Nghiên cứu dao phay ngón và thực nghiệm gia công tạo hình bằng dao phay ngón trên máy phay CNC 3 trục

MỤC LỤC

MỤC LỤC ..................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................3
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................10
1.1.

TỔNG QUAN VỀ PHAY VÀ DAO PHAY .........................................14

1.1.1. Định nghĩa về phay ................................................................................ 14
1.1.2. Các dạng dao phay chủ yếu ................................................................... 14
1.1.3. Vật liệu làm dao..................................................................................... 21
1.1.4. Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay.................................................... 25
1.1.5. Các phƣơng pháp phay .......................................................................... 26
1.2.

CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC ........................28

1.2.1. Các dạng điều khiển của máy phay CNC .............................................. 28
1.2.2. Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC ............................... 31
1.2.3. Phƣơng pháp thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC .......... 32
1.3.

MÔ HÌNH QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY ..........................................37

1.3.1. Phân tích các nhân tố có trong mô hình ................................................ 37
1.3.2. Ý nghĩa của các đại lƣợng đặc trƣng xuất hiện trong và sau quá trình cắt
khi phay ................................................................................................. 40
1.4.

CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ BẢN KHI PHAY BẰNG DAO PHAY NGÓN

43

1.4.1. Độ nhám bề mặt chi tiết gia công .......................................................... 43
1.4.2. Lƣợng mòn dao ..................................................................................... 46
1.4.3. Tuổi bền dụng cụ ................................................................................... 49
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ......................................................................................49
CHƢƠNG 2 - NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THÔNG SỐ DỤNG
CỤ, ĐƢỜNG DỤNG CỤ ĐẾN CHẤT LƢỢNG TẠO HÌNH BỀ MẶT
KHÔNG GIAN ........................................................................................................50
2.1.
ẢNH HƢỞNG CỦA THÔNG SỐ DỤNG CỤ CẮT TỚI CHẤT
LƢỢNG TẠO HÌNH BỀ MẶT KHÔNG GIAN ..................................................50
1


2.1.1. Dụng cụ trong gia công bề mặt không gian........................................... 50
2.1.2. Ảnh hƣởng của hình học dụng cụ đến chất lƣợng tạo hình trong gia
công bề mặt không gian ......................................................................... 52
2.2.
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ĐƢỜNG DỤNG CỤ ĐẾN
CHẤT LƢỢNG TẠO HÌNH BỀ MẶT .................................................................57
2.2.1. Đƣờng dụng cụ trong gia công bề mặt không gian ............................... 57
2.2.2. Ảnh hƣởng của hình học đƣờng chạy dao đến chất lƣợng tạo hình trong
gia công bề mặt không gian ................................................................... 62
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ......................................................................................68
3.1.

ỨNG DỤNG RAPIDFORM TRONG THIẾT KẾ MẪU .....................69

3.2.

Thực nghiệm gia công mẫu ...................................................................81

3.2.1. Gia công thô .......................................................................................... 83
3.2.2. Lập trình gia công tinh chi tiết với các dụng cụ cắt có đƣờng kính khác
nhau (mẫu 1,2,3) .................................................................................... 87
3.2.3. Gia công tinh với đƣờng chạy dao kiểu gạch mặt cắt (mẫu 4) .............. 90
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ......................................................................................92
4.1.

ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .....................................94

4.2.

KẾT LUẬN KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM............................................99

KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 ....................................................................................100
1.

KẾT LUẬN .........................................................................................102

2.

KIẾN NGHỊ.........................................................................................103

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và

chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần tham khảo
đã đƣợc ghi rõ trong luận văn.
Tác giả

Đặng Văn Hòa

3


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Ngọc Tuyên, ngƣời đã hƣớng dẫn và
giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và
thiện Luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các Thầy cô trong Viện Cơ khí – Đại học
Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành Luận văn này.
Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn đối với đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí trƣờng
Đại học Kinh tế- Kỹ thuật Công nghiệp.
Do năng lực bản than còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai
sót, tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy ( Cô) giáo, các
Nhà Khoa học và các đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày 27 tháng 12 năm 2013
Tác giả luận văn

Đặng Văn Hòa

4


CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CNC (Computer Numerical) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính

CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính
CAM (Computer Aided Manufacturing) – Chế tạo có sự trợ giúp của máy tính
OP (Operation) – Nguyên công
Suface: Bề mặt
Part: Khối
Drawing: Bản vẽ
Select Object: Chọn đối tƣợng
Tool Path: Đƣờng chuyển dao
Insert: Tra vào
NC Sequence: Chƣơng trình chạy dao
Define: Xác định hƣớng về
Play Path: Đƣờng chạy dao
Screen Play: Hiển thị mô hình khối
Defauld: Mặc định
G-Code: Mã lệnh của đƣờng chạy dao

5


HỆ THỐNG DANH MỤC VÀ CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1 Các dạng dao phay chủ yếu ......................................................................15
Hình 1. 2 Một số loại dụng cụ cắt sử dụng trong gia công bề mặt không gian ........16
Hình 1. 3 Hình học tổng quát của dao ......................................................................17
Hình 1. 4 Các dạng dao phay ngón ..........................................................................18
Hình 1. 5 Mô hình hình học tổng quát của phay ngón..............................................19
Hình 1. 6 Các lưỡi cắt xoắn vít trên dao...................................................................20
Hình 1. 7 Lực của răng dao phay tác động lên chi tiết và sự tiếp xúc giữa bề mặt vít
me với đai ốc .............................................................................................................27
Hình 1. 8 Điều khiển điểm - điểm .............................................................................28
Hình 1. 9 Điều khiển đường thẳng ............................................................................29

Hình 1. 10 Điều khiển theo contour ..........................................................................30
Hình 1. 11 Vùng gia công khi phay ...........................................................................33
Hình 1. 12 Sơ đồ các bước khi phay .........................................................................35
Hình 1. 13 Sơ đồ ăn dao vào chi tiết .........................................................................36
Hình 1. 14 Mô hình quá trình cắt khi phay ...............................................................39
Hình 1. 15 Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi ............................................................41
Hình 1. 16 Diện tích cắt thực của tiết diện kim loại bị cắt khi r  0 ........................44
Hình 1. 17 Diện tích cắt thực của tiết diện kim loại bị cắt khi r # 0 .........................45

Hình 2. 1 Một số loại dụng cụ cắt sử dụng trong gia công bề mặt không gian ........51
Hình 2. 2 Chiều cao nhấp nhô khi gia công bằng dao đầu cầu ................................52
Hình 2. 3 Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô khi gia công mặt cong lồi bằng dao
đầu cầu ......................................................................................................................54
Hình 2. 4 Sơ đồ khi gia công mặt cong lõm bằng dao đầu cầu ................................54
6


Hình 2. 5 Chiều cao nhấp nhô khi cắt bằng dao phay trụ đầu phẳng ......................55
Hình 2. 6 Gia công mặt cong bằng dao phay ngón đầu phẳng ................................55
Hình 2. 7 Lượng dư gia công để lại khi gia công bằng dao phay ngón đầu phẳng .56
Hình 2. 8 Dường dụng cụ song song 3D ...................................................................59
Hình 2. 9 Đường dụng cụ xoáy 3D ...........................................................................59
Hình 2. 10 Một số kiểu đường dụng cụ 3D ...............................................................60
Hình 2. 11 Hướng tiến dao........................................................................................60
Hình 2. 12 Bước tiến ngang ......................................................................................61
Hình 2. 13 Khoảng cách giữa các điểm nút ..............................................................62
Hình 2. 14 Chạy dao theo đường kiểu gạch mặt cắt .................................................63
Hình 2. 15 Chạy dao theo contour

Hình 2. 16 Gia công dao ăn theo trục Z ......63

Hình 2. 17 Sơ đồ tính đường tạo hình và sơ đồ tính hình chiếu của đường tròn tạo
hình lên mặt phẳng P ................................................................................................65
Hình 2. 18 Hình chiếu của đường tròn tạo hình lên mặt phẳng vuông góc với vec tơ
tốc độ chạy dao tức thời ............................................................................................66
Hình 2. 19 Chiều cao nhấp nhô để lại sau khi gia công ...........................................67
Hình 2. 20 Chiều cao nhấp nhô để lại sau khi gia công ...........................................67

Hình 3. 1 Chương trình khởi động phần mềm Rapidform ........................................72
Hình 3. 2 Nhập lưới điểm vào phần mềm .................................................................72
Hình 3. 3 Tạo các mảng màu cho lưới điểm chi tiết .................................................73
Hình 3. 4 Đưa gốc tọa độ về điểm tâm chi tiết .........................................................74
Hình 3. 5 Tạo không gian vùng tham chiếu biên dạng cánh ....................................75
Hình 3. 6 Hiển thị biên dạng chi tiết trên bề mặt tham chiếu ...................................75
Hình 3. 7 Tạo biên dạng chi tiết ................................................................................76
7


Hình 3. 8 Lựa chọn phương án hình thành chi tiết ...................................................76
Hình 3. 9 Kết quả của lệnh Extrude – Up to Region ................................................77
Hình 3. 10 Sử dụng lệnh tạo bề mặt Mesh Fit ..........................................................77
Hình 3. 11 Kết quả của lệnh Mesh Fit ......................................................................78
Hình 3. 12 Thực hiện cắt khối chi tiết .......................................................................78
Hình 3. 13 Kết quả sau khi cắt khối chi tiết ..............................................................79
Hình 3. 14 Lựa chọn lệnh Fillet ................................................................................79
Hình 3. 15 Bo tròn các cạnh cần thiết của chi tiết....................................................80
Hình 3. 16 Tạo Sketch dùng cho việc cắt một mảnh chi tiết .....................................80
Hình 3. 17 Cắt chi tiết ..............................................................................................81
Hình 3. 18 Mảnh chi tiết sử dụng lập trình và gia công thực nghiệm ......................81
Hình 3. 19 Giao diện phần mềm MasterCam X6 ......................................................84

Hình 3. 20 Nhập mô hình chi tiết vào phần mềm ......................................................84
Hình 3. 21 Thiết lập máy, phôi và gốc phôi chuẩn bị lập trình gia công chi tiết .....85
Hình 3. 22 Thiết lập các thông số gia công thô chi tiết ............................................86
Hình 3. 23 Đường chạy dao gia công thô chi tiết .....................................................86
Hình 3. 24 Kiểm tra đường dụng cụ gia công thô chi tiết ........................................87
Hình 3. 25 Thiết lập các thông số cắt tinh cho dao phay ngón đầu cầu 8 ............88
Hình 3. 26 Kiểu đường chạy dao song song gia công chi tiết ..................................89
Hình 3. 27 Kiểm tra đường dụng cụ gia công tinh chi tiết với dao phay ngón đầu
cầu Φ8 .......................................................................................................................89
Hình 3. 28 Các thông số lập trình gia công theo kiểu đường chạy dao gạch mặt cắt
...................................................................................................................................91
Hình 3. 29 Đường dụng cụ gia công chi tiết theo kiểu gạch mặt cắt .......................91

8


Hình 3. 30 Kiểm tra đường dụng cụ gia công chi tiết theo đường chạy dao kiểu
gạch mặt cắt ..............................................................................................................92
Hình 3. 31 Các mẫu chi tiết sau khi gia công ...........................................................92

Hình 4. 1 Đo vật thể bằng máy quét Laser ATOS 5M ..............................................95
Hình 4. 2 Import mô hình chi tiết và dữ liệu lưới điểm ............................................96
Hình 4. 3 Mô hình chi tiết và lưới điểm được nhập vào phần mềm ..........................96
Hình 4. 4 Mẫu thí nghiệm .........................................................................................98

9


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Trong sự phát triển không ngừng của các thành tựu Khoa học – Công nghệ,
đặc biệt lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép các Nhà Chế tạo máy ứng
dụng vào máy cắt gọt các hệ thống điều khiển ngày càng tin cậy hơn với tốc độ xử
lý nhanh hơn và giá thành thấp hơn. Tự động hóa sản xuất, mà phƣơng thức cao
nhất của nó là sản xuất linh hoạt. Trong đó máy điều khiển số CNC đóng vai trò
quan trọng nhất, sử dụng máy điều khiển số CNC cho phép giảm khối lƣợng gia
công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế đồng thời cũng rút
ngắn đƣợc chu kỳ sản xuất.
Chính vì vậy, ngành cơ khí chế tạo ở đa số các nƣớc phát triển trên thế giới
cũng nhƣ trong nƣớc ta hiện nay đã đầu tƣ dây chuyền CNC ứng dụng vào sản xuất
với hiệu quả kinh tế rất cao. Vấn đề tài chính không còn là vấn đề đáng quan tâm
của các doanh nghiệp khi đầu tƣ các máy công cụ điều khiển theo chƣơng trình số,
ngay cả các doanh nghiệp loại vừa và nhỏ cũng đều có thể tự trang bị đƣợc.
Với sự tận tình giúp đỡ và định hƣớng nghiên cứu của TS. Bùi Ngọc Tuyên,
Tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu dao phay ngón và thực nghiệm gia công tạo
hình bằng dao phay ngón trên máy phay CNC 3 trục”. Với mục tiêu đặt ra là
nghiên cứu dao phay ngón để gia công bề mặt không gian trên máy phay CNC.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu chủ yếu của đề tài là:
-

Nghiên cứu về dao phay ngón

-

Ngiên cứu về máy phay CNC

-

Ứng dụng phần mềm Rapidform để thiết kế mẫu

-

Ứng dụng MasterCam X6 để lập trình gia công các bề mặt lồi của khối cánh
quạt để gia công trên máy phay CNC 3 trục

-

Lựa chon đƣợc phƣơng án kiểm tra và đánh giá chất lƣợng tạo hình bề mặt
bằng phần mềm thiết kế ngƣợc Rapidform.
10


-

Áp dụng trong giảng dạy của các trƣờng Đại học và Cao đẳng kỹ thuật, trong
thực tế sản xuất. Qua đó nắm bắt đƣợc những sai sót có thể mắc phải trong
thiết kế cũng nhƣ trong gia công chi tiết để đạt hiệu quả kỹ thuật cũng nhƣ
kinh tế cao.

3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
 Ý nghĩa khoa học.
-

Ngày nay công nghệ CAD/CAM/CNC đang đƣợc ứng dụng nhiều trong
thực tế sản xuất các sản phẩm cơ khí chất lƣợng cao, nhờ vào các công
nghệ này mà chúng ta có thể sản xuất đƣợc những sản phẩm cơ khí chất
lƣợng có tính kinh tế và kỹ thuật cao và đem lại hiệu quả kinh tế to lớn
trong ngành cơ khí chế tạo.

-

Hiện tại, với cơ chế mở cửa thu hút các nhà đầu tƣ trong và ngoài nƣớc,
đặc biệt là các nhà đầu tƣ nƣớc ngoài đã đem đến cho nền công nghiệp
nƣớc nhà một diện mạo mới.

-

Khi các nhà đầu tƣ nƣớc ngoài vào nƣớc nhà không chỉ đem đến một
phƣơng pháp quản lý hiện đại, mà cùng với đó là những thiết bị tối tân trợ
giúp quá trình tạo ra sản phẩm một cách nhanh chóng, dễ dàng và chính
xác nhất có thể. Trong đó phần mềm CAD/CAM/CNC đóng một vai trò
vô cùng quan trọng trong khâu thiết kế, chế tạo, mô phỏng và kiểm tra
chất lƣợng sản phẩm trƣớc khi ứng dụng sản xuất hàng loạt.

-

Cùng với việc thành thạo trong sử dụng các phần mềm hỗ trợ thiết kế,
chế tạo, mô phỏng, kiểm tra chất lƣợng sản phẩm trƣớc khi đi vào sản
xuất là việc tìm hiểu đƣợc những điểm mấu chốt, cốt lõi để làm chất
lƣợng của chúng. Qua đó có những hiểu biết cần thiết và tiến tới có thể
cải tiến hơn nhằm phù hợp với sự phát triển không ngừng của khoa học.

-

Không có gì là bất biến, tri thức thì lại càng không. Càng ngày kho tri
thức càng khổng lồ them. Vì vậy, những kiến thức nhân loại đang ứng
dụng hôm nay chƣa hẳn đã là dung tốt cho ngày mai. Trong quá trình
nghiên cứu, nếu còn thấy hay, thấy tốt thì còn dung đƣợc và làm sao để
11

ứng dụng đạt hiệu quả tối ƣu nhất. Nếu thời điểm nào đó thấy một hƣớng
hay hơn thì sẽ tìm cách cải tiến theo hƣớng ấy.
-

Trong khuôn khổ hạn hẹp của đề tài này giúp ta nghiên cứu dao phay
ngón để ứng dụng gia công tạo hình đƣợc bề bề mặt trên máy phay CNC
3 trục. Khi hiểu và nắm bắt đƣợc có thể sẽ mở ra hƣớng nghiên cứu mới
sau này.

 Ý nghĩa thực tiễn:
-

Từ kết quả nghiên cứu đƣợc ứng dụng nâng cao hiệu quả trong việc thiết
kế các chi tiết qua đó thể hiện hiệu quả kinh tế cũng nhƣ độ chính xác của
các chi tiết sau khi gia công.

-

Nắm bắt đƣợc ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng pháp tạo hình bề mặt khi sử
dụng dao phay ngón để từ đó có cái nhìn khách quan hơn cho tiến trình
tạo ra sản phẩm, qua đó có những phƣơng án tối ƣu hóa thiết kế sao cho
quá trình gia công ngắn nhất mà vẫn tạo ra đƣợc các sản phẩm với chất
lƣợng tốt.

 Các kết quả mang tính thực tiễn
-

Thiết kế sản phẩm “ Khối cánh quạt”

-

Thực nghiệm quá trình gia công mẫu có bề mặt phức tạp bằng dao phay
ngón trên máy phay CNC 3 trục.

-

Kiểm tra đƣợc độ chính xác gia công bề mặt không gian bằng phần mềm
thiết kế ngƣợc Rapidform.

12


TỔNG QUAN
Hiện nay , việc nghiên cứu một cách đầy đủ và ứng dụng trong các phần
mềm CAD/CAM cũng nhƣ ứng dụng CAD/CAM vào thiết kế, chế tạo và kiểm tra
sản phẩm còn khá hạn chế hoặc mang tính riêng rẽ. Có những đề tài đi sâu vào
nghiên cứu ứng dụng CAD/CAM trong thiết kế và chế tạo, có đề tài chỉ nghiên cứu
về kiểm tra bề mặt, có đề tài chỉ chuyên sâu vào lý thuyết cơ sở hình thành bề mặt
Tự do. Vì vậy, trong khuôn khổ đề tài này sẽ nghiên cứu ” Nghiên cứu dao phay
ngón và thực nghiệm gia công tạo hình bằng dao phay ngón trên máy phay CNC
3 trục” Khi nghiên cứu tập trung vào một tiến trình sẽ gặp phải những vấn đề đó sẽ
làm rõ hơn tính xóa nhòa khoảng cách giữa lý thuyết và thực hành.
1. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và kết hợp với thực nghiệm để đƣa ra kết luận khi
gia công bề tạo hình bề mặt bằng dao phay ngón trên máy CNC 3 trục.
2. Nội dung của luận văn
Trong đề tài này tác giả chủ yếu nghiên cứu và giải quyết những vấn đề sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về phay và dao phay

Chƣơng 2: Nghiên cứu ảnh hƣởng của thong số dụng cụ, đƣờng dụng cụ đến
chất lƣợng tạo hình bề mặt không gian.
Chƣơng 3: Quy trình thiết kế và gia công chi tiết
Chƣơng 4: Đánh giá kết quả thực nghiệm và kết luận

13


CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ PHAY VÀ DAO PHAY
1.1.

TỔNG QUAN VỀ PHAY VÀ DAO PHAY

1.1.1. Định nghĩa về phay
Phay là phƣơng pháp gia công cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lƣỡi đƣợc dùng phổ
biến trong gia công cắt gọt kim loại. Quá trình cắt khi phay là không liên tục do dao
phay thông thƣờng có nhiều lƣỡi nên quá trình cắt đƣợc tiến hành lần lƣợt theo từng
lƣỡi gây nên các va đập trong quá trình gia công
Độ chính xác đạt đƣợc bằng các phƣơng pháp phay không cao hơn cấp 4  3 và
chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt Ra = 3,2  0,2 (μm). Khi gia công mặt phẳng, phay
là phƣơng pháp gia công có năng suất cao nhất. Phay có khả năng thay thế hoàn
toàn phƣơng pháp bào trong sản xuất hàng loạt
1.1.2. Các dạng dao phay chủ yếu
Bằng phƣơng pháp phay, ngƣời ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình
phức tạp, rãnh then, cắt đứt, trục then hoa, cắt ren, bánh răng, …
Có rất nhiều các kiểu dao phay khác nhau (Hình 1.1)
-

Dao phay trụ răng xoắn. (Hình 1.1a)

-

Dao phay mặt đầu. (Hình 1.1b)

-

Dao phay đĩa. (Hình 1.1c)

-

Dao phay đĩa để cắt đứt. (Hình 1.1d)

-

Dao phay ngón. (Hình 1.1e)

-

Dao phay góc. (Hình 1.1g)

-

Dao phay định hình. (Hình 1.1h)

14


Hình 1. 1 Các dạng dao phay chủ yếu
1.1.3. Dao phay ngón
1.1.3.1. Một số loại dao phay ngón điển hình

Trong đó, chúng ta thấy rằng với phƣơng pháp phay các bề mặt không gian
trên máy phay CNC là phƣơng pháp phay bao hình, dụng cụ cắt là các dao phay
ngón. Do các bề mặt khuôn mẫu có hình dáng hình học rất đa dạng nên hình dáng
hình học của các dao phay ngón đƣợc sử dụng cũng có các loại khác nhau để phù
hợp với bề mặt cần gia công, đảm bảo lấy đi đƣợc nhiều lƣợng dƣ nhất, chất lƣợng
bề mặt tốt nhất, năng suất cao nhất. Hiện nay dụng cụ cắt đƣợc sử dụng trên máy
phay CNC để gia công bề mặt 3D thƣờng sử dụng các dao: dao phay ngón đầu
phẳng, dao phay ngón đầu phẳng có góc lƣợn, dao phay ngón đầu cầu,…
Dao phay ngón đầu cầu: Có khả năng lấy đi lƣợng dƣ gia công lớn nhất trên
các bề mặt cong, về lý thuyết nếu bán kính cong của mọi điểm trên bề mặt mà lớn
hơn bán kính cong của đầu dao thì sẽ lấy đi đƣợc hết lƣợng dƣ. Khi gia công mặt
phẳng thì dao phay đầu cầu để lại phần lƣợng dƣ giữa các đƣờng chạy dao. Về mặt
chế độ cắt thì dao phay đầu cầu không tốt, vận tốc cắt biến thiên từ cực đại về 0 tại
mũi dao, do đó tại vùng lân cận mũi dao vật liệu phôi không phải bị cắt gọt mà bị
15


phá hủy do biến dạng, chính vì vậy chất lƣợng bề mặt không cao. Do những đặc
điểm trên, dao phay đầu cầu chỉ đƣợc sử dụng trong bƣớc gia công tinh bề mặt.

Hình 1. 2 Một số loại dụng cụ cắt sử dụng trong gia công bề mặt không gian
Dao phay đầu phẳng; b) Dao phay ngón đầu côn: c) Dao phay ngón đầu cầu
d) Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn; e,f) Dao phay ngón định hình
Dao phay đầu phẳng: Có khả năng lấy đi lƣợng dƣ kém dao phay đầu cầu
khi gia công những bề mặt có độ cong, nhƣng chế độ cắt tốt, vận tốc cắt tại phần
lƣỡi cắt tham gia cắt gọt không đổi do đó chất lƣợng bề mặt gia công cao. Do những
đặc điểm trên nên dao phay đầu phẳng đƣợc dùng cho nguyên công gia công thô cắt
theo lớp, gia công bán tinh và gia công tinh các bề mặt phẳng.
1.1.3.2. Mô hình hóa dao phay ngón
Các hệ thống APT và CAD/CAM định nghĩa hình bao ngoài của dao phay

ngón bằng 7 thông số hình học sau: D,R,Rr,Rz,,,h (hình 1.3).
Mô hình tham số tổng quát này có thể chi tiết hóa ra nhiều dạng dao phay ngón
16


mặt đầu và dạng xoắn vít thƣờng dùng trong công nghiệp (hình 1.4). Bảy thông số
hình học này hoàn toàn độc lập với nhau nhƣng có những ràng buộc về hình học để
tạo ra những mô hình toán phù hợp. Một lƣỡi cắt dạng xoắn vít bao lấy xung
quanh phần bao ngoài của dao ( hình 1.5). Cơ chế cắt gọt yêu cầu cần có sự xác
định rõ ràng về toạ độ, hình học lƣỡi cắt cục bộ, tải trọng riêng cắt phoi và 3 thành
phần lực cắt vi phân (dFa, dFr, dFt ) tại điểm cắt trên lƣỡi cắt ( ví dụ nhƣ ở điểm P
trên hình 3). Điểm P có cao độ Z, bán kính cực r(z) trong mặt phẳng toạ độ XY, góc
nhúng dọc trục K(z) và góc trễ hƣớng tâm (z). Góc nhúng dọc trục là góc giữa
trục dao và pháp tuyến của lƣỡi cắt xoắn ốc ở điểm P ( hình 1.5).
Góc trễ hƣớng tâm là góc giữa đƣờng nối điểm P tới mũi dao trong mặt phẳng
XY và tiếp tuyến với lƣỡi cắt ở mũi dao. Các toạ độ của điểm P đƣợc xác định bởi
véctơ r(z) trong hệ toạ độ trụ.
Hình bao của dao phay ngón đƣợc chia làm 3 vùng: (hình 1.3)
(1) r(z) =

z
tan 

vùng OM
(2.1)

r(z) =

R  ( Rz  z )  Rr
2

2

r(z) = u + ztan ,

u

=

vùng MN

D
.(1  tan  . tan  )
2

vùng NS

Hình 1. 3 Hình học tổng quát của dao
17


Hình 1. 4 Các dạng dao phay ngón

Trong đó :
r(z) là bán kính của dao ở cao độ (z).
u là khoảng cách giữa mũi dao và giao điểm của đƣờng thẳng NS với mặt
phẳng XY.
Một cung tròn có tâm C với offset hƣớng tâm là Rr có bán kính là R, tiếp tuyến

18

hoặc giao với các đƣờng côn OL và LS tƣơng ứng tại các điểm M,N ( hình
1). Các offset hƣớng tâm và hƣớng trục của các điểm M,N từ trục dao và
mũi dao lần lƣợt đƣợc tính nhƣ sau:

Hình 1. 5 Mô hình hình học tổng quát của phay ngón

RZ tan   Rr  ( R 2  Rr2 ) tan 2   2Rr Rz tan   Rz2  R 2
Mr 
tan 2   1
M Z  M r tan 

Nr 

với 0 ≤ α ≤ 900

 Rr  u  tan   Rz 

N Z  u  N r tan 

(2.2)

( R 2  Rz2 ) tan 2   2 Rz  Rr  u  tan    Rr  u   R 2
2

(2.3)

tan   1
2

với β <900

ở hình 1.3, các đƣờng OM và SN không nhất thiết phải tiếp tuyến đối với cung góc
tại các điểm M, N. Nếu chúng tiếp tuyến thì bề mặt ngoài của dao sẽ liên tục trên cả
3 vùng, nếu không nó sẽ có điểm gãy nhƣ góc xoắn.
19


Lƣợng offset hƣớng tâm ở cao độ z và góc nhúng hƣớng trục trên cả 3 phần của
mô hình xác định nhƣ sau:
Dọc theo đƣờng OM:

(2.4)

Dọc theo MN:

Dọc theo NS:

Hình 1. 6 Các lưỡi cắt xoắn vít trên dao

20


1.1.3. Vật liệu làm dao
1.1.3.1 Các yêu cầu cơ bản
Muốn duy trì tính cắt một cách lâu dài vật liệu làm dao cần thỏa mãn một số
yêu cầu sau đây:
a. Độ cứng:
Để cắt gọt đƣợc vật liệu kim loại vật liệu làm dao phải có độ cứng cao hơn

vật liệu dao công.
Nếu gọi:

Thì K>1 càng nhiều càng tốt.
Thực tế vật liệu gia công thƣờng có độ cứng khoảng 200HB thì vật liệu làm
dao cần có độ cứng khoảng 60HRC. Khi cắt các loại thép có độ bền cao nhƣ thép
chịu nóng, thép không gỉ,… thì độ cứng của dao cần cao hơn nữa (65HRC).
b. Độ bền nhiệt: Là khả năng giữ đƣợc độ cứng và các tính cắt khác ở nhiệt độ cao
trong thời gian dài.
Khi cắt kim loại dao phải làm việc trong nhiệt độ rất cao (có thể đến 10000c).
Ở điều kiện nhiệt độ này vật liệu làm dụng cụ cắt có thể bị thay đổi về cấu trúc do
chuyển biến pha làm cho tính năng cắt giảm xuống.
Vì vậy có độ bền nhiệt cao là một trong những yêu cầu cơ bản nhất của vật
liệu làm dụng cụ cắt.
c.Độ bền cơ học:
Trong khi cắt kim loại dao thƣờng phải chịu những lực và xung lực rất lớn,
không chỉ ở phần cắt mà cả ở thân dao. Thực tế nhiều loại dao bị gãy, vỡ trong quá
21


trình làm việc.
Vì vậy vật liệu làm dao càng có độ bền cơ học cao thì tính năng sử dụng của
nó càng tốt.
d. Độ bền mòn: Là khả năng giữ đƣợc độ sắc và hình dạng của dao trong một thời
gian gia công dài.
Dao làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và ma sát lớn làm cho dao dễ bị
mài mòn. Thông thƣờng dao có độ cứng càng cao thì tính chống mài mòn càng tốt.
Tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ rất cao khi cắt (700-800) sẽ xuất hiện hiện tƣợng
chảy dính.
Thực tế cho thấy khi dao có đủ độ cứng, độ bền nhiệt, độ bền cơ học thì dạng

háng chủ yếu của dao là mòn. Vì vậy độ bền mòn cao là một yêu cầu quan trọng của
vật liệu làm dao.
e. Độ dẫn nhiệt:
Độ dẫn nhiệt là một yêu cầu cao của vật liệu làm dao.
Khi gia công dao phải làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao vì vậy nếu
nhanh chóng dẫn nhiệt ra khái vùng cắt cũng cải thiện điều kiện làm việc của dao
rất nhiều và tăng đƣợc tốc độ cắt nghĩa là tăng đƣợc năng xuất gia công.
f. Tính công nghệ cao: Là khả năng phù hợp với một hay nhiều phƣơng pháp gia
công để chế tạo dao.
Thực tế cho thấy một số vật liệu làm dao có tính cắt tốt nhƣng không đƣợc
sử dụng rộng rãi vì tính công nghệ không cao.
Kết luận: vật liệu làm dao không thể tháa mãn tất cả các yêu cầu trên. Vấn
đề là ở chỗ tùy theo điều kiện gia công cụ thể ta phải chọn được vật liệu làm dao
hợp lý.

22


1.1.3.2 Các loại vật liệu làm dao
Để làm phần cắt của dụng cụ ngƣời ta có thể dùng các loại vật liệu khác nhau
tùy thuộc tính chất cơ lý của vật liệu cần gia công và điều kiện sản xuất cụ thể.
Do đó vật liệu làm dao phải có độ bền cao, tính chịu mài mòn ở tốc độ thấp
và tốc độ cao và phải có tính công nghệ cao để khi gia công chế đơn giản.
Hiện nay có các loại vật liệu nhƣ sau :
+ Thép các bon dụng cụ
+ Thép hợp kim dụng cụ
+ Thép gió
+ Hợp kim cứng
a. Thép các bon dụng cụ
- Để đảm bảo cho thép có đủ độ cứng, độ bền, tính chịu mài mòn thì hàm

lƣợng các bon trong thép phải nằm trong khoảng 0,7%  % C  2,14 %
- Độ cứng sau tôi đạt HRC 60  62, sau ủ đạt HB = 107  217 nên dễ gia
công bằng cắt gọt và bằng áp lực.
- Độ thấm tôi thấp nên phải tôi trong môi trƣờng nƣớc do vậy sau khi tôi
dụng cụ dễ bị nứt, vỡ, hƣ hỏng.
- Tính chịu nóng thấp vì không đƣợc hợp kim hoá nên máctenxít của thép dễ
bị phân tích khi bị nung nóng làm cho độ cứng của dụng cụ giảm nhanh.
- Dụng cụ cắt chế tạo từ thép các bon dụng cụ thƣờng là : Y7, Y8, Y9, Y10,
Y12, Y13, …
b. Thép hợp kim dụng cụ
Là thép có hàm lƣợng các bon cao và hàm lƣợng một số nguyên tố hợp kim
vào khoảng 0,5  3 %.

23


Thép XBT ít bị biến dạng trong nhiệt luyện nên đƣợc dùng để chế tạo dao có
kích thƣớc nhỏ, chiều dài lớn, nhƣng độ bền cơ học của thép XBT thấp hơn 34 lần
so với thép gió.
c. Thép gió
Là loại thép hợp kim dụng cụ trong đó hàm lƣợng của các nguyên tố hợp kim
lớn nhất là W và Cr.
- Thép gió có độ bền nhiệt cao ( 550  600 )0C độ chịu mòn tốt, độ cứng sau
nhiệt luyện đạt HRC = 60  65. Do vậy dụng cụ cắt chế tạo bằng thép gió sẽ nâng
cao đƣợc tốc độ cắt từ  3 lần so với thép hợp kim dụng cụ khác. Tốc độ tối đa của
thép gió là 50 m/ph.
- Dùng phổ biến là thép gió P9 và P18. Ngoài ra còn dùng P94 ; P162 ;
P9K5 ; P10K5 ;
- Khả năng cắt và tuổi bền khi làm việc ở tốc độ cao của thép P9 và P18 là
tƣơng đƣơng nhau. Khi làm việc ở tốc độ thấp thì nhân tố quyết định của dao là khả

năng chịu mài mòn ở trạng thái nguội.
Trong trƣờng hợp này thì tuổi bền của dao P18 lớn gấp 2 lần tuổi bền của
dao P9.
Vì hàm lƣợng Vanađi cao hơn nên thép P9 cứng hơn P18. do vậy thép P9
khó mài hơn thép P18. Khi mài dao P9 dễ sinh ra hiện tƣợng cháy bề mặt do đó mà
độ cứng bị giảm.
+ Nhƣợc điểm của thép gió là sự phân bố không đồng đều của các bít sinh ra
trong quá trình nhiệt luyện vì dễ bị nứt.
Nhiệt độ tôi của thép gió phải khống chế chặt chẽ sai số cho phép nhiệt độ tôi
với thép gió P9  200C
P18  100C
Nếu nhiệt độ tôi quá thấp thì độ hạt lớn làm cho cơ tính giảm. Nếu nhiệt độ
tôi quá cao thì gây ra cháy bề mặt -> độ cứng giảm thành phần hoá học của thép

24


gió.
Bảng I - 54 (II)
C = 0,7  0,8%

Cr = 3,8  4,4%

W = 1,7  1,8%

Mo = 0,3%

V = 1,0  1,4%

Để làm giảm lƣợng W có trong thép thì có thể tăng hàm lƣợng Mo theo tỷ lệ

cứ 1% Mo thay thế 2% W, khi đó ta sẽ nhận đƣợc thép Mo.
Tính năng cắt của 2 loại thép gió nền W và Mo là nhƣ nhau.
d. Hợp kim cứng
Hợp kim cứng là loại vật liệu có tính năng cắt tốt, độ cứng cao HRC > 70.
Độ bền nhiệt cao 800  10000C
HKC có hàm lƣợng W lớn. Trong một số mác thép còn có cả titan từ

5

 6%.
- Dao làm bằng HKC cho phép cắt ở tốc độ cao 100  200 m/ph. Vì vậy mà
năng suất cao gấp 2  3 lần thép gió. Nhƣợc điểm là dao làm bằng hợp kim cứng thì
độ bền uốn kém, độ bền dẻo thấp, do vậy nó cần làm việc ở điều kiện không có va
đập, lƣợng dƣ gia công phân bố đồng đều, độ cứng vững của hệ thống công nghệ
cao.
Ngoài một số vật liệu kể trên, ngày nay còn sử dụng vật liệu gốm sứ để chế
tạo dụng cụ cắt cho năng suất cao.
1.1.4. Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay
- Do có một số lƣỡi cắt cùng tham gia cắt nên năng suất cao hơn so với gia công
bằng phƣơng pháp tiện. Lƣỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng
khối lƣợng thân dao lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt. Do vậy dao lâu mòn
hơn và có thể gia công trong điều kiện cắt gọt khó khăn.
- Diện tích cắt khi phay thay đổi, do vậy lực cắt thay đổi gây ra rung động trong
quá trình cắt.
- Do lƣỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả năng tồn tại
25