặt đầu như hình 1-5.
Với dao phay mặt đầu có đường kính φ80 và φ150 có các yêu cầu sau:
Độ đảo hướng kính của lưỡi cắt chính không quá: 0.05 với 2 răng không kề nhau
và 0.08 với 2 răng đối diện. Độ đảo mặt đầu của lưỡi cắt phụ không quá: 0.05
Việc mài sắc dao phay phải được thực hiện trên đồ gá chuyên dùng và máy
mài sắc vạn năng. Từ các nguyên nhân trên đây ta thấy việc sử dụng dao phay có
kết cấu liền hoặc hàn là không hợp lý. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều những
mảnh dao phay mặt đầu ghép vào thân bằng các kết cấu khác nhau (chủ yếu ghép
bằng cơ khí).
So với dao phay liền hoặc dao phay hàn thì dao phay mặt đầu ghép mảnh
có các ưu điểm sau:
+ Cơ tính cắt của lưỡi cắt cao hơn và cho phép sử dụng các mảnh dao có
độ bền cao.
+ Tiết kiệm được vật liệu quý hiếm.
+ Thay thế, phục hồi đơn giản, thuận tiện.
+ Hiệu quả kinh tế cao.
Chọn đối tượng nghiên cứu dao phay mặt đầu răng chắp là trường hợp
tổng quát, có khả năng đáp ứng và đón đầu sự phát triển của nguyên công phay.

1.2.3.2. THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA DAO PHAY MẶT ĐẦU.

Ngoài một số có kết cấu tương tự như những dụng cụ cắt khác, dao phay
mặt đầu còn có một số các thông số và đặc điểm kết cấu khác:
Mỗi răng của dao phay mặt đầu có 3 lưỡi cắt (hình 1-6). Khi phay bằng
mặt đầu thì lưỡi 2-3 là lưỡi cắt chính, lưỡi 3-4 là lưỡi cắt phụ, còn lưỡi 2-1 không
làm việc. Khi phay mặt phẳng thẳng đứng bằng lưỡi trên mặt trụ thì chỉ có một

lưỡi 1-2 tham gia cắt. Lúc này dao phay mặt đầu làm việc giống như dao phay
trụ và vai trò của góc giống như dao phay trụ phay thành đứng.
Đối với dao phay mặt đầu làm bằng hợp kim cứng thường làm răng chắp,
lúc đó phần cắt răng dao phay giống như dao tiện (hình 1-6). Nó chỉ có một lưỡi
cắt chính và một lưỡi cắt phụ.

Ngoài ra để
sức bền của lưỡi

tăng
Hình 1-6 - Cấu tạo dao phay mặt đầu

cắt

và

tuổi bền của dao, người ta làm thêm một lưỡi cắt nối tiếp có chiều dài f 0
bằng khoảng 1-1,5 mm với góc nghiêng hoặc thay bằng cung tròn bán kính
r. Góc γ và α0 được đo trong tiết diện chính A-A.
Góc γ tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với
mặt trước và mặt đáy đi qua điểm đó, đo trong tiết diện chính (mặt đáy là mặt
phẳng chứa trục dao và điểm đang xét).
Góc α0 tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với
mặt sau và mặt tiếp xúc tại điểm đó, đo trong tiết diện chính.
Góc trước hướng kính γ1 là góc gồm giữa tiếp tuyến với vết của mặt trước
và phương hướng kính tại một điểm của lưỡi cắt đo trong tiết diện mặt đầu.


Góc trước hướng trục γ2 là góc gồm giữa tiếp tuyến với mặt trước và
phương hướng kính tại một điểm của lưỡi cắt và phương hướng trục đo trong tiết

diện chứa véc tơ tốc độ cắt và song song với trục dao phay đo trong tiết diện đó.
Mối quan hệ được biểu diễn bằng các biểu thức sau:
Tg γ = tgγ2.cosϕ + tgγ1.sinϕ
Tg γ1 = tgγ.sinϕ + tgγ.cosϕ khi λ > 0
Tg γ1 = tgγ.sinϕ - tgγ.cosϕ khi λ < 0
Tg γ2 = tgγ.cosϕ - tgγ.sinϕ khi λ > 0
Tg γ2 = tgγ.sinϕ + tgγ.sinϕ khi λ < 0
Tg γ = tgγ2.sinϕ – tgγ1.cosϕ khi λ > 0
Tg γ = tgγ2.sinϕ + tgγ1.cosϕ khi λ < 0

(1.1)
(1.2)

(1.3)

(1.4)

Góc sau trong quan hệ mặt đầu và tiết diện chính có quan hệ sau:
Tg αn = Tg α .sinϕ / cosλ

(1.5)

ở đây: λ là góc nâng của lưỡi cắt chính.

1.2.3.3. CÁC YẾU TỐ CỦA CHẾ ĐỘ CẮT KHI PHAY VÀ LỚP KIM LOẠI BỊ CẮT KHI
PHAY BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU.

1. Tốc độ cắt v: Được tạo thành từ chuyển động chính – là chuyển động
tương đối đơn giản của dụng cụ cắt và chi tiết gia công, thường được thực hiện với
tốc độ lớn nhất và gây nên quá trình cắt gọt. Tốc độ cắt v – là quãng đường (đo

bằng mét) mà một điểm trên lưỡi cắt chính ở cách trục quay xa nhất đi được trong
một phút.
Để xác định quãng đường mà điểm đó đi được trong một phút, cần phải
nhân quãng đường đi được sau một vòng với số vòng quay của dao trong một


phút, tức là πDn (mm/ph). Nếu tốc độ cắt biểu thị bằng m/ph, thì công thức tính
tốc độ cắt có dạng sau:
v=

πD.n
1000

(1.6)

Khi cần xác định số vòng quay của dao phay trong một phút ta có công thức:
n=

1000.v
πD

(1.7)

2. Lượng chạy dao S – là chuyển động tương đối của dụng cụ và chi tiết
gia công được thêm vào chuyển động chính và tạo điều kiện đưa vùng gia công
lan ra toàn thể bề mặt gia công. Chuyển động chạy dao có thể liên tục và có thể
gián đoạn.
Khi phay, người ta phân biệt các dạng lượng chạy dao như sau: lượng
chạy dao một răng SZ, lượng chạy dao một vòng SV và lượng chay dao trong một
phút Sph. Theo phương cắt, người ta còn phân biệt lượng chạy dao dọc, lượng

chạy dao ngang, lượng chạy dao thẳng đứng.
Lượng chạy dao một vòng quay của dao phay s z (mm/vòng)- là lượng
chuyển dịch của bàn máy mang chi tiết so với dao khi dao quay được một răng.
Lượng chạy dao một vòng quay của dao phay s V (mm/vòng)- là lượng
chuyển dịch của bàn máy mang chi tiết so với dao sau một vòng quay của dao
phay. Lượng chạy dao một vòng bằng lượng chay dao răng nhân với số răng của
dao phay:
S0 = sz.z

(1.8)

Lượng chạy dao phút SM (mm/ phút)- là lượng dịch chuyển tương đối của
bàn máy mang chi tiết so với dao phay trong một phút. Lượng chạy dao phút
bằng lượng chạy dao một vòng nhân với số vòng quay trong một phút.
SM = S0.n = Sz.z.n

(1.9)

3. Chiều sâu cắt t: Là kích thước lớp kim loại bị cắt đo theo phương vuông góc
với trục của dao phay ứng với góc tiếp xúc ứ. Khi phay bằng dao phay mặt đầu thì :


+ Phay không đối xứng t được đo ứng với cung chắn góc tiếp xúc ψ.

Sz

Ν−Ν

C

ψ
2

n

Α−Α
t
Sz

a)

b)

+ Phay đối
bằng chiều rộng

Hình 1.7 Thông số lớp cắt khi phay bằng dao
mặt đầu

xứng thì t
chi tiết.

4. Chiều rộng phay B: Là lớp kích thước kim loại đo theo phương
chiều trục của dao phay. Khi phay bằng dao mặt đầu thì chiều rộng phay
bằng chiều sâu cắt t o ( B =t o)
5. góc tiếp xúc: Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc giữa dao và chi tiết.
+ Khi phay đối xứng bàng dao phay mặt đầu thì:
Sin

ψ

=
2

t
D

(1.10)

+ Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:
ψ=

Π
2t
+ arcsin (
2
D

-1 )

(1.11)

6. Chiều dày cắt a
Sau khi bàn máy dịch chuyển một lượng S Z thì quỹ đạo của lưỡi cắt dịch
chuyển một đoạn từ vị trí 1 đến vị trí 2 và lưỡi dao cắt một lớp kim loại có chiều
dày aM. Theo hình 1.7 aM = n sinϕ = SZ sinϕ cosθ . Với ϕ là góc nghiêng chính.


Mỗi răng lần lượt tham gia cắt ở tiết diện B- B ứng với θ =

Ψ

, rồi theo sự
2

chuyển động của lưỡi cắt góc ố giảm dần đến 0 tại tiết diện A-A, rồi lại tăng dần
đến θ =

Ψ
, khi răng dao thoát khỏi vùng tiếp xúc.
2

với θ =

Tại tiết diện B-B

Ψ
thì:
2

Tại tiết diện A-A với θ = 0 thì:
với θ = -

Tại tiết diện C-C

aMin= SZ sinϕ.cos

Ψ
2

1.12)

aMax = SZ sinϕ

Ψ
thì:
2

(1.13)

aMin= SZ sinϕ.cos

Ψ
2

(1.14)

Vì chiều dày cắt biến động nên ta phải tính giá trị trung bình. Gần đúng ta
coi chiều dày cắt trung bình tại vị trí ứng với θ =
a tb = SZ sinϕ .cos

Ψ
của cung tiếp xúc:
4

Ψ
4

(1.15)

7. Chiều rộng lớp cắt b khi phay mặt đầu: Trường hợp này giống như tiện
có chiều rộng không đổi.

B

- λ = 0 ; b = sin ϕ

(1.16)

B

- λ ≠ 0 ; b = sin ϕ cos λ

1.17)

8. Diện tích cắt khi phay bằng dao mặt đầu:
Diện tích do một răng cắt : fi = ai bi
Hay fi = B. .SZ. .cosθi

(1.18)

Tổng diện tích cắt do n răng đồng thời tham gia cắt:
n

F =b .SZ .

∑θ
i =1

i

(1.19)

1.2.3.4. PHAY THUẬN VÀ PHAY NGHỊCH.

Tuỳ theo chiều quay với hướng tiến của dao phay người ta phân biệt hai
loại: phay nghịch và phay thuận.


Phay nghịch là quá trình phay, khi chiều chuyển động của dao phay và của
chi tiết ngược nhau.
Phay thuận là quá trình phay khi chiều chuyển động của dao phay và chi
tiết trùng nhau (Các dạng này không nghiên cứu sâu).
1.2.4. LỰC CẮT TRONG QUÁ TRÌNH PHAY BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU.
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 được công suất tiêu hao trong quá trình cắt.
Thông qua lực cắt, ta có thể đánh giá được tính gia công của các vật liệu
tạo cơ sở xác định chế độ cắt tối ưu cho các loại vật liệu gia công khác nhau ứng
với các loại vật liệu dụng cụ khác nhau.
Xác định được lực cắt chính xác, cho phép tối ưu hoá thiết kế hệ thống
công nghệ, tính và đưa ra được giải pháp và giảm được rung động trong quá trình
cắt, qua đó nâng cao được 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.
Lực cắt là nguyên nhân gây biến dạng mà đặc trưng 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 tương đối giữa dao và chi tiết có ảnh
hưởng lớn đến tỷ lệ giữa các lực thành phần. Cũng như dao phay trụ ta có
thể phân tích lực tổng hợp R nằm trong mặt phẳng vuông góc với đường

tâm dao khi phay ra các lực như sau: P Z ; P r ;P n ; P đ ;P o .
Ta có thể phân tích mối quan hệ giữa các lực thành phần với lực
vòng P Z như sau:

Khi phay đối xứng:


Pd = (0,3 ÷ 0,4) pz
Pn = (0,8 ÷ 0,95) pz
Po = (0,5 ÷ 0,55) pz
Khi phay không đối xứng theo dạng phay nghịch.
Pd = (0,45 ÷ 0,7) pz
Px = (0,6 ÷ 0,9) pz
Po = (0,5 ÷ 0,55) pz

Khi phay không đối xứng theo dạng phay thuận.
Pd = (0,9 ÷ 1,0) pz
Pn = (0,15 ÷ 0,3) pz
Po = (0,5 ÷ 0,55) pz

Lực

Hình 1-8 Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt

tiếp tuyến

PZ ( còn gọi là đầu
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 thường lực PZ giá trị lớn nhất.

Lực hướng kính PR hướng vuông góc với phương trục chính của máy phay.
Nó có xu hướng đẩy nghiêng trục gá dao trong quá trình gia công. Đồng thời nó còn
tao 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 phương 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 được xác định tính toán lực kẹp chi tiết khi gia công.
Thành phần lực nằm song song với phương chạy dao PN(PX) còn được 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 người ta dựa theo lực này.
Trong trường hợp phay mặt đầu đối xứng: Dấu cộng ứng với trường hợp
phay nghịch, dấu trừ ứng với trường hợp phay thuận.
Khi biết giá trị của pz, pn và pd ta có thể tính được 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
phương đã xác định.
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 như
dao phay trụ:
Pi = q.fi
(1.20)
Quan hệ giữa lực cắt đơn vị q và kích thước lát cắt khi phay cũng như các
dạng gia công khác:

q=Cω. C.aim

m <0

(1.21)
vì fi =ai .bi ; bi = B; ai = Sz sin ϕ cos θi; Cω = 1
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 thamgia cắt:
P = C.B(.Sinϕ)m SZ(m+1) ∑cosθi (m+1)

(1.23)


Trong đó:
C – Hệ số lực cắt đại lượng cố định phụ thuộc vật liệu gia công và
trị số góc trước của dao.
ai – Chiều dày lát cắt tức thời của răng thứ i (mm)
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 hưởng của chiều dày cắt a đến lực cắt,
phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, lượng 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 trường hợp phay ổn định tại điều kiện biết trước, các dao động 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 1mm 2

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 tương ứng
Cũng như tiện, khi phay, q là đại lượng thay đổi, phụ thuộc vào vật liệu gia công vào
kích thước 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 thường đòi hỏi giá trị PZtb thì nó tìm được theo công thức sau:
q = C.atbm

(1.24)

PZtb = C.atbm.Ftb

(1.25)

Trong đó:
atb – bề dày trung bình của lát cắt( mm)
Ftb – Diện tích trung bình của lát cắt (mm2)
q – Lực cắt đơn vị ( N/mm2 )
Theo công thức ta có
PZtb = C.B.2m.t(m+1).Z.(sinϕ)m/ π.D(m+1).ϕm.N
1.2.5. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT CẮT.

Công suất được tính theo công thức:

(1.26)